CN103200121A - 一种基于微波传输的以太网流量控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微波传输的以太网流量控制装置和方法。所述方法包括：实时检测无线链路的ACM信息，当ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，生成限速帧发送至数据发送端；在检测ACM信息的同时实时监控缓存水位变化，当缓存水位升至最高门限时，生成流控帧发送至数据发送端，当缓存水位降至最低门限时，生成解流控帧发送至数据发送端。所述装置包括ACM实时检测模块、限速帧生成模块、发送缓存实时监控模块、流控帧生成模块、调度模块。本发明方法和装置通过流控和出口限速相结合的方法来自适应地调整发送速率，可以保证高优先级业务的时延。

Description

一种基于微波传输的以太网流量控制装置和方法

技术领域

本发明涉及微波数据通信技术领域，具体涉及一种基于微波传输的以太网流量控制装置和方法。

背景技术

以太网是目前使用最广泛的局域网技术。由于其简单、成本低、可扩展性强、与IP网络能够很好地结合等特点，以太网技术的应用正从企业内部网络向公用电信网领域迈进。以太网接入是指将以太网技术与综合布线相结合，作为公用电信网的接入网，直接向用户提供基于IP的多种业务通道。以太网的实质是一种二层的媒质访问控制技术，可以在五类线上传送，也可以与其他接入媒质相结合，形成多种宽带接入技术。

随着Internet和基于IP的下一代网络的迅速发展，IP网络已经成为多业务宽带信息通信网络基础设施，包括话音、视频在内的各种通信应用都以IP数据包的方式在网络中传递。而IP网络的传输正式应用的以太网技术。

在传统的IP网络中，所有的报文都被无区别的等同对待，每个转发设备对所有的报文均采用先入先出(FIFO)的策略进行处理，它尽最大的努力(Best-Effort)将报文送到目的地，但对报文传送的可靠性、传送延迟等性能不提供任何保证。网络发展日新月异，随着IP网络上新应用的不断出现，对IP网络的服务质量也提出了新的要求，例如VoIP等实时业务就对报文的传输延迟提出了较高要求，如果报文传送延时太长，用户将不能接受(相对而言，E-Mail和FTP业务对时间延迟并不敏感)。为了支持具有不同服务需求的语音、视频以及数据等业务，要求网络能够区分出不同的通信，进而为之提供相应的服务。QoS技术的出现便致力于解决这个问题。

当以太网在基于微波这一特定介质传输时又面临新的问题。微波传输属于无线通信，在无线通信系统中，受天气等外界环境的影响，无线衰落信道具有时变的特点，使通信过程存在大量的不确定性。为了应对这种不确定性，自适应编码调制(ACM)技术在微波传输中被广泛的应用。自适应编码调制(ACM)技术的基本原理是当信道状态发生变化时，发射端保持发射功率不变，而随信道状态自适应的改变调制和编码方式，从而在不同的信道状态下获得最大的吞吐量。在信道处于较高信噪比时系统吞吐量很高，但当信道处于较低信噪比时，无法进行正常通信。而采用自适应调制编码技术则很好地在通信的可靠稳定性与系统吞吐量之间取得折中，圆满地解决了二者的矛盾。

以太网基于微波传输的这种系统吞吐量实时变化的特点，对报文传输的可靠性、传输时延、传输时延抖动等性能提出了更高的要求。传统的自适应无线链路吞吐量变化的方法是采用反压流控帧的方式。当下游设备由于出口速率小于入口速率，设备缓存的水位不断上升至某一高门限，此时，下游设备向上游设备发送流控帧，上游设备受到流控帧后，停止往下游设备发送报文。当下游设备缓存的水位回落至低门限以下时，下游设备再发送解流控帧，通知上游设备可以继续发送报文。这种方法很好的解决传输的可靠性的问题，但是高优先级业务的时延和时延抖动性能完全无法保证，会受到很大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于微波传输的以太网流量控制装置和方法，可以保证高优先级业务的时延。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于微波传输的以太网流量控制方法，包括：

实时检测无线链路的ACM信息，当ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，生成限速帧发送至数据发送端；

在检测ACM信息的同时实时监控缓存水位变化，当缓存水位升至最高门限时，生成流控帧发送至数据发送端，当缓存水位降至最低门限时，生成解流控帧发送至数据发送端。

进一步地，所述ACM信息用于指示当前帧之后的帧的调制编码方式，每种调制编码方式对应一种以太网带宽。

进一步地，当ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，生成限速帧发送至数据发送端，包括：

判断当ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，根据最新的ACM查找对应的最新的以太网带宽信息，生成携带有最新以太网带宽信息的限速帧发送至数据发送端，以使数据发送端改变数据发送速率。

进一步地，所述限速帧包括目的地址、源地址、长度信息、出口速率、填充和帧检验序列。

进一步地，所述数据发送端为交换芯片。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于微波传输的以太网流量控制装置，包括ACM实时检测模块、限速帧生成模块、发送缓存实时监控模块、流控帧生成模块、调度模块，其中：

所述ACM实时检测模块，用于实时检测无线链路的ACM信息，当判断ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，触发限速帧生成模块；

所述限速帧生成模块，用于基于所述ACM实时检测模块的触发生成限速帧，将其发送给调度模块；

所述发送缓存实时监控模块，用于在所述ACM实时检测模块实时检测无线链路的ACM信息的同时，实时监控缓存水位变化，当缓存水位升至最高门限时，触发流控帧生成模块生成流控帧，当缓存水位降至最低门限时，触发流控帧生成模块生成解流控帧；

所述流控帧生成模块，用于基于所述发送缓存实时监控模块的触发，生成流控帧，或者生成解流控帧，将生成的帧发送给调度模块；

所述调度模块，用于发送所述限速帧生成模块生成的限速帧至数据发送端，发送所述流控帧生成模块生成的流控帧至数据发送端，以及发送所述流控帧生成模块生成的解流控帧至数据发送端。

进一步地，所述ACM实时检测模块是用于采用以下方式触发限速帧生成模块：

ACM实时检测模块根据最新的ACM查找对应的最新的以太网带宽信息，将该最新的以太网带宽信息通知限速帧生成模块。

进一步地，所述限速帧生成模块生成的限速帧中携带有最新的以太网带宽信息。

进一步地，所述限速帧包括目的地址、源地址、长度信息、出口速率、填充和帧检验序列。

进一步地，所述调度模块采用以下方式发送接收到的帧：

调度模块用于在接收业务流中插入接收到的帧，将该接收业务流发送至数据发送端。

本发明实施例方法和装置通过流控和出口限速相结合的方法来自适应地调整发送速率，当无线链路由于ACM而导致以太网传输带宽变化时，实时反馈ACM切换参数，并通过向数据发送端发送控制帧的方式，通知数据发送端端口限速，当限速跟不上无线链路带宽变化时，再启用流控机制，防止缓存溢出而丢弃报文。使得以太网业务在微波传输中，在保证链路数据传输的正确性和可靠性的同时最大限度地减小高优先级业务在拥塞时的时延抖动，改善性能。

附图说明

图1为本发明实施例1流程图；

图2为本发明实施例2装置结构示意图；

图3为本发明应用示例1流程图；

图4为限速帧格式示意图；

图5为本发明应用示例2流程图；

图6为本发明应用示例2缓存状态变化图；

图7为本发明应用示例3流程图；

图8为本发明应用示例3缓存状态变化图。

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明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例1

如图1所示，包括以下步骤：

步骤110，实时检测无线链路的ACM信息；

上述ACM信息是一个若干比特(例如4bit)的信号，由调制解调芯片给出，用于指示当前帧之后的帧的调制编码方式。

步骤120，当ACM的变化导致无线链路以太网带宽发生变化时，生成限速帧发送至数据发送端；

上述ACM信息与无线链路带宽有对应关系，如表1所示。当ACM的变化导致无线链路带宽发生变化时，生成的限速帧中携带有最新的无线链路带宽信息，将其发送给数据发送端，由数据发送端配置新的传输速率。数据发送端例如是交换芯片。

表1ACM信息与以太网带宽的对应表

ACM信息(4bit)	Ethernet带宽(bps)
		0x0	带宽0
0x1	带宽1
		0x2	带宽2
0x3	带宽3
		0x4	带宽4

0x5	带宽5
		0x6	带宽6
0x7	带宽7
		0x8	带宽8
0x9	带宽9
		0xA	带宽10
0xB	带宽11
		0xC	带宽12
0xD	带宽13
		0xE	带宽14
0xF	带宽15

数据接收端(例如调制解调芯片)的每一种工作模式都对应1～16种调制编码方式，在每一种调制编码方式下，又都对应一种无线链路以太网带宽，也就是说每种调制编码方式对应一种以太网带宽。该表格中的以太网(Ethernet)带宽包括当前使用的调制解调芯片的工作模式对应的各种调制方式下无线链路对应的以太网占有的带宽，表中配置的Ethernet带宽通常为实际无线链路带宽的99.5％。当调制解调芯片的工作模式被重新配置，该表格更换为最新工作模式下ACM信息与以太网带宽的关系表。

生成的限速帧包括目的地址、源地址、长度信息、出口速率、填充和帧检验序列。

步骤130，在检测ACM信息的同时，实时监控缓存水位变化，当缓存水位升至最高门限时，生成流控帧发送至数据发送端，当缓存水位降至最低门限时，生成解流控帧发送至数据发送端。

生成的流控帧或者解流控帧同样发送给数据发送端，由数据发送端执行相应的流控操作。

实施例2

本实施例介绍实现上述实施例1方法的流量控制装置，如图2所示，包括ACM实时检测模块、限速帧生成模块、发送缓存实时监控模块、流控帧生成模块、调度模块，其中：

该ACM实时检测模块，用于实时检测无线链路的ACM信息，当判断ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，触发限速帧生成模块；

该限速帧生成模块，用于基于该ACM实时检测模块的触发生成限速帧，将其发送给调度模块；

该发送缓存实时监控模块，用于在所述ACM实时检测模块实时检测无线链路的ACM信息的同时，实时监控缓存水位变化，当缓存水位升至最高门限时，触发流控帧生成模块生成流控帧，当缓存水位降至最低门限时，触发流控帧生成模块生成解流控帧；

该流控帧生成模块，用于基于该发送缓存实时监控模块的触发，生成流控帧，或者生成解流控帧，将生成的帧发送给调度模块；

该调度模块，用于发送限速帧生成模块生成的限速帧至数据发送端，发送流控帧生成模块生成的流控帧至数据发送端，以及发送流控帧生成模块生成的解流控帧至数据发送端。

具体地，上述ACM实时检测模块采用以下方式触发限速帧生成模块：该ACM实时检测模块根据最新的ACM查找对应的最新的以太网带宽信息，将该最新的以太网带宽信息通知限速帧生成模块。限速帧生成模块在生成的限速帧中携带该带宽信息。

优选地，该数据发送端为交换芯片，当前接收端为调制解调芯片，该发送缓存实时监控模块监控的是以太网发送方向缓存的水位。上述ACM实时检测模块、发送缓存实时监控模块均可采用调制解调板上的FPGA实现。

具体地，该调度模块用于在接收业务流中插入流控帧、解流控帧和限速帧，将接收业务流发送至数据发送端。数据发送端识别并解析限速帧，根据解析得到的参数配置发送端的出口速率。数据发送端识别并解析流控帧或解流控帧，根据接收到的流控帧停止向当前数据接收端发送数据，根据接收到的解流控帧开始向当前数据接收端发送数据。

下面通过几个应用示例说明实施例1中的流量控制方法。

应用示例1

本示例中ACM由低调制方式向高调制方式切换，无线链路以太网带宽变大，实施步骤如图3所示。

步骤1，ACM实时检测模块实时检测无线链路的ACM信息，由于ACM信息指示的是一帧以后的无线链路调制模式，因此ACM实时检测模块可通过解析检测到的ACM信息，将其与当前的无线链路调制模式进行比较，得到ACM何时将发生切换以及将切换到何种调制模式的信息；

步骤2，ACM实时检测模块比较当前接收到的ACM信息与前次接收到的ACM信息，如果不同且当前ACM值大于上次的ACM值，则判断ACM发生切换且切换方向是由低调制方式向高调制方式切换，无线链路以太网带宽变大，如果相同，则判断没有发生ACM切换，ACM实时检测模块继续检测；

步骤3，ACM实时检测模块判断ACM发生切换以后，用当前的ACM信息寻址去查表，得到无线链路以太网的传输带宽，表格格式如表1所示。

步骤4，得到以太网带宽参数以后，ACM实时检测模块触发限速帧生成模块生成一个限速帧，帧格式可采用图4所示格式，包括：目的地址(DA)，源地址(SA)、帧长度(length)、出口速率(Port rate)、填充(PAD)、帧检验序列(FCS)，其中Port rate与PAD共同组成有效载荷(Payload)。同时，该限速帧生成模块向调度模块发送插入帧请求，并等待调度模块的响应。

步骤5，调度模块在收到限速帧生成模块的插入请求以后，待当前正在发生的数据帧发送结束后，插入限速帧，同时清除请求信号。

步骤6、上游设备交换芯片收到限速帧后作出响应，降低端口发送速率。

假设在进行ACM切换之前，发送方向的缓存FIFO为空，则在图3中T1至T2整个流程中，缓存FIFO始终为空，因此，在这种情况下，发送缓存实时监控模块一直监控着buffer的水位情况，但是由于水位未发送变化，所以流控机制不会被启动。

应用示例2

本示例中ACM由高调制方式向低调制方式切换，无线链路以太网带宽变小，但是变化幅度较小，实施步骤如图5所示。

本示例的实施步骤和示例1基本相同，区别在于步骤2，本示例中步骤2为：ACM实时检测模块比较当前接收到的ACM信息与前次接收到的ACM信息，如果不同且当前ACM值小于上次的ACM值，则判断ACM发生切换且切换方向是由高调制方式向低调制方式切换，无线链路以太网带宽变小，如果相同，则判断没有发生ACM切换，ACM实时检测模块继续检测。

示例2与示例1最主要的区别在于缓存FIFO水位的变化，如图6所示。假设在进行ACM切换之前，发送方向的缓存FIFO为空，则在T1时刻，ACM由高调试方式向低调制方式发生的切换，无线链路以太网带宽变小，但是上游的交换芯片依旧以与变化前的带宽相匹配的速率发送数据，缓存的出口速率小于入口速率，导致缓存水位上涨。到T2时刻，缓存水位上涨至水位L，但是，由于L未到达预先设定的发送流控帧的高门限L2，所以流控机制不会启动。在T2时刻以后，交换芯片收到限速帧后作出响应，降低端口发送速率为无线链路速率的99.5％，所以缓存水位又缓慢的回落，直至空。

应用示例3

本示例中ACM由高调制方式向低调制方式切换，无线链路以太网带宽变小，但是变化幅度较大，实施步骤如图7所示。

本示例中限速机制的步骤和示例2中的相同。

步骤1，ACM实时检测模块实时检测无线链路的ACM信息。

步骤2，比较当前接收到的ACM信息与前次接收到的ACM信息，如果不同则判断ACM发生切换。如果相同，则判断没有发生ACM切换，ACM实时检测模块继续检测；

步骤3，判断ACM发生切换以后，用当前的ACM信息寻址去查表，得到无线链路以太网的传输带宽；

ACM发送切换以后，在T1时刻，ACM由高调试方式向低调制方式放生的切换，无线链路以太网带宽变小，但是上游的交换芯片依旧以与变化前的带宽相匹配的速率发送数据，缓存的出口速率小于入口速率，导致缓存水位上涨。至时间T，水位上涨到达高门限L2(如图8所示)，则流控机制开始发挥作用。因此流控机制和限速机制开始双管齐下，分头行事。首先阐述流控机制：

步骤4，发送缓存实时监控模块监控缓存FIFO的水位；

步骤5，比较缓存FIFO的水位L与设定高门限L2的大小，如果L到达L2，则进入步骤6，否则，继续比较，等待水位继续上涨；

步骤6，L到达L2后，流控帧生成模块生成一个流控(pause)帧，同时，该流控帧生成模块向调度模块发送插入帧请求，并等待调度模块的响应；

步骤7，调度模块在收到流控帧生成模块的插入请求以后，等待当前正在发生的数据帧发送结束，插入pause帧，同时清除请求信号；

步骤8，交换芯片收到pause帧后作出响应，停止发送数据；

在上述步骤4～7中，缓存FIFO的水位持续上涨。从步骤8开始，由于源端数据停止发送，缓存水位迅速下降。

步骤9，继续监控水位；

步骤10，判断缓存水位是否下降至低门限L1，如果是，执行步骤11，否则，继续监控水位，等待其继续下降；

步骤11，L到达L1后，流控帧生成模块生成一个解流控(resume)帧，同时，该模块向调度模块发送插入帧请求，并等待调度模块的响应；

步骤12，调度模块在收到解流控帧生成模块的插入请求以后，等待当前正在发生的数据帧发送结束，插入resume帧，同时清除请求信号；

步骤13，交换芯片收到resume帧后作出响应，开始继续发送数据。

在步骤9～12中，缓存FIFO的水位迅速下降。从步骤13开始，由于源端数据又开始以大于无线链路带宽的速率发送，缓存水位又开始上升。

在限速机制起作用前，步骤4～13不断循环。

下面阐述限速机制：

步骤14，限速帧生成模块得到以太网带宽参数以后，生成一个限速帧，同时，该模块向调度模块发送插入帧请求，并等待调度模块的响应。

步骤15，调度模块在收到限速帧生成模块的插入请求以后，等待当前正在发生的数据帧发送结束，插入限速帧，同时清除请求信号；

步骤16，交换芯片收到限速帧后作出响应，降低端口发送速率。

由于限速机制从启动到相应的时间慢于流控机制，所以，在交换芯片响应限速帧以前，都是流控机制在发挥作用，缓存FIFO的水位处于L1～L2间震荡，当交换芯片响应限速，将发送速率调整为与无线链路相匹配的新的速率以后，才从根本上解决了出入不匹配的问题，缓存的水位缓慢降至空。

限速机制和流控机制通过缓存的状态紧密的联系在一起，共同作用，整个流程缓存状态的变化如图8所示。

综上所述，在绝大多数时间里，都是限速机制在发挥作用，只有当限速来不及响应时，流控机制才会起作用。在流控机制下，一旦无线链路由于ACM切换而发生拥塞，高低优先级业务都被阻塞，高优先级业务虽然能够在流控后得到继续发送的权利，但时延变化很大。而在限速机制下，高优先级业务始终拥有发送的机会，时延变化小。这就在保证链路数据传输的正确性和可靠性的同时最大限度地减小了高优先级业务在拥塞时的时延抖动，改善了性能。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于微波传输的以太网流量控制方法，包括：

实时检测无线链路的自适应编码调制(ACM)信息，当ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，生成限速帧发送至数据发送端；

在检测ACM信息的同时实时监控缓存水位变化，当缓存水位升至最高门限时，生成流控帧发送至数据发送端，当缓存水位降至最低门限时，生成解流控帧发送至数据发送端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述ACM信息用于指示当前帧之后的帧的调制编码方式，每种调制编码方式对应一种以太网带宽。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

当ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，生成限速帧发送至数据发送端，包括：

判断当ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，根据最新的ACM查找对应的最新的以太网带宽信息，生成携带有最新以太网带宽信息的限速帧发送至数据发送端，以使数据发送端改变数据发送速率。

4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于：

所述限速帧包括目的地址、源地址、长度信息、出口速率、填充和帧检验序列。

5.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于：

所述数据发送端为交换芯片。

6.一种基于微波传输的以太网流量控制装置，包括自适应编码调制(ACM)实时检测模块、限速帧生成模块、发送缓存实时监控模块、流控帧生成模块、调度模块，其中：

所述ACM实时检测模块，用于实时检测无线链路的ACM信息，当判断ACM的变化导致以太网带宽发生变化时，触发限速帧生成模块；

所述限速帧生成模块，用于基于所述ACM实时检测模块的触发生成限速帧，将其发送给调度模块；

所述发送缓存实时监控模块，用于在所述ACM实时检测模块实时检测无线链路的ACM信息的同时，实时监控缓存水位变化，当缓存水位升至最高门限时，触发流控帧生成模块生成流控帧，当缓存水位降至最低门限时，触发流控帧生成模块生成解流控帧；

所述流控帧生成模块，用于基于所述发送缓存实时监控模块的触发，生成流控帧，或者生成解流控帧，将生成的帧发送给调度模块；

所述调度模块，用于发送所述限速帧生成模块生成的限速帧至数据发送端，发送所述流控帧生成模块生成的流控帧至数据发送端，以及发送所述流控帧生成模块生成的解流控帧至数据发送端。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述ACM实时检测模块是用于采用以下方式触发限速帧生成模块：

ACM实时检测模块根据最新的ACM查找对应的最新的以太网带宽信息，将该最新的以太网带宽信息通知限速帧生成模块。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：

所述限速帧生成模块生成的限速帧中携带有最新的以太网带宽信息。

9.如权利要求6或7或8所述的装置，其特征在于：

所述限速帧包括目的地址、源地址、长度信息、出口速率、填充和帧检验序列。

10.如权利要求6或7或8所述的装置，其特征在于：

所述调度模块采用以下方式发送接收到的帧：

调度模块用于在接收业务流中插入接收到的帧，将该接收业务流发送至数据发送端。

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