李兵奎 朱泓藝

摘要：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，加速了家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在日常生活中的普及，家庭網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量保障也逐漸受到高度關(guān)注。軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，使得家庭網(wǎng)絡(luò)的自定義優(yōu)化成為可能。提出一種基于自定義服務(wù)質(zhì)量的家庭網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬優(yōu)化策略，根據(jù)用戶自定義設(shè)置，使用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為不同優(yōu)先級的應(yīng)用提供帶寬保證。實驗結(jié)果表明，提出的調(diào)整算法能夠動態(tài)地優(yōu)化不同家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的帶寬分配，減小重要應(yīng)用的丟包率，有效提高用戶體驗。

關(guān)鍵詞：家庭網(wǎng)絡(luò);服務(wù)質(zhì)量;軟件定義網(wǎng)絡(luò);優(yōu)化策略;用戶體驗

中圖分類號TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）14-0072-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及在日常生活中的普及，各種家用智能設(shè)備以及種類繁多的生活娛樂類應(yīng)用使人們的生活變得越來越豐富。承載這些設(shè)備與應(yīng)用的家庭網(wǎng)絡(luò)的作用逐漸凸顯，引起了學術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。

人們希望對自己的家庭網(wǎng)絡(luò)進行一些行為控制，但由于人們所擁有的網(wǎng)絡(luò)方面知識并不健全，根本不知道從何處下手。在家庭網(wǎng)絡(luò)中大部分都是從運營商獲得授權(quán)與網(wǎng)絡(luò)接入口，然后連接到一個家庭路由器，該路由器充當家庭網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，人們通過指定的地址登錄到路由器配置網(wǎng)頁，根據(jù)從運營商那里拿到的信息對該路由器進行配置。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software De-fined Network，SDN）技術(shù)的出現(xiàn)，為用戶自定義應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）提供了可能。軟件定義網(wǎng)絡(luò)是斯坦福大學提出的一種未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，由于其對網(wǎng)絡(luò)具有可編程的特性，得到眾多研究者們的青睞，文獻[2][3]利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對智能建筑中的網(wǎng)絡(luò)進行了相關(guān)研究。

1相關(guān)工作

隨著社會的發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)中的問題也日益凸顯出來，同時也引起很多對家庭網(wǎng)絡(luò)的研究，文獻[4]提出使用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制層對設(shè)備進行分片，同一個分片里的數(shù)據(jù)流打上相同的標簽，然后根據(jù)標簽對數(shù)據(jù)流進行相應(yīng)的處理，進而在服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)體驗方面得到提高。文獻[5]提出了一種基于業(yè)務(wù)劃分的路由選擇機制，該文獻提出使用包頭域中的ToS字段對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包進行標識，然后根據(jù)標識對數(shù)據(jù)包進行一些相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量策略，進而滿足不用業(yè)務(wù)流量的服務(wù)質(zhì)量需求。文獻[6]指出可以在家庭網(wǎng)絡(luò)中使用隊列的控制方法，使家庭網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量或體驗質(zhì)量得到提升。

在當前家庭網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的研究中，并沒有考慮到用戶自定義服務(wù)質(zhì)量的需求。因此本文提出了一種基于自定義服務(wù)質(zhì)量的家庭網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬優(yōu)化策略，把家庭網(wǎng)絡(luò)中的流量根據(jù)用戶的自定義，對家庭網(wǎng)絡(luò)中的流量進行分類，為不同類別的流量使用隊列提供最小帶寬保證，從而避免因為不重要應(yīng)用的流量過多導致重要應(yīng)用流量的大量丟包，進而提高家庭網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

2自定義服務(wù)質(zhì)量的家庭網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬優(yōu)化策略

在自定義服務(wù)質(zhì)量的家庭網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬優(yōu)化策略中，用戶可以把不同的應(yīng)用進行分類，并對不同類別的應(yīng)用進行打分（滿分為10分）。分數(shù)越高表明該類別的數(shù)據(jù)流優(yōu)先級越高，所需要的服務(wù)質(zhì)量就越高。

3仿真實驗與對比分析

仿真實驗平臺采用mininet，SDN控制器采用OpenDaylight。在仿真實驗中，分兩種情況進行測試：不滿載與滿載，測試中每種類別的應(yīng)用在不同帶寬范圍內(nèi)進行隨機打流。第一種情況是各個類別應(yīng)用的流量之和不大于在運營商那里開通的最大值10M，如10分類的應(yīng)用流在[2M，3M]范圍內(nèi)進行隨機打流;9分類的應(yīng)用流在[1M，2M]范圍內(nèi)進行隨機打流;8分類的應(yīng)用流在[2M，3M]范圍內(nèi)進行隨機打流;7分類的應(yīng)用流在[1M，2M]范圍內(nèi)進行隨機打流。使用動態(tài)帶寬優(yōu)化策略與未使用動態(tài)帶寬優(yōu)化策略的各個類別的應(yīng)用流在丟包率上進行對比，實驗結(jié)果表明，當家庭網(wǎng)絡(luò)中的流量在不滿載的情況下，使用與不使用動態(tài)帶寬優(yōu)化策略效果基本是相同的。

第二種情況是測試用的各個類別應(yīng)用流量之和為在運營商那里開通總帶寬10M的80%-120%范圍內(nèi)進行隨機打流，如10、9、8、7分類的應(yīng)用流都在[2M，3M]范圍內(nèi)進行隨機打流。使用動態(tài)帶寬優(yōu)化策略與未使用動態(tài)帶寬優(yōu)化策略的各個類別的應(yīng)用流在丟包率上進行對比。實驗結(jié)果表明，當家庭網(wǎng)絡(luò)中的流量存在滿載的情況下，使用動態(tài)帶寬優(yōu)化策略相較之下可以獲得更佳的效果，使用動態(tài)帶寬優(yōu)化策略可以實現(xiàn)對用戶自定義服務(wù)質(zhì)量的應(yīng)用提供帶寬保障，減小重要應(yīng)用的丟包率，從而提高服務(wù)質(zhì)量，進而提高用戶體驗。

4結(jié)束語

基于自定義服務(wù)質(zhì)量的家庭網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬優(yōu)化策略在實驗中表現(xiàn)出了較好的結(jié)果，對提高家庭網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量提出了新型的解決方案，是一種適合普通家庭用戶自定義網(wǎng)絡(luò)流量等級的方法，同時家庭網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)流量也具有一些自身的特點，往往會有一定的規(guī)律性和周期性。因此，如果根據(jù)家庭網(wǎng)絡(luò)中流量的歷史數(shù)據(jù)，使用機器學習對其規(guī)律進行學習，那么就可以實現(xiàn)對未來家庭網(wǎng)絡(luò)流量進行預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測對家庭網(wǎng)絡(luò)資源進行預(yù)設(shè)置。另外，結(jié)合用戶滿意程度的反饋，以增強學習的模式不斷修正預(yù)測模型，以達到自動調(diào)優(yōu)的效果。后期將會考慮把家庭網(wǎng)絡(luò)與機器學習進行結(jié)合，進而為家庭網(wǎng)絡(luò)帶來更好的服務(wù)質(zhì)量及用戶體驗。