用于网络资源分配的装置和方法【专利说明】用于网络资源分配的装置和方法[0001]本申请是申请日为2009年I月8日申请号为200980104854.1(国际申请号:PCT/US2009/000136)发明名称为“用于网络资源分配的装置和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域：
[0002]本发明一般地涉及数据网络领域。更具体地，在一个示例性方面，本发明涉及适合于在不同使用之间分配通信网络或其可用带宽的部分的计算机联网设备(例如，路由器)。【
背景技术：
】[0003]在典型的数据网络中，采用具有IP转发功能的有线或无线路由器将网络连接在一起，诸如将LAN连接到WAN，以便访问因特网或其它网络。通过LAN与路由器通信的设备使用该路由器可用的“带宽”中的一部分。所使用的带宽量取决于多种因素，诸如路由器向任何特定连接或远程设备转发的数据分组(packet)的大小。某些类型的应用需要显著多于其它应用的带宽；例如，流式视频或多媒体应用(例如，观看YouTube视频)通常比电子邮件、因特网浏览、短消息或文本应用要消耗多得多的带宽。[0004]常规的数据网络通常向所有网络业务提供被称为“尽力而为(besteffort)”的服务。例如，在TCP/IP网络中，“尽力而为”服务是默认行为，其中网络节点在面对过度网络拥塞时不加选择地丢弃分组。对于“尽力而为”服务，没有用于确保数据的可靠传递的机制(即，没有服务质量或QoS)。[0005]在某些情况下，诸如当设备请求流式或连续媒体应用(例如，上面提及的YouTube视频片段或视频会议)时，需要相当恒定并且相对高的路由器带宽量，以便发送和/或接收信息分组流。这些数据中的某些还对抖动(由于例如网络拥塞而引起的传输时间的变化性)、丢失和延迟具有非常高的敏感性，并且不能容忍网络性能的显著下降。[0006]由此还可知，随着LAN设备的数目的增加，对可用带宽的需求也增加。类似地，随着用于分布式联网环境的新应用的开发，与管理网络资源相关联的问题也在加剧。例如，作为用户在网络上放置太高负荷的结果，网络可能表现出不令人满意的性能，并且这些需求可能来自与网络运营商的商业或其它目的不一致的使用。因此，使用诸如TCP/IP之类的分组协议来管理数据网络的方案对于应对增加的需求而言变成必需的；否则，可能发生拥塞、应用不可预测性、用户受挫和生产率损失。[0007]为了解决这些网络管理问题，已经采用了各种方案。例如，网络管理者往往选择性地增加或重新分配带宽，以便减轻拥塞。网络运营商还可以采用服务质量(“QoS”)和基于策略的管理技术。[0008]如前面提到的，服务质量(QoS)—般指资源预留和控制机制，其根据来自应用程序的请求或因特网服务提供商策略来为数据流保证一定水平的性能。例如，QoS可被用于禁止某些分组类型、降低传输速率、为某些分组和/或用户类型建立不同等级的服务、以优先级值标记分组、和/或建立排队系统。通过这些方法之一或其组合，QoS系统能够向某些网络业务给予优先对待。例如参见于2007年9月25日授予Jin等的题为“Routerprovidingdifferentiatedqualityofservice(QoS)andfastinternetprotocolpacketclassifyingmethodfortherouter”的美国专利N0.7，274，700，其中公开了用于支持差别化QoS的路由器，以及在该路由器中执行的快速网际协议(IP)分组分类方法。该路由器将具有流表(flowtable)的存储器层次化地划分为快速内部高速缓存存储器和外部典型存储器。内部高速缓存存储器存储最近被搜索的表项。路由器优先搜索内部高速缓存存储器的流表。只有当内部高速缓存存储器搜索失败时，才搜索外部存储器的流表。因此，分组分类器与外部存储器之间的交互频率得以下降，从而改进了分组分类的速度。前面的专利仅仅是对一大类涉及提供或实施QoS策略的机制的现有技术的例示性说明。[0009]如其名称暗示的，所谓的基于策略的网络管理使用策略或规则来定义如何分配网络资源。策略的一个例子可以是，如果数据的IP源地址被包括在禁止地址列表中，则阻断访问或不接受分组。还可以结合上述的Q0S方法来使用基于策略的网络管理资源，其中基于策略的网络确定应当何时以及如何使用QoS技术。例如参见2007年8月7日授予Koops等的题目为“Networkmanagementsystemwithvalidat1nofpolicies”的美国专利N0.7，254，628，其公开了一种网络管理系统(匪S)，包括与一组策略相关联的策略管理器(PM)，并且包括用于通过策略决定点根据分发(distribut1n)指令向策略执行点发送所述策略的分发装置，其特征在于所述策略管理器还包括确认装置，用于确认所述策略执行点是否可以实施所述策略，并且根据所述确认来校正所述分发指令。[0010]另外，如上所述，带宽分配已经在某种程度上被采用以解决上述的网络管理问题。例如，2006年2月21日授予Enns等的题目为“High-speedinternetaccesssystem”的美国专利N0.7，002,971公开了一种在宽带网络中管理带宽分配和远程设备的配置的不对称网络系统。该系统的模块化构架允许分别为上行和下行物理路径中的每一个实现上行和下行容量的独立的可伸缩性。根据其它设备的带宽利用率、进行请求的远程设备的带宽需求、进行请求的远程设备的服务类别或等级、或向其它远程设备保证的带宽，来对请求设备进行下行带宽的分配。通过网络远程管理的配置参数包括设备地址(全局和本地)、传输信用值、上行通道指派、和上行传输功率水平。另外，通过分别由网络和远程设备根据位于两端处的网络操作软件生成的控制和响应分组，进行对设备配置简档和带宽分配的管理。控制分组包括轮询分组，其尤其是请求对上行传输的需要。配置分组指示远程设备采用某种操作状态，或返回状态或统计数据。由远程设备传输的响应分组出于控制目的或为了确认远程设备的操作状态而向网络操作中心提供信息，包括通道操作统计数据、错误、噪声等，以便去除或重新分配已指派的上行通道。可下载的网络操作软件使得网络运营商能够升级远程操作软件，或重新配置远程设备的响应简档。还可以生成账户管理和使用报告。在该网络中采用IP或ATM封装，以及前向纠错和加密。[0011]2007年8月21日授予Pandya等的题目为“Software,systemsandmethodsformanagingadistributednetwork”的美国专利N0.7，260，635公开了一种用于管理网络带宽消耗的系统和方法。该系统可以包括可加载在联网计算机上并且配置为帮助管理网络内的带宽消耗的代理模块。该代理模块被配置为获得联网计算机可使用的网络带宽的分配，并且还被配置为在与联网计算机相关联的多个消耗带宽的组件之间对这种分配进行次级分配。该系统还可以包括可加载在多个联网计算机上的多个这种代理模块，以及被配置为与每个代理模块交互以便动态管理联网计算机的带宽使用的控制模块。[0012]2006年5月30日授予Hagirahim等的题目为“Methodofprovidingqualityofservice(QoS)tovoiceapplicat1nsinroutedIPnetworks，，的美国专利N0.7，054，327公开了一种在基于分组的网络中实现流量管理的简化方法，通过允许为相应网络设备基于与特定服务相关联的端点连接数目的计数来分配带宽，以实现该方法。网络设备(例如，IP路由器)可被配置为对TCP/IP和UDP/IP连接数目和每个接口的带宽使用进行计数。可以通过识别分组的IP头内的IP地址、服务类型(TOS)、和TCP/IP和/或UDP/IP套接字号码范围，然后查询特定的通信类型，来进行该计数。当达到特定服务的最大允许连接或带宽时，借助于丢弃新呼叫的分组并且通知给定端点断开新呼叫的连接，网络设备(例如，IP路由器)停止转发任何新呼叫。在该发明的一个示例实施例中，用于管理流过分组网络的各个路由器的流量的过程包括以下步骤:在各个路由器的接口上为特定类型的通信业务预留给定的带宽量，基于来自相应路由器连接表的数据周期地查询端点连接，接收来自周期查询的响应以确定所述端点的当前连接状态和带宽分配，并且计算由该路由器处理的接口上的特定类型通信服务的当前带宽分配。如果可以获得带宽，则路由器为特定类型通信服务准许附加的通信流量。[0013]2004年8月3日授予Chawla等的题目为“Apparatusandmethodsforprovidingevent-baseddatacommunicat1nsdeviceconfigurat1n，，的美国专利N0.6，771，661公开了一种使数据通信设备能够被编程为在特定事件或时间发生后自动且动态修改资源分配而不必中断数据通信的活动会话的系统和方法。可以通过借助网络策略或借助各个带宽预留消息而提供给数据通信设备的带宽预留，来进行资源分配。带宽分配信息可以规定数据通信的会话，以及将来带宽修改信息，诸如时间或事件，该信息将引起数据通信设备修改为特定的数据通信会话预留的带宽量。在操作中，数据通信设备接收表示与数据通信会话相关联的将来带宽分配修改信息的带宽分配信息。然后数据通信设备可以确定将来事件，其中在该事件发生之后，数据通信设备将修改分配给该数据通信会话的带宽量。可以基于将来带宽分配修改信息和事件信息(诸如来自时钟的时间信号或另一事件信号)，确定将来事件。数据通信设备可以检测数据通信设备中该将来事件的发生，并且可以响应于检测到其发生而修改分配给数据通信设备内的该数据通信会话的带宽量。定义了对诸如RSVP协议之类的带宽预留协议的扩展，它们允许RSVP带宽预留消息规定所述将来带宽修改信息。[0014]例子一WiFi热点[0015]在当前无处不在的无线接入点(例如，WiFi“热点(hotspot)”或“AP”)的背景下，现有技术中显然缺乏对这些接入点或网关的基于用户的配置控制。通常，这些接入点与提供适当协议和凭证(credential)的任意实体(例如，任何希望连接AP的WiFi站或“STA”)协商，并且基于可获得或先到先服务，来分配可用于AP的数据/通信带宽(诸如通过到因特网服务提供商的有线以太网或类似连接)。通过固有的安全机制，AP管理员可以将例如未正确认证或提供正确凭证的某些用户拒之门外；然而，这一般是一种全有或全无(all-or-nothing)的方案，并且不能选择性地提供(以及动态地更改)不同类型的服务等级。例如，位于诸如公寓楼或办公室之类的普通住宅或企业设施内的802.1lAP可能处于若干不同STA的无线范围内；可能不希望让所有这些STA与该AP通信，或至少使一个或多个优先用户(例如，该AP的所有者)具有不受限制的接入或等同“地位”。[0016]而且，AP和一个或多个STA之间的连接或关联本质上可能是很短暂的，因此从资源分配的角度而言是高度变化的。可能发生用户数目和相关联的带宽需求的显著波动，从而显著影响非短时的或较长时间的用户，包括例如上述的“优先”用户。简单地说，AP所有者/管理员需要控制对他或她拥有的AP的使用，并且确保在需要时可以获得足够的资源。迄今为止，该需要实际上与提供其它非优先(例如，公共)用户对相同AP的接入和使用互相排斥。[0017]现有技术中已知提供WiFi热点服务的各种不同方法。例如，共享无线网络的"FON^irelessLtd.系统是基于为了自由接入社群内的所有其它WiFi接入点而同意共享其WiFi接入以作为交换的FON成员(“Foneros”)。FON还向非社群成员出售低价接入。FON的LaFonera路由器使得Foneros能够共享他们的家庭WiFi接入。LaFonera路由器分拆WiFi信号，创建一个安全的私有通道(即，用于宽带因特网)和一个单独的用于与其他Foneros共享的通道。[0018]Foneros一般包括两种:“Linuses”和“Bills”。Linuses和Bills是与其它Foneros共享带宽的注册FON用户。可替换地，所谓的“Aliens”是不共享其带宽但是可以诸如通过购买访问通行证(FON通行证)访问FON社群的注册FON用户。通过利用LaFoneraWiFi路由器，Linuses和Bills两者都可以交换家庭和漫游WiFi特权来共享其WiFi。[0019]类似地，NetgearHSIAB-OOI“HotspotinaBox”是使得小公司能够托管其所拥有的公共接入WiFi(无线)热点的针对小公司的系统。该系统包括双频带无线VPN防火墙路由器(FffAG114)和被管理的WiFi热点服务(即，“TheCloud”)。Hotspot-1n-a-box使得公司所有者能够向其顾客提供无线宽带因特网连接，而不需要管理WiFi网络。[0020]WiFi用户能够通过Cloud的WiFi网络(例如，BTOpenzone)获得对其服务提供者的在线接入，或可替换地，可以在处于该公司位置时使用现付现用(pay-as-you-go)方案购买接入时间。提供热点的公司所有者针对某人的连接时间收费(由TheCloud管理，或直接向公司所有者支付)。[0021]尽管有上述方法，仍然非常需要尤其通过根据用户确定的规范或输入来分配可用资源(诸如带宽)以便有效地管理和控制网络(包括例如无线LAN内的WiFi“热点”)操作的机制。[0022]理想地，这些方法和装置应当针对各种不同操作环境，并且根据若干不同网络参数，诸如应用类型、地理接近程度或位置(例如，范围)、无线空中接口的类型等，向网络管理员提供对其网络的可容易实现的和灵活当前第1页1 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