数字家庭网关网络服务质量控制技术研究

摘要

随着社会信息化和数字化的发展，特别是数字家庭概念的发展，家庭中各种电器设备、多媒体设备网络化和信息化的加速发展，这些促使多种不同业务在家庭网络中同时呈现，而不同业务对带宽、时延和抖动的要求存在一定的差异。目前家庭网络一采用的还是尽力而为的服务质量控制机制，也有一些采用以分类为基础的优先级服务质量控制机制，但是，这两种机制都无法为数字家庭网络所承载的多种不同业务提供有差别的服务质量控制能力。因此，由数字家庭网络的服务质量QoS(Quility of Service)需求出发，研究不同业务流量的识别、控制和带宽分配，并运用到管理数字家庭网络中，对于保障数字家庭网络的服务质量具有重要意义。
　　 本文首先对现有的服务质量控制模型区分服务模型、集成服务模型和QoS控制的关键技术做了分析，特别是对队列调度技术、流量整形技术和拥塞避免技术做了详细的分析。并认真研究分析了Linux系统本身的流量控制机制，对Linux系统的入口流量限制、出口队列调度、流量分类、过滤器和令牌桶算法做了细致深入的分析。然后根据现有数字家庭网络所承载多种不同业务的特点，结合目前数字家庭网关所提供服务质量控制技术，发现目前的数字家庭网络服务质量控制方面存在如下几个方面的问题：1)目前数字家庭网络服务质量控制要么只能提供尽力而为服务质量控制机制，要么提供了相关机制却存在低优先级流量饥饿问题；2)针对一些应用端口号在使用过程中不固定的业务，无法进行有效流量识别；3)无法根据不同业务流量的变化提供有效的带宽分配机制；4)没有为用户提供良好的服务质量配置接口。
　　 基于以上的研究分析，针对数字家庭网络未来服务质量控制要求的发展需要，改进了现有数字家庭网关的服务质量控制算法。主要改进如下：1)针对目前数字家庭网络中存在低优先级流量饿死问题和业务流动态变化的带宽分配要求，采用了SP(优先权调度算法)与改进的WRR(加权轮询公平算法)相结合的调度算法，即有效解决了地优先级流量饿死问题和时延敏感业务的时延保障问题，也解决了带宽动态分配问题；2)针对使用动态端口号的P2P类型业务，采用了深度数据包检测技术DPI(Deep PacketInspection)，有效解决了此业务流数据包的识别、标记；3)采用了WEB SERVER机制，提供了良好的用户QoS配置接口。
　　 最终通过在博通BM6358硬件平台和Linux系统为基础的软件平台上，实现了以上功能，通过抓包分析数据包的DSCP值，验证了流量识别的有效性，通过实验验证了优先级调度与改进的加权轮询调度相结合调度算法的优越性，通过组网测试表明该方案能够为数字家庭网络中不同的业务提供有差别的QoS，满足了未来数字家庭中多业务并发的要求。