CN1339233A - 标称比特率(nbr)业务的基于缓冲器的业务量测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于控制从信元源经网络连接发送到网络目标的信元的信元优先级的系统和方法。所发送的每个信元一旦从信元源输出就寄存到测量缓冲器中。测量缓冲器中的这些寄存的信元以与测量缓冲器的当前占用量级相应的释放速率被释放。信元优先级值这样得到:将当前缓冲器占用量级与多个预定的缓冲器占用范围之一相关,以判断哪个占用范围与当前占用量级相符。所得到的优先级值加载到发自信元源的信元中,以供网络连接所使用。

Description

标称比特率(NBR)业务的基于缓冲器的 业务量测量系统和方法

                        发明领域

本发明一般涉及通信系统，具体地说，涉及一种基于缓冲器的系统和方法，用于测量信元传输速率和将信元优先级分配给通过采用标称比特率(NBR)业务的网络所发送的信元。

                        背景技术

目前，通信技术尤其是与因特网有关的通信技术的状况正处在不断变化中，并且发展很快，常出现不协调现象。个人计算机和机顶盒的普遍存在以及种类的多样性给通信系统基础设施的提供者带来了很大的压力，因为他们必须适应要求立即接入因特网和其他网络资源的新用户数量的急剧增加。适用于这些业务的用户的新的高级软件的迅猛发展也对系统基础设施提出了附加要求。

因特网和其他网络上的经营业是一种公众普遍接受的业务。举例来说，传统的在线业务(如因特网提供者提供的那些在线业务)通常按月对接入基本业务和资源(如信息的专用和公用数据库)的用户收费。这种传统的业务提供者还可以为用户可在线购买的许多产品或业务作广告。

目前可以考虑或实现的因特网商业化的其他形式包括提供视频和音频会议业务，以及各种其他实时和非实时业务。这些业务的提供者以及通信系统基础设施的提供者目前正面临着一些复杂的问题，包括对网络容量、负载和业务量的管理以支持实时、非实时和高带宽业务，和实现对这些业务的使用进行记帐的可行记帐方案。

通信业在一种称为异步传送方式(ATM)的特殊技术上费了相当大的精力和投资，这种方式可作为目前的和可以预料的基础设施局限性的一种可行的解决方案。熟练技术人员可以理解ATM，以建立一种通信联网思想，从理论上讲，例如通过提供一种管理网络负载增加的性能，支持实时和非实时应用，和在一定的环境下提供服务质量的保证等级，这种思想可以从事上述所关心的许多事情。

常规的ATM业务结构一般提供若干个预定的服务质量等级，通常称为业务类别。每种业务类别都包括一些服务质量(QoS)参数，这些参数规定了各个业务类别的特性。换言之，所规定的业务类别以ATM特性参数的子集所规定的方式向ATM虚拟连接(VCC或VPC)提供特性。以下作为参考的ATM论坛的规范中所规定的业务类别包括例如恒定比特率(CBR)类别、实时可变比特率(rt-VBR)类别、非实时可变比特率(nrt-VBR)类别、未指定比特率(UBR)类别和可用比特率(ABR)类别。

恒定比特率业务类别可用来支持连接期间需要固定带宽量的实时应用。协商特定的服务质量以提供CBR业务，其中QoS参数包括以下特性：峰值信元速率(PCR)、信元损失率(CLR)、信元传送时延(CTD)和信元时延变差(CDV)。常规ATM业务量管理方案保证维持向用户承诺的QoS，以便支持例如需要严格限制的时延变差的实时应用，如电路仿真和话音/视频应用。

非实时VBR业务类别可用来支持非实时应用，其中产生的网络业务量可具有频繁的数据脉冲串的特征。类似地，实时可变比特率业务类别可用来支持“突发性”网络业务量情况。rt-VBR业务类别与nrt-VBR业务类别的不同之处在于，前者用来支持实时应用，如话音和视频应用。无论实时还是非实时VBR业务类别其特征在于峰值信元速率(PCR)、可保持的信元速率(SCR)和最大脉冲串长度(MBS)。

未指定比特率(UBR)业务类别通常称为“极力业务”，这是因为，它不指定与业务量有关的业务保证。这样，UBR业务类别可用来支持非实时应用，包括传统计算机通信应用，如文件传送和电子信函。

可用比特率(ABR)类别通过采用反馈机理控制业务量的速率来为用户分配可用带宽。反馈机理允许尽力改变信元传输速率，以控制或避免业务拥塞和更有效地利用可用带宽。资源管理(RM)信元在数据信元传输之前，它从源发送到目标再返回到源，以便将业务量信息提供给源。

尽管上述目前的ATM业务结构看来可以至少在概念上为面临通信业的许多问题提供可行的解决方案，然而，目前所规定的ATM需要实现复杂的业务量管理方案，以便满足目前正在考虑的各种ATM规范和建议中所表明的目标。为了有效地管理网络中的业务流，常规ATM业务量管理方案必须确定大量的业务量状况标志，包括业务类别参数、业务量参数、服务质量参数等等。在名称为“Traffic Control andCongestion Control in B-ISDN”的ITU-T建议I.371中和在ATM论坛的技术委员会所公布的4.0版本(af-tm-0056.000，1996年4月)的业务量管理规范中，给出了这些参数的非详尽列表以及其他ATM业务量管理事项。

常规业务量管理方案中所用的一种业务量参数包括用户发送信元的速率。常规ATM业务量管理原则根据从网络接收到的反馈控制信息进行信元传输速率的调整。这一附加的复杂性可能是所不希望的，因为在用户/网络接口(UNI)处完成这些操作可能更快更有效。再者，在UNI处，这些常规测量原则定期地提供反馈信息而不是连续地提供信元速率信息。常规业务量管理方案也不能为标称比特率业务中所用的多个信元优先级值提供测量技术。

因此，在通信业中，需要一种网络配置和方法，以提供概念上便于实现的业务量管理系统和方法。还需要一种系统和方法，以在UNI处提供一种基于缓冲器的信元业务量测量原则，这种系统和方法可使信元速率信息一直适用于用户而不只是定期地提供信息，而且还避免了信元反馈技术的复杂性。还希望可在上述标称比特率业务中使用用于分配多个优先级而不是一般的开/关优先级指示的系统和方法。本发明可满足这些要求及其他要求，并具有现有技术的业务量管理方法所不具备的其他优点。

                        发明概述

本发明给出了一种系统和方法，用于控制分配给通过网络连接发送的信息单元的优先级。一种缓冲方案被用来测量信息单元比如信元的传输速率，并用来将一系列连续的信元优先级之一分配给从信元源所发送的信元。每个都加载有信元优先级之一的信元通过一个具有基于标称比特率(NBR)的服务质量的网络连接被发送。标称比特率表示一种所期望的而不是所保证的与特定用户或连接相关的比特率，并且在管理信元业务量时使用多个信元优先级。本发明提供了一种基于缓冲器的系统和方法，以便支持这种系统中的信元业务量管理。

根据本发明的一种实施方式，提供了一种用于控制从信元源经网络连接发送到网络目标的信元的信元优先级的方法。所发送的每个信元一旦从信元源输出就寄存到测量缓冲器中。测量缓冲器中的这些寄存的信元以与测量缓冲器的当前占用量级相应的释放速率被释放。信元优先级值这样得到：将当前缓冲器占用量级与多个预定的缓冲器占用范围之一相关，以判断哪个占用范围与当前占用量级相符。所得到的优先级值加载到发自信元源的信元中。

根据本发明的另一种实施方式，在测量缓冲器中寄存信元包括了在测量缓冲器中为发自信元源的每个信元都提供一个虚拟信元。在一种实施方式中，这还包括为发自信元源的每个信元都产生一个复制信元，而在另一种实施方式中，还包括针对发自信元源的每个信元都将缓冲器地址指针增加一个信元量。信元通常以通过向测量缓冲器的输出端提供多个输出使能信号之一所规定的速率被释放，其中不同的输出使能信号被提供时取决于预定缓冲器的哪个占用范围与当前占用量级相符。

本发明的以上内容并没有描述本发明的每一说明的实施方式和实现方式。目的是针对随后的图及相应的讨论。

                     附图的简要说明

通过了解以下详细描述并参照附图，就可以清楚地看到本发明的其他方面及优点，其中：

图1是说明根据本发明的实施方式在用户/网络接口与采用标称比特率业务的网络之间传送信息的信元的一般过程的流程图；

图2是根据本发明的实施方式的标称比特率业务结构的系统框图；

图3详细说明了根据本发明的另一实施方式在用户/网络接口与采用标称比特率业务的网络之间传送信息的信元的过程；

图4以流程图形式说明了根据标称比特率业务的一种实施方式在网络节点中对信元进行滤波的一般过程；

图5是根据标称比特率业务在网络节点中对信元进行滤波的系统的一种实施方式的框图；

图6是根据标称比特率业务在网络节点中对信元进行滤波的系统的另一种实施方式的框图；

图7说明了根据本发明的NBR业务的网络信元的一种实施方式；

图8是说明根据本发明的一种实施方式的信元业务量测量和优先级分配系统的框图；

图9是说明将优先级阈值与当前缓冲器占用量级进行比较的一种方式的流程图；

图10是执行优先级阈值比较单元的比较功能的优先级阈值比较单元的一种实施方式的框图；

图11是缓冲器占用量级-缓冲器倒空速率的图形表示，其中缓冲器用计数器实现；

图12是作为时间的函数的从满占用量级开始下降的缓冲器占用量级的图形表示，其间没有信元到来；

图13是缓冲器占用量级、倒空速率和不同的缓冲器释放时间之间的关系的图形表示，其中缓冲器占用量级之间间隔相等；

图14用图形说明了在任意两个信元到来之间从缓冲器释放出的信元的个数的计算；

图15是说明针对间隔相等的缓冲器占用量级实现方式的本发明的一种实施方式的流程图；

图16是缓冲器占用量级、倒空速率和不同的缓冲器释放时间之间的关系的图形表示，其中缓冲器占用量级之间以对数方式间隔；

图17是作为时间的函数的以对数方式下降的缓冲器占用量级的图形表示，其间没有信元到来；

图18以流程图形式说明了一种修改从缓冲器输出的虚拟信元的输出速率的通用方法；

图19给出了一例根据本发明的信元输出使能电路；和

图20-21是对于四种特定负载量的平均信元损失率P_损失与优先级之间的函数关系的图形描述。

                   所示实施例的详细说明

在下列各种实施方式的描述中，将参照这些附图，这些图构成了本文的一部分，并且通过图解来说明可以实施本发明的各种实施方式。应当理解，在不背离本发明的范围的前提下，还可以采用其他实施方式，并且还可以进行结构上和功能上的修改。

这里所述的业务思想可以被认为是简单的综合媒体接入(SIMA)业务模式。SIMA业务模式将ATM的基本特性与称为标称比特率业务的新业务思想的内容中所规定的8个优先级的附加情况相结合。通常，NBR业务可以保证在不同的连接之中网络容量的简单有效的分配，以及对使用这些连接的用户进行计费。采用SIMA业务模式的基本方案的网络无需执行许多传统的沉重的业务量管理功能，包括业务量标志符、服务质量参数、业务类别、连接接入控制(CAC)或使用参数控制(UPC)。

所有这些功能都可以用下列两个自主单元所执行的功能来有效地取代：配置在用户/网络接口中的测量单元，和配置在网络节点中的信元调度和缓冲单元。从用户角度来看，SIMA业务思想简单易懂，这是因为，它不存在与各连接相应的预定业务量或质量参数，并且对连接使用计费只取决于NBR的值和连接的时长。

SIMA业务的典型实现方式是利用以下两个主要部分：接入节点和核心网络节点，这些节点基本上具有不同的功能职责。例如，接入节点(可以是用户/网络接口)完成每个连接的测量业务量的任务，而在核心网络节点中，业务量控制功能不必知道有关各个连接的特性的情况。

SIMA业务模式的这种良好的简易性为基础设施硬件和软件的厂家提供了明显的好处。例如，利用单独的信元调度和缓冲单元、交换结构和路由选择功能可以实现ATM交换或交叉连接。通过利用ATM虚拟通路或IP交换技术，可以降低路由选择任务的复杂性。此外，在信元调度和缓冲单元中可以包括分组丢弃和优先级反馈特性，而不会消极地影响它们的自动性。再者，网络节点的简单实现方式还会带来相对便宜、高容量的网络基础设施的实用性。

SIMA业务基础设施的更复杂的单元涉及接入节点。这些接入节点通常包括测量单元，用以实时地测量每个连接的业务流，和计算单元，用以确定要分配给每个信元的优先级。这些附加特性实现起来的困难程度并不比在常规ATM网络中进行UPC的困难程度大。

本发明提供了一种系统和方法，用于测量来自用户/网络接口(UNI)的信元传输速率，和用于将与一系列连续优先级相应的多个优先级之一分配给从UNI输出的每个信元。该系统采用了基于缓冲器的测量思想，在该思想中，将与信元输出源输出的信元相应的虚拟信元输入到缓冲器中。缓冲器的占用量级提供了单个连接的信元传输速率的指示。将所计算的信元传输速率与该连接的NBR进行比较，以确定如何控制分配给信元的信元优先级值。

该缓冲器是这样实施的：每当一个虚拟信元到来时，就将缓冲器的信元占用量级增加一个信元。信元以与缓冲器占用量级相应的速率被释放。缓冲器被划分成多个缓冲器占用范围，其中每个占用范围都与要分配给从信元输出源输出的信元的优先级相应。总之，缓冲器占用量级越高，就将越高的信元损失优先级分配给这些信元，这表示这些信元更有可能会在网络节点中被丢弃。类似地，低缓冲器占用量级表示较低的信元传输速率和更可能成功通过网络连接中的节点。

下面，参照图1，图中示出了通过NBR业务连接在用户/网络接口与网络之间传送信息的一般方法。首先，用户同网络运营者协商或选择40标称比特率，这可以在建立连接之前或在建立连接时完成。在一种实施方式中，用户通知网络运营者，请求所需的NBR，并将所请求的连接带宽分配给用户。根据这一实施方式，网络运营者无需在建立或释放NBR连接之前执行分析核心网络节点中当前网络负载状况的任务。在另一种实施方式中，网络运营者在建立或释放NBR连接之前执行确定网络负载状况的任务，尽管这一任务在大小适当的支持NBR业务的网络中可能不必要。

根据特定的应用，用户选择42实时或非实时网络连接。确定各信元的优先级(PL)(它表示该信元相对于其他信元的重要性或关键性)的过程包括在UNI中测量44所选择的实时或非实时连接的实际即实测比特率(MBR)。各信元的优先级在UNI中被确定46。在本发明的一种实施方式中，用MBR与NBR的比值来确定46该PL。

在UNI中计算出各信元的优先级后，将信元发送48到网络，例如发送到网络中的某个节点。一旦从UNI发送的信元到达，网络节点就执行信元滤波过程，这样，节点可以判断是接受还是丢弃特定的信元。信元滤波过程包括确定50网络节点的一个或多个缓冲器或存储器的状态，以确定缓冲器或存储器的占用量级。节点根据信元的优先级和节点缓冲器的状态来接受或丢弃52信元。满足节点中确定的滤波条件的信元被接受、缓冲，最终以与所希望的连接服务质量相符的方式被发送54到该网络中的另一个节点或另一个网络。

关于图2中框图形式所示实施方式，图中示出了用户20，他利用UNI24与网络30通信。用户20与网络运营者22协商标称比特率。网络运营者22根据一些因素评估用户的NBR请求，这些因素包括：与其他用户20协商的NBR，与网络的其他用户有关的各种连接的数量和性质，以及影响网络容量和业务流的其他因素。原则上，NBR可以是零，在这种情况下，通过UNI 24发送的所有信元都分配以网络30中的最低优先级。NBR的值也可以大于UNI 24中的传输容量。如果NBR的值例如明显大于传输容量，那么从UNI 24发送的所有信元都分配以网络30中的最高优先级。应当注意，这里所述的信元的优先级在利用NBR业务思想的一个网络中或若干个网络中才有意义。在提供NBR业务的网络之外传送(比如通过网络/网络接口(NNI)传送)的信元可以根据上述其他网络所采用的业务量管理办法来处理。

与可以提供服务质量保证的常规网络业务相比，网络运营者22并不保证用户协商的NBR的连续可用性。然而，大小适当的网络应当提供适当的带宽，以便实际上确保(尽管不保证)所确立的NBR的可用性。应当注意，所有正以等同的NBR发送数据的用户都遇到近似相同的服务质量。

与网络运营者22一起确立了NBR后，用户20可以通过网络30将信息传送给所需目标36。测量单元26测量UNI 24与网络30之间传送的各信元的实际即瞬时比特率(即MBR)。在信元从UNI 24发出之前，优先级计算单元28利用协商的NBR和MBR确定该信元的优先级。根据一种实施方式，可以将8个优先级之一分配给某个信元。优先级计算单元28通过计算MBR与NBR的比值确定特定信元的优先级。优先级计算单元28所确定的优先级被分配给此时从UNI 24发送到网络30的信元。

UNI 24将含有优先级信息的信元发送到网络30的节点如节点A32。节点A 32根据信元的优先级和节点A 32的缓冲能力，接受或丢弃从UNI 24接收到的信元。通常，当节点A 32的缓冲器或存储器的占用量级提高(即填充较大)时，优先级较低(即具有较大优先级值)的信元被丢弃，而接受优先级较高(即具有较小优先级值)的信元。当节点A 32的缓冲器的占用量级下降(即填充较小)时，节点A 32愈加倾向于能接受优先级较低(即具有较大优先级值)的信元。随后，节点A 32中所缓冲的信元被发送到网络30中的另一个节点如节点B 34或发向别的网络，最终发送到终点目标36。

为了便于这一描述，所用的举例网络30被描述为具有两个中间节点32和34。这些节点表示网络数据通信单元，比如路由器、交换机和复用器。然而，对熟练技术人员而言，显然，本发明也可以用各种多节点网络结构来实现，这些网络结构诸如是范围从局域网(LAN)到扩大的全局网(GAN)如因特网的网络中所采用的多点、星形、环形、回路形和网格形网络拓扑结构。

图3-5说明了根据NBR业务方法的一种实施方式调度和缓冲信元的过程。参照图3，用户与网络运营者一起确立60某一NBR。最初将业务类别设置62成作为缺省设置的非实时(nrt)业务类别可能是所期望的，尽管不要求。根据特定应用，用户可能需要实时(rt)业务类别64，这可以由用户直接设置或者一般通过用户的应用程序或通信软件来设置。如果用户需要实时连接，那么从用户的UNI发送的各信元在信元的标题设置中都会有业务类别比特，以指示信元的有效载荷含有实时信息70。注意，在根据本发明的NBR思想实现的网络的环境中，实时业务类别连接是所期望的，以便实际上无需指出特定信元传送时延(CTD)和信元时延变差(CDV)参数就可支持任何实时应用。这样，完全可以避免将信元标题的CTD和CDV比特设置成适当的值来适应连接的实时业务要求的常规过程。

如果用户不需要实时业务连接，那么缺省的非实时业务类别情况仍然有效。这样，就可设置各信元标题的rt/nrt业务类别比特，以指示信元的有效载荷含有非实时信息66。注意，这里所公开的NBR业务并不采用常规ATM业务量管理方法中所用的信元损失优先级(CLP)方案。这样，可以用信元标题中的CLP比特来辨别实时和非实时有效载荷。

在上述实施方式中，例如可以通过适当地设置信元标题的rt/nrt业务类别比特，指出通过连接发送的各信元是实时信元还是非实时信元。在另一种实施方式中，可以根据用户的要求，指出连接是实时还是非实时连接，并且通过这种连接传送的信元不必单独被指定是实时或非实时状态。例如，某个连接的各节点一旦信元到达节点就可以执行查表过程，以判断信元与实时还是非实时连接有关。因此，根据这一实施方式，不必预留信元标题比特来区分实时和非实时信元。

在按上述方式设置了rt/nrt业务类别标题比特之后，对UNI与网络之间所要传送的特定信元的实际比特率进行测量74。由于实际上实际比特率随时间可能有很大的可变性，因此，UNI的测量单元要采用平均测量原理来确定实际即瞬时比特率MBR_i。

一般来说，UNI在测量期间通过接近连接的实际即瞬时比特率的方法来测量74信元(如第i个信元)的实际比特率，该测量时段有一段对特定连接(如实时或非实时连接)而言是合适的持续时间。本发明规定了瞬时比特率MBR_i的测量。

确定74了第i个信元的测量比特率MBR_i之后，利用这一测量比特率MBR_i和标称比特率NBR计算出第i个信元的优先级。根据一种实施方式，假定，可以利用具有8个优先级的信元优先化方案将某个信元与其他信元区分。为了指示8个优先级中哪个优先级属于特定的信元，为此为每个信元都分配了3个比特。

根据现有ATM规范，ATM信元被认为是一个传输单元，它具有固定大小的帧，该帧由5个字节的标题和48个字节的有效载荷构成。可以理解，为了指示信元优先级，在信元标题中分配3个比特的必要性可能要求使用目前定义的ATM标题比特。例如，可以使用现有的通用流量控制(GFC)字段，该字段总共由4个比特构成。这样，其中3个比特可以被分配用来指示信元优先级，而1个比特可被指定为rt/nrt业务类别比特。根据另一种实施方式，与5个字节的标题ATM规范不同，可以分配其他标题比特，用来指示8个优先级之一和rt/nrt业务类别。

这样，其他标题比特可以被重新定义，以表示信元优先级和业务类别指示。或者，指示信元优先级和/或业务类别所需的一个或多个比特可以位于目前所定义的ATM信元标题之外。采用本发明的NBR业务方案所提供的这些显著优点(例如网络和业务量管理的总开销和复杂性明显减小)，可以有效地补偿对现有ATM信元标题定义作较小的修改的需要。

应当理解，优先级数可以小于8也可以大于8。例如，如果假定分配4个信元标题比特来指示信元的优先级，那么可以规定多达2⁴(即2^{n 个比特})个即16个优先级。在NBR业务的环境中增加优先级数允许网络运营者在管理网络业务量时可以对特定连接的带宽进行微调。业务量控制的这种微量控制的代价是需要一个或多个附加的信元标题比特来解决更多的优先级数的问题。

优先级计算单元确定76各信元如第i个信元的优先级。根据本发明的一种实施方式，并假定当第i个信元被发送到网络时所测量的比特率为MBR_i，可以利用下式来计算第i个信元的优先级(PL_i)： $x=4.5+\frac{\mathrm{Ln}(\mathrm{MBRi}/\mathrm{NBR})}{\mathrm{Ln}\left(2\right)}$ 其中，[x]代表x的整数部分。本发明规定了采用基于缓冲器的信元测量和优先级分配技术确定信元的优先级(PL_i)。

正如下文中所讨论，根据一种提供了NBR和传统ATM业务连接的实施方式，零优先级即PL＝0被预留给使用具有带宽和服务质量保证的普通ATM业务的那些连接。因此，上述公式[1]可以被修改，以便得到范围在PL＝1和PL＝7之间的信元优先级，这样，[x]代表x(1＜x＜7)的整数部分。

应用上述公式[1]可以看到，如果某个连接正在使用超过连接的协商NBR值的网络容量，那么第i个信元的优先级至少为4。还可以看到，如果UNI处的瞬时比特率小于协商NBR值，则PL至多为4。因此，根据本发明的这一实施方式的优先级方案使得可以以2为一级来调整连接所用的相对容量。从上述公式[1]可以看到，对于100kbit/s的NBR，大于566kbit/s的MBR得到PL为7，而小于8.8kbit/s的MBR得到PL为0。

对于从UNI发送的各个ATM，可以设置78信元标题中的所分配的3个优先级比特。然后，将这些ATM信元发送80到由在信元标题中提供的节点寻址信息所标识的目标网络节点j。

注意，如果用户对连接的服务质量不满意，那么用户可以有至少三种选择方案。第一，用户可以选择保持平均比特率不变，而减小业务过程的变化。第二，用户可以选择降低平均比特率或提高标称比特率。然而，对于速率较高的连接而言，提高NBR通常会导致成本的提高。最后，用户还可以变更网络运营者。

图4中，以流程图形式说明了根据本发明的一种实施方式网络节点对含有从UNI接收到的优先级信息的信元进行处理的一般方法。图5说明了用来实现图4中所述方法的网络节点的各组成部分的一种实施方式。假定，信元如第i个信元在UNI中被处理并且含有按上述方式得到的优先级信息。

第i个信元从UNI被发送到一个网络节点，并被该节点的滤波器88所接收。存储管理器89检查存储器90的状态81，以便确定存储器90中的占用情况。存储管理器89根据存储器90的占用状态确定82容许的优先级(Pl_a)。一般而言，当存储器90的占用量级高(即很少有可用的存储位置)时，存储管理器89确立高容许优先级，它表现为低容许优先级“值”，例如Pl_a＝0或2。当存储管理器89确定存储器90有足够的容量接收新信元时，存储管理器89确立低容许优先级，它表现为高容许优先级“值”，例如Pl_a＝6或7。对熟练技术人员而言，显然，在不违背本发明的思想的前提下，还可以根据未占用的缓冲器容量而不是根据缓冲器占用量级来计算Pl_a。

如果第i个信元的优先级大于存储管理器89所确定83的容许优先级Pl_a，那么，滤波器88丢弃84第i个信元。而如果第i个信元的优先级等于或小于容许优先级Pl_a，那么，滤波器88接受85第i个信元。存储管理器89协调发向存储器90的第i个信元的传送86，并且更新与存储管理器89连接的索引表91，从而对于最新接受的第i个信元包括一个新的索引表条目。在一种实施方式中，索引表91将所接受的第i个信元的位置存储在存储器90中，并且还存储指示第i个信元是实时信元还是非实时信元的信元类型标志。这样，存储器90就可以存储实时和非实时信元。

存储管理器89配合索引表91，以实时信元比非实时信元优先的方式，来管理信元从存储器90到存储器90的输出端的传送操作。例如，存储管理器89一旦确定在存储器90中既有rt信元又有nrt信元，就先将所有rt信元传送到存储器90的输出端，然后传送出所有nrt信元。

根据另一种实施方式，如图6中所示，存储管理器89确定实时缓冲器(rt缓冲器)93和非实时缓冲器(nrt缓冲器)94的状态。存储管理器89以与前面所述类似的方式，根据rt缓冲器93和nrt缓冲器94的状态确定针对滤波器88的容许优先级Pl_a。如果第i个信元的优先级大于容许优先级Pl_a，那么，滤波器88丢弃第i个信元。而如果第i个信元的优先级等于或小于容许优先级Pl_a，那么，接受第i个信元。

根据另一种实施方式，网络节点可以应用缓冲滤波方案，这种方案根据信元的分组而不是根据单独的信元来实现滤波功能。例如，上述滤波过程可以应用于各分组的第一信元。如果第一信元被节点丢弃，那么，该分组中第一信元之后的所有信元也都被丢弃。然而，如果分组的第一信元被接受，那么，该分组的所有其他信元的优先级都可被提高，例如，将优先级从PL＝5变为PL＝3。即使是提高1个优先级，例如从PL＝4到PL＝3，相信也足以保证只有很少被部分发送的分组。

信元类型检测器92接收到所接受的来自滤波器88的信元如第i个信元，并判断第i个信元是rt信元还是nrt信元。如上所述，第i个信元的标题包括一个指示第i个信元是rt信元还是nrt信元的标题比特，比如CLP比特。信元类型检测器92一旦确定了第i个信元的业务类别类型，就将第i个信元发送到rt缓冲器93或nrt缓冲器94。按照一种与以上参照图4和5所述类似的方式，存储管理器89协调rt信元和nrt信元分别从rt缓冲器93和nrt缓冲器94输出，其中rt信元优先。

根据本发明的另一种实施方式，为了增强网络扩展和业务量控制，希望要求网络的每个用户都获得最大的NBR。最大的NBR值打算基本上保持不变。此外，还希望要求每个用户都选择适当的瞬时NBR，它应当不大于所选择的最大NBR。适当的瞬时NBR的选择通常在价格与服务质量之间折衷。用户检测到的服务质量基本上取决于三个参数，即NBR、平均比特率和业务量波动量。尽管用户可以改变这些参数中的任一参数，然而，网络在启动信元传输时需要知道的唯一信息是连接的NBR和业务类别(实时或非实时)。

根据本发明的另一种实施方式，SIMA业务模式规定了NBR和传统ATM业务连接的适应性。显然，有连接保证的传统ATM业务希望适用于某些应用。然而，可想而知，本发明的NBR业务所提供的服务质量在几乎所有实时和非实时应用中都将满足或超出用户的期望。

规定了NBR和传统ATM业务的SIMA业务要求网络运营者提供UPC设备，用于各种常规ATM连接，或者可能用于虚拟通路。使用传统ATM业务连接所发送的所有信元都被分配以最高优先级即PL＝0和实时(rt)业务类别指示。根据这种方法，零优先级被预留给那些使用具有带宽和服务质量保证的普通ATM业务的连接。因此，上述优先级确定公式[1]可以被修改，以便得到范围在PL＝1和PL＝7之间的信元优先级，这样，[x]代表x(1＜x＜7)的整数部分。注意，如果网络运营者想要将额外的信元标记为CLP＝1的信元，那么，那些信元可被标记以低优先级，例如PL＝6。

与传统ATM技术可能不兼容的一点是：每个ATM信元必须要有用于确定信元优先级的3个比特，或者，若在信元标题中使用当前信元损失优先级CLP比特时为两个比特。此外，还需要1个比特来区分实时和非实时连接。rt/nrt业务比特可以但不要求包含在每个信元中。可以使用现有通用流量控制(GFC)字段，该字段总共由4个比特构成。这样，其中3个比特可以被分配用来指示信元优先级，而1个比特可被指定为rt/nrt业务类别比特。

下面参照图7，图中示出了根据本发明的网络信元200的一种实施方式。如前面所述，ATM标准将ATM信元定义为一个固定大小的信元，其长度为53个字节，包括5个字节的标题和48个字节的有效载荷。信元200的模式根据ATM标准信元构成，并包括5个字节的标题202和48个字节的有效载荷204。计算出优先级后，将优先级分配给各信元，然后再将信元从UNI发送到网络。标志特定信元的优先级的指示存储在优先级字段(PL)206中。本例中，有8个优先级可用，因此，必须在PL字段206中分配3个比特。

图8是说明根据本发明的一种实施方式的信元业务量测量和优先级分配系统250的框图。系统250监测特定连接上的来自UNI的信元传输速率，并将优先级指示分配给各输出信元。分配给特定信元的优先级取决于当前信元传输速率与所确立的NBR的比较。在本发明的一种实施方式中，存在8个优先级，表示8个优先级之一的优先级值被分配给用户从UNI发送的各个信元。假定有8个优先级，那么在一种实施方式中优先级值这样来分配，即信元传输速率加倍导致优先级(PL)将加1，其中，PL＝4对应于协商的标称比特率。如下表1所示：

PL	7	6	5	4	3	2	1	0
									速率	8*NBR	4*NBR	2*NBR	NBR	NBR/2	NBR/4	NBR/8	NBR/16

表1

图8中的信元输出源252负责通过网络254发送指定给特定网络节点或目标的信息。当信元从信元输出源252输出时，虚拟信元发生器256识别发送到网络254的每个信元，并在缓冲器260的虚拟信元输入端258产生一连串相应的虚拟信元。因此，随着信元从信元输出源252输出，缓冲器260将填充虚拟信元。缓冲器252的当前占用量级用一个指向下一个可用缓冲器位置的地址来表示，如线段262上的虚拟信元指针所示。

业务量测量和优先级分配系统250基于虚拟信元缓冲器260。缓冲器260的占用量级标识要分配给从信元输出源252输出的信元的优先级。高缓冲器260占用量级一般表示信元输出源252以高于NBR的速率发送信元，结果分配了较高优先级。例如，参照表1，业务量测量和优先级分配系统250确定信元输出源252以两倍于协商NBR的速率(即2^*NBR)发送信元，因此，优先级将被提高到等于“5”的PL。

每当一个来自虚拟信元发生器256的信元到达虚拟信元输入端258，缓冲器260的占用量级就加1。缓冲器260以与其当前占用量级相应的速率倒空。在本发明的一种实施方式中，缓冲器260的信元释放速率被设置成基本上与信元到达虚拟信元输入端的速率相同的速率。这样，只要信元输出源252的传输速率不变，缓冲器占用量级就保持占用量级不变。为了不改变缓冲器占用量级，信元输出源252输出的新信元应分配给共同的优先级。

然而，若来自信元输出源252的信元传送速率变化，这样，缓冲器260开始以不同的速率填充，因此，可能遇到多个缓冲器占用量级阈值之一。这由优先级阈值比较单元264来检测，该单元根据信元指针262所标识的缓冲器占用量级来判断是否遇到了优先级阈值以及遇到了哪个优先级阈值。若使用了8个优先级，因此缓冲器被划分成8个不同的占用量级，分别标记为占用量级266、268、270、272、274、276、278和280。占用量级的划分分别对应于不同的优先级。例如，这里缓冲器260被填充，从而信元指针262处在占用量级268的范围，因此，在优先级阈值比较单元264的输出端示出优先级值为1，该值被输入到信元的PL字段206中。

占用量级266-280由缓冲器占用阈值来区分，如虚线282、284、286、288、290、292、294和296所示。在优先级阈值比较单元264中，将这些预定的占用阈值中的每一个与信元指针262所指示的当前占用量级比较，以判断随后发送的信元应当设置什么样的优先级。例如，这里缓冲器占用量级已提高到占用量级274，因此，优先级阈值比较单元264识别出线290所表示的阈值已被超过，并且应将优先级值“4”输出给信元输出源252。

各缓冲器占用量级中的虚拟信元单元位置数决定了优先级调整的总变化速率。例如，各占用量级中的信元范围越大，优先级调整越慢。缓冲器占用量级中的缓冲器位置数可以按级变化，这将在后面再详述。

为了保持缓冲器260中的缓冲器占用量级，虚拟信元输出使能电路298输入来自优先级阈值比较单元264的优先级值，并调整缓冲器260在虚拟信元输出端300释放虚拟信元的速率。在本发明的一种实施方式中，通常优先级阈值比较单元264输出的8个优先级中的每个优先级都在信元输出使能电路298中被解码，以便在缓冲器260的输出端300提供8种信元传送速率。例如，信元输出使能电路298可以产生8个脉冲串之一，每个脉冲串的频率都不同，这些频率可以控制缓冲器260输出虚拟信元的速率。在另一种实施方式中，将信元指针值提供给信元输出使能电路298，这样，信元输出使能电路298就可以根据信元指针值262的值向输出端300提供一个信号。

下面参照图9，该流程图说明了将优先级阈值与当前缓冲器占用量级进行比较的一种方式。将第一阈值(本例中，也即最低阈值)与信元指针值进行比较300。这可以这样来完成，将最低阈值如线282所表示的阈值暂存302到寄存器A中。将信元指针存储304到另一寄存器B中，然后比较306寄存器A和B，以判断308该信元指针是否与大于该特定阈值的占用量级相符。

如果判定308寄存器B中的信元指针值不大于寄存器A中的第一阈值，那么，过程返回到块302继续进行。如果判定308寄存器B中的信元指针值大于寄存器A中的第一阈值(例如最低阈值)，则将信元优先级设置310为第一阈值上面的下一优先级。例如，这里第一阈值对应于与阈值线284相应的阈值，因此将优先级设置为“1”，其中信元指针处于线284上方的占用量级。然后，以与将信元指针与第一阈值进行比较300类似的方式，将信元指针与下一个阈值进行比较312。如果判定314信元指针值较高，则将信元优先级设置316为当前阈值上面的下一优先级。重复这一过程，直到判定314信元指针值不大于当前阈值，其中，所记录的最后的信元优先级就是优先级阈值比较单元264所发送的优先级值。应当理解，图9中所示的功能并不局限于该流程图中所示的次序，因为这些功能实际上可以并行实现。

图10是一种优先级阈值比较单元264的框图，它可以执行根据本发明的一种实施方式的优先级阈值比较单元264的比较功能。多个比较单元350、352、354、356、358、360、362和364用来将线282、284、286、288、290、292、294和296上所表示的预定阈值中的每一个与当前信元指针值262进行比较。当比较单元364识别出信元指针在阈值282之上时，优先级阈值比较单元264将通过编码器368在连接265上提供优先级值“0”，而所有其他比较单元350-362指示信元指针分别在它们各自的阈值之下。这两个条件都是需要的，如“与”功能370所示。其他比较单元350-362指示在它们各自的阈值之下的一个信元指针值的这一要求可以通过“或非”功能来提供，这一“或非”功能是由“或”372和“非”(反相)374功能组合得到的。

对熟练技术人员而言，这是显而易见的，编码器368的其余输入可以用类似的方式来实现。这种配置可以用硬件器件来实现，此外也有助于处理器控制操作。

在本发明的一种实施方式中，缓冲器260以类似于可以递增和递减的计数器的方式来实现，并且这里缓冲器具有间隔相等的占用量级。每当一个信元到达虚拟信元输入端258，都要检查缓冲器260的占用量级。因此，缓冲器/计数器在连续的信元到达之间并不递减。而是，在信元到达信元输入端258的同时才出现通过输出端300的递减。这种实现方式简化了占用量级计算，因为仅仅每当信元到达时才需进行计算。

下面，参照图11，图中给出了缓冲器260占用量级-缓冲器260倒空速率的图形表示，其中缓冲器用计数器实现。在这种情况下，计数器值将处在0-8k的范围内，这里k表示一个缓冲器占用范围内(如图8所示的占用范围266-280内)的信元数。分别与优先级0和7相应的低端和高端范围(如线400和402所示)可以具有一个比一个缓冲器占用范围k宽的范围，如图11中所示。因此，若信元源单元在优先级为“7”处以高于8倍于标称比特率(8^*NBR)的速率提供信元，则如果它曾以等于8^*NBR的速率发送信元时，那么它将花较长的时间才能把优先级降低到“6”。相应地，如果信元源单元以很低的速率发送信元，使得信元处于优先级“0”，那么它将花较长的时间才能把优先级提高到优先级“1”。

为了简化计算，用连续的线404来近似图11中所示的阶跃函数。这种近似致使计数器值递减速率是缓冲器占用量级的连续函数。该近似还使得缓冲器占用量级可用实数而不是用整数值来表示。这种近似是，在信元的优先级值变化的那些点上，可以给出与阶跃函数相同的值。因此，该近似不会对分配给信元的优先级产生很大的影响。

图12是作为时间422的函数的缓冲器占用量级420的图形表示，其中，缓冲器260在t＝0时刻是充满的，并且其间没有信元到来。这一函数是图11中的阶跃函数的近似的基础。本例中，总缓冲器占用量级是80个信元，这里k等于10，而信元源单元的NBR是每秒1000个信元。高缓冲器占用量级表示信元输出源252正以比NBR高的速率发送信元，这导致了高优先级分配，这样使得虚拟信元输出使能电路298指令缓冲器260的输出端300以高信元释放速率释放。当缓冲器占用量级随着时间下降时，缓冲器260释放信元的倒空速率随优先级值的下降而下降。

图13是缓冲器占用量级、倒空速率和不同的缓冲器释放时间之间的关系的图形表示，其中缓冲器占用量级之间间隔相等。图中示出了不同的缓冲器占用量级阈值282-296，它们表示不同的占用量级266-280的阈值。在行440和行442中，分别示出了相应的优先级值和缓冲器占用量级。在行444中，示出了信元输出使能电路298使输出端300倒空缓冲器260的速率。在行446中，示出了从当前阈值量级到达邻近阈值量级所需的时间，它表示由于线444上所示的倒空速率下降，因此到达下一量级所需的时间随优先级的下降而增加。线448、450、452、454、456、458、460和462表示从与充满的缓冲器260相应的时刻开始到达特定阈值量级所需的时间。例如，线450表示充满的缓冲器260下降到与线294的预定阈值相应的占用量级时所花费的时间，其间没有信元到来。由于信元释放速率随优先级的下降是以2为因数下降，因而到达下一个阈值量级所需的时间将加倍。因此，线450上的时间等于与占用量级278相应的时间加上与线448上的占用量级280相应的时间。从充满的缓冲器到特定量级所需的时间如图12中的图形所示。

通过了解倒空缓冲器的特性，可以计算出自从前一信元到来后缓冲器260已输出的信元个数。在本发明的一种实施方式中，这可以这样来完成：计算出将充满的缓冲器260倒空到当前占用量级(OL)所花费的时间(t)，加上从前一信元到来时到当前接收到的信元的到来时刻之间时间段(dt)，再估算出当前时刻的缓冲器占用量级。然后，将当前信元的到来加到计算出的缓冲器占用量级，以确定当前信元到来时刻的总占用量级。

图14用图形说明了计算在任意两个信元到来之间从缓冲器260释放出的信元个数。与将充满的缓冲器倒空到现有占用量级(即前一信元到来后的占用量级)所需的时间相应的时间(t)用下式2来计算： $t=\frac{k}{8*\mathrm{NBR}}[2^{8-\mathrm{OL}/k}-1].............\left[2\right]$

利用下式3确定在(t+dt)时刻信元到来时的占用量级(OL)： $\mathrm{OL}(t+\mathrm{dt})=[8-\mathrm{lo}{g}_2\left(\frac{\mathrm{NBR}}{k}\right)\·8\·(t+\mathrm{dt})+1]\·k+1.......\left[3\right]$

上式3确定了当前信元到来时刻的占用量级，注意还要考虑到所到来的附加的一个信元。以下式4所述的方式，将占用量级转换到相应的优先级：

PL＝min{7，max[0，truncate(OL/k)]}    [4]

继续参照图14，线500上所表示的时间(t)对应于接收到新信元之前将充满的缓冲器倒空到当前占用量级所需的时间，这可以用上述公式2来确定。线502上所表示的时间(dt)对应于从前一信元到来后直到当前信元到来前的时间。因此，线504上所表示的总时间(t+dt)对应于新信元到来后已过去的时间。然后，利用以上公式3计算出占用量级(OL)，并在公式4中利用所计算出的占用量级确定优先级(PL)。

图15是说明针对图11-14中所述的间隔相等的缓冲器占用量级实现方式的本发明的一种实施方式的流程图。当新信元到来550时，将到来时刻设置552为等于当前时刻。由于前一接收到的信元的到来时刻是已知的，因此，将该到来时刻减去前一信元到来时刻，就可以计算554出前一信元与当前信元到来之间的时间段。然后，将这一新信元到来时刻设置556为前一到来时刻，以供下一信元到来时使用。将计算554出的信元之间的时间加上与缓冲器260的当前占用量级相应的时间(这可用公式2来计算)，就可以计算558出已过去的时间。然后，可根据公式3计算560出占用量级。将单个信元的到来加到前面计算560出的占用量级，就可以计算562出总占用量级。然后，将占用量级设置564为低端余量和另一值中的最大值，该另一值相应于占用量级或高端余量加8k中的最小值。利用计算564出的占用量级可以计算566出优先级，如公式4中所述。将计算出的优先级分配568给将要从信元输入源252输出的信元。

在本发明的另一种实施方式中，缓冲器260同样以类似于计数器的方式来实现，但这里缓冲器具有对数方式间隔的缓冲器占用量级。利用等间隔的缓冲器占用量级，降低1个优先级所需的时间取决于当前优先级。例如，优先级值越高，优先级值递减得越快，如图12中所示。然而，通过调整确定优先级值的缓冲器占用量级，可使这种情况得到改进。在本发明的一种实施方式中，可以这样设置占用量级，使得，不论当前占用量级多少，降低1个优先级所需的时间都相同。这种实施方式如下面的图16中所示，这里，每个占用范围都是前一占用范围的两倍。

图16是缓冲器占用量级、倒空速率和不同的缓冲器释放时间之间的关系的图形表示，其中缓冲器占用量级之间以对数方式间隔。图中示出了不同的缓冲器占用量级阈值282-296，它们表示不同的占用量级266-280的阈值。在行440、600和442中，分别示出了相应的优先级值、占用量级范围和缓冲器占用量级。从图16中可以看到，在线442上，每增加一个占用范围266-280，缓冲器占用量级就加倍。线600上所示的缓冲器占用范围说明了，随着优先级提高，占用范围加倍。在行444中，示出了信元输出使能电路298使输出端300倒空缓冲器260的速率。在行446中，示出了从当前阈值量级到达邻近阈值量级所需的时间，这说明了到达下一量级所需的时间不象图13中所示那样随优先级的下降而增加，而是一个等值时间。线602、604、606、608、610、612、614和616表示从与充满的缓冲器260相应的时刻开始到达特定阈值量级所需的时间。可以看到，在到达适当的量级之前，简单地将线446上所示的每个等值时间t0相加，就可以确定到达这些不同的量级的时间。例如，线608表示充满的缓冲器260下降到与线290的预定阈值相应的占用量级时所花费的时间，其间没有信元到来。将与占用量级280、278和276相应的时间加上与占用量级274相应的时间(所有这些时间均为等值时间t0)，可以得到线608上的时间。

图17是作为时间652的函数的缓冲器占用量级650的图形表示，其中，缓冲器在t＝0时刻是充满的，并且其间没有信元到来，这里缓冲器占用量级是以对数方式间隔的。优先级转换点654、656、658、660、662、664、666、668和670表明下降的占用量级是时间的函数。各优先级转换点654-670之间的时间相同，而随着时间的流逝各时间间隔内所释放的信元个数以2为因数下降。

针对缓冲器释放时间(其中缓冲器占用量级以对数方式间隔)，与当前占用量级相应的时间(t)可用下式5来计算： $t=\frac{16k}{\mathrm{NBR}}[8-\mathrm{lo}{g}_2(\mathrm{OL}/k+1)]...........\left[5\right]$

利用下式6确定信元到来时的占用量级(OL)(其中时间dt是前一信元到来后所过去的时间)： $\mathrm{OL}(t+\mathrm{dt})=(2^{8-t/t_0}-1)\·k+1..........\left[6\right]$

其中，t₀＝16(k/NBR)。

利用下式7可以计算出分配给该信元的优先级值： $\mathrm{PL}={\log }_2(\frac{\mathrm{OL}}{k}+1).................\left[7\right]$

图18以流程图形式说明了一种修改从缓冲器260输出的虚拟信元的输出速率的通用方法。从优先级阈值比较器264读取700优先级，并将相应的值解码702成n级，其中n取决于所实现的优先级数。应当理解，信元指针值也可以直接被读取，而不是来自优先级阈值比较器264的优先级值，这里信元指针值可以直接被使用，以便使信元输出使能电路298可以控制输出端300。

正如前面所指出，本发明的一种实施方式包括可以被编码成3个比特的8个优先级，结果得到3个比特的优先级和8个解码的级。n个输出使能信号之一可以被产生704，这样又可以控制从缓冲器260中释放706虚拟信元的速率。当检测708到优先级改变时，根据新优先级重构输出使能信号。否则，在优先级改变708之前，虚拟信元继续以相同的速率被输出706。

在本发明的另一种实施方式中，信元指针值由信元输出使能电路298来读取，并且，通过分析信元指针值而不是接收来自优先级阈值比较单元264的优先级值，从中产生n个输出使能信号之一。在这种情况下，虚拟信元输出使能电路298必须判断信元指针与缓冲器的哪个占用量级有关。这可以用硬件器件以类似于优先级阈值比较单元264的上述方式来实现，也可以采用已知的软件技术来实现。

下面参照图19，图中给出了一例信元输出使能电路750。将线752上所示的振荡输入时钟信号输入到分频单元754。分频单元754提供了多个输出信号，其频率是线752上的时钟信号的时钟频率的不同倍数。本例中，出现了8∶1分频，结果得到线756、758、760、762、764、766、768和770上的8个不同的输出使能信号。所得到的信号波形输入到复用单元772中。复用单元772由控制线774、776和778控制，在本发明的一种实施方式中，控制线包括图8中所示的连接265上的优先级值。根据控制线的状态，复用单元772可以选择线756-770上的输入之一，被输出到线780上的输出电路300中。每当在线780上出现脉冲或信号的转换级时，输出电路300可以使来自缓冲器260的虚拟信元被释放。

在不违背本发明的范围和精神的前提下，还可以实现信元输出使能电路298和750的其他实施方式。例如，控制线774、776和778上的信号可以输入到3∶8解码器，其中8个解码信号每个都输入到单独的三态驱动器，其输出通常被连接在一起，作为输出使能信号。三态驱动器每个都可能有不同的输入时钟信号，当其各自的使能输入被3∶8解码器上的选择信号激活时，这些不同的输入时钟信号可以被选择。在还有一种实施方式中，信元输出使能电路298可以是一个计算设备或其一部分，从而可以在调整缓冲器260输出虚拟信元的速率的软件的控制下进行运算。

为了便于说明(但并不局限于此)，下面提供了一些例子来说明在不同优先级时NBR或SIMA连接的服务质量与吞吐量之间的相互关系。根据本发明的一种实施方式，下面的例子说明了邻近优先级之间QoS(比如PL＝4时的QoS相比PL＝3时的QoS)的相对差别。注意，对于那些对从用户的用户/网络接口发送的信元要求较高优先级的用户，通常将确定较高的价格或费用。例如，在不改变实际比特率的情况下，如果用户对于每个信元都想得到更高一级的优先级，那么用户费用可能加倍。因此，应当改善连接的QoS，以便至少一些用户愿意支付附加费用。

例1

根据这一示例，将给出以下假定和考虑。假定，有许多相同的业务源，这些业务源产生业务时与网络中当前或以前的负载情况无关。还假定下列业务量参数：链路容量为C＝1，本例中它用作归一化的工具；峰值比特率MBR_MAX＝0.1，它表示链路容量C的10％；以脉冲串(或分组)标度的接通概率＝0.2；和平均脉冲串持续时间＝1000个时隙(即，平均分组长度＝100个信元)。此外，还假定，有一个上层接通/断开层，并且这一层的平均接通时间和断开时间为10000个时隙。实时缓冲器93包含200个信元位置，而非实时缓冲器94包含5000个信元位置。注意，上层接通/断开层尝试使连接的业务过程模型化，其中，连接数量的确定在技术上可以理解为构成一个不确定的随机过程。例如，如果假定客户总数用变量x来表示，那么平均连接数量为x/2。具体地说，连接数量可以理解为是二项式分布的。这样，10000个时隙代表连接的平均占用时间，也表示用户可实现的平均空闲时间。因此，只有当连接在连接层和分组层上都有效时，用户才发送信元。对于实时和非实时连接，可以得到下列时标参数α：

α_rt＝0.025

α_nrt＝0.001

本例中，假定有8个不同的连接类型：4个连接是实时连接，另4个连接是非实时连接。同样，对于C＝1的链路容量，已归一化的4个不同的NBR值假定为：0.2，0.1，0.05和0.025。优先级分别为3、4、5和6。然而，应当注意，并非所有信元都被分配以这些合适的优先级，并且，尤其对于非实时连接，许多信元由于受平均测量原理的影响可得到更好的优先值。具有不同优先级的信元的分布如表2中所示(用百分比来表示)：

优先级	所提供信元的实际(模拟)的百分比	基于峰值速率的百分比
			123456	6.17.924.323.521.516.8	0025252525

表2

在图20中，示出了说明对于四种特定负载量r的平均信元损失率P_损失与优先级之间的函数关系的图形。具体地说，线800表示具有各种连接类型(即实时连接和非实时连接)的9个连接的总平均负载量为0.72。线802表示具有各种连接类型的10个连接的平均负载量为0.80。此外，线804表示具有各种连接类型的11个连接的平均负载量为0.88，而线806表示具有各种连接类型的12个连接的平均负载量为0.96。注意，在表示负载量为0.80的线802的情况下，实时和非实时信元的信元损失率P_损失分别用点线和虚线表示。

给定例如一种业务设想，其中运营者想对具有优先级4的信元提供10-6的信元损失率，那么总负载可能约为0.75。可以假定，对大多数视频应用而言，这一平均信元损失率足以保证其应用。给定同样的业务负载状况，与P_损失≈10^-4相应的优先级5可以满足许多话音应用的要求，而与P_损失≈3^*10^-3相应的优先级6适用于TCP/IP类型的文件传送，只要在相应的情况下有适当的分组丢弃方案。

然而，应当强调，邻近优先级之间的信元损失率的差别基本上取决于所提供的业务过程尤其是NBR或SIMA业务的固有控制环。当用户例如发觉不满意的QoS时，用户可以且应当改变连接的实际比特率或标称比特率。无论在哪种情况下，优先级分配也都要改变。不过，如果暂时忽视这一现象，那么，通过进行以下简化的假设也可以理解优先级分配的基本特性：如果假定所有业务量波动与测量周期和缓冲器大小相比相对缓慢，那么，对于考虑到8个NBR优先级的附加要求，可以采用众所周知的近似信元损失率的常规ATM方法。

如果优先级为k的信元的损失率用P_损失，k来表示，而优先级为0-k的信元的平均损失率用P^* _损失，k来表示，那么下列公式(忽视缓冲作用)提供了：

P_损失，0＝P^* _损失，0                                     [8]其中，λ^* _k表示优先级为0-k的所有信元的瞬时比特率值，p^* _k表示这些信元所产生的平均呈现负载，而c表示链路容量。概率Pr{λ^* _k＝λ_j}可以按照采用已知卷积技术的直进方法来计算。

例2

为了进一步说明，给出了第二个例子，该例子假定，除了长接通和断开周期外，具有与例1中所述相同的源。由于例1中所反映的长周期，蜂值速率始终决定了信元优先级。由于缓冲器通常不能滤除任何业务量波动，因此，例2中的允许负载比例1的原始情况下的允许负载小得多。

图21中，以图形方式示出了对于不同负载量r的信元损失率与优先级之间的函数关系。假定，在图21中，实线820、822、824表示的各连接的蜂值信元速率为0.1，虚线826表示的各连接的蜂值信元速率为0.2，而点线828表示的各连接的蜂值信元速率为0.05。

图21示出了对于不同的优先级应用公式[8]所得到的信元损失概率，如图中三条实线即线820、线822和线824所示。此外，两种略有不同的业务量情况用点线828和虚线826来表示。在图21中所提供的图形中，反映了改变业务量波动的影响。业务量波动的实际变化是将比特率和NBR值加倍或减半的直接结果。

在采用NBR/SIMA业务思想的网络中，如果运营者保持优先级4的QoS不变，那么业务量波动的增大有两个主要作用。首先，所允许的负载量以与常规ATM中相同的方式被减小，其次，邻近优先级之间信元损失率的差别减小。为了提供一种基于图20和21的QoS的大体估算，可以假定：如果优先级4提供10^-6的信元损失概率，那么，对于优先级5，信元损失概率约为10^-4-10^-3(取决于总业务量波动)。优先级3的信元损失率可以假定小于10^-9，除非业务量波动很大。

尽管上述例子说明了QoS与优先级之间的关系，然而，在评估用户对不同的QoS和使用费用作出反应之前，可能难以精确地确定所允许的负载或邻近优先级之间的信元损失差别。在NBR/SIMA业务环境中，从某种意义上讲，可以自动地确定基于各种QoS级别的费用目录。例如，如果优先级4与5之间的信元损失率的差别很小，那么，可以假定，鉴于较低的所确定的费用，某些连接将倾向于从优先级4移动到优先级5。这种变化表明，显然，优先级4的信元损失率下降，而优先级5的信元损失率上升。可以合理地假定，这种移动一直进行，直到QoS差别与合理计费结构的平均用户期望相符为止。

针对忙时相对于闲时自动出现的计费差别，类似的所关切的事增多。例如，对于某一QoS，高负载时收费高而低负载时收费低好象是合理的。然而，肯定希望避免采用这样的计费政策，即对于某一NBR，在忙时和闲时确定不同的费用，这还可以避免计费方案的复杂性。必然出现的“供求”效应可能倾向于自动平衡忙时和闲时的负载。可想而知，如果用户对忙时和闲时QoS的明显差别不满意，那么可以激发用户在这些时段支付不同的费率。

当然，应当理解，在不违背本发明的范围的前提下，可以对上述优选实施方式作出各种修改和附加。因此，本发明的范围并不局限于上述特定的实施方式，而只是由后面陈述的权利要求书及其等价要求所界定。

Claims (38)

1.一种用于调整经网络连接所发送的信息信元的传输速率的方法，包括：

每当信息信元传送到网络连接中时，实际上同时将一个测量信元发送到测量缓冲器；

调整测量缓冲器的占用量级；

根据测量缓冲器的占用量级，产生一个信元优先级值，该信元优先级值表示在网络连接的节点中接受信息信元的可能性；和

将信元优先级值分配给被发送到网络连接的信息信元。

2.权利要求1的方法，其中，产生信元优先级值还包括确定测量缓冲器的占用量级。

3.权利要求1的方法，其中，调整测量缓冲器的占用量级还包括，随着测量缓冲器的占用量级的提高来提高测量缓冲器的释放速率，和随着测量缓冲器的占用量级的下降来降低测量缓冲器的释放速率。

4.权利要求1的方法，其中，产生信元优先级值还包括，随着测量缓冲器的占用量级的提高来降低信元优先级值，和随着测量缓冲器的占用量级的下降来提高信元优先级值。

5.权利要求1的方法，其中，测量缓冲器可以包括多个缓冲器占用范围，因此，产生信元优先级值还包括这样来产生信元优先级值：信元优先级值随落在多个缓冲器占用范围的特定之一范围内的占用量级而变化。

6.权利要求5的方法，其中，调整测量缓冲器的占用量级还包括，随着占用量级从当前缓冲器占用范围提高到更高的缓冲器占用范围来提高测量缓冲器的释放速率，和随着占用量级从当前缓冲器占用范围下降到更低的缓冲器占用范围来降低测量缓冲器的释放速率。

7.权利要求5的方法，其中，产生信元优先级值还包括，随着占用量级从当前缓冲器占用范围提高到更高的缓冲器占用范围来降低信元优先级值，和随着占用量级从当前缓冲器占用范围下降到更低的缓冲器占用范围来提高信元优先级值。

8.权利要求1的方法，其中，网络连接包括标称比特率连接。

9.权利要求1的方法，还包括：

配置这种测量缓冲器，以包括多个缓冲器占用范围；

以随落在多个缓冲器占用范围的特定范围内的测量缓冲器的当前占用量级而变化的释放速率，从测量缓冲器中释放测量信元；和

产生一个其大小随落在该特定缓冲器占用范围内的测量缓冲器的当前占用量级而变化的信元优先级值。

10.权利要求9的方法，其中，信元优先级值的大小随来自测量缓冲器的测量信元的释放速率的下降而降低，并且信元优先级值的大小随来自测量缓冲器的测量信元的释放速率的提高而提高。

11.权利要求9的方法，其中，产生信元优先级值还包括，随着测量缓冲器的占用量级从特定的缓冲器占用范围提高到更高的缓冲器占用范围来降低信元优先级值的大小，和随着测量缓冲器的占用量级从特定缓冲器占用范围下降到更低的缓冲器占用范围来提高信元优先级值的大小。

12.权利要求9的方法，其中，在从一个信元优先级值变为下一个信元优先级值时，从测量缓冲器释放测量信元的时间实际上保持不变。

13.权利要求9的方法，其中，各缓冲器占用范围实际上都包括同样多的信元存储位置，并且随着当前缓冲器占用量从特定缓冲器占用范围提高到更高的缓冲器占用范围，填满各缓冲器占用范围所需的时间呈指数上升。

14.权利要求9的方法，其中，各缓冲器占用范围都包括与前一缓冲器占用范围相比呈指数上升的信元存储位置数，并且填满各缓冲器占用范围所需的时间实际上与填满其他缓冲器占用范围所需的时间相同。

15.一种用于调整经网络连接所发送的信息信元的传输速率的系统，包括：

一个将信息信元发送给网络连接的源单元；

一个接收来自源单元的测量信元的测量缓冲器，该源单元实际上与各信息信元传输同时地将测量信元发送给测量缓冲器；

一个检测测量缓冲器的占用量级的检测器，该检测器产生一个表示测量缓冲器的当前占用量级的占用量级信号；

一个与检测器连接的输出使能电路，它根据占用量级信号控制来自测量缓冲器的测量信元的释放速率；和

一个将各信息信元中的优先级值编码的编码器，该优先级值其大小随测量缓冲器的当前占用量级而变化。

16.权利要求15的系统，其中，检测器产生随测量缓冲器的当前占用量级而变化的占用量级信号。

17.权利要求15的系统，其中，测量缓冲器可以包括多个由相应的多个阈值所限定的缓冲器占用范围，而检测器产生随多个阈值的特定之一的检测而变化的占用量级信号。

18.权利要求15的系统，其中，输出使能电路随着测量缓冲器的占用量级的提高来提高来自测量缓冲器的测量信元的释放速率，和随着测量缓冲器的占用量级的下降来降低来自测量缓冲器的测量信元的释放速率。

19.权利要求15的系统，其中，编码器对其大小随着测量缓冲器的占用量级的提高而降低的优先级值进行编码，和对其大小随着测量缓冲器的占用量级的下降而提高的优先级值进行编码。

20.一种用于控制从网络源单元经网络连接发送到一个或多个网络目标单元的信元的信元优先级的方法，包括：

将发自网络源单元的每个信元都寄存到测量缓冲器中；

以与测量缓冲器的当前缓冲器占用量级相应的释放速率来释放测量缓冲器中的这些寄存的信元；

产生一个信元优先级值，该优先级值与多个预定的缓冲器占用范围中的一个与当前占用量级相符的占用范围相关；和

将该信元优先级值加载到发自网络源单元的信元中。

21.权利要求20的方法，还包括，确立标称比特率，用于发自网络源单元的信元，并用于将信元优先级值预置为连续优先级值中的中间值。

22.权利要求20的方法，其中，寄存各信元包括，在测量缓冲器中为发自网络源单元的每个信元都提供一个虚拟信元。

23.权利要求22的方法，其中，提供虚拟信元包括，为发自网络源单元的每个信元都产生一个复制信元，并将该复制信元存储到测量缓冲器中。

24.权利要求22的方法，其中，提供虚拟信元包括，针对发自网络源单元的每个信元将缓冲器地址指针增加一个信元量。

25.权利要求24的方法，其中，释放所寄存的信元包括，根据释放速率使缓冲器地址指针递减。

26.权利要求20的方法，其中，寄存各信元包括，将发自网络源单元的信元缓存在测量缓冲器中。

27.权利要求20的方法，其中，产生信元优先级值包括，通过将当前缓冲器占用量级与多个用来区分多个预定的缓冲器占用范围的阈值进行比较，识别出与当前缓冲器占用量级相符的缓冲器占用范围。

28.权利要求20的方法，其中，产生信元优先级值包括，将信元优先级值编码成n比特，其中预定的缓冲器占用范围的个数小于或等于2ⁿ。

29.权利要求20的方法，其中，释放所寄存的信元包括，将多个输出使能信号之一提供给测量缓冲器输出端来调整释放速率，其中针对各个预定的缓冲器占用范围，将提供多个输出使能信号中的不同的一个信号。

30.权利要求20的方法，其中，释放所寄存的信元包括，将与当前缓冲器占用量级成比例的输出使能信号提供给测量缓冲器输出端来调整释放速率。

31.权利要求20的方法，其中，释放包括，随着当前占用量级从当前缓冲器占用范围提高到更高的一个缓冲器占用范围，将提高释放速率，而随着当前占用量级从当前缓冲器占用范围下降到更低的一个缓冲器占用范围，将降低释放速率。

32.权利要求20的方法，其中，各个预定的缓冲器占用范围实际上都包括同样多的信元位置，这样，随着当前缓冲器占用范围和信元优先级值提高，填满各缓冲器占用范围所需的时间呈指数上升。

33.权利要求20的方法，其中，各个预定的缓冲器占用范围包括与前一缓冲器占用范围相比呈指数上升的信元位置数，这样，填满各缓冲器占用范围所需的时间实际上与填满其他缓冲器占用范围所需的时间相同。

34.一种用于调整经网络连接所发送的信息信元的传输速率的系统，包括：

一个将信息信元发送给网络连接的源单元；

一个信元传输测量装置，它与源单元连接，用于寄存各信息信元传输的发生，以提供定量的信元传输量；

一个检测信元传输测量装置的信元传输量的检测器，该检测器产生一个表示信元传输测量装置的当前定量的信元传输量的信元量信号；

一个输出使能电路，它与检测器连接，用于根据信元量信号来控制来自信元传输测量装置的定量的信元传输量的递减速率；和

一个将各信息信元中的优先级值编码的编码器，该优先级值其大小随信元传输测量装置的当前定量的信元传输量而变化。

35.权利要求34的系统，其中，信元传输测量装置是一个缓冲器，每当发生一个信息信元传输时，它都可以存储一个虚拟信元，其中该缓冲器的占用量级与定量的信元传输量相应。

36.权利要求34的系统，其中，信元传输测量装置和输出使能电路共同包括一个计数器，其中定量的信元传输量对应于计数器的计数值，而其中计数器值每当发生一个信息信元传输时就递增，并以信元量信号所指示的速率递减。

37.权利要求34的系统，其中，计数器值的递减速率随着计数器值的增大而提高。

38.权利要求34的系统，其中，编码器对各信息信元中的优先级值进行编码，其中优先级值其大小与计数器值的多个预定的范围之一相应。

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