CN1135056C - 用于分组交换通信网络中的访问控制的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

在点到多点的链路上，业务以分组的形式通过共享介质进行传输。中心节点根据多点节点处正等待传输的分组数量的队列记录向多点节点发送许可，以控制其对介质的访问。当电路仿真业务或那些具有严格时延及时迟抖动要求的业务经链路发送时，中心节点将根据存储在调度器中的信息以规则的时间间隔主动地发送许可。该调度器可以是一个或几个循环存储器，其中包含着用以代表链路时隙的单元。这些单元中包含了对应于一个或多个多点节点的调度信息。中心节点通过查询调度器以确定是否调度一个许可。如果没有许可被调度，则该时隙可能根据队列记录被分配给非调度的业务使用。

Description

用于分组交换通信网络中的访问控制的设备和方法
1.发明领域
本发明涉及在使用分组传输的共享复用链路上的介质访问控制(MAC)。它特别针对分组交换网络中具有一定时延和时延变化要求的业务(如电路仿真业务)的信息传输管理，尤其是对共享介质上中心节点和几个多点节点之一间的信息传输管理。
2.背景技术
在分组交换网络中，介质访问控制(MAC)是一种用以确定在多个节点中允许哪一个节点在共享介质上发送信息的机制。在一个点到多点的配置中，通常是由共享链路上的首端或中心节点来控制多点节点对链路的使用。这是通过对各个多点节点的轮询来实现的。轮询的顺序和频率一般是根据业务的要求加以控制。在一条时分复用TDM链路中，当多点节点处有业务等待传输时，链路上的首端为其分配时隙以响应多点节点发出的请求。对时隙的分配是使用许可进行的，该许可指定了将来的业务流中哪个时隙用于哪个业务服务。当等待传输的业务多于可用时隙时，中心节点将发出对业务进行排队和划分优先级的请求，以便决定可为哪个业务首先分配信道容量，而哪个业务可以等待。
分组交换网络正越来越多地用于传送多种业务，其中有些是传统的电路交换业务。在基于互联网协议(IP)的网络中传输语音业务就是其中一例。尽管可对语音信息进行分组化，但是若要使终端用户得到可接受的语音服务，就必须考虑到一定的传输时延和时延变化。这是所有电路仿真业务的一般要求。因此，采用基于上述要求的协议，一个承载电路仿真业务的多点节点需要被分配给无时延且有高优先级的许可。当不止一种时延敏感业务使用共享介质时，访问控制就变得更为复杂。当这些时延敏感业务使用不同的帧长和还可能使用不相同的比特率而使得那些要求的高优先级许可之间的时间间隔总是发生变化时，情况会更糟。结果常导致一种或多种时延敏感业务中的过度延迟，造成终端用户要经受难以接受的服务质量。
发明概述
因此，本发明的目的旨在提供一种能有效处理共享复用链路上混合业务的方法和装置。
作为本发明更进一步的目的是提供一种能够处理分组交换网络中共享介质上的多种时延敏感业务的方法和装置。
这些及其它目的在一种方法和装置中得以实现，该方法和装置通过为时延敏感业务服务提供一种指定了预定调度间隔的调度器来控制几个承载有时延敏感和非时延敏感两种业务的网络节点之一在共享介质上对中心节点的访问。这个调度间隔基本上与以时隙为单位的、组装时延敏感业务服务的一个数据分组所需的时间相对应。分配时隙前，中心节点先查询调度器以确定是否调度间隔已经经过。如果一个间隔经过，就向承载相应时延敏感业务服务的网络节点分配一个时隙。如果所查询的时隙没有调度间隔经过，中心节点就根据所存储的不同网络节点处等待传输的业务量信息，将该时隙分配给非延迟敏感业务。
该调度器是一种循环存储装置，它被划分成用以代表共享介质上的时隙的单元，并适用于包含有关业务的调度信息。
调度器可在一个单循环存储装置中包含几个业务的调度信息。此外，调度器也可以包含几个独立的、安排在一个队列里的循环调度器，且每个循环调度器只为一个业务服务。
使用这种方法和装置，由于被调度业务不需要进行队列信息交换，因此能够充分提高共享链路的传输效率。而且，电路仿真及其他时延敏感业务所经历的时延和时延变化可保持在最小范围内。通过使用多循环存储装置，每个循环存储装置服务于一个业务，将使调度器的实现以及为适应更多的时延敏感业务而进行的扩展都变得非常简单。
附图简述
本发明的更进一步的目的和优点将通过对以下优选实施方案的描述变得显而易见，该方案以参考附图的实例方式给出，其中：
图1以图解的方式描述了复用分组交换网络中的点到多点链路，
图2给出了根据本发明的调度器的第一实施方案，以及
图3给出了根据本发明的调度器的又一实施方案。
附图详述
图1所示为TDMA分组交换通信网络中典型的多点到点链路。几个多点节点20经一单条共享双向信道与中心节点10进行通信。尽管图中仅显示了三个多点节点，不过可以理解成在图中多点节点的上方和下方还可连接更多的节点。信道100可以是一条固定的电或电光链路，也可以是一种空中接口。
与许多传统的介质访问控制(MAC)协议一样，由中心节点10决定将共享信道100上的哪些时隙分配给由多点节点20所承载的哪些业务。这是通过中心节点10为将来的信息流中的某个时隙发送许可来实现的。
对于非时延敏感的分组交换业务，如数据传输业务，中心节点10保存了一份有关在每个多点节点20处等待传输的信息分组数的记录。这由图中的队列记录存储器11表示。该队列记录的更新是通过多点节点20向中心节点10发出的许可请求或相等的队列大小报告完成的。当一特定多点节点20的记录显示有分组正在等待传输时，中心节点10便发送一个相应的许可，其中定义了该所讨论的多点节点20可使用哪个时隙进行分组传输。当正等待传输的分组多于可被立即处理的分组时，中心节点10将决定哪个业务有优先权。此优先级划分信息同样是在中心节点10邀请时从多点节点20获得的。
不过，本例中图示的三个多点节点20所承载的业务A、B、C均假设为时延敏感业务，即对允许的时延和时延变化具有严格的要求。这些业务可能包括电路仿真业务、语音业务或交互视频业务，但不仅限于此。此外，每个A、B、C业务还具有不同的帧长。
根据本发明，这些业务与非时延敏感的业务不采用相同方式处理。尽管中心节点10向A、B、C业务发送许可，但该许可的发送并不是响应于从多点节点20处获得的信息，而是由中心节点10按照规则的时间间隔进行调度的。换句话说，就是节点之间不发生信息交换。许可是中心节点主动发送的。这是根据本发明通过调度器来完成。
图2显示根据本发明的第一个实施方案的一种调度器30。该调度器30可被视为一个被划分成多个单元31的循环存储器，每个单元31代表了共享信道中的一个时隙。不过，应当理解为，该调度器30是通过使用一个或多个模计数器、存储器或带指针的寄存器、或类似的能通过预定的规则时间间隔获取信息的装置来实现的。调度器30要么合并到中心节点10中，要么设计成使得适合于在共享介质上对时隙的分配进行处理的中心节点10的控制器(未在图中显示)能方便地访问调度器30。
调度器30应在工作前，或在引入一种新的时延敏感业务时被编程。这可由中心节点10使用自身控制器完成，也可通过使用外界装置完成。图2中的调度器30已编程为在某些单元31中加上标记以表明在将来的业务流中哪个业务被分配了针对哪个时隙的许可。在本例中，这些标记是用字母A、B、C来表示的，它们分别对应于三个同名的时延敏感业务。调度器30没有把时隙定义为绝对的时间，而是把它定义为时隙间隔。不同的业务A、B、C有由传输比特率决定的不同的帧格式和帧长，在图中分别用a、b和c来表示。图中，业务A的帧长a表示为等于共享信道上的7个时隙；业务B的帧长b为8个时隙，业务C的帧长c为11个时隙。考虑到这些业务中的每个业务的许可间隔，调度器30的总长度是这些以时隙为单位的所有帧长的倍数。尽管图2的调度器30被稍稍截短，仍假设它的长度等于a、b、c的最小倍数，即616个单元31。应当理解为，对不同业务间的许可间隔也应考虑到在不同多点节点20与中心节点10间可能存在的路径时延差异。
运行时，中心节点10或其控制器不断查询调度器30的单元31，以确定是否对于每个时隙为业务A、B或C中的一个调度了许可。如果被查询的单元31作了标记，则向承载有被选业务的相应多点节点20发送许可。如果针对一特定时隙未调度许可，那么中心节点10将根据如前所述的存储在节点10中的队列大小信息，向其它要求访问共享介质的非时延敏感的业务之一发送许可。一旦调度器30的所有单元31依次查询完毕，则指针或其等同物重新回到起点。
显然，当带有不同帧格式和帧长的业务要在同一链路中按预定的固定间隔进行调度时，将难免出现两个或多个不同业务的许可要在同一个时隙被调度。在这种情况下，中心节点10，或更确切地说是它的控制器将向其中一个业务分配时隙，而使剩下的其它业务的帧被延迟一个或多个时隙。当许可的调度有冲突时，时隙的分配可以根据相关业务的优先级划分信息来决定，由此某一业务将总是先于其他业务得到处理。另外，中心节点10也可以按相同的优先级对待所有业务，在第一次冲突发生时给某个业务优先权，而在下一次冲突发生时则给另一业务优先权。或者，调度器30可以编程为给每个单元只分配一个许可，不过这需要对某一业务或其它业务引入固定的优先级。
参考附图2所描述的控制器30在具有不同帧长的业务数不是很多的情况下，能够有效处理分组交换网络中电路仿真时延敏感业务对共享链路的访问。但当几个不同的业务在共享介质上进行调度，且其中多数又具有不同的帧长时，调度器的长度将变得过大。而且图2中的调度器30又不利于扩展。当加入额外的业务时，由于新的许可调度将影响调度器30的总长度和内容，调度器就会变得复杂。
这个问题可通过图3所示的根据本发明的第二实施方案的调度器40加以解决。
代替本发明第一实施方案中的单循环存储器，调度器40包括数个安排在一个队列中的短调度存储器41。每个调度存储器41包含了用于具有相同帧格式和帧长的业务的信息。图3中最上面的调度存储器41包含了业务A的调度信息，按降序的下一个调度存储器41包含了有关业务B的信息，最下面的调度存储器41包含了业务C的许可调度信息。这种调度器需要的最大长度为a+b+c个单元42。此外，由于数个业务只要有相同的帧长就可用每个单独的队列进行调度，所以调度器的总长度不会发生变化。每个调度存储器41中的单元42代表一致的时隙。如图3箭头所示，中心节点10或其控制器依次查询每个调度器41中代表当前时隙的单元42，以此确定针对某一特定时隙将要向哪个业务(如果有)发送许可。
对于第一实施方案中的调度器结构30，在被调度的许可之间将不可避免地发生冲突。因此，当许可分配标记出现在代表当前时隙的不止一个单元42中时，中心节点控制器将决定哪个业务将被优先处理。这是在事先从相应的多点节点20中获取优先级划分信息的基础上完成的。
另一种情况是，若没有业务被定义给优先权，或者所有业务规定了同样的要考虑的时延和时延变化要求，此时，中心节点将在每个冲突发生时依次为各个业务分配优先级。此外，对于上述实施方案，调度存储器40还可以编程为一种特定的优先级分层结构，使得某些业务为保证其他业务的执行而总被延迟，这样就不需要中心节点10或其控制器进行判定。
在一个分组交换网络中的共享链路上，对某些时延敏感业务的传输调度采用如上所述方式，能够实现高效并能保持较小的时延和时延变化。不过，如果将对业务的调度安排得与信元的组装相一致，则时延和时延变化将会进一步减小。在分组交换网络上传输的电路仿真业务，可仅仅将信元的一部分用于业务信息，这样将减少信元组装所需的时间。例如，为了减少64kpbs电话业务的一个ATM信元的组装时间，可以让ATM信元只包含24个字节的业务信息，余下的24个字节使用伪数据填充。在对使用上述调度器30、40的分组传输调度进行同步使其与24个字节的业务信息到达后便对信元进行的组装相符时，该业务所经历的延迟能大大减小。此外，还可以通过调度许可来防止因传输空闲信元、伪信元或不完整的信元段而浪费时隙。

Claims (20)

1.一种控制时延敏感业务和非时延敏感业务在共享介质(100)上从多个网络节点(20)向中心网络节点(10)进行传输的方法，其中共享介质(100)上用于传输的时隙由中心节点(10)分配给网络节点(20)，其特征在于提供了能为至少一个时延敏感业务服务定义预定的调度间隔的调度器(30，40)，该调度间隔基本上与以时隙为单位的、组装时延敏感业务服务的一个数据分组所需的时间相对应，在分配时隙之前，先查询调度器(30，40)以确定是否有调度间隔已经经过，以及如果该调度器显示一个用于某一时延敏感业务服务的预定间隔已经经过，则向承载该时延敏感业务服务的一个网络节点(20)分配该时隙。
2.权利要求1的方法，其特征在于针对每一个时延敏感业务服务，应使预定的调度间隔与该业务服务的帧长相适应。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于如果调度器(30，40)显示没有调度间隔经过，则根据关于等待传输的非时延敏感业务的存储信息将该时隙分配给另一个承载非时延敏感服务的网络节点(20)。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于如果多于一个业务服务的调度间隔经过，则从调度器(30，40)来确定并以交替的优先级向被调度的业务服务分配连续的时隙。
5.权利要求3的方法，其中分配时隙的步骤包括由该中心节点向该网络节点发出许可的步骤，其特征在于
在发送许可之前，先查询调度器以确定是否有预定的调度间隔经过，
若至少有一个间隔经过，则向承载时延敏感业务服务的一个网络节点(20)发送一个允许在将来某一时隙传输的许可，以及
如果没有间隔经过，则根据有关等待传输的非时延敏感业务的存储信息，向承载非时延敏感服务的另一个网络节点(20)发送一个允许在将来某一时隙传输的许可。
6.一个含有中心节点(10)和经共享介质(100)与该中心节点(10)相连的多个网络节点(20)的分组交换通信网络，其中数据在共享介质上由中心节点分配的时隙中从网络节点(20)传输给中心节点(10)，其特征在于调度装置(30，40)用于存储涉及时延敏感业务的调度间隔，该业务被至少一个网络节点承载，其中所存储的调度间隔基本上与以时隙为单位的、组装业务服务的一个数据分组所需的时间相对应，以及
中心节点(10)内的装置用于查询该调度装置以确定是否有一个调度间隔已经经过，以及如果某一时延敏感业务服务的调度间隔经过，则向承载该业务服务的网络节点(20)分配一个时隙。
7.权利要求6的网络，其特征在于上述调度装置(30，40)含有多个存储单元(31，42)，其中每个单元对应共享介质中的一个传输时隙，并且该单元被编程为带有某一相应于时延敏感业务的标记。
8.权利要求7的网络，其特征在于调度装置(30，40)中的单元(31，41)是可顺序访问的。
9.权利要求7或8的网络，其特征在于调度装置的单元是被循环访问的。
10.权利要求7或8的网络，其特征在于调度装置(30)中包含的单元数量，至少应等于被调度业务的以时隙为单位的调度间隔的倍数。
11.权利要求7或8的网络，其特征在于调度装置(40)含有数个循环调度器(41)，其中每个循环调度器(41)都被编程为带有涉及业务服务的调度标记，这些业务服务具有相同的以时隙为单位的调度间隔，每个调度器的单元依次与可访问的同一时隙相对应。
12.权利要求11的网络，其特征在于每个调度器(41)以单元(42)为单位的长度等于以时隙为单位的被调度业务服务的调度间隔。
13.权利要求6到8中任一权利要求的网络，其特征在于中心节点(10)包含了队列记录装置(11)，用于存储在网络节点(20)中等待传输的非时延敏感业务的分组队列大小。
14.权利要求6中的网络，其中所述数据是净荷信息，其特征在于
所述调度装置(30，40)包含多个存储单元(31，42)，每个单元对应共享介质中的一个传输时隙，并且该单元被编程为带有对应由至少一个网络节点承载的至少一个时延敏感业务服务的标记，用于区分相同业务服务标记的单元数基本上相当于以时隙为单位的、组装该业务服务的一个数据分组所需要的时间，以及
所述中心节点(10)中的装置顺序查询调度装置中的单元，以确定是否存在用于标识某一时延敏感业务服务的标记，并且如果被查询的单元中存在对应某一时延敏感业务服务的标记，则向承载该业务服务的网络节点(20)分配一个时隙。
15.权利要求6中的网络，其中所述数据是净荷信息，其特征在于
所述调度装置(30，40)包含多个循环存储装置(41)，其中每一个存储装置又含有多个存储单元(31，42)，每个存储单元对应共享介质上的一个传输时隙，每个存储装置被进一步编程为带有涉及那些由至少一个网络节点(20)承载的时延敏感业务服务的调度标记，这些业务服务具有相同的以时隙为单位的帧长，以及所述中心节点(10)中的装置依次查询每个调度器中对应相同时隙的单元(31，42)，以确定是否存在用于标识某一时延敏感业务服务的标记，并且如果被查询的单元中存在对应某一时延敏感业务服务的标记，则向承载该业务服务的网络节点(20)分配一个时隙。
16.一个分组交换通信网络中的节点，用于通过向多个网络节点(20)分配传输时隙来控制该网络节点(20)在共享介质(100)上传输数据，该节点的特征在于
用于存储涉及由至少一个网络节点(20)承载的时延敏感业务服务的调度间隔的装置(30，40)，针对每一个业务的调度间隔基本上相当于以时隙为单位的、组装该业务服务的一个数据分组所需要的时间，
用于记录在网络节点(20)中等待传输的非时延敏感业务的分组数的装置(11)，以及
一个控制器，用于查询调度装置以确定是否有调度间隔经过，并且如果一个涉及时延敏感业务服务的调度间隔经过，则向承载该业务服务的网络节点(20)分配一个时隙，或者，如果没有调度间隔经过，则根据等待传输的分组数选择一承载非时延敏感服务的网络节点(20)，向其分配一个时隙。
17.权利要求16的节点，其特征在于所述调度装置(30，40)含有多个存储单元(31，42)，每个单元对应共享介质上的一个传输时隙，并且该单元可编程为带有对应由至少一个网络节点承载的一个时延敏感业务服务的标记，用于区分相同业务服务标记的单元数基本上相当于以时隙为单位的、组装该业务服务的一个数据分组所需要的时间，以及
所述控制器顺序查询上述调度装置中的单元以确定是否存在用于标识某一时延敏感业务服务的标记，并且如果被查询的单元中存在对应某一时延敏感业务服务的标记，则向承载该业务服务的网络节点(20)分配一个时隙。
18.权利要求17的节点，其特征在于调度装置(30)中包含的单元(31)数至少等于以时隙为单位的被调度业务帧长的倍数。
19.权利要求16的节点，其特征在于所述调度装置(30，40)含有多个循环存储装置(41)，其中每个存储装置(41)包含多个存储单元(31，42)，每个单元(31，42)对应共享介质上的一个传输时隙，每个存储装置被进一步编程为带有涉及那些由至少一个网络节点(20)承载的时延敏感业务服务的调度标记，这些业务服务具有相同的以时隙为单位的帧长，以及所述控制器依次查询每个调度器中对应相同时隙的单元(42)，以确定是否存在用于标识某一时延敏感业务服务的标记，并且如果被查询的单元中存在对应某一时延敏感业务服务的标记，则向承载该业务服务的网络节点(20)分配一个时隙。
20.权利要求19的节点，其特征在于用于区分相同业务服务标记的单元(41)数基本上相当于在网络节点(20)处以时隙为单位组装该业务服务的一个数据分组所需要的时间。
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