CN1139229C - 用于分组交换网内提供数据业务稳定的质量优度的方法 - Google Patents

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Abstract

在分组交换网络(PN)中如此达到数据业务稳定的质量优度，使得在传输属于数据业务的数据分组期间，为了可能优先处理的目的将这些数据分组分配给一个质量等级，发送机，通常是业务提供商(DK)的计算机，和/或至少一个中间节点(ZW1，…，ZW4)，借助于说明质量优度的回答来查明传输的质量，以及将其与由数据业务所要求的质量优度来比较，并且依据比较结果，将属于数据业务的数据分组，必要时分配给另外的质量等级，从此质量等级是数据业务所要求的质量优度所期望的。

Description

用于分组交换网内提供 数据业务稳定的质量优度的方法
技术领域
本发明涉及用于分组交换网内提供数据业务稳定的质量优度的一种方法。
背景技术
据此例如用户想使用分组交换网的，例如因特网的数据业务。通常用户获得通向分组交换网的通道，采用的办法是，他用他的用户终端设备，例如个人计算机要么直接，要么间接地经小自动交换机或市内交换机在通向分组交换网的接入节点上选拨，和建立通向分组交换网的供数据业务支配的网络节点的，例如通向业务提供商计算机的连接，以及例如借助于在他的个人计算机上存在着的应用程序从这样的网络节点请求数据业务。
相应的情况同样地适用于专用分组交换网，例如公司网。在此通向专用分组交换网的接入节点大多是集成到用户终端设备中的或小自动交换机中的。这样一种专用分组交换网也可以具有通向其它专用或公共分组交换网的，例如通向公司网或因特网的通道。因此供数据业务支配的网络节点可以不仅存在于公共的，而且也存在于专用的分组交换网中。
在例如像因特网的这种分组交换网中数据传输通常是无连接的，即互相独立地传送具有源地址和目标地址的数据分组，以至于在目标节点上既不保证数据分组的顺序，也不保证数据分组的交付(OSI层3协议)。所以也不能保证例如像某种带宽，延迟时间，某个通过量和微小分组损失率那样的，在源节点和目标节点之间的数据分组传输的质量优度。
尤其是视频传输业务(例如点播电视)和不同的电话业务(例如语音通过因特网协议voice over IP)，在因特网中要求具有保证不变质量优度的安全和迅速的数据传输。例如像点播电视，语音通过IP或电视会议连接那样的由用户请求的数据业务要求，具有保证的和同时稳定质量优度的安全和迅速的数据传输。
针对因特网方面当今在“差分业务”的概念下讨论一种假设，这种假设在传输属于这样数据业务的数据分组时，保证所要求的带宽和较少的延迟时间。
例如在由K.Nichols和S.Blake撰写的所谓的因特网草案文件“差分业务模型和定义”中，通过Internet Engineering Task Force(因特网工程特别工作组)在1998年2月(因特网网页：http：//www.ietf.org/internet-draft/draft-nichols-dsopdef-00.txt)公布的，建议使得从源节点向目标节点加速传输数据分组成为可能的一种方法。对于属于请求高传输带宽的数据业务的数据分组分别在这样数据分组的首部中设置所谓的TOS字节的某些比特。数据分组是按TOS字节中所设置的比特分配给不同的质量等级的。依据所分配的质量等级来可能优先处理中间节点中的数据分组，由此首先力求向下一个中间或网络节点加速转送，也就是几乎无延迟地转送。具有较低优先权的质量等级的实例是在因特网中通常的“最佳努力best effort”等级。依此尽可能快地和尽可能多个数据业务地处理数据分组。作为具有很高优先权的质量等级例如应提及“优惠”等级，此优惠等级的特点在于极其短的延迟时间和因此在一定程度上是与虚拟连接可此的。
对于上述方法的补充阐述是在其它的因特网草案文件，由D.Blake，S.Blake，M.Carlson，E.Davies，Zh.Wang，W.Weiss撰写，通过InternetEngineering Task Force在1998年5月(因特网网页：http//www.ietf.org/internet-draft/draft-ietf-diffserv-arch-00.txt)公布的“差分业务的结构体系”中，和，由Y.Bernet，J.Binder，S.Blake，M.Carlson，S.Keshav，E.Davies，B.Ohlman，D.Verma，Zh.Wang，W.Weiss撰写，通过Internet Engineering Task Force在1998年10月(因特网网页：http//www.ieft.org/internet-draft/draft-ietf-diffserv-framework-01.txt)公布的“差分业务的框架”中论述的。
以上所述方法的主要缺点在于，对于其数据分组已分配给某个质量等级的数据业务，通过优先处理只能保证取决于网络负荷的质量优度。
当由用户请求需要恒定或稳定的和同时涉及延迟和传输带宽方面的高质量优度的许多数据业务时，此问题就尤其引人注目。在此情况下不再能给每个数据业务提供所要求的质量优度。
一种完全另外的假设在于，将多媒体应用的传输带宽与网络负荷匹配，此假设在与ATM网(异步传输方式)中的多媒体应用的关联中找到它的来源，在这些网络中按已知方式在用户和供数据业务支配的网络节点之间建立虚拟连接。
套用到无连接的分组交换网络上，在由I.Busse，B.Deffner和H.Schulzrinne以标题“基于RTP的多媒体应用的动态QoS控制”，高速网络和开放分配平台的第一届国际专题研讨会，圣彼得堡(俄罗斯)，1995年6月，的文献中介绍一种方法，在多媒体应用上发送机依据在接收机处所获得的传输质量动态地匹配传输带宽。尤其是当在高网络负荷情况下，给发送机报告了在接收机处高的分组损失率时，则降低传输带宽。为此采用给发送机提供关于在接收机处所获得传输质量的回答的RTP/RTCP协议。
这种方法的一个主要缺点因此在于，在高网络负荷情况下，不能给这样的数据业务保证稳定的传输质量。更确切地说在高网络负荷情况下减小传输带宽来代替保证恒定或稳定的传输质量。因此将接收具有低劣质量优度的数据业务。这一点甚至于可能导致，由于对于数据业务的太低劣的质量必须中断数据传输。
发明内容
于是本发明的任务在于，如此来开发一种用于在分组交换网络(PN)内提供数据业务稳定的质量优度的方法，此网络具有用于连接至少一个用户终端设备(TLN)和/或至少一个具有至少一个所连接用户终端设备的小自动交换机的至少一个接入节点(ZK)，并且由此网络的网络节点提供至少一个网络节点(DK)供数据业务支配，在此情况下，在供这样数据业务支配的网络节点(DK)和用户终端设备，或与用户终端设备处于直接或间接连接中的接入节点之间，数据分组传输开始时，将属于数据业务的数据分组分配给一个质量等级，相应于此质量等级，在转送数据分组的中间节点(ZW1，...，ZW4)内处理数据分组，该方法使得在所请求的数据业务的传输时提供由数据业务所要求的稳定质量优度。
本发明的任务通过以下特征得到解决，即在传输这样数据分组的期间发送机(DK)和/或至少一个中间节点(ZW1，...，ZW4)借助于说明质量优度的回答来查明传输的质量，以及将此传输的质量与由数据业务所要求的质量优度来比较，并且依据比较结果将属于数据业务的数据分组分配给一个另外的质量等级，从此质量等级期望得到由数据业务所要求的质量优度。
本发明还包括基于上述方法的其它的构成。
按本发明如此来实现提供这样数据业务的稳定质量优度，在传输属于这样数据业务的，以可能优先处理的目的已分配给一种质量等级的数据分组期间，依据在分组交换网络中实际存在的所回答的质量优度与所要求质量优度之间的比较结果，必要时将这些数据分组分配给一种另外的质量等级，从此质量等级期望提供由数据业务所要求的质量优度。换言之：发送机或分组交换网络中的至少一个中间节点借助于说明质量优度的回答查明传输的质量优度，并且将所回答的质量优度与由数据业务所要求的质量优度作比较。
对于所回答的质量优度位于所要求的质量优度之下的情况，发送机或中间节点将属于数据业务的数据分组分配给从其期望由数据业务所要求质量优度的一个较高的质量等级。当所回答的质量优度具有几乎相同的，或比由数据业务所要求质量优度的较高的值时，如果以大的概率期望保持不变质量优度的话，发送机或中间节点则必要时将属于数据业务的数据分组分配给一个较低的质量等级。否则保留在数据传输开始时所分配的质量等级。
因此正好在高负荷时，避免将质量等级依据网络情况动态地与数据传输期间的质量优度下降的匹配，并且因此稳定地保持质量优度。通过按本发明的方法可以附加地控制分组交换网络中的资源消耗。
本发明的一种进一步发展附加于不同的质量等级提供在一个质量等级之内的多个优先权等级。依此在将属于数据业务的数据分组分配给另外的质量等级之前，首先将这些数据分组分配给在一个质量等级之内的一个另外优先权等级。因此产生将所回答的质量优度附加地纠正到由数据业务所要求的质量优度上的可能性，而不必更换质量等级。
按本发明的一种有利的构成在更换到另外的质量等级上时，首先将属于数据业务的数据分组分配给新的所分配质量等级之内的最低优先权等级。因此可以防止通过更换引起的、对分配给另外质量等级的数据分组的传输的不利影响。
本发明的一种其它的构成规定，对于所回答的质量优度与由数据业务所要求质量优度的比较引用至少一个上阈值和至少一个下阈值。因此由于所要求和所回答的质量优度之间的差值所引起至少一个上阈值的超越导致，将属于数据业务的数据分组分配给较高的质量等级，或必要时分配给较高的优先权等级。在由于所要求和所回答质量优度之间的差值低出至少一个下阈值时，将数据分组分配给较低的质量等级，或必要时分配给较低的优先权等级。由于避免在质量等级或优先权等级之间的不断更换，这一点拥有附加地稳定数据传输期间的质量优度的优点。
本发明的一种其它有利的构成，在传输这样数据分组的质量之外，使用一种其它的比较参数，也就是网络负荷。在所回答的质量优度和由数据业务所要求质量优度的几乎相同值的情况下，属于数据业务的数据分组向质量等级的分配附加地依据网络负荷。在高的网络负荷时宁可将数据分组分配给高的质量等级，或必要时分配给高的优先权等级，并且在低的网络负荷时宁可将等同的数据分组分配给低的质量等级，或必要时分配给低的优先权等级。附加的比较参数提高在更换质量等级时达到或至少保留可期望的质量优度的概率。
本发明的一种进一步发展涉及在相应所分配质量等级地处理进入中间节点的这样数据分组方面的有利实施。在转送这样的数据分组之前在相应于它们的质量等级的等候队列中暂存这些数据分组。
按本发明的一种进一步发展以这种方式有利地执行必要时存在于质量等级中的优先权等级，在数据分组的转送之前在等候队列中暂存，和用相应于数据分组的优先权等级的标志来标记进入中间节点的属于数据业务的数据分组，借助于此标志可以在等候队列溢出的情况下拒绝所标出的数据分组。
附图说明
以下根据附图详述本发明的实施例。
图1展示本发明方法可应用于其上的一种分组交换网络。
具体实施方法
用户终端设备TLN依此是经接入节点ZK与分组交换网络PN例如因特网连接的。所显示的分组交换网络PN同样地可以是例如公司网的一种专用分组交换网络。在专用分组交换网络的情况下，接入节点ZK大多是集成到用户终端设备中的或小自动交换机中的。这样一种专用分组交换网络也可以具有通向其它专用或公共分组交换网络的，例如通向公司网或因特网的接入点。然后在图中可以将分组交换网络PN理解为包括所有专用或公共分组交换网络的通信网。
此外图中展示例如业务提供商的计算机DK，此业务提供商提供例如像点播电视或语音通过IP那样的数据业务给用户支配，并且此业务提供商位于分组交换网络PN中。图中在计算机DK和接入节点ZK之间，中间连接的中间节点ZW1至ZW4指明，在计算机DK和接入节点ZK之间可以有多种连接可能性。因此像开始时已经提及的那样例如在因特网中通常是，数据分组互相独立地以不同的途径到达它们的目的地。
在实施例中用户以他的用户终端设备TLN，例如个人计算机经通向接入节点ZK的连接选拨进入分组交换网络PN中，并且借助于存在于他的用户终端设备上的应用程序，来建立例如经中间节点ZW1至ZW4通向业务提供商的供数据业务支配的计算机的连接。用户例如请求需要传输带宽100kBit/s的视频传输业务。依此通过在这样数据分组的所谓的TOS字节中设置某种比特模型，将属于视频传输业务的数据分组例如分配给中等的质量等级。假设存在着质量等级A(例如优惠)，B(例如普通)和C(例如最佳努力)，在此A表征最高的等级，然后在实例中属于视频传输业务的数据分组假定是分配给等级B的。
在理想的情况下质量等级是进一步划分为优先权等级例如1(低)至8(高)的。例如属于视频传输业务的数据分组是分配给优先权等级4的，在此情况下优先权等级在这样数据分组的所谓的TOS字节中可以同样是标出的。
在视频传输业务传输开始时也就是用质量等级B和优先权等级4发送数据分组。在传输期间借助于协议，例如开始时提及的RTP/RTCP协议，给发送机，实例中的业务提供商DK的计算机，回答例如像带宽，网络节点上的延迟时间和中间节点例如ZW1的或接收机例如ZK或TLN的传输分组损失率那样的质量优度，并且将所回答的质量优度与所要求的质量优度作比较。对于比较合理地确定了至少一个上限和至少一个下限，通过在例如传输带宽的所要求(额定值)的和所回答的质量优度(实际值)之间的差值所引起的超越或低出这些界限，而触发进入另外质量等级或必要时优先权等级的更换。在此可以例如通过经越某个时间区间(例如1秒)周期性所回答质量优度值的，具有必要时确定的允差(例如+/-5％)的平均值来确定实际值。因此可以如此地将涉及额定值和实际值之间的差值的界限作为进入较高/较低质量等级或优先权等级的更换的触发者来调节，以至于例如得出以下的规则：
1.如果额定和实际值之间的一个正差值具有多于128kBit/s的值的话，则进行进入最高质量等级A的更换。
2.少于-128kBit/s的相应的负差值触发进入最低质量等级C的更换。
3.在多于64kBit/s的正差值时，进行进入下一个较高质量等级的更换。
4.在少于-64kBit/s的相应的负差值时，更换入下一个较低的质量等级中。
5.如果正差值总计少于64kBit/s或负差值总计多于-64kBit/s的话，则保留质量等级。
6.多于8kBit/s的或少于-8kBit/s的正或负差值导致进入下一个较高或较低的优先权等级(最多8个优先权等级)。
对于不同于传输带宽的，例如像延迟时间，分组损失率或通过量的另外的质量优度特征，同样地可以确定类似的规则。首先在像语音通过IP那样的语音数据业务上，传输带宽比之延迟时间和可能地分组损失率，较少地对于质量等级的更换起着决定性作用。
例如将在接收机例如TLN处获得的76kBit/s的传输带宽代替所要求的100kBit/s的传输带宽回答给发送机例如DK。发送机随即例如按以上所说明的规则5和6将属于视频传输业务的数据分组从优先权等级4安排进入优先权等级5中。如果现在查明100kBit/s的传输带宽的话，可以保留优先权等级。否则一直重复进入较高优先权等级中的重新安排，直到达到所要求的传输带宽时为止。在已经分配质量等级中的最高优先权等级的和曾只能达到例如85kBit/s的传输带宽的情况下，将属于视频传输业务的数据分组分配进入下一个较高的质量等级例如A中是有意义的。合理地将下一个较高的质量等级中的这些数据分组然后首先分配给最低的优先权等级例如1，以便不致不利地影响此质量等级之内的属于另外数据业务的数据分组的传输质量。对于强烈影响传输质量的情况必要时可以从此质量等级中排挤出属于视频传输业务的数据分组，并且再分配给原先的质量等级。
以有利的方式也可以使用网络负荷用于质量等级或优先权等级的确定。因此除了在接收机处获得的传输带宽之外，也可以回答延迟时间或延迟中的波动。因此，在多次分配入较高的优先权等级之后，和在继续的进程中所回答的微小延迟时间的情况下，可以尝试，将属于视频传输业务的数据分组再分配给较低的优先权等级，或者必要时分配给较低的质量等级。在表明高网络负荷的高延迟时间的情况下，将属于视频传输业务的数据分组宁可分配给更高的优先权等级，或首先分配给较高的质量等级。附加地可以阻止分组交换网络中的属于另外数据业务的数据分组进入较高优先权等级的或质量等级的更换。
质量等级是合理地以分离的等候队列形式实施在分组交换网络的网络节点(中间节点例如ZW1至ZW4)中的。将在中间节点上进入的数据分组，在它们的转送之前，暂存在相应于它们的质量等级的等候队列中。通过一种所谓的引入层(Drop-Level)机制有意义地实现优先权等级。意即用相应于它们的优先权等级的标志配备在一个中间节点上进入的数据分组，并且将此数据分组暂存在相应于它们的质量等级的等候队列中。在等候队列溢出的情况下首先拒绝分配给较低优先权等级的数据分组。

Claims (7)

1.用于在分组交换网络(PN)内提供数据业务稳定的质量优度的方法，此网络具有用于连接至少一个用户终端设备(TLN)和/或至少一个具有至少一个所连接用户终端设备的小自动交换机的至少一个接入节点(ZK)，并且由此网络的网络节点提供至少一个网络节点(DK)供数据业务支配，在此情况下，在供这样数据业务支配的网络节点(DK)和用户终端设备，或与用户终端设备处于直接或间接连接中的接入节点之间，数据分组传输开始时，将属于数据业务的数据分组分配给一个质量等级，相应于此质量等级，在转送数据分组的中间节点(ZW1，...，ZW4)内处理数据分组，其特征在于，
在传输这样数据分组的期间发送机(DK)和/或至少一个中间节点(ZW1，...，ZW4)借助于说明质量优度的回答来查明传输的质量，以及将此传输的质量与由数据业务所要求的质量优度来比较，并且依据比较结果将属于数据业务的数据分组分配给一个另外的质量等级，从此质量等级期望得到由数据业务所要求的质量优度。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，
多个优先权等级是从属于一个质量等级的，并且在实现向另外的质量等级的分配之前，将属于数据业务的数据分组首先分配给质量等级之内的另外的优先权等级。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，
当将属于数据业务的数据分组分配给另外的质量等级时，首先将数据分组分配给最低的优先权等级。
4.按照权利要求1至3的其中之一所述的方法，其特征在于，
对于所回答的质量优度与由数据业务所要求的质量优度的比较，是可以确定至少一个上阈值和至少一个下阈值，在此在由于所要求的和所回答的质量优度之间的差值超越至少一个上阈值时，将属于数据业务的数据分组分配给较高的质量等级或分配给较高的优先权等级，并且在由于所要求的和所回答的质量优度之间的差值低出至少一个下阈值时，将属于数据分组分配给较低的质量等级或分配给较低的优先权等级。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，
除了这样数据分组的传输质量之外也回答网络负荷，在此在所回答的质量优度和由数据业务所要求的质量优度的几乎相同值时，以及在高的网络负荷的情况下，将数据分组宁可分配给高的质量等级，或分配给高的优先权等级，并且在这些质量优度的几乎相同值时，以及在低的网络负荷的情况下，将数据分组宁可分配给低的质量等级，或分配给低的优先权等级。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，
将在中间节点(ZW1，...，ZW4)上进入的、属于数据业务的数据分组，在它们转送之前，在相应于它们的质量等级的等候队列中暂存。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，
将在中间节点(ZW1，...，ZW4)上进入的、属于数据业务的数据分组，在它们转送之前，在等候队列中暂存，并且用相应于它们的优先权等级的标志来标出，借助于此标志在等候队列溢出时可以拒绝所标出的数据分组。
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