CN100456673C - 移动专用网络环境中有效发送接收数据的网络设备和方法 - Google Patents

移动专用网络环境中有效发送接收数据的网络设备和方法 Download PDF

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Abstract

移动专用网络环境中实现有效数据传送和接收的一种网络设备和数据传送方法。所述移动专用网络设备包括编码器，用于收多媒体信号，并依据移动专用网络环境中预定的网络信息对接收的信号进行编码；数据库单元，用于存储接收的多媒体信号；网络接口单元，用于接收网络信息，并发送经编码器编码的多媒体信号；和控制单元，用于把从网络接口单元接收的网络信息存储在数据库单元，并允许编码器依据接收到的网络信息进行编码操作。

Description

移动专用网络环境中有效发送接收数据的网络设备和方法
技术领域
本发明涉及通过一个网络进行多媒体数据传送，更具体的说涉及在移动专用网络(以下称为‘MANET’)环境的节点之间有效传送多媒体数据的网络设备和数据传送方法。
背景技术
通常，由于像音频和视频数据(以下称为‘AV数据’)这样的多媒体数据需要大的带宽，所以，借助于当前测量可用的带宽，然后根据所测量的带宽，改变一个AV数据传送模式的方法，可以实现通过网络在数据发送方和接收方之间进行有效的数据传送。将参照图1和图2对上述方法进行更加详细的描述。
图1是网络中传统视频传送系统的示意图。该系统包括一个视频压缩/文件产生单元100、一个视频服务器110和至少一个视频客户机130。所述的视频压缩/文件产生单元100接收原始视频数据，并在根据不同的数据压缩率依次进行编码的多个等级构造接收的数据，然后分别存储为文件。在视频客户机130请求视频数据传送的情况下，视频服务器110测量网络120中可用的带宽，并从视频压缩/文件产生单元100选择对应于测量的带宽的一个等级。然后，视频服务器给视频客户机130发送用所选等级压缩的视频数据。
图2是具体地图示说明图1所示的视频服务器110的结构的示范性示图。视频服务器110包括一个接收来自视频压缩/文件产生单元100的压缩视频数据的接收单元112；一个把从接收单元112接收的数据发送到网络120，并测量网络120的带宽的传送单元114；和一个根据所测量的带宽选择压缩等级的控制单元116。即使在数据传送期间，传送单元114周期性地测量带宽。带宽测量根据端到端测量，即，服务器到客户机测量来进行，并使用一个数据传送率或者数据接收率。数据传送率表示对于一个给定的响应时间周期发送的字节的数目，而数据接收率表示对于一个给定的响应时间周期接收的字节的数目。如果在传送单元114周期性地测量带宽期间带宽有变化时，控制单元116为接收单元112选择一个对应于测量的带宽的等级，接收单元112从视频压缩/文件产生单元100提取一个对应于所选等级的压缩的视频文件，而后，把提取的文件发送到传送单元114。
当数据传送的信道像有线网络一样固定时，或者使用所述数据传送信道的网络设备的位置固定时，图1和图2给出的数据传输方法可能是有效的。然而，当一个MANET环境中传送信道或者网络的状态极度变化时，上述方法的应用就比较困难。即，为了用不同压缩等级压缩原始AV数据并存储压缩的AV数据，由于处理器性能、存储器、电源等因素的限制，组成一个MANET的网络终端需要大量的附加资源。此外，如果仅仅测量网络带宽来选择数据传送的压缩等级，在一个MANET环境中用户很难获得满意的AV数据，因为诸如拓扑形式、时间延迟和接收强度一类的状态随MANET环境而动态的改变。因此，需要一种适合MANET环境的有效AV数据传送方法。
发明内容
本发明解决了相关技术领域的问题。本发明的一个方面是提供一种通过把有关MANET状态的信息合并到路由选择信息中来周期地检测动态状态变化，而不用定义额外的分组格式，并且通过利用有关检测到的状态变化信息，利用有限的资源来实现有效AV数据传送的方法。
按照本发明的一个方面，提供一种移动专用网络设备，包括：
依据压缩参数对多媒体数据进行编码的编码器；
接收路由选择信息和资源信息并发送经编码器编码的多媒体数据的网络接口；
存储有关移动专用网络中存在的各个节点的路由选择信息的路由选择表；
存储所述各个节点的资源信息的资源表；以及
用所述路由选择表中存储的路由选择信息和资源表中存储的资源信息来检测网络的状态变化，根据检测到的所述网络的状态变化，确定一个压缩等级，并把压缩命令发送到编码器的控制单元，
其中，在所述路由选择信息和所述资源信息被包含于周期性地传输的预定路由选择消息中的状态下，接收所述路由选择信息和所述资源信息。
按照本发明的另一方面，提供移动专用网络环境中的一种数据传送方法，包括以下步骤：
收集构成移动专用网络的节点的路由选择信息和资源信息；
利用收集的信息，确定一种对多媒体数据进行编码的方法；
用在利用收集的信息确定对多媒体数据进行编码的方法时所确定的方法对多媒体数据进行编码，并发送编码的多媒体数据；
其中，收集构成一个移动专用网络的节点的路由选择信息和资源信息的步骤包括以下步骤：使所述信息包含于周期性地发送和接收的路由选择消息中；以及提取和收集接收到所述路由选择消息时的信息。
为了实现上述方面，按照本发明的一个实施例在移动专用网络环境中实现有效数据传送和接收的网络设备包括一个根据预定的网络信息对多媒体数据进行编码的编码器；以及一个接收网络信息和发送所述编码器编码的多媒体数据的网络接口。此时，在网络信息包括于周期发送和接收的预定路由选择消息中的状态下，接收该网络信息。
按照本发明的一个实施例，网络信息包括有关移动专用网络中可用带宽的信息，或者有关移动专用网络中数据发送节点和数据接收节点之间的链接质量的信息。此时，编码器包括对接收的多媒体数据编码的第一个编码单元，和依据通过网络接收的链接质量信息，对第一个编码单元编码的数据进行编码的第二个编码单元。
同时，移动专用网络设备还包括一个以接收分组重发请求消息时相同的方式操作的控制单元，当给已发送消息的节点的延迟时间的资源值加一个当前时间得到的值小于所请求分组的再现时间的时候，重发所请求的分组。
此外，为了实现上述方面，按照本发明另一实施例的移动专用网络环境中进行有效数据传送和接收的方法包括下列步骤：第一步，收集组成一个移动专用网络的节点的路由选择信息和资源信息；第二步，通过使用收集的信息，确定对多媒体数据进行编码的一种方法；以及第三步，用第二步中确定的方法对多媒体数据进行编码，并发送已编码的多媒体数据。此时，第一步包括：把所述信息包含于周期地发送和接收的路由选择消息中，并在接收到路由选择消息时提取和收集该信息。
按照本发明，所述信息包括有关移动专用网络中可用带宽的信息。此时第二步包括作出判断使得能够依据带宽以不同数据压缩率来编码多媒体数据。
按照本发明的一个实施例，所述信息包括有关移动专用网络中数据发送节点和数据接收节点之间的链接质量的信息。此时，第二步包括对多媒体数据进行编码的第一编码步骤；和依据链接质量信息，对经第一编码步骤编码的数据进行编码的第二编码步骤。
附图说明
通过结合附图对本发明的示范性实施方式进行详细描述，本发明的上述和其它目的、特性、优点将变得更加清楚，附图中：
图1为网络中传统视频传送系统的示意图。
图2为图1所示的视频服务器的示意图。
图3为表示按照本发明的一个实施例的移动专用网络设备的配置的示意图。
图4为表示实现本发明的一个示范性实施例的移动专用网络节点的结构的示图。
图5为表示按照本发明的一个实施例的图4所示每个节点保存的资源表的结构的示图。
图6为表示按照本发明的一个实施例的改进的HELLO消息格式的示图。
图7为表示按照本发明的一个实施例的改进的拓扑控制消息格式的示图。
图8为表示按照本发明的一个实施例的一种检测多媒体数据发送方和多媒体数据接收方之间建立的传输信道资源状态的方法。
图9为表示多媒体数据编码和与之相关的带宽之间的相关性的示图。
图10为表示按照本发明的一个实施例的发送分组的过程的流程图。
具体实施方式
下面参考附图描述按照本发明的一个实施例的移动专用网络环境中数据有效发送和接收的方法。同时，由于每个终端用作MANET环境中的服务器和客户机，所以本发明下面的描述基于一个假设：请求AV数据的终端是客户机，提供AV数据的终端是服务器。
图3是表示按照本发明的一个实施例的移动专用网络设备的配置的示意图。响应来自客户机(没有示出)的请求提供AV数据的AV服务器300包括一个根据压缩参数对输入的AV数据进行实时压缩的编码器310；一个通过网络360接收客户机发出的AV数据传送请求和给客户机发送请求的AV数据的网络接口单元350；一个存储有关MANET中存在的各个节点的信息的路由选择表330；一个由网络中节点存储资源信息的资源表340；和一个控制单元320。所述控制单元320用路由选择表330和资源表340中存储的信息来检测网络360的状态变化，根据检测到的所述网络360的状态变化，确定一个压缩等级，并把压缩命令发送到编码器310。以下在参照图4-10进行描述之后将描述图3所示AV服务器300的详细操作过程。
图4是表示实施本发明的一个移动专用网络的节点的配置的示例图，其中，一个MANET有七个节点。一个跃距用连接两个节点的一条实线表示，各个节点在此命名为节点-1、节点-2、......节点-7。
图5是表示按照本发明的一个实施例的由图4所示的每个节点保存的一个资源表的结构的示例图。所述资源包括带宽、时间延迟、链接质量等。可以使用图6所示的改进的HELLO分组和图7所示的改进的拓扑控制消息来实现给每个节点传送资源信息。
由于MANET环境中的每个节点起路由器的作用，所以每个节点与相邻节点周期地交换HELLO分组。HELLO分组通常包括路由选择信息。本发明可以使用改进的HELLO分组，所述改进的HELLO分组包括一个表明发送HELLO分组的终端的地址的“源地址”字段和一个表明终端的资源状态的“资源状态值”字段。
此时，“资源状态值”字段包括有关带宽(Bandwidth)、时间延迟(Delay)和链接质量(LinkQuality)。由于每个节点的资源信息使用现有的HELLO分组而不是单独的分组来传送，因此，不增加所述MANET的总开销就可以共享资源信息。
此外，负责广播有关与其相邻节点连接的状态的信息的节点能够用“拓扑控制”消息来广播路由选择信息。当携带有关资源状态的信息时，可以发送“拓扑控制”消息。图7示出改进的拓扑控制消息。参考图7，一个“Dest-Node(目的地节点)”字段表示一个目标终点节点，一个“Last_Node(最末节点)”字段表示在从源节点到目标终点节点传送数据的通路上遇到的最后一个节点。此外，“资源状态值”字段中的资源表示一个目标字节的资源信息。对于资源信息，‘Bandwidth(带宽)＝100’表明带宽是100kbps、‘Delay(延迟)＝2’表明时间延迟是两秒、‘LinkQuality(链接质量)＝0.9’表明接收信号的质量水平是0.9，也就是保证90％的质量。
图8是按照本发明的一个实施例的一种检测多媒体数据发送方与多媒体数据接收方之间建立的传输信道的资源状态的方法。资源可包括上面描述的带宽、时间延迟和链接质量。对于从源节点s到目标终点节点d的一个通路(s，d)的资源状态，将通路(s，d)的带宽(Bandwidth)设置为从源节点s到目标节点d的任一通路i的最小带宽(810)。此外，如果在节点s与d之间的通路上总共存在i条通路，时间延迟(Delay)变为从第一通路到第i通路的时间延迟的总和(820)。
此外，链接质量(LinkQuality)由通过源节点s和目标节点d之间建立的通路的所有节点的链接质量值相乘得到(830)。
图9是表示多媒体数据编码和与之相关的带宽的因素之间的相关性的示例图。‘帧速率(FrameRate)’字段表明每秒传送帧的数目。‘Pbetweeeni’字段表明i帧后面跟随的p帧数目。也就是说，在‘Pbetweeeni＝5’的情况下，按照i-p-p-p-p-p-i-p-p-p-p-p-i-p-....的顺序传送帧。这里，i帧和p帧表示按照MPEG-1标准(正式名称为ISO/IEC 11172)和MPEG-2标准(正式名称为ISO/IEC 13818)规定的帧。i帧表示不考虑相邻帧而独立编码的一个帧，p帧表示当参考相邻的i帧或者p帧时通过仅对先前图像与当前图像的差进行编码获得的一个帧。因此，p帧的数据大小远小于i帧的数据大小。根据‘FrameRate’字段和‘Pbetweeeni’字段的值来选择‘Required_BW’。例如，当‘FrameRate’＝20时，‘Pbetweeeni’＝5的情形与‘Pbetweeeni’＝1情形相比需要较小的带宽。图9所示的相关性可以通过一个终端内的硬件或者软件来实现。或者，可由一个独立的数据库管理相关性。此外，屏幕的尺寸、取样速率等可以用来计算所需的带宽值。
图10是发送分组的过程的流程图。与有线网络相比，由于MANET环境中传输信道的固有特性，分组很有可能丢失或者损坏。因此，分组重发的算法可以认为是必不可少的。特别是在AV数据的实时传送中服务器传送第一个i帧接着又传输第二个i帧的情况下，第一个i帧可能会丢失。由于第二个i帧发送之前第一个i帧丢失，所以重发第一个i帧，这样可以避免分组丢失。也就是说，如果服务器收到第i个分组的重发请求(1010)，服务器把当前时间加在与客户机节点关联的时间延迟的资源值上(1020)。如果第i个分组再现时间大于通过上面加法得到的值，重发第i帧(1050)。否则，不重发第i帧(1040)。同时，对于分组传送过程，通过仅仅单独地存储发送的分组，例如，i帧，操作一个计时器并在预定的时间周期后删除已存储的i帧，服务器可以管理帧。
下面描述图3所示AV服务器300的操作。AV服务器300通过网络360，更精确的说，是通过MANET来交换图6所示的改进的HELLO分组和图7所示的拓扑控制消息。此时，AV服务器300在其路由选择表330中存储表示构成AV服务器300与客户机(未示出)之间的通路的节点的节点信息，并在图5所示的资源表340中存储各自路径的资源信息。一旦建立路由选择表330和资源表340，如图8所示确定带宽。然后，依据链接质量(LinkQuanlity)判定是否操作差错恢复模块。由于这是个初始化过程，所以没有计算与执行重发判定有关的时间延迟资源。此时，AV服务器300的编码器310内可包括差错恢复模块，并可以是一个信道编码模块。也就是说，编码器310可包括一个源编码模块和信道编码模块，其中，源编码模块可对原AV数据进行编码，而只有当链接质量值低于预定值的时候，信道编码模块才工作。
控制单元320从图9所示的表格内选择所需的带宽，其被设置为编码器310的一个输入参数。然后，编码器310根据所选的带宽压缩原AV数据，并通过网络接口单元350发送压缩的数据到请求AV数据的客户机(未示出)。如果当服务器300发送AV数据时带宽的资源值变小，控制单元320调节编码器310的输入参数，编码器310执行编码任务以使带宽变小。
按照上面描述的本发明，在MANET环境中，通过检测路由选择信息的周期传送和接收期间网络的资源状态，并根据检测的资源状态调节编码操作，在最小化网络开销时，可能实现更加有效的资源管理和AV数据的传送。
尽管参照本发明的实施方式和附图对本发明进行了描述，但本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种替换、修改和变更。

Claims (10)

1、一种移动专用网络设备，包括：
依据压缩参数对多媒体数据进行编码的编码器；
接收路由选择信息和资源信息并发送经编码器编码的多媒体数据的网络接口；
存储有关移动专用网络中存在的各个节点的路由选择信息的路由选择表；
存储所述各个节点的资源信息的资源表；以及
用所述路由选择表中存储的路由选择信息和资源表中存储的资源信息来检测网络的状态变化，根据检测到的所述网络的状态变化，确定一个压缩等级，并把压缩命令发送到编码器的控制单元，
其中，在所述路由选择信息和所述资源信息被包含于周期性地传输的预定路由选择消息中的状态下，接收所述路由选择信息和所述资源信息。
2、如权利要求1所述的设备，其中，所述资源信息包括有关移动专用网络中可利用的带宽的信息。
3、如权利要求1所述的设备，其中，所述资源信息包括有关移动专用网络中数据发送节点与数据接收节点之间的链接质量的信息。
4、如权利要求3所述的设备，其中，所述编码器包括对多媒体数据编码的第一编码单元，和依据有关通过该网络接收的链接质量的信息，对已由第一编码单元编码的数据进行编码的第二编码单元。
5、如权利要求1所述的设备，其中所述控制单元以如下方式操作，在接收到分组重发请求消息时，当通过给已发送所述分组重发请求消息的节点的时间延迟的资源值加上一个当前时间所得到的值小于所请求的分组的再现时间时，重发所请求的分组。
6、移动专用网络环境中的一种数据传送方法，包括以下步骤：
收集构成移动专用网络的节点的路由选择信息和资源信息；
利用收集的信息，确定一种对多媒体数据进行编码的方法；
用在利用收集的信息确定对多媒体数据进行编码的方法时所确定的方法对多媒体数据进行编码，并发送编码的多媒体数据；
其中，收集构成一个移动专用网络的节点的路由选择信息和资源信息的步骤包括以下步骤：使所述信息包含于周期性地发送和接收的路由选择消息中；以及提取和收集接收到所述路由选择消息时的信息。
7、如权利要求6所述的方法，其中，所述资源信息包括有关移动专用网络中可用的带宽的信息。
8、如权利要求7所述的方法，其中，使用收集的信息确定对多媒体数据进行编码的方法包括下列步骤：进行确定使得能够以取决于所述带宽的不同数据压缩比率对多媒体数据进行编码。
9、如权利要求6所述的方法，其中，所述资源信息包括有关在移动专用网络中的数据发送节点与数据接收节点之间的链接质量的信息。
10、如权利要求9所述的方法，其中，使用收集的信息确定对多媒体数据进行编码的方法包括下列步骤：对多媒体数据进行编码；和根据有关链接质量的信息对已进行编码的数据进行编码。
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