用户端网络信息流量计量仪研究与实现

论文摘要

随着互联网应用的飞速发展和人们对信息资源依存程度的加剧,如同水、电、气等物质流一样,信息流也将成为现代社会主流消费性资源。电信与广电业务的不断融合和P2P流媒体业务的广泛应用,引发了对现有网络资源计量收费模式的思考:(1)基于连接使用时间的计量方式使网络运营商在承受着巨大的网络带宽扩张压力的同时,又难以从这些业务当中增加收益;基于时间的计量方式不能体现网络资源的利用效率和交易的公平性。(2)基于电信运营商端的集中计量计费方式缺乏透明度,难以保障消费者合法权益不受侵害,且国家计量行政主管部门无法对其实施有效的监督。(3)海量的计量信息占用越来越多的处理资源及网络带宽开销,大幅增加电信运营商为计量支付的成本。为解决上述网络资源计量计费方法在技术、经济和管理层面上存在的问题,本文提出一种新型的用户端网络信息流量计量仪——NFMIUE(Network Flow Measuring Instrument based on User End),该仪器采用分布式计量方法在用户端进行分户网络流量计量,符合当今社会的消费习惯;弥补了电信运营商现有的网络资源计量收费模式的上述不足。论文介绍了用户端网络信息流量计量方法, NFMIUE设备的软、硬件系统实现方法,详细介绍了NFMIUE样机结构,包括主板、总线、IC卡读写模块、显示模块、存储等部件;重点分析了NFMIUE中基于IEEE802.3以太网接口MAC帧发送和接收的流量采样和计量方法以及硬件实现结构。论文最后还给出了NFMIUE设备的软件实现构架,以及设备的电磁兼容性(EMC)设计和可靠性设计等工程实现问题。本项目的研究对探索新型的互联网计费模式具有一定意义,因此得到了国家质量监督检验检疫总局公益性行业科研专项经费项目“用户端网络信息流量计量仪”(项目编号:200810058)及湖南省计量检测研究院科研项目“用户端网络信息流量计量仪”(项目编号:2007002)等多个项目的支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 NFMIUE 研究项目简介
• 1.2.1 NFMIUE 研究项目的提出
• 1.2.2 NFMIUE 简介
• 1.3 论文研究内容及成果
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 网络流量测量相关技术
• 2.1 网络流量测量技术概述
• 2.1.1 网络流量测量的类型
• 2.1.2 流量测量技术的介绍
• 2.1.3 网络流量信息采用软件集中测量的缺点
• 2.2 网络流量测量指标体系
• 2.2.1 网络测量指标技术体系介绍
• 2.2.2 部分网络流量测量指标定义
• 2.3 网络流量测量方法和抽样模型
• 2.3.1 主、被动网络流量测量方法
• 2.3.2 网络流量测量的抽样模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 NFMIUE 的硬件实现方法
• 3.1 硬件总体结构实现
• 3.1.1 基于独立微控制器实现方案
• 3.1.2 基于可编程逻辑器件的方案
• 3.1.3 整体结构实现方案的选择
• 3.2 NFMIUE 的FPGA 逻辑（EthMac）实现
• 3.2.1 NFMIUE 的FPGA 实现平台
• 3.2.2 NFMIUE MAC 协议结构
• 3.2.3 NFMIUE MAC 协议实现关键技术
• 3.3 其它硬件子系统
• 3.3.1 网络信号采样实现
• 3.3.2 预付费计费实现
• 3.3.3 流量存储
• 3.3.4 掉电检测
• 3.3.5 CPUCore 和PLB 总线
• 3.4 本章小结
• 第四章 NFMIUE 的软件实现方法
• 4.1 软件系统开发环境
• 4.2 软件系统构架和功能
• 4.3 应用程序
• 4.3.1 流量采样计量程序
• 4.3.2 计费程序
• 4.3.3 系统管理程序
• 4.4 本章小结
• 第五章 NFMIUE 的EMC 实现及样机验证
• 5.1 电磁兼容性（EMC）、可靠性设计
• 5.1.1 EMC
• 5.1.2 可靠性
• 5.2 样机的验证测试方法
• 5.2.1 验证模型及测试参数
• 5.2.2 测试环境和测量方法
• 5.2.3 测试过程与验证结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A NFMIUE 科技项目查新报告（节选）