专利名称：一种用户端网络流量计量计费仪和使用其的方法
技术领域：
本发明涉及一种用户端网络流量计量计费仪，还涉及使用该用户端网络流量计量计费仪的方法。
背景技术：
网络流量的计量即对用户在以太网、无线网络或者是其它网络产生的数据信息流量进行测量，按照实现的方式可分为硬件实现以及软件实现。硬件实现方式可利用专用IC或者FPGA电路对数据流量信息进行分析并测量；软件实现方式则利用软件对网络数据包进行捕捉并分析数据包的帧头以达到流量测量的目的。网络流量的测量分为对上行流量的测量以及对下行流量的测量，上行以及下行流量的测量均包括对普通数据流量、多媒体数据流量、广播数据流量的统计与测量，对于完整的数据包或者损害的数据包需要分别统计，以用于对网络环境的评估和其它方面应用，网络流量的测量需要控制在一定的网络延时内以避免网络阻塞以及确保网络性能。 目前网络流量计费主要采用预付费包年/月方式，还没有按照网络流量计量、在使用网络业务前用户需将费用预存制IC卡内、在用户使用相关网络业务并产生数据流量后再进行相关的扣费、计费的方式是分别对上行以及下行流量按计费的标准分别进行扣费的网络消费计量计费模式。到目前为止，网络流量测量的方式一般采用的是软件测量的方式，采用这种方式存在的不足是不能作为一种贸易计量结算工具进行量值溯源并方便国家或消费者计量量传及监督、测量的精度不大、无法确保网络的效率、安全性能低、流量数据容易被篡改、不能处理广播风暴等网络异常问题。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种用于贸易结算、便于国家计量量值传递及消费者监督、测量精度高、确保网络效率、安全性能高、流量数据不易被篡改、减少广播风暴等网络异常问题、制造成本低的用户端网络流量计量计费仪。本发明的技术方案是这种用户端网络流量计量计费仪，其包括微控制单元MCU、双端口以太网控制器、存储单元、读卡模块、USB通讯模块、网络接口模块，MCU与双端口以太网控制器、存储单元、读卡模块、USB通讯模块分别通过内存SRAM-Iike接口、IC2接口、智能卡接口、USB2. O接口连接，双端口以太网控制器通过RJ45接口与网络接口模块或ADSL模块连接；MCU是基于ARM Cortex-M3内核的STM32处理器。利用STM32处理器和双端口以太网控制器以硬件的方式实现了网络流量的测量，从而实现了用于贸易结算、便于国家计量量值传递及消费者监督、测量精度高、确保网络效率、安全性能高、流量数据不易被篡改、能够处理广播风暴等网络异常问题、制造成本低。还提供了一种使用这种用户端网络流量计量计费仪的方法，包括以下步骤( I)网络流量的采样；
(2)网络流量的计费；其中步骤(I)包括以下分步骤(I. I)复位双端口以太网控制器；启动以太网物理层； (I. 2)读取双端口以太网控制器的工作状态；(1.3)判断工作状态是否为连接，如果是则执行步骤(1.5)，否则执行步骤(I. I);(1.4)向双端口以太网控制器写读流量命令；(I. 5)分别读取上行和下行流量；(I. 6)判断流量是否溢出，如果是则执行步骤(I. 8)，否则执行步骤(I. 9)；(I. 7)清零；(1.8)将流量信息存储在FLASH中；其中步骤(2)包括以下分步骤(2. I)验证用户信息；(2. 2)判断是否验证成功，如果是则执行步骤(2. 5)，否则执行步骤(2. 3)；(2. 3)判断验证的次数是否超过5次，如果是则执行步骤(2. 4)，否则执行步骤(2. I)；(2. 4)锁定用户IC卡；(2.5)读取用户的余额、流量信息并保存；(2. 6)启动双端口以太网控制器；(2. 7)分别读取上行和下行流量；(2. 8)根据产生流量和费用的关系公式计费；(2.9)判断用户的余额是否为零，如果是则执行步骤(2. 10)，否则执行步骤(2. 11)；(2. 10)断开网络；(2. 11)更新用户IC卡并显示用户的余额和流量。
图I是根据本发明的用户端网络流量计量计费仪的结构示意图；图2是根据本发明的使用方法的网络流量的采样的流程图；图3是根据本发明的使用方法的网络流量的计费的流程图。
具体实施例方式这种用户端网络流量计量计费仪，其包括微控制单元MCU、双端口以太网控制器、存储单元、读卡模块、USB通讯模块、网络接口模块，MCU与双端口以太网控制器、存储单元、读卡模块、USB通讯模块分别通过内存SRAM-Iike接口、IC2接口、智能卡接口、USB2. O接口连接，双端口以太网控制器通过RJ45接口与网络接口模块或ADSL模块连接；MCU是基于ARMCortex-M3内核的STM32处理器，其用于读写双端口以太网控制器的网络流量数据。利用STM32处理器和双端口以太网控制器以硬件的方式实现了网络流量的测量，从而实现了用于贸易结算、便于国家计量量值传递及消费者监督、测量精度高、确保网络效率、安全性能高、流量数据不易被篡改、能够处理广播风暴等网络异常问题、制造成本低。优选地，存储单元是电可擦除可编程只读存储器EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory)。优选地，双端口以太网控制器包括两个以太网物理层(Physical Layer，PHY)、数据链路媒体访问层(Media Access Layer, MAC)、三个网口交换单元。还提供了一种使用这种用户端网络流量计量计费仪的方法，包括以下步骤( I)网络流量的采样；
(2)网络流量的计费；其中步骤(I)包括以下分步骤(I. I)复位双端口以太网控制器，包括控制器网络流量清零以及工作状态的设置；(I. 2)启动以太网物理层；(I. 3)读取双端口以太网控制器的工作状态，如果以太网控制器正常工作则可以对流量信息进行读取，否则转到检查不能工作的进程；(I. 4)判断工作状态是否为连接，如果是则执行步骤(I. 5)，否则执行步骤(I. I)；(I. 5)向双端口以太网控制器写读流量命令；(I. 6)分别读取上行和下行流量，成功写入读取流量信息后可以在指定的寄存器读取上行及下行的流量信息；(1.7)判断流量是否溢出，如果是则执行步骤(1.8)，否则执行步骤(1.9);(I·8)清零；(1.9)将流量信息存储在FLASH中；其中步骤(2)包括以下分步骤(2. I)验证用户信息；(2. 2)判断是否验证成功，如果是则执行步骤(2. 5)，否则执行步骤(2. 3)；(2. 3)判断验证的次数是否超过5次，如果是则执行步骤(2. 4)，否则执行步骤(2. I)；(2. 4)锁定用户IC卡;(2.5)读取用户的余额、流量信息并保存；(2. 6)启动双端口以太网控制器；(2. 7)分别读取上行和下行流量；(2. 8)根据产生流量和费用的关系公式计费；(2.9)判断用户的余额是否为零，如果是则执行步骤(2. 10)，否则执行步骤(2. 11)；(2. 10)断开网络；(2. 11)更新用户IC卡并显示用户的余额和流量。优选地，存储模块与MCU之间遵循I2C通讯协议，读卡模块与MCU之间遵循7816通讯协议，USB通讯模块与MCU之间遵循USB2. O通讯协议。本发明的网络流量计量计费仪的使用环境包括硬件模块以及软件管理系统，下面就其具体操作出详细说明首先将网络流量计量计费仪接上连接外网的网线或电话线，并且通过网线以及USB数据线与PC端连接。上电后，STM32微处理器的程序将完成各模块的硬件电路的初始化。对于以太网控制器，STM32微处理器将启动芯片并且设置不同端口的MAC(Media AccessLayer,媒体访问层)地址、启动PHY (Physical Layer,物理层)、设置工作模式；对于USB通讯模块，将完成USB模块的启动，接收上位机的枚举命名并完成设备的枚举过程，直到枚举完成并结束后PC端的软件管理系统才可以正常和网络流量计量计费仪通信；对于读卡模块，微处理器将启动读卡·进程并且等待IC卡。当用户插入IC卡后，微处理器将读取IC卡信息并确认IC卡的状态以及余额，如果IC卡有效且余额不为零则开启网络，用户此时可以正常上网，微处理器会对上网产生的流量进行计费直到用户断开网络或者IC卡余额为零。当PC端安装完驱动并且通过USB 口对网络流量计量计费仪完成枚举后，用户可以·通过软件管理系统对网络流量计量计费仪进行相关的操作。如网络的启动/停止、MAC地址设置、数据包过滤、MAC地址拦截等。同时网络流量计量计费以将不断发送流量信息至软件管理系统用于流量显示。除此之外软件管理系统还可查询以往的流量信息以及历史消费记录。本发明的有益效果I、本发明利用STM32微处理器以及以太网控制芯片以硬件的方式实现了网络流量的测量，填补了在用户端利用硬件对网络流量进行贸易结算计量计费产品的空白。2、本发明在PC端实现了网络流量计量计费仪的软件管理系统，集成了流量显示、网络控制、数据包过滤、地址拦截、历史流量查询、消费记录查询等功能。软件管理系统通过USB接口与网络流量计量计费仪通讯，把PC与网络流量计量计费仪用USB接口连接好以后，可利用软件系统监控网络信息流量的使用情况以及实行网络控制等一些列功能。3、本发明综合了硬件以及软件在网络流量测量领域的优势，使用硬件对网络流量进行测量、控制以及异常处理，提高了安全性以及测量效率，使用软件系统对网络流量计量计费仪进行管理控制，使操作简单化以及提供了友好的交互界面。4、本发明的网络流量测量以及计费仪器对用户访问互联网产生的上行以及下行数据流量信息进行测量并且对使用的上行以及下行流量分别计费，相对于普通的不限流量访问互联网的模式，用户通过IC卡的充值以预付费的形式利用网络流量计量计费仪器消费上网，这种消费访问互联网的模式能够有效的改善网络环境，减少网络拥堵情况的发生，有效地利用带宽资源。除此之外，按流量进行计费上网还有利于节约用电，降低资源的消耗。5、本发明的网络流量计量计费仪基于STM32微处理器和以太网控制芯片，在硬件实现方面较为简单，模块简洁，制造成本低。STM32系列具有丰富的外围接口以及可利用相关接口对程序进行修改升级或者做外围的功能扩展。由此具有相当的灵活性，适用于不同的场合。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范 围。
权利要求
1.一种用户端网络流量计量计费仪，其特征在于其包括微控制单元MCU、双端口以太网控制器、存储单元、读卡模块、USB通讯模块、网络接口模块，MCU与双端口以太网控制器、存储单元、读卡模块、USB通讯模块分别通过内存SRAM-Iike接口、IC2接口、智能卡接口、USB2. O接口连接，双端口以太网控制器通过RJ45接口与网络接口模块或ADSL模块连接；MCU是基于ARM Cortex-M3内核的STM32处理器。
2.根据权利要求I所述的用户端网络流量计量计费仪，其特征在于存储单元是电可擦除可编程只读存储器EEPROM。
3.根据权利要求I或2所述的用户端网络流量计量计费仪，其特征在于双端口以太 网控制器包括两个以太网物理层、数据链路媒体访问层、三个网口交换单元。
4.一种使用根据权利要求I所述的用户端网络流量计量计费仪的方法，其特征在于包括以下步骤 (1)网络流量的采样； (2)网络流量的计费； 其中步骤(I)包括以下分步骤 (I. O复位双端口以太网控制器； (I. 2)启动以太网物理层； (1.3)读取双端口以太网控制器的工作状态； (1.4)判断工作状态是否为连接，如果是则执行步骤(1.5)，否则执行步骤(1.1); (1.5)向双端口以太网控制器写读流量命令； (I. 6)分别读取上行和下行流量； (1.7)判断流量是否溢出，如果是则执行步骤(1.8)，否则执行步骤(1.9); (I. 8)清零； (1.9)将流量信息存储在FLASH中； 其中步骤(2)包括以下分步骤 (2. I)验证用户信息； (2. 2)判断是否验证成功，如果是则执行步骤(2. 5)，否则执行步骤(2. 3)； (2. 3)判断验证的次数是否超过5次，如果是则执行步骤(2. 4)，否则执行步骤(2. I)； (2. 4)锁定用户IC卡； (2. 5)读取用户的余额、流量信息并保存； (2.6)启动双端口以太网控制器； (2. 7)分别读取上行和下行流量； (2. 8)根据产生流量和费用的关系公式计费； (2. 9)判断用户的余额是否为零，如果是则执行步骤(2. 10)，否则执行步骤(2. 11)； (2. 10)断开网络； (2. 11)更新用户IC卡并显示用户的余额和流量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于存储模块与MCU之间遵循I2C通讯协议，读卡模块与MCU之间遵循7816通讯协议，USB通讯模块与MCU之间遵循USB2. O通讯协议。
全文摘要
本发明公开一种用于贸易结算、便于国家计量量值传递及消费者监督、测量精度高、确保网络效率、安全性能高、流量数据不易被篡改、减少广播风暴等网络异常问题、制造成本低的用户端网络流量计量计费仪，其包括微控制单元MCU、双端口以太网控制器、存储单元、读卡模块、USB通讯模块、网络接口模块，MCU与双端口以太网控制器、存储单元、读卡模块、USB通讯模块分别通过内存SRAM-like接口、IC2接口、智能卡接口、USB2.0接口连接，双端口以太网控制器通过RJ45接口与网络接口模块或ADSL模块连接；MCU是基于ARM Cortex-M3内核的STM32处理器。还提供了使用方法。
文档编号H04L12/14GK102916822SQ20121043218
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者李承志, 胡匡生, 李沛清 申请人:湖南省计量检测研究院