CN100571193C - 多播信道请求的接入控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多播系统中的接入控制方法和装置，当经由含有请求仲裁器ARB21的节点BN21从公共链路L3上的源VS到至少两个用户U1-U12分发数据时进行上述接入控制。上述方法包括以下步骤：-对与所述节点BN21相关联的各用户U1-U12分配权重，该权重确定各用户的被允许带宽，即从公共链路L3上的可用带宽中允许使用的带宽；-接收到从用户U1到节点BN21的加入多播会话S81的请求；-在节点BN21中将所述用户U1使用的实际带宽与所述用户U1的被允许带宽进行比较，按照在所述公共链路L3上包括新请求在内的各使用会话的用户带宽部分之和来计算出上述实际带宽；-在可用带宽小于实际带宽时拒绝上述请求。

Description

多播信道请求的接入控制

技术领域

本发明涉及多播系统中当数据从源分发到至少两个用户时进行接入控制的方法和装置。

背景技术

在比如IP和以太网等的信息包网络上发送视频是可能的。因为需要在电视屏幕上产生运动图像的信息包流占有相当多的带宽，所以许多网络没有足够的总带宽来给各用户单独提供视频数据流。对于由几个用户(接受者)观看的电视节目，从源发送一个信息包流就足够了，并且仅仅在存在不止一个输出端口的网络的点上复制该流，上述输出端口导向观看者。根据该方案，在接受者和源之间的任何链路刚好承载信息包流的一个复制的副本。不在源和接受者之间的链路不承载信息包流。该技术被称为多播。当数据被同时发送到几个接受者时，多播是一种节约带宽的有用方式。

在一些多播系统中，将信息包流复制到哪些链路的控制取决于接受者。数据流被寻址到相当抽象之目的地址。这些地址不代表目的地的静态集。它们是识别标签，在协商关于那些流应当被复制时用户和网络使用这些标签。这些地址被称为多播地址。根据用于协商关于多播流的一些协议，源将以多播地址编址的信息包发送到网络。通过请求这样做，其它节点变成多播流的接受者。IGMP是一种协议，用于IP网络上的主机来与以太网交换机商定将在哪些多播流上进行接收。在一些网络中存在一些区域：没有足够的资源来传送节点可能请求的所有多播流。或者，换言之，如果有足够的带宽用于各处的所有数据流，将不需要多播。这种网络的构建者希望：对于将被充分满足的用户，请求是一致的(彼此靠近的节点在相当程度上请求相同的多播流)。可能受限的资源包括总带宽和总的流数。

对于网络不能满足多播流的所有请求的情况，需要仲裁器或资源扩散器。在美国专利2003/0043840中公开了信息包传输装置。信息包仲裁器通过预定算法选择信息包并请求传输信息包。美国专利描述了一个相当静态的系统，其中没有考虑当前的需要并且公平性被搁置在一边。因为网络上的负荷与请求的一致性相关，所以用于单播情况中的资源分发技术不能被直接应用。在单播情况中，能够通过对由单个用户导致的负荷求和来计算出在网络上的负荷。在多播情况中，请求一个新流会将该新流增加到负荷上，而请求已流到连接到同一网络节点的另一节点的流会对该节点的负荷几乎没有增加。因而，对于单播用户用于限制资源利用的方法不能应用到具有合理效率的多播用户。为确保系统不超负荷的足够低的带宽限制会导致网络资源的严重利用不足。

发明内容

本发明解决了涉及多播系统的资源冲突的问题。本发明通过在资源冲突发生前限制到用户的带宽的可接入性来解决该问题。

更详细地说，当经由节点在公共链路上从源到用户分发数据时，本发明通过一种多播系统中的接入控制方法来解决上述问题。上述节点包括用来从源到用户选择数据的请求仲裁器。上述方法包括以下步骤：

-对与节点相关联的各用户分配权重，该权重确定各用户的被允许带宽，即在公共链路上的可用带宽中被允许使用的带宽。

-接收从用户到节点的加入多播会话的请求。

-在节点中将用户使用的实际带宽与用户的被允许带宽进行比较，上述实际带宽按照包括新请求在内的公共链路上的各被使用的会话的用户带宽部分之和算出。

-如果所述被允许带宽低于所述实际带宽，则拒绝所述请求。

本发明的一个优点是，对接入的拒绝会作为繁忙用户接入多少多播信息的限制而影响他们，而不影响试图从没有信息到一些信息的用户。这意味着以使得用户观看许多信道的可能性降低为代价，试图接入第一个信道的用户的成功可能性会变得较高。

另一优点是使得对于观看信道的那些用户可得到更多数目的信道，该信道也由其它人观看。因而，加载分布网络的能力被均匀化。用户得到更公平的机会。甚至，操作员可控制观看者加载网络的机会。

现在结合附图，借助于优选实施例更详细地描述本发明。

附图说明

图1示出了用来将数据从视频源经由请求仲裁器传送到目的用户的多播通信系统示意框图；

图2是表示订购不同会话的用户的表格；

图3是说明防止多播系统中资源冲突的方法的流程图；

图4是用来将数据从视频源经由请求仲裁器传送到目的用户的多播通信系统示意框图；

图5是一个分支节点的示意框图。

具体实施方式

图1示出了在第一实施例中公开的一种用于视频传送的多播传输系统。该传输系统从视频源VS到几个用户U1-U96发送并分发视频序列。将用户(即视频序列的接收者或本地分发者)用图1中的方框来表示，但为使图1清晰，仅仅在图中示出了用户U1、U2、U12、U85和U96。多播系统包括源网络部分S、接入网部分AN和目的网部分DEST。接入网AN是一个面向连接或无连接类型的信息包传输网络。在此例中源是视频源VS而目的是由位于例如办公室或家中的不同用户U1-U96组成。在此例中，分成十二组的九十六个用户连接到接入网中不同的分支节点BN21-BN28，即各分支节点连接十二个用户。接入网AN包括在源VS和分支节点BN21-BN28之间分发数据的以太网交换机ES1和ES2。第一链路L1将视频源VS连接到以太网交换机ES1，第二链路L2将以太网交换机ES1连接到以太网交换机ES2，第三链路L3将以太网交换机ES2连接到分支节点BN21。从视频服务器VS可得到200个视频会话。第三链路L3(也被称作公共分支节点链路L3)为100Mbit/s链路。分支节点BN21是将到达节点的数据经由8Mbit/s的ADSL链路分发给用户U1-U12的复用单元。用户U1是电视机和个人电脑连接的家中分配器。分支节点BN21包括请求仲裁器ARB。该仲裁器考虑所有当前确认的带宽请求、所有用户U1-U12的合约条件以及可用资源。根据这些事实，仲裁器为各请求确定它是否应当被批准。这将在下文中进一步解释。

根据本发明，各用户被分配权重以确定各用户将被允许接收多少多播带宽。在配置系统时分配权重。由此带宽可得性与分配的权重成比例。通过使用随第三链路L3上的实际负荷减少的转化系数，分配的权重被转化成用户可得到的带宽，即允许的带宽。

按照在所有订购的会话中共享的用户之和来计算链路上的用户实际带宽。如果用户订购会话S₁，S₂...S_m，这些订户的数量为n₁，n₂，...，n_m以及带宽为b₁，b₂...b_m。对于所有那些会话，用户实际带宽为b_i/n_i之和。

图2公开了与关于从两百个会话S₁-S₂₀₀中的第三链路L3上的订购的会话有关的用户U1-U12的表格。如已谈到的，第三链路为100Mbit/s链路。在此例中，为定制的会话保留50Mbit/s的带宽。在图2中，能看出U1已订购了会话S₁，S₂，S₅₁以及U6订购了会话S₂，S₄₁。在此例中，各订购会话需要1.5Mbit/s(出自链路L3上保留的50Mbit/s带宽)。在图2中，能看出十七个不同的会话占用第三链路L3，因而在第三链路上保留了50-17×1.5＝24.5Mbit/s可用。这就是所谓的可用带宽。

现在说明本发明的一种方法。该方法包括以下步骤：

-在配置系统时各用户被分配一个权重。该权重设定了用户的重要性。在此例中，用户U2-U6被分配权重“1”，U7-U12被分配权重“2”，U13-U18被分配权重“3”以及U19-U24被分配权重“4”。用户U1被分配权重“3”。在此例中，权重“1”意味着用户被允许使用第三链路L3的剩余带宽的20％，“2”意味着15％，“3”意味着10％以及“4”意味着5％。

-用户U1加入到分支节点BN的会话的请求被接收。U1请求加入会话S₈₁。仲裁器ARB21开始确定U1的实际带宽。如图2中所见，U1已经是会话S₁，S₂和S₅₁的一部分。U1单独使用会话S₁，而U1与八个其它用户分享S₂以及与两个其它用户分享S₅₁。在U1的请求之前已经由两个其它用户U8和U12分享了会话S₈₁。如所述，各会话需要1.5Mbit/s带宽并且因此U1的实际带宽根据以下两部分之和计算出：各使用会话的U1的带宽部分(包括新的请求)，即 $\frac{b_1}{n_1}+\frac{b_2}{n_2}+\frac{b_{51}}{n_{51}}=\frac{\mathrm{1,5}}{1}+\frac{\mathrm{1,5}}{9}+\frac{\mathrm{1,5}}{3}=\mathrm{2,167}$ Mbit/s，加上新请求的会话S₈₁的带宽部分，即 $\frac{b_{81}}{n_{81}}=\frac{\mathrm{1,5}}{3}=\mathrm{0,5}$ Mbit/s。因此U1的实际带宽为2.167+0.5＝2.667Mbit/s。

-仲裁器确定可用带宽。在图2中，可看出十七个会话保留在第三链路L3上。这意味着在第三链路L3上可得到50-17×1.5Mbit/s的带宽，即可得到24.5Mbit/s。

-仲裁器确定对U1可用的带宽，即允许的带宽。按照关于U1的权重在链路L3上的可用带宽计算出允许的带宽。权重确定为这种用户有权使用的会话保留何种相对的带宽份额。因此用户可用的带宽是与分配给用户的权重成比例的。在该例中，U1的权重为“3”，即U1被允许使用10％的可用带宽。因此U1的可用带宽为0.1×24.5＝2.45Mbit/s。

-仲裁器将U1的实际带宽2.667Mbit/s与U1的被允许带宽2.45Mbit/s进行比较，并发现被允许带宽低于实际带宽。

-仲裁器拒绝来自U1的请求。

现在将构想不同的方案来强调本发明的优点。例如：

-假定在第三链路L3上的可用带宽大于24.5Mbit/s，即较少用户订购了会话。假定可用带宽为30Mbit/s。U1的权重为“3”，即U1被允许使用10％。反过来这又会导致以下情形：仲裁器将U1的实际带宽2.667Mbit/s与U1的被允许带宽3.0Mbit/s进行比较，并发现被允许带宽高于实际带宽。因此仲裁器会允许来自U1的请求。

-再回到最初的示例并且假定U1已经作为更重要的用户被加权，并代之以权重“3”得到权重“2”，即允许U1使用15％。这会导致U1的被允许带宽未0.15×24＝3.6Mbit/s的情形。而反过来这又会导致以下情形：仲裁器将U1的实际带宽2.667Mbit/s与U1的被允许带宽3.6Mbit/s进行比较，并发现被允许带宽高于实际带宽。因此仲裁器会允许来自U1的请求。

-再回到最初的示例并且假定U1首次请求加入会话。这种情况下，U1的实际带宽将为 $\frac{\mathrm{1,5}}{3}=\mathrm{0,5}$ Mbit/s而不是早先的2.167+0.5＝2.667Mbit/s。反过来这又会导致以下情形：仲裁器将U1的实际带宽0.5Mbit/s与U1的被允许带宽2.45Mbit/s进行比较，并发现实际带宽低于被允许带宽。因此仲裁器会允许来自U1的请求。

-再回到最初的示例并且假定U1是第一个请求加入会话S₈₁的订户。在这种情况下，U1的实际带宽将是 $\mathrm{2,167}+\frac{\mathrm{1,5}}{1}=\mathrm{3,667}$ Mbit/s。同如果U1是加入会话S₈₁的第十个用户的情况相比。这种情况下，U1的实际带宽将为 $\mathrm{2,167}+\frac{\mathrm{1,5}}{10}=\mathrm{2,317}$ Mbit/s。当比较两个方案时，能看出U1的数量为10时仲裁器会允许请求，

然而在U1的数量是1时将拒绝请求。

假定请求会话S₈₁已由其他人使用。这实际上就是上述第一实施例中带有被请求会话S₈₁的情形。在此例中，新请求不会带来任何额外的负荷，因而用户U1可被允许使用会话，即便没有被实际上证明是正当的。基于第一实施例的这种变形例的方法能实现这点，与第一实施例的方法相比，在仲裁器将U1的实际带宽2.667Mbit/s与U1的被允许带宽2.45Mbit/s进行比较之后，还包括以下步骤：

-仲裁器ARB21发现所请求的会话S₈₁已由至少一个其他用户U8、U12使用。该信息被储存在仲裁器ARB21的存储器中。

-仲裁器允许来自U1的请求。

现在再回到第一实施例。作为第一实施例的又一变形例，假定，在例如短暂的电视商业广告时间之后，用户想要返回到会话S₈₁。因此用户被看作在实际订购结束之后，还订购了一段时间的会话。用户应被保证在实际订购结束后的一段时间能够“返回”。操作员设置了一个的定义“短暂”的所谓限制时间。如果在一个短暂的商业广告时间之后不允许用户返回，则将会导致不满。根据第一实施例的该变形例的方法，在仲裁器将U1的实际带宽2.667Mbit/s与U1的被允许带宽2.45Mbit/s进行比较(参见第一实施例的方法)之后，还包括以下的步骤：

-仲裁器ARB21发现用户U1在短于预定限制时间的一段时间的时间之前使用过会话S₈₁。该信息被存储在仲裁器ARB21的存储器中。

-用户的权重暂时从“3”变到“2”，即用户已变成更重要的用户。

-仲裁器允许来自U1的请求。

-当用户后来离开会话，用户的权重将再次变回到“3”。

为了防止快速浏览通过的会话累积成导致仲裁器拒绝订购的额外订购，需要过滤掉非常短的实际订购。因此操作员定义一个所谓的保证时间，该保证时间规定了用户会话为后来被允许返回会话而须停留在会话中的时间。这是对上述方法的变形例，由此在检查限制时间之后仲裁器还检查保证时间。因此只有当用户在少于预定限制时间的一段时间之前实际使用过会话“并且”在那时的用户在超过预定保证时间的时间段使用过会话的条件下权重才从“3”变到“2”。

在图3中，可以看到本方法的最基本的步骤。该流程图应与前面的图示一起来理解。根据本发明的方法包括以下步骤：

-当配置系统时，各用户被分配一个权重。用户U1被分配权重“3”。流程图中的框101表示该步骤。

-分支节点BN从用户U1收到加入会话的请求。U1请求加入会话S₈₁。流程图中的框102表示该步骤。

-仲裁器ARB21确定U1的实际带宽。从而得知U1的实际带宽为2.167+0.5＝2.667Mbit/s。流程图中的框103表示该步骤。

-仲裁器确定第三链路L3上的被允许带宽。可用带宽为50-17×1.5Mbit/s，即24.5Mbit/s。流程图中的框104表示该步骤。

-仲裁器确定U1的被允许带宽。U1的被允许带宽为0.1×24.5＝2.45Mbit/s。流程图中的框105表示该步骤。

-仲裁器将U1的实际带宽2.667Mbit/s与U1的被允许带宽2.45Mbit/s进行比较，并且发现被允许带宽低于实际带宽。流程图中的框106表示该步骤。

-仲裁器拒绝来自U1的请求。流程图中的框107表示该步骤。

图4公开了第二实施例。该图示出了与图1中早先公开相同的多播系统。在该例中，不仅第三链路L3被认为是冲突的关键链路。在第二链路L2中也存在冲突的潜在风险。第二链路为100Mbit/s并且被称为公共以太网链路L2。在该实施例中，以太网交换机ES2还包括请求仲裁器ARB2。该第二实施例是第一实施例的继续，但是假定仲裁器ARB21不会拒绝来自U1的前面的请求，因为例如根据早先讨论的方案用户U1被加权为“2”。当配置系统时，与以太网交换机相关联的各用户被分配一个权重。所提到的U1被分配权重“2”，U2-U12被分配如第一实施例所述的权重，而用户U13-U96都被分配权重“1”。根据第二实施例的本发明的方法还包括以下的步骤：

-在ARB21允许了来自U1的请求之后，U1的加入会话S81的请求被从分支节点BN21转发到以太网交换机ES2。

-在以太网交换机ES2中的仲裁器ARB21确定U1在第二链路L2上的实际带宽。U1已经是会话S₁、S₂和S₅₁的会话的一部分。这些会话还由用户U13-U86中的一些在第二链路上分享。

因此在此例中，U1的实际带宽被假定为1.5Mbit/s。

-请求仲裁器ARB2现在确定在第二链路L2上的可用带宽。在此例中，假定在L2上的可用带宽为3Mbit/s。

-仲裁器确定U1的被允许带宽。U1的权重为“2”(15％)因而U1的被允许带宽为0.15×3＝0.45Mbit/s。

-仲裁器将U1的实际带宽1.5Mbit/s与U1的被允许带宽0.45Mbit/s进行比较，并发现被允许带宽低于实际带宽。

-仲裁器ARB2拒绝来自U1的请求。

-以太网交换机ES2将拒绝消息发送给分支节点BN21。

-在分支节点BN21中的请求仲裁器ARB21也拒绝来自U1的请求，从而释放第三链路L3上的容量。

图5公开了分支节点BN21的示意图。该节点包括从第三链路L3分发数据到不同ADSL链路ADSL-1的复用单元MU。该节点还包含具有中央单元CU和两个存储器空间MEM1和MEM2的请求仲裁器ARB21。MEM1包括在图2中公开的表格。MEM2包括关于哪些用户最近已离开一个被请求会话的信息。中央单元CU从第三链路、ADSL链路以及存储器空间取得信息。CU处理信息、计算带宽和时间、控制复用单元并从第三链路L3到ADSL链路分发选择的会话。

在本发明的范围内，当然可以有各种各样的变形例。例如图5的装置能按不同方式配置，只要本发明的功能依旧存在即可。可在任何时间分配用户权重。一个会话占用的带宽可以固定也可改变。换言之，本发明不限于上文所描述和在附图中示出的实施例，而是可在所附权利要求书的范围内进行修改。

Claims (12)

1.一种在多播系统中当经由节点(BN21)在公共链路(L3)上从源(VS)到至少两个用户(U1-U12)分发数据时进行接入控制的方法，其特征在于包括以下步骤：

-对与所述节点(BN21)相关联的各用户(U1-U12)分配权重，所述权重确定各用户的被允许带宽，即在所述公共链路(L3)上的可用带宽中被允许使用的带宽；

-所述节点(BN21)从用户(U1)接收对加入多播会话(S₈₁)的请求；

-在所述节点(BN21)中将所述用户(U1)使用的实际带宽与所述用户(U1)的被允许带宽进行比较，按照在所述公共链路(L3)上包括新请求在内的各使用会话的该用户的带宽部分之和来计算出所述使用的实际带宽；

-如果所述被允许带宽低于所述实际带宽，则拒绝所述请求。

2.如权利要求1所述的在多播系统中进行接入控制方法，还包括以下步骤：

-发现被请求的会话(S₈₁)由至少一个其他用户(U8、U12)使用；

-允许来自所述用户(U1)的请求。

3.如权利要求1所述的在多播系统中进行接入控制的方法，还包括以下步骤：

-察觉在短于预定限制时间的一段时间之前所述用户(U1)使用过被请求的会话(S₈₁)；

-暂时改变所述用户的权重；

-根据改变后的权重计算所述用户(U1)的被允许带宽；

-如果所述被允许带宽高于所述实际带宽，则允许所述请求。

4.如权利要求3所述的在多播系统中进行接入控制的方法，在改变所述用户的权重之前，还包括以下步骤：

-察觉所述用户曾在超过预定保证时间的期间使用过被请求的会话(S₈₁)；

5.如权利要求3或4所述的在多播系统中进行接入控制的方法，还包括以下步骤：

-所述用户(U1)离开所请求的会话(S₈₁)；

-将所述用户的权重改回到其原始值。

6.一种在多播系统中当经由节点(BN21)在公共链路(L3)上从源(VS)到至少两个用户(U1-U12)分发数据时进行接入控制的装置，所述装置的特征在于包括：

-用以对与所述节点(BN21)相关联的各用户(U1-U12)分配权重的部件，所述权重确定各用户的被允许带宽，即在所述公共链路(L3)上的可用带宽中被允许使用的带宽；

-在所述节点(BN21)中从用户(U1)接收对加入多播会话(S₈₁)的请求的部件；

-在所述节点(BN21)中将所述用户(U1)使用的实际带宽与所述用户(U1)的被允许带宽进行比较的部件，按照在所述公共链路(L3)上包括新请求在内的各使用会话的该用户的带宽部分之和来计算出所述使用的实际带宽；

-在所述被允许带宽低于所述实际带宽时拒绝所述请求的部件。

7.如权利要求6所述的在多播系统中进行接入控制的装置，还包括：

-用以发现所请求的会话(S₈₁)为至少一个其他用户(U8、U12)所使用的发现部件；

-用以基于所述发现部件发现所请求的会话(S₈₁)为至少一个其他用户(U8、U12)所使用而允许来自所述用户(U1)的请求的部件。

8.如权利要求6所述的在多播系统中进行接入控制的装置，还包括：

-用以察觉在短于预定限制时间的一段时间之前所述用户(U1)已使用过被请求的会话(S₈₁)的第一察觉部件；

-用以基于所述第一察觉部件察觉在短于预定限制时间的一段时间之前所述用户(U1)已使用过被请求的会话(S₈₁)而暂时改变所述用户的权重的改变部件；

-用以根据改变后的权重计算所述用户(U1)的被允许带宽的计算部件；

-用以在所述计算部件计算的所述被允许带宽高于所述实际带宽时允许所述请求的部件。

9.如权利要求8所述的在多播系统中进行接入控制的装置，还包括：

-用以察觉所述用户曾在超过预定保证时间的期间已使用过被请求的会话(S₈₁)的第二察觉部件，所述改变部件基于所述第一察觉部件察觉在短于预定限制时间的一段时间之前所述用户(U1)已使用过被请求的会话(S₈₁)和所述第二察觉部件察觉所述用户曾在超过预定保证时间的期间已使用过被请求的会话(S₈₁)而暂时改变所述用户的权重。

10.如权利要求8或9所述的在多播系统中进行接入控制的装置，还包括用以在所述用户(U1)离开所请求的会话(S₈₁)时将所述用户的权重改回其原始值的部件。

11.如权利要求6-9中任一项所述的在多播系统中进行接入控制的装置，还包括用以计算所述用户(U1)的实际带宽的部件。

12.如权利要求6-7中任一项所述的在多播系统中进行接入控制的装置，还包括用以计算所述用户(U1)的被允许带宽的部件。

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