CN1557110A - 在面向包的通信网络中传输信息 - Google Patents

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Abstract

在面向包的通信网络中进行大范围的业务分配。它对于可靠而有效地遵从其特定的QoS要求的所有业务和应用，以简单、实用和成本合算的方式，产生具有最佳努力效果的、在很大程度上均衡的业务质量。优选地设有至少一个优先业务等级，其所属的业务在通信网络中用严格的优先权和按包分配传输。至少为优先的业务监测是否遵从特定的QoS要求。通过划分优先业务等级还为带有实时特征的业务和应用提供足够的业务质量。

Description

在面向包的通信网络中传输信息
本申请的目标主要是，在保持相应的业务特定的或者应用特定的业务质量要求一直到可以进行互动的实时通信的条件下，还在统一的网络区域内可靠地传输数字编码的用于数据、语音、音频/视频等等的业务和应用。专利申请DE10146349.9、D10161508.6、DE10161546.9、DE10161547.7也是在此领域内。其公开引入本说明书作为参照。
在过去造就了两种主要的传输嵌入业务流中的信息的通信网络类型：面向包的数据网络和面向线路的语音网络。它们因其不同的业务质量(QoS)要求而互有不同。
业务质量，也称为服务质量，视前后关系而不同地定义并且因此用不同的计量分析。公知的测量业务质量的计量例子有：最多可传输的信息数量(带宽)、传输的信息数量、没有传输的信息数量(丢失率)、在一定情况下测量传输中的时间延迟((传输)延迟)、在一定的情况下测量与每两个信息传输之间的一般情况的间隔的偏差(延迟抖动、间期抖动)，或者甚至根本不许传输的信息的数量(阻塞率)。
在多媒体网络中业务也称为“多媒体应用”。多媒体网络理解为其中实现许多各种业务的网络。在狭意上人们在此理解为宽带的、综合业务的网络(B-ISDN＝宽带综合业务数字网)，其中在使用业务时出现的业务流可以用统一的、优选地为面向包的传输机制传输。在此，多媒体应用的概念既涉及寻常的电话类业务(在面向包IP网络中也称为“语音IP(VoIP)”，还涉及如电传、电话会议、电视会议、点播电视等等之类的业务。
面向线路的(语音的)网络设计用于传输其中嵌入连续流动的(语音的)信息的业务流。在专业界也把它称为“对话”、“通话”或者“会话”。在此信息的传输一般地用较高的业务质量和可靠性进行。例如，对于语音重要的是最小的例如＜200ms的延迟(时延)而没有时延起伏(延迟抖动)，因为在接收装置中重放时语音要求连续的信息流。因此信息丢失不能够通过再次传输没有传输了的信息进行补偿，并且在接收装置中一般地导致声学上可感觉到的噼啪声。在专业界还概括地把语音传输称为“实时(传输)业务”或者“实时服务”，
低的阻塞率例如通过相应地语音网络的设计和规划来达到。在经公共的信道共同地传输多个业务流时，低的和在很大程度上恒定的延迟或延迟抖动一般地通过使用静态的(时分)多路传输，也称为TDM(时分多路)得到。在此把业务流在发射机中按固定长度的均一单位，这也称为时片或者时隙，分段地，并且在时间上相互交织地(verschachtelt)传输。对各个业务流的时隙分配通过其在信道内的位置指出。在共同地传输以后于是可以在接收装置中把时片分配给其所属的业务流，并且在需要时还重新组合成原始的业务流(重新组装)。也就是因此在面向线路传输中业务流的传输容量规定为基本上没有起伏，而且有预定值(例如在时分的ISDN电话网络中的64kbps)。
面向包的(数据)网络是为传输构成为包流的业务流设计的，所述构成为包流的业务流在专业界也称为“数据包流”。在此一般地不需要保证高的业务质量。例如对于电子邮件不要求没有延迟时间起伏(延迟抖动)的最小延迟(时延)，因为电子邮件不必在接收机处实时地重现。在此重要的是不出错地传输电子邮件。因此信息的丢失一般地通过再次传输(重传输)没有传输或者错误传输的信息来补偿。电子邮件的延迟因此视重传输的频次而变化。因此延迟抖动也相当高。在专业界因此把数据传输也称为无实时条件的传输业务，或者称为“非实时业务”。
阻塞率在面向包的数据网络中近于没有。原理上总是可以传输所有业务流的所有的包。业务流的传输在数据网络的适中的负荷上就有时间显著的起伏，因为各个包一般地是按其进入网络的顺序传输的，就是说，由数据网络传输的包越多，时间上的延迟就越大。多个业务流经公共的信道共同地传输一般地通过使用统计学的(时分)多路传输进行。在此在发射机中把业务流的包按统计规律在时间上相互错开地传输。所述的规律例如可以规定，所述包按照其进入的顺序传输(最大努力)。在同时进入多个包时传输其一个包，同时把其余的短时间地中间寄存(缓冲寄存)，结果是增加了延迟抖动。如果同时抵达的包多于能够缓冲寄存的，就屏弃多余的包。把包分派给相应的业务流通过在包的标题(由报头[头部]和/或尾部组成)中的分派信息指出。在共同的传输以后可以在接收机中把包分派给其所属的业务流。业务流的传输容量在面向包的传输中不受限制，而是可以在原理上(在公共信道的容量范围内)在每个时间点有不同的、任意的值。
在面向线路的语音和面向包的数据网络的相互接近的趋势中，语音传输业务和未来还是宽带的业务，譬如传输运动图像信息(VoD，电视会议)，用综合业务的面向包(多媒体)网络，也称为“语音-数据网络”，实现，这就是说，迄今普遍地面向线路传输的实时业务的传输在相互接近的语音-数据网络中用包流进行。这也称为“实时包流”。在此出现了这样的问题：对于面向包实现实时业务要求高的业务质量和可靠性，从而这可以与面向线路的传输在质量上可比，然而在时分的(面向包的)的数据网络并且尤其是互连网却没有设适当的机制保证高的业务质量。
在业务综合的，面向包的网络中对业务质量的要求对所有的网络类型都成立。这种要求与面向包的具体安排无关。因此所述的包可以构成为互连网包、X25包或者帧中继包，但是也可以构成为ATM信元。如果用包传输消息时，它们有时也称为“报文”等等。在此数据包流和实时包流是在通信网络传输的业务流的实施例。业务流也称为“连接”，这甚至还用在采用无连接的技术的面向包的网络中。例如在TCP/IP中信息传输借助于所谓的流，通过发射机和接收机(例如网络服务器和浏览器)尽管IP的无连接特征在逻辑抽象的层面上相互连接，就是说逻辑上抽象的流还表示连接。对于连接决定性地只是，在传输以前进行连接建立，在建立连接时创建至少在传输时存在的前后关系。在传输以后可以进行明确的连接建立。但是也可以有含蓄的机制，例如可以按照在确定的无传输的时间段暂停连接。
当前最广为人知的数据网络是互连网。互连网设计为开放(广泛业务的)数据网，带有开放的界面用于连接(至少是局部和区域的)不同制造厂商的数据网络。因此主要的注意力迄今放在准备与制造厂商无关的传输平台。保证业务质量的机制起次要的作用，并且因此还很少有。
电信(也称为语音网络)和经典的数据界(也称为数据网络)相互接近到以IP(互连网协议)为基础的网络和业务，在IP技术上是艰难的任务，因为这些作为面向包的数据网络首先设计为“最佳努力”传输，并且充其量要遵从含糊处理的“业务水平协定”(SLA)，而在电信中普遍重视对网络和业务的QoS、可靠性、可供使用性和安全性的非常严格的要求。“互连网界”用越来越复杂和花费大的方案应对这些任务，但是至今还没有找到在经济角度可行且可承受的完全的解决方案。
业务或者应用对网络的QoS要求可以通过各种标准定义，其中例如有：
-数字编码的信息的吞吐特性，也就是说，所要求的带宽及带宽特性(固定的带宽、可变的带宽[例如用中值、峰值、“突发性系数”等等特征性的参数])和对信息丢失的敏感性，
-延迟特性，就是说绝对延迟(从信息源至信息宿的传输时间)的影响和对传输时间起伏或者说延迟起伏的敏感性(当然可以通过“缓冲寄存”把延迟起伏转化成绝对延迟，然而这多数是有非常大耗费的)，
-传输的信息的要求的或不要求的时间上的连贯性或者“时间不变性”，就是说，是否信息内容必须准确地以其发来时的同一顺序发出(在某些情况下要兼顾考虑较高的业务层和应用层的能力，或者没有能力)。
由不同的QoS要求出现的结果，可借助于两个例子加以说明：
I.尽管单方向的音频/视频应用(例如“流式视频”)要求在接收机处的实时展示，然而在多数情况下，绝对延迟是1/100、1或5秒是无关紧要的，重要的是在开始发出后要给出连续性。例如可以利用这种延迟容差，借助于重复补偿信息丢失并且从而改善质量。变通地还可以带有冗余地传输(较大的带宽)，以由此补偿可能的数据丢失。
II.人员之间互动的，也就是说双向的实时通信(语音、图像、...)，必须顾及人的反应能力和典型的通信关系和对话关系。在此必须把绝对延迟(并且随之还当然地把延迟起伏)限制在几百毫秒(例如200ms)。另一方面在此却可以容忍较高的丢失率，因为人的大脑“平滑”语音感觉和图像感觉中的不均匀性的能力非常地突出，并且在对话中降低了对小的缺失的注意力。然而在人与人之间的实时对话较复杂。并且在有的情况下既要得到信息的完整性也要针对接近于因为空间距离的物理极限(传输时间为每1000km约5ms)的很小的时延。
如果确定了QoS的要求，只要网络还保留在这些区域之一中，就可以把网络完全用于补偿其它区域中的缺陷。下面用两个例子说明这种补偿：
I.如果应用容忍相对高的信息丢失，就可以通过屏弃得出较高延迟的信息单元来降低延迟起伏。反之还可以采用较大的延迟起伏自然地达到较低的丢失，然而这导致较大的缓冲寄存器。
II.如果延迟起伏的最大值在发来的信息单元的最小时间间隔以下(所谓的“快速网络”)，就可以避免传输的信息时间上连贯性带来的问题。如果提出再造这种时间上的连贯性的措施，只要在不超过允许的绝对延迟的范围内，就可以容忍相对大的延迟起伏。
与QoS并列地，业务的普遍可供使用性也是重要的参数，该参数高度地取决于网络及其特性。如果出现故障，例如个别网络部件或者连接线路失效，是否提供有备用电路并且多快能够利用该备用电路？如果对用户造成可觉察的间断时会持续有多长时间？为了重新产生业务是否在有的情况下必须要网络营运商或者用户自己在某种形式介入？网络的可靠性本身以及抑制故障和必要时重新产生应用的方式和方法在此有较大的意义。
必须要考虑统一的网络带有适于为之提出的技术的极限条件，并且当然还应当尽可能地有效，也说是以最小的费用和经济上有利地解决。
公知的网络技术充其量是部分地满足所述的要求。
1)最简单的附件是经受住考验了的线路交换技术，其中对于每个通信关系(在双向的情况下或者在多重关系的情况下必要时也是二或多个)接通带有固定分派的和绝对保留的带宽的专用的连接(当前还有些随便地称为“路径”)。这样的连接或明确地构成为各个物理的线路(例如铜线)或者构成为使之能够多重利用物理线路的所谓的传输系统或交换系统中的(虚拟的)信道。还可以有不同地实现的部分线路段的混合。这样的连接的可能的数据吞吐是通过向它本身分派的带宽确定的，传输的延迟时间由“传播延迟”，也就是线路上与距离相关的传输时间，和“切换延迟”组成，“切换延迟”就是说在网络节点(开关)中“交换”数字编码的信息(“数据”)时出现的固有的处理时间。在此“交换”指得是把确定的到来的线路/信道的信息(数据)转发到在建立连接时确定的离开的线路/信道。两种延迟成分一般地(这指得是在系统无干扰地运行时)可以对于通信关系(在接通的线路或者存在的“连接”)的持续时间取常数。从而在无干扰的情况下对所有的应用给定和可达到同样的准“最佳”的QoS(无信息丢失、恒定、一般地相对小的延迟，没有交叉连接)。然而在此却必须把连接在通信关系的过程中持久地接通(并且保留)，即使是在应用很少地利用(例如在只是偶然地)所述连接时。通过在出故障时尽可能快速地切换到事先准备的变通的连接上(双倍容量)，或者通过旁路地接通替代连接(延迟并且耗费大，特别是当一个连接失灵时同时涉及许多连接时)，可以提高可靠性和可供使用性。
2)面向包技术旨在通过灵活地共同使用(共享)线路和(在有的情况下虚拟的)信道，或者经多个通信关系的交换媒体和传输媒体，改善资源的利用。公知的当前的代表例如是用固定长度的包(也称为信元)的连接交换的ATM技术，和用可变长度的包的无连接的IP技术。
A)还在这种概念下于ITU-T中以“宽带ISDN”(B-ISDN)为目标推动ATM技术。ATM上具有为了即使在资源(可供使用带宽)非常紧缺的条件下准备有确定的(以统计均值计算的)和可担保的QoS的较宽范围的业务分级的机制。得到的系统和网络作为结果却是复杂和高费用的。规划设计和运行要求高资历的专业人员。ATM连接交换地工作，具有相互分层划分的“虚拟”的路径和信道的网络。对于许多不同的业务分类可以连接个别地保留带宽，并且可以按照以通信统计学为基础的标准“担保”。为此可以使用不同的排队机制和调度机制，所述的排队和调度在每个节点中每路径和信道(连接)地通过相应的参数调节。通过细致地规划设计的规则和连接接受规则可以按照统计规律的标准，可以限制信息丢失和切换延迟(这主要由排队确定)的可变的部分。由于无干扰地运行的连接交换，预期不会有信息单元的交叉。作为连接交换的结果，在处理故障时可以重新地执行所有固有的机制。在此基本的思想与线路交换技术的基本思想往往非常地类似。
B)IP技术是一种实用的解决途径，它由于其简单的基本机制在数据界获得成功。该技术在近年来取得了很大的进步，从而以此为基础的系统和网络在其效能方面(数据通过能力、控制效率)与以ATM为基础的技术可比。IP技术的成功显然地是由于业务和应用的大部分在终端装置中就已经重新以面向包的互连网协议(IP)运行了。当前预计，以IP为基础的业务的增长在将来也要比其它的技术情况下高许多倍，因此很可能呈现出所有的业务都进一步地向经过以IP为基础网络进行传输的转变。与ATM网络相反IP网络无连接地工作并且只实现“最佳努力”业务，对于这种业务即使在大规模地确定网络尺度时很少作出预见，并且已经根本不能够保证可达到的QoS。
C)此外迄今公知以下的解决方案：
a)采用ATM网络作为核心网络。边缘装置(Edge Device)把IP数据流转变成适于ATM连接的业务等级，并且传输用ATM网络中的相应连接进行。成问题的是标定性、复杂性和设备及运行的费用(参见上文，ATM技术)。该方法更确切地说在核心中有效。在接入(附加的)应用中这本身就是缺点。接入方面的一个变通方案得到以下的解决方案。
b)采用信令协议并且通过IP网络建立带有保留带宽的连接(综合业务-IntServ、RSVP)。这种解决方案在原则上既可以是端对端(E2E)的也就是说终端装置对终端装置的，也可以是在部分段上的。它可以各按通信流地应用，甚至还可以(在核心中)用于聚集的通信流。然而它却是不灵巧、高费用的、非标定的(控制费用)和低效率的，也说是说与ATM技术非常相似。
c)MPLS：这种解决方案依赖于ATM技术。它建立于网络中的路径(连接)之上，经过所述的路径为各个(一般地是聚集的)流的业务有目标地寻路。对于QoS往往与RSPV和DiffServ(参见下面的点d)相关地提出并且也在ATM传输的基础上实现。它重新落入连接交换机制的复杂性，连同所有已经阐明了的后果(从带宽控制到监测连接的存在性)，也就是说复杂性与ATM的情况类似。它应当与DiffServ解决方案相关联首先缓解在该技术处述及的问题(目标明确的经路径的业务控制)。
d)“差分业务(DiffServ)”：在边缘装置中把数据包按其属性分类为确定的业务、应用或者通信关系等等并且作出标记。附加地可以或者说应当进行(流相关的)接入控制和接入监测(例如，对资源的可供使用性和遵从所呈报的带宽特性和质量特性)。这样包追随由其包报头信息(例如目标地址)和路由协议制定的路由通过网络，其中在每个节点中把包按照其标记用相应的“按路程段状态”进行处理(例如加优先权)。DiffServ解决方案允许在“单个路由域”内的按路程段状态，例如营运商的(子)网络的自由度，但是要求在这样的域(子网络)之间完全的“边缘”处理。DiffServ解决方案不能够防止临时的和/或局部的瓶颈，因为一般地不注意也不协调通过路由协议规定的路由。一般地有相同的目标的包在它们在一个节点中相遇的时刻起就追随同一个路由。这可能在网络中出现明显的负载不平衡伴随相应大的(排队)延迟，直到引起包丢失。此外网络和路由工程还是复杂的任务，其中在可靠性和可供使用性(例如在出故障时绕路)方面受到削弱。
D)原则上还可以设想几乎所有的这些方案之间的组合，并且大部分已经讨论过。所有这些方案共同的是，它们(DiffServ除外)原则上基于路径，并且由沿着该路径保留的带宽和必要时的其它资源建立。纯的DiffServ方案本身还总是至少建立在通过路由协议规定的路由上。从而与之关联的一般地是对于准备(静态地)以及在网络中安排路径和路由高昂费用，或者说动态地选择和切换路径的相应较高的控制费用。此外在每个网络节点中都必须前置存储装置用于保存路径专用的或者连接专用的信息，所述的信息可能在出故障时丢失或者必须改配置在其它路径上。即使是纯的DiffServ方案的情况下，通信业务也要追随由路由协议规定的路由，由此必须非常精心地对其规划并且必须对其监测。然而一般地不论是业务流中的所有起伏，还是路由协议对网络中的任意事件的所有反应都不能够准确地预见到。
本发明的任务在于，指出一种途径，可以如何以简单实用的、费用合算的方式在业务综合的、面向包的，尤其是以IP为基础的网络中实现允许和有效地遵从其特定的QoS要求的业务。
该任务由本说明书中要求权利保护的技术内容完成。本发明提出在网络中大范围的业务分配。它产生对于所有的业务和应用有最佳努力效果的在大范围均衡的QoS。根据本发明的业务分配还使之可能超出单个寻路域进入全面地总体解决。
本发明的一个重要方面在于自行解决常规的、成为习惯了的思考方式，例如如下的：诸如QoS和可靠性之类的特性在其主观性上进行抨击，并且它们不再与路径或者路由相关联，而是定义为网络方案的总体特性，在此所述的网络方案实质上获得自治，因此在运行中也较为经济。在网络层面上考虑的QoS首先使之能够用无连接的运行产生。这种根据本发明的考虑主要以如下的思考为基础：
a)业务质量是个抽象的概念。本身如果用线路交换技术传输信息，不能够排除数据丢失(例如由于干扰(-＞误码)或者帧转差)。然而这样的弱点却或可容忍(例如在数字电话中)或通过相应的保障措施拦截(数据技术)在同一个(例如通过冗余)层次或者较高的层次(例如通过重复)。决定性的是最终效果中信息接收机的(主观的)质量感觉。例如包括人在内的互动的通信总是通过其(模拟工作的)感觉器官进行的，这一定要应对不完全的信息(不然的话肯定不可能有现今的(主要是移动的)电话、电影和电视)。对于机器的互动性控制(例如对机器人的遥控)在有的时候要求要高得多，从而在某些情况下可以要求对每个单个情况进行详细的思考。然而无论如何不能低于物理的界限，例如涉及与距离相关的滞后时间等。
QoS并不必需绝对的保证(这反正也不存在，即使是使用路径和保留)，而是要遵从信息接收机观点发出的各个业务的相应的特殊要求。在面向包的传输中这首先涉及较可能的信息丢失的方式和范围、固定和/或可变的延迟和信息的时间连贯性(顺序)。在此例如ATM技术一般地依靠统计学设计的交换节点和传输线路段，并且连接交换的传输的原理带有沿路径相应地保留的资源，其中沿路径正确的资源分布通过网络节点中的尽管强有力的但是因此也较复杂的排队机制和时间安排机制得到保证。
b)现代高速(数据)网络以“线路速度”工作。基于IP的网络，诸如互连网首先只致力于数据包并且先验地全部相同地处理它们：先到的包也首先转发，如果刚好没有足够的传输资源可供使用，就首先把包存储(排队、缓冲寄存)起来，并且如果不再有存储位置以供使用时，就屏弃溢出的抵达的包(最佳努力原理)。在这些网络中的网络节点，即所谓的路由，原始地是计算机，这就是说数据包的分析和转送的完整的功能用软件程序实施。与之相应地这些网络不久前还比较地缓慢。借助于相应地设计的缓冲寄存器和较高的协议层，例如TCP中的适当的数据保护机制，可以(尽管往往有较大的延迟)达到不管怎么说都足够可靠的和可使用的时间非紧要性信息的传输。
技术进步使之有可能用硬件(ASIC、FPGA)实施基本的路由器功能，并且从而开辟了快速从而高速率的连接线路的途径，准实时地转送数据包。这样延迟的要素在实际上仅保留为在多个选路在同一输出端上的数据包同时抵达时不可避免的缓冲冲突。这样的延迟却随着路由器之间的连接线路带宽(或者更确切地说：速度)不断增加而越来越不显著了，因为由于快速地流走数据包由冲突决定的等待时间不断地减少。这尤其是在不同的业务流可以通过相应的标记而区别，并且在排队和调度时可以区别地处理时(DiffSer，“优先权化”)。
c)尽管有这种技术进步，但是还是没有触及实质上的业务相关的方面，例如：
-业务流聚积在网络中的路由上，因此即使精心地控制业务流，在深入网络的网络输入端上也不能够预见影响QoS等的负载失衡，所以也不能够避免之，或者
-较高的耗费和由此产生的在出故障时重新配置路由的较长的时间，因此显著地影响网络和业务对用户的可供使用性。
根据这种新的、根据本发明的考虑，根据本发明的通信网络包含以下的特征和功能(基本思想)：
-面向包和无连接地工作，
-提供多个输入和输出端口
-由多个网络节点组成，所述的网络节点这样地相互结成多回路的网：使得在不同地输入端口和输出端口之间(一般的情况下)存在多个路径，
-包含在每个时刻(这就是说尽可能地在网络中每个决策点)关注数据包的相应目标(输出端口)的条件下争取达到尽可能均匀地分配业务负荷的机制。
由此消除在前序部分所述的在其用作业务综合的面向包的网络时出现的现有技术的缺点，并且在同时得到所希望的经济上的优点：
-网络应当是无连接且面向包的。从而可以使用基于IP的网络，因为它满足所述的前提条件。
-均匀的业务分配使之能够在高质量和经济地设计的条件下理想地利用资源。从而产生成本合适的总体方案。
-无连接地运行的网络不需要连接建立和解除的控制能力，不需要寻路、不需要路径的改配置，不需要在出故障时恢复路径等等...。因此控制简单，并且经济地运行，因为很少需要管理上的介入并且网络是近于自行组织的。
-由于按定义地分配避免了同一时间聚集业务流，因为即使聚集了业务流也在其进一步的传输中重新分配到网络的不同线路上。
-在出故障时，也就是在发出的线路失效时，不需要把故障涉及的业务流至替代路由上的高费用的重新配置。反之，只是不再把业务流分配在失效的线路上就足够了。为了排除故障也只是要求降低分配程度。不再有重新配置的需要。
-最后该方案在其总体作用上是明显地实用的，因为通过取消费用大的重新配置机制和优先权化机制显著地降低了网络管理的配置费用。
其它的特征可以在各种扩展和组合中得出。一些与特别良好的优势相关联的特征和特征组合在下面与一些可能的变通方案一起阐述：
业务分配旨在在网络中达到尽可能均匀的业务负荷分配。所述的分配可以按不同的颗粒度(Granularitaet)，例如在聚集的业务流的基础上，按单个业务流地进行，或者在单个数据包的基础上进行。所述的颗粒越细，分配也就越有效。分配决策应当在每个网络节点中“临时地”和自动地进行。决策的标准采用与数据包一起发来的信息，例如源和目标地址组合，在某些条件下与例如起着向一定的业务流分配作用的其它的信息一起组合。在以业务流为基础的分配条件下，属于同一业务流的所有的数据包一般地采取相同的路径通过网络。业务分配的提高质量作用，可靠地防止单个网段负荷不平衡到过载，在此首先在足够的统计量的条件下或者在同样的业务流(尤其是以相似的带宽)的条件下得出。
在有(理论上的)规则的连接和/或结成回路网(参照图1)的预定的网络拓扑的情况下，可以或多或少固定地预调节业务分配的路径信息，和由此得出的在网络节点中“分支图形”。
在一个实际的，成长的数据网络(参见图3)中结成的回路网一般地是不规则且更确切地说是不完全的。还有在运行中总是重新出现网络配置或者说网络拓扑的改变。对此根据本发明进行灵活地刷新可能的路径和分支图形(按需地或者定期地)和/或节点从路径信息的改变推导出新的分支图形。作为分配路径信息的机制可以考虑互连网环境的协议(如OSPF、BGP之类的路由协议)或者从中推导出的变异/扩展。当然这种信息还可以通过(如经常还被形成地那样)网络控制装置或者网络管理系统预先给定。
对于分支图形还可以考虑具体的路径选择算法中的其它的标准，譬如不同的带宽、不同的目标距离、路径成本等等。这样例如可以在STM-4和SMT-1链路之间按包分配时通过相应的加权每隔5个包送到STM-1链路上。如果在此附加地还考虑各个包的长度可以更加细致地分配负载。按照相应的标准加权链路的优点是，在复杂地结成回路网的网络中避免路径构成闭路，或者例如限制包延迟起伏。在不同的路径上不同的包延迟可能导致包顺序改变。包顺序要在网络输出端重新产生(重新排队)，例如如果应当要求使用它时。
其中业务和应用受到负载增加(相应于其特性和要求或多或少可觉察出的)的不利影响时，根据本发明的业务分配的最佳努力特性可以达到明显的改善，如果相应于实际的网络容量限制网络中的总的业务负荷。
在此一方面附加地考虑各个网络的带宽，不论是在输入方还是在输出方，并且不论是独立地还是在总体构成中。从不同的业务和应用的统计学的业务特征着手，并且基于网络的拓扑以及网络节点和连接线路的性能，在此假定一定的用户行为模式以由此得出的一定的业务特性，在网络的输入端这样地设计(网络设计)：使之在此边界条件下确定的确定QoS的因素的边界值刚好高于可很好地定义的、足够小的统计概率，所述的因素例如有包丢失(丢失率)、包延迟(时延)或者包延迟起伏(延迟抖动)。
另一方面可以这样地限制给定网络中的业务量：使之遵从相应的边界条件。为此把网络中的所有的通信关系和数据流相应地参数化，在每次出现时单独测取并且，依据网络中实际负载条件放行或者拒绝(接入控制)。
两种机制既不能看作实际可行的也不能看作是经济的。例如，过大地规划网络尺度以遵从敏感的业务在不太敏感的业务角度上看不是经济的，对在最佳努力环境上设计的，传统的甚至于未来的互连网应用的大部分也是不实际的。
有差别的并且适应各个业务要求的QoS根据本发明通过区别成和划分成不同的业务等级进行，相应地不同地处理，尤其是优先权化所述的业务等级。对于在网络节点(就是说在排队点)中的处理优选严格地优先权化，这样，在所有情况下都为低优先权业务等级保证资源的其它方法(例如公平加权排队MFQ)在较高负荷时通常对高优先权的业务有不利影响，并且天然地比严格优先权化复杂数倍，后者只要有高优先权的业务排队等待传输就不传输低优先权的业务。
在上述类型的通信网络中优先权化的特征可以有以下的有利的应用和扩展：把所有的数据流相应于其要求划分进相应的优先权等级。较低的等级在规划网络尺寸(在预期的全部业务量的范围内)时考虑，并且原则上按最佳努力原理处理。对于较高的优先权等级中的所有的通信关系及数据流在网络输入端(沿输入方向)和网络输出端(沿输出方向)进行准入性检验(接入控制)。为此在这样的两个点用相应的参数(例如平均数据速率和/或包速率、峰值速率，等等)呈报和分析该数据流。在输入端和输出端的判定彼此独立，并且只有在两个判定都是肯定的时，才放行该数据流。判定标准例如可以使用一种阈值，所述的阈值依据端口容量、总的网络容量、所希望的关于可能包延迟和包丢失等方面的质量、相应的优先权等级和某些情况下的其它标准确定。还可以想像对每个等级有基于不同的分析参数的多个阈值，所述的分析参数全部是个别的或者相互遵从相应的相关性的。
用准入性检验可以一方面在网络中限定一定优先权等级的总业务量，另一个方面还可以在每个各别的输入端口和输出端口限定所属的业务量。通过在网络中均匀地分配业务(理想地以包为基础)和相应的优选处理，在正确地设定阈值的条件下所述的业务总是通过在网络中找到足够的资源(空的链接容量、缓冲寄存器等)，从而不论是其质量要求的延迟极限值还是其质量要求丢失极限值都能够得到遵从。所述的网络可以完全地满负载并且经济地运行，因为所有的没有由高优先权的通信使用带宽可以随时地由低优先权的业务使用。
理想地，所述优选的处理通过严格的优先权进行，就是在需要时引起对低优先权的业务完全地排斥。严格的优先权有最小的延迟和最小的丢失。此外例如与由现有技术公知的泄露容器(leaky bucket)方法相比较，这还是明显地简化的优先权机制。
将对各个数据流的呈报的业务参数的遵守进行监测，因为在业务分配的范围内，“有序地通过支线冲击的”各个数据流可明显地干扰整个网络中的全部业务。监测功能(通信加强，策略)可以有利地设计得相对地不灵敏从而较成本合适，因为通过根据本发明的业务分配已经相应地查明了偶然的、短期的、较小的超出。
有利地把监测功能如其所呈报那样地用在各个数据流上。作为变通预见每个端口的任一个最大的聚集，从而只检验总的限度并且作为超过该总的限度的反应在聚集的集合内介入或者横贯所有包含在内的数据流地介入。原理上可以使用任意的和当然地还可以使用所有的有关的公知机制(例如泄露容器)并且因此对于反应可能性也是这样(包的屏弃、包标记、关闭/阻塞数据流...)。标记有可能在于把违背约定的包(或者较好地属于整体的数据流)转化到较低的等级或者最佳努力的等级。
业务分配的原理(尤其如果是在包的层面上进行的)还可以有利地用于改善网络的可靠性和可供使用性。为此，在识别出故障(例如链路失效、相邻的节点失效)时网络节点把所属的链路从分支扇面中取出，并且再只经过保留的链路继续进行所述的分布，这样就足够了。判断可以在本身识别出故障的时候不加迟疑并且自主地并且在认识到对信息的可供使用性变异时进行。在有足够的网络规模时这样的反应最糟糕的情况下也就导致更加排斥最佳努力通信，但是决不会损害高优先权的通信的质量。这种特别良好的优点在根据本发明的组合明显地以非常简单、实用和成本合适的方式起作用，因为与前序部分说明的现有技术相关地比较，可以使用简单的机制。
如果把业务分配只用在高优先权的业务等级上，就得出该基本思想的一个非常有趣的方案。最佳努力业务按照现在通行的互连网原则选路，而把高优先权的业务均匀地分配在网络中，并且这是近于从下方补足的。最佳努力业务近于浮在由高优先权的业务适度地填充的海洋上游泳，并且在“涨潮”时不断地受到排斥。这个方案的一个良好的优点在于，可以把QoS方案补充地设置在现有的网络上，而现有的机制不加改变地继续存在下去。
所提出的原理也可以用于基于信元的网络中，例如ATM网络中。
通过路由器中的自我监测机制，尤其是在分配方法的范围内，进一步提高了网络的可靠性。
为了提高整个网络的可靠性，此外可供选择地使用一种路由器之间的快速反馈机制，这种机制使之可能在“下游”某处出现问题时，还在远处的“上游”就提前地把业务另行分配。
在某些情况下把接入控制如此安排，使得在“超出预订”高优先权的业务等级时它自动地给用户提供下个较低等级。
所述的重新排序的功能普遍地，例如作为标准功能，设在网络输出端。有利地，这样可以把其中一般没有实施重新排序功能的所有当前的TCP应用不加改变地继续使用。
下面借助于附图中所示的其它的实施例更加详细地说明本发明。
图1用于实施根据本发明的方法的安排，它作为举例，用于阐述在一种规则地、经不同的阶(网络层面)构成的有回路网的网络中进行业务分配的基本原理，
图2用于实施根据本发明的方法的安排，所述的安排构成为本发明许多的可能的具体实施形式之一，
图3用于实施根据本发明的方法的安排，所述的安排构成为实际的，成长的(数据)网络，具有不规则的并且还是不完全结成的回路的网，
在附图中示出沿之分配地传输各业务流的传输枝，分别地用箭头标出同时指示的传输方向。
本发明的一个实施形式提供无连接的，面向包的通信网络，
-有至少两个不同的业务等级，其中一个按照纯的最佳努力业务处理，而至少另一个与之相反是(并且在多个其它的优选还彼此地)严格地优先权化的，
-有网络节点，其中业务各别地并且自行地旨在均匀的业务分配优选地以包为基础按照一定的规则在所有的或者至少多数路径上沿其目标(网络输出端)方向分配，
-其中网络节点通过相应的协议交换/处理关于可供使用的路由的信息，
-其中网络节点在出故障时不迟疑并且自主适应其(业务的)分配模式，
-该模式对于至少一个较高的业务等级的数据流在优选的每个输入端和输出端上实行以一定的业务参数为基础的接入控制(例如从达到端口容量的x％(x％、(x+d)％、(x+nd)％)的总负荷起不再允许该业务等级的其它业务，
-该模式只有当两个接入控制(在输入端口和输出端口，相互独立)已经正面判定时才接受具有至少一个较高的业务等级的数据流，
-该模式在每个输入端监测，并且在某些情况下以适当的措施干预较高的业务等级的数据流的呈报的业务参数，并且
-该模式在每个输出端提供重新排序功能以供选择地通过(所有的)数据流进行利用。
本发明的另一个实施形式用图1中示出的通信网络100表示。在网络100中，从构成为输入节点的传输节点A出发向构成为输出节点的传输节点B分配地传输至少一个业务流。其中，分配的传输在网络100中这样地进行：从网络100的多数传输节点把业务流的各个接收的部分向刚好两个续后的传输节点分配地传输。只有两个直接安排在输出节点B前的传输节点在没有另可选择的剩余路径时不在广阔网络上分配地直接向输出节点B传输，从而在其中可以把分配地传输的部分重新合并为原始的业务流。在输出节点B在此存在有从两个不同的方向发过来的业务流。优选地在输出节点上借助于所属的重新排序功能把接收的业务流整理为其原始的序列。从而在网络100中还可以在应用之间传输业务流，所述的业务流在传输前被指定在保持原始的序列的条件下传输，而不为此要求改变或者适应应用。
图2中示出本发明的另一个构成为通信网络200的实施形式。在网络200中，从构成为输入节点的传输节点C出发向构成为输出节点的传输节点D分配传输至少一个业务流。在此，与网络100相反，只有网络200的传输枝的一部分用于在传输节点C和D之间分配传输。这涉及到，在网络200中不是利用从节点C到节点D之间的任意路径进行分配的传输，而只是利用特别适用于此的路径。这是本例中是在考虑网络200的拓扑图形时不在网络200中取大的绕道的路径，从而是所有的带有优选地在相对地小的，在预定的允许范围内的传输延迟的路径。尽管同样地从节点C通向节点D，但是其传输延迟与所述的允许范围偏离过远的路径不适于该例的分配的传输。
优选地把业务流在节点C和D之间的每个传输节点中按包分配向相应的后续节点传输。此外在考虑各个任意的剩余路径的负荷和/或每个向剩余的路径传输的包的长度的条件下进行所述的分配。结果这导致在节点C和D之间在很大的程度上均匀地分配的传输。如果把该原理应用在网络200的所有的输入和输出节点之间，那么网络200就从下方以基本状态分配的业务充满，其中整个网络200的传输节点和传输枝的负荷差不多是相似的。与网络200的剩余部分相比，网络200没有任何部分会较长时间地过载。
如果把流入网络200中的业务分成两个业务等级，较高优先权的业务优先地并且分配地传输，并且较高优先权的业务的量借助于准入检验AC和业务监测TE限制，从而可以在网络200中以类似于实时的特性传输较高优先权的业务。对于较低优先权的业务达到最佳努力特性，其质量随着较高优先权业务的增加而下降，并且反之亦然。对于通信的优先权严格的优先权化就完全足够了。这与其它的公知的优先权机制相比其特征在于其特别地简单，因此其在传输节点中的实现可以在经济上特别有利地进行。
本发明的另一个方面在图3所示的通信网络300中示出。网络300包含多个传输节点301-315，其中传输节点301-307构成输入节点和/或输出节点。从至少构成为输入节点301的传输节点E出发向构成为输出节点304的传输节点F如下分配地传输至少一个业务流：
    从节点     经过枝     向节点
    301     320321     308309
    308     322323     311313
    309     324325     310314
    311     327329     303312
    313     330331     312315
    310     326327     311313
    314     333334     313305
    303     329     312
    305     335     315
    312     336     304
    315     337     304
可以很好地看出，在节点E和F之间的每个传输节点中，从多于一个的向输出节点F的剩余的路径出发，把向节点F发送的业务用至少两个剩余的路径分配地传输。
此外在图3中示出，在传输枝325失效时分支图形是怎样地改变的。作为结果，在前一个节点309中把传输枝325从为沿输出节点F方向存储的分支扇面中删除掉。所以不再有业务向处于传输枝325之后的传输节点314和305传送。然而同样后置的传输节点313、312和315却继续接收从其它的，不包含失效了的传输枝325的分支图形的路径分配传输的业务。在传输枝325失效以后上述的分支图形从而改变如下：
    从节点     经过枝     向节点
    301     320321     308309
    308     322323     311313
    309     324     310
    311     327329     303312
    313     330331     312315
    310     326327     311313
    303     329     312
    312     336     304
    315     337     304
可以清楚地看出，传输枝325的失效只导致分支图形的疏散，但是却不要求重新配置网络300。尤其是可以继续地通过两个路径达到输出节点F。很明显，本发明对传输节点或者枝的失效以特别实用的方式高度的耐用。通信网络的构成回路网的程度越高，在输入节点与输出节点之间的路径越多，从而即使在网络的大部分都失效时在多数情况下都总至少保持有一条路径，可以在其上继续传输业务流。完全的中断只有在通信网络或多或少地完全失效时才会出现完全的中断。在这种情况下就算是从现有技术公知的花费较高的路径重新配置也是于事无补的。无论如何，如果在正常运行中不适当定级的路径还在起作用它也许还是可能的。在此情况下在现有的分支图形中至少部分地失效时，可以把还起作用的传输节点重新配置成新的，不太优化的分支图形。在此由于失效中断的传输可以在重新配置后重新进行，只要找到可选择的路径。
需要强调的是，对统一的通信网络的本发明相关的部分的说明原则上不应当理解为是限制性的。对于本领域内普通技术人员特别清楚的是所采用的概念要理解成功能上的而不是物理上的。从而这些成分还可以部分地或者完全地用软件和/或经过多个物理装置分配地进行。

Claims (22)

1.在无连接、面向包的通信网络(100、200、300)中传输业务流的方法，所述的面向包的通信网络包含许多传输节点(301-305)，这些传输节点这样地相互连接，使得在传输节点之间存在多条路径，其中至少一部分传输节点构成为所述通信网络的输入节点(301-307、A、C、E)和/或输出节点(301-307、B、D、F)，具有以下步骤：
-从输入节点向输出节点发送业务流，
-为接收所发送的业务流的至少一部分的传输节点(301、303-305、308-315)的至少之一查明一条以上从该传输节点出发的通向输出节点中至少一个节点的剩余路径，
-从这个传输节点把向这个输出节点发送的业务流分配在至少两个所查明的剩余路径上传输。
2.如权利要求1所述的方法，
其中，从每个从其发出一个以上通向输出节点的剩余路径的传输节点，把向该输出节点发送的业务流分配在至少两个剩余路径上传输。
3.如以上权利要求之一所述的方法，
其中，从传输节点中的至少一个传输节点对至少一个向一确定的输出节点发出的业务流这样地进行分配，使其包被分配地传输。
4.如以上权利要求之一所述的方法，
其中，从传输节点的至少一个传输节点对至少一个输出节点这样地进行分配，使得把发向这个输出节点的业务流分配地传输，而每个业务流所属的包不分配地传输。
5.如以上权利要求之一所述的方法，
其中，从传输节点中的至少一个传输节点对至少一个输出节点这样地进行分配，使得分配地传输不同聚集的业务流，而每个聚集所属的业务流不分配地传输。
6.如以上权利要求之一所述的方法，
其中，在考虑至少一个在其中存储了对分配业务流适用的剩余路径的分支扇面的条件下，查明剩余路径。
7.如权利要求6所述的方法，其中，在分支扇面中相应地标记出尽管是适用的，但是却失效了的和/或有故障的剩余路径，尤其是从分支扇面中删除掉。
8.如以上权利要求之一所述的方法，
其中，为分配的传输查明在预定的允许范围内涉及其带宽、其到输出节点的距离、其成本和/或其当前负荷的那样一些剩余路径。
9.如以上权利要求之一所述的方法，
其中，在考虑适用的剩余路径的有关负荷和/或已经在各个剩余路径上传输的业务流的部分，尤其是各被传输的包的长度的条件下，进行业务流的分配。
10.如以上权利要求之一所述的方法，
其中，在把业务流细分成至少两个业务等级，即至少一个无优先权和至少一个有优先权的等级时，借助于准入性检验(AC)界定优先的业务流进入通信网络。
11.如权利要求10所述的方法，
其中，在传输节点中严格优先权化地传输优先的业务等级。
12.如权利要求10-11之一所述的方法，
其中，分配地传输优先的业务流。
13.如权利要求10-12之一所述的方法，
其中，每个优先的业务流的准入性检验在各有关输入节点和各有关输出节点进行。
14.如权利要求13所述的方法，
其中，两个准入性检验互相独立地进行并且只有在两个准入性检验都是肯定时才能让受检验的业务流传输。
15.如权利要求10-14之一所述的方法，
其中，监测优先的业务流是否遵从至少一个预定的业务参数。
16.如权利要求15所述的方法，
其中，容忍短期和/或微小地超过所述的业务参数。
17.如权利要求15-16之一所述的方法，
其中，长期和/或明显地超过所述的业务参数时无优先权地传输超过所述的业务参数的业务部分。
18.如权利要求15-17之一所述的方法，
其中，至少对经过它向通信网络中传输优先的业务流的进入节点的端口的一部分进行检验，是否遵从至少一个其在通信网络中最多可传输的总的极限。
19.如权利要求15-18之一所述的方法，
其中，至少对于业务流的一部分对各业务流分别地检验，是否遵从预定的业务参数。
20.如以上权利要求之一所述的方法，
其中，至少在输出节点的一部分借助于各分派的重新排序功能(RF)至少为分配传输的业务流重新产生其原始的顺序，如其在通信网络中传输以前存在的那样。
21.设备，尤其是通信网络(100、200、300)的传输节点(301-315)，包含
-至少一个用于实施上述方法之一的装置。
22.系统，尤其是通信网络(100、200、300)，包含
-至少一个根据权利要求21的设备。
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