WO2007113028A1 - Method for transmission of data in a data network - Google Patents

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WO2007113028A1
WO2007113028A1 PCT/EP2007/051022 EP2007051022W WO2007113028A1 WO 2007113028 A1 WO2007113028 A1 WO 2007113028A1 EP 2007051022 W EP2007051022 W EP 2007051022W WO 2007113028 A1 WO2007113028 A1 WO 2007113028A1
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WO
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network
streams
nodes
data
sub
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PCT/EP2007/051022
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Inventor
Norbert Oertel
Jürgen PANDEL
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04L12/00Data switching networks
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    • H04L12/16Arrangements for providing special services to substations
    • H04L12/18Arrangements for providing special services to substations for broadcast or conference, e.g. multicast
    • H04L12/1854Arrangements for providing special services to substations for broadcast or conference, e.g. multicast with non-centralised forwarding system, e.g. chaincast
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L47/00Traffic control in data switching networks
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    • H04L12/1863Arrangements for providing special services to substations for broadcast or conference, e.g. multicast comprising mechanisms for improved reliability, e.g. status reports
    • H04L12/1868Measures taken after transmission, e.g. acknowledgments

Definitions

  • the invention relates to a method for transmitting data in a data network with a plurality of network nodes and a corresponding data network and a corresponding network node.
  • multicast methods For efficient distribution of data streams, such as video streams, over data networks, so-called multicast methods are used today. Such methods have the task to exchange a data stream not only point-to-point between two network nodes, but to provide a plurality of network nodes at the same time.
  • an IP multicast method in which the multicasting function on the IP network layer is integrated in the individual routers of the network.
  • multicast methods are known on the application layer according to the OSI reference model. These methods continue to use point-to-point connections in the network layer, with the multicasting functionality provided by an overlay network in the application layer.
  • Reference [1] describes a multicast method in the application layer.
  • disjoint distribution trees are created by dividing the data stream to be transmitted into a plurality of disjoint sub-streams, which are forwarded through the network.
  • the network nodes which receive a sub-stream, forward this to a plurality of network nodes, so that a broad distribution of the sub-streams takes place in the network.
  • the distribution is organized in such a way that all network nodes can also receive all sub-streams of the data stream and assemble this into the original data stream.
  • this method has some disadvantages.
  • the Upstream capacity for transmitting data often limited, so that not enough sub-streams can be forwarded from one network node to other network nodes and thus no fast and efficient distribution of sub-streams takes place in the network.
  • this method does not describe effective error protection in case of packet loss, for example due to congestion, transmission errors or failure of network nodes.
  • effective error protection is very important because poor video quality is not tolerated by the users.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for transmitting data in a data network, which ensures a reliable and efficient distribution of the data in the data network to a plurality of network nodes.
  • a data stream which is to be transmitted to a plurality of receiving network nodes in the data network is divided into a plurality of sub-streams.
  • the sub-streams are distributed over several intermediate network nodes in the data network such that the receiving network nodes each receive all sub-streams of the plurality of sub-streams, wherein at least some of the intermediate network nodes send a received sub-stream to multiple network nodes.
  • the inventive method is characterized in that in the transmission of the partial streams one or more of the intermediate network nodes forwarding nodes wherein a forwarding node receives a number of sub-streams and each transmits one or more of the received sub-streams to at least two network nodes, the number of sub-streams being less than the plurality of sub-streams.
  • nodes in a network can also be integrated as forwarding nodes in the data transmission method. This is particularly interesting if the nodes to be integrated provide a high capacity for the transmission of data (also referred to as upstream capacity). By incorporating such forwarding nodes, the other network nodes can then be relieved in the data network. Thus, the method according to the invention also creates a more stable data network with a lesser probability of failure of nodes.
  • the forwarding nodes each receive only a single partial stream, which they then forward to at least two further network nodes.
  • the forwarding nodes also receive a plurality of sub-streams, which are preferably different from one another.
  • a particularly good distribution of the partial currents in the network is effected in one embodiment of the invention in that one or more of the forwarding nodes in each case transmits each partial stream received by the respective forwarding node to at least two network nodes.
  • At least a part of the receiving network nodes not only take over the function of data reception, but they also act as intermediary nodes.
  • the distribution of the data stream in the data network is carried out in a particularly preferred embodiment in a transmitting network node, which itself is part of the data network, the transmitting network node sends each sub-stream to a network node in the data network.
  • a decentralized data network structure can be created in which the distribution of the data stream is initiated by any network node in the data network.
  • the plurality of sub-streams are disjoint data streams, so that no redundant information is transmitted.
  • an error protection in the data network can be achieved by the integration of forwarding nodes. This happens because in the event that a network node receives a lossy and / or faulty partial flow, this
  • Network node requests the lossy and / or faulty substream as a whole or only the lost and / or faulty sections of the substream from a forwarding node.
  • the respective Network node in the event that a respective network node receives a lossy and / or faulty sub-stream, the respective Network node at least one forwarding node, which has received the corresponding sub-stream without error, instructs to send the sub-stream or the faulty and / or lost portions of the sub-stream to those network nodes that should receive the sub-stream from the respective network node.
  • the method according to the invention can also be used to compensate for capacity bottlenecks of individual nodes with the aid of the forwarding nodes. This is achieved if, in the event that a respective network node determines that its transmission capacity for transmitting a received substream to a predetermined number of nodes is no longer sufficient, the respective network node instructs at least one forwarding node, which has also received the corresponding substream, to send the substream to one or more of the predetermined network nodes.
  • Error protection or bridging of capacity bottlenecks is preferably used, preferably using an allocation scheme to request sub-streams again or to direct forwarding nodes to send sub-streams to other forwarding nodes.
  • one or more network nodes are each assigned one or more forwarding nodes, wherein the one or more network nodes can request sub-streams or sections of the sub-streams from the assigned forwarding nodes and / or wherein the one or more network nodes can instruct the assigned forwarding nodes, sub-streams or sections of the sub-streams to send to other network nodes.
  • the assignment of the forwarding nodes to network nodes can be transmitted to the network nodes either within the sub-streams (so-called in-band signaling) or else separately from the sub-streams (so-called outband signaling).
  • the network nodes In order for the network nodes to be able to request sub-streams of forwarding nodes as long as possible in the case of transmission errors, in one embodiment the sub-streams received by a forwarding node are buffered for a predetermined period of time.
  • FEC Forward Error Correction
  • IP IP data network
  • the method is preferably based on a multicast method on the application layer in the OSI reference model.
  • UDP User Datagram Protocol
  • UDP User Datagram Protocol
  • the method according to the invention is particularly suitable for the transmission of video data streams, e.g. of encoded video data streams, which can then be decoded in the receiving network node with a corresponding decoder.
  • An important application of the inventive method are decentralized data networks, in particular peer-to-peer data networks.
  • the invention also relates to a data network with a multiplicity of network nodes, wherein the data network is configured such that a method according to the invention can be implemented in this data network.
  • the data network is preferably an IP-based data network and / or a decentralized data network, in particular a peer-to-peer data network.
  • the invention also includes a single network node for use in a data network, wherein the network node is configured in such a way that it receives a number of sub-streams when transmitting partial streams of a data stream with the method according to the invention and transmits one or more of the received sub-streams to at least two network nodes, the number of sub-streams being smaller than the number Variety of partial flows is.
  • the network node can be a network computer.
  • the network node can be any other device for data transmission and data reception, for example a set-top box and the like. Such devices preferably include a decoder that re-decodes a received coded video stream.
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of the inventive data transmission method.
  • IP-based data network which has a plurality of network nodes in the form of network computers, wherein the method according to the embodiment described here based on a so-called.
  • Application Layer Multicast method wherein a Da - Ten current is transmitted to multiple network nodes.
  • the multicasting function is achieved here on the application layer in the OSI reference model, wherein the data transmission in the network layer is furthermore a unicast transmission, that is, each edge between two network nodes corresponds to a point-to-point connection between the two network nodes.
  • the embodiment of the method according to the invention described below is a further development of a special len application layer multicast method, with which a so-called split stream is generated in which a data stream is divided into a plurality of sub-streams, which are forwarded via different network nodes to the intended for the reception of the data stream network node.
  • the forwarding takes place here in such a way that the network nodes which are to receive the data stream receive all sub-streams and can then assemble them into the original data stream. This process is described, for example, in the already mentioned publication [1].
  • Fig. 1 shows again simplified data transmission according to the above known data transmission method.
  • a data network with four network nodes N1, N2, N3 and N4 is considered, wherein all network nodes are computers, which is indicated schematically in FIG. 1 for the network node N1.
  • the network nodes do not necessarily have to be computers; in particular, the network nodes can also represent any other data reception devices that can process the received sub-streams.
  • the network node Nl might like to send a data stream to all other network nodes N2, N3 and N4 in the data network.
  • the network node Nl divides the data stream to be sent into three sub-streams Tl, T2 and T3.
  • a partial flow Tl is represented by a solid line, a partial flow T2 by a dashed line and a partial flow T3 by a dot-dash line.
  • the network node Nl sends a partial stream to each network node N2, N3 and N4.
  • the partial flow T1 is transmitted to the network node N2, the partial flow T2 to the network node N3 and the partial flow T3 to the network node N4.
  • Each of the network nodes Nl to N4 has a certain capacity to forward data upstream to other nodes.
  • each node may forward two sub-streams. So that each of the nodes N2, N3 and N4 receives all three sub-streams, the node N2 sends the received one Partial flow Tl at both the node N3 and the node N4. The node N3 sends the sub-stream T2 received by it both to the node N2 and to the node N4. Analogously, the node N4 sends the partial stream T3 received by it both to the node N2 and to the node N3.
  • FIG. 2 shows a data network with nine conventional nodes N1, N2,..., N9, which represent network computers analogously to FIG. Also in Fig. 2, the node Nl is schematically illustrated as a computer for illustrative purposes. The node Nl would like to send a data stream to the network computers N2 to N9 again. Analogous to FIG. 1, a split-stream method is used for this purpose, wherein the node Nl the data stream in turn divided into the partial streams Tl, T2 and T3. In contrast to the conventional method according to FIG.
  • a further class of so-called relay or relay nodes are provided, which are drawn black in FIG. 2 and are designated as R1, R2 and R3.
  • these nodes have no interest in completely receiving the transmitted data stream, that is to say all sub-streams T1, T2 and T3.
  • the nodes are thus distinguished by the fact that they receive a smaller number than the three data streams Tl, T2 and T3.
  • the nodes R1, R2 and R3 provide their capacity for upstream transmission in order to distribute data streams to a larger number of network nodes in the network. For this purpose, the
  • Node the functionality that they forward at least one received data stream to at least two other network nodes.
  • the network nodes or the corresponding operators of the network computers must be motivated to provide their upstream capacity. This can be done in the form of incentives.
  • a service provider that provides the multicast method of transmitting video streams shown in Figure 2 may provide an incentive program.
  • the incentive program will provide rewards in the form of rewards or cash payments to network nodes providing their upstream capacity.
  • the service provider increases the prices for providing the video streams, in particular he demands increased fees from users of the multicast method, which video streams of very high quality distribute to large groups of users quickly and flexibly to provide the multicast service.
  • the node Rl here provides a very high upstream capacity, because it can forward the partial stream Tl received by it to three further nodes, namely the nodes N5, N6 and N4.
  • the node R3 also provides such a high upstream capacity.
  • the partial stream T3 received by the node R3 can also be forwarded to three nodes, namely N2, N8 and N9.
  • the capacity of the node R2 is also sufficient for the emission of three partial streams.
  • this node forwards the partial stream T2 received by it only to two nodes, namely N4 and N7.
  • the other network nodes N1 to N9 have only an upstream capacity for forwarding two partial streams.
  • relay nodes may buffer the sub-stream they receive and, if necessary, provide other network nodes that have not properly received data packets in a data stream because of congestion, bandwidth bottlenecks, transmission errors, node failures, and the like. For example, if substream T2 fails between node N6 and N5, relay node R2 may hop in and send its buffered data stream T2 to node N5.
  • various types of methods can be used.
  • a network node that has received a particular sub-stream in error may issue a message to a relay node specifying the sub-stream and sequence number of the identified erroneous packet and instructing the relay node to retry the corresponding packet to send.
  • a network node In order for a network node to be able to request data packets from relay nodes in a targeted manner, it must be possible to do so by in-band signaling, which is transmitted within the sub-streams, or else by an in-band signaling separate outband signaling an assignment are made, with each node Nl to N9 one or more relay nodes for each of the partial streams Tl to T3 is assigned.
  • packet loss for example, where it is no longer possible to decode a received encoded video stream, then a network node can request requests for packets from the relay node assigned to it, which has received the corresponding packets lossless. It is thereby ensured a very good error protection. In particular, an error protection is achieved without the
  • Data stream redundancy must be added. As a result, a high data rate and a high quality of the transmitted data streams can be ensured.
  • the inventive method just described can also be used to compensate for upstream capacity bottlenecks of individual network nodes. If, for example, a network node determines that it can not forward the sub-stream it has received to another network node, it can instruct a relay node, which is also preferably assigned to it in accordance with the allocation method described above, to send the corresponding sub-stream to the node to which he would forward the partial flow if he had enough capacity available. The data network is thereby relieved and it can time delays due to capacity bottlenecks are avoided, which is particularly important in the real-time transmission of video streams.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for transmission of data in a data network having a multiplicity of network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3), in which a data stream which is to be transmitted to a plurality of receiving network nodes (Nl, ..., N9) in the data network is split into a multiplicity of stream elements (Tl, T2, T3); the stream elements (Tl, T2, T3) are distributed over a plurality of intermediate network nodes in the data network such that the receiving network nodes (Nl, ..., N9) each receive all the stream elements (Tl, T2, T3) from the multiplicity of stream elements (Tl, T2, T3), with at least some of the intermediate network nodes transmitting a received stream element (Tl, T2, T3) to a plurality of network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3); one or more of the intermediate network nodes are relay nodes (R1, R2, R3) for the transmission of the stream elements (Tl, T2, T3), with a relaying node (R1, R2, R3) receiving a number of stream elements (Tl, T2, T3) and sending one or more of the received stream elements (Tl, T2, T3) to at least two network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) in each case, with the number of stream elements (T1, T2, T3) being less than the multiplicity of stream elements (T1, T2, T3).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Übertragung von Daten in einem DatennetzMethod for transmitting data in a data network
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Datennetz mit einer Vielzahl von Netzknoten sowie ein entsprechendes Datennetz und einen entsprechenden Netzknoten .The invention relates to a method for transmitting data in a data network with a plurality of network nodes and a corresponding data network and a corresponding network node.
Zur effizienten Verteilung von Datenstromen, beispielsweise von Videostromen, über Datennetze werden heutzutage so genannte Multicast-Verfahren eingesetzt. Solche Verfahren haben zur Aufgabe, einen Datenstrom nicht nur Punkt-zu-Punkt zwischen zwei Netzknoten auszutauschen, sondern einer Vielzahl von Netzknoten gleichzeitig zur Verfugung zu stellen.For efficient distribution of data streams, such as video streams, over data networks, so-called multicast methods are used today. Such methods have the task to exchange a data stream not only point-to-point between two network nodes, but to provide a plurality of network nodes at the same time.
Im Bereich von paketbasierten IP-Netzen ist ein IP-Multicast- Verfahren bekannt, in dem die Multicasting-Funktion auf der IP-Netzwerkschicht in den einzelnen Routern des Netzes integ- riert ist. Darüber hinaus sind Multicast-Verfahren auf der Applikationsschicht gemäß dem OSI-Referenzmodell bekannt. Diese Verfahren nutzen in der Netzwerkschicht weiterhin Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, wobei die Multicasting- Funktionalitat durch ein Overlay-Netz in der Applikations- schicht bereitgestellt wird.In the field of packet-based IP networks, an IP multicast method is known in which the multicasting function on the IP network layer is integrated in the individual routers of the network. In addition, multicast methods are known on the application layer according to the OSI reference model. These methods continue to use point-to-point connections in the network layer, with the multicasting functionality provided by an overlay network in the application layer.
In der Druckschrift [1] ist ein Multicast-Verfahren in der Applikationsschicht beschrieben. Bei diesem Verfahren werden disjunkte Verteilbaume erstellt, indem der zu übertragende Datenstrom in mehrere disjunkte Teilstrome aufgeteilt wird, welche durch das Netz weitergeleitet werden. Die Netzknoten, die einen Teilstrom empfangen, leiten diesen an mehrere Netzknoten weiter, so dass eine breite Verteilung der Teilstrome im Netz erfolgt. Die Verteilung ist hierbei derart organi- siert, dass alle Netzknoten auch alle Teilstrome des Datenstroms empfangen und diesen zu dem ursprunglichen Datenstrom zusammensetzen können. Dieses Verfahren hat jedoch einige Nachteile. Insbesondere ist in einzelnen Netzknoten die Upstream-Kapazitat zum Aussenden von Daten oftmals limitiert, so dass nicht genügend Teilstrome von einem Netzknoten an weitere Netzknoten weitergeleitet werden können und somit keine schnelle und effiziente Verteilung der Teilstrome im Netz stattfindet. Darüber hinaus beschreibt dieses Verfahren keinen effektiven Fehlerschutz bei Paketverlusten, beispielsweise durch Staus, Ubertragungsfehler oder bei Ausfall von Netzknoten. Insbesondere bei der Übertragung von Videostromen ist jedoch ein effektiver Fehlerschutz sehr wichtig, da schlechte Videoqualitat von den Benutzern nicht toleriert wird .Reference [1] describes a multicast method in the application layer. In this method disjoint distribution trees are created by dividing the data stream to be transmitted into a plurality of disjoint sub-streams, which are forwarded through the network. The network nodes, which receive a sub-stream, forward this to a plurality of network nodes, so that a broad distribution of the sub-streams takes place in the network. In this case, the distribution is organized in such a way that all network nodes can also receive all sub-streams of the data stream and assemble this into the original data stream. However, this method has some disadvantages. In particular, in individual network nodes the Upstream capacity for transmitting data often limited, so that not enough sub-streams can be forwarded from one network node to other network nodes and thus no fast and efficient distribution of sub-streams takes place in the network. Moreover, this method does not describe effective error protection in case of packet loss, for example due to congestion, transmission errors or failure of network nodes. However, especially in the case of video streaming, effective error protection is very important because poor video quality is not tolerated by the users.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Datennetz zu schaffen, welches ei- ne zuverlässige und effiziente Verteilung der Daten in dem Datennetz an mehrere Netzknoten gewahrleistet.The object of the invention is therefore to provide a method for transmitting data in a data network, which ensures a reliable and efficient distribution of the data in the data network to a plurality of network nodes.
In dem erfindungsgemaßen Verfahren wird ein Datenstrom, der an mehrere empfangende Netzknoten in dem Datennetz zu uber- tragen ist, in eine Vielzahl von Teilstromen aufgeteilt. Die Teilstrome werden über mehrere zwischengeschaltete Netzknoten im Datennetz derart verteilt, dass die empfangenden Netzknoten jeweils alle Teilstrome der Vielzahl von Teilstromen empfangen, wobei zumindest einige der zwischengeschalteten Netz- knoten einen empfangenen Teilstrom an mehrere Netzknoten senden. Mit diesen Merkmalen wird gewahrleistet, dass sich die Teilstrome im Netz auffächern. Das Auffächern wird dadurch erreicht, dass einige zwischengeschaltete Netzknoten den empfangenen Teilstrom nicht nur an einen Netzknoten, sondern an mehrere senden. Darüber hinaus wird durch die obigen Merkmale sichergestellt, dass die empfangenden Netzknoten jeweils auch alle Teilstrome der Vielzahl von Teilstromen empfangen, um die Teilstrome dann wieder zu dem ursprunglichen Datenstrom zusammenzusetzen .In the method according to the invention, a data stream which is to be transmitted to a plurality of receiving network nodes in the data network is divided into a plurality of sub-streams. The sub-streams are distributed over several intermediate network nodes in the data network such that the receiving network nodes each receive all sub-streams of the plurality of sub-streams, wherein at least some of the intermediate network nodes send a received sub-stream to multiple network nodes. These features ensure that the sub-streams fan out in the network. Fanning is achieved in that some intermediate network nodes send the received sub-stream not only to one network node but to several. Moreover, the above features ensure that the receiving network nodes each also receive all sub-streams of the plurality of sub-streams to then reassemble the sub-streams into the original data stream.
Das erfindungsgemaße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Übertragung der Teilstrome einer oder mehrere der zwischengeschalteten Netzknoten Weiterleitungsknoten sind, wobei ein Weiterleitungsknoten eine Anzahl von Teilstromen empfangt und einen oder mehrere der empfangenen Teilstrome jeweils an wenigstens zwei Netzknoten sendet, wobei die Anzahl von Teilstromen kleiner als die Vielzahl von Teil- strömen ist. Mit diesem Merkmal wird eine neue Klasse vonThe inventive method is characterized in that in the transmission of the partial streams one or more of the intermediate network nodes forwarding nodes wherein a forwarding node receives a number of sub-streams and each transmits one or more of the received sub-streams to at least two network nodes, the number of sub-streams being less than the plurality of sub-streams. With this feature, a new class of
Knoten geschaffen, deren Hauptfunktionalitat das Weiterleiten von Teilstromen ist. Da diese Knoten nicht alle Teilstrome empfangen, ist es nicht beabsichtigt, in diesen Knoten den Datenstrom wieder aus der Vielzahl von Teilstromen zusammen- zusetzen. Vielmehr übernehmen die Weiterleitungsknoten die Funktion des schnelleren Verteilens der Teilstrome im Netz. Darüber hinaus kann mit solchen Weiterleitungsknoten auch ein Fehlerschutz erreicht werden, wie weiter unten noch naher erläutert wird.Created nodes whose main functionality is the forwarding of partial streams. Since these nodes do not receive all sub-streams, it is not intended to reassemble the data stream from the plurality of sub-streams in these nodes. Rather, the forwarding nodes take over the function of faster distribution of the partial streams in the network. In addition, error protection can also be achieved with such forwarding nodes, as will be explained in greater detail below.
Es besteht ferner die Möglichkeit, in einem Netz vorhandene Knoten als Weiterleitungsknoten in dem Datenubertragungsver- fahren einzubinden. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn die einzubindenden Knoten eine hohe Kapazität zum Aus- senden von Daten (auch als Upstream-Kapazitat bezeichnet) zur Verfugung stellen. Durch die Einbindung solcher Weiterleitungsknoten können dann in dem Datennetz die anderen Netzknoten entlastet werden. Somit wird durch das erfindungsgemaße Verfahren auch ein stabileres Datennetz mit geringerer Aus- fallwahrscheinlichkeit von Knoten geschaffen.It is also possible to integrate existing nodes in a network as forwarding nodes in the data transmission method. This is particularly interesting if the nodes to be integrated provide a high capacity for the transmission of data (also referred to as upstream capacity). By incorporating such forwarding nodes, the other network nodes can then be relieved in the data network. Thus, the method according to the invention also creates a more stable data network with a lesser probability of failure of nodes.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des erfin- dungsgemaßen Verfahrens empfangen die Weiterleitungsknoten jeweils nur einen einzigen Teilstrom, den sie dann an zumin- dest zwei weitere Netzknoten weitersenden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Weiterleitungsknoten auch mehrere Teilstrome empfangen, welche vorzugsweise unterschiedlich zueinander sind. Eine besonders gute Verteilung der Teilstrome im Netz wird in einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch bewirkt, dass einer oder mehrere der Weiterleitungsknoten jeweils jeden von dem jeweiligen Weiterleitungsknoten empfangenen Teilstrom an wenigstens zwei Netzknoten sendet. Es erfolgt somit für jeden eingehenden Teilstrom eine Auffacherung in zumin- dest zwei weitere Teilstrome, so dass eine schnelle Verteilung der Teilstrome im Netz erreicht wird.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the forwarding nodes each receive only a single partial stream, which they then forward to at least two further network nodes. However, it is also possible that the forwarding nodes also receive a plurality of sub-streams, which are preferably different from one another. A particularly good distribution of the partial currents in the network is effected in one embodiment of the invention in that one or more of the forwarding nodes in each case transmits each partial stream received by the respective forwarding node to at least two network nodes. Thus, there is an increase in each incoming substream in at least two further partial streams, so that a rapid distribution of the partial currents in the network is achieved.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des erfin- dungsgemaßen Ubertragungsverfahrens übernehmen zumindest ein Teil der empfangenden Netzknoten nicht nur die Funktion des Datenempfangs, sondern sie fungieren auch als zwischengeschaltete Knoten. Es ist hierbei insbesondere auch möglich, dass alle empfangenen Netzknoten beide Funktionen übernehmen, das heißt jeder empfangende Netzknoten sendet auch zumindest einen Teilstrom an mehrere Netzknoten aus .In a particularly preferred embodiment of the inventive transmission method at least a part of the receiving network nodes not only take over the function of data reception, but they also act as intermediary nodes. In this case, it is also possible in particular for all received network nodes to assume both functions, ie each receiving network node also transmits at least one sub-stream to a plurality of network nodes.
Die Aufteilung des Datenstroms im Datennetz erfolgt in einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform in einem sendenden Netzknoten, der selbst Bestandteil des Datennetzes ist, wobei der sendende Netzknoten jeden Teilstrom an einen Netzknoten in dem Datennetz sendet. Es kann somit eine dezentrale Datennetzstruktur geschaffen werden, bei der die Verteilung des Datenstroms von einem beliebigen Netzknoten im Datennetz ini- tiiert wird.The distribution of the data stream in the data network is carried out in a particularly preferred embodiment in a transmitting network node, which itself is part of the data network, the transmitting network node sends each sub-stream to a network node in the data network. Thus, a decentralized data network structure can be created in which the distribution of the data stream is initiated by any network node in the data network.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform sind die Vielzahl von Teilstromen disjunkte Datenstrome, so dass keine redundanten Informationen übertragen werden .In a particularly preferred embodiment, the plurality of sub-streams are disjoint data streams, so that no redundant information is transmitted.
In einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens kann durch die Integration von Weiterleitungsknoten ein Fehlerschutz im Datennetz erreicht werden. Dies geschieht dadurch, dass im Falle, dass ein Netzknoten einen verlustbe- hafteten und/oder fehlerhaften Teilstrom empfangt, dieserIn a further embodiment of the inventive method, an error protection in the data network can be achieved by the integration of forwarding nodes. This happens because in the event that a network node receives a lossy and / or faulty partial flow, this
Netzknoten den verlustbehafteten und/oder fehlerhaften Teilstrom als Ganzes oder nur die verloren gegangenen und/oder fehlerhaften Abschnitte des Teilstroms von einem Weiterleitungsknoten anfordert.Network node requests the lossy and / or faulty substream as a whole or only the lost and / or faulty sections of the substream from a forwarding node.
In einer weiteren Ausfuhrungsform ist es auch möglich, dass im Falle, dass ein jeweiliger Netzknoten einen verlustbehafteten und/oder fehlerhaften Teilstrom empfangt, der jeweilige Netzknoten wenigstens einen Weiterleitungsknoten, der den entsprechenden Teilstrom fehlerfrei empfangen hat, anweist, den Teilstrom oder die fehlerhaften und/oder verloren gegangenen Abschnitte des Teilstroms an diejenigen Netzknoten zu senden, die den Teilstrom von dem jeweiligen Netzknoten empfangen sollen.In a further embodiment, it is also possible that in the event that a respective network node receives a lossy and / or faulty sub-stream, the respective Network node at least one forwarding node, which has received the corresponding sub-stream without error, instructs to send the sub-stream or the faulty and / or lost portions of the sub-stream to those network nodes that should receive the sub-stream from the respective network node.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausfuhrungsform kann das erfindungsgemaße Verfahren auch dazu genutzt werden, Ka- pazitats-Engpasse von einzelnen Knoten mit Hilfe der Weiterleitungsknoten auszugleichen. Dies wird dadurch erreicht, dass im Falle, dass ein jeweiliger Netzknoten feststellt, dass seine Sendekapazitat zum Aussenden eines empfangenen Teilstroms an eine vorbestimmte Anzahl von Knoten nicht mehr ausreicht, der jeweilige Netzknoten wenigstens einen Weiterleitungsknoten, der auch den entsprechenden Teilstrom empfangen hat, anweist, den Teilstrom an einen oder mehrere der vorbestimmten Netzknoten zu senden.In a further particularly preferred embodiment, the method according to the invention can also be used to compensate for capacity bottlenecks of individual nodes with the aid of the forwarding nodes. This is achieved if, in the event that a respective network node determines that its transmission capacity for transmitting a received substream to a predetermined number of nodes is no longer sufficient, the respective network node instructs at least one forwarding node, which has also received the corresponding substream, to send the substream to one or more of the predetermined network nodes.
Die soeben beschriebenen Ausfuhrungsformen, bei denen einThe embodiments just described, in which a
Fehlerschutz bzw. die Uberbruckung von Kapazitats-Engpassen erreicht wird, verwenden vorzugsweise ein Zuweisungsschema, um Teilstrome nochmals anzufordern bzw. Weiterleitungsknoten anzuweisen, Teilstrome an andere Weiterleitungsknoten zu schicken. Hierbei werden einem oder mehreren Netzknoten jeweils ein oder mehrere Weiterleitungsknoten zugewiesen, wobei der oder die mehreren Netzknoten Teilstrome oder Abschnitte der Teilstrome von den zugewiesenen Weiterleitungsknoten anfordern können und/oder wobei der oder die mehreren Netzkoten die zugewiesenen Weiterleitungsknoten anweisen können, Teilstrome oder Abschnitte der Teilstrome an andere Netzknoten zu senden. Die Zuweisung der Weiterleitungsknoten zu Netzknoten kann entweder innerhalb der Teilstrome (so genannte Inband- Signalisierung) oder auch separat zu den Teilstromen (so ge- nannte Outband-Signalisierung) an die Netzknoten übertragen werden . Damit die Netzknoten bei Ubertragungsfehlern möglichst lange Teilstrome von Weiterleitungsknoten anfordern können, werden in einer Ausgestaltung die von einem Weiterleitungsknoten empfangenen Teilstrome eine vorbestimmte Zeitperiode gepuf- fert.Error protection or bridging of capacity bottlenecks is preferably used, preferably using an allocation scheme to request sub-streams again or to direct forwarding nodes to send sub-streams to other forwarding nodes. In this case, one or more network nodes are each assigned one or more forwarding nodes, wherein the one or more network nodes can request sub-streams or sections of the sub-streams from the assigned forwarding nodes and / or wherein the one or more network nodes can instruct the assigned forwarding nodes, sub-streams or sections of the sub-streams to send to other network nodes. The assignment of the forwarding nodes to network nodes can be transmitted to the network nodes either within the sub-streams (so-called in-band signaling) or else separately from the sub-streams (so-called outband signaling). In order for the network nodes to be able to request sub-streams of forwarding nodes as long as possible in the case of transmission errors, in one embodiment the sub-streams received by a forwarding node are buffered for a predetermined period of time.
Gegebenenfalls kann in dem erfindungsgemaßen Verfahren neben dem oben beschriebenen Fehlerschutz bzw. alternativ zu diesem Fehlerschutz ein weiteres bzw. anderes Fehlerschutzverfahren, insbesondere das FEC-Verfahren (FEC = Forward Error Correcti- on) , eingesetzt werden.Optionally, in the method according to the invention, in addition to the error protection described above or alternatively to this error protection, a further or different error protection method, in particular the FEC method (FEC = Forward Error Correction), can be used.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des erfin- dungsgemaßen Verfahrens wird das Verfahren in einem paketver- mittelten Datennetz eingesetzt, insbesondere in einem IP- Datennetz (IP = Internet Protokoll) . Das Verfahren beruht hierbei vorzugsweise auf einem Multicast-Verfahren auf der Applikationsschicht im OSI-Referenzmodell . Vorzugsweise wird bei einem derartigen Multicast-Verfahren UDP (UDP = User Da- tagram Protokoll) als Transportprotokoll in der Transportschicht im OSI-Referenzmodell verwendet. Das erfindungsgemaße Verfahren eignet sich insbesondere zur Übertragung von Video- datenstromen, z.B. von codierten Videodatenstromen, welche dann in den empfangenden Netzknoten mit einem entsprechenden Decoder decodiert werden können. Ein wichtiges Einsatzgebiet des erfindungsgemaßen Verfahrens sind dezentrale Datennetze, insbesondere Peer-to-Peer-Datennetze .In a particularly preferred embodiment of the inventive method, the method is used in a packet-switched data network, in particular in an IP data network (IP = Internet Protocol). The method is preferably based on a multicast method on the application layer in the OSI reference model. Preferably, in such a multicast method UDP (UDP = User Datagram Protocol) is used as the transport protocol in the transport layer in the OSI reference model. The method according to the invention is particularly suitable for the transmission of video data streams, e.g. of encoded video data streams, which can then be decoded in the receiving network node with a corresponding decoder. An important application of the inventive method are decentralized data networks, in particular peer-to-peer data networks.
Neben dem soeben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfin- düng ferner ein Datennetz, mit einer Vielzahl von Netzknoten, wobei das Datennetz derart ausgestaltet ist, das in diesem Datennetz ein Verfahren gemäß der Erfindung durchfuhrbar ist. Wie oben bereits erwähnt, ist das Datennetz vorzugsweise ein IP-basiertes Datennetz und/oder ein dezentrales Datennetz, insbesondere ein Peer-to-Peer-Datennetz .In addition to the method just described, the invention also relates to a data network with a multiplicity of network nodes, wherein the data network is configured such that a method according to the invention can be implemented in this data network. As already mentioned above, the data network is preferably an IP-based data network and / or a decentralized data network, in particular a peer-to-peer data network.
Die Erfindung umfasst neben dem Datennetz auch noch einen einzelnen Netzknoten zur Verwendung in einem Datennetz, wobei der Netzknoten derart ausgestaltet ist, dass er bei der Übertragung von Teilstromen eines Datenstroms mit dem erfindungs- gemaßen Verfahren eine Anzahl von Teilstromen empfangt und einen oder mehrere der empfangenen Teilstrome jeweils an we- nigstens zwei Netzknoten sendet, wobei die Anzahl von Teilstromen kleiner als die Vielzahl von Teilstromen ist. Der Netzknoten kann hierbei ein Netzrechner sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Netzknoten eine beliebige andere Vorrichtung zum Datensenden und Datenempfangen ist, beispiels- weise eine Set-Top-Box und dergleichen. Solche Gerate beinhalten vorzugsweise einen Decoder, der einen empfangenen codierten Videostrom wieder decodiert.In addition to the data network, the invention also includes a single network node for use in a data network, wherein the network node is configured in such a way that it receives a number of sub-streams when transmitting partial streams of a data stream with the method according to the invention and transmits one or more of the received sub-streams to at least two network nodes, the number of sub-streams being smaller than the number Variety of partial flows is. The network node can be a network computer. However, it is also possible for the network node to be any other device for data transmission and data reception, for example a set-top box and the like. Such devices preferably include a decoder that re-decodes a received coded video stream.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefugten Figuren beschrieben.Exemplary embodiments of the invention will be described below with reference to the enclosed figures.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Datenubertra- gungsverfahrens gemäß dem Stand der Technik; und1 is a schematic representation of a Datenubertra- process according to the prior art; and
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Datenubertragungsverfahrens .Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of the inventive data transmission method.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines IP-basierten Datennetzes beschrieben, welches eine Vielzahl von Netzknoten in der Form von Netzrechnern aufweist, wobei das Verfahren gemäß der hier beschriebenen Ausfuhrungsform auf einem sog. Application-Layer-Multicast-Verfahren beruht, bei dem ein Da- tenstrom an mehrere Netzknoten übertragen wird. Die Multi- casting-Funktion wird hierbei auf der Applikationsschicht im OSI-Referenzmodell erreicht, wobei die Datenübertragung in der Netzwerkschicht weiterhin eine Unicast-Ubertragung ist, das heißt jede Kante zwischen zwei Netzknoten entspricht ei- ner Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen den Netzknoten.In the following, the invention will be described with reference to an IP-based data network, which has a plurality of network nodes in the form of network computers, wherein the method according to the embodiment described here based on a so-called. Application Layer Multicast method, wherein a Da - Ten current is transmitted to multiple network nodes. The multicasting function is achieved here on the application layer in the OSI reference model, wherein the data transmission in the network layer is furthermore a unicast transmission, that is, each edge between two network nodes corresponds to a point-to-point connection between the two network nodes.
Die nachfolgend beschriebene Ausfuhrungsform des erfindungs- gemaßen Verfahrens ist eine Weiterentwicklung eines speziel- len Application-Layer-Multicast-Verfahren, mit dem ein sog. Splitstream erzeugt wird, in dem ein Datenstrom in eine Vielzahl von Teilstromen aufgeteilt wird, die über unterschiedliche Netzknoten an die für den Empfang des Datenstroms vorge- sehenen Netzknoten weitergeleitet werden. Die Weiterleitung erfolgt hierbei derart, dass die Netzknoten, welche den Datenstrom empfangen sollen, alle Teilstrome empfangen und diese dann zu dem ursprunglichen Datenstrom zusammensetzen können. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der bereits er- wähnten Druckschrift [1] beschrieben.The embodiment of the method according to the invention described below is a further development of a special len application layer multicast method, with which a so-called split stream is generated in which a data stream is divided into a plurality of sub-streams, which are forwarded via different network nodes to the intended for the reception of the data stream network node. The forwarding takes place here in such a way that the network nodes which are to receive the data stream receive all sub-streams and can then assemble them into the original data stream. This process is described, for example, in the already mentioned publication [1].
Fig. 1 zeigt nochmals vereinfacht die Datenübertragung gemäß dem obigen bekannten Datenubertragungsverfahren . Es wird hierbei ein Datennetz mit vier Netzknoten Nl, N2, N3 und N4 betrachtet, wobei alle Netzknoten Rechner sind, was schematisiert in Fig. 1 für den Netzknoten Nl angedeutet ist. Die Netzknoten müssen jedoch nicht unbedingt Rechner sein, insbesondere können die Netzknoten auch beliebige andere Datenemp- fangsgerate darstellen, welche die empfangenen Teilstrome verarbeiten können.Fig. 1 shows again simplified data transmission according to the above known data transmission method. In this case, a data network with four network nodes N1, N2, N3 and N4 is considered, wherein all network nodes are computers, which is indicated schematically in FIG. 1 for the network node N1. However, the network nodes do not necessarily have to be computers; in particular, the network nodes can also represent any other data reception devices that can process the received sub-streams.
Der Netzknoten Nl mochte einen Datenstrom an alle weiteren Netzknoten N2, N3 und N4 in dem Datennetz senden. Hierzu teilt der Netzknoten Nl den zu sendenden Datenstrom in drei Teilstrome Tl, T2 und T3 auf. Hier und im Folgenden wird ein Teilstrom Tl durch eine durchgezogene Linie wiedergegeben, ein Teilstrom T2 durch eine gestrichelte Linie und ein Teilstrom T3 durch eine strichpunktierte Linie. Der Netzknoten Nl sendet einen Teilstrom an jeden Netzknoten N2, N3 und N4. Der Teilstrom Tl wird hierbei an den Netzknoten N2, der Teilstrom T2 an den Netzknoten N3 und der Teilstrom T3 an den Netzknoten N4 übertragen.The network node Nl might like to send a data stream to all other network nodes N2, N3 and N4 in the data network. For this purpose, the network node Nl divides the data stream to be sent into three sub-streams Tl, T2 and T3. Here and below, a partial flow Tl is represented by a solid line, a partial flow T2 by a dashed line and a partial flow T3 by a dot-dash line. The network node Nl sends a partial stream to each network node N2, N3 and N4. In this case, the partial flow T1 is transmitted to the network node N2, the partial flow T2 to the network node N3 and the partial flow T3 to the network node N4.
Jeder der Netzknoten Nl bis N4 hat eine bestimmte Kapazität, um Daten als Upstream an weitere Knoten weiterzuleiten. In dem Beispiel der Fig. 1 kann jeder Knoten zwei Teilstrome weiterleiten. Damit jeder der Knoten N2, N3 und N4 alle drei Teilstrome empfangt, sendet der Knoten N2 den empfangenen Teilstrom Tl sowohl an den Knoten N3 als auch an den Knoten N4. Der Knoten N3 sendet den von ihm empfangenen Teilstrom T2 sowohl an den Knoten N2 als auch an den Knoten N4. Analog sendet der Knoten N4 den von ihm empfangenen Teilstrom T3 so- wohl an den Knoten N2 als auch an den Knoten N3.Each of the network nodes Nl to N4 has a certain capacity to forward data upstream to other nodes. In the example of FIG. 1, each node may forward two sub-streams. So that each of the nodes N2, N3 and N4 receives all three sub-streams, the node N2 sends the received one Partial flow Tl at both the node N3 and the node N4. The node N3 sends the sub-stream T2 received by it both to the node N2 and to the node N4. Analogously, the node N4 sends the partial stream T3 received by it both to the node N2 and to the node N3.
Aufgrund der beschrankten Upstream-Kapazitat der Knoten kann keine weitere Verteilung der Teilstrome in dem Datennetz an andere Knoten erfolgen, da jeder der Knoten N2, N3 und N4 be- reits zwei Teilstrome aussendet und somit keine Kapazität zur Weiterleitung der Teilstrome an andere Knoten hat. Das Verfahren in Fig. 1 gewahrleistet somit nur eine eingeschränkte Multicasting-Funktionalitat, bei der nur drei Knoten einen Datenstrom empfangen können. Darüber hinaus erweist es sich in dem Datennetz der Fig. 1 als nachteilhaft, dass bei einer verlustbehafteten oder fehlerbehafteten Datenübertragung eines Teilstroms keine Möglichkeit besteht, sich die verloren gegangenen bzw. fehlerbehafteten Daten wiederzubeschaffen . Es können zum Fehlerschutz nur aus dem Stand der Technik bekann- te Verfahren, wie z. B. das FEC-Verfahren, verwendet werden, bei denen den übertragenen Daten Redundanz hinzugefugt wird. Dies fuhrt jedoch zu einer größeren Menge an zu übertragenden Daten. Werden mit dem Datenstrom beispielsweise Videodaten übertragen, leidet hierunter die Videoqualitat , da der Anteil der Bandbreite für Video verringert werden muss, um die erhöhte Datenmenge transportieren zu können.Due to the limited upstream capacity of the nodes, there can be no further distribution of the partial streams in the data network to other nodes, since each of the nodes N2, N3 and N4 already sends out two partial streams and thus has no capacity for forwarding the partial streams to other nodes. The method in Fig. 1 thus ensures only a limited multicasting functionality, in which only three nodes can receive a data stream. In addition, it proves to be disadvantageous in the data network of FIG. 1 that in the case of lossy or erroneous data transmission of a partial flow, there is no possibility of recovering the lost or faulty data. For error protection, only methods known from the prior art, such as eg. As the FEC method, be used in which the data transmitted redundancy is added. However, this leads to a larger amount of data to be transmitted. If video data is transmitted with the data stream, for example, the quality of the video suffers as the proportion of video bandwidth has to be reduced in order to be able to transport the increased amount of data.
Um die in Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Probleme in bekannten Splitstream-Verfahren zu umgehen, wird gemäß dem erfin- dungsgemaßen Verfahren vorgeschlagen, eine neue Klasse vonIn order to avoid the problems described in relation to FIG. 1 in known split-stream methods, it is proposed according to the method according to the invention to create a new class of
Netzknoten in dem Datennetz einzuführen, wie im Folgenden anhand von Fig. 2 erläutert wird. In Fig. 2 ist ein Datennetz mit neun herkömmlichen Knoten Nl, N2, ..., N9 gezeigt, welche analog zur Fig. 1 Netzrechner darstellen. Auch in Fig. 2 ist zur Veranschaulichung der Knoten Nl schematisiert als Rechner dargestellt. Der Knoten Nl mochte wiederum einen Datenstrom an die Netzrechner N2 bis N9 senden. Analog zu Fig. 1 wird hierzu ein Splitstream-Verfahren verwendet, wobei der Knoten Nl den Datenstrom wiederum in die Teilstrome Tl, T2 und T3 aufteilt. Im Unterschied zu dem herkömmlichen Verfahren gemäß Fig. 1 sind neben den Netzknoten Nl bis N9 eine weitere Klasse von sog. Relay- oder Weiterleitungsknoten vorgesehen, die in Fig. 2 schwarz gezeichnet sind und als Rl, R2 und R3 bezeichnet sind. Im Gegensatz zu den Knoten Nl bis N9 haben diese Knoten kein Interesse daran, den übertragenen Datenstrom, das heißt alle Teilstrome Tl, T2 und T3 komplett zu empfangen. Die Knoten zeichnen sich somit dadurch aus, dass sie eine geringere Anzahl als die drei Datenstrome Tl, T2 und T3 empfangen.Introduce network nodes in the data network, as will be explained below with reference to FIG. 2. FIG. 2 shows a data network with nine conventional nodes N1, N2,..., N9, which represent network computers analogously to FIG. Also in Fig. 2, the node Nl is schematically illustrated as a computer for illustrative purposes. The node Nl would like to send a data stream to the network computers N2 to N9 again. Analogous to FIG. 1, a split-stream method is used for this purpose, wherein the node Nl the data stream in turn divided into the partial streams Tl, T2 and T3. In contrast to the conventional method according to FIG. 1, in addition to the network nodes N1 to N9, a further class of so-called relay or relay nodes are provided, which are drawn black in FIG. 2 and are designated as R1, R2 and R3. In contrast to the nodes N1 to N9, these nodes have no interest in completely receiving the transmitted data stream, that is to say all sub-streams T1, T2 and T3. The nodes are thus distinguished by the fact that they receive a smaller number than the three data streams Tl, T2 and T3.
Die Knoten Rl, R2 und R3 stellen ihre Kapazität zur Upstream- Ubertragung zur Verfugung, um Datenstrome an eine größere An- zahl von Netzknoten im Netz zu verteilen. Hierzu haben dieThe nodes R1, R2 and R3 provide their capacity for upstream transmission in order to distribute data streams to a larger number of network nodes in the network. For this purpose, the
Knoten die Funktionalitat, dass sie wenigstens einen empfangenen Datenstrom an wenigstens zwei weitere Netzknoten weiterleiten. Um zu erreichen, dass Knoten im Netz die Funktionalitat von Relay-Knoten übernehmen, müssen die Netzknoten bzw. die entsprechenden Bediener der Netzrechner dazu motiviert werden, ihre Upstream-Kapazitat zur Verfugung zu stellen. Dies kann in der Form von Incentives erfolgen. Beispielsweise kann ein Dienstanbieter, der das in Fig. 2 gezeigte Multicast-Verfahren zur Übertragung von Videostromen zur Verfugung stellt, ein Incentive-Programm bereitstellen.Node the functionality that they forward at least one received data stream to at least two other network nodes. In order to make nodes in the network take over the functionality of relay nodes, the network nodes or the corresponding operators of the network computers must be motivated to provide their upstream capacity. This can be done in the form of incentives. For example, a service provider that provides the multicast method of transmitting video streams shown in Figure 2 may provide an incentive program.
Mit Hilfe des Incentive-Programms erhalten Netzknoten, welche ihre Upstream-Kapazitat zur Verfugung stellen, Belohnungen in der Form von Prämien oder Geldzahlungen. Um ein derartiges Incentive-Programm finanzieren zu können, erhöht der Dienst- anbieter die Preise für die Bereitstellung der Videostrome, insbesondere verlangt er von Nutzern des Multicast- Verfahrens, welche Videostrome mit sehr hoher Qualität an große Nutzerkreise schnell und flexibel verbreiten mochten, erhöhte Entgelte zur Bereitstellung des Multicast-Dienstes .The incentive program will provide rewards in the form of rewards or cash payments to network nodes providing their upstream capacity. In order to be able to finance such an incentive program, the service provider increases the prices for providing the video streams, in particular he demands increased fees from users of the multicast method, which video streams of very high quality distribute to large groups of users quickly and flexibly to provide the multicast service.
Aus Fig. 2 ergibt sich deutlich, dass durch die Zwischenschaltung der Relay-Knoten Rl, R2 und R3 eine schnellere und auf eine größere Anzahl von Netzknoten verteilte Übertragung der Teilstrome gewahrleistet ist. Der Knoten Rl stellt hierbei eine sehr hohe Upstream-Kapazitat bereit, denn er kann den von ihm empfangenen Teilstrom Tl an drei weitere Knoten, nämlich die Knoten N5, N6 und N4 weiterleiten. Auch der Kno- ten R3 stellt eine derart hohe Upstream-Kapazitat zur Verfugung. Insbesondere kann der von dem Knoten R3 empfangene Teilstrom T3 auch an drei Knoten, nämlich N2, N8 und N9 weitergeleitet wird. Die Kapazität des Knotens R2 reicht ebenfalls für das Aussenden von drei Teilstromen aus. Dieser Kno- ten leitet in dem Szenario der Fig. 2 den von ihm empfangenen Teilstrom T2 jedoch nur an zwei Knoten, nämlich N4 und N7, weiter. Analog zu den Netzknoten in Fig. 1 weisen die anderen Netzknoten Nl bis N9 lediglich eine Upstream-Kapazitat zur Weiterleitung von zwei Teilstromen auf.From Fig. 2 it is clear that by the interposition of the relay nodes Rl, R2 and R3 a faster and distributed to a larger number of network nodes transmission the partial flow is ensured. The node Rl here provides a very high upstream capacity, because it can forward the partial stream Tl received by it to three further nodes, namely the nodes N5, N6 and N4. The node R3 also provides such a high upstream capacity. In particular, the partial stream T3 received by the node R3 can also be forwarded to three nodes, namely N2, N8 and N9. The capacity of the node R2 is also sufficient for the emission of three partial streams. However, in the scenario of FIG. 2, this node forwards the partial stream T2 received by it only to two nodes, namely N4 and N7. Analogously to the network nodes in FIG. 1, the other network nodes N1 to N9 have only an upstream capacity for forwarding two partial streams.
Mit dem in Fig. 2 gezeigten Verfahren kann der Fehlerschutz im Vergleich zu dem Verfahren der Fig. 1 deutlich verbessert werden. Insbesondere können Relay-Knoten den von ihnen empfangenen Teilstrom puffern und bei Bedarf anderen Netzknoten zur Verfugung stellen, die aufgrund von Staus, Bandbreiten- Engpassen, Ubertragungsfehlern, Ausfallen von Knoten und dergleichen Datenpakete in einem Datenstrom nicht richtig empfangen haben. Fallt beispielsweise der Teilstrom T2 zwischen Knoten N6 zu N5 aus, kann der Relay-Knoten R2 einspringen und seinen gepufferten Datenstrom T2 an den Knoten N5 schicken. Um einen derartigen Fehlerschutz durch Retransmission von Teilstromen bzw. Abschnitten von Teilstromen durch Relay- Knoten zu erreichen, können verschiedene Arten von Verfahren eingesetzt werden. Insbesondere kann ein Netzknoten, der ei- nen bestimmten Teilstrom fehlerhaft empfangen hat, eine Meldung an einen Relay-Knoten absetzen, in der er den Teilstrom und die Sequenznummer des identifizierten fehlerhaften Pakets spezifiziert und den Relay-Knoten anweist, das entsprechende Paket nochmals an ihn zu senden.With the method shown in Fig. 2, the error protection compared to the method of Fig. 1 can be significantly improved. In particular, relay nodes may buffer the sub-stream they receive and, if necessary, provide other network nodes that have not properly received data packets in a data stream because of congestion, bandwidth bottlenecks, transmission errors, node failures, and the like. For example, if substream T2 fails between node N6 and N5, relay node R2 may hop in and send its buffered data stream T2 to node N5. In order to achieve such error protection by retransmitting partial streams or sections of partial streams through relay nodes, various types of methods can be used. In particular, a network node that has received a particular sub-stream in error may issue a message to a relay node specifying the sub-stream and sequence number of the identified erroneous packet and instructing the relay node to retry the corresponding packet to send.
Damit ein Netzknoten Datenpakete gezielt von Relay-Knoten anfordern kann, muss durch eine Inband-Signalisierung, die innerhalb der Teilstrome übermittelt wird, oder auch durch eine separate Outband-Signalisierung eine Zuweisung vorgenommen werden, mit der jedem Netzknoten Nl bis N9 jeweils ein oder auch mehrere Relay-Knoten für einen der Teilstrome Tl bis T3 zugewiesen ist. Bei Paketverlusten, bei denen beispielsweise eine Decodierung eines empfangenen codierten Videostroms nicht mehr möglich ist, kann dann ein Netzknoten gezielt Pakete von dem ihm zugewiesenen Relay-Knoten, der die entsprechenden Pakete verlustfrei empfangen hat, erneut anfordern. Es wird hierdurch ein sehr guter Fehlerschutz gewahrleistet. Insbesondere wird ein Fehlerschutz erreicht, ohne dass demIn order for a network node to be able to request data packets from relay nodes in a targeted manner, it must be possible to do so by in-band signaling, which is transmitted within the sub-streams, or else by an in-band signaling separate outband signaling an assignment are made, with each node Nl to N9 one or more relay nodes for each of the partial streams Tl to T3 is assigned. In the case of packet loss, for example, where it is no longer possible to decode a received encoded video stream, then a network node can request requests for packets from the relay node assigned to it, which has received the corresponding packets lossless. It is thereby ensured a very good error protection. In particular, an error protection is achieved without the
Datenstrom Redundanz hinzugefugt werden muss. Demzufolge kann eine hohe Datenrate und eine hohe Qualität der übertragenen Datenstrome gewahrleistet werden.Data stream redundancy must be added. As a result, a high data rate and a high quality of the transmitted data streams can be ensured.
Das soeben beschriebene erfindungsgemaße Verfahren kann ferner dazu genutzt werden, Upstream-Kapazitats-Engpasse von einzelnen Netzknoten zu kompensieren. Stellt beispielsweise ein Netzknoten fest, dass er den von ihm empfangenen Teilstrom nicht an einen weiteren Netzknoten weiterleiten kann, kann er einen Relay-Knoten, der ihm vorzugsweise auch gemäß dem oben beschriebenen Zuweisungsverfahren zugewiesen ist, anweisen, den entsprechenden Teilstrom an den Knoten zu senden, an den er den Teilstrom weiterleiten wurde, wenn er genügend Kapazität zur Verfugung hatte. Das Datennetz wird hierdurch entlastet und es können Zeitverzogerungen aufgrund von Kapazitats-Engpassen vermieden werden, was besonders wichtig bei der Realtime-Ubertragung von Videostromen ist. The inventive method just described can also be used to compensate for upstream capacity bottlenecks of individual network nodes. If, for example, a network node determines that it can not forward the sub-stream it has received to another network node, it can instruct a relay node, which is also preferably assigned to it in accordance with the allocation method described above, to send the corresponding sub-stream to the node to which he would forward the partial flow if he had enough capacity available. The data network is thereby relieved and it can time delays due to capacity bottlenecks are avoided, which is particularly important in the real-time transmission of video streams.
Literaturverzeichnis :Bibliography :
[1] Miguel Castro et al . : "SplitStream: High-Bandwidth MuI- ticast in Cooperative Environments", SOSP' 03, Oktober 19-22, 2003, Bolton Landing, New York, USA (htrp: //citeseer .ist . psu .edu/696812.hτml ) [1] Miguel Castro et al. : "SplitStream: High-Bandwidth Multifactor in Cooperative Environments", SOSP '03, October 19-22, 2003, Bolton Landing, New York, USA (htrp: // citeseer .ist. Psu .edu / 696812.hτml)

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Datennetz mit einer Vielzahl von Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) , bei dem ein Datenstrom, der an mehrere empfangende Netzknoten (Nl, ..., N9) in dem Datennetz zu übertragen ist, in eine Vielzahl von Teilstromen (Tl, T2, T3) aufgeteilt wird; die Teilstrome (Tl, T2, T3) über mehrere zwischenge- schaltete Netzknoten im Datennetz derart verteilt werden, dass die empfangenden Netzknoten (Nl, ..., N9) jeweils alle Teilstrome (Tl, T2, T3) der Vielzahl von Teilstromen (Tl, T2, T3) empfangen, wobei zumindest einige der zwischengeschalteten Netzknoten einen empfange- nen Teilstrom (Tl, T2, T3) an mehrere Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) senden; bei der Übertragung der Teilstrome (Tl, T2, T3) einer oder mehrere der zwischengeschalteten Netzknoten Weiter- leitungsknoten (Rl, R2 , R3) sind, wobei ein Weiterlei- tungsknoten (Rl, R2, R3) eine Anzahl von Teilstromen1. A method for transmitting data in a data network with a plurality of network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3), in which a data stream which is sent to a plurality of receiving network nodes (Nl, ..., N9) is to be transmitted in the data network, is divided into a plurality of sub-streams (Tl, T2, T3); the substreams (T1, T2, T3) are distributed over several intermediate network nodes in the data network in such a way that the receiving network nodes (N1, ..., N9) in each case divide all sub-streams (T1, T2, T3) of the plurality of partial streams (T1 , T2, T3), wherein at least some of the intermediate network nodes send a received partial flow (T1, T2, T3) to a plurality of network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3); in the case of the transmission of the partial streams (T1, T2, T3), one or more of the intermediate network nodes are relay nodes (R1, R2, R3), whereby a forwarding node (R1, R2, R3) comprises a number of partial streams
(Tl, T2, T3) empfangt und einen oder mehrere der empfangenen Teilstrome (Tl, T2, T3) jeweils an wenigstens zwei Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) sendet, wobei die Anzahl von Teilstromen (Tl, T2, T3) kleiner als die Viel- zahl von Teilstromen (Tl, T2, T3) ist.(T1, T2, T3) and sends one or more of the received partial streams (T1, T2, T3) respectively to at least two network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3), the number of partial streams ( T1, T2, T3) is smaller than the number of partial currents (T1, T2, T3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Weiterleitungskno- ten jeweils einen einzigen Teilstrom (Tl, T2, T3) und/oder mehrere unterschiedliche Teilstrome (Tl, T2, T3) empfangen.2. Method according to claim 1, in which the forwarding nodes each receive a single partial stream (T1, T2, T3) and / or several different partial streams (T1, T2, T3).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem einer oder mehrere der Weiterleitungsknoten (Rl, R2, R3) jeweils jeden von dem jeweiligen Weiterleitungsknoten (Rl, R2, R3) empfangenen Teilstrom (Tl, T2, T3) an wenigstens zwei Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) sendet.3. The method according to claim 1 or 2, wherein one or more of the forwarding nodes (Rl, R2, R3) in each case each of the respective forwarding node (Rl, R2, R3) received partial stream (Tl, T2, T3) to at least two network nodes ( Nl, ..., N9, Rl, R2, R3).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil der empfangenden Netzknoten (Nl, ..., N9) , insbesondere alle empfangenden Netzknoten (Nl, ..., N9) , auch zwischengeschaltete Netzknoten darstellen.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least a part of the receiving network nodes (Nl, ..., N9), in particular, all receiving network nodes (Nl, ..., N9), also represent intermediate network nodes.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Datenstrom von einem sendenden Netzknoten (Nl) im Datennetz in Teilstrome (Tl, T2, T3) aufgeteilt wird und jeder Teilstrom (Tl, T2, T3) an einem Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) in dem Datennetz gesendet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the data stream from a transmitting network node (Nl) in the data network in sub-streams (Tl, T2, T3) is divided and each sub-stream (Tl, T2, T3) at a network node (Nl,. .., N9, Rl, R2, R3) is sent in the data network.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vielzahl von Teilstromen (Tl, T2, T3) disjunkte Datenstrome sind.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the plurality of sub-streams (Tl, T2, T3) are disjoint data streams.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Falle, dass ein Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) einen verlustbehafteten und/oder fehlerhaften Teilstrom (Tl, T2, T3) empfangt, dieser Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) den verlustbehafteten und/oder fehlerhaften Teilstrom (Tl, T2, T3) oder die verloren gegangenen und/oder fehlerhaften Ab- schnitte des Teilstroms (Tl, T2, T3) von einem Weiterlei- tungsknoten, der den entsprechenden Teilstrom (Tl, T2, T3) fehlerfrei empfangen hat, anfordert.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the event that a network node (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) receives a lossy and / or faulty sub-stream (Tl, T2, T3), this network node (N1,..., N9, R1, R2, R3) the lossy and / or faulty partial flow (T1, T2, T3) or the lost and / or faulty sections of the partial flow (T1, T2, T3) of a forwarding node, which has received the corresponding sub-stream (Tl, T2, T3) without error requests.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Falle, dass ein jeweiliger Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2,8. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the event that a respective network node (Nl, ..., N9, Rl, R2,
R3) einen verlustbehafteten und/oder fehlerhaften Teilstrom (Tl, T2, T3) empfangt, der jeweilige Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) wenigstens einen Weiterleitungsknoten (Rl, R2, R3) , der den entsprechenden Teilstrom (Tl, T2, T3) fehlerfrei empfangen hat, anweist, den Teilstrom (Tl, T2, T3) oder die verloren gegangenen und/oder fehlerhaften Abschnitte des Teilstroms (Tl, T2, T3) an diejenigen Netzknoten zu senden, die den Teilstrom von dem jeweiligen Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) empfangen sollen.R3) receives a lossy and / or faulty partial flow (Tl, T2, T3), the respective network node (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) at least one forwarding node (Rl, R2, R3), the corresponding Partial flow (Tl, T2, T3) has received error-free, instructs to send the partial flow (Tl, T2, T3) or the lost and / or defective portions of the partial flow (Tl, T2, T3) to those network nodes that the partial flow from the respective network node (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Falle, dass ein jeweiliger Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) feststellt, dass seine Sendekapazitat zum Aussenden eines empfangenen Teilstroms (Tl, T2, T3) an eine vorbestimmte Anzahl von Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) nicht mehr ausreicht, der jeweilige Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2 , R3) wenigstens einen Weiterleitungsknoten (Rl, R2, R3) , der auch den entsprechenden Teilstrom (Tl, T2, T3) empfangen hat, anweist, den Teilstrom (Tl, T2, T3) an einen oder mehrere der vorbestimmten Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) zu senden.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the event that a respective network node (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) determines that its transmission capacity for transmitting a received sub-stream (Tl, T2, T3) to a predetermined number of network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) is no longer sufficient, the respective network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) instructs at least one forwarding node (R1, R2, R3), which has also received the corresponding partial stream (T1, T2, T3), to direct the partial stream (T1, T2, T3) to one or more of the predetermined network nodes (N1,. .., N9, Rl, R2, R3).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem einem oder mehreren Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) jeweils ein oder mehrere Weiterleitungsknoten (Rl, R2 , R3) zugewiesen werden, wobei der oder die mehreren Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) Teilstrome (Tl, T2, T3) oder Abschnitte der Teilstrome (Tl, T2, T3) von den zugewiesenen Weiterleitungsknoten (Rl, R2, R3) anfordern können und/oder wobei der oder die mehreren Netzkoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) die zugewiesenen Weiterleitungsknoten (Rl, R2 , R3) anweisen können, Teilstrome (Tl, T2, T3) oder Abschnitte der Teilstrome (Tl, T2, T3) an andere Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2 , R3) zu senden.10. The method according to any one of claims 7 to 9, wherein one or more network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) are each assigned one or more forwarding nodes (Rl, R2, R3), wherein the or the plurality of network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) can request sub-streams (T1, T2, T3) or portions of the sub-streams (T1, T2, T3) from the assigned forwarding nodes (R1, R2, R3) and / or wherein the one or more network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) can instruct the assigned forwarding nodes (R1, R2, R3), partial streams (T1, T2, T3) or sections of the partial streams ( Tl, T2, T3) to other network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) to send.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Information über die Zuweisung der Weiterleitungsknoten (Rl, R2 , R3) zu Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) innerhalb der Teilstrome (Tl, T2, T3) und/oder separat zu den Teilstromen (Tl, T2, T3) an die Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) übertragen wird.11. The method of claim 10, wherein the information about the assignment of the forwarding nodes (Rl, R2, R3) to network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) within the sub-streams (Tl, T2, T3) and / or separately to the sub-streams (Tl, T2, T3) to the network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) is transmitted.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die von einem Weiterleitungsknoten (Rl, R2 , R3) empfangenen Teilstrome (Tl, T2, T3) eine vorbestimmte Zeitperiode ge- puffert werden.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the received from a forwarding node (Rl, R2, R3) partial streams (Tl, T2, T3) are buffered for a predetermined period of time.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei der Übertragung der Teilstrome (Tl, T2, T3) ein Fehlerschutzverfahren, insbesondere das FEC-Verfahren, einge- setzt wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the transmission of the partial streams (Tl, T2, T3) an error protection method, in particular the FEC method is used.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren in einem paketvermittelten Datennetz eingesetzt wird, insbesondere in einem IP-Datennetz .14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is used in a packet-switched data network, in particular in an IP data network.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren auf einem Multicast-Verfahren auf der Applikationsschicht im OSI-Referenzmodell beruht.15. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is based on a multicast method on the application layer in the OSI reference model.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Multicast- Verfahren UDP als Transportprotokoll in der Transportschicht im OSI-Referenzmodell verwendet.16. The method according to claim 15, wherein the multicast method uses UDP as the transport protocol in the transport layer in the OSI reference model.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Datenstrome Videodatenstrome, insbesondere codierte Videodatenstrome, sind.17. Method according to one of the preceding claims, in which the data streams are video data streams, in particular coded video data streams.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren in einem dezentralen Datennetz, insbesondere einem Peer-to-Peer-Datennetz , eingesetzt wird.18. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is used in a decentralized data network, in particular a peer-to-peer data network.
19. Datennetz, umfassend eine Vielzahl von Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) , wobei das Datennetz derart ausgestaltet ist, das ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchfuhrbar ist.19. A data network comprising a multiplicity of network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3), the data network being designed such that a method according to one of the preceding claims can be implemented.
20. Datennetz nach Anspruch 19, wobei das Datennetz ein IP- basiertes Datennetz ist.The data network of claim 19, wherein the data network is an IP-based data network.
21. Datennetz nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Datennetz ein dezentrales Datennetz, insbesondere ein Peer-to-Peer- Datennetz, ist.21. Data network according to claim 19 or 20, wherein the data network is a decentralized data network, in particular a peer-to-peer data network.
22. Netzknoten zur Verwendung in einem Datennetz nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der Netzknoten (Rl, R2, R3) derart ausgestaltet ist, dass er bei der Übertragung von22. Network node for use in a data network according to any one of claims 19 to 21, wherein the network node (Rl, R2, R3) is designed such that it in the transmission of
Teilstromen (Tl, T2, T3) eines Datenstroms mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 eine Anzahl von Teilstromen (Tl, T2, T3) empfangt und einen oder mehrere der emp- fangenen Teilstrome (Tl, T2, T3) jeweils an wenigstens zwei Netzknoten (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) sendet, wobei die Anzahl von Teilstromen (Tl, T2, T3) kleiner als die Vielzahl von Teilstromen (Tl, T2, T3) ist.Sub-stream (T1, T2, T3) of a data stream with a method according to one of claims 1 to 18 receives a number of sub-streams (T1, T2, T3) and one or more of the recommended in each case to at least two network nodes (Nl, ..., N9, Rl, R2, R3) transmits, wherein the number of sub-streams (Tl, T2, T3) smaller than the plurality of sub-streams ( T1, T2, T3).
23. Netzknoten nach Anspruch 22, wobei der Netzknoten (Rl, R2, R3) ein Netzrechner und/oder Datensende- und Empfangsgerät ist. 23. network node according to claim 22, wherein the network node (Rl, R2, R3) is a network computer and / or data transmitting and receiving device.
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