专利名称：家庭网络服务质量策略管理的系统和方法
技术领域：
本发明涉及数字家庭领域，特别涉及在数字家庭网络内实现服务质量策略管理的系统和方法。
背景技术：
数字技术的飞速发展不断催生着众多的数码产品，个人电脑、PDA、手机、数字电视、DVD、MP3、DV/DC等数字产品逐步进入普通生活中，与此同时，宽带通信与互联网的普及极大地促进了数字媒体内容的发展。数字家庭网络作为宽带网络的延伸和宽带增值服务的扩展，将为电信运营商提供新的网络机遇。
数字家庭网络是电信网络端到端的一部分，将以家庭网关为中心，通过家庭网关将公共网络功能和应用延伸到家庭。数字家庭网络是电信网络由最后一公里向最后一公尺的延伸，凭借电信网络业务融合的优势可以为数字家庭网络提供端到端的服务内容。
数字家庭网络中需要共享和传送多种多样的媒体内容，有话音、视频、网上浏览、静态图片、文字、控制消息等，这些业务对于网络的QoS(服务质量)有截然不同的要求。因此QoS的实现首先需要在家庭网关上实现外部网络和家庭网络之间的带宽映射分配机制，将外部网络中业务流按照家庭网络情况进行重新映射分配，需要在家庭网关上实现带宽的动态预留和分配功能，家庭网关需要同时实现外部网络和家庭网络的服务质量机制，保证端到端的QoS；另外，需要对家庭中各个终端的QoS能力进行定义，制定终端设备和家庭网关之间的QoS信令机制。
随着数字家庭网络概念的逐步清晰，标准的问题随之而来。UPnP(通用即插即用)是针对智能家电、无线设备以及各种外观尺寸的个人电脑普遍对等网络连接而设计的一种架构。UPnP支持零配置网络及自动查找功能。UPnP设备可动态加入网络，获取IP地址，宣布自己的名称，根据需要提供功能，并了解其它设备的存在和功能。此外，设备还可自动平稳地脱离网络，而不会遗留任何不必要有状态。通常，在UPnP实现中有两个概念，一个是设备，另一个是控制点。设备可以提供UPnP协议规定的各种服务，而控制点则通过UPnP协议规定的一系列的交互过程，来和设备进行通信，以取得自己感兴趣的信息和达到控制设备的目的。
在电信网络中，绝大多数应用情况中，家庭网关由服务提供商提供。服务提供商可以提供默认QoS水平，默认QoS水平在运营商服务区域内可能都是一致的；或者根据每个家庭进行定制，通过WEB界面或者TR069网管系统对家庭网关上的QoS策略数据库进行配置以及管理，以解决对于某个家庭的不同服务的差异。一旦QoS水平分配的管理确定后，这个策略必须为家庭网络上的所有符合QoS规范的设备共享。这样一来，提供QoS策略管理者如运营商，与家庭网关，并进一步与主机对期望的QoS特性进行沟通。
手工设置家庭终端的QoS是非常麻烦的事情，并且需要专业知识，对用户提出了很高的要求，因此需要有一种动态的下发QoS的机制，网络这样才能有效地管理家庭网络的各种业务的服务质量。因此需要提供一种机制，允许家庭网络中那些支持QoS的设备能发现家庭网关，然后使用驻留在家庭网关中的QoS策略管理服务，在整个家庭网络和应用中统一分配优先级。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种在电信运营平台下实现家庭网络QoS策略统一管理的家庭网络服务质量策略管理的系统和方法。
为了达到上述目的，本发明家庭网络服务质量策略管理的系统，包括QoS策略数据库接口模块，用于提供外界操作接口、接收配置、管理和控制信息，对QoS策略数据库进行操作；QoS策略数据库模块，用于存储用户为家庭网络内设备及应用所配置的QoS策略条目，和存储UPnP控制点为业务流QoS请求所创建的QoS策略条目；UPnP QoS策略保持者服务模块，用于查询QoS策略数据库模块，为家庭网络内不同设备和应用统一分配QoS策略参数；UPnP QoS策略管理器服务模块，用于接收来自控制点请求QoS建立的消息，并向UPnP QoS策略保持者服务模块请求对应的QoS策略，为家庭网络内不同设备和应用确定QoS策略参数；UPnP QoS设备服务模块，用于接收来自UPnP QoS管理器服务模块确定的QoS策略参数，并存储到QoS策略数据库中；基于优先级的包转发和排队模块，用于提供一种排队机制，并对接收到的数据包以及为需要再发送的数据包提供优先级区分；其中，所述的QoS策略数据库模块分别与QoS策略数据库接口模块、UPnP QoS策略保持者服务模块、UPnP QoS设备服务模块之间连接有通信接口；UPnP QoS策略管理器服务模块分别与UPnP QoS策略保持者服务模块、UPnP QoS设备服务模块之间连接有通信接口；基于优先级的包转发和排队模块与QoS策略数据库模块连接有通信接口。
其中，所述UPnP QoS管理器服务模块至少包括发现控制模块，用于完成控制点功能，发现和控制家庭网络上UPnP QoS策略保持者服务模块和UPnP QoS设备服务模块；查询接收模块，用于接收来自家庭网络上UPnP控制点建立QoS请求的消息，发QoS查询消息给UPnP QoS策略保持者服务以及接收查询结果；发送创建模块，用于将查询到的QoS策略发消息给UPnP QoS设备服务模块，创建QoS策略条目。
其中，所述UPnP QoS管理器服务模块至少包括维护设备列表模块，用于维护UPnP QoS设备列表，并根据UPnP QoS设备状态及时更新。
其中，基于优先级的包转发和排队模块至少包括优先级队列模块，用于在每个发送端口上设置优先级队列；数据包匹配模块，用于根据发送数据包的五元组和QoS策略数据库中基于业务流五元组的QoS策略条目相匹配；数据包标记模块，用于对匹配到QoS策略条目的数据包，打上优先级标记，对没有匹配到QoS策略项的数据包，打上缺省的优先级标记，并放入优先级队列等待发送。
其中，所述的QoS策略数据库模块内存储的QoS策略条目包括缺省的QoS策略条目、基于业务流类型的QoS策略条目和基于业务流五元组的QoS策略条目。
本发明一种家庭网络服务质量策略管理的方法，包括以下步骤(1)QoS策略数据库接口模块接收QoS策略的数据包；(2)QoS策略数据库接口模块将所述的数据包发送到QoS策略数据库模块，QoS策略数据库模块生成基于业务流的QoS策略条目；(3)UPnP QoS策略管理器服务模块根据家庭网络内设备和应用的媒体流描述信息构建数据结构，并建立QoS请求消息后，向UPnP QoS策略保持者服务模块发送QoS策略的查询消息；(4)UPnP QoS策略保持者服务模块根据查询消息中业务流类型的关键字，查询QoS策略数据库模块中是否存在该业务流相匹配的QoS策略条目，如果存在则将该QoS策略条目发送到UPnP QoS策略保持者服务模块；如果不存在，则取用缺省的QoS策略条目发送到UPnP QoS策略保持者服务模块；(5)UPnP QoS策略保持者服务模块在获得QoS策略条目后，将所述QoS策略条目返回给步骤(3)所述UPnP QoS管理器服务模块构造的数据结构中；(6)UPnP QoS管理器服务模块收到该策略条目后，将所述的数据结构发送给家庭网关上的UPnP QoS设备服务模块；(7)家庭网关上的UPnP QoS设备服务模块接收到所述的数据结构后，提取该数据结构的关键信息和QoS策略，发送给QoS策略数据库，QoS策略数据库生成对应的基于五元组的QoS策略条目；(8)基于优先级的包转发和排队模块对来自家庭网关内的一个或一个以上数据包在QoS策略数据库进行查询；如果数据包的五元组和QoS策略数据库的基于五元组的QoS策略条目不匹配，则基于优先级的包转发和排队模块给数据包打上缺省优先级标记，否则基于优先级的包转发和排队模块给数据包打上优先级标记；(9)基于优先级的包转发和排队模块根据数据包的优先级放入对应的优先级队列中去，等候队列调度并发送出去。
其中，所述的步骤(1)之前还包括步骤家庭网关上电后，QoS策略数据库模块初始化生成缺省的QoS策略，所述QoS策略数据库模块中的QoS策略条目为家庭网关初始化生成的缺省的QoS策略条目，索引项为业务流类型。
其中，所述步骤(2)中的基于业务流类型的QoS策略条目，为供用户配置和管理的QoS策略条目，索引项为业务流类型。
其中，所述步骤(6)中的基于五元组类型的QoS策略条目，为在业务流建立QoS策略过程中动态生成的，且索引项为数据流的五元组，所述的五元组包括源地址、源端口、目的地址、目的端口和协议类型。
采用上述的系统和方法后，由于利用了现有家庭网关的技术特点，引入QoS策略数据库、UPnP QoS管理器服务模块、UPnP QoS策略保持者服务模块和UPnP QoS设备服务模块，一方面为用户提供统一的接口来管理和维护QoS策略，操作更加简单和方便；另一方面为家庭网络内不同设备和应用自动提供统一QoS策略参数据的配置，避免了繁琐的QoS参数配置操作，做到了用户参数的零配置。同时为家庭网关上实现全系统的QoS功能提供了模块化设计，降低了系统开发的难度和提高了系统设计的灵活性、可靠性，并实现根据家庭网络内UPnP控制点向家庭网关请求业务的QoS来分配业务的服务优先级，并且根据服务的优先级来提供服务，实现家庭网络内QoS策略的自动管理。
图1是本发明家庭网络服务质量系统模块示意图；图2是本发明家庭网络服务质量策略管理的实现方法的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对家庭网络QoS的系统和实现方法实施作进一步的详细说明如图1所示，为本发明对应的家庭网关上QoS结构，该结构包括QoS策略数据库接口101，是接收用户所配置的家庭网络不同设备和应用的QoS策略的通道。用户所配置的是基于业务流类型的QoS策略，可以通过WEB页面、网管系统、文件方式或者其它用户界面方式进行配置。QoS策略数据库接口101接收到用户所配置的基于业务类型的QoS策略的数据包后，解析数据包获得对应业务类型的QoS策略并存储在QoS策略数据库102中。
家庭网络上存在多种UPnP控制点设备，如机顶盒107、个人计算机108、PDA109等等。家庭网关向家庭网络其他UPnP设备和应用宣告UPnP QoS管理器服务，或者当UPnP控制点110加入家庭网络后会主动搜索家庭网络上的UPnP管理器服务103。当UPnP QoS管理器服务103被发现后，就等待来自于UPnP控制点110的建立业务流QoS请求消息。
UPnP QoS管理器服务103是家庭网络上实现UPnP QoS的主要服务主体，完成两部分功能，一是具有UPnP控制点功能，发现和控制家庭网络上所有的UPnP QoS策略保持者服务104和UPnP QoS设备服务105；二是负责家庭网络上各种业务流QoS信令的请求、释放和更新。当UPnP QoS管理器服务103搜索到家庭网络上存在0个或者多个UPnP QoS策略保持者服务，则UPnP QoS管理器服务103将直接访问QoS策略数据库102中的缺省QoS策略。UPnP QoS管理器服务103会维持一张业务流流经家庭网络途径上的所有UPnP QoS设备服务的列表，包括源设备，中间设备以及目的设备。
UPnP QoS管理器服务103等待来自UPnP控制点110要求建立业务流QoS的请求消息，当接收到此请求消息后，UPnP QoS管理器服务103充当UPnP控制点，向UPnP QoS策略保持者服务104请求获得对应业务流的QoS策略。UPnP QoS策略保持者服务104将查询QoS策略数据库102中的基于业务流的QoS策略条目。
UPnP QoS策略保持者服务104接收到从UPnP QoS管理器服务103的请求建立QoS消息时，将从消息中解析出特定业务流类型，然后将特定业务流作类型作为输入参数，调用QoS策略数据库102提供的函数接口查询获得该业务流类型的QoS参数。在获得对应QoS参数后，UPnP QoS管理器服务103发控制消息给UPnP设备服务105，通知UPnP设备服务105调用QoS策略数据库102提供的函数接口生成新的基于业务流五元组的QoS策略条目。
基于优先级的包转发和排队模块106，根据QoS策略数据库中的基于业务流五元组的QoS策略条目发送来自家庭网关内一个或多个网络接口的数据包的过程。当数据包进入到家庭网关就被基于优先级的包转发和排队引擎打上优先级标记，并根据数据包的优先级进行排队发送。
下面结合示例解释与本发明对应的QoS策略管理的实现方法示意性的实施实例。如果要求QoS服务支持的的新业务被加入到家庭网络中，新的设备必须包含必要的QoS信令功能。比如，视频和音频数据均在机顶盒中编码并通过家庭网关和远程流媒体服务器进行通信，机顶盒对音频和视频数据业务的QoS的水平要求是不一样的。对应于音频和视频业务的QoS水平可以由用户根据家庭网关提供的用户接口配置到家庭网关上的QoS策略数据库中。家庭网络将根据相应于音频和视频业务所分配的QoS策略水平的优先级来提供相关的服务。
如图2所示，为根据本发明实施所述的家庭网络QoS策略管理实现的流程示意图，具体步骤为步骤1当机顶盒加入家庭网络时，开始搜索家庭网络上的UPnP QoS管理器服务UPnPQMS。在本发明家庭网络QoS策略管理实现流程中，机顶盒控制点搜索到的是家庭网关上的UPnP QoS管理器服务UPnP QMS。
步骤2家庭网关上的UPnP QoS管理器服务UPnP QMS搜索家庭网络上的UPnP QoS策略保持者服务UPnP QPHS，在本发明家庭网络QoS策略管理实现把UPnP QoS策略保持者服务UPnP QPHS设置在家庭网关上。
步骤3家庭网关上的UPnP QoS管理器服务UPnP QMS搜索家庭网络上的UPnP QoS设备服务UPnP QDS，包括机顶盒和家庭网关上的UPnP QoS设备服务UPnP QDS，维护着一张UPnPQoS设备服务列表。
步骤4当机顶盒和远程流媒体服务器会话连接建立成功后，机顶盒内的流媒体应用程序将媒体流的描述信息，所述的描述信息包含业务流类型、五元组等，传给机顶盒内的UPnP控制点。
步骤5机顶盒内的UPnP控制点根据媒体流的描述信息构造TrafficDescriptor数据结构，并作为输入参数调用家庭网关上的UPnP QoS管理器服务UPnP QMS提供的接口RequestTrafficQos()请求建立媒体流的QoS；
步骤6家庭网关上的UPnP QoS管理器服务UPnP QMS收到来自于机顶盒控制点要求建立QoS的消息后，从消息中的TrafficDescriptor内容中提取并存储业务流类型和业务流的五元组标识信息，用于管理业务流QoS建立情况。UPnP QoS管理器服务将TrafficDescriptor作为输入参数调用UPnP QoS策略保持者服务UPnP QPHS提供的接口GetTrafficPolicy()请求业务流对应的QoS策略TrafficPolicy，所述的TrafficPolicy包括TrafficImportanceNumber、UserImportanceNumber等；步骤7QoS策略数据库QoS DB接收到UPnP QoS策略保持者服务UPnP QPHS发送QoS策略查询请求消息时，将从消息中提取业务流的类型TrafficClass，匹配基于业务流类型的QoS策略条目，如果不存在匹配项，则继续匹配缺省的QoS策略项；步骤8家庭网关的UPnP QoS策略保持者服务UPnP QPHS接收到QoS策略数据库QoS DB返回的对应业务流的QoS策略TrafficPolicy；步骤9家庭网关的UPnP QoS策略保持者服务UPnP QPHS将请求到的对应业务流的QoS策略返回给家庭网关的UPnP QoS管理器服务UPnP QMS；步骤10家庭网关的UPnP QoS管理器服务UPnP QMS将SetupTrafficDescriptor，所述的SetupTrafficDescriptor包括业务流的五元组标识以及对应的QoS策略TrafficPolicy等，作为输入参数调用家庭网关上的UPnP QoS设备服务UPnP QDS提供的接口SetTrafficQos()，要求建立对应业务流的QoS水平；步骤11家庭网关的UPnP QoS设备服务UPnP QDS接收到来自于UPnP QoS管理器服务UPnP QMS要求设置QoS策略的消息后，将从消息中提取业务流的五元组描述信息和对应的QoS水平，调用QoS策略数据库QoS DB提供的接口写入数据库中，生成新的策略条目；步骤12家庭网关的UPnP QoS管理器服务UPnP QMS将SetupTrafficDescriptor作为输入参数调用机顶盒上的UPnP QoS设备服务UPnP QDS提供的接口SetTrafficQos()，要求建立对应业务流的QoS水平；步骤13机顶盒上的流媒体应用程序将从UPnP QoS设备服务UPnP QDS那里获得流媒体数据的QoS优先级水平，并给数据包打上相应的优先级标记。同时家庭网关上也实现基于流媒体数据的优先级排队和发送，实现业务流的家庭网络内的QoS保证。
权利要求
1.家庭网络服务质量策略管理的系统，其特征在于，包括QoS策略数据库接口模块，用于提供外界操作接口、接收配置、管理和控制信息，对QoS策略数据库进行操作；QoS策略数据库模块，用于存储用户为家庭网络内设备及应用所配置的QoS策略条目，和存储UPnP控制点为业务流QoS请求所创建的QoS策略条目；UPnP QoS策略保持者服务模块，用于查询QoS策略数据库模块，为家庭网络内不同设备和应用统一分配QoS策略参数；UPnP QoS策略管理器服务模块，用于接收来自控制点请求QoS建立的消息，并向UPnP QoS策略保持者服务模块请求对应的QoS策略，为家庭网络内不同设备和应用确定QoS策略参数；UPnP QoS设备服务模块，用于接收来自UPnP QoS管理器服务模块确定的QoS策略参数，并存储到QoS策略数据库中；基于优先级的包转发和排队模块，用于提供一种排队机制，并对接收到的数据包以及为需要再发送的数据包提供优先级区分；其中，所述的QoS策略数据库模块分别与QoS策略数据库接口模块、UPnP QoS策略保持者服务模块、UPnP QoS设备服务模块之间连接有通信接口；UPnP QoS策略管理器服务模块分别与UPnP QoS策略保持者服务模块、UPnP QoS设备服务模块之间连接有通信接口；基于优先级的包转发和排队模块与QoS策略数据库模块连接有通信接口。
2.按照权利要求1所述的家庭网络服务质量策略管理的系统，其特征在于，所述UPnP QoS管理器服务模块至少包括发现控制模块，用于完成控制点功能，发现和控制家庭网络上UPnP QoS策略保持者服务模块和UPnP QoS设备服务模块；查询接收模块，用于接收来自家庭网络上UPnP控制点建立QoS请求的消息，发QoS查询消息给UPnP QoS策略保持者服务以及接收查询结果；发送创建模块，用于将查询到的QoS策略发消息给UPnP QoS设备服务模块，创建QoS策略条目。
3.按照权利要求2所述的家庭网络服务质量策略管理的系统，其特征在于，所述UPnP QoS管理器服务模块至少包括维护设备列表模块，用于维护UPnP QoS设备列表，并根据UPnP QoS设备状态及时更新。
4.按照权利要求1所述的家庭网络服务质量策略管理的系统，其特征在于，基于优先级的包转发和排队模块至少包括优先级队列模块，用于在每个发送端口上设置优先级队列；数据包匹配模块，用于根据发送数据包的五元组和QoS策略数据库中基于业务流五元组的QoS策略条目相匹配；数据包标记模块，用于对匹配到QoS策略条目的数据包，打上优先级标记，对没有匹配到QoS策略项的数据包，打上缺省的优先级标记，并放入优先级队列等待发送。
5.按照权利要求1所述的家庭网络服务质量策略管理的系统，其特征在于所述的QoS策略数据库模块内存储的QoS策略条目包括缺省的QoS策略条目、基于业务流类型的QoS策略条目和基于业务流五元组的QoS策略条目。
6.一种家庭网络服务质量策略管理的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)QoS策略数据库接口模块接收QoS策略的数据包；(2)QoS策略数据库接口模块将所述的数据包发送到QoS策略数据库模块，QoS策略数据库模块生成基于业务流的QoS策略条目；(3)UPnP QoS策略管理器服务模块根据家庭网络内设备和应用的媒体流描述信息构造数据包，并建立QoS请求消息后，向UPnP QoS策略保持者服务模块发送QoS策略的查询消息；(4)UPnP QoS策略保持者服务模块根据查询消息中业务流类型的关键字，查询QoS策略数据库模块中是否存在该业务流相匹配的QoS策略条目；如果存在则将该QoS策略条目发送到UPnP QoS策略保持者服务模块，如果不存在，则取用缺省的QoS策略条目发送到UPnP QoS策略保持者服务模块；(5)UPnP QoS策略保持者服务模块在获得QoS策略条目后，将所述QoS策略条目返回给步骤(3)所述UPnP QoS管理器服务模块构造的数据包中；(6)UPnP QoS管理器服务模块收到该策略条目后，将所述的数据包发送给家庭网关上的UPnP QoS设备服务模块；(7)家庭网关上的UPnP QoS设备服务模块接收到所述的数据包后，提取该数据包的关键信息和QoS策略，发送给QoS策略数据库，QoS策略数据库生成对应的基于五元组的QoS策略条目；(8)基于优先级的包转发和排队模块对来自家庭网关内的一个或一个以上数据包在QoS策略数据库进行查询；如果所述数据包的五元组和QoS策略数据库的基于五元组的QoS策略条目不匹配，则基于优先级的包转发和排队模块给数据包打上缺省优先级标记，否则基于优先级的包转发和排队模块给数据包打上优先级标记；(9)基于优先级的包转发和排队模块根据数据包的优先级放入对应的优先级队列中去，等候队列调度并发送出去。
7.按照权利要求6所述的家庭网络服务质量策略管理的方法，其特征在于，所述的步骤5具体为(a)UPnP QoS策略保持者服务模块在获得QoS策略条目后，将发送控制信息给UPnP QoS管理器服务模块；(b)UPnP QoS管理器服务模块将控制信息发送给家庭网络内设备或者应用的UPnP QoS设备服务模块。
8.按照权利要求6所述的家庭网络服务质量策略管理的方法，其特征在于，所述的步骤(1)之前还包括步骤A家庭网关上电后，QoS策略数据库模块初始化生成缺省的QoS策略，所述QoS策略数据库模块中的QoS策略条目为家庭网关初始化生成的缺省的QoS策略条目，索引项为业务流类型。
9.按照权利要求6所述的家庭网络服务质量策略管理的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的基于业务流类型的QoS策略条目，为供用户配置和管理的QoS策略条目，索引项为业务流类型。
10.按照权利要求6所述的家庭网络服务质量策略管理的方法，其特征在于，所述步骤(6)中的基于五元组类型的QoS策略条目，为在业务流建立QoS策略过程中动态生成的，且索引项为数据流的五元组，所述的五元组包括源地址、源端口、目的地址、目的端口和协议类型。
全文摘要
本发明公开了一种家庭网络服务质量策略管理的系统和方法，为解决电信运营平台下无法实现家庭网络QoS策略统一管理而发明。本发明的系统包括QoS策略数据库接口模块、QoS策略数据库模块、UPnP QoS策略保持者服务模块、UPnP QoS策略管理器服务模块、Upn PQoS设备服务模块、基于优先级的包转发和排队模块；本发明的方法包括接收配置QoS策略的数据包并生成基于业务流QoS策略，建立请求消息并匹配QoS策略，将相匹配的数据包提取关键信息传送至QoS策略数据库生成基于五元组的QoS策略条目，并排列数据包的优先级。采用本发明的系统和方法后，在电信运营平台下实现家庭网络QoS策略统一管理。
文档编号H04L29/02GK101072118SQ200610079678
公开日2007年11月14日 申请日期2006年5月10日 优先权日2006年5月10日
发明者江月娟, 何宝林, 王羿 申请人:中兴通讯股份有限公司