对提供用于家庭网络的多个互联网服务的动态切换控制的制作方法

本公开一般涉及通信网络的领域，并且更具体地涉及通信网络中网络路由的领域。

背景技术：

为了访问互联网，一些局域网(lan)使用来自不同互联网服务提供商(isp)的一个以上广域网(wan)。通常，在lan内的每个终端设备被分配有对应于多个isp的多个ip地址，所述多个ip地址可以是静态ip地址或动态ip地址。为了平衡流量，多个wan可以被分配给lan的不同的用户群。可选地，可以基于目标ip地址分配wan。相对于wan的使用的任一类型的分配通常通过lan用户定义并且保持固定直到被手动改变。

在现实生活中，对于某个目标ip地址，耦接到lan的不同的wan有时可以提供比所分配的wan更好的服务质量。然而，通过固定的wan分配的限制，lan不能有效地使用由多个isp提供的服务。

技术实现要素：

因此，为lan提供增强耦接到lan的多个广域网(wan)的使用效率且从而提高lan的服务质量的路由机制将是有利的。

本公开的实施方案提供了能够基于在lan处评估的实时网络性能在用于到lan的数据传输和来自lan的数据传输的多个wan之间动态切换的切换设备。可以由各自的互联网服务提供商(isp)提供每个wan。切换设备可通信地耦接到wan的调制解调器和lan中的网关。切换设备维护流程表以遵照openflow协议控制数据路由并且与调制解调器和网关通信。

根据为了负载平衡基于目标ip地址显示地或隐式地预分配wan的默认设置，基于请求的目标ip地址，可以初始地选择第一wan。切换设备实时监视第一wan相对于目标ip的网络性能。如果切换设备检测到网络性能已经下降到低于预定标准，则它自动选择用于在目标ip地址和用户设备之间路由数据的另一个wan。可以由往返时间(rtt)、数据包丢失和/或任何其他合适的度量测量网络性能。切换时间限制可以应用以防止切换振荡。从一个wan切换到另一个wan可以被限制为到目标ip的新的访问连接，以避免已被传输的数据的丢失。

由于切换设备基于相对于目标ip地址的当前网络性能从用于数据路由的多个wan进行动态选择，所以可以以一致的方式有利地和有效地使用多个wan的带宽。凭借动态切换，为了数据传输，可以迅速和自动地替换为目标ip地址提供差的服务质量的wan。其结果，有效地增强对lan的整体服务质量和用户体验。

在本公开的一个实施方案中，一种管理耦接到多个wan的lan处的数据传输的方法，所述方法包括通过由第一isp控制的第一通信网络在lan终端设备和目标互联网协议(ip)地址之间路由数据传输。动态评估在终端设备和目标ip地址之间的数据传输的网络性能。基于评估，可以选择由第二isp控制的第二通信网络，并且由第二isp控制的第二通信网络替换用于在lan和目标ip地址之间路由数据传输的第一通信网络。

上述是概要，并且因此不可避免地包含细节的简化、概括和省略；因此，本领域中的技术人员将理解该概要仅是说明性的，并且无意以任何方式进行限制。如仅由权利要求限定的本发明的其他方面、发明特征和优势，将在下面阐述的非限制性详细描述中变得明显。

附图说明

从结合附图的以下具体实施方式的阅读将更好地理解本发明的实施方案，其中附图中相同的参考符号指定相同的元件，并且其中：

图1例示了根据本公开的实施方案用于使用两个wan访问互联网的家庭网络的示例性网络系统；

图2是根据本公开的实施方案的描绘在耦接到lan的多个wan之间动态切换的示例性过程的流程图；

图3例示了根据本公开的实施方案由用于生成关于wan选择的决定的示例性切换逻辑使用的各种输入信息；以及

图4例示了根据本公开的实施方案能够引导lan的数据流量到动态选择的wan的示例性切换控制器的配置。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的优选实施方案，在附图中例示了其示例。虽然将结合优选的实施方案描述本发明，但应当理解，它们不旨在将本发明限制于这些实施方案。相反，本发明旨在覆盖可以被包括在如由所附权利要求书限定的本发明的精神和保护范围内的替代、修改和等同物。此外，在本发明的实施方案的以下详细描述中，为了提供本发明的透彻的理解，阐述了许多具体细节。然而，本领域中的普通技术人员将认识到，在没有这些具体细节的情况下可以实践本发明。在其他实例中，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件和电路，以便避免不必要地使本发明的实施方案的方面变模糊。虽然为了清晰起见，方法可以被描绘为一系列编号的步骤，但是编号不必指示步骤的次序。应当理解，可以跳过、并行执行或不需要保持严格的序列的次序执行一些步骤。示出本发明的实施方案的附图是半示意的且不按比例绘制，并且特别地，一些尺寸是为了陈述的清晰，并且在附图中被夸大地示出。类似地，虽然为了便于描述，附图中的视图一般示出类似的取向，但对绝大部分图中的该描绘是任意的。一般来说，可以在任何取向操作本发明。

符号和命名：

然而，应当牢记所有这些和类似的术语与合适的物理量有关，并且仅是应用于这些量的方便的标签。除非特别声明，否则如从以下讨 论明显的，应当理解，在整个发明中，利用术语诸如“处理”或“访问”或“实行”或“存储”或“再现”等的讨论，指的是将在计算机系统的寄存器和存储器以及其他计算机可读介质内表示为物理(电子)量的数据操纵和转换为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内类似地表示为物理量的其他数据的计算机系统或类似的电子计算设备的动作和过程。当部件出现在几个实施方案中时，相同的参考标号的使用表示该部件与初始的实施方案中所例示的部件是相同的。

对提供用于家庭网络的多个互联网服务的动态切换控制

总体而言，本公开的实施方案利用了局域网(lan)内的切换设备从用于互联网访问目标ip地址的多个广域网(wan)进行动态选择。切换设备被配备成用于检测当前wan的实时网络性能。如果确定网络性能已经恶化低于阈值，则切换设备可以根据一组策略自动选择且切换到用于互联网访问目标ip地址的另一个wan。其结果，可以迅速和有效地防止持续差的性能。

本文所称的lan是基于在双绞线电缆上以太网和/或用于数据传输的wi-fi的有限区域中的计算机网络，所述有限区域诸如住宅、学校、实验室或办公楼。耦接到lan的多个wan可以包括由不同的互联网服务提供商(isp)提供的wan、多协议标签交换(mpls)、虚拟专用网络(vpn)等。

图1例示了根据本公开的实施方案用于使用两个wan161和wan162访问互联网170的家庭网络110的示例性网络系统100。wan161和wan162通过调制解调器121和调制解调器122耦接到家庭网络110。家庭网络110包括可通信地耦接到网关141的许多用户设备151-用户设备154(或终端设备)。应当理解，网关141可以与其他网络部件集成在设备中，诸如路由器。每个终端设备被分配有两个ip地址，由各自的isp分配一个。所分配的ip地址可以是静态ip地址或动态ip地址。应当理解，本公开并不受lan的网络架构的限制，其可以包括任何合适的用户设备、控制设备或本领域中众所周 知的任何其他部件。

根据本公开，切换控制器130被用于智能地和动态地选择wan，用于在终端设备和目标ip地址之间提供数据传输。在该示例中，切换控制器130耦接在网关141和调制解调器121以及调制解调器122之间。例如，当用户使用终端设备151访问问网站时，初始通过wana161与网关141和调制解调器a121组合路由在终端设备151和网站主机(未明确示出)之间的数据传输。如下面更详细描述的，基于目标ip地址、用户群或生成访问请求的应用程序，根据默认设置，wana161可以被选择作为初始的wan。

在数据传输期间，切换控制器130连续监视wana161的实时网络性能。如果切换控制器130确定网络性能恶化低于预定标准，则它应用一组策略以综合评估wan161和wan162两者的服务质量。基于评估结果，切换设备可以切换到用于在终端设备151和网站主机之间的数据传输的wanb162。同样地，如果以后切换设备检测到wanb162的网络性能恶化，则切换控制器130再次应用该策略，并且评估是否切换回用于数据传输的wana161。在一些实施方案中，切换操作对于终端设备151是透明的以确保无缝转换。

由于切换设备基于用于每个源-目的地连接的当前网络性能从多个wan进行动态选择，所以可以以一致的方式有利的和有效地使用wan的带宽。凭借动态切换，为了访问会话，可以迅速和自动地替换提供差的服务质量的wan。其结果，尽管有由特定的wan提供的用于目标ip地址的网络性能可以随着时间变化的事实，但有效地增强对lan的整体服务质量和用户体验。

应当理解，本公开并不受获得网络性能的措施或技术的限制。可以由与带宽、吞吐量、延迟、抖动、误差率等有关的收集数据表示网络性能。在一个优选的实施方案中，切换设备监视往返时间(rtt)和数据包丢失，其通常是关于互联网访问的用户体验的可靠指标。

本公开并不受提供对lan的互联网访问的wan的数量或类型的限制。在一些实施方案中，切换控制器应用一组策略以决定何时执 行切换和选择哪个wan接管数据传输。除用于评估网络性能的标准之外，该组策略还可以组合与带宽容量、当前带宽使用、成本-质量比率等相关的规定的规则。在一些实施方案中，各种评估因素被加权且被整合到用于计算相应的wan的分数的数学公式中，该分数表示相对于目标ip地址每个wan的综合等级。其结果，可以选择具有较高等级的wan用于数据传输。在一些实施方案中，该组策略通过切换设备上的用户接口是用户可配置的。该策略还可以通过从云服务器170下载进行更新。

在一些实施方案中，时间限制可以被设置为在两个切换操作之间的最小时间间隔以防止切换振荡。时间限制表示持续时间，其中在该持续时间中特定的wan不大可能从差的网络性能恢复。给定时间限制，即使根据网络性能和该组切换策略确定当前wan是不能令人满意的，切换控制器拖延切换。在一些实施方案中，在一定时间段内，可以随着切换发生频率动态调整时间限制。例如，时间限制跟随每个切换操作例如以10s、20s、80s等的顺序增大。

本公开并不受在切换控制器与lan和wan中的其他网络部件之间使用的协议或通信机制的限制。在一些实施方案中，切换控制器维护且使用遵照openflow协议的流程表以控制哪个wan转发在用户设备和目标ip地址之间的数据流。

在一些实施方案中，流程表包括用于wan分配的默认设置，该默认设置使特定的wan与目标ip地址相关联。当关于网络性能的当前信息是不可用的时，例如，当用户第一次提交访问请求时，分配的wan被暂时用于数据传输。应当理解，本公开并不局限于如在切换控制器中使用的分配wan的任何机制。例如，每个wan被分配有相应的一组目标ip地址、相应的用户群或相应类别的应用程序。流程表还可以指定用于默认分配的规则。默认分配还可以基于与网络性能相关的启发式数据。由于通过互联网可访问的压倒性数量的目标ip地址以及沿wan的网络节点，所以使用流程表优选于传统的路由表的选项。在数据传输期间，每次切换控制器为特定的目标ip地址选 择不同的wan，用选择的wan修改流程表。

有时，在建立的连接的中间切换到不同的wan可以导致已经通过当前wan传输的数据的丢失。因此，在这种情况下，可以延迟切换操作直到由用户设备请求到目标ip地址的新的连接。在一些实施方案中，切换控制器依赖传输控制协议(tcp)包中的syn标志的值以确定是否存在新的连接，并且因此是否应该执行切换。特别地，如果syn值是“0”，则数据包被视为建立的连接中的数据；并且如果syn值是“1”，则数据包被视为用于发起新的连接的请求。

图2是根据本公开的实施方案的描绘在耦接到lan的多个wan之间的动态切换的示例性过程200的流程图。例如，可以由图1中的切换控制器130执行过程200。在201，lan中的用户设备发送由切换控制器检测到的新的访问请求。请求具体指定目标ip地址。在202，根据关于wan分配的默认设置例如基于目标ip地址、用户群或生成请求的应用程序识别第一wan(或默认wan)。

在一些实施方案中，散列函数或硬件逻辑被用于搜索给出包括在访问请求中的目标ip地址时的默认wan。例如，目标ip地址被用作散列密钥以通过散列函数计算散列值。所得的散列值对应于特定的wan，所述特定的wan被选择作为第一wan以暂时路由数据。

在203，切换控制器转发数据包到第一wan，以使能够在用户设备和目标ip地址之间进行数据传输。在204，在数据传输期间，切换控制器实时监视第一wan相对于数据传输的网络性能。在205，确定网络性能是否已经下降低于标准。可以由通过根据数学关系整合各种因素的值计算的分数表示网络性能。根据关于网络性能、管理和财务因素以及任何其他因素的组合的一组策略确定数学关系。如果网络性能已经变得令人不满意，则在206，进一步确定时间限制是否已经比自最后一次切换操作以来的时间限制更长。如果不是，则跳过或延迟切换操作。

在208，确定数据传输是否在建立的连接之中。如果是，则在207，延迟切换操作直到在切换控制器处请求和接收用于目标ip地址的新 的连接。

如果确定已经达到时间限制，并且已经收到新的连接请求，则可以根据数学关系选择不同的wan。可选地，特别是当仅有两个wan耦接到lan时，选择不同的wan而没有计算。因此，在209，流程表被更新以用新选择的wan反映变化。

在210，根据修改的流程表，随后的数据包被转发到用于传输的新的wan。重复上述过程204-过程210，同时使数据传输在用户设备和目标ip地址之间继续。

图3例示了根据本公开的实施方案由用于生成关于wan选择的决定的示例性切换逻辑300使用的各种输入信息。切换逻辑300被包括在如图1中所描述的切换控制器中，并且可以被实现为软件程序、硬件电路或其组合。在操作期间，切换逻辑300接收从lan用户设备传输的访问请求301。切换逻辑300从访问请求301提取目标ip地址。切换逻辑300还可以从tcp数据包识别syn值以确定请求是针对新的连接还是建立的连接。

在该示例中，切换控制器存储列出由openflow协议定义的格式的路由信息的流程表302。流程表302包括wan链路的初始分配，其可以是随机的或基于一组规则。在接收到新的访问请求时，切换逻辑300根据该组规则且通过使用散列函数将请求的目标ip与默认wan匹配，并且用默认wan引导数据传输。可以通过从外部设备(例如，从云中心远程)下载来更新包括默认分配和一组切换策略305的流程表。

切换逻辑300收集实时网络性能数据，并且根据切换策略相对于目标ip地址动态测量服务质量。基于服务质量，切换控制器选择wan，所述wan被输入到流程表302中用于引导在用户设备和目标ip地址之间随后的数据传输。还可以通过并入有切换频率、切换时间限制306和syn值确定是否执行切换来做出选择决定310。应当理解，还可以由切换逻辑使用广泛范围的其他类型的信息以得出wan选择/切换决定，而不会脱离本公开的保护范围。

根据本公开的切换控制器可以被实现为单独的控制器或与网关、路由器或任何其他类型的网络设备集成。图4例示了根据本公开的实施方案能够引导lan的数据流量到动态选择的wan的示例性切换控制器400的配置。切换控制器400包括处理器401、存储器402、输入接口403、输出接口404、操作系统405和切换逻辑410。输入接口403包括分别用于耦接到可用的wan链路的调制解调器的多个端口。输出接口404包括用于耦接到lan的网关的端口。

切换逻辑包括策略管理模块411、请求处理模块412、云中心通信模块413、流程表管理模块415、切换定时控制模块414、切换实行模块416、网络性能监视模块417和选择模块418。根据实施方案，切换逻辑410中的一些或所有的模块可以被实现为由处理器401可实行的存储在存储器402中的指令。

策略管理模块411经配置用于处理各个方面的用户可配置的策略，诸如网络性能、价格、安全性、优先级等。许多因素可以被整合在用于动态计算相应的wan的等级分数的数学公式中。可以通过云中心通信模块413从外部设备(例如，从云中心远程)下载一组策略。请求处理模块412经配置用于处理从用户设备生成的访问请求，并且得出源和目标ip地址以及新的连接标识符，例如，syn值。

流程表管理模块415基于wan选择/切换决定维护且更新流程表。还可以通过云中心通信模块413从外部设备(例如，从云中心远程)下载具有默认wan分配的流程表。给出新的访问请求，流程表管理模块415经配置用于基于默认分配将目标ip地址与wan匹配。

网络性能模块417相对于预定标准实时收集和评估网络性能数据。切换定时控制模块414控制关于访问特定的目标ip地址的切换控制器的切换频率。切换定时控制模块414可以基于实际切换频率为连续的切换操作调整时间限制。例如，在一定的时间间隔期间，如果每次执行切换操作达到时间限制，则时间限制可以在固定的步骤或变化的步骤中递增；并且反之亦然。

选择模块418根据策略基于网络性能为每个wan计算等级分数， 并且产生关于是否执行切换操作和选择切换到哪个wan的决定。切换实行模块416通过将数据包转发到用于目标ip地址的数据传输所选择的wan实行决定。

虽然本文已经公开了某些优选的实施方案和方法，但从上述公开对于本领域中的技术人员明显的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对此类实施方案和方法进行变更和修改。其意图是，本发明应仅限于由所附权利要求和适用法律的规则和原则所要求的范围。