【正文】 DControlPointCallbackEventHandler?？刂泣c(diǎn)建立之后便可以接收到UPnP設(shè)備和服務(wù)的廣播信息。2. UPnP QoS控制點(diǎn)關(guān)閉UPnP QoS控制點(diǎn)的關(guān)閉通過接口IGDControlPointStop完成，該接口首先調(diào)用libupnp SDK的UpnpUnRegisterClient接口關(guān)閉控制點(diǎn)，再調(diào)用接口UpnpFinish停止UPnP SDK的相關(guān)服務(wù)功能。3. UPnP IGD設(shè)備及服務(wù)的查詢控制點(diǎn)的查詢操作通過libupnp SDK的UpnpSearchAsync接口完成，該接口中可以指定控制點(diǎn)等待查詢結(jié)果的超時時間。并且可通過類型參數(shù)設(shè)置指定查詢的具體內(nèi)容：l ssdp:all － 查詢網(wǎng)絡(luò)中所有UPnP設(shè)備；l upnp:rootdevice － 查詢網(wǎng)絡(luò)中的UPnP根設(shè)備；l uuid:device － UUID 查詢網(wǎng)絡(luò)中UUID一致的UPnP設(shè)備；l urn:schemasupnporg:device:deviceType:v － 查詢網(wǎng)絡(luò)中特定版本和設(shè)備類型的UPnP設(shè)備；l urn:schemasupnporg:service:serviceType:v － 查詢網(wǎng)絡(luò)中特定版本和服務(wù)類型的UPnP服務(wù)；當(dāng)設(shè)備或服務(wù)返回查詢結(jié)果時，libupnp SDK底層服務(wù)將調(diào)用控制點(diǎn)的功能函數(shù)IGDControlPointCallbackEventHandler對返回信息進(jìn)行處理。該函數(shù)中，將根據(jù)返回信息中設(shè)備或服務(wù)描述信息的URL，調(diào)用UpnpDownloadXmlDoc接口查詢UPnP QoS設(shè)備或服務(wù)的具體操作和事件信息，并將結(jié)果顯示在終端上。4. 發(fā)送操作請求首先需要構(gòu)造UpnP QoS操作請求，對于不要求輸入?yún)?shù)的UPnP操作，通過UpnpMakeAction接口構(gòu)造請求命令，對于要求參數(shù)的UPnP操作，通過循環(huán)調(diào)用UpnpAddToAction接口將各個輸入?yún)?shù)添加到請求命令。之后，通過UpnpSendActionAsync接口以異步的方式發(fā)送操作請求。5. 事件訂閱和處理用戶根據(jù)讀取到的UPnP QoS服務(wù)描述信息的具體內(nèi)容，可對感興趣的服務(wù)參數(shù)發(fā)送事件訂閱請求。本文的控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)中，通過調(diào)用libupnp SDK的UpnpSubscribe接口完成具體事件訂閱請求的發(fā)送。當(dāng)接收到訂閱事件時，控制點(diǎn)功能函數(shù)將調(diào)用事件處理函數(shù)IGDControlPointHandleEvent，該函數(shù)將根據(jù)具體的事件類型進(jìn)行相應(yīng)處理。6. 操作界面控制點(diǎn)作為UPnP QoS系統(tǒng)中與用戶直接交互的終端，需要提供相關(guān)的操作界面，以便完成QoS服務(wù)的查詢、數(shù)據(jù)流QoS設(shè)置等功能。本文中將Linux Shell作為UPnP QoS控制點(diǎn)的操作界面，控制點(diǎn)后臺進(jìn)程將處理用戶的請求并將相關(guān)結(jié)果顯示在終端上。 UPnP QoS服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)本文中共包含三個UPnP QoS服務(wù)子模塊，分別為QoSManager、QoSPolicyHolder和QoSDevice。UPnP ，本節(jié)將討論各服務(wù)具體功能的實(shí)現(xiàn)方式。 UPnP QoSManager服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)QoSManager用于接收控制點(diǎn)的UPnP QoS操作請求，并調(diào)用QoSPolicyHolder和QoSDevice的相關(guān)操作完成請求。在UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)中，QoSManager服務(wù)包括以下四個UPnP操作：RequestTrafficQoS，RelaeseTrafficQoS，UpdateTrafficQoS和BrowseAllTrafficDescriptor，在本文的設(shè)計(jì)中，它們分別對應(yīng)到QoSManager模塊的外部接口。1. RequestTrafficQoS圖36為該請求的處理流程。圖表 16圖37 RequestTrafficQoS請求響應(yīng)流程圖本文中的QoSManager模塊的實(shí)現(xiàn)不支持?jǐn)?shù)據(jù)流的接入控制功能。2. RelaeseTrafficQoS根據(jù)QoSManager模塊接收到的請求內(nèi)容，直接構(gòu)造QD:ReleaseTrafficQoS請求，取消數(shù)據(jù)流的QoS設(shè)置。3. UpdateTrafficQoS 對于該操作，首先需要調(diào)用QD:ReleaseTrafficQoS操作取消數(shù)據(jù)流的QoS設(shè)置，然后按照RequestTrafficQoS的處理流程進(jìn)行數(shù)據(jù)流QoS的設(shè)置。4. BrowseAllTrafficDescriptor用于讀取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中支持的所有數(shù)據(jù)流QoS設(shè)置。該操作以XML描述結(jié)構(gòu)TrafficDescriptor作為返回參數(shù)，可以通過調(diào)用QD:GetQoSState操作完成。 UPnP QoSPolicyHolder服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)QoSPolicyHolder服務(wù)用于存儲數(shù)據(jù)流的QoS策略，并接收控制點(diǎn)的查詢請求。UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)中為該服務(wù)定義的UPnP操作只有GetTrafficPolicy，用于控制點(diǎn)查詢某個數(shù)據(jù)流的QoS策略。在本文的設(shè)計(jì)中，為了便于用戶設(shè)置和更新數(shù)據(jù)流的QoS策略，增加了一個新的UPnP操作：SetTrafficPolicy。1. GetTrafficPolicy 該操作以RequestedTrafficDescriptor作為輸入?yún)?shù)，首先根據(jù)輸入?yún)?shù)中的數(shù)據(jù)流特征信息TrafficId查詢策略庫中對應(yīng)的數(shù)據(jù)流，然后讀取數(shù)據(jù)流對應(yīng)的策略信息，并以XML格式組成返回參數(shù)TrafficPolicy。2. SetTrafficPolicy該操作有兩個輸入?yún)?shù)SetupTrafficDescriptor和TrafficPolicy，如果策略庫中已包含該數(shù)據(jù)流對應(yīng)的策略信息，則使用TrafficPolicy中的信息覆蓋已有的內(nèi)容，否則為該數(shù)據(jù)流新建一條策略信息。3. 策略庫的存儲方式策略庫可以普通文本文件、XML描述文件或數(shù)據(jù)庫的方式進(jìn)行存儲。數(shù)據(jù)庫的存儲方式便于信息的管理，在進(jìn)行查詢時也可以更快地進(jìn)行響應(yīng)。普通文件的存儲方式則更易于實(shí)現(xiàn)。在本文目前的實(shí)現(xiàn)中，將使用XML文件對數(shù)據(jù)流的QoS策略進(jìn)行存儲。在QoSPolicyHolder服務(wù)操作的實(shí)現(xiàn)中，通過對指定XML文件的讀寫完成QoS策略庫的存取。 UPnP QoSDevice服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)QoSDevice模塊從功能上可以分為兩個部分，一是提供UPnP QoSDevice服務(wù)的子模塊，用于響應(yīng)控制點(diǎn)的QoS功能設(shè)置和信息查詢；另一個是為設(shè)備提供實(shí)際QoS功能的子模塊，用于完成具體的流量控制和數(shù)據(jù)查詢。在UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)的定義中并沒有指定第二個子模塊的實(shí)現(xiàn)方式以及兩個子模塊之間的接口。在本文的設(shè)計(jì)中，UPnP QoSDevice服務(wù)模塊的所有操作都依賴于Linux家庭網(wǎng)關(guān)上QoS功能子模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，因而，QoSDevice服務(wù)功能的主要操作都將通過對設(shè)備QoS功能子模塊的調(diào)用完成。本文將在第四章中基于QoS功能子模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，給出QoSDevice服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)方式。 本章小結(jié)本章首先介紹了家庭網(wǎng)絡(luò)中UPnP QoS系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，然后針對該應(yīng)用環(huán)境提出了UPnP QoS系統(tǒng)的功能部署和軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)并未限制UPnP QoS服務(wù)所依賴的UPnP設(shè)備類型，本文決定在Linux家庭網(wǎng)關(guān)對應(yīng)的UPnP IGD設(shè)備上實(shí)現(xiàn)UPnP QoS的三個服務(wù)，同時，考慮到應(yīng)用和開發(fā)的便捷性，UPnP QoS控制點(diǎn)也在該網(wǎng)關(guān)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。接下來，本文以Intel UPnP SDK為基礎(chǔ)，分析了UPnP QoS系統(tǒng)框架和軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，并討論了UPnP QoS三個服務(wù)中具體操作的實(shí)現(xiàn)方法。由于UPnP QoSDevice服務(wù)功能將依賴于第四章中對QoS功能的實(shí)現(xiàn)及其相關(guān)接口，因此QoSDevice服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)將在第四章中進(jìn)行討論。第四章 UPnP QoS功能在Linux家庭網(wǎng)關(guān)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)QoSDevice作為UPnP QoS系統(tǒng)中的一個服務(wù)運(yùn)行在UPnP家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備IGD上，其實(shí)際的QoS功能將為家庭網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流提供QoS保證，因此，網(wǎng)關(guān)設(shè)備上QoSDevice QoS功能的實(shí)現(xiàn)在UPnP QoS系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵的核心作用。本章將重點(diǎn)分析和討論QoSDevice實(shí)際QoS功能在家庭網(wǎng)關(guān)中的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，及其與上層QoSDevice服務(wù)之間接口的實(shí)現(xiàn)。 QoS功能模型的設(shè)計(jì)在UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)中，數(shù)據(jù)流QoS策略包含兩個優(yōu)先級參數(shù)：UserImportanceNumber和TrafficImportanceNumber。UserImportanceNumber反映數(shù)據(jù)流對應(yīng)的用戶優(yōu)先級，與策略中的AdmissionPolicy一起用于數(shù)據(jù)流的接入控制。TrafficImportanceNumber作為數(shù)據(jù)流在QoS系統(tǒng)中的實(shí)際優(yōu)先級，需要映射到數(shù)據(jù)流的二層訪問優(yōu)先級，如VLAN優(yōu)先級。UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)沒有對設(shè)備如何實(shí)現(xiàn)TrafficImportanceNumber及相關(guān)的QoS功能進(jìn)行說明。為了討論UPnP QoS功能在圖32所示家庭網(wǎng)關(guān)中的設(shè)計(jì)方案，本文首先基于一般網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能和QoS需求，設(shè)計(jì)了以TrafficImportanceNumber為基礎(chǔ)的QoS控制模型，如圖41所示。該模型以UPnP QoS標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)流的TrafficImportanceNumber為基礎(chǔ)，不依賴于設(shè)備中具體QoS功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。在該模型中，TrafficImportanceNumber參數(shù)值與數(shù)據(jù)流的CoS（Class of Service）相對應(yīng)，其取值范圍與TrafficImportanceNumber同為0～7，對應(yīng)于數(shù)據(jù)流的二層訪問優(yōu)先級。數(shù)據(jù)流按照其CoS優(yōu)先級調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)。圖表 17圖41 UPnP QoSDevice服務(wù)設(shè)備QoS功能模型假設(shè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的LAN端基于以太網(wǎng)連接并提供多個接口，WAN端通過XDSL或以太口與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。用戶可在各個端口為數(shù)據(jù)流配置分類器，其內(nèi)容包括數(shù)據(jù)流特征以及為數(shù)據(jù)流設(shè)置的CoS（TrafficImportanceNumber）值。圖41中，數(shù)據(jù)流從端口X進(jìn)入網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)首先根據(jù)用戶配置的數(shù)據(jù)流分類信息對數(shù)據(jù)流進(jìn)行分類，如果找到與數(shù)據(jù)流特征匹配的分類規(guī)則，則按照該規(guī)則預(yù)設(shè)的CoS值設(shè)置數(shù)據(jù)流的CoS值，各數(shù)據(jù)流的CoS值在設(shè)備處理過程中可存儲在數(shù)據(jù)流的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。如果在入端口沒有找到匹配的規(guī)則，則檢查入端口是否配置為信任數(shù)據(jù)流原有的QoS設(shè)置，如VLAN優(yōu)先級、DSCP或IP Precedence。如果接受數(shù)據(jù)流原有QoS值，則將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流對應(yīng)的CoS值。否則，將數(shù)據(jù)流CoS值設(shè)置為與Best Effort處理方式對應(yīng)的值0。這樣，所有的數(shù)據(jù)流在網(wǎng)關(guān)中都被分配與TrafficImportanceNumber相對應(yīng)的CoS優(yōu)先級。數(shù)據(jù)流在入端口根據(jù)設(shè)置規(guī)則獲得相應(yīng)的CoS優(yōu)先級之后，網(wǎng)關(guān)設(shè)備將根據(jù)數(shù)據(jù)流的信息（如目標(biāo)地址等）判斷對該數(shù)據(jù)流直接進(jìn)行二層橋轉(zhuǎn)發(fā)還是送往三層協(xié)議模塊進(jìn)行處理。對于直接通過二層橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)流，網(wǎng)關(guān)根據(jù)其目標(biāo)MAC地址找到數(shù)據(jù)流的出端口，然后根據(jù)數(shù)據(jù)流CoS優(yōu)先級值將其存入出端口相應(yīng)的發(fā)送隊(duì)列中，在流量整形后通過隊(duì)列調(diào)度將數(shù)據(jù)流從物理端口發(fā)送出去。如果數(shù)據(jù)流需要經(jīng)過三層轉(zhuǎn)發(fā)，為了支持IP數(shù)據(jù)包在三層的QoS技術(shù)，如DSCP，首先需要將數(shù)據(jù)流的CoS優(yōu)先級轉(zhuǎn)化為IP數(shù)據(jù)包頭的DSCP值，再根據(jù)相應(yīng)的DSCP策略對數(shù)據(jù)流進(jìn)行流量控制。由于數(shù)據(jù)流在三層的QoS處理中DSCP值可能會發(fā)生變化，因此，在數(shù)據(jù)流完成三層的路由和QoS處理向二層傳遞時，還需要將其DSCP值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的CoS優(yōu)先級。接下來的處理過程與數(shù)據(jù)流通過二層橋轉(zhuǎn)發(fā)時相同。如果數(shù)據(jù)流的目的IP地址為網(wǎng)關(guān)地址，則直接由上層協(xié)議處理，不需要為其提供QoS支持。同時，為了數(shù)據(jù)流的下一個QoS設(shè)備可以直接使用數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級信息，在數(shù)據(jù)流從出端口發(fā)送之前，需要將CoS值映射到出端口所在網(wǎng)絡(luò)二層協(xié)議的相關(guān)優(yōu)先級標(biāo)志上。例如，對于VLAN，可以映射到數(shù)據(jù)幀的VLAN優(yōu)先級，對于HomePNA網(wǎng)絡(luò)，可映射到數(shù)據(jù)幀的HPNA優(yōu)先級。這樣，控制點(diǎn)只需要在數(shù)據(jù)流的源設(shè)備配置相應(yīng)的分類規(guī)則，在中間設(shè)備上，可以設(shè)置端口接受數(shù)據(jù)流自帶的QoS參數(shù)，以提高數(shù)據(jù)流的處理速度。TrafficImportanceNumber和其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議QoS參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系可參考文獻(xiàn)[4]。本文將以上述的QoS功能模型為基礎(chǔ)，在圖32所示的Linux家庭網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)UPnP QoS的具體功能，以支持包括家庭網(wǎng)絡(luò)與WAN之間數(shù)據(jù)流，和家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)流的QoS。 Linux流量控制的分析與擴(kuò)展設(shè)計(jì)為了在Linux系統(tǒng)的家庭網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)QoSDevice的功能模型，本節(jié)將在Linux系統(tǒng)流量控制分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合UPnP QoS需求對Linux的流量控制機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)展。 Linux流量控制框架的分析Linux的流量控制采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，整個流量控制過程主要由四個類型的功能組件相互協(xié)作完成[11]。其應(yīng)用關(guān)系如圖42所示：圖表 18圖42 Linux流量控制功能框架1）QueueDiscipline：隊(duì)列規(guī)則，簡稱Qdisc。Qdisc自身的主要職責(zé)是提供數(shù)據(jù)流的入隊(duì)和出隊(duì)等管理操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的隊(duì)列調(diào)度。每個Qdisc實(shí)例根據(jù)其功能和配置可支持一個到多個數(shù)據(jù)流分類Class，每個分類對應(yīng)該Qdisc中的一個隊(duì)列，而數(shù)據(jù)流分類操作則需通過Qdisc中的Filter完成，多個Filter可對應(yīng)到一個Class上。Linux已實(shí)現(xiàn)的Qdisc有FIFO，CBQ（Class Based Queue），TBF（Token Bucket Filter），dsmark等。2）Classifier：分類器，用于根據(jù)過濾規(guī)則對數(shù)據(jù)流進(jìn)行分類。分類器由其中按優(yōu)先級順序排列的Filter組成，每個Filter又可以包含多個分類條目，每個條目由一組過濾規(guī)則和數(shù)據(jù)流類別標(biāo)志ClassId組成。其組織關(guān)系如圖42所示。一組過濾規(guī)則可以包含數(shù)據(jù)流的源/目標(biāo)地址、