CN1336058A - 在使用一种基于优先权的服务质量的网络服务级别的网络结点上对低优先权包进行预过滤的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一个系统和方法,用于在基于包的网络传输中,在执行其他如路由和交换这样的结点功能之前先将优先权比较低的包过滤出去而减少网络结点拥塞。通过在被输入到网络结点之前截取信息包,包数量得到了减少。一部分被截取包根据符合在网络结点的可能的包可接受能力的参数而被过滤出去。被截取包的剩余部分被转发到网络结点,以便由网络包功能来处理。

Description

在使用一种基于优先权的服务质量的网络服务级别的网络结点上 对低优先权包进行预过滤的系统与方法
发明领域
本发明一般涉及网络通信系统，特别是，涉及一种方法与设备，用于减少网络结点的拥塞，这是通过在执行其他结点功能如路由或交换之前，先将优先权比较低的包过滤出去而实现的。
发明背景
通信技术的状态，尤其是影响因特网的技术，目前正处于变化之中，并且进行着快速而且经常是不协调的成长。个人计算机和机顶盒的普遍存在和差异性给通信系统基础设备的提供者施加了巨大的压力，使他们对要求立即访问因特网和其他网络资源的新用户数目的增长发出了警报。可供这种服务的用户使用的新的尖端软件的飞速发展对系统基础设施提出了额外的要求。
通过因特网及其他网络进行商务活动是一种获得认可和普及的实践。例如，传统的在线服务，如由因特网提供商提供的那些服务，使客户典型地每月支付费用以访问基本服务和资源，如专有的及公共的信息数据库。这种传统服务提供商还为任意数目的可由用户在线购买的产品或服务作广告。
当前被考虑或实施的因特网商业化的其他形式包括提供视频和音频会议服务，以及多种其他实时和非实时服务。这些服务的提供商，以及通信系统基础设施的提供商目前正面临许多复杂的课题，包括管理网络容量、负载和流量来支持实时、非实时和高带宽服务，及实施可行的对该服务用户的记帐方案。
通信产业在一种被称为异步传输模式(ATM)的特殊技术上投入了相当多的注意力和投资，将其作为对当前及预测的基础设施局限的一种可能的解决方案。那些熟悉技术的人员可以理解ATM而形成一个通信网络概念，它在理论上可以通过如提供管理网络负载增长的能力、支持实时与非实时应用及在某些情况下提供有保障的服务质量水平来解决前面所述的许多关心的问题。
一个传统的ATM服务体系典型地提供多种预定义的服务质量级别，通常被称为服务类别。每个服务类别包括多种服务质量(QoS)参数，它们定义各个服务类别的性质。换句话说，一个指定的服务类别以一种由ATM性能参数的一个子集规定的方式向一个ATM虚拟连接(VCC或VPC)提供性能。在下面的ATM论坛规范参考中定义的服务类别包括，例如，一个恒定比特率(CBR)类别、一个实时可变比特率(rt-VBR)类别、一个非实时可变比特率(nrt-VBR)类别、一个未指定比特率(UBR)类别和一个可用比特率(ABR)类别。
恒定比特率服务级可以支持在连接存在期间需要固定带宽质量的实时应用。协商一个特定的服务质量来提供CBR服务，其中QoS参数包括峰值信元速率(PCR)、信元丢失率(CLR)，信元传输延时(CTD)及信元延时偏差(CDV)特性。传统的ATM流量管理方案确保维持用户协议的QoS，以便支持如象电路仿真与语音/视频应用一类的实时应用，这些应用需要严格约束的延时偏差。
非实时VBR服务级可以支持非实时应用，其产生的网络流量特征为具有频繁的数据突发串。同样，实时可变比特率服务类别可以被用来支持“突发”网络流量调节。rt-VBR服务类别与nrt-VBR服务类别的区别在于，前者可以支持实时应用，如语音和视频应用。实时和非实时VBR服务类别都以峰值信元速率(PCR)、可承受信元速率(SCR)和最大突发串大小(MBS)为特征。
未指定比特率(UBR)有服务类别经常称为“最佳努力服务”，它没有规定流量相关的服务承诺。同样地，UBR服务类别可以支持包括传统计算机通信应用如文件传送和e-mail这样的非实时应用。
可用比特率(ABR)服务类别依靠使用反馈机制来控制流量速率从而向用户提供可用带宽的分配。在控制或避免流量拥塞以及更有效地利用可用带宽的努力中，反馈机制允许信元传输率是不同的。一个资源管理(RM)信元先于数据信元的传输，它被从来源发送到目的地并返回来源，以便向来源提供流量信息。
虽然上面叙述的目前的ATM服务体系看来可以提供，至少是在一个概念性的层次上，为通信产业所面临的多个问题提供可行的解决方案，但ATM正如所定义的那样，需要实施一个复杂的流量管理系统方案来满足在当前所考虑的各种ATM规范和建议中相关的目的。为了在一个网络中有效地管理通信流，常规的ATM流量管理方案必须对数目巨大的流量调节指示器进行评估，包括服务级别参数、流量参数、服务质量参数及类似参数。在题为Traffic Controland Congestion Control in B-ISDN的ITU-T建议1.371以及由ATM论坛技术委员会出版的Traffic ManagementSpecification 4.0版(af-tm-0056.000，1996年4月)中提供了一个这种参数及其他ATM流量管理考虑因素的不完全列表。
尽管传统的ATM流量管理方案具有复杂性，但是当前的ATM规范和建议还是不能充分地解决服务提供商对网络用户可用的、准确可靠的服务计费方法的需要。即使假设可以开发出一个应用大部分或所有当前定义的ATM流量管理属性的计费方案，这种方案必然会是复杂的，并且典型地需要由高度熟练的操作员来管理。支持这样一个记帐方案的高额管理开销与维护费用很可能会被转嫁给网络提供商并最终转嫁给网络用户。
本发明适于在一个结合基于优先权的服务质量的网络服务级别中应用。这个服务级别，此后称为简单综合媒体接入(SIMA)服务级别，提供一个网络管理体系，它在概念上和实施上都是简单的，还可充分地解决支持各种网络服务的服务质量要求，网络服务包括实时和非实时服务。它还提供简单且有效的、网络服务使用计费能力的实施方案。
在一个SIMA或非SIMA网络中，进入一个网络结点的包在多个结点输入端之一被接收，并且是依据结点路由、交换与/或多路复用功能生成的，以将包引导到其各自的结点输出端口去。多路复用是可以使多路信息流共享一个公用物理传输媒介的方法。交换获得一个物理传输媒介的多个实例并在输入端与输出端之间重新安排信息流。路由器是一种网络设备，在开放系统互连参考模型(OSIRM)的多个层次上工作，包括网络层，并能够根据网络协议对数据进行交换或路由。这些以及相似功能都在网络结点执行，以将包引导到其各自的目的地。
在一个含有一个基于优先权服务级别的网络中，如SIMA，每个网络结点配有能够识别一个输入包或信元的优先权并能够根据一个与该特定结点有关的已接受的优先权来接受或丢弃包的信元调度和缓冲模块。已接受的结点优先权可以根据穿越结点的包流量的水平来改变。结点的每个输出端包括一个这样的信元调度和缓冲模块。
一个包括路由、交换或多路复用功能(此后统一称为“交换功能”)的网络结点配置，伴随在每个结点输出端的信元调度与缓冲，在所有接收包上执行交换功能。当这些包被引导到其合适的结点输出端时，它们可以在包优先权不足以满足已接受结点优先权的每个结点输出端被丢弃。虽然这有利于允许更高优先权的包被从网络结点输出，但它并未减轻路由功能的负担，路由功能仍然需要处理可能最终会被丢弃的包。
例如，问题可能发生在一个SIMA网络结点，在那里，某个输入端接收到大量SIMA包，这些包由于网络结点的整体负载而无法被转发。在这样一种情况下，主要问题是在结点内的路由是在所有包上执行的，即使它们中的许多包最终将会被结点输出端的信元调度与缓冲功能所丢弃。于是，流到一个SIMA核心网络结点输入端的过量低优先权包就可能使结点路由/交换单元过载。
通过一个不带SIMA支持的传统网络结点转发SIMA包可能发生同样的问题。供应SIMA流的特定输入端有可能使传统网络结点的路由功能过载。这对典型地在基于软件的集中式单元中处理路由的IP路由器尤其是真实的。在这种情况下，路由功能会成为IP路由器的瓶颈，即使没有过量的SIMA流。
因此，需要一种系统和方法来减少对网络结点交换功能有不利影响的包流量拥塞。本发明因此减少了网络结点变成过载的可能性，进而克服了较早技术的这个及其他缺点，并提供对较早技术更多的优点。
发明概要
本发明是针对一种在实现基于优先权的服务质量的基于包的传输中，或者替换地，在不实现基于优先权的服务质量的基于包的传输中减少网络结点拥塞的系统和方法，它是通过在其他网络结点功能如路由和交换执行之前先将优先权相对较低的包过滤出去而实现的。
依据本发明的一个实施方案，提供了一种方法，用于减少需要由网络结点的网络包功能来处理的包数量。该方法适用于具有至少一个能够在一个或多个结点输入端与一个或多个结点输出端之间对信息包进行路由的网络结点的网络中。信息包在其被输入到网络结点之前被截取。根据在网络结点符合可能的包接受能力的参数，将被截取包的一部分过滤出去。被截取包的剩余部分被转发到网络结点以便由网络包功能来处理。
依据本发明的另一个实施方案，提供了一种方法，用于减少需要由网络结点的网络包功能来处理的包数量。该网络包括至少一个能够在一个或多个结点输入端与一个或多个结点输出端之间对信息包进行路由的网络结点。表现期望的包传输流的参数被建立，并且，在被输入到特定网络结点输入端之前，去往特定的一个网络结点输入端的包被截取。将被截取包的属性与已建立的参数进行比较，并且，那些属性与已建立参数不符的被截取包会被丢弃。属性与已建立参数相符的被截取包会被转发到已截取包去往的特定输入端。
依据本发明的又一个实施方案，提供一种方法，用于减少需要由网络结点的网络包功能来处理的包数量，以在具有至少一个能够在一个或多个结点输入端与一个或多个结点输出端之间对信息包进行路由的网络结点的网络中使用。在被输入到该特定输入端之前，截取去往特定的一个网络结点输入端的包。如果存储器队列具有可用的容量，则被截取包被加载到一个存储器队列中，而如果存储器队列没有可用的容量，则被截取包被丢弃。来自存储器队列的剩余的被截取包被转发到该被截取包去往的特定输入端。
根据本发明的另一个方面，提供一个包预过滤设备，用于在具有至少一个能够在一个或多个结点输入端与一个或多个结点输出端之间对信息包进行路由的网络结点的网络中使用。每个包含有一个包优先权值，一个包过滤器截取去往特定的一个网络结点输入端的包。一个控制输入端接收与一个包接受门限值相对应的参数，一个比较器将包接受门限值与来自被截取包的包优先权值进行比较。一个包过滤器输出端将具有在包接受门限值之内的包优先权值的被截取包转发到其去往的特定的一个网络结点输入端。
依据本发明的另一个实施方案，提供一个包预过滤设备，在具有至少一个能够在一个或多个结点输入端与一个或多个结点输出端之间对信息包进行路由的网络结点的网络中使用。在这种情况下，网络不需要能够识别如在SIMA网络中应用的那样的优先权。一个包过滤器输入端截取去往一个特定网络结点输入端的包。一个缓冲器与包过滤器输入端相连接，接收并在被截取包被转发到其去往的一个特定网络结点输入端之前临时将其列队。一个缓冲器占用程度检测器判断缓冲器的占用程度是否已经达到一个预定的占用程度，并且，仅在缓冲器占用程度低于预定占用程度时，将被截取包转发到缓冲器。
依据本发明的又一个实施方案，提供一个网络系统用于减少网络拥塞。网络系统通过禁止优先权低于包接受门限值的网络包传输来减少网络拥塞。系统包括多个网络结点，每个结点都能接收网络包并将网络包路由到其他网络结点或一个目的地结点。提供一个包预过滤设备，其中，包预过滤设备之一与多个网络结点中的每一个的一个输入端相连接。包预过滤设备截取去往其相关网络结点的网络包，并将具有低于包接受门限值的优先权的那些网络包过滤出去。
附图简述
图1是一个流程图，描绘了依据本发明在一个用户/网络接口和一个使用标称比特率服务的网络之间进行信元通信的一般过程；
图2是依据本发明的一个标称比特率服务体系的系统方块图；
图3非常详细地描绘了依据本发明在一个用户/网络接口和一个使用标称比特率服务的网络之间传输信元的过程；
图4以流程图形式描绘了在标称比特率服务中，在一个网络结点过滤信元的一般过程；
图5是用于根据标称比特率服务在网络结点过滤信元的系统的实施方案的方块图；
图6是用于根据标称比特率服务在网络结点过滤信元的系统的替换实施方案的方块图；
图7是依据本发明的一个实施方案，与一个核心SIMA网络结点共同使用的SIMA流量过滤器(STF)的方块图；
图8是一个信元调度与缓冲单元(SBU)的实施方案的方块图，该单元根据包或信元的优先级选择性地在一个结点输出端接受或丢弃包；
图9描绘了在网络结点输入端执行的STF的包过滤功能；
图10是一个用于在网络结点输入端减少包流量的方法的实施方案的流程图；
图11描绘了与网络结点连接使用的SIMA流量过滤器的实施方案，其中使用了一个信元调度与缓冲单元来预过滤来自网络结点的包流量；
图12是使用SBU作为SIMA流量过滤器的方法的一个实施方案的流程图；
图13描绘了与网络结点连接使用的一个SIMA流量过滤器的另一个实施方案，其中网络结点向STF通报一个输入到网络结点的优选速率；
图14是实施从网络结点到SIMA流量过滤器的控制反馈的方法的实施方案的流程图；
图15是与一个不支持SIMA服务级别优先级的核心网络结点连接使用的非SIMA流量过滤器的示意图；以及
图16是一个流程图，描绘了一个非SIMA流量过滤器与不支持SIMA服务级别优先级的核心网络结点使用的实施方案。
各种实施方案详述
在下面对各种实施方案的详细叙述中，可参考构成本文一个部分的附图，并且其中以描绘的方法表现了本发明可能被实施的各种实施方案。可以应用其他实施方案并进行结构和功能的修改而不背离本发明的精神。
本发明针对一种用于减少需要由网络结点的网络包功能处理的包数量的系统和方法。去往一个特定网络结点的包在其被输入到该网络结点之前被一个预过滤单元截取。那些具有低于所选门限值的低优先权的被截取包在对这些低优先权包执行路由和交换以前被过滤出去。剩余的包被转发到网络结点以便处理，如路由和交换。
一个依据本发明的原理实施的网络提供一种基于优先权的服务质量，如结合标称比特率(NBR)的SIMA服务级别。虽然依据本发明的过滤方法和系统可以应用于不同的传统网络交换系统，但本发明原理的应用最好在附图的环境中获得，其中依据本发明显示并叙述了一个SIMA网络服务级别。
SIMA网络的实现和好处可以以这里所述的形式被确定，并且结合同样未决的美国专利申请的内容来参考，该专利申请的序列号为08/821,273，题为“标称比特率网络服务”，于1997年3月20日被受理，被转让给立即申请的受让人。然而，为获得对包括SIMA服务级别的网络的理解，下面对SIMA标称比特率(NBR)概念进行大概的叙述。
现在参考图1，它显示了一个通用的方法，用于在一个用户/网络接口和一个网络之间通过一个NBR服务连接来传输信息。开始，一个用户与网络运营商协商或选择一个标称比特率，40，这可以在建立连接之前或建立连接的时候进行。在一个实施方案中，用户通知网络运营商他需要一个期望的NBR，并且所请求的连接带宽被分配给该用户。根据这个实施方案，网络运营商不需要在建立或释放一个NBR连接之前执行分析存在于核心网络结点的当前网络负载条件的任务。在一个替换实施方案中，网络运营商在建立或释放一个NBR连接之前先执行确定网络负载状态的任务，虽然该任务在支持NBR服务的大小规划适当的网络中可能不是必须的。
根据一个特定的应用，用户选择一个实时或非实时网络连接，42。判断每个信元优先级(PL)的过程包括在UNI(用户/网络接口)测量所选实时或非实时连接的实际或测量比特率(MBR)，44。在UNI判断每个信元的优先级，46。在本发明的一个实施方案中，使用一个MBR与NBR的比率来判断PL，46。
在UNI计算每个信元的优先级之后，信元被传送到网络，例如网络的一个结点，48。一旦来自UNI的信元到达，网络结点执行一个信元过滤过程，通过它结点判断是接受还是丢弃一个特定信元。信元过滤过程包括判断网络结点的一个或多个缓冲器或存储器的状态来确定一个缓冲器或存储器的占用程度，50。结点根据信元的优先级和结点缓冲器的状态接受或丢弃一个信元，52。满足在结点确定的过滤标准的信元被接受、放入缓冲器并最终以符合期望连接服务质量的方式被传送到网络中的另一个结点或另一个网络。
关于图2中方块图所描绘的实施方案，它显示了一个使用UNI24与网络30通信的用户20。用户20与网络运营商22协商一个标称比特率。网络运营商22根据多种因素来评估用户的NBR请求，这些因素包括与其他用户20协商的NBR、与网络的其他用户相关的不同连接的性质与数目以及其他影响网络容量和流量的因素。原则上，NBR可以是0，在该情况下，所有通过UNI24进行通信的信元在网络30之内都被赋予最低优先权。NBR的值也可以大于在UNI24的传输能力。如果NBR值远大于传输能力，则例如，所有从UNI24传送的信元在网络30之内都被赋予最高优先权。应当注意到，此处所定义的信元优先级是指在一个包含NBR服务概念的网络之内。穿出提供NBR服务的网络的信元可以依据该种其他网络所使用的流量管理策略，通过使用一种网络/网络接口(NNI)来处理。
与被设计为提供承诺服务质量的传统网络对照，网络运营商22不保证用户协商NBR的持续可用性。然而，在一个适当规划大小的网络中应当提供充足的带宽来实际上确保一个已建立NBR的可用性，虽然不能承诺。应当注意到，所有以一个等同NBR传送数据的用户都会面临几乎相同的服务质量。
与网络运营商22建立一个NBR之后，用户20被允许经由网络30向一个期望的目的地36传送信息。一个测量单元26测量在UNI24和网络30之间通信的每个信元的实际或瞬时比特率(即MBR)。在从UNI24出发之前，一个优先级计算单元28使用协商NBR和MBR来确定信元的优先级。依据一个实施方案，可以对一个给定信元赋予8个优先级中的一个。优先级计算单元38通过计算MBR对NBR的比率来确定一个特定信元的优先级。由计算单元28确定的优先级被分配给信元，接着该信元被从UNI24传送到网络30。
UNI24将包含优先级信息的信元传送到网络30的一个结点，如结点A32。结点A32根据信元的优先级和结点A32的缓冲能力接受或丢弃从UNI24接收的信元。一般情况下，当结点A32的缓冲器或存储器占用量提高(即变得较满)时，具有较低优先权(即较高优先级值)的信元被丢弃，以利于接受具有较高优先权(即较低优先级值)的信元。当结点A32的缓冲器占用水平降低(即变得较空)时，结点A32对接受较低优先权(即较高优先级值)的信元变得愈加宽容。位于结点A32缓冲器中的信元随后被传送到网络30的另一个结点，如结点B34，或者其他网络，并且它们最后达到最终目的地36。
用于叙述目的的示例网络30被描绘为一个具有两个中间结点32和34的网络。这些结点代表网络数据通信元素如路由器、交换机和多路复用器。然而，如那些熟悉技术的人员可以理解到的，本发明可以同样实施在各种多结点网络结构中，例如在从局域网(LAN)到如因特网这样的全球区域网(GAN)中使用的多点、星形、环形、循环和网状网络拓朴结构。
图3-5描绘了依据一个NBR服务方法的实施方案调度信元和将信元存入缓冲器的过程。现在参考图3，一个用户与网络运营商建立一个NBR，60。虽然并不需要，但可以在开始，作为默认设置，将服务级别设为一个非实时(nrt)服务级别，62。就一个特定的应用而言，用户可能需要一个实时(rt)服务级别，它可以由用户直接设置或典型地由用户的应用或通信软件来设置，64。如果用户需要一个实时连接，每一个从用户的UNI传送来的信元在其信元头部都具有设为标示信元载荷部分包含实时信息的服务级别位，70。值得注意的是，在根据本发明NBR概念实施的网络环境中，期望实时服务级别连接来实际地支持任何实时应用而不需 要规定特定的信元传输延时(CTD)和信元延时偏差(CDV)参数。这样，将信元头部CTD和CDV位设为适当值来满足连接的实时服务需求的传统过程就完全免除了。
如果用户不需要实时服务连接，默认的非实时服务级别条件保持有效。这样，每个信元头部的rt/nrt服务级别位就被设置为标示信元载荷部分包括非实时信息，66。可以注意到，这里揭示的NBR服务不使用在传统ATM流量管理方法中使用的信元丢失优先权(CLP)方案。这样，信元头部的CLP位可以改为用于在实时与非实时载荷之间进行辨别。
在上述实施方案中，每个通过连接传送的信元都被标明是一个实时信元或者是一个非实时信元，如通过适当地设置信元头部的rt/nrt服务级别位。在一个替换实施方案中，根据用户的需求，一个连接可以被标记为实时或者非实时连接，通过这种连接进行通信的信元不需要逐一被分配实时或非实时状态。一个给定连接的每一个结点，例如，可以在一个信元到达结点时执行一个表查找过程来判断该信元与一个实时连接还是一个非实时连接相关联。于是，根据本实施方案，不需要保留一个信元头部位以区分实时与非实时信元。
在头部rt/nrt服务级别位被以上述方式设置完成后，对在UNI和网络之间传送的一个特定信元的实际比特率进行测量，74。由于在实践中，实际比特率因时间而异会有很大的可变性，UNI的一个测量单元使用一种平均测量原理来确定实际或瞬时比特率，MBR。
一般来说，UNI通过在一个测量周期内对连接的实际或瞬时比特率作近似来测量信元，例如信元i的实际比特率，74。该测量周期具有对特定连接(如一个实时或非实时连接)合适的持续时间。本发明提供对瞬时比特率MBRi的测量方法。
在74确定第i个信元的测量比特率MBRi之后，使用测量比特率MBRi和标称比特率NBR来计算第i个信元的优先级。根据一个实施方案，假设一个信元可以被从其他信元中使用一种采用8个优先级的信元优先化方案区分出来。为了表明8个优先级中的哪个被赋给了一个特定信元，每个信元为此目的分配3个数据位。
根据目前的ATM规范，一个ATM信元被规定为一个具有固定大小的帧的传输单元，包括5个8位字节的头部和48个8位字节的载荷部分。可以理解到，必须在信元头部为标记信元优先级的目的分配3个数据位就有可能需要利用到当前定义的ATM头部位。作为示例，有可能使用由4个数据位构成的一般流控制(GFC)字段。在这种情况下，可以分配3个数据位来标明信元优先级，而一个数据位可以被指定为rt/nrt服务级别位。依据另一个实施方案，有可能脱离5个8位字节头部的规范，分配其他头部位用于标明8个优先级之一和rt/nrt服务级别的目的。
这样，其他头部位可以被重定义来表示信元优先级和服务级别的指定。或者，规定信元优先级与/或服务级别所需的一个或多个数据位可以被置于当前定义的ATM信元头部之外。对现存ATM信元头部定义进行较小修改的需要被应用本发明NBR服务方案的本质优点大大抵消了，例如在网络和流量管理开销和复杂性的显著减少。
可以理解的是，优先级的数目可以少于8或大于8。作为示例，如果假设为标示信元优先级的目的分配4个信元头部位，则可以定义多达24(即2n-数位)或16种优先级。在一个NBR服务环境之内增加优先级的数目允许网络运营商在管理网络流量时进行更细致的特定连接的带宽调整。这种更细致的流量控制水平的代价是解决更大的优先级数目所需增加的信元头部位。
一个优先级计算单元确定每个信元，如信元i的优先级，76。根据本发明的一个实施方案，并且设当第i个信元被传送到网络时，测量比特率为MBRi，信元i的优先级(PLi)可以使用下列议程式来计算： x = 4.5 + ln ( MB R i / NBR ) ln ( 2 )
       
Figure A9981425600222
其中，[x]表示x的整数部分。本发明可提供使用基于缓冲的信元测量和优先级分配技术对信元优先级(PLi)的确定。
正如将在下面根据容纳NBR与传统ATM服务连接的实施方案讨论所讨论的那样，零优先权，PL＝0，是为那些使用带有承诺宽和服务质量的普通ATM服务的连接保留的。因而，上面的方程[1]可以被修改，以便产生位于PL＝1和PL＝7之间的信元优先级，这样，如果1＜x＜7，[x]就表示x的整数部分。
通过应用上面的方程[1]，可以看到，如果一个连接使用超出该连接协商NBR值的网络能力，则信元i的优先级最小为4。还可以进一步看出，如果在UNI的瞬时比特率小于NBR的协商值，则PL最大为4。于是，依据本发明实施方案的优先级方案，允许分2个步骤对一个连接所使用的相关能力进行调整。从上面的方程[1]，可以看出，对一个100KB/秒的NBR来说，高于566KB/秒的MBR会产生PL为7的结果，而低于8.8KB/秒的MBR会产生PL为0的结果。
在78，为每个从UNI发送过来的ATM信元设置在信元头部所分配的3个优先级数据位。然后，ATM信元被传送到由信元头部中提供的结点寻址信息所标识的目的网络结点，结点j，80。
值得注意的是，如果一个用户对连接的服务质量不满意，他可以在至少三个替换方案中选择。首先，用户可以选择保持平均比特率不变，  而减少流量处理的变化。第二，用户可以选择降低平均比特率或提高标称比特率。但是，提高NBR一般将会造成由于更高速的连接，费用随之提高。最后，用户可以改换网络运营商。
在图4中，描绘了一个通用方法的流程图，使用该方法，依据本发明的一个实施方案，一个网络结点对包含从UNI接收的优先级信息的信元进行处理。图5描绘了一个被用于实现图4中所述方法的网络结点的各个组件的实施方案。假设一个信元如信元i已经在UNI被处理过了，并且它包括以上述方式得出的优先级信息。
信元i被从UNI传送到一个网络结点并被结点的过滤器88所接收。一个存储管理器89检查存储器90的状态以便确定存储器90的占用程度，81。存储管理器89根据存储器90的占用状态确定容许优先级(PLa)，82。通常，当存储器90的占用水平很高(即几乎没有可用存储位置)时，存储管理器89建立一个高容许优先权，它可转换为低容许优先“级”，如PLa＝0或2。当存储管理器确定存储器90具有充裕的容量来接收新信元时，存储管理器89建立一个低容许优先权，它可转换为高容许优先“级”，如PLa＝6或7。如熟悉技术的人员可以认识到的那样，PLa的计算也可以根据未占用的缓冲器容量而不是缓冲器占用程度来进行，这不背离本发明的精神。
如果信元i的优先级大于容许优先级PLa，如在83由存储管理器89所判断的那样，则过滤器88丢弃信元i，84。而另一方面，如果信元i的优先级等于或小于容许优先级PLa，则过滤器88接受信元i，85。存储管理器89协调信元i到存储器90的传送，86，并更新一个与存储管理器89连接的索引表91来包含一个对最新接受的信元i的新索引表条目。在一个实施方案中，索引表91储存接受信元i在存储器90中的位置，并且还储存一个信元类型指示器，它指出信元i是一个实时信元还是一个非实时信元。这样，存储器90既可以储存实时信元也可以储存非实时信元。
存储管理器89与索引表91合作，通过给出实时信元对非实时信元的优先程度来共同管理从存储器90到存储器90的输出端的信元传送操作。就示例来说，存储管理器89根据对存储器90中实时信元和非实时信元的存在的判断，在发出任何非实时信元之前，先将实时信元发送到存储器90的输出端。
如图6所描绘，存储管理器89能够判断实时缓冲器(rt-buffer)93和非实时缓冲器(nrt-buffer)的状态。存储管理器89以和前面的叙述相同的方式，根据rt-buffer93和nrt-buffer94的状态为过滤器88确定容许优先级PLa。如果信元i的优先级大于容许优先级PLa，则过滤器88丢弃信元i。而另一方面。如果信元i的优先级等于或小于容许优先级PLa，则丢弃信元i被接受。
网络结点可以应用一个缓冲器过滤方案，它根据信元的包而不是单个信元来实行过滤功能。就示例而言，上面所叙述的过滤过程可以被应用于每个包的第一个信元。如果第一个信元被结点丢弃了，那么跟随着第一信元的该包的所有信元也会被丢弃。但是，如果一个包的第一个信元被接受了，则属于该包的所有其他信元的优先权都可以被提高，如通过将优先级从PL＝5变为PL＝3。即使是一个优先级的提高，如从PL＝4到PL＝3，相信都足以保证只部分地传送很少的包。
一个信元类型检测器92从过滤器88接收已接受的信元，信元i，并判断信元i是rt-cell(实时信元)还是nrt-cell(非实时信元)。如前面所讨论的，信元i的头部包括一个头部位如CLP位，它显示信元i是rt-cell还是nrt-cell。信元类型检测器92根据对信元i的服务级别类型的判断将其传送到rt-buffer93或nrt-buffer94。存储管理器89以前面关于图4和5所述的相同方式协调分别来自rt-buffer93和nrt-buffer94的rt-cell和nrt-cell的输出，为rt-cell赋予优先权。
为增强网络的扩展和流量控制的目的，可能需要要求每个网络用户购买一个最大NBR。最大NBR值最好大体上保持恒定不变。另外，可能需要要求每个用户选择一个合适的瞬时NBR，它应该不大于所选择的最大NBR。一个合适的瞬时NBR的选择通常包括在价格和服务质量之间的折衷。用户检测出的服务质量很大程度上依赖于三个参数，即NBR、平均比特率和流量变化量。虽然用户可能改变这些参数中的任何一个，但网络在信元传输开始时需要知道的信息只是连接的NBR和服务级别(实时或非实时)。
一个如上所述的SIMA网络具有许多优点和好处，它并未解决可能影响特定结点交换功能的包流量负担。在一个支持SIMA的网络中，即一个具有各种标称比特率优先级结点的网络中，特定输入端可能接收到不成比例的大量SIMA包，它最终由于结点的整体负载而不会被从结点输出。进而，在非SIMA(如传统的)网络中，可以为SIMA指定传统网络结点的某些输入。这些专用的输入也可能在该输入端由于SIMA流量而造成过载。
在特定输入端接收到大量SIMA包的这些情况下，网络结点接收并路由/交换所有包数据流，不管其最终是否会被接受以从结点输出。如果那些可能在结点被丢弃的包不必在结点被路由/交换的话，那么就会减少带宽的开销。因此，有利的作法是限制进入结点的包流量，而不是仅仅控制离开结点的流量。本发明提供了这个机会。
图7是依据本发明的一个实施方案在到一个核心SIMA网络结点102的连接中所使用的SIMA流量过滤器(STF)100的方块图。结点102包括至少一个输入端，如图7中所示的输入-1104、输入-2106到输入-n108。结点102还包括至少一个输出端，如图所示的输出-1110，输出-2112到输出-n114。输入和输出经由路由和交换单元116被选择性地连接到一起。在图7中所描绘的结点102代表一个SIMA网络结点，或者一个能够使用SIMA扩展功能支持SIMA包的非SIMA网络结点。这种SIMA扩展功能允许一个非SIMA或传统网络支持SIMA数据流，可以用这里所述的方式对该功能进行确定，并且在此结合同样未决的序列号____、Attorney Docket Number 11784.47-US-01的美国专利申请的内容作为参考，该专利申请的题目是“使用一种传统网络结点交换来管理与各种服务质量原则相关的数据流量的系统与方法”，它被转让给立即申请的受让人。
STF100能够与结点的一个或多个输入一起使用。STF100能够被整体地设置为网络结点自身的一部分，或者可以如图7所描绘的那样，成为网络结点外部的一个不同设备或功能。因此，虽然SIMA流量过滤器可以被认为是网络结点输入端的一部分，但为明确起见，此后下文的术语“输入端”是指一个传统的不带STF的网络结点输入端。
STF100是一个功能性模块的设备，它限制送到结点102的SIMA包流量。其功能是在路由和交换单元116执行传统的路由、多路复用或其他交换功能之前先被执行的，因此它为结点担当了一个“预过滤器”的功能。这减轻了由网络结点执行的这种路由和交换功能拥塞和过载。为了限制这种流量，STF100选择性地丢弃那些最可能在结点的每个输出端被信元调度和缓冲单元(SBU)丢弃的包。最可能在SBU被丢弃的包或信元是使用每个所接收包的优先级或“丢弃优选(drop preference)”来确定的。
为了更好地理解包或信元是如何被选择性地在结点的输出端接受或丢弃的，在图8中描绘了一个信元调度和缓冲单元(SBU)。图8是一个SBU150实施方案的方块图，SBU150在一个结点的输出端根据包或信元的优先级选择性地接受或丢弃包。SBU150还为实时和非实时信元提供缓冲。
在核心结点152接收到的每个信元都与一个之前就在源用户/网络接口，如图2中所述的UNI24，根据流量条件而建立的优先级相对应。此外，每个信元都与一个标识信元包含实时或非实时载荷部分服务级别指示器相对应。信元调度和缓冲单元150只根据两个外部原因来提供对实时和非实时信元的有效处理：每个信元的优先级(即，丢弃优选)和服务级别状态。
如图8中所示，一个信元，如信元i154包括一个优先级(PL)156、一个实时/非实时(rt/nrt)指示器158和一个载荷部分160。在信元调度与缓冲单元150的一个输入端162接收到信元i154。一个信元过滤器164通过读取信元头部的优先级位PL156来确定信元i154的优先级。作为信元过滤过程的一部分，根据在信元调度与缓冲单元150中典型地提供的两个缓冲器的当前状态来计算容许优先级，PLa。
依据SBU150的一个实施方案，包括了两个缓冲器，一个实时缓冲器166和一个非实时缓冲器168。根据在信元中标识其为实时或非实时信元的指示器状态将包或信元引导到合适的缓冲器。这是使用比较功能165来判断的，接着它将信元发送到合适的缓冲器去。这个路由功能可以以技术上已知的各种方式生效，例如通过修改缓冲器目的地地址来将信元引导到实时或非实时缓冲器。通过确定当前驻留在rt-buffer166中的信元数目，以Mrt表示和确定当前驻留在nrt-buffer168中的信元数目，以Mnrt表示，可以计算两个缓冲器166、168的占用水平。信元在被从结点152输出到目的地最终单元169之前，被放入缓冲器。
值得注意的是，rt-buffer166的阴影部分代表一个已占用的rt-buffer部分170，而没有阴影的部分代表一个未占用的rt-buffer部分172。同样地，nrt-buffer168的已占用部分174以阴影区域表示，反之，没有阴影的区域代表未占用nrt-buffer部分176。还应注意到，缓冲器166、168中的每一个都包括多个缓冲器位置178，并且定义nrt-buffer168的非实时缓冲器位置数目典型地超过定义rt-buffer166的缓冲器位置数目。
为了进行描述，但不局限于此，定义下面的缓冲器参数：
Mrt＝在rt-buffer166中的信元数目
Krt＝在rt-buffer166中的缓冲器位置数目
Mnrt＝在nrt-buffer168中的信元数目
Knrt＝在nrt-buffer168中的缓冲器位置数目
一个用PLa逻辑180表示的处理器确定当前占用rt-buffer166的信元数目(Mrt)和当前占用nrt-buffer168的信元数目(Mnrt)。处理器180还判断定义rt-buffer166的缓冲器位置178数目(Krt)和定义nrt-buffer168的缓冲器位置数目(Knrt)。rt-buffer166的占用水平(Xrt)和nrt-buffer168的占用水平(Xnrt)分别使用下面的方程[2]和[3]来确定：
xrt＝Mrt/Krt    [2/3]
xnrt＝Mnrt/Knrt
通过几种方式之一，可以确定总缓冲器系统的平均占用水平(X)，这些方式包括，例如，使用下面任意方程：
x＝(xrt+xnrt)     (a) x = x rt 2 + x nrt 2 - - - ( b ) [4(a)/(b)/(c)]
x＝max(xrt，xnrt) (c)
信元i154的优先级PL156(PL信元-i)与使用下列方程得出的结果进行比较：
               PL＜a-bx                  [5]
其中，a和b为常数，作为举例，将其设为a＝b＝9。根据使用上面的方程[5]进行的比较结果，信元i154的被丢弃或被接受。
可以有利地使用一个替代方法来确定容许优先级PLa。首先，假设rt-buffer166的占用水平Xrt和nrt-buffer168的占用水平Xrt被分为N个级别，其中N可以是例如16或12。为描述的目的，下面提供的表1假设两个缓冲器166和168的占用水平被分为N＝12个级别。当一个信元到达信元调度和缓冲单元150时，调度处理器180确定Mrt和Mnrt的当前值。通过使用简单的计算，特别是如果Krt、Knrt和N是2n(2的n次方)的形式，就可以得到对缓冲器166和168的当前占用水平的评估。这两个值，Xrt和Xnrt，决定表1的行和列。表1每个单元的内容表示针对信元i的到达，就两个缓冲器166、168的当前状态而言的最高容许优先级PLa。
         表1
Figure A9981425600291
可以看出，表1提供了一个有用的对最高容许优先级PLa的评估，PLa反映了rt-buffer166和nrt-buffer168的状态和相对的大小。表1数值的阵列可以被储存在结点152中的非易失性存储器中并根据需要进行更新。
从前面对信元调度和缓冲单元(SBU)150的叙述，可以看出，具有优先级或丢弃优选的包不能满足或超过结点容许优先级，将被丢弃。这个实施方案要求在包到达SBU之前对所有的包执行路由和交换功能。本发明通过在对包执行交换功能之前将可能会在SBU被丢弃的包过滤出去的方法，减少了需要路由/交换的包的数量。
图9描绘了在一个网络结点的输出端执行的STF的包过滤功能。STF190的输入端包括第一个数目的包或信元，用X包192代表。STF190在其输出端提供一个等于或较小数目的包或信元，用Y包194代表。包的减少因素是以如输入路径196所示的提供给STF190的一组控制参数为基础的。这些控制参数的一个目的是确定STF190将允许发送到其输出端的包流量。另外，控制参数可以指定哪些包将被允许进一步送到STF190的输出端，STF190从而在相应的网络结点的输入端调整包流量。
在本发明的一个实施方案中，控制参数被永久性地设为一种预定状态，只允许那些满足或超过一个预定门限值的包通过。例如，一打开STF190的电源或初始化，参数可以被设为允许那些优先权，如丢弃优选，大于或等于一个预定丢弃优选的包通过。在本发明的另一个实施方案中，如下面将更全面叙述的那样，控制参数可以在网络操作中动态地设置。
现在参考图10，提供了一种方法的实施方案的流程图，该方法用于在网络结点输入端减少包流量。在200，建立参数，表示进入特定的一个或多个网络结点的容许包数据流。正如下面的全面叙述，这些参数以一种预定的方式被建立，或者被动态地确定。例如，进入的包为SIMA基于优先权包时，可以建立一个预定的优先级(即丢弃优选)作为兴趣参数。或者，可以根据某些网络结点特性如其当前拥塞程度、当前包输出速率、在结点的实时包与非实时包比例及其他类似特性来建立或修改参数。
在202，包过滤器，如SIMA流量过滤器，在包在网络结点被路由或交换之前截取它们。在204，流量过滤器将包的属性与已生成的参数进行比较。例如，当所选参数是一个预定的SIMA优先级时，预定SIMA优先级与包的SIMA优先级进行比较。在206，判断包属性是否恰好与已生成的参数或参数范围一致(例如，包优先级是否在一个或多个优先级参数集中)。如果不是，包在208被丢弃，并且，下一个包被流量过滤器截取，这在方块210和202中可以看到。那此熟悉技术的人员可以从前面所述可以理解，当包属性不在优先级参数集内时，包可以被丢弃。例如，在生成的参数或参数范围与进入的包的优先级不同时，包可以被丢弃。还应注意到，虽然图10的流程图被描绘为一个顺序的步骤系列，但并不需要按严格的顺序方式执行。例如，在210，下一个包进入包流量过滤器的步骤就可以在前一个包被方块202处理后马上进行，这样某些功能，如202的截取和204的比较对连续包都是并行的。
如果特定包在已生成的参数之内，则在212，包被输入到结点的路由/交换功能。这说明包流量过滤器根据已生成的参数接受了包。在包被适当地交换到其合适的网络结点输出端后，正常的包调度和缓冲可以被执行，如方块214所示。例如，每个配有一个SBU(如图8的SBU150)的结点输出端根据与该特定虚拟路径相应的缓冲器占用水平(或其他拥塞指示器)接受或丢弃单个包。
因此，包流量过滤器提供一种“预过滤”功能来限制到达结点的包流量，而仍然允许根据实际结点拥塞(如SBU)对各个路径进行更个性化的包过滤。
图11描绘了一个与一个网络结点相连接使用的SIMA流量过滤器的实施方案。在图11的实施方案中，使用一个SBU220来预过滤来自网络结点的包流量。核心网络结点102与图7中所示的核心结点102类似。在该配置中，SBU220作为STF来使用。如图8所述，一个进入信元或包被SBU220根据信元的优先权PL和已接受的优先级PLa所丢弃。如果PL＜PLa，则包被丢弃。PLa的计算是根据SBU220中实时和非实时缓冲器的占用水平来进行的。
当包被接受时，根据包内的一个数据位，它被发送到实时或非实时缓冲器。缓冲器以一个速率Cout被清空。输出速率Cout是一个参数，可以对它进行调整来适应特定网络结点的需要。于是，STF将确保传统的SIMA或非SIMA网络结点输入端以最大为Cout的速率接收数据流。如果担当SIMA流量过滤器的SBU220以一个比Cout更快的速率接收包，则SBU220的缓冲器将开始在低优先权数据流到达路由/交换功能116之前将其丢弃。
参考图12，提供了一个用于将SBU用作SIMA流量过滤器的方法的实施方案的流程图。在本实施方案中建立的参数符合SBU/STF的容许优先级PLa，并且是根据缓冲器的占用水平建立的，如方块230中所见。在232，SBU截取去往特定网络结点的包，并在234，将包的优先级与SBU/STF的容许优先级作比较。在本发明的一个实施方案中，SBU/STF的容许优先级是根据临时储存进入包的缓冲器(如，缓冲器166、168)的占用水平来确定的。如在方块236所判断的，当包优先级PL小于SBU/STF的容许优先级时，包在238被丢弃。否则，在240，包被转发到网络结点的路由/交换功能。在包被适当地交换到其合适的网络结点输出端后，正常的包调度和缓冲可以被执行，如在方块242中所见。
在本发明的另一个实施方案中，PLa不依赖于用作STF的SBU220缓冲器占用水平。在这种实施方案中，PLa被固定为一个预定的数值，并且，不是实时和非实时缓冲器的函数。这可以被用于，如只对那些优先权很低的包进行预过滤。
图13描绘了与一个网络结点连接使用的SIMA流量过滤器的另外一个实施方案。在本发明的这个实施方案中，网络结点102将一个网络结点首选输入速率通知给STF100。使用路径250所示的控制反馈，网络结点102能够根据在网络结点102的总体负载来控制进入输入端(如输入-1104)的包速率。例如，当使用一个基于如图11和12所述的SBU的STF时，网络结点能够将缓冲器的首选输出速率Cout通知给STF100。以这种方式，在结点的负载增加以致于需要减少进入结点的SIMA数据流量时，网络结点102可以降低STF100的首选输出速率Cout。同样地，当网络结点负载减少时，网络结点102能够使STF100的输出速率Cout提高。这可以通过操纵SBU/STF100的容许优先级来生效。也可以通过直接控制SBU/STF100的输出速率，如通过一个可调节输出生成机制来生效。
参照图14，提供了一个实施控制从网络结点到SIMA流量过滤器的反馈的方法的实施方案的流程图。在260，在本实施方案中建立的参数符合STF的包丢弃速率或输出速率，并且参数经过一个控制反馈路径被提供给STF。在262，STF截取去往特定网络结点的包，并在264，根据反馈参数调节输出速率，或者调节丢弃速率。当包在266被适当地交换到其合适的网络结点输出端后，包调度和缓冲可以在268被执行。
还可能实施一个不涉及SIMA优先级的流量过滤器。例如，有可能对一个不支持SIMA服务级别的网络结点使用一个SIMA流量过滤器。在这种情况下，STF可以被设置为根据包的其他特性而不是优先级或丢弃优选对包进行预过滤。图15中描绘了这样一个例子。
图15是一个与不支持SIMA服务级别优先级的核心网络结点282连接使用的非SIMA流量过滤器280的示意图。图15的流量过滤器280包括一个”最佳努力”先入先出缓冲器284，它存放接收的包并将其转发到核心结点282的输入-1286。任何不能被缓冲器284接受的包都被丢弃，这样，只要缓冲器有可用容量，流量过滤器就可以接受包。参照图15，缓冲器的占用水平288根据包流量而变化。如果占用水平288升高以致于缓冲器284完全填满，如图所示，可在功能块290中被检测出来。可以以多种方式来判断缓冲器是否被填满，包括比较缓冲器284的地址指针和已知缓冲器284的最后地址，或监视最后的缓冲器位置292。如果缓冲器位置292被占用，则向识别缓冲器已满的功能块290提供一个缓冲器已满指示，并丢弃经路径296接收的新包。本实施方案作为一个流量“保险丝”来操作，它简单地在一个会填满缓冲器284的特定流量水平上终止进一步的包流量。这被用作一种有益的流量负载安全特点。
图16是一个流程图，描绘了对一个不支持SIMA服务级别优先级的核心网络结点使用一个非SIMA流量过滤器的实施方案。在本发明的一个实施方案中，缓冲器是一个先入先出(FIFO)队列。包在流量过滤器被接收，300。如果FIFO在判断块302被确定为已满，则在304，当前包被丢弃。如果FIFO未满，则在306，包进入FIFO队列。在308，包被从FIFO队列转发到网络结点的路由/交换功能。在包被适当地交换到其合适的网络结点输出端后，正常的包调度和缓冲可以被执行，如方块310中所见。
当然，可以理解到，可以对上面所讨论的各种实施方案进行多种修改和添加而不背离本发明的范围和精神。因此，本发明的范围不应受上面所讨论的具体实施方案的限制，而只以下面所述的权利要求及其等同内容的定义为准。

Claims (37)

1.一种在一个具有至少一个网络结点的网络中使用以减少网络结点的网络包功能需要处理的包数量的方法，其中至少一个网络结点能够在一个或多个结点输入端和一个或多个结点输出端之间路由信息包，该方法包括：
在包输入到网络结点之前将其截取；
根据符合网络结点可能的包可接受能力的参数将所截取的包的一部分过滤出去；
将所截取的包的剩余部分转发到网络结点，以由网络包功能来处理。
2.权利要求1的方法，其中截取包包括接收去往特定的一个结点输入端的包并禁止在该特定的一个结点输入端接受包。
3.权利要求1的方法，其中滤出一部分所截取的包包括丢弃那些由于结点拥塞而从网络结点被输出的可能性低的包。
4.权利要求3的方法，其中参数包括一个最小优先权值，并且其中滤出一部分所截取的包包括：
将最小优先权值与每个所截取包的优先权指示器相比较；并且
如果相应的优先权指示器显示出一个低于最小优先权值的包优先权，则丢弃包。
5.权利要求1的方法，其中每个信息包包括一个代表其相对于其他信息包的结点通过优先权的包优先权，并且其中，滤出一部分所截取的包包括：
对每个所截取包的包优先权和符合可能的包可接受能力的参数做比较；
将可能的包可接受能力确定为包缓冲器占用水平的一个函数，该包缓冲器临时储存所截取的包；以及
丢弃那些具有小于可能包可接受能力的相关包优先权的被截取包。
6.权利要求5的方法，其中，每个信息包的包优先权代表了信息包实际比特率与分配给一个用户接口的相关标称比特率的比率。
7.权利要求1的方法，其中每个信息包包括一个代表其相对其他信息包的结点通过优先权的包优先权，并且其中滤出一部分的所截取包包括：
为符合可能的包可接受能力的参数分配一个预定值；
对每个所截取包的包优先权和符合可能包可接受能力的参数进行比较；以及
丢弃那些具有小于可能包可接受能力的相关包优先权的被截取包。
8.权利要求1的方法，其中滤出一部分的所截取包包括：
接收一个来自网络结点的参数反馈，并且
根据参数，将输出率调整为相应的网络结点输入。
9.权利要求8的方法，其中接收一个参数反馈包括在网络结点根据网络结点的负载情况动态地修改参数。
10.权利要求1的方法，其中滤出一部分的所截取包包括：接收一个来自网络结点的参数反馈，并且
根据参数调整包丢弃率。
11.权利要求1的方法，其中网络包功能被从由网络结点的输入端到输出端的包路由功能和包交换功能的组中选择出来。
12.权利要求1的方法，其中，  网络包功能包括一个包多路复用功能来从网络结点的多个输入端到一个或多个输出端进行多路复用。
13.权利要求1的方法，其中网络包功能包括在网络结点输出端的包缓冲和包接受分析。
14.一种在一个具有至少一个网络结点的网络中使用以减少网络结点的网络包功能需要处理的包数量的方法，其中至少一个网络结点能够在一个或多个结点输入端和一个或多个结点输出端之间路由信息包，该方法包括：
建立表示期望包流量的参数；
在包被输入到特定输入端之前，截取去往特定的一个网络结点输入端的包；
将所截取包的属性与已建立的参数进行比较，来判断属性是否符合已建立的参数；
丢弃那些属性不符合已建立参数的所截取包；以及
将那些属性符合已建立参数的包转发到被截取包要去往的特定输入端。
15.权利要求14的方法还包括只对被转发的包执行网络包功能。
16.权利要求15的方法还包括，在其各自的网络结点输出端，将每个被转发的包放入缓冲器，并根据在各个网络结点输出端的包拥塞状态来接受或丢弃被转发的包。
17.权利要求14的方法，其中建立参数包括建立一个固定的最小包优先权，为避免被丢弃，被截取包的优先权必须超过它。
18.权利要求14的方法，其中建立参数包括动态地建立一个最小包优先权，为避免被丢弃被截取包的优先权必须超过它。其中，该最小包优先权是可调节的，以在网络结点，维持一个目标包数量，  包括经过所有输入端所接收的包的总和。
19.权利要求14的方法，其中比较所截取包的属性和已建立的参数包括将每个所截取包的包优先权与一个最小包优先权进行比较。
20.权利要求14的方法，其中：
建立参数包括建立一个容许门限优先权；
比较属性包括将包优先权与容许门限优先权做比较；
丢弃所截取包包括丢弃那些具有低于容许门限优先权的包
优先权的所截取包；以及
转发所截取包包括转发那些具有高于或等于容许门限优先权的包优先权的所截取包。
21.权利要求14的方法，其中：
建立参数包括建立一个容许门限优先权；
比较属性包括将包优先权与容许门限优先权进行比较；
丢弃所截取包包括丢弃那些具有低于或等于容许门限优先权的包优先权的所截取包；以及
转发所截取包包括转发那些具有高于容许门限优先权的包优先权的所截取包。
22.权利要求14的方法，还包括：
在网络结点根据结点拥塞水平生成参数；以及
提供已生成参数的反馈，用于比较所截取包的属性。
23.一种在一个具有至少一个网络结点的网络中使用以减少网络结点的网络包功能需要处理的包数量的方法，其中至少一个网络结点能够在一个或多个结点输入端和一个或多个结点输出端之间路由信息包，该方法包括：
在包被输入到特定输入端之前，截取去往特定的一个网络结点输入端的包；
如果存储队列有可用容量，将所截取包载入存储队列；
如果存储队列没有可用容量，丢弃所截取包；以及
将所截取包从存储队列转发到所截取包要去的特定输入端。
24.权利要求23的方法，其中将所截取包载入存储队列包括将所截取包载入一个先入先出(FIFO)存储队列。
25.一个包预过滤设备，在一个具有至少一个网络结点的网络中使用，其中至少一个网络结点能够在一个或多个网络结点输入端和一个或多个网络结点输出端之间路由信息包，该设备包括：一个包过滤器输入端，截取去往特定的一个网络结点输入端的包，其中包包含一个包优先权值；
一个控制输入端，接收符合一个包接受门限值的参数；
一个相连的比较器，接收并比较包接受门限值与来自所截取包的包优先权值；以及
一个包过滤器输出端，将包优先权值在包接受门限值之内的所截取包转发到其要去往的特定的一个网络结点输入端去。
26.权利要求25的包预过滤设备，还包括至少一个包缓冲器，接收所截取包并根据至少一个包缓冲器的占用水平生成一个包接受门限值。
27.权利要求26的包预过滤设备，其中至少一个包缓冲器包括：
一个实时包缓冲器，接收并缓冲实时包；以及
一个非实时包缓冲器，接收并缓冲非实时包。
28.权利要求27的包预过滤设备还包括：
一个比较器，将每个所截取包中的实时指示器与一个预定实时指示器作比较；
一个包路由器，根据实时指示器与预定实时指示器的比较结果，将每个所截取包路由到实时包缓冲器和非实时包缓冲器之一中去；
一个相连的处理单元，接收每个实时和非实时包缓冲器占用水平的指示，并根据它生成包接受门限值。
29.权利要求25的包预过滤设备，其中：
每个网络结点包括一个包路由和交换单元来选择性地将所截取包路由到网络结点的一个或多个输出端，并提供在网络结点总体负载的指示；并且
控制输入端与路由和交换单元相连，以通过显示网络结点总体负载的反馈信号接收包接受门限值。
30.权利要求29的包预过滤设备还包括至少一个包缓冲器来接收所截取包，其中包缓冲器包括一个速率可变的由在控制输入端的总体负载指示所控制的包输出端。
31.权利要求25的包预过滤设备还包括用于生成包接受门限值的设备。
32.一个包预过滤设备，在一个具有至少一个网络结点的网络中使用，其中至少一个网络结点能够在一个或多个网络结点输入端和一个或多个网络结点输出端之间路由信息包，该设备包括：
一个包过滤器输入端，截取去往特定的一个网络结点输入端的包；
一个与包过滤器输入端相连的缓冲器，在所截取包被转发到其要去往的特定的一个网络结点输入端之前接收所截取包并临时地将其列队；
一个缓冲器占用水平检测器，判断缓冲器的占用水平是否达到了
一个预定占用水平；并且
其中所截取包只在缓冲器占用水平低于预定占用水平时才被转发到缓冲器。
33.权利要求32的包预过滤设备，其中缓冲器占用水平检测器包括一个地址比较器，将一个缓冲器地址指针与一个符合预定占用水平的地址相比较。
34.权利要求32的包预过滤设备，其中缓冲器占用水平检测器包括比较器，它与一个符合预定占用水平的缓冲器位置相结合，对缓冲器位置的内容和一个符合一个空缓冲器位置的已知值做比较。
35.一个网络系统，用于通过排除对具有低于一个包接受门限值的优先权的网络包的传输来减少网络拥塞，该网络系统包括：
多个网络结点，每个结点都能够接收网络包并将网络包路由到其他网络结点或一个目的地结点；
一个包预过滤设备，包预过滤设备之一与多个网络结点中的每一个的一个输入端相连，该设备截取去往其相关结点的网络包，并将那些具有低于包接受门限值的优先权的网络包过滤出去。
36.权利要求35的网络系统，其中包预过滤设备包括：
一个包过滤器输入端，截取去往特定的一个网络结点输入端的包，其中包包括一个包传输优先权值；
一个控制输入端，接收符合包接受门限值的参数；
一个相连的比较器，接收并将包接受门限值与来自所截取包的包传输优先权值进行比较；以及
一个包过滤器输出端，将具有在包接受优先权门限值之内的包传输优先权值的所截取包转发到其要去往的特定的一个网络结点输入端去。
37.权利要求35的网络系统，其中包预过滤设备包括用于生成包接受门限值的设备。
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