【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制，并返回?cái)?shù)據(jù)流的QoS狀態(tài)信息。UPnP QoS框架中對(duì)于QD的定義只包括其需要提供的UPnP參數(shù)、服務(wù)和事件信息，并不對(duì)提供QD服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具體如何實(shí)現(xiàn)QoS功能進(jìn)行說(shuō)明和定義，后者依賴于具體QoS設(shè)備的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。2．主要功能[7]QD提供了一套UPnP接口，用于設(shè)置、查詢和更新數(shù)據(jù)流的QoS信息，同時(shí)QD還提供了用于注冊(cè)事件的UPnP接口。控制點(diǎn)可以通過(guò)接口GetQoSDeviceCapabilities查詢QD支持的QoS類型，如基于優(yōu)先級(jí)，基于參數(shù)和盡力而為的QoS，此外，其它的QD特性描述還包括最大物理帶寬，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型，MAC地址，接口ID和是否支持接入控制等，目前，UPnP QD的定義并不支持基于參數(shù)的QoS和接入控制的功能。QD運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)QoS狀態(tài)可以通過(guò)接口GetQoSState獲得。由于QM是無(wú)狀態(tài)的服務(wù)，因此所有的數(shù)據(jù)流QoS信息都保存在運(yùn)行QD服務(wù)的設(shè)備上，QD通過(guò)GetQoSState接口將當(dāng)前所有活動(dòng)的數(shù)據(jù)流QoS狀態(tài)信息分別存儲(chǔ)在不同的TrafficDescriptor中返回給控制點(diǎn)。QD還提供了三個(gè)接口SetupTrafficQoS、UpdateTrafficQoS、ReleaseTrafficQoS，分別用于建立、更新和取消數(shù)據(jù)流的QoS設(shè)置。GetPathInfomation接口可以用于獲取QD的拓?fù)湫畔ⅲㄖ饕荕AC地址表）。GetQoSDeviceInfo接口可以獲得QD的端口數(shù)量以及數(shù)據(jù)流的協(xié)議類型。此外，QD還可以對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如記錄每個(gè)接口收發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)量，以及接口上每個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列收發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)量。這些信息可以通過(guò)GonfigureRotamaterObseration和GetRotameterInformation接口獲得。UPnP QoS定義了QM的接入控制功能，當(dāng)數(shù)據(jù)流QoS策略中的AdmissionPolicy為真時(shí)，QM需要根據(jù)UserImportanceNumber對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行端到端的接入控制，若AdmissionPolicy為假，QM需將UserImportanceNumber傳遞給QD。UPnP QoS目前沒(méi)有對(duì)QD的接入控制功能進(jìn)行定義和要求，QD的特性參數(shù)AdmissionControlSupported用于未來(lái)對(duì)QD接入控制的擴(kuò)展。QD提供兩個(gè)事件：PathInformation和TrafficStreamUpdate。前者用于在QD的路徑信息發(fā)生變化時(shí)通知控制點(diǎn)；當(dāng)QD的SetupTrafficQoS或ReleaseTrafficQoS接口被調(diào)用時(shí)，TrafficStreamUpdate事件用于通知控制點(diǎn)數(shù)據(jù)流QoS信息的變化。 UPnP QoS分析圖2－5為UPnP QoS操作時(shí)序圖[4]，下面將對(duì)UPnP QoS系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的主要操作進(jìn)行分析。圖表 9圖25 UPnP QoS操作時(shí)序圖 數(shù)據(jù)流QoS的設(shè)置控制點(diǎn)首先需要選擇QM，若網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)QM，則控制點(diǎn)根據(jù)其自定義的規(guī)則選擇其中一個(gè)。之后，控制點(diǎn)需要調(diào)用QoS管理服務(wù)的RequestTrafficQoS功能，同時(shí)將TrafficDescriptor作為參數(shù)傳給QM。當(dāng)該調(diào)用完成時(shí)，QM向控制點(diǎn)返回TrafficHandle，NumPolicyHolders和TrafficDescriptor參數(shù)。l TrafficHandle參數(shù)與TrafficDescriptor相關(guān)，是數(shù)據(jù)流的唯一標(biāo)識(shí)，用于其它的QoS操作，如取消數(shù)據(jù)流的QoS請(qǐng)求，查詢數(shù)據(jù)流QoS狀態(tài)等；l NumPolicyHolders表示網(wǎng)絡(luò)中可用QPH服務(wù)的數(shù)量，該參數(shù)只有當(dāng)控制點(diǎn)未指定QPH時(shí)才有意義?？刂泣c(diǎn)在向QM請(qǐng)求數(shù)據(jù)流QoS支持時(shí)，需要提供數(shù)據(jù)流的特征信息。特征信息由TrafficDescriptor結(jié)構(gòu)中的TrafficId和TSpec參數(shù)表示。對(duì)于不同的UPnP應(yīng)用環(huán)境，控制點(diǎn)需要以不同的方式提供這兩個(gè)參數(shù)。例如，在UPnP AV（Audio Video）環(huán)境中，控制點(diǎn)（客戶）在連接建立之前無(wú)法獲取媒體數(shù)據(jù)流的全部信息（如端口號(hào)等），但它可以將媒體數(shù)據(jù)流的相關(guān)參考信息（如媒體服務(wù)器地址等）和數(shù)據(jù)流類型添寫(xiě)在TSpec結(jié)構(gòu)中，由QM進(jìn)行更進(jìn)一步的查詢和操作，另外，QM還可以調(diào)用QD的GetQoSDeviceInfo接口來(lái)獲得數(shù)據(jù)流更精確的信息。通常，在用戶不完全確定某個(gè)數(shù)據(jù)流詳細(xì)的特征信息時(shí)，控制點(diǎn)向QM發(fā)起QoS請(qǐng)求的時(shí)機(jī)有兩種情況：l 在數(shù)據(jù)流連接建立之前進(jìn)行設(shè)置。這時(shí)控制點(diǎn)只能提供如源/目標(biāo)地址之類基本特征信息。這時(shí)建立數(shù)據(jù)流QoS的優(yōu)點(diǎn)是，QM可以在數(shù)據(jù)流連接建立的同時(shí)為其分配網(wǎng)絡(luò)資源，缺點(diǎn)是，為了更準(zhǔn)確地進(jìn)行QoS控制，控制點(diǎn)需要進(jìn)行更多的查詢和設(shè)置操作，因而需要更長(zhǎng)的設(shè)置周期。l 在數(shù)據(jù)流連接建立之后進(jìn)行設(shè)置。控制點(diǎn)可以獲取詳細(xì)的數(shù)據(jù)流特征，請(qǐng)求QM設(shè)置QD以進(jìn)行精確的QoS控制。但缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)流連接開(kāi)始建立時(shí)得不到相應(yīng)的資源保證，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)置周期較短。本文的設(shè)計(jì)中，采用第一種QoS設(shè)置請(qǐng)求方式，在用戶了解數(shù)據(jù)流詳細(xì)特征的情況下，這種可以更快更準(zhǔn)確地為數(shù)據(jù)流提供QoS支持。 數(shù)據(jù)流QoS策略的選擇QM接收到來(lái)自控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)流QoS請(qǐng)求時(shí)，需要向QPH查詢數(shù)據(jù)流的QoS策略。如果控制點(diǎn)指定了要查詢的QPH，QM通過(guò)該QPH查詢數(shù)據(jù)流的QoS策略，否則QM查找網(wǎng)絡(luò)中可用的QPH，若沒(méi)有可用的QPH或數(shù)量多余一個(gè)，QM為數(shù)據(jù)流使用默認(rèn)的QoS策略：將AdmissionPolicy參數(shù)置為真，TrafficImportanceNumber參數(shù)根據(jù)TrafficDescriptor中的流量類型確定，：UPnP流量類型TrafficImportanceNumberNetwork ControlNetwork Control7Streaming ControlNetwork Control7VoiceVoice6GamingVoice6AVVideo5AudioVideo5ImageExcellent Effort3DataBest Effort0BackgroundBackground1OtherBest Effort0表格 4表21 UPnP 流量類型與數(shù)據(jù)流優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系如果TrafficDescriptor中沒(méi)有包含有效的流量類型，QM將其類型設(shè)為“Other”。 選擇需要配置的QoSDeviceQM獲得數(shù)據(jù)流的QoS策略后，需要對(duì)相關(guān)的QD進(jìn)行配置，以完成具體的QoS操作。在對(duì)QD進(jìn)行配置前，QM需要根據(jù)數(shù)據(jù)流的路徑信息和所有QD的信息，決定對(duì)哪些QD，如何進(jìn)行該數(shù)據(jù)流的QoS設(shè)置。首先，QM通過(guò)TrafficId信息，以及QD:GetPathInformation接口返回的拓?fù)湫畔Q定對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的哪些QD進(jìn)行QoS配置：l QM通過(guò)TrafficId中的源、目的地址，以及QD的地址信息的對(duì)比找到數(shù)據(jù)流的源和目的QD。l QM根據(jù)TrafficId中的源、目的地址找到其對(duì)應(yīng)的MAC地址，再通過(guò)QD:GetPathInformation接口查找所有QD的拓?fù)湫畔?，即MAC地址表，通過(guò)這些信息找到數(shù)據(jù)流所經(jīng)過(guò)的中間設(shè)備。其次，QM調(diào)用QD:GetQoSDeviceCapabilities接口獲取數(shù)據(jù)流路徑上各QD支持的QoS功能信息，該信息以XML格式返回，包括：l TechnologyType：網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)類型，；l AdmissionControlSupported：標(biāo)識(shí)QD是否支持?jǐn)?shù)據(jù)流的接入控制功能；l NativeQoS：標(biāo)識(shí)QD是否支持優(yōu)先級(jí)QoS或盡力而為(Best Efforts)的QoS；l MaxPhyRate：設(shè)備接口支持的最大物理帶寬；l ChannelInformation：標(biāo)識(shí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所使用的信道信息。 QoSDevice的配置QM的QoS管理實(shí)體完成對(duì)數(shù)據(jù)流路徑上QD的配置?；跀?shù)據(jù)流的要求和QD的QoS能力，QM對(duì)QD的配置一般基于以下的策略：優(yōu)先級(jí)設(shè)置策略，該方式適用于大部分應(yīng)用場(chǎng)景。QD設(shè)備根據(jù)TrafficId信息對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分類，并分配不同的處理優(yōu)先級(jí)。對(duì)于支持?jǐn)?shù)據(jù)流標(biāo)簽功能的QD，還需要根據(jù)數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)簽設(shè)置。接入控制策略，當(dāng)數(shù)據(jù)流QoS策略的AdmissionPolicy為真時(shí)，QM將完成對(duì)數(shù)據(jù)流的接入控制功能。目前的UPnP QoS框架不支持QD的接入控制功能。數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)策略，支持這種QoS配置策略的QD可以基于每個(gè)連接搜集數(shù)據(jù)流的模式信息，并根據(jù)該信息對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分類和優(yōu)先級(jí)分配，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，通過(guò)該信息可以判斷造成網(wǎng)絡(luò)擁塞的數(shù)據(jù)流。 UPnP QoS的其它操作TrafficDescriptor中可以包含數(shù)據(jù)流的QoS“租約時(shí)間（Lease Time）”，QD對(duì)于指定了“租約時(shí)間”的數(shù)據(jù)流，只在該時(shí)間段內(nèi)為其提供QoS保障。控制點(diǎn)可以通過(guò)QM:ReleaseTrafficQoS接口取消數(shù)據(jù)流的QoS，此時(shí)控制點(diǎn)需要釋放數(shù)據(jù)流占有的所有網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)控制點(diǎn)需要更新數(shù)據(jù)流的QoS時(shí)，QD首先要取消數(shù)據(jù)流的QoS服務(wù)，再根據(jù)新的QoS請(qǐng)求信息為其分配網(wǎng)絡(luò)資源。 UPnP QoS的改進(jìn)和擴(kuò)展1. 數(shù)據(jù)流策略庫(kù)的設(shè)置在UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)中，沒(méi)有指定QoSPolicyHolder中數(shù)據(jù)流策略信息的維護(hù)方式，不便于用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置更新策略信息。改進(jìn)：為了便于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)數(shù)據(jù)流的QoS策略庫(kù)，本文中將為QoSPolicyHolder增加一個(gè)新的UPnP QoS操作：SetTrafficPolicy。該操作以TrafficDescriptor中的數(shù)據(jù)流特征和TrafficImportanceNumber作為參數(shù)，在指定策略庫(kù)中建立該數(shù)據(jù)流的QoS策略。UPnP QoS通過(guò)UserImportanceNumber和TrafficImportanceNumber對(duì)數(shù)據(jù)流的QoS策略進(jìn)行定義。其中，UserImportanceNumber用于數(shù)據(jù)流的訪問(wèn)控制，TrafficImportanceNumber用于設(shè)置數(shù)據(jù)流對(duì)于二層網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)。在具體的設(shè)備中，需要根據(jù)TrafficImportanceNumber對(duì)應(yīng)的二層優(yōu)先級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行隊(duì)列調(diào)度。根據(jù)具體QoS設(shè)備中轉(zhuǎn)發(fā)端口上隊(duì)列數(shù)量的不同，TrafficImportanceNumber與隊(duì)列的映射關(guān)系可以根據(jù)表12來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了便于用戶控制某個(gè)具體QoS設(shè)備中的隊(duì)列數(shù)目，本文將為QoSDevice增加一個(gè)新的UPnP操作：SetQueueNumber，其支持的最大值為8（與TrafficImportanceNumber數(shù)量對(duì)應(yīng)）。如果用戶沒(méi)有通過(guò)該操作指定QoS設(shè)備的隊(duì)列數(shù)量，設(shè)備將使用默認(rèn)值3。UPnP QoS定義的數(shù)據(jù)流描述信息共包括5項(xiàng)：源/目標(biāo)IP地址、源/目標(biāo)端口地址、協(xié)議類型。這些信息作為數(shù)據(jù)流的過(guò)濾條件，需要由用戶在TrafficDescriptor中給出。為了變用戶指定更為靈活的數(shù)據(jù)流過(guò)濾條件，本文中將對(duì)TrafficDescriptor中數(shù)據(jù)流描述信息進(jìn)行擴(kuò)展，增加設(shè)備入端口、源/目標(biāo)MAC地址三項(xiàng)。其中，設(shè)備入端口指數(shù)據(jù)流進(jìn)入QoS設(shè)備時(shí)所經(jīng)過(guò)的物理端口，該條件可以便于用戶對(duì)QoS設(shè)備某個(gè)端口所連接的子網(wǎng)中所有數(shù)據(jù)流進(jìn)行策略控制。UPnP QoS策略中沒(méi)有提供對(duì)數(shù)據(jù)流量進(jìn)行限制的方式，而在實(shí)際的應(yīng)用中，經(jīng)常需要對(duì)某些類型的數(shù)據(jù)流，如文件下載、VOD等進(jìn)行最大流量的限制。因此，本文在UPnP QoS策略信息中擴(kuò)展了對(duì)數(shù)據(jù)流相應(yīng)流量限制的描述，當(dāng)數(shù)據(jù)流實(shí)際流量超過(guò)該限制時(shí)，將對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行整形操作，或降低數(shù)據(jù)流的服務(wù)優(yōu)先級(jí)。 本章小結(jié)本章對(duì)UPnP QoS技術(shù)原理進(jìn)行了介紹和分析。UPnP QoS主要包含三個(gè)UPnP服務(wù)：QoSManager、QoSPolicyHolder和QoSDevice。本章首先簡(jiǎn)要介紹了UPnP技術(shù)原理，接著分別介紹了UPnP QoS的應(yīng)用框架和基本操作流程，并對(duì)UPnP QoS三個(gè)服務(wù)的主要功能和操作接口了進(jìn)行了詳細(xì)的描述。然后，本章針對(duì)UPnP QoS系統(tǒng)中主要操作的過(guò)程，如數(shù)據(jù)流QoS設(shè)置，QoS策略選擇，QoSDevice配置等進(jìn)行了分析，并提出了相關(guān)的改進(jìn)和擴(kuò)展。第三章 家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中UPnP QoS軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)根據(jù)UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)的定義，系統(tǒng)需要提供三個(gè)UPnP服務(wù)：QoSManager、QoSPolicyHolder和QoSDevice，各服務(wù)可以獨(dú)立運(yùn)行于家庭網(wǎng)絡(luò)中同一IP網(wǎng)段的任何位置，通過(guò)UPnP協(xié)議進(jìn)行通訊和操作。UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)以上三個(gè)服務(wù)的功能、參數(shù)、接口及協(xié)作方式進(jìn)行了基本的規(guī)范和定義，但具體的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)則依賴于特定的應(yīng)用環(huán)境和設(shè)備平臺(tái)。由于QoSDevice的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)需要依賴于具體設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其QoS功能，因此，QoSDevice模塊QoS功能的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)將在第四章中進(jìn)行分析和討論。本章將分析討論本文的家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中UPnP QoS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 應(yīng)用和開(kāi)發(fā)環(huán)境 應(yīng)用環(huán)境介紹本文將在圖31所示的家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)UPnP QoS。該環(huán)境中，網(wǎng)關(guān)設(shè)備作為家庭網(wǎng)絡(luò)唯一的連接設(shè)備，為家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流以及家庭網(wǎng)絡(luò)和WAN之間的數(shù)據(jù)流提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)設(shè)備也是家庭網(wǎng)絡(luò)中唯一的QoS服務(wù)設(shè)備，為各類數(shù)據(jù)流提供流量控制服務(wù)。圖表 10圖31家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境在本文的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，將以Linux PC作為家庭網(wǎng)關(guān)。它通過(guò)一個(gè)外部以太接口與WAN進(jìn)行連接，同時(shí)，通過(guò)多個(gè)內(nèi)部以太接口為家庭網(wǎng)絡(luò)的其它設(shè)備提供連接。所有內(nèi)部以太接口在Linux系統(tǒng)中通過(guò)Bridge模式連接，構(gòu)成一個(gè)二層的交換網(wǎng)絡(luò)。與WAN連接的外部以太接口獨(dú)立于Bridge，并通過(guò)路由方式與Bridge實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。圖表 11圖32 Linux家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)用結(jié)構(gòu) Intel UPnP SDK介紹Intel公司為L(zhǎng)inux系統(tǒng)上的UPnP應(yīng)用開(kāi)發(fā)提