用於傳輸具有不同質量的應用數據的方法

2023-05-01 15:52:46

專利名稱：用於傳輸具有不同質量的應用數據的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在分組傳輸的數據通信網絡中傳輸對傳輸業務具有不同質量要求的應用數據的方法。在具有例如基於IP傳輸機制的分組傳輸的數據通信網絡中，通過網絡從源點向目的地傳輸不同應用的各種數據類型。在此，不同的應用之間對傳輸方式方法的要求也極其不同。這尤其是對於傳輸這樣的應用的數據有效，即相對於其中對實時傳輸和/或比特率保證沒有提出嚴格要求的數據傳輸來說，該應用要求實時和/或以有保證的比特率傳輸數據。要求實時和以有保證的比特率進行傳輸的應用例如是語音電話、在線廣播和視頻傳輸。與此相反，電子郵件服務或網際網路應用(例如網頁瀏覽)對傳輸沒有類似的要求。
背景技術：
分組傳輸的數據通信網絡的一個重要特徵是，數據傳輸不是通過專門連接的數據線路、而是根據統計多路傳輸的原理通過虛擬的數據線路進行。在此，多路傳輸應理解為，根據不同信息的時間統計分布，通過同一傳輸線路同時傳輸多條信息。一般在這種網絡中傳輸的數據的特徵在於所謂的「突發串」，也就是數據帶寬的時間波動。為了能有效傳輸數據，一般在分組傳輸的數據通信網絡的通信節點之間聚集數據，並藉助統計假定通過現有的傳輸線路，也就是通過從通信節點到通信節點的虛擬數據線路一起傳輸。對於各基於「端到端」的應用來說，不存在唯一提供的傳輸資源。通過統計多路傳輸，可以有效利用現有的傳輸資源。與此相反，在導線傳輸的數據通信網絡中，對每個應用來說都存在一條自己的通過該數據通信網絡的線路可供利用，在該線路上既保證了傳輸時間又保證了帶寬。在此，如果以可變比特率傳輸數據，則在暫停的情況下或在傳輸率很小的時間段內會儘量利用可供利用的帶寬。
移動分組傳輸的數據通信網絡的每個應用都要求有確定傳輸容量的資源用於該數據網絡應用的持續，從而實現「端到端」的通信。為此，在移動分組傳輸的數據通信網絡中，在每個必須經過的有關通信節點中設置一個具有相應參數句的所謂上下文。上下文包含充分描述傳輸數據所需的服務的所有重要信息。特別是，每個數據通信網絡應用要求具有確定質量(QoS-服務質量)的確定傳輸服務。該要求是通過所謂的QoS參數，例如最大比特率、有待保證的比特率和最大容許延遲來表示的。在上下文的設計(Krieren)中，每個通信節點都根據其現有資源協商這些QoS參數，其中這些參數的協商分別分階段地進行。然後，基於這些在所有待經過的通信節點中相同協商和存儲的參數進行各應用的數據傳輸。
迄今為止，對傳輸質量具有不同要求的應用的數據傳輸問題是通過各種方式解決的。
存在3GPP(TS 23.107)的QoS架構，其描述了第3代移動無線網絡(UMTS)的確定QoS功能。但是沒有精確規定各通信節點中的實現。此外，還存在描述用於在數據通信網絡中傳輸具有不同QoS要求的應用數據的方法的原則(Ansatz)。
第一條原則是，每個數據分組具有關於所要求的傳輸質量的信息。在此，在數據通信網絡中定義確定的質量等級，其以合適的方式反映了傳輸要求。該等級被稱為服務質量等級。每個數據分組對應於一個QoS等級，並具有相應的信息。每個待經過的、在這樣一個數據通信網絡中傳遞數據的通信節點，藉助位於每個數據分組中的QoS信息設定傳遞數據分組的優先級。在此，通常的處理是，根據其中包含的QoS信息將分組分布在對應的等候隊列中。根據其QoS等級不同速度地清空並傳遞該等候隊列。通過該原則，高優先級的數據分組比低優先級的數據分組快得多地通過數據通信網絡引導的統計概率增大。該原則的缺點是，在數據通信網絡內不存在有保證的傳輸時間和傳輸率。其它缺點在於，在每個等候隊列中臨時存儲並由此延遲了要求實時傳輸的數據分組。還有的缺點是，必須在每個數據分組中包含關於屬於一個QoS等級的信息，並且該信息的格式必須在整個數據通信網絡中相同。該原則例如在IETF(網際網路工程任務組)的RFC 2474標準中描述。
為了解決上述問題，第二條原則是，在數據通信網絡內為每個QoS等級配置不同的數據線路。如果通信節點可以為一個數據分組分配一個QoS等級，則在對應於該QoS等級的數據線路上傳遞該數據分組。
該方法的缺點是，在不同通信節點之間設置和運行大量具有不同質量的不同線路是高成本的。設置具有不同QoS等級的不同線路定義在不同的標準中，例如在Taffic Management Specification(通信量管理規範)中，ATM論壇也將其稱為AF-TM-0121.000。
第三條原則是，在進入該數據通信網絡的入口節點、即所謂的邊緣節點處，將總流量限制為預定的流量。然後在數據通信網絡內不再區分該流量，因為前提條件是該數據通信網絡的設計容量足夠。該原則的缺點是缺乏傳輸時間和傳輸率的保證。該原則例如IETF的服務級協議工作組(ServiceLevel Agreement Working Group)定義。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於提供一種方法，藉助該方法可以在數據通信網絡內儘可能有效地傳輸具有不同傳輸要求的應用數據，並避免上述缺點。
上述技術問題是通過權利要求1的本發明方法來解決的。本發明方法的其它優選實施方式在從屬權利要求中給出。
根據權利要求1，提供了一種用於在具有通信節點的分組傳輸的數據通信網絡中傳輸具有不同傳輸要求的應用數據的方法，其中該方法具有至少下列步驟a.在一個傳輸各應用數據時要經過的通信節點中，將每個應用的數據限制為預定的比特率，b.在傳輸各應用數據時要經過的所有通信節點中，設計和存儲特定於該應用的上下文，c.在傳輸各應用數據時要經過的所有通信節點中，根據特定於該應用的上下文保留傳輸資源，d.根據該特定於應用的上下文，將各應用的數據從一個該應用要經過的通信節點傳遞到另一個要經過的通信節點。
在本發明方法的優選實施方式中，在進入該分組傳輸的數據通信網絡的入口通信節點(邊緣節點)中實施步驟a。到達的應用數據流限制為預定的、優選通過該數據通信網絡內現有的資源確定的最大容許比特率。由此保證了，不能在該數據通信網絡中在隨後要經過的通信節點中進行不容許的超越。
特別優選的是，這樣將每個應用的數據限制為預定的比特率，即，在可固定設置的時間間隔上與傳遞各應用數據並行地測量該數據量，並與對應於預定比特率的數據量比較。這意味著，在確定的時間間隔上(測量間隔)與傳遞到達的數據分組並行地累加該數據分組的大小。該值反映了該時間間隔內的數據量。如果例如在該時間間隔內達到對應於最大比特率的最大容許數據量，則可以利用該信息，以決定是丟棄還是繼續傳輸後面的數據分組，因為通信節點的總資源允許繼續傳輸。隨著緊接著的測量間隔的開始，開始重新累加數據分組的大小，其中該和也可以從不等於0的起始值出發，以考慮例如已出現的突發串。由此，一方面最小化了數據分組的延遲，另一方面避免在後面的通信節點中超過協議好的數據率。同時，在該數據通信網絡中，在該數據線路上的其它所有待經過通信節點中不再需要監控最大容許比特率。
在本發明方法的優選實施方式中，每個由各應用數據要經過的通信節點從各應用要求的有保證的比特率和待支持的最大比特率中，為待保留的傳輸資源推導出一個帶寬值，並保留該資源。
在本發明方法的另一優選實施方式中，本方法的步驟c只為要求實時傳輸的應用數據而實施。這意味著，在建立上下文時，每個待經過的通信節點從要求的有保證的比特率和待支持的最大比特率中，為要求實時傳輸的應用(實時應用)推導出一個確定的帶寬值(B實時應用)用於待保留的資源，並為該應用保留該帶寬。在計算待保留的比特率時，也可以測量激活的和已被激活的應用的實際資源需要。通常，為了實現通信節點中的總實時傳輸量，保持總傳輸帶寬B總中的資源的確定部分(B總實時)。這意味著，為應用計算的帶寬值(B實時應用)採用為實時傳輸保持的部分(B總實時)。由此，該應用可以利用通信節點的帶寬(B實時應用)。隨著應用的結束，這些保留的資源又被釋放。為實時傳輸保持的部分(B總實時)優選地總是選擇小於通信節點的總帶寬。由此保證了，一方面資源的確定部分用於不要求實時傳輸的應用(非實時應用)，另一方面，同樣也可以為實時應用傳輸被保留帶寬的短時超越(突發串)。對於不要求實時傳輸和沒有保證的比特率的應用，不會為各應用保留帶寬。相反，全部資源中沒有保留的部分(B總非實時)用於所有這種應用(B總非實時＝B總-B總實時)。同時，不要求實時傳輸的應用也可以總是利用那些為實時應用保持、但臨時沒有被這些實時應用利用的資源。通過統計多路傳輸，可以按照確定的概率傳輸該應用的數據。如果非實時傳輸的實際數據量超過其可以利用的帶寬，則該傳輸被延遲或丟棄。
實際待傳輸的實時應用的數據總量可以超過為此保留的資源。這例如是在這種情況下，即數據流以用於所有或很多實時應用的最大比特率在同一時刻到達通信節點，並且為該服務只保留了很小的帶寬。如果發生這種情況，則為非實時應用設置的資源部分也一起用於傳輸實時應用的數據。相應的，只有很少的資源用於非實時應用的數據傳輸。實時應用的數據可以超過保留的資源多大程度以及數據由非實時應用傳輸的概率大小，取決於為待保留的帶寬保持的資源部分B總實時和算法。為此，除其它之外應用的統計多路傳輸的數據流部分也要發揮作用。為實時應用保留的部分越大，傳輸保留帶寬的臨時超越(突發串)的概率就越小。為實時應用保留的部分越大，數據由非實時應用傳輸的概率也越小。
在本發明方法的優選實施方式中，在激活上下文時，即在協商QoS參數時的上述特性是可以被影響的。在每個通信節點中設計特定於應用的上下文時，可以更改各應用要求的有保證的比特率和待支持的最大比特率的比例，該比例因此是可以限制的。
根據本發明，在一定的假定下也可以在每個通信節點中，以直至最大有保證的比特率B最大實時應用傳輸實時應用的數據，而不會在以有保證的比特率傳輸該數據時產生數據分組的堵塞或丟棄。一方面，突發串、即高比特率的短時發送以統計分布出現。在此，不超過保留帶寬的總和B總實時的概率很大。在超過的情況下，一起利用為非實時應用保持的資源部分。其中，所有上下文的最大比特率的總和不允許超過一個通信節點的總資源一個由常用參數設計方法確定的額度。
在本發明方法的另一優選實施方式中，在本發明方法的步驟d中，根據特定於應用的上下文將應用的數據分為至少兩個類別，並根據該類別進行傳遞。這兩個類別優選表示至少分為實時應用和非實時應用。該類別劃分優選在每個通信節點中進行，並如已提到的根據在通信節點中具有的上下文進行。每個對應於實時應用的數據分組，立即被無中間存儲地傳遞到下個通信節點中。沒有實時要求的分組可以中間存儲在等候隊列中，並根據確定的讀取機制從等候隊列中傳遞出去。該讀取機制可以例如分配用於全部非實時傳輸或其根據預定計劃的一部分的傳輸資源，或者實現簡單的等候隊列優先級的設定。用於非實時數據的傳輸資源在此取決於實時數據的瞬時數據形成。
本發明特別的優點在於，通過組合上述機制，例如保留傳輸資源、將各應用的數據流限制為最大數據率，以及為聚集的數據流的不同類別設定優先級，可以在處理和傳輸該數據流時保證儘可能有效的、並且與最不同的應用的個性化需要匹配的傳輸。


本發明方法的其它優點將藉助下面的附圖給出。其中示出了圖1是用於示意性表示本發明方法的實施方式的步驟a的框圖，圖2是用於示意性表示本發明方法的實施方式的步驟d的框圖。
具體實施例方式
在圖1中示出了用於描述將應用的數據限制為預定比特率的可能性的框圖。應用的數據通過入口節點(邊緣節點)2到達數據通信網絡1。為了在邊緣節點2中儘可能減小延遲，以及為了放棄用來計算到達數據的比特率的中間存儲，可以如下實現該行為在確定的時間間隔(測量間隔)上，與到達數據分組的傳遞(如通過箭頭「上行鏈路」方向所示)並行地累加其大小，如圖形3所示。該值反映了在該時間間隔內的數據量。如果在該時間間隔內達到對應於最大比特率Bmax的最大容許數據量，則可以利用該信息，以決定是如圖形4所示丟棄後面的數據還是繼續傳輸，因為邊緣節點2的總資源允許這麼做。同一機制在相反方向上進行，即在「下行鏈路」方向上。隨著下個時間間隔或測量間隔的開始，開始重新累加數據分組的大小，其中該和也可以從一個不等於0的起始值出發，以考慮例如突發串。由此，一方面最小化了數據分組的延遲，另一方面避免在後面的通信節點5中超過協商好的數據率。同時其它所有待經過的通信節點5都不再監控最大比特率Bmax。
在圖2中示出了一個用於示意性表示本發明方法的實施方式的步驟d的框圖。示出了從不同應用的數據分組6出發，通過包括多個通信節點7的數據通信網絡1的繼續傳遞。如果請求應用，則在該數據通信網絡1的通信節點7中設計一個上下文，該通信節點7是請求的應用的數據或數據分組6要經過的節點，而該上下文除其它之外還包含為該應用要求的傳輸質量(QoS)。該要求是通過不同參數確定的。其中，除其它之外還有最大比特率、有保證的比特率和最大容許延遲。現在根據在各通信節點7中設計和存儲的上下文，將到達數據通信網絡1的應用的數據分組6分配到兩個類別8、9的一個中。在所示例子中，這兩個類別8、9對應於實時應用(黑色條紋)8和非實時應用(灰色條紋)9的分類。該類別劃分在每個待經過的通信節點7中進行。每個對應於實時應用的數據分組6將立即無中間存儲地傳遞到下個通信節點7。沒有實時要求的數據分組6可以中間存儲在等候隊列中，並根據確定的讀取機制從該隊列中傳遞出去。該讀取機制可以分配用於非實時應用的全部數據分組6或其根據預定計劃的一部分的資源，或者實現簡單的隊列優先級的設定。用於非實時應用的數據分組6的資源在此取決於實時應用的瞬時數據形成。
權利要求
1.一種用於在具有通信節點(2，5，7)的分組傳輸的數據通信網絡(1)中傳輸具有不同傳輸要求的應用數據(6)的方法，其中該方法具有至少下列步驟a.在一個傳輸各應用數據(6)時要經過的通信節點(2，5，7)中，將每個應用的數據(6)限制為預定的比特率，b.在傳輸各應用數據(6)時要經過的所有通信節點(2，5，7)中，設計和存儲特定於該應用的上下文，c.在傳輸各應用數據(6)時要經過的所有通信節點(2，5，7)中，根據特定於該應用的上下文保留傳輸資源，d.根據該特定於應用的上下文，將每個應用的數據(6)從一個該應用要經過的通信節點(2，5，7)傳遞到另一個要經過的通信節點(2，5，7)。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在進入所述分組傳輸的數據通信網絡(1)的入口通信節點(邊緣節點)中實施步驟a。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，這樣將每個應用的數據(6)限制為預定的比特率，即，在可固定設置的時間間隔上與傳遞各應用數據(6)並行地測量該數據(6)的數量，並與對應於預定比特率的數據量比較。
4.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，步驟c只為要求實時傳輸的應用數據(6)而實施。
5.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在步驟c中，每個各應用數據要經過的通信節點(2，5，7)都從各應用要求的有保證的比特率和待支持的最大比特率中，為待保留的資源推導出一個帶寬值，並保留該資源。
6.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在每個通信節點(2，5，7)中設計特定於應用的上下文時，可以更改各應用要求的有保證的比特率和待支持的最大比特率的比例。
7.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，為分別要求實時傳輸的應用數據保留總傳輸帶寬(B總)的傳輸資源的確定部分(B總實時)。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，為分別要求實時傳輸的應用數據保留的傳輸資源的確定部分(B總實時)小於傳輸資源的總量(B總)。
9.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在步驟d中，根據特定於應用的上下文將應用的數據(6)分為至少兩個類別(8，9)，並根據該類別(8，9)進行傳遞。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述兩個類別對應於實時應用(8)和非實時應用(9)的劃分。
全文摘要
本發明涉及一種用於在具有通信節點的分組傳輸的數據通信網絡中傳輸具有不同傳輸要求的應用數據的方法，其中該方法具有至少下列步驟a.在一個傳輸各應用數據時要經過的通信節點中，將每個應用的數據限制為預定的比特率，b.在傳輸各應用數據時要經過的所有通信節點中，設計和存儲特定於該應用的上下文，c.在傳輸各應用數據時要經過的所有通信節點中，根據特定於該應用的上下文保留傳輸資源，d.根據該特定於應用的上下文，將各應用的數據從一個該應用要經過的通信節點傳遞到另一個要經過的通信節點。
文檔編號H04L12/54GK1579069SQ01823869
公開日2005年2月9日 申請日期2001年12月10日 優先權日2001年12月10日
發明者詹斯·霍夫曼, 詹斯·施奈德 申請人:西門子公司