管理IP地址的方法、系统及BRAS和Portal服务器

摘要

本发明公开了一种管理IP地址的方法、系统及BARS和Portal服务器，在接入用户数量超过BRAS预先设置的IP地址数量时，BRAS向Portal服务器请求添加IP地址；Portal服务器向其下挂的其他BARS询问IP地址使用情况，并从返回空余IP地址情况的BRAS中选择一个BRAS并向其请求添加IP地址；Portal服务器更新自身存储的IP地址信息，并下发给请求添加IP地址的BRAS，该BRAS更新自身存储的IP地址信息。通过本发明方法，动态的均衡了WLAN网络中各BRAS的IP地址信息，使接入用户数量多的BRAS分配到了更多的IP地址，提高了网络整体的接入能力。而且，随着IP地址信息在BRAS间不断的再分配，各BRAS的IP地址将会达到依据接入用户数量的稳定状态，也就实现了IP地址的最优化分配。

说明书

技术领域

本发明涉及WLAN接入技术，尤指一种管理IP地址的方法、系统及宽 带远程接入服务器（BRAS，Broadband Remote Access Server）和Portal服务 器。

背景技术

在无线宽带（WLAN，Wireless LAN）网络中，BRAS位于骨干网络的 边缘层，完成对用户无线宽带，即WLAN接入的控制工作。当WLAN用户 接入到接入热点（AP，Access Point）时，BRAS通过动态主机设置协议（DHCP， Dynamic Host Configuration Protocol）服务，将其资源池中的IP地址分配到 用户终端，用户终端获取IP地址后完成后续的认证与交互工作。

目前，三大运营商WLAN网络的架构为，在BRAS旁挂Portal服务器， 用于管理用户认证、计费工作。用户接入运营商服务集标识（SSID）后，由 BRAS上的DHCP服务从其公网IP地址池中为用户终端随机分配公网IP地 址。当用户终端获取公网IP地址后，用户终端向Portal服务器发送认证请求， 认证通过后BRAS设置允许该IP访问互联网。若未认证通过，用户终端试 图访问互联网其他网址时会被BRAS进行拦截，并重定向到Portal服务器。

图1为现有WLAN网络架构示意图，如图1所示，每台BRAS下挂有 多个AP热点，用于管理不同区域的用户接入。每台BRAS上的DHCP服务 保存有公网IP地址表单。该公网IP地址表单不仅用于向用户终端分配公网 IP地址，同时需要对用户终端发起的认证请求进行预处理。所谓的预处理就 是对经由该BRAS发往AAA服务器（图1中未示出）的认证请求进行判断， 在其源IP地址存在于该BRAS的IP地址表单时，允许其通过；如果其源IP 地址不属于该BRAS的IP地址表单中的IP地址，则确定为非法请求并拒绝 其通过。

在现有WLAN网络架构中，会预先设置各BRAS设备IP地址表单；对 应地，在Portal服务器上也会存储各个BRAS的ID及其对应的IP地址列表 的表单，用于BRAS分配接入用户IP地址及用户登陆认证。

但是，由于各BRAS设备覆盖的区域用户数量是随时间动态变化的，而 且，由于各种原因该区域的接入用户数量也会发生变化。当某台BRAS接入 用户数量增多，超过预设的BRAS可分配公网IP地址数量时，后接入的用户 将无法分配到公网IP地址，从而无法登陆并访问互联网；而此时，其他的 BRAS同一时间接入的用户数量可能较少，这样便造成了IP地址的浪费。另 外，固定的IP地址数量也造成了BRAS无法对接入用户数量进行预估，也无 法对IP地址数量进行动态调整。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种管理IP地址的方法、系统及 BRAS和Portal服务器，能够达到WLAN网络架构中IP地址的动态平衡， 确保用户能正常访问互联网。

为了达到本发明目的，本发明提供了一种管理IP地址的方法，包括：在 接入用户数量超过宽带远程接入服务器BRAS预先设置的IP地址数量时， BRAS向Portal服务器请求添加IP地址；

Portal服务器向其下挂的其他BARS询问IP地址使用情况，其他BARS 将自身的空余IP地址情况返回给Portal服务器；

Portal服务器从返回空余IP地址情况的BRAS中选择一个BRAS并向其 请求添加IP地址，被请求的BRAS从自身的空余IP地址中返回相应空余IP 地址给Portal服务器；

Portal服务器更新自身存储的IP地址信息，并下发给请求添加IP地址的 BRAS，该BRAS更新自身存储的IP地址信息。

所述BRAS向Portal服务器请求添加IP地址包括：所述BRAS通过第一 IP地址再分配请求，向Portal服务器请求添加IP地址；

在第一IP地址再分配请求中携带有所述BRAS的身份标识ID、请求发 送时间、以及请求标志位。

所述Portal服务器向其下挂的其他BARS询问IP地址使用情况包括：

所述Portal服务器在接收到第一IP地址再分配请求后，向其下挂的除发 起IP地址再分配请求的所述BRAS之外的其他BRAS广播询问IP地址使用 情况的询问请求。

所述其他BARS将自身的空余IP地址情况返回给Portal服务器包括：

所述其他BARS，基于正态分布3σ原理预测自身未来可能接入的用户 数，并将扣除预测的用户数后剩余的空余IP地址返回给Portal服务器。

所述预测自身未来可能接入的用户数包括两组或两组以上，取用户数最 多的一组的预测数量最为未来可能接入的用户数。

所述Portal服务器从返回空余IP地址情况的BRAS中选择一个BRAS 并向其请求添加IP地址包括：

所述Portal服务器对所述其他BRAS返回的空余情况进行排序，按照预 设比例值选取其中空余IP地址比例最高的BRAS中的部分IP地址比例，或 根据实际情况选取；

所述Portal服务器向选择出的被请求的BRAS发送第二IP地址再分配请 求，在第二IP地址再分配请求中携带有所述选择出的BRAS的ID、请求发 送的时间、请求标志位，以及空余IP再分配比例。

该方法还包括：所述被请求的BARS冻结选择出的相应数量的IP空余地 址；

直至所述请求添加IP地址的BRAS更新完自身存储的IP地址信息，所 述Portal服务器向被请求的BRAS发送删除冻结IP地址请求，所述被请求的 删除所述冻结的IP地址，并更新自身本地的IP地址表单。

本发明还提供一种BARS，至少包括控制模块、存储有IP地址表单的存 储模块、以及预测模块；其中，

控制模块，用于在接入用户数量超过自身预先设置的IP地址数量时，向 Portal服务器请求添加IP地址；接收到来自Portal服务器的，更新通知，更 新自身存储的IP地址信息；接收到来自Portal服务器的询问请求，通知预测 模块；从自身的空余IP地址中返回相应空余IP地址给Portal服务器；

预测模块，用于基于正态分布3σ原理预测自身未来可能接入的用户数， 并根据所述存储模块中存储的IP地址表单，将扣除该用户数后剩余的空余IP 地址返回给Portal服务器。

本发明还提供一种Portal服务器，至少包括管理模块，用于在接收到来 自请求IP地址再分配的BARS的请求，向其下挂的其他BARS询问IP地址 使用情况；从返回空余IP地址情况的BRAS中选择一个BRAS并向其请求 添加IP地址；根据BARS返回的空闲IP地址信息，更新自身存储的IP地址 信息，并通知请求添加IP地址的BRAS。

本发明还提供一种管理IP地址的系统，至少包括Portal服务器、Portal 服务器下挂的多个BARS；

在接入用户数量超过自身预先设置的IP地址数量时，所述BARS作为请 求BARS，用于向Portal服务器请求添加IP地址；收到询问请求的BRAS， 用于将自身的空余IP地址情况返回给Portal服务器；被请求的BRAS，用于 从自身的空余IP地址中返回相应空余IP地址给Portal服务器；更新自身存 储的IP地址信息；

所述Portal服务器，用于收到来自请求BRAS的调价IP地址请求，向其 下挂的除请求BRAS之外的其他BARS询问IP地址使用情况；从返回空余 IP地址情况的BRAS中选择一个BRAS作为被请求的BRAS并向其请求添加 IP地址；更新自身存储的IP地址信息，并下发给所述请求BRAS。

与现有技术相比，本发明包括在接入用户数量超过BRAS预先设置的IP 地址数量时，BRAS向Portal服务器请求添加IP地址；Portal服务器向其下 挂的其他BARS询问IP地址使用情况，其他BARS将自身的空余IP地址情 况返回给Portal服务器；Portal服务器从返回空余IP地址情况的BRAS中选 择一个BRAS并向其请求添加IP地址，被请求的BRAS从自身的空余IP地 址中返回相应空余IP地址给Portal服务器；Portal服务器更新自身存储的IP 地址信息，并下发给请求添加IP地址的BRAS，该BRAS更新自身存储的IP 地址信息。

通过本发明方法，动态的均衡了WLAN网络中各BRAS的IP地址信息， 使接入用户数量多的BRAS分配到了更多的IP地址，提高了网络整体的接入 能力。而且，随着IP地址信息在BRAS间不断的再分配，各BRAS的IP地 址将会达到依据接入用户数量的稳定状态，也就实现了IP地址的最优化分 配。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说 明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优 点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部 分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明 技术方案的限制。

图1为现有WLAN网络架构示意图；

图2为本发明管理IP地址的方法的流程图；

图3为本发明管理IP地址的系统的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图 对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申 请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机 系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下， 可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图2为本发明管理IP地址的方法的流程图，如图2所示，包括：

步骤200：在接入用户数量超过BRAS预先设置的IP地址数量时，BRAS 向Portal服务器请求添加IP地址。

BRAS上的DHCP服务保存有公网IP地址表单，因此BRAS是知道自 身的IP地址是否分配完的。本步骤中，BRAS可以通过第一IP地址再分配 请求，向Portal服务器请求添加IP地址。在第一IP地址再分配请求中携带 有请求分配IP地址的BRAS设备的ID、请求发送时间Date、请求标志位 IpRequest等。

步骤201：Portal服务器向其下挂的其他BARS询问IP地址使用情况， 其他BARS将自身的空余IP地址情况返回给Portal服务器。

本步骤中，Portal服务器在接收到第一IP地址再分配请求后，向其下挂 的所有BRAS（即除发起IP地址再分配请求的BRAS之外的其他BRAS）广 播询问IP地址使用情况的询问请求。

收到询问IP地址使用情况广播消息的其他BARS，基于正态分布3σ原 理预测自身未来可能接入的用户数，并将扣除该预测的用户数后剩余的空余 IP地址返回给Portal服务器。具体地，

在BRAS工作过程中，可以按照周期如每15分钟的时间间隔获取用户 接入数量，并以当前时间为键值key、接入用户数量为值value存入数据库中， 数据保存量为假设为30天。当BRAS接收到Portal服务器广播的询问请求后， BRAS从数据库中读取相应的数据对自身未来15分钟内可能接入的用户数量 进行预测，具体实现过程中也可以根据需要预测多组值，如15分钟一组、30 分钟一组、45分钟一组等等，并选取其中最大用户数量作为该BRAS未来可 能接入的用户数量，其中，预测方法可以采用基于正态分布3σ原理的预测 方法。预测完成后，BRAS将当前空余IP数量百分比和预测空余IP数量百 分比进行比较选取低值反馈给Portal服务器。这里，当前空余，是指BRAS 设备当前时间未被占用的IP数量占总IP数量的比例。而通过与预测的值比 较并取两者的低值，是为了减少对BRAS的影响程度。

其中，对于WLAN网络中的BRAS来讲，在一天当中固定时间的接入 用户数量分布是一个稳定的正态分布。由于在BRAS上记录了30天用户接 入数量，因此选取离当前时间最近一次的下一个记录时间作为样本进行估计， 比如当前时间为5:02（五点二十分），记录时间为5:15，则可以选取记录的 30天用户接入数量中每天5:15记录的数据作为样本估计，则该样本的数量 为30。样本数量设置的目的是为了通过样本来估计正态分布的均值和方差。

根据正态分布3σ原理，P(μ+3σ＜x≤μ+3σ)99.7%，其中μ为均值 和σ为标准差，即正态分布在(μ-3σ＜x≤μ+3σ]外的概率不到0.3%，几 乎不可能发生，称为小概率事件。而在本发明中只需要保证上限， P(x≤μ+3σ)其概率约为99.85%，因此只要保证IP地址数量大于μ+3σ就 能够满足该BRAS未来IP地址需求。正态分布3σ原理属于本领域技术人员 的公知技术，这里不再赘述。本发明中根据前面提到的样本，根据正态分布 3σ原理来计算正态分布的均值和方差来完成预测。

因此，BRAS在获得历史记录的样本值后，计算均值μ和标准差σ。将 μ+3σ进行向上取整运算，即为预测的未来接入用户的最大数量。在实际应 用中，也可选取多组如15分钟一组、30分钟一组、45分钟一组，分别进行 预测后取最大值，以提高预测的精度。

步骤202：Portal服务器从返回空余IP地址情况的BRAS中选择一个 BRAS并向其请求添加IP地址。

本步骤中，Portal服务器按照优化规则选取合适的空余IP地址表单。比 如，对各BRAS返回的空余情况进行排序，选取其中空余IP地址比例最高的 BRAS中的部分IP地址比例，比如预设比例值50%，也可根据实际情况选取， 并向该BRAS发送第二IP地址再分配请求，在第二IP地址再分配请求中携 带有Portal服务器选择出的BRAS的ID、请求发送的时间、请求标志位，以 及空余IP再分配比例。

步骤203：被请求的BRAS从自身的空余IP地址中返回相应空余IP地 址给Portal服务器。

被请求的BRAS收到第二IP地址再分配请求后，按照Portal服务器指示 的比例，从空余IP地址中划分出相应数量如50%的空余IP地址，并将该空 余地址冻结，比如将其标识为已使用等，以防止被再次分配给用户造成地址 冲突。这里，之所以不直接删除该IP地址是为了防止操作不成功而恢复其原 状态。

如果处理成功，该被请求的BRAS会向Portal返回200OK的确认响应， 并在响应报文中携带划分出来的IP地址，

步骤204：Portal服务器更新自身存储的IP地址信息，并下发给请求添 加IP地址的BRAS，该BRAS更新自身存储的IP地址信息。

Portal服务器获得200OK确认响应及IP地址后，更新BRAS的ID及对 应IP地址列表的表单，即将被请求的BRAS划分出的IP地址转移到请求IP 地址再分配的BRAS对应的IP地址列表中；更新完成后，Portal服务器请求 IP地址再分配的BRAS发送IP地址表单更新请求，并在该IP地址表单更新 请求中携带新添加的IP地址；请求IP地址再分配的BRAS收到来自Portal 服务器的IP地址表单更新请求后，更新自身本地的IP地址表单，将新的IP 地址添加到IP地址表单中。

此时，新的IP地址同样处于冻结状态，操作完成后，该请求IP地址再 分配的BRAS向Portal服务器返回200OK的成功信息；Portal服务器收到成 功信息后，向被请求的BRAS发送删除冻结IP地址请求；被请求的BRAS 收到该请求后，删除冻结的IP地址，并更新自身本地的IP地址表单；操作 完成后，被请求的BRAS向Portal服务器发送ACK确认操作已完成；Portal 服务器收到来自被请求的BRAS的ACK响应后，向请求IP地址再分配的 BRAS发送解除冻结请求，请求IP地址再分配的BRAS解除冻结的IP地址 并更新自身本地的IP地址表单。

请求IP地址再分配的BRAS完成操作后向Portal服务器发送ACK确认。 这样被请求的BRAS上的部分空余的IP地址就由该被请求的BRAS动态转 移到了请求IP地址再分配的BRAS，并分配给接入WLAN网络用户。

通过本发明方法，动态的均衡了WLAN网络中各BRAS的IP地址信息， 使接入用户数量多的BRAS分配到了更多的IP地址，提高了网络整体的接入 能力。而且，随着IP地址信息在BRAS间不断的再分配，各BRAS的IP地 址将会达到依据接入用户数量的稳定状态，也就实现了IP地址的最优化分 配。

针对本发明方法还提供一种管理IP地址的系统，如图3所示，至少包括 Portal服务器、Portal服务器下挂的多个BARS，其中，

BARS至少包括控制模块，用于在接入用户数量超过自身预先设置的IP 地址数量时，向Portal服务器请求添加IP地址；接收到来自Portal服务器的 更新通知，更新自身存储的IP地址信息。

Portal服务器至少包括管理模块，用于在接收到来自请求IP地址再分配 的BARS的请求，向其下挂的其他BARS询问IP地址使用情况；从返回空 余IP地址情况的BRAS中选择一个BRAS并向其请求添加IP地址；根据 BARS返回的空闲IP地址信息，更新自身存储的IP地址信息，并通知请求 添加IP地址的BRAS；

所述BARS还包括存储有IP地址表单的存储模块、预测模块，其中，

在BARS的控制单元接收到来自Portal服务器的询问请求，通知预测模 块；

预测模块，用于基于正态分布3σ原理预测自身未来可能接入的用户数， 并根据所述存储模块中存储的IP地址表单，将扣除该用户数后剩余的空余IP 地址返回给Portal服务器；

BARS中的控制模块还用于从自身的空余IP地址中返回相应空余IP地 址给Portal服务器。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明 而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人 员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细 节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利 要求书所界定的范围为准。