CN100342699C - 确定无时钟同步最快消息路径的方法、接收装置和发射装置 - Google Patents

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Abstract

安全传输协议通常测量往返延迟，以便从中得出必须何时重复发送消息。这种安全传输协议的典型例子是依据IETF RFC 793的传输控制协议TCP和依据IETF RFC 2960的流控制传输协议。从确定的往返延迟中一般不能推断出单程延迟。如果对一个发射台(S)存在多个消息路径(P1，P2，P3)，以便向接收台(E)发射消息，那么有益的是，这些消息在将它们以最快速度传递到接收台的消息路径(P1)上发射。为此，在该发射台(S)中必须存在哪个消息路径(P1，P2，P3)是最快的信息。依据本发明，为此不需要发射台(S)和接收台(E)的时钟同步。该设想的依据在于，为测定最快消息路径(P1)，不是必须公知不同消息路径(P1，P2，P3)上的绝对延迟时间，而是确切地说，完全可以分别在多个所要调查的消息路径(P1，P2，P3)上发射一个消息(DelayRes)，并借助接收顺序识别出最快的消息路径(P1)。

Description

确定无时钟同步最快消息路径的方法、接收装置和发射装置
技术领域
本发明涉及确定无时钟同步最快消息路径的方法、接收装置和发射装置。
背景技术
安全传输协议通常测量往返延迟，即从发射台向接收台传递一消息时和从接收台向发射台传递例如证实消息的其他消息时出现的总延迟，以便从中得出必须何时重复发送消息。这种安全传输协议的典型例子是依据IETF RFC 793的传输控制协议TCP和依据IETF RFC 2960的流控制传输协议。
为测量这种往返延迟，在发射台中注明消息的发射时间，并确定与由接收台发射的消息相关的证实消息的接受时间。从该时间差中确定往返延迟。对于这种方法来说，不需要时钟同步。
然而，因为从发射台向接收台传递消息可以在不同于从接收台向发射台传递证实消息的消息路径上进行，所以，从所测定的往返延迟的值不能推断出从发射台到接收台的单程延迟或者相反。即使当从发射台向接收台传递消息在与从接收台向发射台传递证实消息相同的消息路径上进行时，从所测定的往返延迟的值不能推断出从发射台到接收台的单程延迟或者相反，因为该消息路径可能是极不对称的。
如果对一个发射台存在多个消息路径，以便向接收台发射消息，那么有益的是，这些消息在将它们以最快速度传递到接收台的消息路径上发射。为此，在该发射台中必须存在最快的消息路径的信息。确定最快消息路径可以借助于从发射台到接收台的所有消息路径的单程延迟来进行。
测量单程延迟的公知解决方案是以发射台和接收台的时钟或节拍发生器的时钟同步为前提条件。在此方面，时钟同步的意思是说，时钟或节拍发生器以相同快的速度运转，但并非必须具有相同的绝对时间。如果存在时钟同步，那么从发射台向接收台发射任意的或者特地被规定用于测量目的的、带有该发射台时间印记的消息。从接收时间点和时间印记之间的差值中，可以通过接收台测定相关消息路径的单程延迟。为从存在的一些消息路径中测定最快的路径，必须以适当的方式为所有消息路径重复使用该方法。通过比较由接收台对所有消息路径测定的单程延迟，在接收台中很容易识别出最快的消息路径，并将该路径用信号通知给发射台。
然而，发射台和接收台之间的时钟同步在很多情况下并不存在。
发明内容
本发明的目的在于，改进确定最快消息路径的公知方法、接收装置和发射装置。
该目的通过以下技术方案得以实现。
根据本发明的用于在通信系统中确定最快消息路径的方法，所述通信系统带有发射装置、接收装置和至少两个从发射装置到接收装置的消息路径，与此相应，通过接收装置借助于请求消息或请求消息元素使发射装置同时或者以较小的、相对于所预计的渡越时间可忽略的时间间隔在所有消息路径上从发射装置向接收装置发射消息或消息元素，并从消息路径中确定最快消息路径，通过该路径接收首先由接收装置接收的消息或消息元素。
根据本发明的接收装置，其接收发射装置的消息，通过至少两个消息路径与发射装置连接，并包括用于确定从发射装置到接收装置的最快消息路径的工具，接收装置通过该工具从发射装置接收在所有消息路径上从发射装置同时或者以较小的、相对于所预计的渡越时间可忽略的时间间隔发射到接收装置的的消息或消息元素，并且确定消息路径中的最快消息路径，通过该路径接收装置首先接收到消息。
根据本发明的发射装置，其向接收装置发射消息，通过至少两个消息路径与接收装置连接，并包括：用于接收来自所述接收装置的请求的工具，用于对应于接收该请求而将消息或消息元素通过所有消息路径同时发射的工具，或者用于对应于接收该请求而将消息或消息元素通过所有消息路径以较小的、相对于所预计的渡越时间可忽略的时间间隔发射的工具，以及，用于对消息或消息元素做标记的工具，使得消息或消息元素通过接收装置被识别为为测定所有或者所选择的消息路径的最快消息路径和/或相对消息渡越时间而规定的消息或消息元素。
本发明还包括基于上述技术方案的优选的实施方式。
依据本发明方法的主要优点在于，为测定发射台和接收台之间的最快消息路径，不需要发射台和接收台的时钟同步。该设想的依据在于，为测定最快消息路径，不是必须公知不同消息路径上的绝对延迟时间，而是确切地说，完全可以分别向多个所要调查的消息路径上发射一个消息，并借助接收顺序识别出最快消息路径。
依据该方法一具有优点的改进方案，除了最快消息路径外，还可以测定相对的消息渡越时间，即每个单个的消息路径相对于最快消息路径产生的延迟-权利要求2。这一点例如可以被用于两个或者多个消息路径之间的负载分配，如果消息路径的渡越时间彼此差别不大的话，也就是说，所测定的这些消息路径相对于最快消息路径的相对渡越时间足够小的话。
具有优点的是，从发射台发射的用于确定最快消息路径或用于测量相对渡越时间的消息，同时或者以较小的时间间隔被发射-权利要求4。如果所使用的通信协议和/或者发射装置不具备用多个消息路径同时发射消息，那么可以为这些消息规定较小的时间间隔。
附图说明
下面借助两个附图对依据本发明的方法作详细说明。其中：
图1示出了接收装置E和发射装置S，以及通过接收装置E和发射装置S之间三个不同的消息路径P1，P2，P3在时间点T0上从发射装置S向接收装置E发射的三个消息，这些消息在不同的时间T1，T2，T3上通过接收装置E接收。此外，示出消息路径P2，P3相对于最快消息路径P1的相对渡越时间ΔT2，ΔT3。
图2示出了接收装置E和发射装置S，以及从接收装置E向发射装置S发射的请求消息DelayREQ和在时间点T0上从发射装置S因此向接收装置E在三个不同消息路径P1，P2，P3上发射的同一证实消息DelayPes，这些消息在不同的时间T1，T2，T3上通过接收装置E接收。
具体实施方式
图1示出了本发明的方法所依据的设想。应该确定，在发射装置S和接收装置E之间可供使用的多个消息路径P1，P2，P3中，哪一个是最快的。发射装置S在多个消息路径P1，P2，P3上向接收装置E发射一个消息。借助接收顺序，接收装置E确定最快的消息路径P1。在此方面，通过公式T1-T0表达的发射装置S和接收装置E之间的绝对接收时间点T1和绝对延迟时间并不重要。重要的仅在于，通过第一消息路径P1接收同一的和同时或者以可以忽略的时间间隔发射的消息中的第一消息。由此，确定第一消息路径P1为最快消息路径。
通过经不同消息路径P1，P2，P3接收同一消息之间的时间差，还可以测定相对渡越时间差ΔT2，ΔT3，即在所有消息路径P2，P3上相对于最快消息路径P1出现的延迟时间。用公式表达而得出的消息路径P2的相对渡越时间差ΔT2为：ΔT2＝T2-T1。用下列公式为消息路径P3得出相对渡越时间差ΔT3：ΔT3＝T3-T1。最快消息路径P1的相对渡越时间ΔT1是一种特殊情况。根据应用情况，可以适当地将最快消息路径P1的相对渡越时间ΔT1设为零：ΔT1＝0-没有示出。如果将相对消息渡越时间ΔT1，ΔT2，ΔT3发射到发射装置S上，那么可以保证发射装置S识别出最快消息路径P1，而无需单独发射信号。
为确定最快消息路径P1或相对消息渡越时间，接收装置E仅需能够识别在同一时间上发射的消息。这一点例如可以通过消息中的时间印记，带有序号的确定的消息类型或者直接从协议本身推断出来。
在通过接收装置E确定最快消息路径后，仅需再向发射装置发出信号，说明哪个消息路径是最快的，并且此后应被用于从发射装置S向接收装置E传递消息。
如果通信关系是双向的，那么单独在两个方向上利用所述的方法-没有示出。
为实施依据本发明的方法，取代完整的消息也可以使用加入普通消息中的消息元素、通知或者参数。然后使用请求消息元素DelayReq取代特有的请求消息DelayReq。作为对此的应答，或者发射已经提到的证实消息DelayRes，或者使用里面加入了相应证实消息元素DelayRes的另一种消息类型。
依据本发明的方法可以具有优点地与依据IETF RFC 2960的流控制传输协议一起使用。这一点在图2中示意示出。SCTP是一种多链路协议。如在SCTP中常用的那样，下面以此为出发点，即通过对面的互联网协议地址(以下称为IP地址)识别到对面的消息路径。此外假设，执行在IETF互联网草案draft-ietf-tsvwg-addip-sctp-02中所述的一部分扩展。利用该部分一个SCTP端点E可以确定通信伙伴S的主路径或主消息路径，就是说E可以确定，通信伙伴S在哪个路径上向端点E发送消息。利用这种扩展发射哪个消息路径是最快的信号。
SCTP消息由共用报头和一定数量的信息块组成。这些数量的信息块在不同的SCTO消息中可以是不同的，也允许使用无信息块的消息。每个信息块通过信息块类型-0和255之间的数-来分类。这里所述的方法利用带有序号SN的专用新信息块类型(DelayReq(SN)，DdlayRes(SN))。SCTP允许这种扩展。在此方面，可以利用没有实现这些新信息块的SCTP端点保留互操作性。接收装置E为启动测量发出请求消息DelayReq(SN)。在下次测量时作为序号SN+1使用，也就是说，通过接收装置E控制附加的计数器。如果请求消息DelayReq(SN)由发射装置S接收，那么，在几个或者所有可供使用的消息路径P1，P2，P3上各发射一个证实消息DelayRes(SN)。接收装置E然后可以确定，哪个消息路径P1，P2，P3是最快的。最快消息路径P1通过证实消息的目的IP地址或目标-IP地址给出，该证实消息含有信息块DelayReq(SN)并作为第一个被接收。该IP-地址现在利用消息“Set Primary IP Adresse”(设定主IP地址，在已提到的IETF互联网草案draft-ietf-tsvwg-addip-sctp-02第3.2.5和第4.4中所述，下面在节选中予以介绍)用信号发送到发射装置S，然后该发射装置将这条消息路径P1始终作为数据传递的第一路径加以利用。这种测量的频繁性取决于网络的稳定性。但也可以例如周期性进行这种测量。
为实施测定最快消息路径P1，P2，P3，作为对带有DelayReq和DekayRes信息块的上述方法的选择方案，也可以使用心跳和心跳-确认信息块。作为对接收到心跳信息块的反应，然后在几个或者所有消息路径上发射心跳-确认信息块，以取代上述实施例中的DelayRes信息块。该方法还保证与其他实现的互操作性。对此具有优点的是可以取消使用新的信息块类型。当然，必须相应地与协议的特性相适应。
节选自IETF互联网草案draft-idtf-tsvwg-addip-sctp-02
互联网草案      draft-ietf-tsvwg-addip-sctp-02      2001年6月
网络工作组                                        R.R.Stewart
INTERNET-DRAFT                                    M.A.Ramalho
                                                Cisco Systems
                                                        Q.Xie
                                                     Motorola
                                                     M.Tuexen
                                                   Siemens AG
                                                     I.Rytina
                                                     Ericsson
                                                     P.Conrad
                                            Temple University
6个月内到期                                     2001年6月29日
             IP地址动态重配置的SCTP扩展
               以及执行流和消息限制
          <draft-ietf-tsvwg-addip-sctp-02.txt>(...)
3.2.5设定主IP地址
 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|        类型＝0xC005           |          长度＝可变           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                           地址参数                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
        地址参数：TLV
该字段包括如在[RFC2960]的3.3.2.1中所描述的IPv4或IPv6参数。整个TLV被包装在该参数内。其要求接收机将指定的地址标记为主地址以便发送数据(参见[RFC2960]的第5.1.2节。接收机可以在接收该请求后将之标记为主地址。
请求将IPv4地址10.1.1.1作为主目的地址的例子TLV看起来如下：
+--------------------------------+
|  类型＝0xC005  |  长度＝12     |
+--------------------------------+
|  类型：＝5     |  长度＝8      |
+----------------+---------------+
|         值＝0x0a010101         |
+----------------+---------------+
正确的大块出现
设定主IP地址参数可以出现在ASCONF大块、INIT或INIT-ACK大块类型中。在INIT或INIT-ACK中包括这种参数可以被用来指示主地址的初始优先选择。(...)
4.4主地址的设置
该选项的发射机可以选择结合地址的删除或添加来发送该选项。发射机应该只发送一个设置主请求给一个已经被认为是该结合的一部分的地址。换句话说，如果发射机将一个设置主请求与一个新IP地址相加结合，则该设置主请求将会被废弃，除非该相加请求在设置主请求之前被处理(也即在设置主请求之前)。
设置主地址的请求也可以出现在INIT或INIT-ACK大块中。这可以给同等端点一建议：INIT或INIT-ACK的发射机将把其地址中的哪些用作主地址。
用于将一个地址设置为主路径的请求是接收机应该执行的选项。这被认为是给接收机建议了最好的目的地址以便在发送SCTP分组时使用(从请求者来看)。如果到达的请求要接收机把不存在的地址设为主地址，则接收机不应该遵照该请求，而是保持其现有主地址不变。

Claims (18)

1.用于在通信系统中确定最快消息路径(P1)的方法，所述通信系统带有发射装置(S)、接收装置(E)和至少两个从发射装置(S)到接收装置(E)的消息路径(P1，P2，P3)，与此相应，通过接收装置(E)借助于请求消息或请求消息元素(DelayReq)使发射装置(E)同时或者以较小的、相对于所预计的渡越时间可忽略的时间间隔在所有消息路径(P1，P2，P3)上从发射装置(S)向接收装置(E)发射消息或消息元素(DelayRes)，并从消息路径(P1，P2，P3)中确定最快消息路径(P1)，通过该路径接收首先由接收装置(E)接收的消息或消息元素(DelayRes)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，由发射装置(S)在从发射装置(S)到接收装置(E)的消息路径(P1，P2，P3)上发射的所有消息或消息元素(DelayRes)通过接收装置(E)接收，并根据在不同消息路径(P1，P2，P3)上接收到的消息或消息元素(DelayRes)的时间间隔和通过参照最快消息路径(P1)的消息渡越时间来测定所有或者所选择的消息路径(P1，P2，P3)的相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，测定的最快消息路径(P1)和/或所有或者所选择的消息路径(P1，P2，P3)的相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)通过接收装置(E)用信号发射到发射装置(S)。
4.按权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在从发射装置(S)到接收装置(E)的不同消息路径(P1，P2，P3)上，通过发射装置(S)发射相同长度的消息或消息元素(DelayRes)和/或带有相同特征的消息(DelayRes)。
5.按权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在从发射装置(S)到接收装置(E)的不同消息路径(P1，P2，P3)上发射的消息或消息元素(DelayRes)，
借助通过发射装置(S)加上的时间印记，和/或
借助专用的、在发射装置(S)和接收装置(E)之间约定的通信协议中为此规定的消息类型和/或借助由发射装置(S)设置的消息或消息元素的序号，和/或
借助发射装置(S)和接收装置(E)之间约定的通信协议的特征，
作为被规定用于测定所有或者所选择的消息路径(P1，P2，P3)的最快消息路径(P1)和/或相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)的消息或消息元素(DelayRes)而加以识别。
6.按权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，作为发射装置(S)和接收装置(E)之间的通信协议使用多链路协议，其中，可以通过接收装置(E)用信号向发射装置(S)发射不同消息路径(P1，P2，P3)的主消息路径(P1)，该路径然后由发射装置(S)用于向接收装置(E)发射消息。
7.按权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，作为发射装置(S)和接收装置(E)之间的通信协议使用依据IETF RFC 2960带有扩展的流控制传输协议SCTP，通过该扩展，接收装置(E)可以用信号向发射装置(S)发射为向接收装置(E)发射消息所要使用的主消息路径(P1)。
8.接收装置(E)，其接收发射装置(S)的消息，通过至少两个消息路径(P1，P2，P3)与发射装置(S)连接，并包括用于确定从发射装置(S)到接收装置(E)的最快消息路径(P1)的工具，接收装置(E)通过该工具从发射装置(S)接收在所有消息路径(P1，P2，P3)上从发射装置(S)同时或者以较小的、相对于所预计的渡越时间可忽略的时间间隔发射到接收装置(E)的的消息或消息元素(DelayRes)，并且确定消息路径(P1，P2，P3)中的最快消息路径(P1)，通过该路径接收装置(E)首先接收到消息(DelayRes)。
9.按权利要求8所述的接收装置(E)，其特征在于，接收装置(E)包括一工具，用于从由发射装置(S)在所有消息路径(P1，P2，P3)上接收到的消息或消息元素(DelayRes)的时间间隔中，确定所有或者所选择的消息路径(P1，P2，P3)的相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)，其中，相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)与最快消息路径(P1)的消息渡越时间相关。
10.按权利要求8或9所述的接收装置(E)，其特征在于，接收装置(E)包括一工具用于将最快消息路径(P1)和/或相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)用信号发射到发射装置(S)。
11.按权利要求8或9所述的接收装置(E)，其特征在于，接收装置(E)包括一工具用于借助以下方式来识别为测定所有或者所选择的消息路径(P1，P2，P3)的最快消息路径(P1)和/或相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)而规定的消息或消息元素(DelayRes)：
借助通过发射装置(S)加上的时间印记，和/或
借助专用的、在发射装置(S)和接收装置(E)之间约定的通信协议中为此规定的消息类型和/或借助由发射装置(S)设置的消息或消息元素的序号，和/或
借助发射装置(S)和接收装置(E)之间约定的通信协议的特征。
12.按权利要求8或9所述的接收装置(E)，其特征在于，接收装置(E)包括协议装置以构成多链路协议的接收部分，其中，多链路协议具有一工具用于将不同消息路径(P1，P2，P3)的主消息路径(P1)通过接收装置(E)用信号发射到发射装置(S)，其中，主消息路径(P1)然后由发射装置(S)用于向接收装置(E)发射消息。
13.按权利要求8或9所述的接收装置(E)，其特征在于，接收装置(E)包括协议装置以构成依据IETF RFC 2960的流控制传输协议SCTP的接收部分，其中，流控制传输协议SCTP具有扩展，通过该扩展，接收装置(E)可以用信号向发射装置(S)发射为向接收装置(E)发射消息所要使用的主消息路径(P1)。
14.发射装置(S)，其向接收装置(E)发射消息，通过至少两个消息路径(P1，P2，P3)与接收装置(E)连接，并包括：
用于接收来自所述接收装置(E)的请求(DelayReq)的工具，
用于对应于接收该请求(DelayReq)而将消息或消息元素(DelayRes)通过所有消息路径(P1，P2，P3)同时发射的工具，或者用于对应于接收该请求(DelayReq)而将消息或消息元素(DelayRes)通过所有消息路径(P1，P2，P3)以较小的、相对于所预计的渡越时间可忽略的时间间隔发射的工具，以及
用于对消息或消息元素(DelayRes)做标记的工具，使得消息或消息元素(DelayRes)通过接收装置(E)被识别为为测定所有或者所选择的消息路径(P1，P2，P3)的最快消息路径(P1)和/或相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)而规定的消息或消息元素(DelayRes)。
15.按权利要求14所述的发射装置(S)，其特征在于，发射装置(S)具有一工具用于发射相同长度的消息或消息元素(DelayRes)和/或带有相同特征的消息或消息元素(DelayRes)，以便通过接收装置(E)测定所有或者所选择的消息路径(P1，P2，P3)的最快消息路径(P1)和/或相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)。
16.按权利要求14或15所述的发射装置(S)，其特征在于，用于对消息或消息元素(DelayRes)做标记的工具、用于加上时间印记的工具、和/或用于在发射装置(S)和接收装置(E)之间采用约定的通信协议的工具包括设定的消息类型，以便通过接收装置(E)来测定所有或者所选择的消息路径(P1，P2，P3)的最快消息路径(P1)和/或相对消息渡越时间(ΔT2，ΔT3)，和/或包括在发射装置(S)和接收装置(E)之间约定的通信协议的特征。
17.按权利要求14或15所述的发射装置(S)，其特征在于，发射装置(S)包括协议装置以构成多链路协议的发射部分，其中，多链路协议具有一工具用于将不同消息路径(P1，P2，P3)的主消息路径(P1)通过接收装置(E)用信号发射到发射装置(S)，其中，主消息路径(P1)然后由发射装置(S)用于向接收装置(E)发射消息。
18.按权利要求14或15所述的发射装置(S)，其特征在于，发射装置(S)包括协议装置以构成依据IETF RFC 2960的流控制传输协议SCTP的发射部分，其中，流控制传输协议SCTP具有扩展，通过该扩展，接收装置(E)可以用信号向发射装置(S)发射为向接收装置(E)发射消息所要使用的主消息路径(P1)。
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