TWI531186B - 多重介面網路裝置與網路封包傳送選擇方法 - Google Patents

Description

多重介面網路裝置與網路封包傳送選擇方法

本揭露是有關於一種多重介面網路裝置，且特別是有關於一種多重介面網路裝置的封包傳送選擇方法。

目前有許多可存取網路的電子裝置皆支援多重網路介面，例如一般智慧型手機皆支援Wi-Fi網路與長期演進技術(LTE：Long Term Evolution)網路。這些電子裝置通常可藉由應用軟體提供各種服務，所以經常同時傳輸多個應用服務的資料。然而，目前這些電子裝置使用單一網路分別進行資料傳輸，未能發揮多重網路的優勢。

本揭露提供一種多重介面網路裝置與網路封包傳送選擇方法，可依據每個應用服務的不同特徵進行服務分流，以充分利用多重網路優勢，亦能盡量滿足服務品質(QoS：quality of service)之需求。

本揭露的多重介面網路裝置包括處理器與多個網路介面。每一上述網路介面連接一通訊網路。處理器耦接上述多個網路介面，收集每一上述通訊網路的傳輸狀態，分析服務流(service flow)的預設數量的封包的傳輸特徵以決定服務流的流量模式種類(traffic pattern type)，比對每一上述通訊網路的傳輸狀態與服務流的流量模式種類的傳輸需求，以選擇上述多個網路介面其中之一，並使用該網路介面傳送該服務流的封包。上述服務流是由上述多個網路介面透過一傳輸埠所傳送的封包以及上述多個網路介面透過該傳輸埠所接收的封包而組成。

本揭露的網路封包傳送選擇方法可由上述多重介面網路裝置執行，包括以下步驟：收集每一上述通訊網路的傳輸狀態；分析服務流的預設數量的封包的傳輸特徵，以決定服務流的流量模式種類；比對每一上述通訊網路的傳輸狀態與服務流的流量模式種類的傳輸需求，以選擇上述多個網路介面其中之一，並使用該網路介面傳送該服務流的封包。

基於上述，本揭露提供的多重介面網路裝置與網路封包傳送選擇方法可將服務流依照傳輸特徵加以分類。例如，不同應用軟體有不同類服務流，將各類服務流與不同網路介面配對。以下實施例將會說明本揭露充分利用多重網路優勢，亦能盡量滿足服務品質之需求。

為讓本揭露的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧多重介面網路裝置

120‧‧‧處理器

140‧‧‧網路介面

210‧‧‧應用服務

220‧‧‧網路選擇模組

230‧‧‧通訊模組

240‧‧‧封包統計模組

250‧‧‧流量模式分析模組

260‧‧‧決策模組

310~380、410~450、510~550‧‧‧方法步驟

圖1是依照本揭露的一實施例的一種多重介面網路裝置的示意圖。

圖2是依照本揭露的一實施例的一種多重介面網路裝置的系統架構圖。

圖3與圖4是依照本揭露的一實施例的一種網路封包傳送選擇方法的流程圖。

圖5是依照本揭露的另一實施例的一種網路封包傳送選擇方法的流程圖。

圖1是依照本揭露的一實施例的一種多重介面網路裝置100的示意圖。多重介面網路裝置100可以是任何一種具有網路存取能力的電子裝置，例如智慧型手機、個人數位助理(PDA：personal digital assistant)、平板電腦、筆記型電腦或桌上型電腦。多重介面網路裝置100包括處理器120與多個網路介面140。處理器120可包括單一處理器或多個處理器，其中每一個處理器可包括單一處理核心或多個處理核心。雖然圖1僅繪示兩個網路介面140，但如果有必要，本實施例的多重介面網路裝置100可包括更多網路介面140。處理器120耦接每一個網路介面140。每個網路介面140 各自連接一個不同的通訊網路，例如Wi-Fi網路、LTE網路、乙太網路(Ethernet)、或其他相似的有線或無線網路。

圖2是依照本揭露的一實施例的多重介面網路裝置100的系統架構圖。處理器120可執行一個或多個應用軟體以提供一項或多項應用服務210，應用服務210可透過網路介面140存取多個通訊網路。處理器120可執行網路選擇模組(network selection module)220。網路選擇模組220配置於應用服務210與多個網路介面140之間，包括通訊模組(communication module)230、封包統計模組(packet counting module)240、流量模式分析模組(traffic pattern analysis module)250、以及決策模組(decision module)260。通訊模組230可以和每一個網路介面140互動，為應用服務210傳送與接收封包。網路選擇模組220可執行圖3與圖4所示的網路封包傳送選擇方法。

圖3是依照本揭露的一實施例的一種網路封包傳送選擇方法的流程圖。當應用服務210需要傳送封包時，通訊模組230會接收此封包(步驟310)。然後通訊模組230以封包的來源傳輸埠(source port)為索引在一個路由規則表(routing rule table)中搜尋符合該索引的路由規則(routing rule)(步驟320)，並檢查符合該索引的路由規則是否存在(步驟330)。

下面的表1是本實施例的路由規則表的一個範例。表1至少包含兩個欄位，第一個欄位為封包的來源傳輸埠，作為索引之用，第二個欄位為封包之路由規則。此路由規則可用網路介面 的代號或名稱的形式記錄在路由規則表中。

如果符合該索引的路由規則已存在於路由規則表中，則通訊模組230直接依照此路由規則傳送封包(步驟380)。上述路由規則表中的每一個路由規則皆對應一個做為索引的傳輸埠，並指定使用上述多個網路介面其中的某一個網路介面140傳送來源傳輸埠符合此路由規則的索引傳輸埠的所有封包。所以通訊模組230會使用符合上述索引的路由規則所指定的網路介面140來傳送上述封包。

如果符合上述索引的路由規則不存在於路由規則表中，則通訊模組230判定此封包屬於一個新出現的服務流。應用服務210可能同時用多個傳輸埠傳送與接收封包，這些封包屬於多個不同的服務流(service flow)。本實施例是以多重介面網路裝置100這一端的傳輸埠做為劃分服務流的依據。一個服務流，就是由網路介面140透過一個傳輸埠所傳送的封包以及網路介面140透過同一個傳輸埠所接收的封包而組成。也就是說，多重介面網路裝置100的每一個傳輸埠對應一個不同的服務流。

當通訊模組230在步驟330發現路由規則表中沒有符合的路由規則，則網路選擇模組220為新服務流執行步驟340至370。步驟340至370需要一段時間才能決定此服務流的封包應該用哪個網路介面傳送，在此之前，通訊模組230可用預設的規則選擇多個網路介面140其中之一來傳送此服務流的封包。

封包統計模組240記錄並分析此服務流的預設數量的封包的傳輸特徵(步驟340)。以上傳輸特徵可包括每一個封包的大小(size)、時間標記(timestamp)、以及傳輸方向，傳輸方向可以是傳送或接收，這些傳輸特徵可由通訊模組230提供，細節後述。流量模式分析模組250根據封包統計模組240的分析決定此服務流的流量模式種類(traffic pattern type)(步驟350)。

舉例而言，可設定三種流量模式種類。第一種流量模式種類是週期型流量模式，特色是封包可大可小，具有週期性的雙向傳輸，需使用具有保證位元率(GBR：guaranteed bit rate)之網路。例如網路網路協定(IP：Internet Protocol)語音(voice over IP)、網際網路協定視訊(video over IP)、以及現場多媒體串流(live streaming)等應用服務皆屬於週期型流量模式。

第二種流量模式種類是爆發型(bursting)流量模式，特色是封包較大，封包傳輸比較密集，通常為單向傳輸，需使用高頻寬之網路。例如緩衝式多媒體串流(buffered streaming)、傳檔協定(FTP：File Transfer Protocol)、以及點對點(P2P)等應用服務皆屬於爆發型流量模式。

第三種流量模式種類是應答型(request/response)流量模式，特色是具有雙向封包傳輸，封包大小與週期不固定，需使用裝置間延遲(end-to-end delay)較小之網路。例如網頁瀏覽(web browsing)、互動式聊天(interactive chat)、互動式遊戲(interactive game)、以及控制信令(control signaling)等應用服務皆屬於應答型流量模式。

通訊模組230平時就會收集網路介面140所連接的每一個通訊網路的傳輸狀態，所謂傳輸狀態至少包括通訊網路的可用頻寬、裝置間延遲(end-to-end delay)、裝置間延遲抖動(jitter)、封包遺失率(packet loss rate)、以及封包錯誤率(packet error rate)其中之一。上述的裝置間延遲可以是封包在兩個多重介面網路裝置之間的來回時間(round trip time)或其他類似的延遲時間。對於每一個通訊網路，通訊模組230可自行統計該通訊網路的傳輸狀態，或自該通訊網路的存取點(AP：access point)或基地台(base station)取得該通訊網路的傳輸狀態。

接下來，決策模組260可比對每一個通訊網路的傳輸狀態與上述服務流的流量模式種類的傳輸需求，以選擇上述通訊網路其中傳輸狀態最符合此服務流的傳輸需求者，來傳送此服務流的封包(步驟360)。例如週期型流量模式的服務流需要具有保證位元率的網路，決策模組260可選擇一個可用頻寬大於一個預設門檻值(threshold)的通訊網路來傳送此服務流的封包。爆發型流量模式的服務流需要高頻寬的網路，決策模組260可選擇可用頻寬 最大的通訊網路來傳送此服務流的封包。應答型流量模式的服務流需要裝置間延遲較小的網路，決策模組260可選擇裝置間延遲最小的通訊網路來傳送此服務流的封包。

決策模組260可為此服務流在路由規則表中建立一個新的路由規則(步驟370)。此路由規則以步驟310的封包的來源傳輸埠為索引，指定使用步驟360所選擇的網路介面來傳送符合此索引的服務流的所有封包。下次當通訊模組230在步驟310接收同一服務流的封包，就會在步驟380依照此路由規則傳送封包。

對於每一個服務流，網路選擇模組220可以定期重新決定該服務流的流量模式種類，並根據每一個通訊網路的傳輸狀態與該服務流的流量模式種類，為該服務流重新選擇一個網路介面，以更新該服務流的路由規則。如此，每一個服務流的路由規則就能依據通訊網路最新的傳輸狀態而動態調整。

圖4繪示圖3的網路封包傳送選擇方法的步驟340和350的進一步細節。封包統計模組240可以收集此服務流的預設數量的封包的傳輸特徵，做為此服務流的流量記錄(traffic log)(步驟410)。上述傳輸特徵可包括流量記錄中的每一個封包的大小(size)、時間標記(timestamp)、以及傳輸方向，傳輸方向可以是傳送或接收。

封包統計模組240可根據流量記錄中的每一個封包的傳輸方向與時間標記計算三種時間差值(步驟420)，也就是傳送間隔、接收間隔、以及配對間隔(pair interval)。封包統計模組240 只為傳輸方向是「傳送」的封包計算傳送間隔，傳送間隔就是該封包的時間標記與前一個傳輸方向是「傳送」的封包的時間標記的時間差值。封包統計模組240只為傳輸方向是「接收」的封包計算接收間隔，接收間隔就是該封包的時間標記與前一個傳輸方向是「接收」的封包的時間標記的時間差值。封包統計模組240為流量記錄中的每一個封包計算配對間隔，配對間隔就是該封包的時間標記與前一個具有不同傳輸方向的封包的時間標記的時間差值。

流量模式分析模組250可根據流量記錄中的每一個封包的傳輸方向、大小、以及上述三種時間差值，決定每一個封包所屬的流量模式種類(步驟430)。一個封包可以歸屬於預設的多個流量模式種類其中的一個或多個流量模式種類。例如流量模式分析模組250可用下列的表2決定流量記錄中的每一個封包所屬的流量模式種類。表2的第一個欄位「傳送大小」是指傳輸方向為「傳送」的封包的大小範圍。第二個欄位「接收大小」是指傳輸方向為「接收」的封包的大小範圍。單位"B"是指位元組(byte)。單位"ms"是毫秒(millisecond)。"-"是指這欄位不重要，任何數值皆可。表2可來自事先的實驗或統計，其中的爆發型流量模式進一步分為上行(uplink)與下行(downlink)兩種，週期型流量模式進一步分為語音與影像兩種。流量模式分析模組250可將每一個封包的傳輸特徵和表2每一列的數值比對。只要一個封包符合某一列的每一欄的數值範圍，該封包就歸屬於那一列的流量模式種類，因 此一個封包可以歸屬於一個或多個流量模式種類。

表2只是一個範例，並非用來限定本揭露。在另一實施例中，表2的流量模式種類可依實際需求而設定為任意數量，每一欄的數值範圍可依實際需求而設定為任意範圍。

流量模式分析模組250可累積統計屬於每個流量模式種類的封包數量(步驟440)，據此決定此服務流所屬的流量模式種類(步驟450)。舉例而言，可設定一個大於50%的預設值，例如70%、80%或90%。若屬於上述的某一個特定流量模式種類的封包數量比例大於或等於此預設值，則可將此服務流的流量模式種類設定為該特定流量模式種類。若屬於每一個流量模式種類的封包數量比例皆小於此預設值，則可將此服務流的流量模式種類設定為上述多個流量模式種類之中的一個預設流量模式種類。舉例而言，假設上述預設值為90%而且預設流量模式種類是爆發型流量 模式。如果流量記錄中歸屬於週期型流量模式的封包的數量比例達到90%，則此服務流屬於週期型流量模式。如果流量記錄中歸屬於任何一種流量模式的封包的數量比例皆小於90%，則此服務流屬於預設的爆發型流量模式。

在另一實施例的步驟450中，可設定一個小於或等於50%的預設值，例如40%。而且流量模式種類查找表中的每一個流量模式種類可以有不同的優先順序，例如在查找表中出現順序越前面就越優先。若屬於上述的某一個特定流量模式種類的封包數量比例大於或等於上述預設值，則判定此服務流歸屬於該特定流量模式種類。若此服務流可歸屬於兩個以上的流量模式種類，則將此服務流的流量模式種類設定為該服務流可歸屬的多個流量模式種類中，優先順序最高的流量模式種類。

圖5繪示本揭露的另一實施例中，圖3的網路封包傳送選擇方法的步驟340和350的進一步細節。圖5的方法和圖4類似，差別在於圖4的方法一次處理一批封包，而圖5的方法一次僅處理一個封包。圖5的方法適用於記憶體較小的多重介面網路裝置。

步驟510、520和530分別類似圖4的步驟410、420和430。不過步驟510、520和530每次僅收集或處理一個封包。接下來，檢查步驟510至530收集的封包數量是否已經到達預設數量(步驟535)。如果尚未達到預設數量，則流程返回步驟510，繼續收集下一個封包的流量記錄。如果已達到預設數量，則流程 進入步驟540。步驟540和550分別與圖4的步驟440和450相同，不再贅述。

以上實施例的多重介面網路裝置與網路封包傳送選擇方法，可收集通訊網路的傳輸狀態與服務流的封包的傳輸特徵，藉以進行服務流與網路介面的配對，讓每個服務流使用最合適的網路介面傳送封包，而且可同時使用多個網路介面傳送多個服務流的封包，發揮多重網路介面的優勢。上述的傳輸特徵可以輕易取得，不需要繁複的深層封包檢視(DPI：deep packet inspection)就能為服務流分類，進而選擇合適的網路介面。所以上述的多重介面網路裝置與網路封包傳送選擇方法具有極高效率，而且能滿足諸如保證位元率的服務品質需求，增進使用者的體驗。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

140‧‧‧網路介面

210‧‧‧應用服務

220‧‧‧網路選擇模組

230‧‧‧通訊模組

240‧‧‧封包統計模組

250‧‧‧流量模式分析模組

260‧‧‧決策模組

Claims (18)

1. 一種多重介面網路裝置，包括：多個網路介面，每一上述網路介面連接一通訊網路；以及一處理器，耦接上述多個網路介面，收集每一上述通訊網路的傳輸狀態，分析一服務流的一預設數量的封包的傳輸特徵以決定該服務流的流量模式種類，比對每一上述通訊網路的傳輸狀態與該服務流的流量模式種類的傳輸需求，以選擇上述多個網路介面其中之一並使用該網路介面傳送該服務流的封包，該服務流是由上述多個網路介面透過一傳輸埠所傳送的封包以及上述多個網路介面透過該傳輸埠所接收的封包而組成，其中當該處理器需要傳送一待傳送封包時，該處理器以該待傳送封包的來源傳輸埠為索引在一路由規則表中搜尋符合該索引的一路由規則，若該路由規則存在於該路由規則表中，則該處理器依照該路由規則傳送該待傳送封包，其中該路由規則指定使用上述多個網路介面其中之一傳送該待傳送封包。
2. 如申請專利範圍第1項所述的多重介面網路裝置，其中每一上述通訊網路的傳輸狀態包括該通訊網路的可用頻寬、裝置間延遲、裝置間延遲抖動、封包遺失率、以及封包錯誤率其中至少一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述的多重介面網路裝置，其中對於每一上述通訊網路，該處理器統計該通訊網路的傳輸狀態，或自該通訊網路的存取點或基地台取得該通訊網路的傳輸狀態。
4. 如申請專利範圍第1項所述的多重介面網路裝置，其中該傳輸特徵包括對應的該封包的大小、時間標記、以及傳輸方向，該傳輸方向為傳送或接收。
5. 如申請專利範圍第4項所述的多重介面網路裝置，其中該處理器根據該預設數量的封包的傳輸方向與時間標記計算多種時間差值，並根據該預設數量的封包的傳輸方向、大小、以及上述多種時間差值決定該服務流的流量模式種類。
6. 如申請專利範圍第1項所述的多重介面網路裝置，其中該處理器根據該預設數量的封包其中每一封包的傳輸特徵將該封包歸屬於多個流量模式種類其中的至少一個流量模式種類，並根據屬於每一上述流量模式種類的封包數量決定該服務流的流量模式種類。
7. 如申請專利範圍第6項所述的多重介面網路裝置，其中若屬於上述多個流量模式種類之中的一特定流量模式種類的封包數量比例大於或等於一預設值，則該處理器將該服務流的流量模式種類設定為該特定流量模式種類，若屬於每一上述流量模式種類的封包數量比例皆小於該預設值，則該處理器將該服務流的流量模式種類設定為上述多個流量模式種類之中的一預設流量模式種類。
8. 如申請專利範圍第1項所述的多重介面網路裝置，其中若該路由規則不存在於該路由規則表中，則該處理器判定該封包屬於一新服務流，根據每一上述通訊網路的傳輸狀態與該新服務流 的流量模式種類選擇上述多個網路介面其中之一，為該新服務流建立符合該索引的該路由規則，並依照該路由規則傳送該新服務流的封包，其中該路由規則指定使用該處理器為該新服務流選擇的該網路介面傳送該新服務流的封包。
9. 如申請專利範圍第8項所述的多重介面網路裝置，其中該處理器定期重新決定該新服務流的流量模式種類，並根據每一上述通訊網路的傳輸狀態與該新服務流的流量模式種類選擇上述多個網路介面其中之一，以更新該路由規則。
10. 一種網路封包傳送選擇方法，由一多重介面網路裝置執行，該多重介面網路裝置包括多個網路介面，每一上述網路介面連接一通訊網路，該網路封包傳送選擇方法包括：收集每一上述通訊網路的傳輸狀態；分析一服務流的一預設數量的封包的傳輸特徵，以決定該服務流的流量模式種類；比對每一上述通訊網路的傳輸狀態與該服務流的流量模式種類的傳輸需求，以選擇上述多個網路介面其中之一，並使用該網路介面傳送該服務流的封包，其中該服務流是由上述多個網路介面透過一傳輸埠所傳送的封包以及上述多個網路介面透過該傳輸埠所接收的封包而組成；當需要傳送一待傳送封包時，以該待傳送封包的來源傳輸埠為索引在一路由規則表中搜尋符合該索引的一路由規則；以及若該路由規則存在於該路由規則表中，則依照該路由規則傳 送該待傳送封包，其中該路由規則指定使用上述多個網路介面其中之一傳送該待傳送封包。
11. 如申請專利範圍第10項所述的網路封包傳送選擇方法，其中每一上述通訊網路的傳輸狀態包括該通訊網路的可用頻寬、裝置間延遲、裝置間延遲抖動、封包遺失率、以及封包錯誤率其中至少一者。
12. 如申請專利範圍第10項所述的網路封包傳送選擇方法，其中收集每一上述通訊網路的傳輸狀態的步驟包括：對於每一上述通訊網路，統計該通訊網路的傳輸狀態，或自該通訊網路的存取點或基地台取得該通訊網路的傳輸狀態。
13. 如申請專利範圍第10項所述的網路封包傳送選擇方法，其中該傳輸特徵包括對應的該封包的大小、時間標記、以及傳輸方向，該傳輸方向為傳送或接收。
14. 如申請專利範圍第13項所述的網路封包傳送選擇方法，其中決定該服務流的流量模式種類的步驟包括：根據該預設數量的封包的傳輸方向與時間標記計算多種時間差值；以及根據該預設數量的封包的傳輸方向、大小、以及上述多種時間差值決定該服務流的流量模式種類。
15. 如申請專利範圍第10項所述的網路封包傳送選擇方法，其中決定該服務流的流量模式種類的步驟包括：根據該預設數量的封包其中每一封包的傳輸特徵將該封包歸 屬於多個流量模式種類其中的至少一個流量模式種類；以及根據屬於每一上述流量模式種類的封包數量決定該服務流的流量模式種類。
16. 如申請專利範圍第15項所述的網路封包傳送選擇方法，其中根據上述封包數量決定該服務流的流量模式種類的步驟包括：若屬於上述多個流量模式種類之中的一特定流量模式種類的封包數量比例大於或等於一預設值，則將該服務流的流量模式種類設定為該特定流量模式種類；以及若屬於每一上述流量模式種類的封包數量比例皆小於該預設值，則將該服務流的流量模式種類設定為上述多個流量模式種類之中的一預設流量模式種類。
17. 如申請專利範圍第10項所述的網路封包傳送選擇方法，更包括：若該路由規則不存在於該路由規則表中，則判定該封包屬於一新服務流；根據每一上述通訊網路的傳輸狀態與該新服務流的流量模式種類選擇上述多個網路介面其中之一；為該新服務流建立符合該索引的該路由規則；以及依照該路由規則傳送該新服務流的封包，其中該路由規則指定使用為該新服務流選擇的該網路介面傳送該新服務流的封包。
18. 如申請專利範圍第17項所述的網路封包傳送選擇方法， 更包括：定期重新決定該新服務流的流量模式種類，並根據每一上述通訊網路的傳輸狀態與該新服務流的流量模式種類選擇上述多個網路介面其中之一，以更新該路由規則。