CN101772072A - 一种多业务无线网络的速率控制方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多业务无线网络的速率控制方法及设备，所述方法包括：在无线传输设备传输数据包之前，按照设定的分类标准确定数据包类型；根据预先建立的数据包类型与速率控制算法的对应关系选择所确定的数据包类型对应的速率控制算法，计算出发送速率来发送所述数据包。本发明实施例可以为不同业务的数据包选择不同的速率控制算法计算发送速率，使得每种业务都得到最大的性能和质量。

Description

一种多业务无线网络的速率控制方法及设备

技术领域

本发明涉及无线网络，特别是无线网状网络，具体的讲，涉及一种多业务无线网络的速率控制方法及设备。

背景技术

由于易于实施、使用方便，无线网络越来越走入人们的生活。特别是在近些年无线网络的技术不断成熟，越来越多的应用开始应用在无线网络上，网上冲浪、即时通信、电影观看和下载、语音通信、视频监控、语音视频会议等等，举不胜举，人们的生活已和无线通信密不可分。

无线网络采用无线电波作为载体来进行数据传送，而根据不同的调制模式又会有不同的发送速率，例如在无线局域网协议中，802.11a有6Mbps、9Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps和54Mbps这8个速率，802.11b则有1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps这4个速率，802.11g包括802.11a的全部速率，并且可以兼容802.11b的速率，而最新的802.11则有更多的速率可控选择。发送速率的不同不单单会决定无线链路的吞吐量，还会影响链路的丢包率、抖动、延时等参数，所以选择什么样的发送速率对无线链路上运行的业务的质量有重大影响。如何确定发送速率的方法，称为速率控制算法(Rate Control Algorithms)，目前已存在很多不同的速率算法，他们几乎与无线网络同时诞生，各自有各自侧重点的不同，在无线传输中都能很好保证某些业务的质量。但随着越来越多的业务应用于无线网络中，目前任何一个速率控制算法都不能满足所有业务的要求，会存在这样或那样的不足。

不妨以目前业界已存在的Onoe、AMRR和AampleRate这三个速率控制算法为例进行说明。

Onoe算法对每个包的失败与否并不敏感，其是试图找到丢帧率小于50％的最高速率；对于每个目的连接，Onoe保存了一个当前链路的比特速率、以及该比特率的信用度，具体参见文献[1]。

AMRR算法是onoe的改进，使用了二进制避退(BEB)的概念，来适应改变rn/cn的周期，从而更好的适应快速变化的无线信道，具体参见文献[2]。

SampleRate算法周期性的发送其他速率的包进行探询，看其他速率发送是否合适，具体参见文献[1]。

文献[3]中给出了这三种速率控制算法在不同业务的吞吐量的数据，如表1：

表1.不同速率控制算法在不同业务下平均吞吐量(Kbps)

可以看出，没有哪一个速率控制算法可以在所有业务中都取得最高的吞吐量。而且这还仅仅是关于吞吐量的测试，如果在加上对丢包率、延时或者抖动等参数的评估，结果更是如此。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多业务无线网络的速率控制方法及设备，以根据业务特性来选择最适合的速率控制算法，使得每一种业务都能得到最好的质量，最大程度满足该业务的要求。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种多业务无线网络的速率控制方法，包括：

在无线传输设备传输数据包之前，按照设定的分类标准确定数据包类型；

根据预先建立的数据包类型与速率控制算法的对应关系选择所确定的数据包类型对应的速率控制算法，计算出发送速率来发送所述数据包。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供一种多业务无线网络的速率控制设备，包括：

类型确定单元，用于在无线传输设备传输数据包之前，按照设定的分类标准确定数据包类型；

选择单元，用于根据预先建立的数据包类型与速率控制算法的对应关系选择所确定的数据包类型对应的速率控制算法；

计算单元，用于根据选择的速率控制算法计算出发送速率来发送所述数据包。

本发明实施例通过业务类型与速率控制算法的对应表，为不同业务的数据包选择不同的速率控制算法计算发送速率，使得每种业务都得到最大的性能和质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例中多业务无线网络的速率控制方法流程图；

图2为本发明实施例中的无线网络拓扑示意图；

图3为本发明实施例中多业务无线网络的速率控制设备的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明可以应用于所有无线网络，尤其是应用于存在多种业务的无线网络，在该无线网络中许多用户同时使用多种应用服务，例如有使用手机进行语音通话、网上冲浪的，有使用电脑进行视频会议、在线电影以及下载文件的，还有通过摄像头来进行视频监控的，如今的无线网络已经几乎可以实现所有的有线网络所能提供的业务。显而易见的，在网络中的任何一段无线链路上，都可能同时存在着多种类型的数据传输，为了能够尽量满足所有业务所要求的性能，本发明实施例提出了一种专为多业务无线网络提供的速率控制方法，使所有业务的速率要求都可以得到满足。

实施例1

本发明实施例的方法为每一种业务采用最适合其传输特性的速率控制算法来选择发送速率，如图1所示，该方法包括步骤：

步骤110，为无线传输设备安装所需的多种速率控制算法。

在此，所述无线传输设备包括无线网络中所有带有无线信号发射器的设备，如接入设备、路由设备、终端设备等等；所安装的速率控制算法对应着无线网络中存在的业务类型，可能需要安装多种速率控制算法。

本发明实施例中所安装的速率控制算法为目前业界已存在很多成熟并已经开始应用的速率控制算法，用户可以根据自己的需求来选择他们进行安装。如可以为视频包安装针对减少丢包率的速率控制算法，为UDP数据包安装已获得最大吞吐量的速率控制算法等等。

步骤120，建立数据包类型与速率控制算法的对应关系。

本步骤中，为步骤110中安装的速率控制算法分配所要处理数据包的类型，也就是建立起数据包类型与速率控制算法的对应关系，例如制作一张数据包类型与速率控制算法的对应表。

制作数据包类型与速率控制算法对应关系的策略，可以由用户制定，也可以根据服务质量(QoS)的服务类型、出入接口、路由表等作为数据包类型分类标准来制定。例如：

(1)为用户提供接口，用户可以定义对某种类型的数据包选用哪一个速率控制算法，通过ACL(Access Control List，访问控制列表)实现。

用户通过ACL提供的强大功能可以实现多种控制策略，如按照源IP地址进行区分，建立与速率控制算法对应等等。

(2)对于用户为制定的数据包，可根据QoS(Quality of Service，服务质量)的服务类型、出入接口或路由表等信息来进行区分。

目前业界有很多QoS方法，如Interserv、diffserve等等，用户可以根据自己网络采用哪种QoS机制来制定相应的速率控制算法的选择策略，非常灵活方便。本发明并不局限于哪一种QoS机制。

步骤130，在无线设备要传输一个数据包之前，按照设定的分类标准对该数据包进行分类，也就是将该数据包划分到步骤120提供的数据包类型中。

所述分类标准在制作数据包类型与速率控制算法对应关系的策略时确定，该分类标准例如可为：以数据包在访问控制列表的源IP地址、服务质量的服务类型、出入接口和/或路由表信息区分数据包的类型。

确定数据包的类型后，可对所述数据包设置分类标识，以指示数据包类型。所述分类标识设置在无线传输设备的数据结构的已有的成员变量或新建的成员变量中。

例如，对Linux操作系统，本实施例提供两种数据包的标识方法：

(1)分类标识映射在数据结构sk_buff的成员变量priority中，即将不同业务类型的数据包对应为不同的priority值。

(2)在数据结构sk_buff中新建成员变量rc_algorithm，以该成员变量rc_algorithm表示分类标识，将不同业务类型的数据包根据步骤120中的对应表设置rc_algorithm为对应的速率控制算法编号。

步骤140，根据步骤120的对应表和步骤130的分类来选用适合的速率控制算法，计算出发送速率来发送数据包。

例如：

可使用步骤130提供的priority值，则根据priority值来对应相应的速率控制算法；或者

使用步骤130提供的rc_algorithm值，直接根据算法编号对应到速率控制算法。

步骤150，此数据包发送后返回数据信息，为所有速率控制算法共享。

数据包发送结束后，会返回一些此次发送的数据，如是否发送成功、重传次数、信号强度等等，速率控制算法会根据这些数据来调整算法变量，以确定下一次的速率。而此发送返回的数据只与采用哪一个速率有关，而与采用哪一个速率控制算法无关，即此数据反映的是当前信道质量对于此速率的传输情况，是一个与速率控制算法无关的对选用速率的一个客观反映。所以本发明设计所有速率控制算法共享该数据，此做法也对实时性有很大好处。

下面结合一个实施例，来说明本发明如何提升多业务无线网络的服务质量与性能。

图2就是为说明本发明作用的一个典型实施例的网络拓扑结构，其中指出了这个无线网络的主要业务，可以看到共有五种业务，分别是：文件下载、语音电话、视频会议、网上冲浪和视频监控。并且用户为这些业务提出了各自的要求，如下：

(1)文件下载：较高的带宽，减少下载等待时间。

(2)语音电话：较高的通话质量，避免抖动。

(3)视频会议：语音和画面都要清晰、流畅。

(4)网上冲浪：页面打开快速，图片、在线的音乐电影能较快观看。

(5)视频监控：监控画面流畅，避免脱影、马赛克等现象。

其中，所有应用都支持QoS功能，除了视频监控业务的视频编码器(路由器等设备只认为其发送的是普通的数据包)，但是他有固定的IP地址VIP(Video encoder IP address)。

为了给用户提供更好的服务质量，根据本发明提出一个速率控制算法架构，建立步骤如下：

1)为无线传输设备安装所需的多种速率控制算法。

根据用户的需求，为无线设备安装3种速率控制算法，分别是追求更高吞吐量的速率控制算法HT(High Throughput)、追求更低丢包率的速率控制算法LP(Low Packet loss ratio)、以及追求更低抖动的速率控制算法LJ(Low Jitter)。

2)制作一张数据包类型与速率控制算法的对应表。

2.1)由于视频编码器没有QoS功能，本实施例为其专门设置一条目，即通过ACL来设置所有源IP地址为VIP的数据包都使用LP算法计算发送速率。

2.2)根据服务类型QoS来制作条目。对普通数据包，即文件下载和网上冲浪的数据包采用HT算法；视频数据包，即视频会议产生的视频包采用LP算法；语音数据包，即语音电话和视频会议产生的语音包采用LJ算法。

3)将要发送的数据包在计算发送速率之前分类，确定数据包类型。

本实施例中在确定了数据包类型后，通过在sk_buff结构中增加rc_algorithm变量来标识数据包类型，例如将普通数据包的rc_algorithm设为0，将视频数据包的rc_algorithm设为1，将语音数据包的rc_algorithm设为2，将ACL过滤后的源IP等于VIP的数据包的rc_algorithm设为1。

上述步骤2)和步骤3)中生成的不同业务与速率控制算法的对应表及不同业务数据包对应rc_algorithm的值如表2所示。

表2.

4)按照数据包的rc_algorithm值来选择速率控制算法计算发送速率，并发送。

即如果发现是数据包(即为语音包)的rc_algorithm设为2，，就采用LJ算法来计算发送速率。

5)发送结束后，将返回的发送结果信息反馈给所有速率控制算法。

如，语音包的发送结果信息不但会反馈给LJ算法，同时也会反馈给HT和LP算法，供以后计算所需。

这样，每一种业务都能够满足需要。

综上所述，本发明提出的这种速率控制算法的应用构架对无线网络，特别是无线多业务网络的性能、质量都有很大的好处，并还有以下优点：

(1)实施简单，本发明不是提出新的复杂的速率控制算法，而是利用现存的速率控制算法。

(2)配置灵活，用户可以通过ACL对任何业务配置任意的速率控制算法。

(3)实时性强，暂时没有用到的速率控制算法也不会因为信息过失而得出错误的结果。

(4)应用广泛，本发明可以应用在所用需要速率控制算法的多业务无线网络中，而不仅仅是文中提到的无线局域网。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比如ROM/RAM、磁碟、光盘等。

实施例2

如图3所示，本实施例中实现上述方法的无线传输设备包括：

关系建立单元310，用于建立数据包类型与速率控制算法的对应关系。

类型确定单元320，用于在无线传输设备传输数据包之前，按照设定的分类标准确定数据包类型；

分类标识设置单元330，用于对所述数据包设置分类标识，该分类标识用于指示所确定的数据包类型；

选择单元340，用于根据预先建立的数据包类型与速率控制算法的对应关系选择该分类标识指示的数据包类型对应的速率控制算法，计算出发送速率来发送所述数据包。

计算单元350，用于根据选择的速率控制算法计算出发送速率来发送所述数据包。

反馈单元360，用于在所述数据包发送后，将返回的信息反馈至所有速率控制算法对应的计算单元。所述返回的信息包括：发送是否成功、重传次数和/或信号强度信息。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种多业务无线网络的速率控制方法，其特征在于，该方法包括：

在无线传输设备传输数据包之前，按照设定的分类标准确定数据包类型；

根据预先建立的数据包类型与速率控制算法的对应关系选择所确定的数据包类型对应的速率控制算法，计算出发送速率来发送所述数据包。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

该方法还包括：

对所述数据包设置分类标识，该分类标识用于指示所确定的数据包类型；

所述根据预先建立的数据包类型与速率控制算法的对应关系选择所确定的数据包类型对应的速率控制算法是指：根据预先建立的数据包类型与速率控制算法的对应关系选择该分类标识指示的数据包类型对应的速率控制算法，计算出发送速率来发送所述数据包。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

建立数据包类型与速率控制算法的对应关系。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述数据包发送后，根据所述返回的信息，调整所有速率控制算法对发送速率的计算。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述返回的信息包括：发送是否成功、重传次数和/或信号强度信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定的分类标准为：

以数据包在访问控制列表的源IP地址、服务质量的服务类型、出入接口或路由表信息区分数据包的类型。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述分类标识利用无线传输设备的数据结构的已有的成员变量或新建的成员变量值表示。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述分类标识设置为速率控制算法的编号。

9.一种无线传输设备，其特征在于，该设备包括：

类型确定单元，用于在无线传输设备传输数据包之前，按照设定的分类标准确定数据包类型；

选择单元，用于根据预先建立的数据包类型与速率控制算法的对应关系选择所确定的数据包类型对应的速率控制算法；

计算单元，用于根据选择的速率控制算法计算出发送速率来发送所述数据包。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：

该设备还包括：

分类标识设置单元，用于对所述数据包设置分类标识，该分类标识用于指示所确定的数据包类型；

所述选择单元根据预先建立的数据包类型与速率控制算法的对应关系选择该分类标识指示的数据包类型对应的速率控制算法，计算出发送速率来发送所述数据包。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，该设备还包括：

关系建立单元，用于建立数据包类型与速率控制算法的对应关系。

12.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，该设备还包括：

反馈单元，用于在所述数据包发送后，将返回的信息反馈至所有速率控制算法对应的计算单元。

13.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于：

所述返回的信息包括：发送是否成功、重传次数和/或信号强度信息。

14.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述设定的分类标准为：

以数据包在访问控制列表的源IP地址、服务质量的服务类型、出入接口或路由表信息区分数据包的类型。

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