專利名稱：一種用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀和使用其的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀，還涉及使用該用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀的方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)流量的計(jì)量即對(duì)用戶在以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或者是其它網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息流量進(jìn)行測(cè)量，按照實(shí)現(xiàn)的方式可分為硬件實(shí)現(xiàn)以及軟件實(shí)現(xiàn)。硬件實(shí)現(xiàn)方式可利用專用IC或者FPGA電路對(duì)數(shù)據(jù)流量信息進(jìn)行分析并測(cè)量；軟件實(shí)現(xiàn)方式則利用軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行捕捉并分析數(shù)據(jù)包的幀頭以達(dá)到流量測(cè)量的目的。網(wǎng)絡(luò)流量的測(cè)量分為對(duì)上行流量的測(cè)量以及對(duì)下行流量的測(cè)量，上行以及下行流量的測(cè)量均包括對(duì)普通數(shù)據(jù)流量、多媒體數(shù)據(jù)流量、廣播數(shù)據(jù)流量的統(tǒng)計(jì)與測(cè)量，對(duì)于完整的數(shù)據(jù)包或者損害的數(shù)據(jù)包需要分別統(tǒng)計(jì)，以用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的評(píng)估和其它方面應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)流量的測(cè)量需要控制在一定的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)內(nèi)以避免網(wǎng)絡(luò)阻塞以及確保網(wǎng)絡(luò)性能。 目前網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)費(fèi)主要采用預(yù)付費(fèi)包年/月方式，還沒(méi)有按照網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量、在使用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)前用戶需將費(fèi)用預(yù)存制IC卡內(nèi)、在用戶使用相關(guān)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)并產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量后再進(jìn)行相關(guān)的扣費(fèi)、計(jì)費(fèi)的方式是分別對(duì)上行以及下行流量按計(jì)費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行扣費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)消費(fèi)計(jì)量計(jì)費(fèi)模式。到目前為止，網(wǎng)絡(luò)流量測(cè)量的方式一般采用的是軟件測(cè)量的方式，采用這種方式存在的不足是不能作為一種貿(mào)易計(jì)量結(jié)算工具進(jìn)行量值溯源并方便國(guó)家或消費(fèi)者計(jì)量量傳及監(jiān)督、測(cè)量的精度不大、無(wú)法確保網(wǎng)絡(luò)的效率、安全性能低、流量數(shù)據(jù)容易被篡改、不能處理廣播風(fēng)暴等網(wǎng)絡(luò)異常問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種用于貿(mào)易結(jié)算、便于國(guó)家計(jì)量量值傳遞及消費(fèi)者監(jiān)督、測(cè)量精度高、確保網(wǎng)絡(luò)效率、安全性能高、流量數(shù)據(jù)不易被篡改、減少?gòu)V播風(fēng)暴等網(wǎng)絡(luò)異常問(wèn)題、制造成本低的用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀。本發(fā)明的技術(shù)方案是這種用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀，其包括微控制單元MCU、雙端口以太網(wǎng)控制器、存儲(chǔ)單元、讀卡模塊、USB通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊，MCU與雙端口以太網(wǎng)控制器、存儲(chǔ)單元、讀卡模塊、USB通訊模塊分別通過(guò)內(nèi)存SRAM-Iike接口、IC2接口、智能卡接口、USB2. O接口連接，雙端口以太網(wǎng)控制器通過(guò)RJ45接口與網(wǎng)絡(luò)接口模塊或ADSL模塊連接；MCU是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32處理器。利用STM32處理器和雙端口以太網(wǎng)控制器以硬件的方式實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)了用于貿(mào)易結(jié)算、便于國(guó)家計(jì)量量值傳遞及消費(fèi)者監(jiān)督、測(cè)量精度高、確保網(wǎng)絡(luò)效率、安全性能高、流量數(shù)據(jù)不易被篡改、能夠處理廣播風(fēng)暴等網(wǎng)絡(luò)異常問(wèn)題、制造成本低。還提供了一種使用這種用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀的方法，包括以下步驟( I)網(wǎng)絡(luò)流量的采樣；
(2)網(wǎng)絡(luò)流量的計(jì)費(fèi)；其中步驟(I)包括以下分步驟(I. I)復(fù)位雙端口以太網(wǎng)控制器；啟動(dòng)以太網(wǎng)物理層； (I. 2)讀取雙端口以太網(wǎng)控制器的工作狀態(tài)；(1.3)判斷工作狀態(tài)是否為連接，如果是則執(zhí)行步驟(1.5)，否則執(zhí)行步驟(I. I);(1.4)向雙端口以太網(wǎng)控制器寫讀流量命令；(I. 5)分別讀取上行和下行流量；(I. 6)判斷流量是否溢出，如果是則執(zhí)行步驟(I. 8)，否則執(zhí)行步驟(I. 9)；(I. 7)清零；(1.8)將流量信息存儲(chǔ)在FLASH中；其中步驟(2)包括以下分步驟(2. I)驗(yàn)證用戶信息；(2. 2)判斷是否驗(yàn)證成功，如果是則執(zhí)行步驟(2. 5)，否則執(zhí)行步驟(2. 3)；(2. 3)判斷驗(yàn)證的次數(shù)是否超過(guò)5次，如果是則執(zhí)行步驟(2. 4)，否則執(zhí)行步驟(2. I)；(2. 4)鎖定用戶IC卡；(2.5)讀取用戶的余額、流量信息并保存；(2. 6)啟動(dòng)雙端口以太網(wǎng)控制器；(2. 7)分別讀取上行和下行流量；(2. 8)根據(jù)產(chǎn)生流量和費(fèi)用的關(guān)系公式計(jì)費(fèi)；(2.9)判斷用戶的余額是否為零，如果是則執(zhí)行步驟(2. 10)，否則執(zhí)行步驟(2. 11)；(2. 10)斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)；(2. 11)更新用戶IC卡并顯示用戶的余額和流量。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的使用方法的網(wǎng)絡(luò)流量的采樣的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的使用方法的網(wǎng)絡(luò)流量的計(jì)費(fèi)的流程圖。
具體實(shí)施例方式這種用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀，其包括微控制單元MCU、雙端口以太網(wǎng)控制器、存儲(chǔ)單元、讀卡模塊、USB通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊，MCU與雙端口以太網(wǎng)控制器、存儲(chǔ)單元、讀卡模塊、USB通訊模塊分別通過(guò)內(nèi)存SRAM-Iike接口、IC2接口、智能卡接口、USB2. O接口連接，雙端口以太網(wǎng)控制器通過(guò)RJ45接口與網(wǎng)絡(luò)接口模塊或ADSL模塊連接；MCU是基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32處理器，其用于讀寫雙端口以太網(wǎng)控制器的網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)。利用STM32處理器和雙端口以太網(wǎng)控制器以硬件的方式實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)了用于貿(mào)易結(jié)算、便于國(guó)家計(jì)量量值傳遞及消費(fèi)者監(jiān)督、測(cè)量精度高、確保網(wǎng)絡(luò)效率、安全性能高、流量數(shù)據(jù)不易被篡改、能夠處理廣播風(fēng)暴等網(wǎng)絡(luò)異常問(wèn)題、制造成本低。優(yōu)選地，存儲(chǔ)單元是電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory)。優(yōu)選地，雙端口以太網(wǎng)控制器包括兩個(gè)以太網(wǎng)物理層(Physical Layer，PHY)、數(shù)據(jù)鏈路媒體訪問(wèn)層(Media Access Layer, MAC)、三個(gè)網(wǎng)口交換單元。還提供了一種使用這種用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀的方法，包括以下步驟( I)網(wǎng)絡(luò)流量的采樣；
(2)網(wǎng)絡(luò)流量的計(jì)費(fèi)；其中步驟(I)包括以下分步驟(I. I)復(fù)位雙端口以太網(wǎng)控制器，包括控制器網(wǎng)絡(luò)流量清零以及工作狀態(tài)的設(shè)置；(I. 2)啟動(dòng)以太網(wǎng)物理層；(I. 3)讀取雙端口以太網(wǎng)控制器的工作狀態(tài)，如果以太網(wǎng)控制器正常工作則可以對(duì)流量信息進(jìn)行讀取，否則轉(zhuǎn)到檢查不能工作的進(jìn)程；(I. 4)判斷工作狀態(tài)是否為連接，如果是則執(zhí)行步驟(I. 5)，否則執(zhí)行步驟(I. I)；(I. 5)向雙端口以太網(wǎng)控制器寫讀流量命令；(I. 6)分別讀取上行和下行流量，成功寫入讀取流量信息后可以在指定的寄存器讀取上行及下行的流量信息；(1.7)判斷流量是否溢出，如果是則執(zhí)行步驟(1.8)，否則執(zhí)行步驟(1.9);(I·8)清零；(1.9)將流量信息存儲(chǔ)在FLASH中；其中步驟(2)包括以下分步驟(2. I)驗(yàn)證用戶信息；(2. 2)判斷是否驗(yàn)證成功，如果是則執(zhí)行步驟(2. 5)，否則執(zhí)行步驟(2. 3)；(2. 3)判斷驗(yàn)證的次數(shù)是否超過(guò)5次，如果是則執(zhí)行步驟(2. 4)，否則執(zhí)行步驟(2. I)；(2. 4)鎖定用戶IC卡;(2.5)讀取用戶的余額、流量信息并保存；(2. 6)啟動(dòng)雙端口以太網(wǎng)控制器；(2. 7)分別讀取上行和下行流量；(2. 8)根據(jù)產(chǎn)生流量和費(fèi)用的關(guān)系公式計(jì)費(fèi)；(2.9)判斷用戶的余額是否為零，如果是則執(zhí)行步驟(2. 10)，否則執(zhí)行步驟(2. 11)；(2. 10)斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)；(2. 11)更新用戶IC卡并顯示用戶的余額和流量。優(yōu)選地，存儲(chǔ)模塊與MCU之間遵循I2C通訊協(xié)議，讀卡模塊與MCU之間遵循7816通訊協(xié)議，USB通訊模塊與MCU之間遵循USB2. O通訊協(xié)議。本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀的使用環(huán)境包括硬件模塊以及軟件管理系統(tǒng)，下面就其具體操作出詳細(xì)說(shuō)明首先將網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀接上連接外網(wǎng)的網(wǎng)線或電話線，并且通過(guò)網(wǎng)線以及USB數(shù)據(jù)線與PC端連接。上電后，STM32微處理器的程序?qū)⑼瓿筛髂K的硬件電路的初始化。對(duì)于以太網(wǎng)控制器，STM32微處理器將啟動(dòng)芯片并且設(shè)置不同端口的MAC(Media AccessLayer,媒體訪問(wèn)層)地址、啟動(dòng)PHY (Physical Layer,物理層)、設(shè)置工作模式；對(duì)于USB通訊模塊，將完成USB模塊的啟動(dòng)，接收上位機(jī)的枚舉命名并完成設(shè)備的枚舉過(guò)程，直到枚舉完成并結(jié)束后PC端的軟件管理系統(tǒng)才可以正常和網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀通信；對(duì)于讀卡模塊，微處理器將啟動(dòng)讀卡·進(jìn)程并且等待IC卡。當(dāng)用戶插入IC卡后，微處理器將讀取IC卡信息并確認(rèn)IC卡的狀態(tài)以及余額，如果IC卡有效且余額不為零則開(kāi)啟網(wǎng)絡(luò)，用戶此時(shí)可以正常上網(wǎng)，微處理器會(huì)對(duì)上網(wǎng)產(chǎn)生的流量進(jìn)行計(jì)費(fèi)直到用戶斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)或者IC卡余額為零。當(dāng)PC端安裝完驅(qū)動(dòng)并且通過(guò)USB 口對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀完成枚舉后，用戶可以·通過(guò)軟件管理系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀進(jìn)行相關(guān)的操作。如網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)/停止、MAC地址設(shè)置、數(shù)據(jù)包過(guò)濾、MAC地址攔截等。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)以將不斷發(fā)送流量信息至軟件管理系統(tǒng)用于流量顯示。除此之外軟件管理系統(tǒng)還可查詢以往的流量信息以及歷史消費(fèi)記錄。本發(fā)明的有益效果I、本發(fā)明利用STM32微處理器以及以太網(wǎng)控制芯片以硬件的方式實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的測(cè)量，填補(bǔ)了在用戶端利用硬件對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算計(jì)量計(jì)費(fèi)產(chǎn)品的空白。2、本發(fā)明在PC端實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀的軟件管理系統(tǒng)，集成了流量顯示、網(wǎng)絡(luò)控制、數(shù)據(jù)包過(guò)濾、地址攔截、歷史流量查詢、消費(fèi)記錄查詢等功能。軟件管理系統(tǒng)通過(guò)USB接口與網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀通訊，把PC與網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀用USB接口連接好以后，可利用軟件系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)信息流量的使用情況以及實(shí)行網(wǎng)絡(luò)控制等一些列功能。3、本發(fā)明綜合了硬件以及軟件在網(wǎng)絡(luò)流量測(cè)量領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，使用硬件對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行測(cè)量、控制以及異常處理，提高了安全性以及測(cè)量效率，使用軟件系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀進(jìn)行管理控制，使操作簡(jiǎn)單化以及提供了友好的交互界面。4、本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)流量測(cè)量以及計(jì)費(fèi)儀器對(duì)用戶訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的上行以及下行數(shù)據(jù)流量信息進(jìn)行測(cè)量并且對(duì)使用的上行以及下行流量分別計(jì)費(fèi)，相對(duì)于普通的不限流量訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的模式，用戶通過(guò)IC卡的充值以預(yù)付費(fèi)的形式利用網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀器消費(fèi)上網(wǎng)，這種消費(fèi)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的模式能夠有效的改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，減少網(wǎng)絡(luò)擁堵情況的發(fā)生，有效地利用帶寬資源。除此之外，按流量進(jìn)行計(jì)費(fèi)上網(wǎng)還有利于節(jié)約用電，降低資源的消耗。5、本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀基于STM32微處理器和以太網(wǎng)控制芯片，在硬件實(shí)現(xiàn)方面較為簡(jiǎn)單，模塊簡(jiǎn)潔，制造成本低。STM32系列具有豐富的外圍接口以及可利用相關(guān)接口對(duì)程序進(jìn)行修改升級(jí)或者做外圍的功能擴(kuò)展。由此具有相當(dāng)?shù)撵`活性，適用于不同的場(chǎng)合。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求
1.一種用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀，其特征在于其包括微控制單元MCU、雙端口以太網(wǎng)控制器、存儲(chǔ)單元、讀卡模塊、USB通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊，MCU與雙端口以太網(wǎng)控制器、存儲(chǔ)單元、讀卡模塊、USB通訊模塊分別通過(guò)內(nèi)存SRAM-Iike接口、IC2接口、智能卡接口、USB2. O接口連接，雙端口以太網(wǎng)控制器通過(guò)RJ45接口與網(wǎng)絡(luò)接口模塊或ADSL模塊連接；MCU是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀，其特征在于存儲(chǔ)單元是電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀，其特征在于雙端口以太 網(wǎng)控制器包括兩個(gè)以太網(wǎng)物理層、數(shù)據(jù)鏈路媒體訪問(wèn)層、三個(gè)網(wǎng)口交換單元。
4.一種使用根據(jù)權(quán)利要求I所述的用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)網(wǎng)絡(luò)流量的采樣； (2)網(wǎng)絡(luò)流量的計(jì)費(fèi)； 其中步驟(I)包括以下分步驟 (I. O復(fù)位雙端口以太網(wǎng)控制器； (I. 2)啟動(dòng)以太網(wǎng)物理層； (1.3)讀取雙端口以太網(wǎng)控制器的工作狀態(tài)； (1.4)判斷工作狀態(tài)是否為連接，如果是則執(zhí)行步驟(1.5)，否則執(zhí)行步驟(1.1); (1.5)向雙端口以太網(wǎng)控制器寫讀流量命令； (I. 6)分別讀取上行和下行流量； (1.7)判斷流量是否溢出，如果是則執(zhí)行步驟(1.8)，否則執(zhí)行步驟(1.9); (I. 8)清零； (1.9)將流量信息存儲(chǔ)在FLASH中； 其中步驟(2)包括以下分步驟 (2. I)驗(yàn)證用戶信息； (2. 2)判斷是否驗(yàn)證成功，如果是則執(zhí)行步驟(2. 5)，否則執(zhí)行步驟(2. 3)； (2. 3)判斷驗(yàn)證的次數(shù)是否超過(guò)5次，如果是則執(zhí)行步驟(2. 4)，否則執(zhí)行步驟(2. I)； (2. 4)鎖定用戶IC卡； (2. 5)讀取用戶的余額、流量信息并保存； (2.6)啟動(dòng)雙端口以太網(wǎng)控制器； (2. 7)分別讀取上行和下行流量； (2. 8)根據(jù)產(chǎn)生流量和費(fèi)用的關(guān)系公式計(jì)費(fèi)； (2. 9)判斷用戶的余額是否為零，如果是則執(zhí)行步驟(2. 10)，否則執(zhí)行步驟(2. 11)； (2. 10)斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)； (2. 11)更新用戶IC卡并顯示用戶的余額和流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于存儲(chǔ)模塊與MCU之間遵循I2C通訊協(xié)議，讀卡模塊與MCU之間遵循7816通訊協(xié)議，USB通訊模塊與MCU之間遵循USB2. O通訊協(xié)議。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于貿(mào)易結(jié)算、便于國(guó)家計(jì)量量值傳遞及消費(fèi)者監(jiān)督、測(cè)量精度高、確保網(wǎng)絡(luò)效率、安全性能高、流量數(shù)據(jù)不易被篡改、減少?gòu)V播風(fēng)暴等網(wǎng)絡(luò)異常問(wèn)題、制造成本低的用戶端網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)量計(jì)費(fèi)儀，其包括微控制單元MCU、雙端口以太網(wǎng)控制器、存儲(chǔ)單元、讀卡模塊、USB通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊，MCU與雙端口以太網(wǎng)控制器、存儲(chǔ)單元、讀卡模塊、USB通訊模塊分別通過(guò)內(nèi)存SRAM-like接口、IC2接口、智能卡接口、USB2.0接口連接，雙端口以太網(wǎng)控制器通過(guò)RJ45接口與網(wǎng)絡(luò)接口模塊或ADSL模塊連接；MCU是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32處理器。還提供了使用方法。
文檔編號(hào)H04L12/14GK102916822SQ20121043218
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者李承志, 胡匡生, 李沛清 申請(qǐng)人:湖南省計(jì)量檢測(cè)研究院