CN1398498A - 通信系统 - Google Patents

Abstract

一种有多个用户的通信业务具有有限带宽的通信系统，该系统包含为了监视每个用户带宽使用的管制装置，该管制装置包含在硬件中执行的带宽使用平均装置，该管制装置还包含信息包放弃装置用于以赝随机方式放弃信息包。

Description

通信系统

本发明就一般而言涉及通信领域，具体而言涉及通信业务的管制。

在典型的数据通信网络中，例如基于信息包的互联网协议(IP网络)，任何线路可以在任何时间传输来自多个用户的信息包。然而总的线路带宽是固定的，而来自任何特定用户的业务所占据的带宽可能随时间大大改变。称那样具有随时间变化带宽的业务为“猝发”。在猝发期间，来自特定用户的业务可能占据线路的全部带宽，而在猝发之间用户可能几乎没有或根本没有使用带宽。这是采用数据通信网络的许多应用本性的直接结果，并且由于将信息划分成信息包而变得复杂化，这些信息包可能跟随不同的路线通过通信网络，各条路线引入数量不同的延迟。因此，从特定用户到达网络上特定点的信息包的在时间上的分布可能非常宽。

在典型的数据通信网络中，给每个用户配置一套带宽供其使用。确保用户不超过配置给他们的带宽限制是网络管理系统的工作。在IP网络中，用户所用带宽的管制通常以所谓的“防火墙”执行。在网络安全和不安全部分之间的边界是结点。然而，很多用户业务的猝发本性对管理系统提出尝试测定全部时间所用的带宽的问题。

在异步传送模式通信网络中通常的带宽使用控制方法是：“漏斗”，然而，这是为用户基本上是常数业务水平的使用设计的。如果应用于每个用户业务水平(带宽使用)有很大变化的系统，即使他们的平均带宽使用是在配置的水平之内，在猝发期间该‘斗’可能迅速变空，导致对用户服务的严重降低。

本发明为多个用户的业务通信提供一种通信系统，其中该系统对于传输业务具有有限的带宽；其中该系统包含为监视各个用户带宽使用的管制装置；其中管制装置包含在硬件中执行的带宽使用平均装置。

根据优选的实施方案，本发明提供一种通信系统，其中管制装置包含以赝随机方式放弃信息包的放弃装置。

在对于多个用户的业务通信的通信系统中，本发明还提供一种管制带宽使用方法，其中该系统为传输业务具有有限的带宽；该方法包括监视各个用户带宽使用并在硬件中产生各用户带宽使用的平均值的步骤。

根据优选的实施方案，本发明提供一种管制带宽的方法，它包括记录各用户带宽使用历史并放弃赝随机方式信息包的步骤；其中特定用户的信息包被放弃的几率依赖于该用户带宽使用历史。

本发明也为多个用户的业务通信提供一种通信系统，其中该系统为传输该业务有有限的带宽；其中该系统为监视各用户带宽使用包含管制装置；其中该管制装置包含为以赝随机方式放弃信息包的信息包放弃装置。

本发明也为多个用户的业务通信提供一种通信系统，其中该系统为传输该业务具有有限的带宽；其中该系统为监视各用户带宽使用包含管制装置；其中该管制装置包含为放弃以个别为基础的信息包的信息包放弃装置。

在对于多个用户的业务通信的通信系统中，本发明也提供一种管制带宽使用的方法，其中该系统为传输该业务有有限的带宽；该方法包括监视各用户带宽使用并以赝随机方式放弃信息包的步骤。

现用参考附图以实例方式描述本发明的实施方案，其中，

图1以方框图形式表示根据本发明的带宽管制系统；

图2至图5更详细地表示图1中的平均和比较方框的实施方案；

图6更详细地表示图1中的信息包堵塞方框的实施方案。

图1表示在基于信息包的通信系统中为管制带宽使用的系统。该系统是以测量带宽使用并将它与设置的阈比较的平均和比较方框，及为决定堵塞哪个信息包、何时堵塞信息包的信息包堵塞方框为基础的。将到达的信息包的长度提供给平均和比较方框，该方框向信息包堵塞方框送关于是否已经超过带宽使用阈的指示。信息包堵塞方框返送关于堵塞是否有效的指示，并且也产生同样的输出指示。

1、算术平均

定义瞬时带宽使用B为每单元时间dt一个结点(见下述)接收到来自用户的总字节数目dW。瞬时带宽使用B和接收的总字节数dW可以表示如下： $B=\frac{\mathrm{dW}}{\mathrm{dt}}$ $\mathrm{dW}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{L}_i$ 此处Li是所接收到的第i个信息包的字节的总长度，i＝1，2，....n。定义L₁为在时间t或t之后接收到的第一个信息包，定义Ln为在时间t+dt之前接收到的最后一个信息包。信息包的头部是易于鉴别的，并且实际上根据头部，即在信息包的开始，的接收决定接收或拒绝信息包是方便的。因为头部包含在信息包中字节数目的计数，用这个计数提供W值是方便的。

可以定义特定用户所用的平均带宽A为m个瞬时用户带宽使用B的值在设定的k上的平均。在时间区间mdt上对dW的各值求和，并将得到的和除以总时间区间mdt可以计算A的值。因此A可以表示如下： $A=\frac{\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{B}_k}{m}=\frac{\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}d{W}_k}{\mathrm{mdt}}.$

为了在线路硬件执行中产生A，字节和∑W变换(map)成以字节表示的在检验周期T期间接收到来自用户的信息包长度和∑L。T等于(q-q₀)dτ，此处dτ是时钟信号的周期，q₀和q分别是用于时钟周期计数的内部计数器的最初和最后计数值。q值由自由运行的非超限转动计数器(free-running non-over-rolling counter)产生；每个时钟周期dτ计数q的增量测定时间。用非超限转动是指在产品的寿命期间计数器包含足够的位，不会达到最大计数和超限转动到0。例如，如果q计数器长为55位，且增量每个dτ，即每个时钟周期，如果设置每个时钟周期为32ns，就是说，转动超限将仅仅在大约36年后发生，所以该测量系统可以在任何方便的时候清除和值，并记录q₀，例如在用户的询问呼叫终止时。在下面，计数值是与根据时钟周期dτ相应的时间周期同义。这个变换被表示如下： $\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{dW}}_k\→\underset{t=q_0\mathrm{d\τ}}{\overset{\mathrm{qd\τ}}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{accepted}}.$

然后可以将瞬时带宽使用B的测量值(如上面描述的L的和指示的)的和与从对平均带宽施加的极限A_lim与测量周期T的乘积推导出的允许带宽使用进行比较，如下式： $\underset{t=q_0\mathrm{d\τ}}{\overset{\mathrm{qd\τ}}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{accepted}}\underset{\mathrm{compare}}{=}(q-q_0)A_{\lim }.---(\mathrm{Eq}.1)$

A_lim值是测量系统设置的。上面的比较(即∑L：(q-q₀)A_lim)可以以时间基准(即设置时钟周期计数q之后)或者每信息包传输实现。如果目前的信息包推进∑L值超过带宽阈(即∑L＞(q-q₀)A_lim)则目前的信息包可以被放弃。如果平均带宽使用A等于或小于阈值A_lim，信息包被接收并且将∑L，q₀，和A以用户的标识储存。仅仅在接受信息包或在管理系统受控制之下通过硬件更新∑L和q₀。

如上面所述，根据本发明检验带宽使用所需要的步骤易于在硬件中执行，它允许在少数的时钟循环中有效地计算B(即通过对L求和)，并降低软件处理负荷。

图2表示图1中适于在硬件中执行的平均和比较方框实施方案。此实施方案是根据上面的等式1。

当信息包达到时，其长度Lp被探测，并且在加法器∑1中将“本信息包长度Lp”加到自检验周期开始以来接收到的以前信息包长度之和∑L(从存储器读)中。在此之后，将新和值∑L+Lp传送到比较器‘CompB’并且也写回到与以前储存信息包长度和∑L相同的存储器位置。

如果使用适用的(即可变的)周期，信息包计数的最大值N被置于存储器，并且“信息包计数”在该存储器中执行。当二者相等时(即该信息包计数达到N)，在延迟D2之后，比较器“CompN”(例如以位的方式XOR)清除该信息包计数，存储器位置储存∑L，而定时器计数器值q₀(相应于周期的开始)也储存在存储器中。于是，线路返回到相应于新的检验周期开始的初始态。

当新的检验周期开始时，对于该新的检验周期定时器计数器值q的初始值q₀被写入存储器。直到下一个周期开始之前，禁止进一步写入此存储器位置。在该图中，把这种截止表示成位于计数器q和延迟单元D3之间的控制启动逻辑(三角形)的RS储存单元，接入D3是向存储器单元提供计数器值q及重新设置RS单元的(R)输入。有两个输入的或门的输出激活RS单元的设置(S)输入。比较器(CompN)测定的第N个信息包经过延迟D2提供第一个输入；网络管理根据呼叫/对话设定，通过“通话/检验周期开始”(信号提供第二个输入。当RS单元被设置，即信号对S输入之后，启动逻辑(三角)被启动。信号施加到R输入之后，启动逻辑(三角)被截止。用适当的反馈可以把RS单元执行为D型。在通话/检验周期开始后，RS方框启动写入q，并且在该周期第一个信息包的计数器q值写入存储器之后，截止写入。在产品寿命期间(例如2⁶⁴X32ns)计数器足够长，不至于超限滚动。

存储器保持管理系统设置所分配的带宽使用阈A_lim。

当信息包达到时，从存储器读出计数器q₀值(即指示当前检验周期开始的时间)并且在加法器∑2中从当前计数器q值减去q₀。然后在乘法器∏中用A_lim乘差值Δq＝q-q₀，并且在比较器CompB中将乘积Δq.A_lim与信息包长度新的和∑L+Lp相比较。如果∑L+Lp小于或等于阈值(Δq)A_lim，则现在的信息包没有引起超过带宽使用阈。比较器产生指示比较结果的输出(即现在的信息包是否高于或低于带宽使用阈)，该输出提供给图1的信息包堵塞方框。

2、到达间隔时间

如果带宽使用B的瞬时值求和不是必须的，通过记录最后信息包q_last到达时间和当前信息包到达时间q_pres，在此周期计算相应的允许的带宽使用并将其与最后信息包的长度比较如下，可以消除字节计数W： $L(\mathrm{last}.\mathrm{packet})\underset{\mathrm{compare}}{=}(q_{\mathrm{pres}}-q_{\mathrm{last}})A_{\lim },---(\mathrm{Eq}.2)$ 用各个dτ(如上述)的q计数增量测定时间。

比较仅仅在信息包到达结点时进行。使用单一时间周期计数器(即与等式1相似)，在每个新信息包到达时读q计数值。当L超过(q_pres-q_last)A_lim，判断当前信息包推进平均带宽使用A超过带宽使用阈A_lim。这或许表示当前信息包到达的“太快”。L，q_last，A_lim值以用户标识储存。L和q_last值仅仅在接收信息包时，被硬件或被管理系统更新。方便的是，这个方法特别适用于实时声音或影像(压缩的或未压缩的)，此处同样的连接/呼叫/通话的实时信息包很有序的彼此跟随(就是说在每20msec)：如果不是这种情况，会损坏谈话和影像。如果出现带宽使用的突然增加，即来自用户大量的或更长的信息包突然到达，这意味着进一步的谈话/影像业务已经加入现存的连接/呼叫/通话。如果该带宽超过与管理系统协商的，和/或不存在额外的自由网络带宽，该额外的业务将被截止。

图3表示适于在硬件中执行的图1中平均和比较方框的替代实施方案。这个实施方案是基于等式2。

当信息包到达时，从存储器读出前面接收的信息包的长度L_last和相应于前面接收的信息包到达时间的计数器值q_last。在加法器∑中从相应于目前信息包到达时间的计数器值q_p减去计数器值q_last。然后在乘法器∏中用从存储器读出的已设置的带宽使用数值A_lim乘这些计数器值之间的差值Δ2q，在比较器中将乘积Δ2q.A_lim与最后接收的信息包的长度L_last相比较。如果L_last小于乘积(Δ2q)A_lim，那么到目前为止在当前检验周期中带宽使用低于带宽阈A_lim。比较器产生指示比较结果的输出(即目前的信息包是否高于或低于带宽使用阈)，此输出向图1的信息包截止方框提供。

图1中信息包堵塞方框产生的“信息包接收/放弃”信号控制两个启动门(三角)的运行。如果该信号指示信息包被接受，那么最后的信息包的长度L_last和相应于最后的信息包到达时间的计数值被通过各自启动门的目前信息包的长度Lp和相应于目前信息包到达时间的计数器值q_p改写(分别在延迟D4和D5之后)。

3、平滑平均

作为替代提出一种新的平滑平均方法。按照一种方法，根据下式平滑参数α给出平滑平均 $R_{\mathrm{new}}=\mathrm{\α}{R}_{\mathrm{old}}+(1-\mathrm{\α})\frac{L}{t-t_{\mathrm{last}}}$ 此处α接近于，但是小于，1，典型的是在0.8至0.95范围内，R_new和R_old分别是新的和以前测得的数据速率，t和t_last分别是现在时间和以前测量的时间(即以前信息包到达的时间)，L是现在信息包的字节数。由于需要用可变量除可变量这种方法在硬件中是难以执行的。

有利的是，根据本发明的优选方案，提出一种用常数除数T(测量周期)代替变量t-t_last的方法，如下式： $R_{\mathrm{new}}=\mathrm{\α}{R}_{\mathrm{old}}+(1-\mathrm{\α})\frac{\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{L}_t}{T}$

从上式可见，在常数时间周期T期间相对于接收的所有信息包长度L的和计算新的比率。因为不需要记录时间，这样在硬件中更简单、更便宜，并且简单的二元相乘/相加可以执行计算：不需要复杂的除法逻辑，完成除法仅仅忽略了一些最低的有效位数，即有效地降低被除量的各位的有效位数(如以下叙述)。

为了简化可以指定α值为c/2ⁿ(此处‘c’接近于但是稍微小于2ⁿ)，指定T值为2^mτ，此处τ是时钟周期。该等式改写成下面的表达式： $R_{\mathrm{new}}=c\×R_{\mathrm{old}}/2^n+(2^n-c)\×\left(\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{L}_t\right)/2^n---(\mathrm{Eq}.3)$

如图4所示，这可以在硬件中用两个乘法器和两个加法器并在两处除以2ⁿ在硬件中执行(通过折扣掉最低的n位，简单地执行)。对于上面的计算仅仅必须储存老的比率R_old和积累的∑L。这些值将用用户标识加目录/编址储存。为了管制管理系统规定阈比率(R_lim)。每次更新比率(即每个时间周期T)必须清除积累的长度∑L。当R_new超过R_lim判断目前的信息包会引起带宽使用阈的破坏。

图4表示适于在硬件中实施的图1中平均和比较方框的进一步实施方案。此实施方案根据等式3。

当信息包到达时，其长度Lp在加法器∑4中被加进自从检验周期开始以来储存在存储器中以前的信息包长度之和∑L。如果信息包被接受，如图1中信息包堵塞方框的“信息包接受/放弃”信号所指示的，在延迟D6之后，新的和∑L+Lp经过“信息包接收/放弃”信号控制的启动门(三角)被写回存储器去改写存储器中以前的∑L值。

当新信息包到达时，老的比率R_old值的一部分(即R_old/2ⁿ)也从存储器读出，并与常数c相乘。将和∑L+Lp的最低的n位移动n个位置再除以/2ⁿ，所得结果乘以(2ⁿ-c)。然后将此乘积与加法器5中的R_old/2ⁿ和c的乘积相加。相加的结果代表新的比率R_new，将其与测量系统设置的阈比率R_lim相比较并储存在存储器中。如果新的比率R_new小于阈比率R_lim，则信息包以该带宽使用阈写入。比较器产生指示比较结果的输出(即是否目前的信息包高于或低于带宽使用阈)，该输出提供给图1的信息包堵塞方框。

当时钟信号驱动的计数器指示带宽使用检验周期T已经终止，产生“Exp”信号时，将新的比率值R_new除以2ⁿ，并用所得结果改写存储器中老的R_old/2ⁿ值(延迟D7之后)。当计数器T终止时，信号“Exp”也将储存在存储器中的以前的信息包长度和∑L清除。

如果可以接受比较粗略的平滑因子的选择，则等式3可以进一步简化成： $R_{\mathrm{new}}=R_{\mathrm{old}}+v\×(\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{L}_t-R_{\mathrm{old}})---(\mathrm{Eq}.3a)$ 此处υ＝1-c/2ⁿ。υ值越小，越平滑。在此等式中，选择各值使υ为2的负幂，即2^-s，此处s是整数，(s取2，3，4，5，....等，即υ取1/4，1/8，1/16/1/32....等)。这个值的选择有利的减少乘法操作(实际上乘以分数等于除)，仅仅放弃等式3a中表示为括弧内的差项的最低的s位。这有效地降低对算术资源的需求，导致基本由3个加法器，∑4，5，5a，组成的费用非常有效的硬件。

等式3a的硬件执行示于图4a。此线路运行和图4运行之间的差别是：储存整个R_old值，将和∑L+Lp的位数移动s个位置再乘以υ，从存储器读出R_old的位数，且也移动s位位置和乘以υ，然后在加法器∑5a中从乘积υ(∑L+Lp)减去乘积υ.R_old，所得的差在加法器∑5中与R_old相加。除了在存储器中储存的是整个R_new值之外，该相加结果代表新的比率R_new的使用与在等式3和图4中完全相同。在图4a中线路的所有其他功能与图4中的相同。

4、信息包堵塞

在固定时间间隔完成带宽使用计算时(如上面第3部分，和，作为选择，在第1部分叙述的)平均算法依赖于所接受信息包的字节计数和周期的更新。这可能导致在从鉴别阈的突破的第一次检验至下次检验一个周期期间排斥所有的信息包接受，而不考虑这个周期期间的带宽使用。减少检验之间的时间间隔倾向于降低被这样排斥的信息包数目，但是会引起处理负载相应的增加，这样，支持上面算法所需要的工艺和存储器存取可能需要改善，尤其是如果它们与其他功能分享一条存储器总线时更需改善。

4.1、自适应检验周期

如果定义带宽阈A_lim为每单位检验周期允许的字节数目，那么在该检验周期开始，从时钟周期计数器提供时间标记q₀，并且将在此周期接收的信息包数目N(是否接受)设置预定值(即将检验周期终止在接收到预定的信息包数目时)，这允许在高的信息包到达率情况下自适应地缩短检验周期。因此，没有再检验所用的带宽即被接受或堵塞的用户信息包的最大数目将被限制。有利的是在信息包高的通过量时检验周期的长度将减小。等式3的平滑平均函数的变换式如下： $R_{\mathrm{new}}=\mathrm{\α}{R}_{\mathrm{old}}+(1-\mathrm{\α})\frac{\underset{t=q_0}{\overset{q_N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_t}{q_N-q_0}$ 式中q_N是最后的信息包N到达时时钟周期计数q的值。为了在硬件中易于执行，上式可变换成： $R_{\mathrm{new}}=c\×R_{\mathrm{old}}/2^n+(2^n-c)\×[\left(\underset{t=q_0}{\overset{q_N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_t\right)/(q_N-q_0)]/2^n,---(\mathrm{Eq}.4)$ 此式与等式3的差别在于除以(q_N-q₀)。在与常规的平滑平均大约相同价格的硬件中可以执行这个计算。等式4代表的本实施方案的方法，其优点是R_new的计算值在信息包猝发期间(即大量的信息包迅速地相继到达)对于数据速率的变化响应非常快。

图5表示图1中适于在硬件中执行的平均和比较方框进一步实施方案。此实施方案是根据等式4。当信息包到达时，其长度Lp在加法器∑6中与自检验周期开始以来接受的以前信息包长度之和∑L相加。如果信息包不被图1中信息包堵塞方框放弃(如“信息包接受/放弃”信号所指示的，此信号控制能控制∑L+Lp传输的启动门(三角))，在相加和延迟D8之后，新的和∑L+Lp)被写回存储器去改写以前的∑L值。

当新信息包到达时，老的比率R_old的一部分R_old/2ⁿ也从存储器读出，并与常数c相乘。

从采用自适应周期起，在存储器中设定最大信息包计数N，并在存储器中执行“信息包计数”。当二者相等时(即信息包计数达到N)被比较器Comp N探测(例如二进制型专有的OR功能)。在清除储存在存储器中的“信息包计数”和∑L值以及在当前计数器值q改写存储器中的计数器值q₀(相应于当前检验周期开始)之前借助延迟D9延迟比较器输出信号。比较器Comp N输出控制的两个进一步的启动门(三角)控制改写。这样，线路回到了相应于新检验周期开始的初始态。

当新信息包到达时，从存储器读出检验周期的初始计数器值q₀并将此值在加法器∑7中从计数器当前值q中减去。将信息包长度之和∑L+Lp除以2ⁿ(例如正是移位这个值)并将结果乘以(2ⁿ-c)。然后在乘法器∏中将所得乘积除以∑7产生的当前和初始计数器值之差(q-q₀)，再将结果在加法器∑8中与乘积c×R_old/2ⁿ相加，相加的结果产生新的比率值R_new。将新的比率R_new在比较器CompR中与管理系统在存储器中设定的阈比率R_lim相比较。如果R_new小于R_lim，则没有超过设置的带宽使用阈。比较器产生的指示比较结果的输出提供给图1的信息包堵塞方框。

如上面所叙述，新的比率值R_new除以2ⁿ，所得结果用于改写(在延迟D10之后)在存储器中的老值R_old/2ⁿ，当被比较器CompN的输出启动时表明信息包计数已经达到N值。

有利的是，一种固定检验周期可以与上面叙述的自适应检验周期一起并行维持。

4.2、比例堵塞

根据本发明的进一步实施方案，以向每个用户提供一个堵塞命令的方式，在赝随机基础上用堵塞命令去执行信息包堵塞。堵塞命令包括已选长度的位串，这些位被素数个位位置安排循环移位(随着位数从一端移出，在相反一端进入堵塞命令向左循环移位或向右方循环移位)。在每个信息包接受和如果设定导致目前信息包被堵塞之后，测试在堵塞命令中选在固定位置的位。由于位串的循环移位每个信息包位值可以改变。作为替代，堵塞命令可以包含素数个位位置，且每次以不同于素数的位位置数目循环移位。素数的最佳(尽管不是根本性的)选择是使在循环移位的次数等于堵塞命令中的位数目之前，在该堵塞命令中任何位串将不占据相同位置。在用户的每个信息包到达时实现循环移位。在检验周期结束时，将在堵塞命令中设置或再设置位数，设置或再设置是根据下述的建立在在阈超限记录中所测得的带宽使用历史。如果在测得的记录周期内带宽使用超过当前阈(即超限)，则将设置更多的位。如果到目前为止在当前记录周期中带宽使用低于该阈，一些位将重新设置。如果到目前为止在当前记录周期中带宽使用等于该阈，位将不变化，或者有些可以设置或重新设置。仅仅设置重新设置的位，和仅仅重新设置设置的位。设置的位数作为以位计数(图6中的Z)保存在存储器中，并被转换成位串以形成堵塞命令。堵塞命令和设置的位计数Z都参照用户标识储存(分别地)。只要是相容的，转换可以采取任何形式。

一种优选的执行程序是“温度计”型，即位的设置/重新设置仅仅在堵塞命令设置位形成连续堵塞的一边。在这种情况下，在命令中循环移位数等于位位置数之前，被堵塞命令保持的这种模式不会根据循环移位而重复。

本发明有利之处是需要相当少的处理，并且与信息包堵塞抑制相反，在赝随机基础上提供个别的信息包抑制，例如在跟随着超限的探测的检验周期内包括所有接收到的信息包。特别是，本发明有利地避免在典型的常规的“漏斗”方法里在堵塞中抑制信息包或单元。本发明安排所提供的个别信息包的赝随机堵塞更容易被声音和影像业务的用户所容忍。比例堵塞可以与，但不是必须，变更或自适应检验周期一起执行。

如果带宽超限持续在随后的检验周期发生，这种方法将导致在堵塞命令中设置越来越多的位。如果在随后的检验周期不出现超限，设置的位数将逐渐减少。在堵塞命令中当所用的位被设置时，用户的每个信息包将被堵塞：当没有任何位被设置时，用户的每个信息包都被接受。

在进一步的优选实施方案中，在堵塞命令中，在任何检验周期内，设置或重新设置位数与检验周期中分别高于或低于设定的带宽使用阈的字节数成比例地变化。作为进一步的替代，在检验周期内根据是否探测到超限可以设置或重新设置固定的位数。这可导致硬件更简单更廉价。改变固定的位数倾向于导致在随后的周期中放弃信息包的数目根据在本周期完成的检验结果逐步变化。如果在堵塞命令中约一半的位被设置(或许是统计上的)这种倾向会增加，每个检验周期设置/重新设置的位数与堵塞命令大小的一半是相当的。

图6表示根据本发明的优选方案的信息包堵塞方框的硬件执行。如图6所示，当接收到来自图1中平均和比较方框的信息包已经超过带宽使用阈的指示，储存在存储器中的该阈超限记录增加1。这一步的执行是根据从平均和比较方框接受的“信息包高于/低于带宽使用阈”信号状态，从存储器中读出阈超限记录加上1，并将结果再写入存储器(改写以前的值)。按照一种替代的实施方案，是将该记录加上违规信息包的长度(字节)。除了上面的增加之外，当平均和比较方框指示信息包低于阈时，阈超限记录可以降低。作为结果，记录可以包含负值。由此，建立了带宽使用历史。

图6的计数器限定堵塞周期。与此不同，根据上面叙述的各种实施方案，在平均和比较方框中的计数器限定带宽使用检验周期。因此，在图4中“周期T计数器”限定这个周期，而在图2和图5中信息包计数与当前值N的比较限定该周期。当堵塞周期结束时图6的计数器终止，产生信号“Exp”经过启动门(三角)从阈超限记录去启动另一个读出。从记录读出两个值中的一个值(正值或负值)控制多路转换器Mux并传送到加法器∑12。如果阈超限记录值不仅是0，则选择正值(无论是当前的数G或是用比例系数g乘记录值得到的G值)。如果读出的阈超限记录值等于或小于0，则选择负值(无论是当前的数-G或是用比例系数g乘该负记录值得到的-G)。显然，在记录值为0的情况下，该“负值”可能实际上也等于0。

在堵塞命令中设定的位数Z(以二位整数形式)保持在存储器中，并且当堵塞周期结束中央计数器终止时，读出Z(信号“Exp”控制启动门(三角)传送Z到加法器∑12)。然后，G值或-G在加法器∑12中与Z相加，所得到的结果Z_new写回存储器去改写老的Z值(在延迟D5之后)。如果新的Z值是负的，在存储器中设置Z为0。

该新的Z值也被写入储存堵塞命令的存储器位置。在写到这里之前，将Z值转换成包含被Z指示的已设置的位数的长(64个位)命令。

当新信息包到达时，用最初的位数读出、循环移位堵塞命令，并写回存储器去改写老的值。选定的堵塞命令的位位置(即位0)用于控制“信息包接受/放弃”输出信号的状态。如果设定这个位，它指示当前信息包将被放弃。如果没有设定这个位，它指示当前信息包将被接受。当“信息包到达”信号有效时，更新“信息包接受/放弃”信号。

如上述，参照附图上面的方法可在硬件中执行。

上面提及的“信息包”包括记录层3信息包互联网协议及，可替代的，记录层2框架。本发明不局限于互联网协议系统，而等效地应用到带宽使用管制合乎要求的任何通信系统，特别是有猝发业务的系统。

在所有执行中，所有各种量可以储存在不同的物理存储器中，或者可以用与用户相关的地址或呼叫标识在单个存储器中用不同位置储存。管理系统可以修改和/或清除所有存储器。像附图中指示的写出，或存储器的清除(当情况允许)一样，延迟D在相应的读入之后产生。在各图中，延迟单元(“D”)可以与执行的其他延迟合并，它们被表示成分立的单元指示操作的时间序列。在各图中，所有的启动(三角)单元可以按启动逻辑执行或按以下逻辑(典型地由状态机器控制)执行：当适当时(即“启动运行”)，执行相应的运行，当不适当时(即“截止运行”)，不执行相应的运行。代替信息包的字节的计数，每个信息包的头部字节计数值可以被方便地探测，并用于上面的计算。关于“加法器”(也认为是“加法器”“adders”)包括适当的加法和减法功能。

为了在最短的实用时间内产生可靠的带宽使用指示，根据业务的类型可以选择信息包计数N的值。对于声音业务，在40-60范围内的值是最佳的，而对于影像或数据业务，在80-300范围内的值是最佳的。

在图4或图5中，n值等于5，即2ⁿ值取32，在26-30范围内的c值产生的α值在最佳范围0.8-0.95内。最佳计数器周期如下：平均和比较方框的检验周期(如果是固定的)是1秒数量级，信息包堵塞方框的堵塞周期是10秒数量级。

Claims (47)

1.一种用于多个用户通信业务的通信系统，其中该系统有有限的带宽以完成业务；

其中为了监视各用户的带宽使用，系统包含管制装置；

其中管制装置包含在硬件中执行的带宽使用平均装置。

2.权利要求1所要求的系统，其中安排平均装置独有地处理整数值。

3.权利要求1和2中任何一个所要求的系统，其中平均装置包含算术功能，其独有地包括一个或多个加法器或乘法器。

4.权利要求1和2中任何一个所要求的系统，其中平均装置包含一个或多个除法功能，其中借助降低待除的各个位的有效位执行各个该或各个除法功能。

5.权利要求1-4中任何一个所要求的系统，其中平均装置包含在变化时间间隔的各个连续时间周期产生的每个用户带宽使用平均值的装置。

6.权利要求5所要求的系统，其中把业务分成信息包，并且其中每个时间周期的持续时间被设定数目的信息包的到达所决定。

7.权利要求6所要求的系统，其中声音业务的信息包设定数目在40-60范围之内。

8.权利要求6和7中任何一个所要求的系统，其中视频和/或数据业务的信息包设定数目在80-300范围之内。

9.上面的权利要求中任何一个所要求的系统，其中管制装置包含以赝随机方式放弃信息包的信息包放弃装置。

10.权利要求9所要求的系统，其中信息包放弃装置包含记录各用户带宽使用历史的装置；其中特定用户的信息包被放弃的几率依赖于该用户带宽使用历史。

11.权利要求9和10中任何一个所要求的系统，其中信息包放弃装置在硬件中被实施。

12.权利要求11所要求的系统，其中该放弃装置包含每个用户的移位寄存器和如果管制装置已经探测到相关的用户的带宽使用超过设置水平，设置一个或多个移位寄存器位的装置；

并且其中，该放弃装置包含如果管制装置已经探测到用户的带宽使用低于设置的水平，重新设置一个或多个移位寄存器位的装置。

13.权利要求12所要求的系统，其中为了对移位寄存器的内容进行循环移位，信息包放弃装置包含循环移位装置。

14.权利要求13所要求的系统，其中循环移位装置对于用素数个位位置进行内容循环移位是有效的。

15.权利要求12和13中任何一个所要求的系统，其中移位寄存器包含素数个位位置。

16.上面的权利要求中任何一个所要求的系统，其中平均装置包含在防火墙中。

17.一种在多个用户通信业务的通信系统中管制带宽使用的方法，其中系统具有有限的带宽以传输业务；

该方法包含监视各用户的带宽使用和在硬件中产生每个用户的带宽使用平均值的步骤。

18.权利要求17所要求的方法，其中该系统包含用于时钟周期(dτ)计数的计数器，其中计数器分别在测量周期(T)开始和结束时产生初始计数值(q₀)和最终计数值(q)；该方法包括在测量周期(T)测量带宽使用的步骤并将测量的带宽使用与按照下式对带宽使用施加的限制进行比较： $\underset{t=q_0\mathrm{d\τ}}{\overset{\mathrm{qd\τ}}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{accepted}}\underset{\mathrm{compare}}{=}(q-q_0)A_{\lim }---\left(\mathrm{Eq}1\right)$

式中L_accepted是在测量周期(T)内从用户接收到的信息包的长度，A_lim是对平均带宽使用施加的限制。

19.权利要求17所要求的方法，其中该系统包含用于时钟周期计数的计数器，其中计数器产生相应于用户各个信息包到达时间的计数值(q)；该方法包括测量在相继收到用户的信息包之间所逝去的时间，测量各个信息包的长度，和将测得的长度与按照下式对信息包施加的限制相比较的步骤： $L(\mathrm{last}.\mathrm{packet})\underset{\mathrm{compare}}{=}(q_{\mathrm{pres}}-q_{\mathrm{last}})A_{\lim },---\left(\mathrm{Eq}2\right)$

式中q_last是最后的信息包到达时的计数值，q_pres是当前信息包到达时的计数值，L_last packet是最后接收的信息包的长度，A_lim是对平均带宽使用施加的限制。

20.权利要求17所要求的方法，其中按照下面的关系式产生在测量周期(T)的数据速率平滑平均值(R_new)： $R_{\mathrm{new}}=c\×R_{\mathrm{old}}/2^n+(2^n-c)\×\left(\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{L}_t\right)/2^n---\left(\mathrm{Eq}3\right)$

式中α是平滑因子，c等于α除以2ⁿ，此处n是整数，R_old是数据速率以前的值，L是在测量周期(T)期间的时间t接收到的信息包的长度。

21.权利要求17所要求的方法，其中按照下面的关系式产生在测量周期(T)的数据率平滑平均值(R_new)： $R_{\mathrm{new}}=R_{\mathrm{old}}+v\×(\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{L}_t-R_{\mathrm{old}})---\left(\mathrm{Eq}3a\right)$

式中υ是2的负整数幂，R_old是以前的数据速率值，L是在测量周期(T)内时间t接收的信息包长度。

22.权利要求17所要求的方法，该方法包括按照下式在预定信息包数目(N)产生的数据速率平滑平均值(R_new)的步骤： $R_{\mathrm{new}}=c\×R_{\mathrm{old}}/2^n+(2^n-c)\×[\left(\underset{t=q_0}{\overset{q_N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_t\right)/(q_N-q_0)]/2^n,---\left(\mathrm{Eq}4\right)$

其中该系统包含为时钟周期计数的计数器，其中在接受第一个信息包时计数器产生初始值(q₀)并在接受最后的信息包时产生最后的值(q_N)；其中α是平滑因子，c等于α除以2ⁿ，此处n是整数，R_old是以前产生的数据速率值，L_t是在测量周期(T)期间时间t接收到的信息包的长度。

23.权利要求17所要求的方法，该方法包括独有地处理整数值的步骤。

24.权利要求17和23中任何一个所要求的方法，该方法包括在变化的持续时间的各连续周期产生的每个用户带宽使用平均值的步骤。

25.权利要求24所要求的方法，其中业务被分成信息包，该方法包括所接收到的各用户信息包的计数和在相关信息包计数的基础上测定各时间周期持续时间的步骤。

26.权利要求17-25中任何一个所要求的方法，其包括记录每个用户带宽使用的历史和以赝随机方式丢弃信息包的步骤；其中特定用户的信息包被放弃的几率依赖于该用户带宽使用的历史。

27.权利要求26所要求的方法，其中该系统包含信息包放弃装置，其中放弃装置包含每个用户的移位寄存器，该方法包括将每个用户的带宽使用与预设水平相比较，如果探测到相关用户的带宽使用超过预设水平设定一个或多个移位寄存器位，如果探测到该用户的带宽使用低于预设水平重新设定一个或多个移位寄存器位的步骤。

28.权利要求27所要求的方法，该方法包括循环移位寄存器内容的步骤。

29.权利要求30所要求的方法，其包括用素数个位位置循环移位该内容的步骤。

30.权利要求29和30中任何一个所要求的方法，其中移位寄存器包含素数个位位置。

31.权利要求17-30中任何一个所要求的方法，其中该硬件包含在防火墙内。

32.一种用于多个用户通信业务的通信系统，其中系统具有有限的带宽以传输业务；

其中系统包含管制装置以监视每个用户的带宽使用；

其中管制装置包含用于以赝随机方式放弃信息包的信息包放弃装置。

33.一种用于多个用户通信业务的通信系统，其中系统具有有限的带宽以传输业务；

其中该系统包含管制装置以监视各用户的带宽使用；；

其中管制装置包含用于放弃在个别基础上的信息包的信息包放弃装置。

34.权利要求32和33中任何一个所要求的系统，其中信息包放弃装置包含记录各用户的带宽使用历史的装置；其中放弃特定用户的信息包的几率依赖于该用户的带宽使用历史。

35.权利要求32-34中任何一个所要求的系统，其中信息包放弃装置在硬件中被实施。

36.权利要求35所要求的系统，其中放弃装置包含每个用户的移位寄存器和如果管制装置探测到相关用户的带宽使用超过设定水平设定一个或多个移位寄存器的位的装置；

和其中放弃装置包含如果管制装置探测到用户的带宽使用低于设定水平重新设定一个或多个移位寄存器的位的装置。

37.权利要求36所要求的系统，其中信息包放弃装置包含用于循环移位寄存器内容的循环移位装置。

38.权利要求39所要求的系统，其中循环移位装置对于对内容进行素数个位位置的循环移位是有效的。

39.权利要求36和37中任何一个所要求的系统，其中移位寄存器包含素数个位位置。

40.权利要求32-39中任何一个所要求的系统，其中信息包放弃装置包含在防火墙中。

41.一种在多个用户通信业务的通信系统中管制带宽使用的方法，其中为传输业务系统有有限的带宽；该方法包括监视各用户带宽使用和以赝随机方式放弃信息包的步骤。

42.权利要求41所要求的方法，该方法包括记录各用户带宽使用的历史的步骤，其中放弃特定用户的信息包的几率依赖于该用户的带宽使用历史。

43.权利要求41和42中任何一个所要求的方法，其中该系统包含信息包放弃装置，和其中放弃装置包含每个用户的移位寄存器，该方法包括将每个用户的带宽使用与预设水平相比较，如果探测到相关用户的带宽使用超过预设水平设定一个或多个移位寄存器位；如果探测到该用户的带宽使用低于预设水平重新设定一个或多个移位寄存器位的步骤。

44.权利要求43所要求的方法，该方法包括循环移位寄存器内容的步骤。

45.权利要求44所要求的方法，其包括循环移位该内容素数个位位置的步骤。

46.权利要求43和44中任何一个所要求的方法，其中该移位寄存器包含素数个位位置。

47.权利要求41-46中任何一个所要求的方法，其中信息包放弃装置包含在防火墙中。

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