多个连网的设备的分布式使用量测量的制作方法

专利名称：多个连网的设备的分布式使用量测量的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及将业务连网，并且特别涉及用于此的测量设备。
背景技术：
网络业务提供商想要测量其网络和服务器的使用量，以便提供负载均衡，防止欺诈，能够准确地记帐等等。到此为止，有两种已知的测量模型超微粒(UFG)和集中式。
图1说明采用UFG测量系统的系统10。多个客户的每个12如住所或商店具有网络设备14，其生成并且接收网络业务量。在有些系统中，这些网络设备可以是个人计算机、有线电视机顶盒或者任何其他网络设备。在UFG模型中，为每个客户提供一个联网到该客户所在地的一个或多个网络设备的测量设备16。测量设备和/或网络设备通过一个或多个连网介质利用一个或多个连网协议被连网到中央业务提供者服务器20。
连网介质的例子包括数字用户线(DSL)、同轴电缆、PhonePNA、HomePNA、光纤分布式数据接口(FDDI)、双绞线、以太网线、IEEE 802.11无线、蓝牙、HFC、GPRS、3G、卫星等等。连网协议的例子包括TCP/IP、异步传输模式(ATM)、AppleTalk、令牌环等等。业务提供者服务器进而被连接到其他网络以及其他服务器。业务提供者服务器执行连网业务、数据传送、记帐等，并且还搜集和收集由大量测量设备16报告的数据。在许多情况下，业务提供者服务器可以被具体化为不同类型的不只一个服务器，如主服务器、备份服务器、记帐系统、防火墙、前端、首端、后端、设备配置服务器、加密和鉴权服务器等。
图2说明采用集中式测量系统的系统22，其中每个客户的位置12被配备有一个连网设备14但是没有测量设备。测量都由中央的业务提供者服务器24完成。
不幸的是，UFG模型很昂贵-每个客户一个测量设备。而且，业务提供者的服务器设备必须能够有效地解决与大量测量设备的直接接口，其趋于提高服务器设备的成本。
而且，不幸的是，集中模型不能很好地伸缩。随着越来越多的客户被加入，服务器的测量工作量至少线性地增加。因此维护量也增加。在某个时刻，服务器设备容易地到达其测量能力的限制，并且在不用更大、功能更强、并且更昂贵的服务器替换服务器设备的情况下将不可能增加任何新的客户。
而且，已有系统在任何给定的时间应用设置的测量规则以及固定数量的度量。
2001年3月16日提出的名为“网关测量和带宽管理(GatewayMetering and Bandwidth Management)”的美国专利申请s/n09/811,128与本发明共有一个发明者，Albert Teng。所述美国专利申请s/n 09/811,128中的发明通过跟踪单独一个接口的多个用户，例如通过记录TCP/IP网上的地址端口，针对解决欺诈。所述美国专利申请s/n 09/811,128中的发明消除了网络地址转换设备隐藏网络业务量的真实源的能力，其是一种通常被采用的欺诈机制，利用该欺诈机制，例如两个邻居都可以都得到网络业务而仅为单一定购而付费。所述美国专利申请s/n 09/811,128中的发明在某些情况下有困难，如对于产生多个TCP会话的应用不能准确地识别网络分组的源。
因此，希望得到一种测量设备、方法和系统，其比UFG模型既便宜又比集中式模型更可伸缩，并且其依赖于硬件标识来识别业务源。


从下面给出的详细描述中以及从本发明的实施方案的附图中可以更完全地理解本发明，但是，其不应该被认为用来将本发明限制为所述的特定实施方案，而是仅用于解释和理解。
图1说明根据现有技术的超微粒测量系统。
图2说明根据现有技术的集中式测量系统。
图3说明根据本发明的一个实施方案的分布式、多设备测量系统。
图4说明本发明的测量设备的单一网络实施方案。
图5说明本发明的测量设备的双网络实施方案。
图6说明被配置也用来提供网络集线器/交换机/路由器服务的本发明的测量设备的实施方案。
图7说明本发明的测量设备的一个实施方案。
图8说明本发明的测量设备的操作的示例方法。
具体实施例方式
图3显示系统26，其中每个客户12有一个或多个网络设备14被通过合适的网络介质和协议耦合到业务提供者的服务器28。测量被以分布式使用量(DU)测量的方式提供，其中测量被多个测量设备30执行。每个测量设备可以被连接到不只一个客户。因此，DU模型采用比UFG模型更少的测量设备，但是比集中式模型的单一测量设备(服务器)多。
随着新用户被加入DU系统，(a)与集中式模型相比，在服务器上放置的增加的测量工作量被减少到原来的N分之一，并且(b)与UFG模型相比，采购新测量表增加的开销被减少到原来的N分之一，其中N是连接到DU测量表30的客户数量。当然，N可以是变量；不要求每个DU测量表有相同的客户数。
在UFG模型中，每个测量设备的客户的平均数量是1。在集中式模型中，每个测量设备的客户的平均数量典型地在范围512-10,000。在DU模型中，每个测量设备的客户的平均数量典型地在范围2-512；更一般地，其在范围4-128；并且通常，其在范围8-32。
在这个意义上，“客户”可以意味着订购人，或者其可以意味着订购设备等。
在DU模型中，DU测量表执行为其各自客户的测量服务，并且然后将其数据或者结果报告给中央服务器，其可将数据累积成单一报告或计算。
有各种测量设备可以被用来连接到网络的连接方案。
图4显示其中测量设备32被耦合到单一网络(“网络”)的测量设备32的系统。在这个实施方案中，测量设备被作为被动监听的设备耦合，其只是监视传播去到以及来自连接到相同网络的任何和所有网络设备14的网络分组。
图5显示其中测量设备34作为一个网络(“网络A”)和另一个网络(“网络B”)之间的连接点或网关的系统。在这个实施方案中，测量设备为连接到网络之一(“网络A”)的网络设备14执行网关和测量服务。
图6显示其中测量设备36作为两个或多个网络(“网络A”到“网络D”)之间的路由器或交换机或网络集线器的系统。在这个实施方案中，测量设备为耦合到每个网络，或者耦合到网络的子网的网络设备14执行路由器/交换机/网络集线器和测量服务。
图7说明了包括本发明的原理的测量设备40(“分布式使用量测量表”)的一个示例实施方案。可以用任何合适的配置来配置测量设备40，所述配置是诸如在图4-6中所示的那些之一。测量设备包括用于将网络设备连接到一个或多个相应的网络43a-d的一个或多个网络接口42a-d，其可以使用相同的传输介质或不同的传输介质，并且其可使用相同的连网协议或者不同的连网协议，如现有的应用所需的。
在某些实施方案中测量设备还包括耦合到网络接口的交换机或网络集线器或路由器机制44，以便执行交换机/网络集线器/路由器功能。
在某些实施方案中测量设备还包括单独的控制接口46用于发送和接收测量控制命令、信号和数据。在某些实施方案中，控制接口与一个或多个被连接的网络共享一个相同的物理连网介质，并且测量命令等可以在一个或多个网络接口上，如通过简单网络管理协议(SNMP)被发送和接收。在有些实施方案中，共享的网络/控制接口和专用的控制接口都可以被采用，以便例如，允许通过传统的网络接口的远程控制以及通过如来自键盘的专用控制接口的本地操作员控制。在某些实施方案中，控制接口可以连接到区别于物理网络介质的专用命令链路47。
测量设备在某些实现中可以包括用于通过显示链路49将测量设备连接到视频或其他合适的显示机制(未示出)的显示接口48，如供本地操作员使用。在某些实施方案中，视频和其他输出可代替地在网络接口和/或控制接口上发送。在其他实施方案中，任何或所有这些可以组合出现。
分组头分析器50执行测量设备的基本的分组识别功能。分组头分析器可以，例如，分析每个网络数据分组来确定发送该分组的网络设备的标识、要接收该分组的网络设备的标识、该分组使用的通信协议等。在某些实施方案中，分组头分析器可以被内置于交换机/集线器/路由器中，而在其他实施方案中其可以是单独的逻辑。
被耦合到分组头分析器的是用于维护检测到的设备列表52的机制，其跟踪发送和/或接收网络分组的网络设备。这个列表可以以任何传统的方式来维护，如以表、链接的列表的方式等。该列表机制可包括用于维护该列表的存储器和/或大容量存储器。
还存在用于存储权重定义54的存储器和/或大容量存储器机制。这些权重定义包括规则、公式、布尔值、逻辑运算等的集合，用于为分组头分析器分析的每个分组的一个或多个方面分配或计算“权重”。
测量设备用来跟踪分组，以及测量设备用来向那些分组分配权重的特征包括但是不限于通信协议、分组大小、分组被发送的时间，分组被接收的时间、当前平均网络吞吐量、当前峰值网络吞吐量、发送的全部字节数、从某个特定时间或事件以来发送的全部字节数、在给定大小范围内发送的分组数、去往或来自特定地址或端口或网络或子网或网络设备或这种范畴的业务量、网络利用的平均或峰值百分数、打开的TCP会话的平均或峰值数、特定协议的平均或峰值业务等级、在当前网络业务量中特定协议的百分比混合、或者系统设计者认为值得测量的任何其他特征。
权重计算器56被耦合到权重定义列表中，并且执行权重计算、公式等。分组权重历史存储器或存储器58为其分组被分析的一个、某些或所有网络设备存储这些权重。
或者响应测量设备里的内部逻辑(未示出)，或者响应外部接收的控制命令，权重定义可以被动态地更新。例如，网络业务提供者可以发现在白天通过数据类型跟踪和记帐很有利，但是在晚上通过字节或分组计数很有利。或者，网络业务提供者可在白天比在晚上或在网络使用量落到某个预定阈值以下时为视频分配更重的测量权重。本领域技术人员很容易理解有多种方式，其中动态可改变的权重定义集很有利，并且能够选择动态改变方案来适合现有网络系统的特定需要。
类似的，来为这些存储器和/或大容量存储设备选择合适的大小、接口、速度、协议等也在普通的系统设计者的技能之内。
测量设备还包括一个或多个时钟机制60，如实时时钟、可重置耗用时间时钟、看门狗定时器等。通过这些时钟输出的数据可被权重计算器用于执行其权重运算，并且在别处被证明也是有用的。
读者还将理解图7中所示的测量设备仅作为说明，并且当在设计新的测量设备或新的网络的上下文中来看时，这样的设备的各种不同构造的实施方案根据本专利的教义将被理解。为简洁起见，各种增强和可选特征被忽略。
图8说明这样的测量设备的操作的方法(80)的示例实施方案。读者也希望同时参考图7。一检测到(82)新到达的分组或者下一个要被分析的分组，分组头分析器就确定(84)发送该分组的设备的标识以及接收该分组的设备的标识。测量设备搜索(86)检测的设备列表来确定测量设备是否已知这些设备。如果(88)接收设备或发送设备以前没有被遇到(或者自从检测的设备列表被重置，或自从该设备的输入被刷新等等以来还没有被遇到)，则该设备被加入(90)检测的设备列表中。
权重计算器接收来自分组头分析器的关于它用来对该分组加权的每个特征的数据，从权重定义列表中取得(92)权重定义，并且为那些指示的特征计算(94)各自的权重。然后测量设备合适地并且根据权重定义规则将这些结果写入(96)发送网络设备和/或接收网络设备的分组权重历史记录。
分组权重历史的运算、初始化、重置、刷新等非常依赖于应用，并且当根据这些教义来设计连网系统时将被熟练的读者所理解。在某些应用中，希望历史被保留很长一段时间，或者甚至永久保留。在其他应用中，希望某些或全部历史被周期性地重置以便重新开始。例如，在某些情况下有利的是，对于每个网络设备跟踪从记帐周期开始以来发送去往或者来自该网络设备的全部字节计数，同时每几分钟重置网络利用度量的百分比以便允许带宽分配的更动态的调节。
熟练的读者还理解网络设备与测量设备的比例是依赖于应用的。在各种系统实施方案中，当权衡购买需要数量的测量设备的成本和调整网络服务器的成本时，可能想要2∶1、4∶1、8∶1、12∶1、15∶1、100∶1的比例或者其他比例。此外，熟练的读者容易理解，不需要网络的所有段都具有相同的测量设备比例。例如，会发现有利的是为住宅客户使用不同于商业客户的比例，或者在城镇中使用不同于在乡村中的比例，或者在LAN中使用不同于在WAN中的比例等等。
熟练的读者很容易理解显示方法、以及其编写的描述的附图，还应该被理解为说明其中具有记录的、编码的或者否则具体化的指令、功能、例程、控制代码、固件、软件等的机器可访问介质，当被访问、读取、执行、加载到机器中，或者否则被机器利用时，将导致该机器执行所说明的方法。这样的介质包括，仅作为说明并且不是限制磁、光、磁光、或其他存储机制、固定或可拆除磁盘、驱动器、磁带、半导体存储器、有机存储器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW、压缩程序(Zip)、软盘、磁带、卷到卷(reel-to-reel)等。其替代地可包括下行到线路(down-the-wire)、广播或其他传送机制如互联网、局域网、广域网、无线、蜂窝、电缆、激光、卫星、微波、或其他合适的载体装置，在其上指令等可以被以分组、串行数据、并行数据或其他合适的格式的形式发送。该机器可包括，仅作为说明并且不限于微处理器、嵌入控制器、PLA、PAL、FPGA、ASIC、计算机、智能卡、联网设备、或适合于执行由这样的指令等定义的功能的任何其他机器、设备、系统等。这样的附图，编写的描述以及相应的权利要求可以以不同的方式理解为表示单独获得的指令等、在其特定分组/串行/并行/等形式中组织的指令等、和/或与其存储或载体介质一起的指令等。读者还将理解即使指令等必须在其被机器执行或其他利用之前被解密、解压缩、编译、中断、或者否则被处理，在不背离本专利的范围的情况下这样的指令等可以被以压缩、加密、或者否则编码的格式记录或传送。
说明书中“实施方案”、“一个实施方案”、“一些实施方案”、或者“其他实施方案”的参照指关于实施方案所描述的特定特性、结构或特征被包括在至少某些实施方案中，但是不必在本发明的所有实施方案中。“实施方案”、“一个实施方案”或“一些实施方案”的各种外观不是必须都指相同的实施方案。
如果说明书陈述一个组件、特性、结构或者特征“可”、“可能”、或“可以”被包括，该特定组件、特性、结果或特征不需要被包括。如果说明书或权利要求书指“一个”元件，不意味着仅有元件之一。如果说明书或权利要求书指“额外的”元件，不排除有不只一个额外的元件。
具有本公开内容的利益的本领域的技术人员将理解在本发明的范围里可以有从上述描述和附图中的许多其他变体。实际上，本发明不限于上述细节。而是由其中包括了对其的任何修改的所附权利要求定义本发明范围。
权利要求
1.一种设备，包括用于将所述设备耦合到至少一个网络的至少一个网络接口；耦合到所述网络接口的分组头分析器；耦合到所述分组头分析器的检测的设备列表；为多个分组特征存储各个权重值的权重定义存储器；耦合到所述分组头分析器以及权重定义存储器的权重计算器；以及耦合到所述权重计算器的分组权重历史存储器。
2.如权利要求1的设备，还包括用于接收命令的控制接口。
3.如权利要求2的设备，还包括适合于连接到物理上区别于至少一个网络的命令链路的控制接口。
4.如权利要求2的设备，其中所述控制接口包括适合于在至少一个网络上接收SNMP命令的SNMP接口。
5.如权利要求1的设备，还包括网络交换机、网络集线器以及网络路由器的至少一个。
6.如权利要求5的设备，其中至少一个网络接口包括至少两个网络接口。
7.一种网络通信系统，包括多达N个网络设备；多达M个测量设备，其中M∶N的比例在1∶2到1∶512的范围内，并且其中每个测量设备被耦合到至少一个网络设备；以及耦合到测量设备以便从所述测量设备积累成测量报告的服务器。
8.如权利要求7的网络通信系统，其中M∶N的比例在1∶4到1∶128的范围内。
9.如权利要求8的网络通信系统，其中M∶N的比例在1∶8到1∶32的范围内。
10.如权利要求7的网络通信系统，其中至少两个测量设备被耦合到各自不同数量的网络设备。
11.如权利要求7的网络通信系统，其中至少有些所述测量设备每个包括分组头分析器；耦合到所述分组头分析器的检测的设备列表；以及耦合到检测的设备列表的分组权重历史。
12.如权利要求11的网络通信系统，其中至少有些所述测量设备每个还包括权重定义存储器；以及耦合到所述权重定义存储器、所述分组权重历史以及分组头分析器的权重计算器。
13.如权利要求12的网络通信系统，其中至少有些所述测量设备每个包括网络交换机、网络集线器、以及网络路由器的至少一个。
14.如权利要求7的网络通信系统，其中至少有些所述测量设备每个包括网络交换机、网络集线器、以及网络路由器的至少一个。
15.一种测量设备的操作方法，所述方法包括确定发送或接收分组的网络设备的标识；如果所述网络设备的标识还没有存储在检测的设备列表中，则将所述网络设备的标识加到检测的设备列表中；以及对于所述分组的至少一个分组特征的每个，从权重定义存储器中读取所述分组特征的权重定义，为所述分组计算权重，并且更新分组权重历史。
16.如权利要求15的方法，其中至少一个分组特征的每个包括下列之一通信协议；分组大小；所述分组被发送的时间；所述分组被接收的时间；当前平均网络吞吐量；当前峰值网络吞吐量；发送的数据的总数量；从某个特定时间以来发送的数据的总数量；从某个特定事件以来发送的数据的总数量；发送的在给定大小范围里的分组的数量；到特定地址或端口或网络或子网或网络设备的业务量；来自特定地址或端口或网络或子网或网络设备的业务量；网络利用的平均百分比；网络利用的峰值百分比；TCP会话打开的平均数量；TCP会话打开的峰值数量；特定协议的平均业务量等级；特定协议的平均业务量等级；以及在当前网络业务量中规定的协议的百分比混合。
17.如权利要求16的方法，还包括在权重定义存储器中重新定义至少一个分组特征的权重定义。
18.一种测量通信网络业务量的方法，所述方法在不同地耦合到N个网络设备相应一些的M个测量设备的每个中包括从网络设备接收分组；分析所述分组的分组头；以及响应所述分析而更新加权的分组历史；其中N＞4，M＞2，并且M∶N在范围1∶4到1∶128内。
19.如权利要求18的方法，还包括从M个测量设备中积累测量报告到至少一个中央服务器中。
20.如权利要求19的方法，还包括对于在分组的分析中识别的至少一个分组特征的每个，为该分组特征确定权重定义，为该分组计算权重，以及在加权分组历史的更新中使用计算的权重。
21.如权利要求20的方法，其中至少一个分组特征的每个包括下列中的各自一个通信协议；分组大小；所述分组被发送的时间；所述分组被接收的时间；当前平均网络吞吐量；当前峰值网络吞吐量；发送的数据的总数量；从某个特定时间以来发送的数据的总数量；从某个特定事件以来发送的数据的总数量；发送的在给定大小范围里的分组的数量；到特定地址或端口或网络或子网或网络设备的业务量；来自特定地址或端口或网络或子网或网络设备的业务量；网络利用的平均百分比；网络利用的峰值百分比；TCP会话打开的平均数量；TCP会话打开的峰值数量；特定协议的平均业务量等级；特定协议的平均业务量等级；以及在当前网络业务量中规定的协议的百分比混合。
22.如权利要求20的方法，还包括在至少一个分组特征的权重定义存储器中改变权重定义。
23.一种制造产品，包括一个包括数据的机器可访问介质，所述数据被机器访问时使得该机器分析一个分组的分组头，识别发送所述分组的第一网络设备，识别所述分组被发送到的第二网络设备，如果所述第一或第二网络设备没有被在一个检测的设备列表中识别，则将所述第一或第二网络设备添加到所述检测的设备列表中，对于所述分组的至少一个分组特征的每一个，计算所述分组的权重，以及在分组权重历史存储器中为所述分组的分组特征更新分组权重历史。
24.如权利要求23的制造产品，其中机器可访问介质还包括数据，使得机器重置所述分组权重历史存储器的至少一些内容。
全文摘要
网络分组业务量的分布式使用量测量，比超微粒测量需要更少的测量设备，比集中式测量更可缩放，并且为各种分组特征上的加权分组历史分析提供精确的权重定义。
文档编号H04L12/26GK1465163SQ02802602
公开日2003年12月31日 申请日期2002年11月15日 优先权日2001年12月27日
发明者B·T·德鲁克, A·Y·滕 申请人:英特尔公司