一種基于用戶自管控的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于用戶自管控的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法。在SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，家庭所有用戶通過(guò)登錄家庭網(wǎng)絡(luò)用戶管理圖形界面后，根據(jù)該界面顯示的各種操作進(jìn)行設(shè)置，并將這些設(shè)置信息轉(zhuǎn)換成接口參數(shù)，傳遞到與SDN相連的應(yīng)用程序接口。SDN控制器調(diào)用該應(yīng)用程序接口參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)執(zhí)行相應(yīng)配置操作，在編譯后發(fā)送到Openflow交換機(jī)，交換機(jī)根據(jù)流表來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，應(yīng)用于家庭網(wǎng)關(guān)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭網(wǎng)的一次自管控。本發(fā)明通過(guò)SDN技術(shù)重構(gòu)家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從用戶自管控角度出發(fā)，通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)管理圖形界面，重新定義該家庭網(wǎng)所呈現(xiàn)的信息，并采用軟件編程方式實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的合理調(diào)度和管理，提高了家庭網(wǎng)絡(luò)的性能。
【專利說(shuō)明】—種基于用戶自管控的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及家庭網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于用戶自管控的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法，在SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，從用戶自管控角度出發(fā)，通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)管理界面，實(shí)現(xiàn)用戶合理的調(diào)度和管理網(wǎng)絡(luò)資源。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著多屏TV、視頻通訊、文件共享/備份等業(yè)務(wù)廣泛用于家庭中，家庭網(wǎng)絡(luò)逐漸衍生發(fā)展形成新的網(wǎng)絡(luò)層面。家庭網(wǎng)絡(luò)是融合家庭控制網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息網(wǎng)絡(luò)于一體的家庭信息化平臺(tái)，是在家庭范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息設(shè)備、通信設(shè)備、娛樂(lè)設(shè)備、家用電器、自動(dòng)化設(shè)備、照明設(shè)備、保安裝置及水電氣熱表設(shè)備、家庭求助報(bào)警等設(shè)備的互連和管理，以及數(shù)據(jù)和多媒體信息共享的系統(tǒng)。但由于家庭設(shè)備來(lái)源復(fù)雜，且普通家庭不具備專業(yè)的IT管理和維護(hù)能力。因此現(xiàn)有家庭網(wǎng)絡(luò)存在著部署成本高、難管理、高故障率等問(wèn)題。
[0003]研究表明，家庭網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能有很大的影響。為了解決家庭網(wǎng)絡(luò)中存在的上述問(wèn)題，人們將注意力轉(zhuǎn)移到SDN (Software Defined Networking,軟件定義網(wǎng))技術(shù)上。SDN技術(shù)的基本內(nèi)涵是通過(guò)軟件定義方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)管理，構(gòu)建開放的可編程網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化和架構(gòu)共享，提升網(wǎng)絡(luò)的軟件化程度和可編程能力，提高管理的集中化和對(duì)業(yè)務(wù)的開放化。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的SDN控制器的特點(diǎn)是，由SDN通用轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備把所有網(wǎng)關(guān)中較為單一的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能獨(dú)立出來(lái)；由SDN控制器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的管理及包轉(zhuǎn)發(fā)策略的下發(fā)；SDN上層應(yīng)用(APP)實(shí)現(xiàn)承載控制、資源分配、干擾協(xié)調(diào)刪除等功能。這樣，通過(guò)功能重構(gòu)可使轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備通用化，降低網(wǎng)絡(luò)部署的成本；另一方面，分離出的、軟件化的轉(zhuǎn)發(fā)控制提升了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能擴(kuò)展及組網(wǎng)的靈活性。因此，可以通過(guò)SDN的統(tǒng)一控制和資源協(xié)調(diào)能力，解決家庭網(wǎng)絡(luò)中一些現(xiàn)存的問(wèn)題。但目前SDN技術(shù)在家庭網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用仍處與研究實(shí)驗(yàn)階段，迄今為止還未見(jiàn)有關(guān)SDN技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)的報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有家庭網(wǎng)絡(luò)中存在的部署成本高、管理難度大、故障率高以及對(duì)外呈現(xiàn)的信息太多或太少等問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于用戶自管控的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)SDN技術(shù)重構(gòu)家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從用戶自管控角度出發(fā)，通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)管理圖形界面，重新定義該家庭網(wǎng)所呈現(xiàn)的信息，并采用軟件編程方式實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的合理調(diào)度和管理，提高家庭網(wǎng)絡(luò)的性能。
[0005]一種基于用戶自管控的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法，包括連接Internet的家庭電腦設(shè)備、SDN控制器和Openflow交換機(jī)。每臺(tái)家庭電腦上安裝用戶管理圖形界面，SDN控制器處于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的決策中心，通過(guò)用戶程序接口 API與用戶圖形界面相連，OpenFlow交換機(jī)用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)分析數(shù)據(jù)包查詢流表找到目標(biāo)家庭，并確定目標(biāo)家庭的需求，將SDN控制器的解決策略應(yīng)用到目標(biāo)家庭網(wǎng)關(guān)中。其特征在于，所述方法還包括以下步驟:
[0006]步驟1，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可安裝的家庭網(wǎng)絡(luò)管理用戶圖形界面軟件，并安裝在每個(gè)家庭的主機(jī)上。
[0007]所述用戶圖形界面至少包括三種類型信息:
[0008](I)請(qǐng)求信息，包括:接入控制，用于用戶登錄信息驗(yàn)證等；帶寬請(qǐng)求，用于用戶使用管理圖形界面設(shè)置其不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)，請(qǐng)求預(yù)留帶寬。
[0009](2)查詢信息，包括在特定端口的主機(jī)數(shù)、丟棄的數(shù)據(jù)包量、CRC錯(cuò)誤量、交換機(jī)的物理拓?fù)湮恢玫刃畔ⅰ?br>
[0010](3)提示信息，包括當(dāng)前業(yè)務(wù)流的流量大小、持續(xù)時(shí)間等信息。
[0011]步驟2，將用戶圖形界面初始化為登陸界面，每個(gè)用戶有其各自的用戶名與密碼。設(shè)定超級(jí)用戶與普通用戶，其中超級(jí)用戶用來(lái)管理所有用戶的權(quán)限。
[0012]步驟3，用戶登錄其家庭網(wǎng)絡(luò)后，根據(jù)各自的需求，在用戶圖形界面所顯示的各種操作中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。
[0013]所述設(shè)置包括:用戶請(qǐng)求接入家庭網(wǎng)的信息驗(yàn)證、每個(gè)用戶的不同業(yè)務(wù)的帶寬請(qǐng)求、查詢當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及特定端口主機(jī)數(shù)等操作。比如，用戶當(dāng)前僅使用視頻和網(wǎng)頁(yè)瀏覽業(yè)務(wù)，為保證視頻流暢，用戶可將該視頻業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)為最大，而網(wǎng)頁(yè)瀏覽的優(yōu)先級(jí)其次，則此時(shí)視頻業(yè)務(wù)所占主機(jī)的帶寬份額最大，以此操作滿足用戶需求。
[0014]步驟4，根據(jù)用戶在家庭網(wǎng)絡(luò)中用戶圖形界面上的設(shè)置，將這些設(shè)置信息轉(zhuǎn)換成接口參數(shù)，并封裝為數(shù)據(jù)包格式，傳遞到與SDN相連的應(yīng)用程序接口(API)。
[0015]步驟5，SDN控制器調(diào)用該API，解碼分析數(shù)據(jù)包內(nèi)容，并根據(jù)這些參數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的配置操作，生成合理的解決策略，并在編譯后通過(guò)安全通道發(fā)送到OpenFlow交換機(jī)。
[0016]在SDN控制器中，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)NOS(network operating system)實(shí)現(xiàn)控制邏輯功能。運(yùn)行在NOS之上的應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)視圖中的全局?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)而操作OpenFlow交換機(jī)來(lái)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制。SDN控制器不斷地刷新API，檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)包。
[0017]步驟6,進(jìn)入OpenFlow交換機(jī)的數(shù)據(jù)包通過(guò)查詢流表來(lái)取得對(duì)應(yīng)的操作，并將這些操作應(yīng)用于家庭網(wǎng)關(guān)中。同時(shí)返回當(dāng)前OpenFlow交換機(jī)信息。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯優(yōu)勢(shì):
[0019](I)實(shí)現(xiàn)了家庭網(wǎng)絡(luò)資源的透明化。家庭中優(yōu)先設(shè)定的超級(jí)用戶可通過(guò)設(shè)置其他用戶權(quán)限，管理家庭中每個(gè)用戶的網(wǎng)絡(luò)資源；家庭中每個(gè)用戶可設(shè)置其主機(jī)各種應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)，合理分配每個(gè)用戶資源，參與整個(gè)SDN網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度。應(yīng)用本發(fā)明可以自配置網(wǎng)絡(luò)資源，克服了傳統(tǒng)家庭網(wǎng)絡(luò)資源共享的缺點(diǎn)。
[0020](2)實(shí)現(xiàn)了家庭網(wǎng)絡(luò)資源的可視化。目前家庭網(wǎng)絡(luò)外部或網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商(ISP)的策略控制對(duì)用戶的可見(jiàn)度過(guò)低，家庭網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后，提升了外部網(wǎng)絡(luò)策略的可見(jiàn)度。對(duì)沒(méi)有IT知識(shí)的普通家庭成員來(lái)說(shuō)，也可通過(guò)用戶管理圖形界面可以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的管理維護(hù)。
[0021](3)通過(guò)SDN重構(gòu)家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提高了網(wǎng)絡(luò)的管理運(yùn)營(yíng)維護(hù)能力。SDN控制器采用軟件編程方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度，動(dòng)態(tài)管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源，提高資源利用率。其中SDN網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配策略采用帶寬切片優(yōu)先級(jí)確定方法，保證每個(gè)請(qǐng)求所分配的帶寬資源連續(xù)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明所涉及方法的流程圖；[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例家庭網(wǎng)架構(gòu)圖示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]本實(shí)施例的家庭網(wǎng)架構(gòu)圖示意圖如圖2所示,包括連接Internet的四個(gè)家庭電腦設(shè)備、SDN控制器和Openflow交換機(jī)等。四個(gè)家庭電腦設(shè)備分別屬于父親、母親、孩子三個(gè)用戶，一部臺(tái)式機(jī)由家庭成員共享，兩臺(tái)筆記本分別屬于父親和母親，一個(gè)iPad屬于孩子。在每個(gè)主機(jī)上安裝用戶管理圖形界面。根據(jù)用戶需求，在管理圖形界面上進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。這些配置操作封裝為數(shù)據(jù)包格式并發(fā)送到API中。SDN控制器不斷地刷新API，當(dāng)檢測(cè)有數(shù)據(jù)包出現(xiàn)則調(diào)用API，并根據(jù)控制器中的資源調(diào)度策略、網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)庫(kù)以及分層流表等模塊生成相應(yīng)的解決策略，通過(guò)編譯后由安全通道發(fā)送到Openflow交換機(jī)中。Openflow交換機(jī)不斷地上傳當(dāng)前交換機(jī)信息，更新網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并連接Internet。Openflow交換機(jī)對(duì)接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，通過(guò)查詢流表來(lái)取得對(duì)應(yīng)的操作，并將這些操作應(yīng)用于目標(biāo)家庭網(wǎng)關(guān)中。
[0026]本發(fā)明所涉及方法的流程圖如圖1所示，包括以下步驟:
[0027]( I)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可安裝的家庭網(wǎng)絡(luò)管理用戶圖形界面，并安裝在家庭的主機(jī)上，用戶圖形界面初始化為登陸界面。
[0028]用戶圖形界面的初始化登錄界面，每個(gè)用戶有自己的用戶名和密碼?？稍O(shè)置一個(gè)超級(jí)用戶，對(duì)其它用戶權(quán)限進(jìn)行管控，包括每個(gè)用戶之間的優(yōu)先級(jí)、限制某個(gè)主機(jī)訪問(wèn)某些站點(diǎn)等。當(dāng)添加一個(gè)新主機(jī)時(shí)，超級(jí)用戶需要為設(shè)備命名并設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限，若是無(wú)設(shè)置則默認(rèn)為每個(gè)用戶優(yōu)先級(jí)相等。同理每個(gè)用戶可以設(shè)定自己主機(jī)各種應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)，比如“優(yōu)先級(jí)”的范圍為I~6，其中，6表示最高優(yōu)先級(jí)，較高的優(yōu)先級(jí)表示占有較大帶寬資源，譬如某視頻業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)為6，則可根據(jù)該優(yōu)先級(jí)確定該用戶視頻業(yè)務(wù)占用戶總帶寬資源的比例。
[0029]用戶登錄后，該用戶管理界面顯示各種操作:配置用戶及應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)等請(qǐng)求操作，查詢當(dāng)前家庭網(wǎng)絡(luò)各種狀態(tài)信息以及各種提示信息等。
[0030](2)根據(jù)家庭網(wǎng)絡(luò)中用戶圖形界面上的設(shè)置，將這些設(shè)置信息轉(zhuǎn)換成接口參數(shù)，傳送到與SDN相連的應(yīng)用程序接口。
[0031]用戶端有三種類型信息:(I)請(qǐng)求；(2)查詢；(3)提示;
[0032]請(qǐng)求信息包括:
[0033]I)接入控制:用戶登錄信息驗(yàn)證等；
[0034]2)帶寬請(qǐng)求:通過(guò)設(shè)置每個(gè)用戶主機(jī)的不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)，請(qǐng)求預(yù)留不同的帶寬。
[0035]用戶帶寬取決于它在所有用戶中所占帶寬份額。每個(gè)用戶主機(jī)應(yīng)用所占用的帶寬取決于它在該用戶總帶寬中所占的帶寬比例。比如，父親的筆記本優(yōu)先級(jí)配置為6，其它主機(jī)的優(yōu)先級(jí)配置分別為5 (母親主機(jī))、4 (共享主機(jī))、3 (孩子主機(jī))，則父親的該筆記本的帶寬占家庭網(wǎng)絡(luò)總帶寬的比例為:`
6
[0036]-=0.333 ο
6+5+4+3[0037]當(dāng)某個(gè)用戶主機(jī)設(shè)置特定的應(yīng)用優(yōu)先級(jí)時(shí)，參照上述算法，可得出該應(yīng)用的帶寬占該用戶總帶寬的比例。比如:只考慮視頻和網(wǎng)絡(luò)瀏覽業(yè)務(wù)。父親筆記本中的視頻業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為6，網(wǎng)絡(luò)瀏覽業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)為4，則視頻業(yè)務(wù)帶寬占總家庭網(wǎng)絡(luò)帶寬的比例為:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種基于用戶自管控的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法，包括連接Internet的家庭電腦設(shè)備、SDN控制器和Openflow交換機(jī)；每臺(tái)家庭電腦上安裝用戶管理圖形界面，SDN控制器處于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的決策中心，通過(guò)用戶程序接口 API與用戶圖形界面相連，OpenFlow交換機(jī)用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)分析數(shù)據(jù)包查詢流表找到目標(biāo)家庭，并確定目標(biāo)家庭的需求，將SDN控制器的解決策略應(yīng)用到目標(biāo)家庭網(wǎng)關(guān)中；其特征在于包括以下步驟: 步驟1，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可安裝的家庭網(wǎng)絡(luò)管理用戶圖形界面軟件，并安裝在每個(gè)家庭的主機(jī)上； 步驟2，將用戶圖形界面初始化為登陸界面，每個(gè)用戶有其各自的用戶名與密碼；設(shè)定超級(jí)用戶與普通用戶，其中超級(jí)用戶用來(lái)管理所有用戶的權(quán)限； 步驟3，用戶登錄其家庭網(wǎng)絡(luò)后，根據(jù)各自的需求，在用戶圖形界面所顯示的各種操作中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置； 步驟4，根據(jù)用戶在家庭網(wǎng)絡(luò)中用戶圖形界面上的設(shè)置，將這些設(shè)置信息轉(zhuǎn)換成接口參數(shù)，并將所述接口參數(shù)封裝為數(shù)據(jù)包格式，傳遞到與SDN相連的應(yīng)用API ； 步驟5，SDN控制器調(diào)用所述API，解碼分析數(shù)據(jù)包內(nèi)容，并根據(jù)這些參數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的配置操作，生成合理的解決策略，并在編譯后通過(guò)安全通道發(fā)送到OpenFlow交換機(jī)； 在SDN控制器中，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)NOS實(shí)現(xiàn)控制邏輯功能；運(yùn)行在NOS之上的應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)視圖中的全局?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)而操作OpenFlow交換機(jī)來(lái)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制；SDN控制器不斷地刷新API，檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)包； 步驟6，進(jìn)入OpenFlow交換機(jī)的數(shù)據(jù)包通過(guò)查詢流表來(lái)取得對(duì)應(yīng)的操作，并將這些操作應(yīng)用于家庭網(wǎng)關(guān)中；同時(shí)返回當(dāng)前OpenFlow交換機(jī)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于用戶自管控的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟I所述用戶圖形界面至少包括三種類型信息: (1)請(qǐng)求信息，包括:接入控制，用于用戶登錄信息驗(yàn)證；帶寬請(qǐng)求，用于用戶使用管理圖形界面設(shè)置其不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)，請(qǐng)求預(yù)留帶寬； (2)查詢信息，包括在特定端口的主機(jī)數(shù)、丟棄的數(shù)據(jù)包量、CRC錯(cuò)誤量、交換機(jī)的物理拓?fù)湮恢眯畔ⅲ? (3 )提示信息,包括當(dāng)前業(yè)務(wù)流的流量大小、持續(xù)時(shí)間信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于用戶自管控的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟3所述設(shè)置內(nèi)容包括:用戶請(qǐng)求接入家庭網(wǎng)的信息驗(yàn)證、每個(gè)用戶的不同業(yè)務(wù)的帶寬請(qǐng)求、查詢當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及特定端口主機(jī)數(shù)；比如，用戶當(dāng)前僅使用視頻和網(wǎng)頁(yè)瀏覽業(yè)務(wù)，為保證視頻流暢，用戶可將該視頻業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)為最大，而網(wǎng)頁(yè)瀏覽的優(yōu)先級(jí)其次，則此時(shí)視頻業(yè)務(wù)所占主機(jī)的帶寬份額最大，以此操作滿足用戶需求。
【文檔編號(hào)】H04L12/24GK103856356SQ201410102769
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】黎海濤, 李艷 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)