CN101479998A - 用于实时服务的优先序识别的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于通过具有多跳的网络路径把数据分组从源传送到目的地的系统和方法。与所述数据分组相关联的重放延迟与所述跳数的和被存储在该数据分组的报头中。通过所述网络路径把所述数据分组从所述源传送到所述目的地。

Description

用于实时服务的优先序识别的方法和设备
发明背景
本发明总体上涉及互联网协议(IP)网络中的服务质量，更具体来说，本发明涉及在IP网络中对数据分组进行优先排序。
互联网协议(IP)网络中的服务质量(QoS)是由IP网络为通过所述IP网络传送的不同数据流所提供的吞吐量保障(即受保障的吞吐量水平)。
诸如路由器之类的网络组件常常依赖于分组的IP报头中的指示机制来正确地路由所述分组。存在几种IP分组标准(或者版本)。例如，分组可以遵循由互联网协议第4版(IPv4)所定义的标准(即IPv4分组)，或者遵循由互联网协议第6版(IPv6)所定义的标准(即IPv6分组)。
图1是IPv4分组报头100的方框图，其包括服务类型(TOS)字段104。所述TOS字段104用于因特网服务质量选择。通过诸如优先序(precedence)、延迟、吞吐量和可靠性之类的参数来指定服务类型。所述IPv4报头100还包括生存时间(TTL)字段108。所述TTL字段108包含这样的值，该值向网络路由器或交换机表明该分组是否已经在所述网络中存在太久并且应当被丢弃。出于多种原因，分组可能无法在合理的时间长度内被递送到其目的地。例如，不正确的路由表可能导致分组在两个路由器之间无止尽地循环。一种解决方案是在一定时间之后丢弃该分组。初始的TTL值108被设置在所述分组报头的8比特字段中。由于要求每一个路由器从所述TTL字段中减去至少一个计数，因此所述计数通常被用来指示在必须丢弃所述分组之前允许该分组经历的路由器跳数。
图2是IPv6报头200的方框图，其包括通信量分类(TC)字段204。所述IPv6报头200还包括跳数极限字段208。所述跳数极限字段208表明所述分组在被丢弃之前所能行经的最大跳数。所述跳数极限字段208类似于IPv4分组中的TTL值。
图3(a)提供了IPv4 TOS字段104的更多细节。所述TOS字段104包括优先序字段304和优先级字段306。所述优先序字段304是被用来对IPv4分组进行优先级排序的字段。所述优先序字段304指定所述网络是否利用所述优先级字段306来确定分组的优先级，或者指定是否忽略所述优先级字段306并且所述网络不确定分组的优先级。所述优先级字段306允许所述网络利用存在于该网络内的各种排队和拥塞控制机制。
图3(b)提供了IPv6 TC字段204的更多细节。所述TC字段204可以由始发路由器和/或转发路由器使用来识别IPv6分组的不同分类或优先级并且在其间进行区分。所述TC字段204被用来提供用于IPv6分组的各种形式的“区别服务”。区别服务代码点(DSCP)或DiffServe是每一个IP分组的报头中的标记，其提示网络路由器对于各分组流应用有区别的服务等级，从而根据不同的每跳行为(PHB)来转发它们。这样使得因特网以及其他基于IP的网络服务供应商能够为顾客及其信息流提供有区别的服务等级。DiffServ也已经被实现在IPv4分组的TOS字段中。
当分组进入IP路由器时，其IP报头被检查。所述检查确定下一跳以及从当前路由器转发该分组的优先级。通过解译对于IPv4分组的TOS字段104的优先序字段304和优先级字段306以及IPv6分组的TC字段204中的区别服务代码点(DSCP)值来确定所述优先级。如果分组的报头字段没有提供用于确定其优先级的足够引导，则执行深度分组检查以便获得可以作为优先级判定的依据的更多信息。
分组的优先级影响到该分组何时被调度传送到其下一跳。在有线网络中，分组调度任务是(在恒定的功率、数据速率下并且通过一条共享信道)把分组与时隙相关联。在无线网络中，分组调度可以比其更具一般性：其功能是在传送分组时调度诸如时隙、功率、数据速率、信道或其组合之类的资源。具体来说，基于源的特性、QoS要求、信道状态和/或队列长度，无线调度器为分组分配时隙、功率、数据速率和/或信道以供传输。
实时传送协议(RTP)是一种用于传送诸如音频和视频之类的实时数据的因特网协议。RTP支持流送数据。为了通过无线信道调度RTP语音流，发送所述语音流的路由器需要知道所述分组在目的地路由器处的预定时间(即该分组的最终期限)。但是RTP语音流的分组可能被加密。如果所述语音流被加密，则无法从所述分组中获取所述最终期限。具体来说，如果分组被加密，则涉及到分组检查的任何方法通常都将是无效的，这是因为由于所述加密而无法获得关于所述分组数据的重要性的附加知识。
无线链路通常是所述网络中的第一条链路或者最后一条链路。多数QoS常常由最后一个无线跳跃节点(例如路由器)的行为决定。所述最后一个无线跳跃节点通常不能单独使用分组的报头来确定某一分组在相同服务集合的各分组(例如与单一互联网协议语音(VoIP)电话呼叫相关联的各分组)当中的相对重要性。
因此，仍然需要一种在最后一个跳跃节点处识别分组的优先级的改进方式。
发明概要
本发明是一种用于通过具有多跳的网络路径把数据分组从源传送到目的地的方法和设备。与所述数据分组相关联的重放延迟与所述跳数的和被存储在该数据分组的报头中。通过所述网络路径把所述数据分组从所述源传送到所述目的地。
在一个实施例中，在所述源处计算所述重放延迟与所述跳数的和。可替换地，可以在所述目的地处计算所述和。
在一个实施例中，在所述重放延迟与所述跳数的和过期之前、在VoIP电话呼叫期间处理(例如由无线电话播放)所述数据分组。所述重放延迟与所述跳数的和可以被存储在所述分组的报头的TTL字段中。例如可以通过由所述源对所述目的地进行脉冲探测(ping)来确定所述跳数。可以根据所述重放延迟和所述跳数来确定所述数据分组的优先级。
通过参照下面的详细描述和附图，本领域技术人员将认识到本发明的上述和其他优点。
附图简述
图1是现有技术IPv4分组报头的方框图；
图2是现有技术IPv6分组报头的方框图；
图3(a)是分组的IPv4报头的现有技术服务类型(TOS)字段的方框图；
图3(b)是分组的IPv6报头的现有技术通信量分类(TC)字段的方框图；
图4是根据本发明的实施例的由传送路由器向目的地路由器传送分组的方框图；
图5是根据本发明的实施例的用于调度分组的最终期限所执行的各步骤的流程图；
图6是根据本发明的实施例的用于确定从传送路由器接收的分组的优先级的由目的地路由器所执行的各步骤的流程图；以及
图7是根据本发明的实施例的计算机的高级别方框图。
详细描述
根据本发明的实施例，图4示出了从发送节点404发送到接收节点406的通信的方框图。在一个实施例中，所述发送节点404和/或接收节点406是无线电话。所述发送节点404把分组传送到传送路由器408(例如基站路由器(BSR))。所述传送路由器408可以把分组的TOS或TC字段设置成DiffServ顺从。
所述传送路由器408随后把所述TTL值设置到预定的最大值(即TTLMAX)。该预定的最大值可以是在所述传送路由器408与目的地路由器424(例如BSR)之间协商的参数(TTLNEG)(例如在会话发起协议(SIP)/会话描述协议(SDP)会话协商中)。可替换地，所述预定的最大值可以是默认的最大值。
所述分组随后被传送到第二跳412、第三跳416和第四跳420。这些跳412、416、420中的每个例如可以是路由器或交换机。每一个路由器412、416、420从所述分组的报头的TTL字段中减1。所述分组随后被发送到所述目的地路由器424。该目的地路由器424提取所接收的TTL(即TTLRX)。在一个实施例中，所述目的地路由器424随后确定跳跃计数。根据以下公式来确定所述跳跃计数：
跳数＝TTLMAX-TTLRX
或者根据以下公式来确定所述跳跃计数：
跳数＝TTLNEG-TTLRX
所述目的地路由器424包括调度器428。该调度器428确保分组在其跳跃计数穷尽之前到达所述接收节点406。所述调度器428使用所述跳跃计数来确定其在调度所述分组方面具有多少灵活性。对于每一个分组时间(即与分组相关联的预定的时间间隔)，所述调度器428从所述跳跃计数中减1。
所述目的地路由器424随后把对于后续的各实时(RT)分组的TTL值设置到TTL＝跳数+1。所述目的地路由器424随后对TTLRX执行连续的检查。如果TTLRX≠0，则所述目的地路由器424重新评估所述跳跃计数并且在必要时重新计算跳数。如果TTLRX＝0，则所述目的地路由器424继续使用TTL＝跳数+1。
虽然在上面被描述为使用所述TTL字段，但是本发明也适用于IPv6分组，并且特别适于使用所述跳数极限字段。正如下面更加详细地描述的那样，本发明的实施例与所述TTL或跳数极限字段相结合地使用所述TOS或TC字段。
图5的流程图示出了根据本发明的实施例的用于确定语音流分组的最终期限所执行的各步骤。由于使用了经过修改的TTL(或跳数极限)字段，因此不需要进行深度分组检查来确定分组的最终期限。
首先，在步骤504中确定所述语音分组通过IP网络从所述传送路由器408行进到所述目的地路由器424所需要的跳数。在一个实施例中，所述传送路由器408对所述目的地路由器424进行脉冲探测以便确定所述跳数。确定所述跳数的原因是所述目的地路由器424随后使用所述传送路由器408与所述目的地路由器424之间的IP路由器跳跃计数来确定所述分组的最终期限。
接下来，由所述目的地路由器424确定处理所述分组(例如在无线电话上输出)所需要的时间段。典型的VoIP应用把到来的分组缓冲在播放缓冲器中并且延迟其播放，以便补偿可变的网络延迟(即抖动)。这允许最慢的分组及时到达以供播放。在步骤508中确定由所述目的地路由器424所施加的重放延迟的长度(即所述播放缓冲器的长度)。
在所述目的地路由器424中确定所述播放缓冲器长度的原因是为了允许确定需要把多少额外的“虚拟”跳跃加到所述跳跃计数中以便指示所述分组的最终期限。确定“虚拟”跳跃是针对所述播放缓冲器把这样的数量加到所述TTL字段中，该数量等效于针对一跳被加到所述TTL字段中的数量。
例如，如果所述传送路由器与所述目的地路由器之间的跳跃计数是N跳，并且所述目的地路由器中的播放缓冲器是X个分组，则需要把所述跳跃计数设置到N+X。因此，X代表所述分组与其他分组相比的相对重要性。
随后在步骤512中把在由所述目的地路由器接收到所述分组时所剩余的跳跃计数用作指示符，以便向所述调度器指示分组的最终期限。在所述语音分组通过所述IP网络从所述传送路由器行进到所述目的地路由器时，每一个IP路由器从由所述传送路由器设置的跳跃计数中减1。
所述目的地路由器接收到跳跃计数X。如上所述，该目的地路由器随后使用该剩余的跳跃计数X作为指示符，以便向所述无线信道调度器指示该调度器在调度所述分组方面有多少灵活性。对于每一个分组时间，所述无线信道调度器从X中减1。与X的较小值相比，如果X较大，则所述无线信道调度器可以使用更为激进的调度机制在终端处递送所述分组。X代表所述分组的相对重要性，这是因为随着X增大，所述调度器在必须使用所述分组之前就有更多的时间。类似地，随着X减小，所述调度器在必须使用所述分组之前所具有的时间就越少。结果，X代表所述分组的重要性(也就是说，分组越重要，X就越低)。
对于由所述接收节点406传送到所述发送节点404的分组适用相同的处理。因此，当所述目的地路由器424接收到来自所述接收节点406的分组以供传送到所述发送节点404时，该目的地路由器424已经“知道”应当基于该目的地路由器424先前从所述传送路由器408接收的一个(或多个)分组把该分组的跳跃计数设置到什么值。一旦设置了该跳跃计数之后，所述传送路由器408就接收所述分组，并且可以在步骤512中确定该分组例如具有高优先级并且需要被快速递送到所述发送节点404。
图6示出了由所述目的地路由器424在接收到分组时所执行的各步骤的流程图。所述目的地路由器424在步骤604中接收来自所述IP网络的入站分组，并且在步骤608中检查所述TOS(或TC)字段以及所述TTL(或跳数极限)字段。所述目的地路由器524随后在步骤612中确定所述TOS(或TC)字段是否等于“立刻”或“优先”。如果在步骤612中所述TOS字段不等于“立刻”或“优先”，则所述目的地路由器424(即所述调度器428)在步骤614中使用“普通”优先级处理方法。普通优先级处理方法包括令所述分组按照该分组进入到目的地路由器的队列中的顺序经过该队列(例如在所述TTL字段高到足以使得该TTL字段在被发送出所述目的地路由器424之前不会减小到零的情况下)。
如果在步骤612中所述TOS字段＝“立即”或“优先”，则所述目的地路由器424在步骤616中确定是否有TTL＝0。如果是的话，则该目的地路由器424(即所述调度器428)在步骤620中对所述分组进行优先级排序以供传送(即对所述分组进行加速)。所述目的地路由器424通过在该目的地路由器的队列中上移所述分组来加速该分组，以便尽可能快地“播放”该分组。如果不是的话，则所述目的地路由器424在步骤624中对于所述分组使用普通优先级排序传送。所述目的地路由器424还可以接收来自所述接收节点406的分组。在发生这种情况时，该目的地路由器424把所述TTL字段递减1(即普通TTL处理行为)。
前面的描述在实现本发明的实施例所需要的处理步骤方面描述了本发明的实施例。这些步骤可以由适当编程的计算机执行，其中对于所述计算机的配置在本领域中是公知的。例如可以利用公知的计算机处理器、存储器单元、存储设备、计算机软件以及其他组件来实现适当的计算机。在图7中示出了这种计算机的高级别方框图。计算机702包含处理器704，其通过执行定义计算机702的总体操作的计算机程序指令来控制所述操作。所述计算机程序指令可以被存储在存储设备712(例如磁盘)中，并且在期望执行所述计算机程序指令时将其加载到存储器710中。计算机702还包括一个或多个接口706以用于与其他设备进行通信(例如进行本地通信或者通过网络进行通信)。计算机702还包括输入端/输出端708，其代表允许用户与所述计算机702进行用户交互的设备(例如显示器、键盘、鼠标、扬声器、按钮等等)。本领域技术人员将认识到，实际计算机的实现方式还将包含其他组件，并且图7是用于说明性目的的对于这种计算机的某些所述组件的高级别表示。例如，计算机702可以表示图4的传送路由器和/或接收路由器。此外，本领域技术人员将认识到，可以利用专用的硬件来实现这里所描述的各处理步骤，其中特别针对实现这种处理步骤来配置所述专用硬件的电路。可替换地，可以利用硬件与软件的各种组合来实现所述处理步骤。此外，所述处理步骤可以在计算机中发生，或者可以是更大的机器的一部分。
前面的详细描述应当在每一方面都被理解为是说明性和示例性而非限制性的，不应当从所述详细描述中确定这里所公开的本发明的范围，而应当从根据专利法所允许的完全宽范围所解释的权利要求书中确定本发明的范围。应当理解，这里所示出及描述的实施例仅仅用于说明本发明的原理，在不偏离本发明的范围和精神的情况下可以由本领域技术人员做出多种修改。本领域技术人员可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下实现多种其他特征组合。

Claims (10)

1、一种用于通过包括多跳的网络路径把数据分组从源传送到目的地的方法，该方法包括：
在所述数据分组的报头中存储与所述数据分组相关联的重放时间与所述跳数的和；以及
通过所述网络路径把所述数据分组从所述源传送到所述目的地。
2、权利要求1的方法，还包括：在所述源和所述目的地的至少其中之一处计算所述和。
3、权利要求1的方法，还包括：根据所述重放时间和所述跳数来确定所述数据分组的优先级。
4、权利要求1的方法，其中，所述存储还包括：在所述数据分组的所述报头的生存时间(TTL)字段和跳跃计数字段的至少一个中存储所述和。
5、权利要求1的方法，还包括：使用所述和来确定调度顺序。
6、权利要求1的方法，还包括：确定与所述数据分组相关联的所述重放时间。
7、一种用于通过包括多跳的网络路径把数据分组从源传送到目的地的系统，该系统包括：
被配置成在所述数据分组的报头中存储与所述数据分组相关联的重放时间与所述跳数的和并且被配置成通过所述网络路径把所述数据分组传送到所述目的地的源。
8、权利要求7的系统，还包括处理器，所述处理器被配置成确定与所述数据分组相关联的所述重放时间。
9、权利要求7的系统，其中，在所述重放时间与所述跳数的所述和过期之前所述目的地处理所述数据分组。
10、权利要求7的系统，其中，所述目的地根据所述重放时间和所述跳数来确定所述数据分组的优先级。
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