分布式网关的制作方法

本发明涉及分布式网关。更特别地，本发明涉及管理连接到网关的网络的方法、网关系统和网关设备，以及用于执行所述方法的软件程序产品。

背景技术：

也被称为家庭网关的住宅网关是用于将消费者网络连接到宽带网络的终端设备。这样的消费者网络通常是在家中的lan（局域网）但是也是在办公室或车辆中的lan（局域网）。因为“住宅”网关不限于住宅设置，所以本文档中将使用更广泛的术语网关。网关通常耦合不共享相同域管理的两个网络域，诸如办公室域和公共网络运营商域。

多年来，由消费者网络提供的服务的数量增加，这引起网关的复杂性方面的增加。该增加的复杂性已经为网络运营商导致增加的成本，所述网络运营商向他们的消费者提供网关并且一般负责网关的维护。

t.cruz等人的文章“anarchitectureforvirtualizedhomegateways”，ifip/ieeeinternationalsymposiumonintegratednetworkmanagement（im2013）公开了对住宅网关进行虚拟化的概念：将网关分成家庭网络处的相对简单的硬件设备和另一个网络处的远程软件应用，所述网络例如电信运营商网络。该概念允许耦合到消费者网络的物理设备更简单得多，并且因此更便宜，同时允许甚至在不涉及消费者的房屋处的硬件设备的情况下在电信运营商网络中执行大多数软件更新。

要注意：cruz提及的家庭网络处的相对简单的网关设备可被称为简化的桥或桥接的住宅网关设备。

虚拟化的住宅网关的概念默认假设住宅网关的两部分被永久地和完美地耦合，允许这两部分一直交换数据。然而，在实践中，情况有时不是这样，因为物理设备与远程软件应用之间的数据链路可能不总是可用，或者甚至失败达延长的时间段。并且，远程软件应用可能不总是可用，例如由于服务器错误。因此，家庭或本地网络中的设备之间的通信可能丢失。这限制虚拟化的住宅网关的实际应用。

美国专利申请us2008/0069121公开了一种住宅网关，所述住宅网关被针对虚拟网关模型进行配置，并且可操作成在与远程服务器的通信中断时允许目标设备的继续操作。为了实现这一点，从us2008/0069121知晓的网关具有许多附加功能并且因此比最初在虚拟住宅网关模型中预期的更复杂得多，并且需要更多资源。

技术实现要素：

本发明的目的是通过提供一种管理具有虚拟化的网关的网络的方法来解决现有技术的这些和其它问题，该方法消除对虚拟化的网关的两部分之间的永久性无故障连接的需要。

相应地，本发明提供一种管理第一网络的方法，至少一个用户设备和网关设备连接到该第一网络，该网关设备还经由数据链路连接到第二网络并且被配置成与容纳在第二网络中的虚拟网关应用合作，该方法包括如下步骤：

-在所述至少一个用户设备中容纳辅助虚拟网关应用，该辅助虚拟网关应用被配置用于在网关设备与虚拟网关应用之间的通信丢失时提供虚拟网关应用的至少一些功能性。

通过提供可在常规的（regular）辅助的虚拟化的网关的两部分之间的数据链路失败时利用的辅助虚拟网关应用，链路故障不再是问题，因为网关设备可以经由第一或本地网络与辅助虚拟网关应用通信。相应地，辅助虚拟网关应用可以接管常规虚拟网关应用的许多任务，使得第一或本地网络基本上正常运行。本发明因此提供相对于故障的显著增加的鲁棒性。

虽然网关设备可能是具有执行所有所需的网关功能的所有硬件和软件资源的常规网关设备，但是优选的是：网关设备是具有有限硬件资源的“桥接的”或简化的网关设备，因为许多功能由远程虚拟网关应用提供。网关设备因此可以相对简单和便宜。

通过在已经存在于网络中的用户设备中容纳辅助虚拟网关应用，避免了网关设备中的附加硬件。当然将可能在第一或本地网络中提供附加的硬件设备，或在常规网关设备中提供附加的硬件资源，但是保持消费者硬件相对简单和便宜是用于提供虚拟化的网关应用的基本理由，并且提供附加的硬件违反这一点。代之以，使用已经存在于第一网络中的设备的硬件资源（特别是存储器）。用于容纳辅助虚拟网关应用的合适的设备是例如nas（网络附连存储）设备或计算机，但是现代打印机也可具有用于容纳和运行辅助虚拟网关应用的充足资源。通常，连接到第一或本地网络的不止一个用户设备将能够容纳辅助虚拟网关应用。

优选的是：该方法包括如下进一步的步骤：

-当网关设备与虚拟网关应用之间的通信丢失时，利用辅助虚拟网关应用。

即，当虚拟化的网关的合作部分之间的通信例如由于数据链路故障或由于远程服务器错误而失败时，利用容纳在用户设备中的辅助虚拟网关应用而不是远程虚拟网关应用。因此，由于本地辅助虚拟网关应用，本地网络可能能够完全或至少部分地运行。将理解的是在网关设备与虚拟网关应用之间的通信恢复时，优选地不再利用辅助虚拟网关应用来避免应用之间的冲突。

在用户设备中容纳辅助虚拟网关应用的步骤可基于反复试验，连续地向若干设备提供应用，如果有必要的话。然而，优选的是：在所述至少一个用户设备中容纳辅助虚拟网关应用的步骤之前，询问所述至少一个用户设备它是否能够容纳辅助虚拟网关应用。这允许在向一个或多个设备提供应用之前标识合适的用户设备或不止一个合适的用户设备。这使得在用户设备中容纳辅助虚拟网关应用的过程更高效。该询问步骤优选由虚拟网关应用执行。如果该询问步骤由诸如容纳应用之类的另一个实体执行，则优选的是：向虚拟网关应用通知询问的结果。

可能仅使用单个用户设备来执行本发明的方法。然而，当不止一个用户设备连接到第一网络时，优选的是：辅助虚拟网关应用被容纳在不止一个用户设备中。通过提供辅助虚拟网关应用的多个副本，还进一步降低了故障的风险。

可以以各种方式将辅助虚拟网关应用容纳在一个或多个用户设备中。例如，网关设备可存储该应用并将其加载到合适的用户设备中。然而，这需要网关设备中附加的资源（诸如附加的存储器），其是要被避免的。因此优选的是：本发明的方法进一步包括在网关设备中容纳激活应用的步骤，该激活应用被配置用于在网关设备与虚拟网关应用之间的通信例如因为发生第一和第二网络之间的数据链路的故障或者因为远程虚拟网关应用不再可用而丢失时，激活辅助虚拟网关应用。通过在网关设备中提供激活应用，用于激活用户设备中的一个（或多个）中的辅助虚拟网关应用，实现了非常高效的布置，因为激活应用可以相对小且简单，但被布置用于激活另一个设备中的相对大且复杂的辅助虚拟网关应用。通过位于网关设备中，激活应用可以快速地确定数据链路是否仍然有效并且因此确定与远程服务器的通信是否仍然有效。在一些实施例中，激活应用可主动地监视网关设备与第二网络之间的数据链路，而在其它应用中，如果网关设备与虚拟网关应用之间的通信被中断，则激活应用被另一个应用通知，例如被对网关设备而言本地的应用通知。激活应用可由虚拟网关应用容纳在网关设备中。

在有利的实施例中，（常规）虚拟网关应用和辅助虚拟网关应用具有不同但重叠的功能性集合。即，辅助虚拟网关应用和（常规）虚拟网关应用的功能性不需要全部相同。优选的是：辅助虚拟网关应用具有有限的功能性集合，但是该集合包括保持本地网络可操作所需的所有功能性。可能的功能（或功能性）是：pbx（本地交换）应用，其通知用户存在网络问题并且通信被中断，可能提供帮助信息；http（超文本传输协议）服务器应用，其回答所有传出的http请求并且通知用户通信被中断，可能提供帮助信息；网络诊断应用，其可与先前的应用之一组合。

进一步优选的是：虚拟网关应用和辅助网关应用各自具有dhcp功能性。公知的是：dchp（=动态主机配置协议）是用于动态地分配网络配置参数（诸如用于服务、接口和用户设备的ip地址）的协议。当例如无线设备（诸如打印机）想要连接到本地网络时，需要dchp功能性。通过在辅助虚拟网关应用中提供此功能性，用户设备可以连接到本地网络，当数据链路失败时也可以。

本发明进一步提供一种软件程序产品，其包含用于使得处理器执行上面描述的方法步骤的处理器指令。软件程序产品包括有形载体，诸如dvd或usb棒，并且因此可以是非瞬时的。替代地，软件程序产品可被存储在可使用因特网从其下载该软件程序产品的服务器上。软件程序产品包含软件指令，所述软件指令可以由诸如服务器、用户设备（例如智能电话）和/或监视设备之类的设备的处理器执行。

本发明更进一步提供一种网关设备，其被配置用于与远程虚拟网关应用合作并被进一步配置用于容纳激活应用，该激活应用被配置用于在网关设备与虚拟网关应用之间的通信丢失时激活辅助虚拟网关应用。

本发明还进一步提供一种被配置用于容纳辅助虚拟网关应用的用户设备，诸如计算机或打印机。该用户设备优选地还被配置用于在辅助虚拟网关应用被激活时运行该应用。

本发明另外提供一种包括第一网络的网络系统，至少一个用户设备和网关设备连接到该第一网络，该网关设备还连接到第二网络并且被配置成与容纳在第二网络中的虚拟网关应用合作，该系统被配置用于：

-在所述至少一个用户设备中容纳辅助虚拟网关应用，该辅助虚拟网关应用被配置用于在网关设备与虚拟网关应用之间的通信丢失时提供虚拟网关应用的至少一些功能性。

该网络系统优选地还被配置用于：

-当网关设备与虚拟网关应用之间的通信丢失时，利用辅助虚拟网关应用。

在这样的网络系统中，虚拟网关应用和辅助虚拟网关应用可具有不同但重叠的功能性集合，例如每个可具有dhcp功能性，而它们可能不共享所有其它功能性。

附图说明

将参考附图中图示的示例性实施例进一步解释本发明，在附图中：

图1示意性地示出根据现有技术的经由虚拟化的网关耦合的电信网络系统；

图2示意性地示出根据本发明的实施例的经由虚拟化的网关耦合的电信网络系统；

图3示意性地示出根据本发明的管理网络的方法的实施例；

图4示意性地示出被配置用于在本发明的实施例中使用的网关设备；以及

图5示意性地示出根据本发明的用于执行方法的实施例的用户设备。

具体实施方式

在图1中示意性地图示的根据现有技术的电信网络系统1包括第一或本地网络10和第二或远程网络20。若干用户设备连接到本地网络10，诸如计算机11、打印机12、nas（网络附连存储）设备13和移动（蜂窝）电话或智能电话14。当然，用户设备的数量不限于四，如仅经由图1中的图示所示，并且用户设备的数量可大于或小于四。例如，若干计算机可连接到本地网络10。例如，本地网络10与用户设备11-14之间的连接可以是使用电缆的物理连接和/或使用wi-fi的无线连接。例如，移动电话14可通过使用bluetooth®与本地网络10连接。本地网络可以是家庭、办公室或公司处的网络。

网关设备18也连接到本地网络10，并且促进本地网络10与远程网络20之间的数据的交换。网关设备18可经由包括数据链路30的逻辑订户链路（lsl）和远程网络20连接到（远程）服务器21。逻辑订户链路可由例如dsl（数字订户线）网络、电缆网络、移动网络（例如3g或4g）、光纤网络、以太网、wi-fi网络或另一个接入网络构成。其它设备（未示出）可连接到第二或远程网络20。

根据也被称为虚拟化的网关模型的nerg（网络增强的住宅网关）模型，网关设备18的功能性的部分由容纳在服务器21中的虚拟网关应用28提供。虚拟网关应用28可以是提供某些网关功能的软件程序（即软件应用），例如诸如nat（网络地址转换）、防火墙功能、路由、dhcp（动态主机配置协议）和dns（域名系统），以及应用层服务，诸如web服务、家庭自动化存储、pbx电话术等。因为大多数网关功能由虚拟网关应用提供，所以网关设备18可以相对简单。这允许网关设备18相对便宜。另外，通过将虚拟网关应用容纳在服务器中，使得网关功能的维护更容易且更便宜。将理解的是：容纳虚拟网关应用28的服务器21可容纳不止一个虚拟网关应用，并且可由电信提供者操作。一般地，本地网络10和远程网络20（和服务器21）将由不同的实体操作和控制，但是这不是必要的。

图1的现有技术布置具有如下缺点：网关设备18的正确运行完全取决于网关设备18与虚拟网关应用28之间的正确通信，这继而取决于设备18与服务器21之间的数据连接的可用性。如果该连接失败，例如由于数据链路30中或远程网络20中的故障，或者如果虚拟网关应用28失败，则网关设备18不再能够执行其大多数功能。当例如新的用户设备将连接到本地网络10时，或者当现有用户设备需要更新其与本地网络的连接时，用户设备将需要ip（因特网协议）地址。在“经典”布置（在其中使用非虚拟化的网关）中，这样的地址由网关设备的dhcp功能提供，但是在图1的布置中，地址将由远程服务器21中的虚拟网关应用28的dhcp功能提供。如果例如在数据链路30中发生中断，则网关设备18将不再能够提供ip地址。将清楚的是：这是nerg模型的不期望的后果。

在图2中示意性地图示根据本发明的解决该问题的布置。在图2中示意性地图示的电信网络系统1还包括若干用户设备11-14连接到的第一或本地网络10，以及服务器21连接到的第二或远程网络20。第一网络10和第二网络20也由数据链路30连接，如图1中那样，而服务器21托管虚拟（住宅）网关应用28。

与图1的系统相比，根据本发明的系统包括至少一个辅助虚拟网关应用（avga）28a，其被容纳在连接到本地网络10的用户设备之一中。在图2中所示的示例中，辅助虚拟网关应用28a被容纳在计算机11中，但可另外或替代地被容纳在打印机12、nas设备13中和/或移动（蜂窝）电话（智能电话）14中。辅助虚拟网关应用28a包括网关功能（诸如提供ip地址和路由业务），所述网关功能传统上由网关设备本身提供并且处于由远程虚拟网关应用（图2中的28）提供的nerg模型中。虽然辅助虚拟网关应用28a可由可被插入或以其它方式容纳在用户设备中的硬件单元构成，但是优选的是：辅助虚拟网关应用28a是软件组件，诸如软件程序（应用）、脚本、虚拟机图像和/或配置文件。

通过在所述至少一个用户设备中提供辅助虚拟网关应用28a，网关设备18的功能性的至少部分不再取决于与远程服务器21的通信，至少对于由辅助虚拟网关应用28a提供的功能而言不再取决于与远程服务器21的通信。通过提供本地辅助虚拟网关应用28a，系统的可靠性被提高。

要注意：托管虚拟网关应用28并且被示为远程服务器的服务器21可以是接入网络中的服务器（在该情况下，逻辑订户链路可以仅是没有远程网络的数据链路）。替代地或另外，虚拟网关应用28可被容纳在云中或在宽带网络网关中。在一些场景中，丢失网关设备18与虚拟网关应用28之间的通信将涉及数据链路30中的故障，而在其它场景中，其将涉及其它故障，诸如服务器故障或第二网络20的故障。

进一步要注意：根据本发明，不在网关设备18中而在用户设备11-14中提供辅助虚拟网关应用28a。以该方式，网关设备18的复杂性没有增加（除了稍后将解释的可选且简单的激活功能），并且不需要附加的资源，诸如存储器单元。有利地利用用户设备中的资源，诸如处理器和存储器。在网关设备18中容纳任何虚拟网关应用将实际上与nerg模型相反，因为nerg模型的目的是简化网关设备。

优选的是：辅助虚拟网关应用28a被加载到用户设备中，以便在需要时可用，但是仅在与虚拟网关应用28的通信失败时被激活。即，辅助虚拟网关应用28a优选地仅在虚拟网关应用28不能由本地网络10的网关设备18使用时有效。将可能让虚拟网关应用28和辅助虚拟网关应用28a同时有效，但是那可能导致优先级冲突，并且将必定导致第一或本地网络10中的增加的数据业务。相反，将可能取消远程服务器21中的虚拟网关应用28并且仅使用（多个）用户设备中的（多个）辅助虚拟网关应用28a。然而，该解决方案虽然可行，但是将需要来自用户设备的相对大量的资源，因为它们将必须能够提供虚拟网关应用28的所有功能性。另外，通过将虚拟网关移回到本地网络环境，nerg模型的优点的部分（特别是虚拟网关应用的可服务性）丢失。

为了在用户设备中容纳辅助虚拟网关应用28a，本发明优选地利用容纳应用，其本身优选地临时地可被容纳在网关设备中，但是可由虚拟网关应用28供应。容纳应用是被配置用于在用户设备中容纳辅助虚拟网关应用的软件程序。容纳应用可相对简单，并且可被从网关设备中删除，以便当辅助虚拟网关应用28a已被容纳在本地网络10的所有可用用户设备中时释放资源。

要注意：如这里所使用的，在设备中容纳软件应用暗示在设备中至少存储应用，但是优选地也安装，即使得应用准备好用于使用。已被容纳在设备中的软件应用通常必须被激活以开始运行。本发明的辅助虚拟网关应用优选地由激活应用来激活，所述激活应用优选地与容纳应用不同并且可被容纳在网关设备18中。在检测到网关设备（图2中的18）与（远程）虚拟网关应用（图2中的28）之间的通信丢失时，激活应用可激活容纳在用户设备中的辅助虚拟网关应用。

还可能通过使用移动（即蜂窝）电话在用户设备中容纳辅助虚拟网关应用。在这样的实施例中，虚拟网关应用28可能在检测到通信问题时经由移动电话网络向本地网络10的系统管理员（或用户）的移动电话传输合适的容纳应用。该容纳应用然后可能例如使用bluetooth®（或便携式存储器设备，诸如usb棒）在用户设备中容纳辅助虚拟网关应用，并且还可能在网关设备18中容纳激活应用。

虽然仅需要在单个用户设备（例如，图2中的计算机11）中容纳辅助虚拟网关应用（avga），但是还可能在两个或更多个用户设备中容纳辅助虚拟网关应用。万一用户设备出故障或被（意外或故意地）关闭，这提供较大可靠性的优点。当在本地网络中提供辅助虚拟网关应用的多个副本时，优选的是向各种副本分配优先级排序，以便避免任何冲突。虽然辅助虚拟网关应用的多个副本可能相同，但是可以设想其中不同的用户设备容纳辅助虚拟网关应用的不同版本的实施例，不同的版本适于特定的用户设备（例如，适于特定处理器、操作系统、i/o系统和/或存储器大小）。

辅助虚拟网关应用28a可具有与虚拟网关应用28相同的功能性，但这不是必需的。在优选实施例中，辅助虚拟网关应用28a比虚拟网关应用28具有更少数量的功能性。相反，辅助虚拟网关应用28a可具有虚拟网关应用所不具有的功能性，诸如故障排除功能。一般地，期望辅助虚拟网关应用具有能够向用户设备提供ip地址的dhcp功能或等效功能。

在图3中示意性地图示根据本发明的管理网络的方法的实施例。图3中图示的方法300在步骤301中开始，该步骤可包括初始化。在步骤302中，虚拟网关应用（图2中的28）远程地询问本地网络的用户设备它们是否能够容纳辅助虚拟网关应用。这可使用upnp（通用即插即用）网络协议、使用另一个本地控制协议或通过手动配置来完成。在步骤303中，虚拟网关应用确定至少一个用户设备是否已在某个时间段内确认，即肯定地回复。如果在该时间段之后没有肯定确认，则该方法在步骤310中结束，并且没有辅助虚拟网关应用被容纳在用户设备中。在一些实施例中，虚拟网关应用可重复地询问用户设备，直到至少一个已经肯定地回复。

在步骤304中，辅​​助虚拟网关应用被安装在对询问肯定地回复的一个或多个用户设备中。在步骤305中，使用常规操作模式：利用远程服务器中的虚拟网关应用。在步骤306中，确定是否存在数据链路故障或其它通信丢失。如果情况不是这样，则该方法继续步骤305的常规操作。然而，如果情况正是如此并且已经发生数据链路故障或其它类型的通信丢失，则该方法继续步骤307，在步骤307中激活和使用用户设备中的辅助虚拟网关应用。在使用辅助虚拟网关应用的同时，该方法返回到步骤306以确定数据链路故障或其它通信丢失是否仍然存在。

要注意：在本发明的方法中，可以有利地使用docker开放平台（参见www.docker.com）。docker是一般平台，并且可用于用户设备的询问以用于安装（多个）虚拟网关应用，和/或用于安装（多个）虚拟网关应用。例如，可以有利地使用的其它软件平台是xen（www.xenproiect.org）、管理程序或虚拟机监视器（vmm）和由vmware（www.vmware.com）提供的平台。

在图4中示意性地图示被配置用于在本发明的实施例中使用的网关设备的示例性实施例。网关设备18被示出包括处理器181、存储器182、输入/输出（i/o）单元183和进一步的单元189。进一步的单元189可以是电力管理单元、交换和路由单元等。可能存在不止一个进一步的单元。

存储器182可用于存储激活应用，该激活应用在被数据链路故障触发时可由处理器执行并激活用户设备中的辅助虚拟网关应用。激活应用的大小将通常受限。从而可以看出：网关设备18的复杂性基本上未被本发明改变。

用于执行根据本发明的方法的实施例的软件程序产品可包括在其上存储软件程序的有形载体，诸如dvd或存储器棒。软件程序包括用于使得处理器执行上面描述的方法步骤的指令。虽然软件程序产品优选是有形产品，但是它还可以是非有形产品，例如可以经由因特网下载的软件程序。

在图5中示意性地图示被配置用于容纳辅助虚拟网关应用的用户设备。可以是nas（网络附连存储）设备或打印机的用户设备500例如包括处理器501、存储器502和i/o单元503。经由i/o单元503，在处理器501的控制下，辅助虚拟网关应用28a可被容纳在存储器502中。当被激活时，辅助虚拟网关应用可使用存储器502在处理器501上运行（即由处理器501执行）。这允许用户设备提供正常地由（远程）虚拟网关应用提供的网关功能性。将理解的是：辅助虚拟网关应用被配置用于与网关设备（图2中的18）合作。

本发明基于如下洞悉：网关设备与远程虚拟网关应用之间的通信故障可能破坏本地网络的正确运行。本发明获益于如下进一步的洞悉：该情况可通过将虚拟网关应用的功能的至少部分移动到本地网络而不是移动到网关设备来补救，并且现今的用户设备通常能够容纳和运行软件应用。

将理解的是：上面给出的本发明的描述不意图以任何方式限制本发明。单数名词和冠词“一”和“一个”当然不意味着排除复数的可能性。在本文档中提及的诸如移动电话或智能电话之类的设备可用其后继者来代替，即使这些后继者在撰写时尚未知晓。摘要决不应当用于限制权利要求的范围，并且权利要求中的参考号码也不应当用于限制权利要求的范围。

将由本领域技术人员进一步理解的是：本发明不限于上面提及的实施例，并且在不脱离如在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下的许多添加和修改是可能的。