智慧型 WiFi 動態限速工具設計與實現：從路由器逆向到公平頻寬分配演算法

智慧型 WiFi 動態限速工具設計與實現：從路由器逆向到公平頻寬分配演算法

宿舍頻寬有限，迅雷下載佔滿頻寬導致其他人看影片卡頓、網頁打不開。本文記錄一個基於 TP-Link 路由器後台 API 的智慧限速工具：自動發現頻寬上限、監測設備流量、動態判定「飢餓/飽食」狀態、公平重分配頻寬。專案開源：themis-von-wifi。

問題場景與目標

• 總頻寬 ~2.8 MB/s
• 用戶 B 迅雷全速下載，用戶 C 看影片僅 12 KB/s
• 用戶 A/D 輕度瀏覽也極慢
• 目標： 高需求競爭時公平分配，低需求設備保底速度

路由器後台逆向關鍵步驟

1. 登入頁面分析： 密碼經前端 JS 加密（classs.js 中 securityEncode、orgAuthPwd）。
2. Java 呼叫 JS 加密： 使用 ScriptEngine 執行提取的 JS 函數獲取密文。
3. Token 機制： 登入成功返回 stok，後續請求 URL 附帶 ?stok=xxx 作為憑證。
4. 獲取設備列表與限速： 解析後台返回 JSON，提取 MAC、IP、下載速度、當前限速值；下發限速指令需構造特定 JSON 結構。

// Java 呼叫 JS 加密核心片段
ScriptEngineManager sem = new ScriptEngineManager();
ScriptEngine se = sem.getEngineByName("javascript");
se.eval(extractFunction("this.securityEncode"));
se.eval(extractFunction("this.orgAuthPwd"));
se.eval("result=this.orgAuthPwd(\"" + plainPwd + "\")");
String encryptedPwd = se.get("result").toString();

動態限速演算法核心邏輯

參數： maxSpeed（觀測到的峰值頻寬）、hostCount（在線設備數）、watch_interval=3s、judge_interval=12s、minSpeedLimit（保底速度）。

1. 啟動階段： 均分 maxSpeed * 0.9 / hostCount 給每台設備。
2. 觀測階段： 每 3 秒採樣一次實際下載速度，累加計算 12 秒內平均速度。
3. 判定階段（每 12 秒）：
   • 計算 利用率 = 平均速度 / 當前限速
   • 飢餓： 利用率 > 80%（需求大於供給）
   • 飽食： 利用率 < 20%（有剩餘頻寬）
4. 重分配：
   • 單一飢餓設備：獲得 90% 空閒頻寬
   • 多飢餓設備：壓縮飽食設備至保底，將 90% 空閒頻寬均分給飢餓設備
   • 無飢餓：維持均分

核心代碼片段

分析器：計算建議限速

static JSONObject retrieveSuggestion(Map<String, Long> speedSum, int maxSpeed, Map<String, Integer> currLimit) {
    // 計算各設備平均速度、空閒頻寬
    // 識別飢餓/飽食設備
    // 依規則分配空閒頻寬，不低於 minSpeedLimit
    // 返回 {mac: 建議限速} JSON
}

看門狗執行緒：週期採樣與下發

class WatchDogThread extends Thread {
    public void run() {
        while (true) {
            storeHostInfo(listOnlineHosts()); // 採樣
            if (++tick == judge_interval/watch_interval) {
                judge(); // 分析+下發
                tick = 0;
            }
            sleep(watch_interval);
        }
    }
    private void judge() {
        JSONObject suggestion = HostAnalyzer.retrieveSuggestion(...);
        for (mac : suggestion.keySet()) act(mac, suggestion.getInt(mac));
        // 清空本輪統計
    }
    private void act(String mac, int limit) {
        // 構造 JSON 下發限速指令至路由器
    }
}

效果與反思

• B 迅雷下載速度自動降低，C 影片流暢緩衝，A/D 網頁秒開。
• 演算法參數（閾值、間隔、保底速度）可透過配置檔調整適應不同環境。
• 局限：依賴特定路由器 API，通用性受限；未來可研究 OpenWrt/路由器固件層級 QoS 實現。

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