CN101371529B - 用于在分组交换网络中控制分组传送的方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法被提供用于在无线电接入网络(RAN)和其它分组交换网络中控制分组传送中的分组混乱。在一个方面中，该方法包括读取报头信息以确定到达的分组的正确顺序、存储至少一些已经无序地到达的分组、并且按照修改了的、不大于规定混乱程度的顺序转发所存储的分组。

Description

用于在分组交换网络中控制分组传送的方法
技术领域
本发明涉及分组交换网络，并且更具体地涉及在这种网络中控制分组传送的顺序。
背景技术
一些因素可能导致在分组交换网络中无序地传送分组。例如，无线电接入网络(RAN)是包括空中接口和回传连接的分组交换网络。通过空中接口的分组重传可导致分组无序地到达。在另外的例子中，通过回传的在多个T1/E1线路或其它接口上的负载平衡可导致分组通过多个连接被传送，并且由于该原因无序地到达。
通常优选的是在分组网络中具有有序的分组传送，因为用户应用层典型地需要按顺序接收分组以便正确地解码分组流。这通过利用分组序列号对分组进行重排序来实现。
在遵循分层模型的网络描述中，重排序可以被应用在不同的层上。下层使用其自己的数据单元、例如分组的序列号来重新排序并且重新组合要被传送的上层分组。然而，重排序典型地包括使用缓冲器来存储早到的分组并等待晚到的分组，使得这些分组能够被重新排序。这种缓冲引起额外的延迟并且对于对延迟敏感的应用来说是希望的。如果，另一方面，上层能够处理无序的分组，可能可以跳过在下层的重排序操作，并且因此避免额外的缓冲延迟。
此外，端对端传输通常包括多个段和单独控制的网络。分组可能在任何的传输路径中变得无序。在一个网络段中的重排序不保证这些分组将按顺序被传送给最后的目的地。然而，如果每个网络段都执行了重排序操作，则累积的效应可能引入过大数量的额外的延迟。对于对延迟敏感的多媒体应用来说这种结果将尤其是不希望的。
出于上述的原因，其中，对于分组网络、尤其是一个对总的端对端延迟高度敏感的分组网络来说支持分组的无序传送将是有利的。
如果分组无序传送程度能够被控制，则将甚至更有利。即：在上层中的分组处理可以容忍较多或较少量的分组混乱。在这方面，“上”涉及例如IP层的层，在该层中容忍一定量的混乱。“混乱”意思是指较高序列号的分组在较低序列号的分组到达之前到达。因此，将是有利的是，控制混乱量，使得其处于可容忍的范围中。
例如，报头压缩层可能能够处理晚到达的分组。对于解压器来说，可能可以成功地解码晚到达的、具有比先前解码的分组的序列号更小的序列号的分组。但是如果分组到达得太晚，解压器可能不能解码该分组，因此会宣布解压失败并且被请求丢弃该分组。
为了说明，我们假定，该解压器能够处理混乱到第五程度的分组。该解压器接收分组5，1，10，2。解压器解码分组5，并且接着解码分组1，因为混乱程度是4。该解压器不能解码2，因为其混乱程度是8，其在该解压器能够处理的容限之上。分组2将被丢弃，虽然它被正确地接收。
因此，将有利的是，在分组网络中既支持分组的有序传送又支持无序传送。将更有利的是，基于系统要求和对分组混乱的容忍来控制所传送的分组的混乱程度。
发明内容
我们已经开发了一种用于在无线电接入网络(RAN)和其它分组交换网络中控制分组传送中的分组混乱的方法。
在宽泛的方面，我们的方法包括读取报头信息以便确定到达的分组的正确的顺序、存储至少一些已经无序地到达的分组、并且按修改了的、不大于规定的混乱程度的顺序转发所存储的分组。
附图说明
图1是用于按顺序传送分组的说明性算法的流程图。
图2是用于传送具有受控制的混乱程度的分组的说明性算法的流程图。
图3是用于传送具有不受控制的混乱程度的分组的说明性算法的流程图。
图4是用于测量分组混乱程度的说明性算法的流程图。
具体实施方式
为了说明的目的，将在无线电接入网络(RAN)的示范性实施例中描述本发明。应理解的是，同样的原理可以被应用到其它的、无线和有线的分组交换网络中，而不脱离本发明的范围和精神。
在RAN中，无线电链路协议(RLP)处理在接入终端(AT)和无线电网络控制器(RNC)之间传递的无线电链路分组。RLP层使用用于分组传输和传送的RLP序列号。RLP根据一个或更多个RLP分组有效载荷重新组合上层分组并且将其传送给上层。
RLP层可以将一个上层分组分割成多个RLP分组。如果RLP不分割上层分组，则RLP分组由一个上层分组组成。RLP分组有效载荷中的上层分组的边界由RLP报头字段中的两个标记来指示，即“First Data Unit(第一数据单元)”和“Last Data Unit(最后的数据单元)”。
如果“First Data Unit”被置为1，则指示RLP分组有效载荷是上层分组的第一个数据段。如果“Last Data Unit”被置为1，则指示该有效载荷是上层分组的最后一个数据段。如果两个标记都被置为1，则指示该有效载荷是完整的上层分组。如果这些标记都没有被置为1，则指示RLP分组有效载荷在上层分组的中间数据段中。
这些“First Data Unit”和“Last Data Unit”标记使上层分组通过RLP层的重新组合变得容易。如果下列条件中的任一个被满足，则上层分组被认为是完整的：
1.如果所接收的RLP分组具有First Data Unit和Last Data Unit，则在所接收的RLP分组中标记被设置。
2.上层分组已通过RLP被分割，所得到的多个RLP分组以连续的序列号被接收，具有最低的相对序列号的分组使First Data Unit标记被设置，而具有最高的相对序列号的分组使Last Data Unit标记被设置。
如果下列条件被满足，则上层分组被认为是部分分组：
1.上层分组已通过RLP被分割，所得到的多个RLP分组已被接收，具有最低的相对序列号的分组使First Data Unit标记被设置，具有最高的相对序列号的分组使Last Data Unit标记被设置，但是在所接收的分组的序列号中有间隙；或者，存在携带上层段的、遗漏的RLP分组在传输中被丢失或出错的指示。
为了分组的有序传送，RLP层执行重新排序并按顺序传送上层分组。这通过RLP层缓冲所接收的RLP分组、检查其序列号并重新组合上层分组来实现。如果RLP检测到分组错误地被接收，其丢弃该分组并且提高下一个被传送的分组的所希望的RLP序列号(SN)。如果RLP分组在传输中被丢失，用于这个分组的确认计时器将到期并且该RLP层提高下一个被传送的分组的所希望的SN。
为了分组的无序传送，RLP可以无序地传送上层分组。换句话说，构成上层分组的RLP分组总是有序地被传送。但是，通过RLP传送的上层分组可能被无序地传送。
如果上层分组被封装在单个RLP分组中，则RLP层可以在接收到与先前接收的RLP分组有序列号间隙的RLP分组时立即传送该上层分组。然而，如果该上层分组被分割成多个RLP分组，则RLP层将需要等待所有数据段到达，以便它可以组合完整的或部分的上层分组。在这种情况中，构成上层分组的RLP分组将被正确地重排序。然而，如所提到的，不同的上层分组可能被无序地传送。
如下说明用于分组传送的算法。RLP层保持四个序列号(SN)寄存器或变量：
1.SN_previous_last：被传送给上层的、是最后一个段(Last Data Unit被置为1)的RLP分组的SN。
2.SN_previous_first：被传送给上层的、是第一个段(First Data Unit被置为1)的RLP分组的SN。
3.SN_current_last：准备被传送给上层的、是最后一个段(Last Data Unit被置为1)的RLP分组的SN。
4.SN_current_first：准备被传送给上层的、是第一个段(First Data Unit被置为1)的RLP分组的SN。
也就是说，上面列出的寄存器将分别保持以下段的RLP序列号：上层分组的最后传送的末尾段、上层分组的最后传送的初始段、下一个等候传送的末尾段和下一个等候传送的初始段。
用于分组有序传送的算法(图1)：
步骤1：计算DeltaSN＝SN_current_first-SN_previous_last
步骤2：如果DeltaSN＝1，则分组是连续的。
更新SN_previous_first和SN_previous_last变量：
SN_previous_first＝SN_current_first；
SN_previous_last＝SN_current_last；
传送该分组给上层。
如果DeltaSN＞1，则分组不是连续的。
将该分组按照递增的顺序根据其SN号存储在缓冲器中。启动计时器。
步骤3：检查用于停留在缓冲器中的分组的计时器。
如果该计时器到期，则将完整的或部分的分组传送给该上层。
更新SN_previous_first和SN_previous_last变量：
SN_previous_first＝SN_current_first；
SN_previous_last＝SN_current_last；
为了分组的无序传送，RAN可以通过对所接收的分组执行部分的重新排序来控制混乱传送的程度。换句话说，RLP层可仍然无序地传送上层分组，但是通过可配置的参数p来控制混乱程度。例如，如果所期望的混乱程度p是4，则只有当一对分组以4个或者更小位次无序时，才引导RLP无序地传送该对分组。
因此，这里所描述的方法的一个优势是：上层分组可以无序地、但是以受控制的无序量被传送。而且，可配置的参数p可以不仅被应用于上层分组，而且被应用于下层分组、例如RLP分组。
也就是说，参数p可以例如作为RLP分组混乱程度被直接定义和控制。而且，如果每个上层分组都被封装成恰好一个RLP分组，那么p也会指示上层分组的最大可能的混乱程度。
相应地，上层分组混乱程度可以通过直接地控制RLP(或其他下层)分组混乱程度来控制。例如假设，所有的上层分组都具有相当于q个RLP分组的相同大小。还假设，所期望的上层分组混乱程度是p，并且每个上层分组封装q个RLP分组。在这种情况中，RLP分组混乱程度应该被p*q限制。
在另一个例子中，假设如上所述，所期望的上层分组混乱程度是p，但是上层分组封装不少于q的可变数目的RLP分组。在该情况中，RLP分组混乱程度有利地被p*q限制，以便为最小的可能的上层分组作打算。
为了说明，我们假设所接收的完整的上层分组被排序1，7，2，3。(为了简单起见，我们在此假设上层分组不被分割成多个RLP分组。)RLP首先传送分组1，然后保留分组7。如果分组7被传送，则分组2晚到达并且混乱程度是5。(也就是，7-2＝5。)程度5超过了由RLP所允许的最大的程度。在该例子中，RLP将保留分组7并且等待晚到达的分组。当其接收到分组2时，RLP将按照顺序传送分组2和7，因为无序地发送它们会违反以下条件：最大混乱程度不能大于4。当分组3稍后到达时，RLP将传送分组3。在该情况中，RLP将按1，2，7，3的顺序传送这些上层分组，该顺序保证最大混乱程度为4。
算法：具有可控制的程度p的分组无序传送(图2)：
步骤1：计算DeltaSN＝(SN_current_first-SN_previous_last)/q，其中q是对应于上层分组的RLP分组的最小数目。(如果上层分组被封装成一个RLP分组，则q＝1。)
步骤2：如果DeltaSN＞0，则分组是有序的。
如果DeltaSN＜＝p+1，则SN的间隙不会引起大于p的混乱。
传送上层分组。
更新SN_previous_first和SN_previous_last变量：
SN_previous_first＝SN_current_first
SN_previous_last＝SN_current_last
如果DeltaSN＞p+1，则SN的间隙可引起大于p的混乱。
将该分组按照递增的顺序根据SN存储在缓冲器中。启动计时器。
步骤3：如果DeltaSN＜0，则分组是无序的。
传送上层分组。
无需更新SN_previous_first和SN_previous_last，因为当前的SN值小于前一个SN值。
步骤4：如果存在被检测为丢失或丢弃的、序列号为SN_lost的分组，则计算
DeltaSN＝(SN_current_first-SN_lost)/q转到步骤2。
检查用于缓冲器中所存储的分组的计时器。
如果该计时器到期，传送该上层分组。
更新SN_previous_first和SN_previous_last变量：
SN_previous_first＝SN_current_first；
SN_previous_last＝SN_current_last
算法：分组无序传送，没有对最大混乱程度的控制(图3)：
步骤1：计算DeltaSN＝(SN_current_first-SN_previous_last)/q，其中q是对应于上层分组的RLP分组的最小数目。如果上层分组被封装成一个RLP分组，则q＝1。
步骤2：如果DeltaSN＞0，则分组是有序的。
传送上层分组。
更新SN_previous_first和SN_previous_last变量：
SN_previous_first＝SN_current_first
SN_previous_last＝SN_current_last
步骤3：如果DeltaSN＜0，则分组是无序的。
传送上层分组。
无需更新SN_previous_first和SN_previous_last，因为当前的SN值小于前一个SN值。
为了说明，假定接收到的RLP SN是：1，5，3，4，2。假设RLP1，2，3是上层分组(例如，路由协议分组)的段，并且RLP分组4和5是完整的分组。利用具有可控制的p＝4的分组无序传送，RLP层将传送：5，4，(1，2，3)。在这种情况中，混乱程度是1，因为5-4＝1而且4-3＝1。
在另一个例子中，我们假定，接收到的RLP SN是：1，8，2，3，4。假设RLP 2，3是路由协议分组的段，并且RLP分组1，8和4是完整的分组。因此RLP层将传送：1，(2，3)，8，4。在这种情况中，混乱程度是4。如果没有对混乱程度的控制，RLP层将传送1，8，(2，3)，4。在那种情况下，混乱程度将为5，因为8-3＝5。
如在图4中所说明的，分组混乱程度可以被测量以便获得关于在系统中实际已经发生多少无序传送的统计估计。这种测量可以在一个时间间隔上、例如每小时或每15分钟进行。在图中，变量“outoforder”代表所测量的混乱程度。在至少一些情况中，将有利的是，记录平均的、最小和最大的混乱程度。这些测量可以提供指示已发生多少混乱的外部手段。这种认识可以被用来使系统设计和优化变得容易。

Claims (9)

1.一种用于在分组交换网络中控制分组传送的方法，包括：
接收多个具有各自的序列号的下层分组；
将这些下层分组重构为上层分组，其中一个或多个下层分组是每个所述上层分组的组成部分；并且
转发这些上层分组中的至少一些用于进一步的处理，
其特征在于，
根据所述序列号中的一些确定至少一个上层分组的组成部分已经提前数量为DeltaSN的顺序到达，所述DeltaSN对应于多于一个的顺序位置；并且
如果DeltaSN超过对应于多于一个的顺序位置的规定极限，则延迟所述至少一个上层分组的转发；
其中所述数量DeltaSN根据下层分组的序列号的无序程度来确定；并且
所述规定极限是早到达的下层分组的序列号超过下一个到达的下层分组的序列号的数量的极限。
2.按照权利要求1的方法，其中当至少一个所述上层分组正被延迟时，一个或多个比被延迟的分组顺序上在前的上层分组被重构和转发，从而部分地重排序被转发的上层分组。
3.按照权利要求2的方法，其中：
在延迟期间一个或多个顺序上在前的上层分组的转发导致DeltaSN减小；并且
当DeltaSN下降到所述规定极限时，所延迟的上层分组被转发。
4.按照权利要求2的方法，其中：
在延迟期间一个或多个顺序上在前的上层分组的转发导致DeltaSN减小；并且
在下列情况中的较早者发生时，所延迟的上层分组被转发：(a)当DeltaSN下降到所述规定极限时，或(b)达到所述延迟的规定的最高限度时。
5.按照权利要求1的方法，其中：
所述上层分组具有最大的可允许的混乱程度，被称为p；并且
所述规定极限被设置为可共同构成p个上层分组的下层分组的数目。
6.按照权利要求5的方法，其中所有的上层分组都由相同数目的q个下层分组构成，并且所述规定极限是p×q。
7.按照权利要求5的方法，其中
所述上层分组由至少为q的可变数目的下层分组构成，并且所述规定极限是p×q。
8.按照权利要求1的方法，其中已经被识别为丢失或丢弃的下层分组的序列号被考虑，以便减小下层分组的序列号被确定为无序的程度。
9.按照权利要求1的方法，还包括测量到达的分组的混乱量并且提供至少一个关于多少无序分组传送正发生的统计估计。
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