CN1293733C - 用于传输具有不同质量的应用数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在具有通信节点的分组传输的数据通信网络中传输具有不同传输要求的应用数据的方法，其中该方法具有至少下列步骤：a.在一个传输各应用数据时要经过的通信节点中，将每个应用的数据限制为预定的比特率，b.在传输各应用数据时要经过的所有通信节点中，设计和存储特定于该应用的上下文，c.在传输各应用数据时要经过的所有通信节点中，根据特定于该应用的上下文保留传输资源，d.根据该特定于应用的上下文，将各应用的数据从一个该应用要经过的通信节点传递到另一个要经过的通信节点。

Description

用于传输具有不同质量的应用数据的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在分组传输的数据通信网络中传输对传输业务具有不同质量要求的应用数据的方法。在具有例如基于IP传输机制的分组传输的数据通信网络中，通过网络从源点向目的地传输不同应用的各种数据类型。在此，不同的应用之间对传输方式方法的要求也极其不同。这尤其是对于传输这样的应用的数据有效，即相对于其中对实时传输和/或比特率保证没有提出严格要求的数据传输来说，该应用要求实时和/或以有保证的比特率传输数据。要求实时和以有保证的比特率进行传输的应用例如是语音电话、在线广播和视频传输。与此相反，电子邮件服务或互联网应用(例如网页浏览)对传输没有类似的要求。
背景技术
分组传输的数据通信网络的一个重要特征是，数据传输不是通过专门连接的数据线路、而是根据统计多路传输的原理通过虚拟的数据线路进行。在此，多路传输应理解为，根据不同信息的时间统计分布，通过同一传输线路同时传输多条信息。一般在这种网络中传输的数据的特征在于所谓的“突发串”，也就是数据带宽的时间波动。为了能有效传输数据，一般在分组传输的数据通信网络的通信节点之间聚集数据，并借助统计假定通过现有的传输线路，也就是通过从通信节点到通信节点的虚拟数据线路一起传输。对于各基于“端到端”的应用来说，不存在唯一提供的传输资源。通过统计多路传输，可以有效利用现有的传输资源。与此相反，在导线传输的数据通信网络中，对每个应用来说都存在一条自己的通过该数据通信网络的线路可供利用，在该线路上既保证了传输时间又保证了带宽。在此，如果以可变比特率传输数据，则在暂停的情况下或在传输率很小的时间段内会尽量利用可供利用的带宽。
移动分组传输的数据通信网络的每个应用都要求有确定传输容量的资源用于该数据网络应用的持续，从而实现“端到端”的通信。为此，在移动分组传输的数据通信网络中，在每个必须经过的有关通信节点中设置一个具有相应参数句的所谓上下文。上下文包含充分描述传输数据所需的服务的所有重要信息。特别是，每个数据通信网络应用要求具有确定质量(QoS-服务质量)的确定传输服务。该要求是通过所谓的QoS参数，例如最大比特率、有待保证的比特率和最大容许延迟来表示的。在上下文的设计(Krieren)中，每个通信节点都根据其现有资源协商这些QoS参数，其中这些参数的协商分别分阶段地进行。然后，基于这些在所有待经过的通信节点中相同协商和存储的参数进行各应用的数据传输。
迄今为止，对传输质量具有不同要求的应用的数据传输问题是通过各种方式解决的。
存在3GPP(TS 23.107)的QoS架构，其描述了第3代移动无线网络(UMTS)的确定QoS功能。但是没有精确规定各通信节点中的实现。此外，还存在描述用于在数据通信网络中传输具有不同QoS要求的应用数据的方法的原则(Ansatz)。
第一条原则是，每个数据分组具有关于所要求的传输质量的信息。在此，在数据通信网络中定义确定的质量等级，其以合适的方式反映了传输要求。该等级被称为服务质量等级。每个数据分组对应于一个QoS等级，并具有相应的信息。每个待经过的、在这样一个数据通信网络中传递数据的通信节点，借助位于每个数据分组中的QoS信息设定传递数据分组的优先级。在此，通常的处理是，根据其中包含的QoS信息将分组分布在对应的等候队列中。根据其QoS等级不同速度地清空并传递该等候队列。通过该原则，高优先级的数据分组比低优先级的数据分组快得多地通过数据通信网络引导的统计概率增大。该原则的缺点是，在数据通信网络内不存在有保证的传输时间和传输率。其它缺点在于，在每个等候队列中临时存储并由此延迟了要求实时传输的数据分组。还有的缺点是，必须在每个数据分组中包含关于属于一个QoS等级的信息，并且该信息的格式必须在整个数据通信网络中相同。该原则例如在IETF(互联网工程任务组)的RFC 2474标准中描述。
为了解决上述问题，第二条原则是，在数据通信网络内为每个QoS等级配置不同的数据线路。如果通信节点可以为一个数据分组分配一个QoS等级，则在对应于该QoS等级的数据线路上传递该数据分组。
该方法的缺点是，在不同通信节点之间设置和运行大量具有不同质量的不同线路是高成本的。设置具有不同QoS等级的不同线路定义在不同的标准中，例如在Traffic Management Specification(通信量管理规范)中，ATM论坛也将其称为AF-TM-0121.000。
第三条原则是，在进入该数据通信网络的入口节点、即所谓的边缘节点处，将总流量限制为预定的流量。然后在数据通信网络内不再区分该流量，因为前提条件是该数据通信网络的设计容量足够。该原则的缺点是缺乏传输时间和传输率的保证。该原则例如IETF的服务级协议工作组(ServiceLevel Agreement Working Group)定义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种方法，借助该方法可以在数据通信网络内尽可能有效地传输具有不同传输要求的应用数据，并避免上述缺点。
上述技术问题是通过权利要求1的本发明方法来解决的。本发明方法的其它优选实施方式在从属权利要求中给出。
根据权利要求1，提供了一种用于在具有通信节点的分组传输的数据通信网络中传输具有不同传输要求的应用数据的方法，其中该方法具有至少下列步骤：
a.在一个传输各应用数据时要经过的通信节点中，将每个应用的数据限制为预定的比特率，
b.在传输各应用数据时要经过的所有通信节点中，设计和存储特定于该应用的上下文，
c.在传输各应用数据时要经过的所有通信节点中，根据特定于该应用的上下文保留传输资源，
d.根据该特定于应用的上下文，将各应用的数据从一个该应用要经过的通信节点传递到另一个要经过的通信节点。
在本发明方法的优选实施方式中，在进入该分组传输的数据通信网络的入口通信节点(边缘节点)中实施步骤a。到达的应用数据流限制为预定的、优选通过该数据通信网络内现有的资源确定的最大容许比特率。由此保证了，不能在该数据通信网络中在随后要经过的通信节点中进行不容许的超越。
特别优选的是，这样将每个应用的数据限制为预定的比特率，即，在可固定设置的时间间隔上与传递各应用数据并行地测量该数据量，并与对应于预定比特率的数据量比较。这意味着，在确定的时间间隔上(测量间隔)与传递到达的数据分组并行地累加该数据分组的大小。该值反映了该时间间隔内的数据量。如果例如在该时间间隔内达到对应于最大比特率的最大容许数据量，则可以利用该信息，以决定是丢弃还是继续传输后面的数据分组，因为通信节点的总资源允许继续传输。随着紧接着的测量间隔的开始，开始重新累加数据分组的大小，其中该和也可以从不等于0的起始值出发，以考虑例如已出现的突发串。由此，一方面最小化了数据分组的延迟，另一方面避免在后面的通信节点中超过协议好的数据率。同时，在该数据通信网络中，在该数据线路上的其它所有待经过通信节点中不再需要监控最大容许比特率。
在本发明方法的优选实施方式中，每个由各应用数据要经过的通信节点从各应用要求的有保证的比特率和待支持的最大比特率中，为待保留的传输资源推导出一个带宽值，并保留该资源。
在本发明方法的另一优选实施方式中，本方法的步骤c只为要求实时传输的应用数据而实施。这意味着，在建立上下文时，每个待经过的通信节点从要求的有保证的比特率和待支持的最大比特率中，为要求实时传输的应用(实时应用)推导出一个确定的带宽值(B实时应用)用于待保留的资源，并为该应用保留该带宽。在计算待保留的比特率时，也可以测量激活的和已被激活的应用的实际资源需要。通常，为了实现通信节点中的总实时传输量，保持总传输带宽B总中的资源的确定部分(B总实时)。这意味着，为应用计算的带宽值(B实时应用)采用为实时传输保持的部分(B总实时)。由此，该应用可以利用通信节点的带宽(B实时应用)。随着应用的结束，这些保留的资源又被释放。为实时传输保持的部分(B总实时)优选地总是选择小于通信节点的总带宽。由此保证了，一方面资源的确定部分用于不要求实时传输的应用(非实时应用)，另一方面，同样也可以为实时应用传输被保留带宽的短时超越(突发串)。对于不要求实时传输和没有保证的比特率的应用，不会为各应用保留带宽。相反，全部资源中没有保留的部分(B总非实时)用于所有这种应用(B总非实时＝B总-B总实时)。同时，不要求实时传输的应用也可以总是利用那些为实时应用保持、但临时没有被这些实时应用利用的资源。通过统计多路传输，可以按照确定的概率传输该应用的数据。如果非实时传输的实际数据量超过其可以利用的带宽，则该传输被延迟或丢弃。
实际待传输的实时应用的数据总量可以超过为此保留的资源。这例如是在这种情况下，即数据流以用于所有或很多实时应用的最大比特率在同一时刻到达通信节点，并且为该服务只保留了很小的带宽。如果发生这种情况，则为非实时应用设置的资源部分也一起用于传输实时应用的数据。相应的，只有很少的资源用于非实时应用的数据传输。实时应用的数据可以超过保留的资源多大程度以及数据由非实时应用传输的概率大小，取决于为待保留的带宽保持的资源部分B总实时和算法。为此，除其它之外应用的统计多路传输的数据流部分也要发挥作用。为实时应用保留的部分越大，传输保留带宽的临时超越(突发串)的概率就越小。为实时应用保留的部分越大，数据由非实时应用传输的概率也越小。
在本发明方法的优选实施方式中，在激活上下文时，即在协商QoS参数时的上述特性是可以被影响的。在每个通信节点中设计特定于应用的上下文时，可以更改各应用要求的有保证的比特率和待支持的最大比特率的比例，该比例因此是可以限制的。
根据本发明，在一定的假定下也可以在每个通信节点中，以直至最大有保证的比特率B最大实时应用传输实时应用的数据，而不会在以有保证的比特率传输该数据时产生数据分组的堵塞或丢弃。一方面，突发串、即高比特率的短时发送以统计分布出现。在此，不超过保留带宽的总和B总实时的概率很大。在超过的情况下，一起利用为非实时应用保持的资源部分。其中，所有上下文的最大比特率的总和不允许超过一个通信节点的总资源一个由常用参数设计方法确定的额度。
在本发明方法的另一优选实施方式中，在本发明方法的步骤d中，根据特定于应用的上下文将应用的数据分为至少两个类别，并根据该类别进行传递。这两个类别优选表示至少分为实时应用和非实时应用。该类别划分优选在每个通信节点中进行，并如已提到的根据在通信节点中具有的上下文进行。每个对应于实时应用的数据分组，立即被无中间存储地传递到下个通信节点中。没有实时要求的分组可以中间存储在等候队列中，并根据确定的读取机制从等候队列中传递出去。该读取机制可以例如分配用于全部非实时传输或其根据预定计划的一部分的传输资源，或者实现简单的等候队列优先级的设定。用于非实时数据的传输资源在此取决于实时数据的瞬时数据形成。
本发明特别的优点在于，通过组合上述机制，例如保留传输资源、将各应用的数据流限制为最大数据率，以及为聚集的数据流的不同类别设定优先级，可以在处理和传输该数据流时保证尽可能有效的、并且与最不同的应用的个性化需要匹配的传输。
附图说明
本发明方法的其它优点将借助下面的附图给出。其中示出了：
图1是用于示意性表示本发明方法的实施方式的步骤a的框图，
图2是用于示意性表示本发明方法的实施方式的步骤d的框图。
具体实施方式
在图1中示出了用于描述将应用的数据限制为预定比特率的可能性的框图。应用的数据通过入口节点(边缘节点)2到达数据通信网络1。为了在边缘节点2中尽可能减小延迟，以及为了放弃用来计算到达数据的比特率的中间存储，可以如下实现该行为：在确定的时间间隔(测量间隔)上，与到达数据分组的传递(如通过箭头“上行链路”方向所示)并行地累加其大小，如图形3所示。该值反映了在该时间间隔内的数据量。如果在该时间间隔内达到对应于最大比特率Bmax的最大容许数据量，则可以利用该信息，以决定是如图形4所示丢弃后面的数据还是继续传输，因为边缘节点2的总资源允许这么做。同一机制在相反方向上进行，即在“下行链路”方向上。随着下个时间间隔或测量间隔的开始，开始重新累加数据分组的大小，其中该和也可以从一个不等于0的起始值出发，以考虑例如突发串。由此，一方面最小化了数据分组的延迟，另一方面避免在后面的通信节点5中超过协商好的数据率。同时其它所有待经过的通信节点5都不再监控最大比特率Bmax。
在图2中示出了一个用于示意性表示本发明方法的实施方式的步骤d的框图。示出了从不同应用的数据分组6出发，通过包括多个通信节点7的数据通信网络1的继续传递。如果请求应用，则在该数据通信网络1的通信节点7中设计一个上下文，该通信节点7是请求的应用的数据或数据分组6要经过的节点，而该上下文除其它之外还包含为该应用要求的传输质量(QoS)。该要求是通过不同参数确定的。其中，除其它之外还有最大比特率、有保证的比特率和最大容许延迟。现在根据在各通信节点7中设计和存储的上下文，将到达数据通信网络1的应用的数据分组6分配到两个类别8、9的一个中。在所示例子中，这两个类别8、9对应于实时应用(黑色条纹)8和非实时应用(灰色条纹)9的分类。该类别划分在每个待经过的通信节点7中进行。每个对应于实时应用的数据分组6将立即无中间存储地传递到下个通信节点7。没有实时要求的数据分组6可以中间存储在等候队列中，并根据确定的读取机制从该队列中传递出去。该读取机制可以分配用于非实时应用的全部数据分组6或其根据预定计划的一部分的资源，或者实现简单的队列优先级的设定。用于非实时应用的数据分组6的资源在此取决于实时应用的瞬时数据形成。

Claims (10)

1.一种用于在具有通信节点(2，5，7)的分组传输的数据通信网络(1)中传输具有不同传输要求的应用数据(6)的方法，其中该方法具有至少下列步骤：
a.在一个传输各应用数据(6)时要经过的通信节点(2，5，7)中，将每个应用的数据(6)限制为预定的比特率，
b.在传输各应用数据(6)时要经过的所有通信节点(2，5，7)中，设计和存储特定于该应用的上下文，
c.在传输各应用数据(6)时要经过的所有通信节点(2，5，7)中，根据特定于该应用的上下文保留传输资源，
d.根据该特定于应用的上下文，将每个应用的数据(6)从一个该应用要经过的通信节点(2，5，7)传递到另一个要经过的通信节点(2，5，7)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在进入所述分组传输的数据通信网络(1)的入口通信节点中实施步骤a。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，这样将每个应用的数据(6)限制为预定的比特率，即，在可固定设置的时间间隔上与传递各应用数据(6)并行地测量该数据(6)的数量，并与对应于预定比特率的数据量比较，并且在数据(6)的数量超过对应于预定比特率的数据量时利用该信息决定是丢弃还是继续传输后面的数据分组。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c只为要求实时传输的应用数据(6)而实施。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c中，每个各应用数据要经过的通信节点(2，5，7)都从各应用要求的有保证的比特率和待支持的最大比特率中，为待保留的资源推导出一个带宽值，并保留该资源。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个通信节点(2，5，7)中设计特定于应用的上下文时，可以更改各应用要求的有保证的比特率和待支持的最大比特率的比例。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为分别要求实时传输的应用数据保留总传输资源B总的确定传输资源部分B总实时。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为分别要求实时传输的应用数据保留的确定传输资源部分B总实时小于总传输资源B总。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d中，根据特定于应用的上下文将应用的数据(6)分为至少两个类别(8，9)，并根据该类别(8，9)进行传递。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述两个类别对应于实时应用(8)和非实时应用(9)的划分。
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