一种数字家庭网络QoS保障的方法

摘要

本发明提供一种数字家庭网络QoS保障的方法，先在网络中定义数据传输的最优路径，通信的双方或多方在开始进行数据传输前，都先传输一个具有最高优先级的协定数据包，所述协定数据包确定数据传输所需要的服务参数和传输的优先级，网络根据该优先级及服务参数在最优路径上为数据传输分配一定的带宽。通过本发明的数字家庭网络QoS保障的方法，保证了数字家庭网络中数据传输的质量。

权利要求

1、一种数字家庭网络QoS保障的方法，其特征在于先在网络中 定义数据传输的最优路径，通信的双方或多方在开始进行数据传输之 前，都先通过一个协定数据包来确定数据传输所需要的服务参数和传 输的优先级，再根据该优先级及服务参数在最优路径上为数据传输分 配相应的带宽，所述最优路径通过网络中的每个结点之间互发数据包 来测试并形成，且可根据延迟、或延迟抖动、或丢失率、或吞吐量、 或带宽为参数进行定义，结点间还不断进行轮询以更新结点的路径信 息，每更新一次最优路径表还保留更新之前的路径表信息作一个次优 备份，从而形成结点间的次优路径表。

2、根据权利要求1所述的数字家庭网络QoS保障的方法，其特 征在于每个结点对经过该结点的所有服务进行服务参数或优先级的 比较，以确定通过最优路径的服务。

3、根据权利要求2所述的数字家庭网络QoS保障的方法，其特 征在于可采用次优路径对较低优先级的服务进行数据传输。

4、根据权利要求3所述的数字家庭网络QoS保障的方法，其特 征在于可通过结点发送数据包来通知发送端停止发送，来阻止找不到 次优路径传送的低优先级服务对网络造成阻塞，所述的数据包具有最 高优先级。

5、根据权利要求4所述的数字家庭网络QoS保障的方法，其特 征在于数据传输过程中在数据包上设置一个初始化为0的参数，且该 参数在数据包每经过一次次优路径时就自动加1，当该参数的值大于 设定的一个域值时，触发结点发送具有最高优先级的数据包来通知发 送端停止发送。

6、根据权利要求5所述的数字家庭网络QoS保障的方法，其特 征在于可采用专线或组建VLAN的对于信息交换十分频繁的通信进 行数据传输。

说明书

技术领域

本发明属于数字家庭网络技术领域，特别是涉及一种数字家庭网 络QoS保障的方法。

技术背景

数字家庭网络指的是在家庭范围内，可扩展到邻居、小区，将 PC、家电、安全系统、照明系统和广域网相连接的一种新技术。目 的是使各PC、家电及其他工具之间实现信息共享，互相配合让用户 能够方便地掌握家庭设备情况并让家庭设备更好地为用户服务。

数字家庭网络是近些年来出现的概念，随着3C融合技术的发展， 数字家庭网络越来越受到业界的重视和关注。所谓3C融合，是指计 算机(Computer)、通信(Communication)、消费类电子产品(Consumer Electrics)，彼此之间相互渗透和融合，实现信息共享，方便用户于一 个统一的操作平台上来对设备和信息进行操作，从而满足人们在任何 时间、任何地点通过信息关联应用来方便自己的生活。

当前3C融合、数字家庭网络都处在起步阶段，业界对此也十分 关注。但是由于关键技术仍然未有突破，标准化尚未完善，还需要一 定的时间。目前许多技术都能支持数字家庭网络，但无法满足数字家 庭网络的发展，例如蓝牙缓慢的传输速率、802.11体系的非易用性等 等，这些都需要进一步进行研究改进甚至开发新的技术。而在向下一 代网络迈进的过程中，QoS也是一个重点内容。如何去实现网络传输 的QoS，也是一个处在激烈讨论的问题。

QoS全称是Quality of Service，即服务质量。在RFC中描述为： QoS是网络在传输数据流时要求满足地一系列服务请求，具体可以量 化为带宽、延迟、延迟抖动、丢失率、吞吐量等性能指标。

在传统网络中的IP层中，我们一直使用的是“尽力而为”的服 务原则以及IP网络的无连接、数据包的交换传输等都是为突发性数 据设计的，虽然在传输层采用了TCP协议进行质量保证和流量控制 等，但这给传输层带来了巨大的压力。

在下一代网络中，传统网络的这种“尽力而为”的特点对于连续 媒体传输的质量保证，包括音频流、视频流的传输，都显得无能为力。 于是我们将QoS提高到了一个更高的地位，目的是为了更好地保证 传输的质量。

目前数字家庭网络QoS的保障主要有两种方法：一种是优先级 的QoS方法，这种方法设置了不同用途的数据包的QoS优先级，在 网络拥塞的时候，高优先级的数据包会继续传送，而低优先级的数据 包则会被丢弃；一种是保留带宽的方法，这种方法为每一种业务分配 相应的带宽，相应的业务承诺相应的速率传送，从而保证服务质量。 家庭网络主要采用第一种方法，根据不同的业务划分不同的优先级， 使得高优先级的服务得到保障，用户可以得到更好的服务。但从长期 看来，这种方法显然不是最优的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用于数字家 庭网络中，用于保障传输质量的QoS保障的方法。
为了实现上述发明目的，采用的技术方案为：
一种数字家庭网络QoS保障的方法，先在网络中定义数据传输 的最优路径，通信的双方或多方在开始进行数据传输之前，都先通过 一个协定数据包来确定数据传输所需要的服务参数和传输的优先级， 再根据该优先级及服务参数在最优路径上为数据传输分配相应的带 宽。
所述最优路径通过网络中的每个结点之间互发数据包来测试并 形成，并可根据延迟、或延迟抖动、或丢失率、或吞吐量、或带宽为 参数进行定义。
本发明通过网络中的每个结点之间互发数据包来测试到各个结 点上的最优路径，并通过自适应调整完成每个结点在网络中的最优路 径表；并且所述结点在形成最优路径表过程中不断进行轮询并更新结 点的路径信息，每更新一次路径表则保留更新之间的路径表信息作一 个次优备份，从而形成对应每个路径的次优路径表。
每个结点还和其他服务进行服务参数或优先级的比较，以确定该 服务能否从最优路径通过。
当前的服务不能从最优路径通过时，本发明还可采用次优路径对 较低优先级的服务进行数据传输。
本发明通过结点发送数据包通知发送端停止发送，来阻止找不到 次优路径传送的低优先级服务对网络造成阻塞，所述的数据包具有最 高优先级。
在数据传输过程中，每个数据包上设置一个初始化为0的参数， 且当数据包每经过一次次优路径是参数就自动加1，当该参数的值大 于设定的一个域值时，结点发送具有最高优先级的数据包通知发送端 停止发送。
本发明还可采用专线或组建VLAN的对于信息交换十分频繁的 通信进行数据传输。
本发明的工作流程如下：
首先，定义最优路径，可以根据不同的参数进行定义，例如延迟、 延迟抖动、丢失率、吞吐量、带宽等等；
其次，在网络传输开始时，先由双方协议需要的服务参数要求并 冠以一定的优先级，这个初始协定的数据包具有最高优先级，从而保 证了及时进行收发双方的协定。网络根据给予的优先级及其约定的参 数在最优路径上分配一定的带宽，优先级较高的服务具有较高的保 障；
第三，在传输过程中如果出现网络拥塞，可以根据路由中保存的 路径信息为较低优先级的服务寻找新的路径，并保证此路径是次优路 径。并且在数据包上设置一个参数，在开始时置零，每一次经过次优 路径则此参数自动加1。
第四，对于事前已经清楚其信息交换十分频繁的服务，可以采取 在服务两端采用专线和组建VLAN的方法。这样便利于他们之间的 交换，同时不会影响其它的服务和不会受到其它服务的影响。
综上，本发明在传输的过程中结点会根据不同的服务参数要求给 予不同的对待。具有较高优先级的服务未必就占有整个带宽，只是保 证服务所要求的带宽。例如在线观看，只要保证其传输的带宽来保证 观看的质量即可，再多的带宽也是无谓。在对网络比较空闲的情况下， 低优先级的服务为了提早完成服务并且这种提早完成是具有实际意 义的，也可以占用比原来协定的更大的带宽。对数据包设置一个参数 并初始化为0，当数据包没经过一次次优路径时自动加1，超过一定 的域值则自动丢弃。在网络相对拥塞时找不到次优路径传送的低优先 级服务或者经过次优路径次数超过域值的服务的数据包必须被丢弃， 通过结点发送数据包通知发送端停止发送，此时这个数据包被赋予最 高优先级，用以及时通知发送端停止发送，接受方停止接受，避免网 络拥塞的加剧。对于采用专线连接的服务，可以采用多种网络拓扑结 构，例如对于家庭网络电视点收看，可以采用总线广播型的结构，因 为电视信号是只需要接收而不用反馈，只要一连上总线便可收看节 目，并且这种电视节目是全天候24小时持续的，所以要有专线来广 播。
本发明的有益效果在于：
1、通过定义最优路径，使得每次服务的数据传输效率最高；
2、数据传输之前，通过协议数据包协定该服务所需的参数及优 先级，可以根据优先级及参数要求在路径上分配适当的带宽，所以使 用灵活；
3、网络中每个结点还保留有次优路径表，结点还与其他服务的 优先级进行比较，以便当网络资源较为紧张时，最优路径可以插入优 先级更高的服务，优先级较低的服务通过次优路径进行传输，保证了 高优先级服务的有效响应性；
4、当优先级较低的服务老是在网络中循环无法得到响应时，可 通过具有最高优先级的数据包通知发送端停止发送，保证了网络的畅 通性；
5、对于网络中传输较为频繁的服务，采用专线或组建VLAN的 方式进行传送，一方面方便该服务的响应，另一方面也利于网络的畅 通。

附图说明

图1为本发明的结点框架；
图2为参数与优先级确定及分流模块框图；
图3为本发明的流程控制图；
图4为本发明的一个实施例网络结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。
本发明的结点框架图如附图1所示，其信息数据库包括优先级表 和路径信息表。优先级表是保存现有正在传送的服务的优先级，包括 在最短路径上的还有在次优路径上的。优先级表为进来的服务提供优 先级确定还有比较，然后确定该服务应该分流至最优路径或者次优路 径。
路径信息表是网络开始运行时，便由各个结点相互发送消息，通 过自学习获得到各个结点的最短路径。在运行的过程中，路径信息表 自己不断进行更新，并且在更新的时候保存下到各个结点的次优路 径。这样保证在最短路径被占用的时候可以采取最短路径。这里的最 短路径和次优路径不仅仅是以带宽作为参考的，还包括其他参数定义 的最短路径和次优路径，或者说是综合各种因素起来的最短路径。
策略库中包含了控制策略、分配策略和带宽监控三个小模块。 控制策略模块包括为服务参数优先级的确定和比较、以及一次分流、 二次分流、以及数据包丢弃提供策略选择。控制策略还根据分配策略 及带宽监控模块提供的信息修改策略。
分配策略模块是当每个服务要分配一定足额的带宽时使用，确定 每个服务占用的带宽在有意义的情况下达到最大的分配值，根据服务 参数优先级的不同分配不同的带宽以最大满足服务的要求，并且分配 之后修改优先级表和路径信息表。
带宽监控模块是对传输中的带宽进行监听，如果某些服务传输完 毕或由于优先级别的不同让出带宽，那么就要通知分配策略模块和控 制策略模块，以便让这两个模块清楚网络带宽分配情况，及时修改优 先级表和路径信息表。
本发明的结点对经过的所有服务进行参数和优先级比较，以确定 获得最优路经的服务，参数与优先级确定及分流模块如附图2所示， 其中包含了服务参数及服务优先级确定、服务参数及优先级比较、服 务分流以及二次分流等模块。
服务数据包到达结点后，由服务参数及服务优先级确定模块检查 是否正在传送的服务，如果是就继续传送就可以，否则根据优先级表 计算此服务在结点中的优先级。然后由服务参数与优先级比较模块将 新到的服务与结点正在处理的服务进行比较之后进行服务分流。服务 分流模块主要是在控制策略的协助下确定服务是走最短路径还是二 次分流。二次分流的服务进入二次分流模块，确定服务是走次优路径 还是被丢弃，并确定数据包是否达到丢弃的域值或者优先级还不够 高，则数据包必须被丢弃。
这些模块在工作时都与优先级表、路径信息表有信息交换及在控 制策略协助下完成。
带宽分配模块是根据分配策略来分配给不同的服务不同的带宽， 并且向带宽监控模块提供带宽使用情况。
本发明的控制流程如图3所示：
a、当服务的数据包进入结点之后，检查是否是正在传送的服务， 如果是的话就直接进行传送并转e，否则转b；
b、计算服务的优先级以及进行优先级的比较，确定是否使用最 短路径，如果是的话直接使用最短路径进行带宽分配开始传送并转e， 否则转c；
c、进行二次分流，确定是否丢弃，如果不需要丢弃则进入次优 路径进行带宽分配开始传送后转e，否则转d；
d、丢弃该数据包并发送数据包通知发送端以及接收端停止发送 及接收；
e、该次传送结束。
作为一个实施例，本发明采用的网络结构图如附图4所示，电脑 1、电脑2、电脑3、电脑4和电视服务器与网络连接，而网络通过结 点A、结点B、结点C、结点D、结点E、结点F、结点G连接组成。
当网络开始启动的时候，每个结点之间互发数据包来测试到各个 结点上的最短路径，通过自适应调整来完成自己的路径表。结点在运 作过程中不断进行轮询并修改各自的路径信息表，保证能够找到最短 路径和次优路径。也就是说每个结点都有两份路径表，其中一份是当 前正在使用的路径表，另一份是对应每个路径的次优路径表。这样就 能保证在最短路径被占用的情况之下可以找到次优路径。如果在资源 允许的情况下可以保存下多张路径表，这样就能够有更多的路径选 择，但同时也会加大网络负担，这样做是没有必要的。
假定电脑3要在电脑2上进行在线观看，当服务开始要传输的时 候，电脑2和电脑3先协定一个传输的参数要求。第一次进行协定的 数据包会以最高的服务参数要求进行传送，这样子可以保证服务参数 要求的及时确定。
协定确认结束后，发送端开始发送数据，结点先通过优先级确定 及比较之后，确定网络带宽足够，根据保存最短路径并以协定的带宽 进行服务。在传输的过程中，在每个结点中都要和其他服务进行优先 级的比较，以确定服务能否从最短路径通过。最后形成的最短路径例 如是2->B->C->F->G->3。如果网络比较空闲，那么在提高传送带宽 有意义的情况下，可以让该服务享受比原来更大的带宽，而不必按照 协定的带宽进行传送。但对于在线观看来说这样做没有意义，因为接 收端只需要一定速率的数据就可以保证视频的播放，那么再提高传送 的带宽对接收端也没有意义，于是结点将根据实际情况给予服务带 宽。
如果在这时电脑1和电脑4要进行视频对话，经过同样的确定之 后假设最短路径是1->A->C->F->E->4。此时这个服务同电脑2与电 脑3的在线观看的服务相冲突，都用到了C->F这个路径。首先看带 宽是否还能保证两个服务都正常传输，如果可以则没有必要修改，否 则就要让在线观看的服务从次优路径进行传送。这时在线观看的服务 将参照结点上保留的次优路径表进行路径选择，再与这路径上的其他 服务进行优先级的进行比较，如果大于就继续传送，否则就要准备丢 弃了。
在数据包上设置一个参数，初始为0，每经过一次次优路径参数 就自动加1。然后设定一个域值，如果数据包通过太多的次优路径就 说明该数据包在网络中存在循环，应该停止传送。不同规模的网络设 定不同的域值。如果数据包不能从最短路径和次优路径传送出去的 话，那也只能停止传送了。停止传送的服务必须发送数据包通知发送 端和接收端，这个数据包具有最高的优先级，及时通知发送端停止发 送，避免网络拥塞的加大。
被停止的服务由发送端在一定时间后再发送数据包进行轮询，确 定是否能够继续传送。这时发送的轮询数据包具有与服务相同的参数 要求，便于确定此具有此优先级的服务究竟能不能通过网络传送到接 收端去。如果不能则继续等待一段时间后再进行轮询。接收端返回的 数据包则具有最高的服务参数要求，而且可能修改了传送需要的参数 要求等，便于快速返回给发送端而做出传送决定。
对于网络中传输较为频繁的服务，采用专线或组建VLAN的方 式进行传送，如电视服务器采用专用总线形式进行广播，因为电视服 务只需要接收信息而不需要反馈信息，所以它们只要接收就可以了。