CN102415064B - 用于在通信网络中处理数据流的技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在无线通信网络中处理数据流的方法。属于不同数据流的数据分组被通信网络的装置(2)接收，并且在被所述装置在无线电信道上发送到至少一个节点(10、11、12)之前被存储在队列中。在多个节点之间对到所述无线电信道的接入进行时间共享。所述方法包括：确定与数据流相关联的时间的至少一个步骤，所述时间对应于用于传送在队列中存储的所述数据流的分组所需要的虚拟时间；以及为了传送数据分组，从多个数据流中选择数据流的步骤，其中选择具有最短相关联的时间的流，以及传送从队列中检索的所选择数据流的分组的步骤。

Description

用于在通信网络中处理数据流的技术

技术领域

本发明处于经由无线通信网络进行通信的领域，具体地用于其中在多个节点之间对到无线电信道的接入进行时间共享(time-share)的网络。更确切地，本发明涉及一种在这样的通信网络中处理流的技术。

背景技术

越来越多的服务正被部署在到分组通信网络(例如，因特网)的接入上，而与所述服务是固定的还是移动的无关。作为示例，这些服务包括语音呼叫、视频文件传输、游戏和网站(web)类型服务。根据它们的本质，它们具有在延迟和分组丢失率方面不同的服务质量要求。

在编号EP 2 031 809下公布的欧洲专利申请提出了一种处理流的方法，其使得能够对通信网络中的一点处的数据流实现有区分的处理。属于不同流的数据分组由通信网络的装置来接收，并且它们被存储在队列中，以便所述装置进行向前发送。为了发送数据分组，选择队列中向其分配最少存储空间的流，并且从队列中提取所选择流的分组并进行发送，并且当队列中可用的存储空间无法使得能够存储所接收的分组时，选择队列中被分配最多存储空间的流，并且从队列中删除所选择流的数据分组。分组的这种有区分处理不要求对属于各个流的分组进行明确标记。它使得能够提供不同的服务等级，寻求按照隐性的方式(即，没有明确地确定相关联的应用地)、基于优先级来发送特定类型的流。

下面考虑如下装置，在该装置中，接口之一是无线类型的(即，通过无线电来进行操作)，并且对于该装置，在各个用户之间对到无线电资源的接入进行时间共享。各个用户或者各件设备经由无线接口而连接到所述装置。当各件设备之一与所述装置之间的链路经受差的无线电条件时，选择低数据速率，并因此发送分组所需要的时间将更长。因为对到无线电资源的接入进行时间共享，所以这种更长的时间推延了在装置中等待的所有分组的发送。这样，一旦一个用户经受差的无线电条件，则其它用户也处于不利地位。

在操作中，该装置在它的接口之一上接收属于用于不同用户的不同流的分组，并且它经由无线接口来将它们发送到这些流的目的用户。上述流处理方法没有使得能够在这样的情形下获得良好的性能。作为示例，对于其每一个具有相同类型(例如，“流传送”模式中的视频文件传输)的前向流的两个用户A和B，这两个用户A和B的相应流将通过所述流处理方法来相对于这些用户的任何其它非实时流而区分开，并且基于优先级来进行处理。如果用户A经受与用户B的无线电条件相比较差的无线电条件，则由于上面陈述的原因，所以用户A的流将使得用户B的流处于不利地位。因此，如在文档EP 2 031 809中提出的在流之间的隐性区分处理没有使得能够在对分组进行调度、以在具有时间共享接入的无线电接口上进行发送方面，获得良好的性能。

发明内容

本发明的目标之一是消除所述技术状态的不足/缺点，和/或提供对其的改进。

在第一方面，本发明提供了一种流处理方法，其中属于不同流的数据分组被通信网络的装置接收，并且被存储在队列中以由所述装置在无线电信道上发送到至少一个节点，在多个节点之间对到所述无线电信道的接入进行时间共享，所述方法包括：

·确定与流相关联的持续时间的至少一个步骤，所述持续时间对应于发送在队列中存储的所述流的分组所需要的虚拟持续时间；以及

·为了发送数据分组，从多个流之中选择各流之一的步骤，在该步骤中，选择相关联的持续时间为最小的流，以及发送如从队列中提取的所选择流的分组的步骤。

这样，借助于本发明，可能获益于构成专利申请EP 2 031 809的主题的流处理方法的优点，同时考虑了具有时间共享接入的无线电信道的具体特点。具体地在IEEE 802.11标准、全球微波接入互操作性(WIMAX)标准、或者通用移动电信系统高速下行链路分组接入(UMTS HSDPA)标准中，对这样的无线电信道进行了规定。

在适合于对数据分组进行路由的通信网络的设备中实现了所述流处理方法。例如，它可以是通信网络的接入点，这使得各件设备能够经由接入共享的无线电信道来接入通信网络。

由于用于区分流的准则，因此所述方法使得能够考虑在不存在任何其它流的情况下、与用于转发存储于队列中的流的所有分组所需要的持续时间对应的虚拟持续时间。通过考虑与流相关联的这个持续时间，可能对流进行区分，并然后可能将有区分的处理应用到流的分组。当考虑第一用户的流时，本质上对延迟和分组丢失更加敏感的第一用户的实时类型的流获益于比相同第一用户的非实时类型流优先的处理。

现在考虑第二用户使用与第一用户的数据速率等同的数据速率。当这个第二用户的流同样由所述装置来处理时，也获得在第一和第二用户的流之间的隐性区分。然后，考虑第三用户使用低数据速率(具体地，因为差的无线电条件)。对于前两个用户，同样获得在第三用户的流之间的隐性区分。此外，由于所述流处理方法，所以通过考虑用户所遇到的相应无线电条件，可能独立于流的用户地向所有流提供不同的处理。

此外，类似于在专利申请EP 2 031 809中描述的流处理方法，不需要明确地标记分组，以便作为所需要的服务质量的函数来区分与服务相关的数据流。本发明利用如下观察。与实时类型的服务相关的流自然地由该流的发送者(具体地作为由发送者所限制的流速率的结果)来规定。相反，在被发送时，没有规定与非实时服务(例如，数据传输服务)相关的流。

应该观察到，这样的有区分处理适应服务和流结构方面的改变。这样，流可具有不同种类的部分，这些不同部分对应于相应的不同服务。例如，单个流可包括需要实时处理的电话交谈，接着是接收机要在延迟的时间中处理的文件传输。

所述流处理方法因此使得可能考虑流的本质和无线电条件二者，同时处理用于对到无线电资源的接入进行共享的用户集合的流。

根据具体特征，当队列没有使得能够存储所接收的分组时，所述方法还包括：

·选择流的步骤，在该步骤中选择相关联的持续时间为最大的流；以及

·从队列中删除所选择的流的至少一个数据分组的步骤。

当所述队列饱和并且没有使得能够存储所接收的分组时，所述方法因此确定具有在队列中等待的分组的流之中的、与其它流相比、发送等待分组所需的虚拟持续时间为最大的流。所述有区别的处理通过从流中删除发送在队列中存储的所有分组将需要在最长时间长度中占用无线电资源的分组，来使得能够解放存储空间，以便使用于所述装置新接收的分组所需的存储空间可用。例如，具体因为在比开放系统互连(OSI)参考模型的第2级和3级层更高的级层中实现的保护，所以数据传输流一般对延迟和分组丢失更具容忍性。

根据其它具体特征，所述方法还包括：获得代表在接入点和节点之间的链路的无线电条件的指示符的步骤，作为与在所述接入点与流的目的节点之间的链路有关的所述指示符的函数来确定与流相关联的持续时间。

这样，当无线电条件(具体地作为无线电接口改进或恶化的结果而)变化时，作为新的无线电条件的函数来重新评估与流相关联的持续时间。因此，流的有区别处理没有被“冻结(frozen)”，并且按照这个方式来适应新的无线电条件。

代表无线电条件的指示符可具体地属于至少包括数据速率和无线电质量指示符的组。

此外，在具体实施例中，当在OSI参考模型的第2级或第3级的层中处理数据分组的同时，执行所述方法的步骤。

流的处理可以在OSI参考模型的各个层中执行，并且更确切地在第2级和第3级的层中执行。这些是媒体接入控制(MAC)层、链路逻辑控制(LLC)层、或者因特网协议(IP)层。

在第二方面，本发明还提供了一种用于在通信网络中处理流的装置，属于不同流的数据分组被接收，并且被存储在队列中以由所述装置在无线电信道上进行发送，在多个节点之间对到所述无线电信道的接入进行时间共享，所述装置包括：

·确定部件，用于确定与流相关联的持续时间，所述持续时间对应于用于发送在队列中存储的所述流的分组所需要的虚拟持续时间；

·选择器部件，用于为了发送所述流的数据分组的目的而从多个流之中选择各流之一，所述选择器部件被安排为选择相关联的持续时间为最小的流；以及

·发送器部件，用于在无线电信道上发送如从队列中提取的所选择流的分组。

在第三方面，本发明还提供了一种到通信网络的接入点，所述接入点包括如上所述的用于处理流的装置。

在第四方面，本发明提供了一种用于用以处理流的装置的程序，所述程序包括程序代码指令，当所述装置执行所述程序时，所述程序代码指令用于控制上述方法的步骤的执行，并且本发明还提供了一种记录介质，其能够由用于处理流的装置来读取，并且在其上记录有用于所述用于处理流的装置的程序。

附图说明

借助于参考附图而给出的、本发明的方法的具体实现的如下描述，能够更好地理解本发明，在附图中：

·图1示出了通信系统；

·图2示出了在本发明的具体实现中的方法的步骤；以及

·图3示出了在本发明的具体实施例中的用于处理流的装置。

具体实施方式

图1示出了通信系统1，其使得用户10、11、12能够接入诸如电话、电视、视频点播、因特网之类的各种服务。每个用户或节点10、11、12经由通信系统1的接入点2而连接到所述系统。更确切地，接入点2是无线接入点，并且用户10、11、12利用时间共享的接入无线电资源或信道来与接入点2进行通信。它可以是发生符合IEE 802.11标准的接入的无线电资源。接入点2本身连接到接入网络3。此网络使得用户能够经由服务网关或者服务器50、51来接入因特网4或各种其它服务。

当用户10、11、12接入具体服务时，在接入点2与因特网4的设备或者服务网关50、51之间交换与该具体服务相关的数据分组。

下面，术语“流”指的是与给定应用实例(例如，电话交谈、传送视频流、下载文件等)相关联的用户的数据分组的集合。作为非限制性示例，在IP类型的网络中可以通过如下的五元组来标识流：源地址；目的地址；源端口编号；目的端口编号；和协议(传送控制协议(TCP)或者用户数据报协议(UDP))。利用IPv6协议，所述流可以仅仅通过为此目的所提供的“流ID”字段来进行标识。应该观察到，流标识仅仅通过读取协议报头的字段来进行。此外，单个流可包括不同的部分，这些不同的部分不具有相同的服务质量要求。例如，在单个流中，可存在要求实时处理的电话交谈，接着是意欲由接收机在延迟的时间中处理的文件传输。流还可以包括浏览具有用于查询(consulting)页面的交互部分的网站(其在本质上对延迟和分组丢失率敏感)，接着是本质上在容忍延迟和分组丢失方面更好的文件传输部分。

这里，考虑属于多个用户的流的具体情形，所述多个用户经由时间共享的接入来使用无线电资源。

接入点2接收数据分组，将它们存储在队列中，并且作为路由准则的函数来发送它们。

作为示例，现在考虑在IP类型的网络中对数据分组进行路由。负责路由数据的设备实现各层的OSI参考模型，并且更具体地，实现第2级和第3级的层。这些层是MAC层、以及LLC或IP层。这些各个层一般实现用于彼此之间的数据交换的队列。这里考虑一具体层。所述层从更高层接收的数据分组被存储在队列中，并且将它们发送到较低层，以进行处理。

作为示例，考虑其中在LLC层级处(并且具体地，在从较高IP层到较低MAC层的数据分组队列的管理中)实现所述方法的具体实现。

所述队列还包括与每个流相关联的持续时间，该持续时间代表发送用于该流的存储在队列中的分组所需要的虚拟(virtual)持续时间。这个虚拟持续时间取决于针对要向其发送流的用户所选择的数据速率。它对应于没有约束地(即，在不存在任何其它流的情况下)发送分组。

通常，本发明的流处理方法用于调度通过所述接入点2而向共享无线电资源的各个用户传送的流。比其它流优先地处理呈现出最佳速率的来自用户的实时类型的流。以非优先的方式来处理呈现出最差速率的用户的非实时类型的流。

接下来是在图2所示的具体实现中的流处理方法的描述。

在等待第一步骤E1中，所述方法等待事件。

在步骤E5期间，从IP层接收用于发送的数据分组。所述数据分组从接入网络3接收，并且用于发送到所述节点或用户10、11、12之一。

在测试可用存储空间的步骤E6中，验证所述分组是否可存储在队列中，即，在队列中可用的存储空间是否大于所接收的分组的尺寸。

如果队列中的空闲存储空间与所接收的分组的尺寸相比是足够的，则在步骤E7中，根据数据分组的报头(例如，根据五元组{源地址；目的地址；源端口编号；目的端口编号；和协议})来确定该数据分组属于哪个流，并且将分组存储在队列中。还对与所述流相关联的持续时间进行更新，以考虑分组的虚拟发送持续时间。作为示例，可适当的是，作为针对流的用户所存储的数据速率的函数来再一次确定与所述流相关联的虚拟持续时间。然后，所述方法返回到等待事件的步骤E1。

如果在步骤E6结束时，发现队列中的空闲存储空间与所接收的分组的尺寸相比是不足的，则在第一流选择步骤E8中，作为与所述流相关联的相应持续时间的函数来选择具有在队列中存储的分组的各流之中的一个流。更确切地，从各个流中选择的流是具有最大的相关联持续时间的流，即发送在队列中存储的所有分组所需要的虚拟持续时间为最大的流。

在第一处理步骤E9中，从队列中提取所选择的流的分组，并从队列中删除它。更新与所述流相关联的持续时间，以便从其中删除用于发送所删除的分组的持续时间。

与具有等待分组的其它流相比、相关联的持续时间较大的流是非优先的流。有区分的处理使得能够释放存储空间，以便使得在步骤E5中该装置新接收的分组所需要的存储空间可用。具体地因为在比OSI参考模型中的第2级和第3级处的层更高级处的层中实现的保护，所以数据传输流具体地对于延迟和分组的丢失更具容忍性。由于它们通常不在传送时进行规定(regulate)，所以可能存在在队列中等待的大量分组。这样，在考虑无线电条件的同时，从队列中删除非优先流的至少一个数据分组，且无需作为服务类别的函数来预先标记该分组。在用于管理队列的操作的通常模式中，如果发生这样的饱和，则不处理所接收的分组。然而，未处理的分组可能恰好形成高优先级流的一部分。

然后，所述方法转到测试可用存储空间的步骤E6。当分组可能具有各个长度时，通过删除分组而使得可用的存储空间不需要一定使得能够接纳所接收的分组。

在步骤E2期间，检测来自MAC层并且寻求获得数据分组以进行转发的请求。

在第二流选择步骤E3中，作为与该流相关联的相应持续时间的函数来选择具有存储于队列中的分组的各流之中的一个流。更确切地，选择相关联的持续时间为最少的流，即，用于发送所有分组所需要的时间为最短的流。

在第二处理步骤E4中，在队列中提取属于所选择的流的分组，并将它发送到MAC层，以用于发送到它的目的地。更新与对应于所提取分组的流相关联的持续时间，以便从其中删除发送所选择分组所需要的虚拟持续时间。

与具有等待分组的其它流相比、相关联的持续时间为最少的流是优先的流。考虑与所述流相关联的虚拟持续时间的有区分处理使得能够在优先级的基础上发送流，并且具体地为实时类型的流，与非实时流相反地，该实时类型的流在本质上对延迟和分组丢失更加敏感。因而，它们获益于在正处理队列中的分组的同时的优先级处理。这样，作为无线电条件的函数、按照优先级来发送优先流的至少一个数据分组，而不需要作为服务类别的函数来使得分组被预先标记。在用于管理队列的操作的通常模式中，在这样的情形下，并且作为示例，发送存储于队列中的最老分组之中的分组。在这样的情形下，即使属于优先流的分组可能恰好保留在队列中，发送的分组也可能属于非优先的流。

然后，所述方法返回到等待事件的步骤E1。

在获得代表无线电条件的指示符的步骤E10期间，从MAC层获得代表在接入点2与用户10、11、12之一之间的链路的无线电条件的指示符。作为示例，该指示符可以是与用户相关联的数据速率。这个数据速率代表在给定时刻处、针对发生在所述用户10、11、12与接入点2之间的数据交换所选择的数据速率。根据流的报头来确定流的用户，例如根据在报头中包括的目的IP地址来确定流的用户。

在确定与流相关联的持续时间的步骤E11中，当数据速率已经改变时，所述方法针对该用户的每个流并且作为所获得数据速率的函数，来确定与流相关联的持续时间，该持续时间对应于接入点2发送用于所述流的在队列中存储的所有分组所将需要的虚拟持续时间。更确切地，接入点2针对这个用户的每个流来确定持续时间，该持续时间等于将队列中的流的分组所占用的存储空间除以针对该流的用户所获得的数据速率。这样，在选择流以进行发送和进行删除的步骤E3和E9期间，考虑在无线电接口处所观察的条件。

上面对于LLC层中的具体实现而给出了所述方法的描述。所述方法还可以实现在IP层中，或者实现在MAC层中。

在如上所述的方法中，为了确定与流相关联的持续时间，代表所使用的无线电条件的指示符是通过无线电接口所选择的数据速率。这个持续时间可通过任何其它手段来确定，具体地可以通过考虑与无线电质量有关的指示符来确定。该思路是使用如下的函数，该函数使得能够基于向流的分组分配的存储空间并且基于与用户相关联的无线电质量指示符来获得与流相关联的持续时间，该持续时间代表用于发送在队列中存储的流的分组的虚拟持续时间。

接下来是参考图3所给出的、在本发明具体实施例中的用于处理流的装置的描述。

用于在通信网络中处理流的装置100包括：

·存储区域110，被安排为按照队列的形式来存储流的数据分组和与具有在存储区域110中存储的数据分组的各个流相关联的持续时间二者；

·接收机模块102，用于从接入网络3接收数据分组的流，并且用于将它们存储在队列中，以使得能够随后发送它们；

·选择器模块104，用于选择流，被安排为作为预定准则的函数来在具有存储于队列中的分组的各流之中选择各流之一，所述预定准则取决于与从该队列中选择的流相关联的持续时间；

·控制模块106；以及

·模块108，用于利用时间共享的接入来在无线电信道上进行传送和接收。

模块104被安排为从具有存储在存储区域110中的数据分组的各流之中选择一个流。更确切地，模块104被安排为选择相关联的持续时间为最小的流，或者选择相关联的持续时间为最大的流。

控制模块106被安排为确定与流相关联的持续时间，以控制流选择器模块104并且处理如从所述队列中提取的所选择流的至少一个数据分组。更确切地，所述控制模块106被安排为作为由选择器模块104所选择的流的函数来从队列中删除数据分组，并且当适当时，向模块108发送所述分组，以在无线电信道上进行传送。

控制模块106还被安排为从收发器模块108获得与用户相关联的数据速率，该数据速率用于更新与该用户的流相关联的持续时间。

模块102、104、106和108被安排为实现上述的方法。它们优选地为包括软件指令的软件模块，当通过用于处理流的装置来实现所述软件模块时，所述软件指令用于促使执行上述方法的步骤。因此，本发明还提供了：

·用于用以处理流的装置的程序，所述程序包括程序代码指令，当由所述装置来执行所述程序时，所述程序代码指令用于控制上述方法的步骤的执行；以及

·记录介质，其可由用于处理流的装置来读取，并且在其上记录有所述用于用以处理流的装置的程序。

所述软件模块可存储在数据介质中，或者通过数据介质来传递。所述介质可以是硬件存储介质，例如致密盘只读存储器(CD-ROM)、磁软盘、或硬盘，或者它可以是诸如电、光或无线电信号的传送介质、或电信网络。

用于处理流的装置100可以被合并到通信网络的接入点2中。

本发明同样可应用到各种类型的时间共享的接入无线电资源，诸如WIMAX或者UMTS HSDPA。

Claims (7)

1.一种流处理方法，其中属于不同流的数据分组被通信网络的装置接收，并且被存储在队列中以由所述装置在无线电信道上发送到至少一个节点，在多个节点之间对到所述无线电信道的接入进行时间共享，所述方法包括：

·确定与流相关联的持续时间的至少一个步骤(E4、E7、E9、E11)，所述持续时间对应于用于发送在队列中存储的所述流的分组所需要的虚拟持续时间，所述虚拟持续时间对应于在不存在任何其它流的情况下、用于转发存储于队列中的流的所有分组所需要的持续时间；以及

·为了发送数据分组，从多个流之中选择各流之一的步骤(E3)，在该步骤中，选择相关联的持续时间为最小的流，以及发送如从队列中提取的所选择流的分组的步骤(E4)。

2.根据权利要求1的方法，其中，当队列没有使得能够存储所接收的分组时，所述方法包括：

·选择流的步骤(E8)，在该步骤中选择相关联的持续时间为最大的流；以及

·从队列中删除所选择的流的至少一个数据分组的步骤(E9)。

3.根据权利要求1的方法，还包括：获得代表在接入点和节点之间的链路的无线电条件的指示符的步骤(E10)，作为与在所述接入点与流的目的节点之间的链路有关的所述指示符的函数来确定所述与流相关联的持续时间。

4.根据权利要求3的方法，其中所述代表无线电条件的指示符属于至少包括数据速率和无线电质量指示符的组。

5.根据权利要求1的方法，其中，当在OSI参考模型的第2级或第3级的层中处理数据分组的同时，执行所述方法的步骤。

6.一种用于在通信网络中处理流的装置(100)，属于不同流的数据分组被接收，并且被存储在队列(110)中以由所述装置在无线电信道上进行发送，在多个节点之间对到所述无线电信道的接入进行时间共享，所述装置包括：

·确定部件(106)，用于确定与流相关联的持续时间，所述持续时间对应于用于发送在队列中存储的所述流的分组所需要的虚拟持续时间，所述虚拟持续时间对应于在不存在任何其它流的情况下、用于转发存储于队列中的流的所有分组所需要的持续时间；

·选择器部件(E3)，用于为了发送所述流的数据分组的目的而从多个流之中选择各流之一，所述选择器部件被安排为选择相关联的持续时间为最小的流；以及

·发送器部件(108)，用于在无线电信道上发送如从队列中提取的所选择流的分组。

7.一种通信网络的接入点(2)，所述接入点包括根据权利要求6的用于处理流的装置。