傳送數據流的分組的網絡網關和方法

2023-10-29 23:45:37

傳送數據流的分組的網絡網關和方法
【專利摘要】一種網絡網關(3)包括：緩衝器(10)；和傳送模塊(12)，配置為經由網絡介質從源設備(2)向用戶設備(1)傳送數據流的分組。由源設備(2)和網關(3)之間的上鏈路連接(4)從源設備(2)接收數據流的分組，該分組臨時存儲在緩衝器(10)中，並且由用戶設備(1)和網關(3)之間的下鏈路連接(5)從緩衝器(10)向用戶設備(1)傳送該分組，以使得下鏈路連接(5)依賴於上鏈路連接(4)。另外，網絡網關(3)包括保護模塊(13)，其被配置為提供對上鏈路連接(4)的保護，其中，為上鏈路連接(4)的數據流的分組保留對網絡介質的訪問。最後，網絡網關(3)包括控制模塊(11)，其被配置為監測緩衝器(10)並且在檢測到緩衝器溢出的情況下發送指令到保護模塊(13)以降低對上鏈路連接(4)的保護。
【專利說明】傳送數據流的分組的網絡網關和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於傳送數據流的分組的網絡網關和方法。
【背景技術】
[0002]該部分意圖向讀者介紹技術的各個方面，其可能涉及以下描述和/請求保護的本發明的各個方面。相信該討論將有助於向讀者提供背景信息，以便於更好地理解本發明的各個方面。因此應該理解這些敘述應該鑑於此地閱讀，而不應理解為對現有技術的承認。
[0003]因為家庭網關處的接入點正在快速發展為到家庭和家庭內的包括媒體流的所有通信的中心點，所以確保這種流傳輸連接的速率變成關心的問題。
[0004]例如，在包括無線接入點的各種場景中解決媒體流保護(特別是對於視頻流)的問題。無線區域網(WLAN)的視頻保護的現有工作落入幾個類別:錯誤控制技術(像通過保護不受信號衰落和幹擾來改進視頻質量)、重傳策略(像優先化重傳以恢復分組丟失和應用層前向糾錯)和帶寬自適應可伸縮編碼。使視頻質量適合網絡條件的現有方法例如要求可用帶寬的檢測，包括在WLAN中複雜的容量的估計。
[0005]在擁塞或通信業務繁忙時，對媒體流的訪問的優先級或者優選分配在網絡中越來
越變得重要。
[0006]例如，文獻US 2007/0133405A1公開一種媒體服務系統，包括內容源和回放設備，二者連接到媒體伺服器。媒體伺服器轉換內容為分組化數據並且傳送該數據到回放設備。擁塞控制器監測回放設備的緩衝器狀態以及網絡性能。如果檢測到擁塞，速率轉換器(transrater)改變內容的比特率或者數據密度。
[0007]此外，在文獻US2006/0126507A1中公開一種無線基站設備。無線基站設備包括基帶處理器並且被連接到無線基站控制器。無線基站控制器經由無線基站設備的基帶處理器發送數據流到若干用戶。每個基帶處理器包括監測接收帶寬使用的擁塞監測器。如果檢測到擁塞，則流控制器控制每個用戶的數據流。
[0008]此外，文獻US6，469，99IBI涉及已知為「點播多路訪問公平排隊(on_demandmultiple access fair queuing) 」的媒體訪問控制協議。如果網絡的下鏈路/上鏈路緩衝器佔用超過閾值，則基站確定這是否由特定的遠程主機或者由一組遠程主機引起。如果網絡性能低，則基站可以將遠程主機與網絡斷開。

【發明內容】

[0009]本發明的至少一個目的是提供用於傳送網絡中的數據流並且用於處理網絡中的擁塞的改進技術。
[0010]由根據獨立權利要求1的網絡網關和根據獨立權利要求8的用於傳送數據流的分組的方法解決這個目的。本發明的有利實施例是從屬權利要求的主題。根據本發明的一個方面，提供一種網絡網關，包括:
[0011]-緩衝器，[0012]-傳送模塊，配置為經由網絡介質從源設備向用戶設備傳送數據流的分組，其中，由源設備和網關之間的上鏈路連接從源設備接收數據流的分組，該分組臨時存儲在緩衝器中，並且由用戶設備和網關之間的下鏈路連接從緩衝器向用戶設備傳送該分組，以使得下鏈路連接依賴於上鏈路連接，
[0013]-保護模塊(也稱為優先化模塊)，配置為提供上鏈路連接的保護，其中，保留上鏈路連接的數據流的分組對網絡介質的訪問，以及
[0014]-控制模塊，配置為監測緩衝器並且在檢測到緩衝器溢出的情況下發送指令到保護模塊以降低對上鏈路連接的保護。
[0015]根據本發明的另一方面，提供一種由網絡網關經由網絡介質從源設備向用戶設備傳送數據流的分組的方法，該方法包括以下步驟:
[0016]-由網關從源設備接收數據流的分組，其中，提供源設備和網關之間的上鏈路連接，
[0017]-在網關的緩衝器中臨時存儲數據流的分組，
[0018]-從網關的緩衝器向用戶設備傳送數據流的分組，其中，提供網關和用戶設備之間的下鏈路連接，以使得下鏈路連接依賴於上鏈路連接，
[0019]-通過網關保留數據流的分組對網絡介質的訪問來保護上鏈路連接，
[0020]-監測緩衝器，以及
[0021]-如果由網關檢測到緩衝器溢出，則降低對上鏈路連接的保護。
[0022]網絡網關可以是網絡系統(例如，家庭網絡)的一部分，其中，源設備和用戶設備之間的連接通過網關的接入點。優選地，數據流是媒體流，例如視頻流或者音頻流。源設備可以是機頂盒或者媒體中心，並且用戶設備可以是任何類型的回放設備，例如，電視或者立體設備(stereo device)。
[0023]當從源設備向用戶設備傳送數據流的分組時，上鏈路連接和下鏈路連接共享相同信道。它們在競爭對網絡介質的訪問。網關處擁塞時，目的地是到用戶設備的下鏈路連接的分組在緩衝器中排隊列並且可能被丟棄。屬於相同數據流的上鏈路連接上的分組始終繼續在來自源設備的上鏈路連接上發送。如果這些傳送在網關處被丟棄，則它們被潛在地浪費。
[0024]然而，隨著數據流從源設備下載到用戶設備，從源設備到網關的連接和從網關到用戶設備的連接不是獨立的。替代地，本發明可以利用源設備的上鏈路連接和用戶設備的下鏈路連接之間的依賴性來實現網絡介質訪問的分配。可以由網關識別上鏈路連接和下鏈路連接之間的依賴性。由此，不要求網絡容量的複雜估計，這是因為在網關處容易獲得的分組隊列信息用於確定擁塞控制是必要的。
[0025]一旦由控制模塊檢測到擁塞，控制模塊就可以發送指令到保護模塊，以降低源設備對網絡介質的訪問，從而避免緩衝器處的長隊列。由此，可以避免不必要的分組丟失。
[0026]可以配置傳送模塊為從若干源設備分別向若干用戶設備傳送若干數據流。每個數據流被劃分為多個分組。每個源設備發送其分組到網關，其中創建若干上鏈路連接，在網關中，分別在緩衝器的虛擬隊列中臨時存儲分組。由若干下鏈路連接從每個虛擬隊列向各個用戶設備發送分組。對於每個數據流，下鏈路連接依賴於對應的上鏈路連接。可以配置保護模塊為向一些或者所有上鏈路連接提供保護。可以配置控制模塊為在緩衝器的一個虛擬隊列溢出的情況下，降低對若干上鏈路連接中的對應上鏈路連接的保護。
[0027]在優選實施例中，配置傳送模塊為經由無線網絡介質傳送數據流的分組。無線網絡(例如，WLAN)提供在不需要電纜的情況下連接源設備和/或用戶設備與網關的方便方式。
[0028]根據另一實施例，配置保護模塊為以目標速率發送清除發送信號到源設備，其中，選取目標速率以確保以適時方式接收數據流的分組，以使得不中斷數據流。通過發送清除發送信號到源設備，可以為源設備保留無線網絡介質的帶寬。該保留是隱式的。可以提供清除發送信號作為主動提供的(unsolicited)清除發送信號。可替代地，可以提供保護作為諸如WLAN標準802.1ln中的傳送允許。源設備阻塞網絡訪問的行為可以用於以增加分組延遲為代價避免分組丟失。
[0029]清除發送信號是用於靜默(silence)——對於預定時間段——網關範圍中的除了源設備之外的所有設備的信號。清除發送信號可以用於保留上鏈路連接的時間。
[0030]在另一優選實施例中，配置控制模塊為發送指令到保護模塊，從而在檢測到緩衝器溢出的情況下，將以其發送清除發送信號到源設備的速率降低到低於目標速率。通過降低以其發送清除發送信號的速率，可以為上鏈路連接保留更小帶寬。由此，更大帶寬可以被獲得用於下鏈路連接，並且可以傳送緩衝器中存儲的分組到用戶設備。
[0031]在另一實施例中，可以配置控制模塊為發送指令到保護模塊，從而在檢測到緩衝器下溢的情況下，將以其發送清除發送信號到源設備的速率增加至達到目標速率。如果緩衝器填充較低或者緩衝器甚至是空的，則可以通過增加清除發送信號的速率增加對上鏈路連接的保護。一旦減輕擁塞或者數據流的對應下鏈路連接已經在訪問中獲得優先，則可以對源設備恢復正常受保護訪問。
[0032]在本發明的另一實施例中，配置傳送模塊為在介質訪問控制(MAC)層傳送數據流的分組。MAC層控制對網絡介質的訪問。與可以僅僅與末端(endpoint)通信的應用層相t匕，MAC層可以處理網絡中的所有設備，諸如末端和/或中繼。由此，網關可以直接控制對網絡介質訪問的優先，而不依賴於末端適應擁塞。由此，可以提供網關和源設備以及網關和用戶設備之間的無衝突傳送。
[0033]在優選實施例中，如果緩衝器中的分組數量超過上緩衝器數量和/或緩衝器中的分組的大小超過上緩衝器大小，則監測到緩衝器溢出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]藉助參考所附附圖、決不是限制性的下面的實施例和執行示例，將更好地理解和示例本發明。
[0035]-圖1描繪符合本發明的優選實施例的無線家庭網絡系統，以及
[0036]-圖2是示例符合所述優選實施例的用於傳送分組的方法的步驟的流程圖。
[0037]在附圖中，類似的參考標號指代類似部分，除非另外指示。
【具體實施方式】
[0038]如圖1所示，在下面的場景下考慮圖中示例的無線家庭網絡系統N。用戶設備I正在從機頂盒 2下載媒體流。媒體流的分組通過(圖2的步驟El和E2)家庭網關3的接入點。從機頂盒2向網關3提供上鏈路連接4，並且從網關3向用戶設備I提供下鏈路連接
5。另外的用戶設備6、7具有到網關3的上鏈路和下鏈路連接8、9，以承載一些其他的通信量。
[0039]為了確保到媒體流的服務質量，控制對共享無線介質的訪問的保護機制存在於網關3。網關3包括緩衝器10，緩衝器10具有用於下鏈路連接5、9的每個目的地的虛擬隊列。
[0040]雖然上鏈路連接4和下鏈路連接5承載相同的媒體流，但它們實際上在介質訪問控制(MAC)層是去耦合的。在擁塞時，保存用於下鏈路連接5的分組的網關3處的緩衝器10的虛擬隊列逐漸積累(圖2的步驟E2)，以引起網關3處的分組丟失和可能的目的地(用戶設備)處的延遲二者。
[0041]網關3的控制模塊11監測(圖2的步驟E4)緩衝器10並且跟蹤分組隊列。
[0042]在媒體流的開始處，網關3的傳送模塊12建立上鏈路連接4和下鏈路連接5是依賴的，具體地，連接5依賴於上鏈路連接4。傳送模塊12通知控制模塊11跟蹤與下鏈路連接5的分組對應的緩衝器10中的虛擬隊列。
[0043]用參數β、觸發(圖2的步驟Ε5)媒體保護自適應的隊列佔用、一些滯後值ε參數化控制模塊11。
[0044]當與下鏈路連接5對應的緩衝器10的虛擬隊列達到(β + ε ) %的佔用時，控制模塊11通知網關3 的保護模塊13察覺到的擁塞。保護模塊13進入協調保護模式。
[0045]在該模式下，保護模塊13調整給予機頂盒2的訪問優先，以減低(圖2的步驟E6)對上鏈路連接4的保護。例如，如果保護機制寬鬆地基於IEEE802.lie，則可以調整訪問參數，諸如回退窗口大小(其是IEEE802.1lWLAN協議的重要部分，這是因為回退窗口的大小對吞吐量有影響)。可替代地，可以由保護模塊13降低以其將清除發送信號發送到機頂盒的速率。
[0046]這導致降低機頂盒2的傳送速率和由此的來自上鏈路連接4的分組(網關3處的分組)的降低後的到達速率。降低機頂盒2的訪問優先將導致網關3傳送分組到下鏈路連接5的更多機會。
[0047]當與下鏈路連接5對應的緩衝器10的虛擬隊列減少到低於(β - ε ) %佔有時，控制模塊11通知保護模塊13擁塞期已經結束。然後保護模塊13切換到正常保護模式。
[0048]當與下鏈路連接5對應的緩衝器10的虛擬隊列的佔有變化時，重複上面的步驟。
[0049]因此，提供了用以控制阻塞作用的參數，該參數允許沿著分組丟失和延遲之間的折中曲線的操作的點的精細調節。已經在本發明的優選實施例中描述本發明，清楚的是，在本領域技術人員的能力內允許很多修改和實施例。
[0050]在其權利要求中，用於執行特定功能的表達為部件(或者單元)的任何元件，意圖包括執行該功能的任何方式，例如包括a)執行該功能的電路元件的組合,或者b)任何形式的軟體，因此包括與用於執行該軟體以執行該功能的與適合電路組合的固件、微代碼等。由這些權利要求定義的本原理，在於由各種列舉部件提供的功能以權利要求請求保護的方式被組合併且集合在一起。由此認為，可以提供那些功能的任何部件等效於本文示出的那些部件。
[0051]要理解，本原理可以以硬體、軟體、固件、專用處理器或者其組合的各種形式實現。優選地，本原理可以實現為硬體和軟體的組合。此外，軟體優選實現為有形地實施在程序存儲設備上的應用程式。應用程式可以被上載到包括任何適當架構的機器並且由該機器執行。優選地，該機器被實現在計算機平臺上，該計算機平臺具有硬體，諸如一個或者多個中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和(多個)輸入/輸出(I/O)接口。計算機平臺還可以包括作業系統和微指令代碼。本文描述的各種處理和功能可以是經由作業系統被執行的微指令代碼的一部 分或者應用程式的一部分(或者其組合)。
【權利要求】
1.一種網絡網關(3),包括: -緩衝器(10)， -傳送模塊(12)，配置為經由網絡介質從源設備(2)向用戶設備(I)傳送數據流的分組，其中，由源設備⑵和網關⑶之間的上鏈路連接⑷從源設備⑵接收數據流的分組，該分組臨時存儲在緩衝器(10)中，並且由用戶設備(I)和網關(3)之間的下鏈路連接(5)從緩衝器(10)向用戶設備(I)傳送該分組，以使得下鏈路連接(5)依賴於上鏈路連接(4)，-保護模塊(13)，配置為提供上鏈路連接(4)的保護，其中，保留上鏈路連接(4)的數據流的分組對網絡介質的訪問，以及 -控制模塊(11)，配置為監測緩衝器(10)並且在檢測到緩衝器溢出的情況下發送指令到保護模塊(13)以降低對上鏈路連接(4)的保護。
2.如權利要求1所述的網關，其特徵在於，傳送模塊(12)配置為經由無線網絡介質傳送數據流的分組。
3.如權利要求2所述的網關，其特徵在於，保護模塊(13)配置為以目標速率發送清除發送信號到源設備(2)，其中，選取目標速率以確保以適時方式接收數據流的分組，以使得不中斷數據流。
4.如權利要求3所述的網關，其特徵在於，控制模塊(11)配置為發送指令到保護模塊(13)，從而在檢測到緩衝器溢出的情況下，將以其發送清除發送信號到源設備(2)的速率降低到低於目標速率。
5.如權利要求4所述的 網關，其特徵在於，控制模塊(11)配置為發送指令到保護模塊(13)，從而在檢測到緩衝器下溢的情況下，將以其發送清除發送信號到源設備(2)的速率增加至達到目標速率。
6.如前述權利要求中任一項所述的網關，其特徵在於，傳送模塊(12)配置為在介質訪問控制層傳送數據流的分組。
7.如前述權利要求中任一項所述的網關，其特徵在於，如果緩衝器中分組的數量超過上緩衝器數量和/或緩衝器(10)中分組的大小超過上緩衝器大小，則檢測到緩衝器溢出。
8.—種由網絡網關(3)經由網絡介質從源設備(2)向用戶設備(I)傳送數據流的分組的方法，該方法包括以下步驟: -由網關(3)從源設備(2)接收(El)數據流的分組，其中，提供源設備(2)和網關(3)之間的上鏈路連接(4)， -在網關(3)的緩衝器(10)中臨時存儲(E2)數據流的分組， -從網關⑶的緩衝器(10)向用戶設備⑴傳送(E3)數據流的分組，其中，提供網關(3)和用戶設備(I)之間的下鏈路連接(5)，以使得下鏈路連接(5)依賴於上鏈路連接(4)，-通過網關⑶保留數據流的分組對網絡介質的訪問來保護(E5)上鏈路連接(4)，-監測(E4)緩衝器(10)，以及 -如果由網關(3)檢測到緩衝器溢出，則降低(E6)對上鏈路連接(4)的保護。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，由無線網絡介質傳送數據流的分組。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，由網關(3)以目標速率發送清除發送信號到源設備(2)，其中，選取目標速率以確保以適時方式接收數據流的分組，以使得不中斷數據流。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，在檢測到緩衝器溢出的情況下，將以其發送清除發送信號的速率降低到低於目標速率。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，在由網關(3)檢測到緩衝器下溢的情況下，將以其發送清除發送信號的速率增加至達到目標速率。
13.如權利要求8至12中任一項所述的方法，其特徵在於，在介質訪問控制層由網關(3)接收和/或傳送數據流的分組。
14.如權利要 求8至13中任一項所述的方法，其特徵在於，如果緩衝器中分組的數量超過上緩衝器數量和/或緩衝器中分組的大小超過上緩衝器大小，則檢測到緩衝器溢出。
【文檔編號】H04L12/66GK104025519SQ201280065064
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月29日
【發明者】M.卡雷拉, N.赫格德, M.梅 申請人:湯姆遜許可公司