CN1765087A - 通信网和在通信网中传输数据的方法 - Google Patents

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Abstract

通信网具有多个节点(1,2,...,7),这些节点(1,2,...,7)中的至少两个节点(1,7)通过至少两条不同的路径(1-2-3,3-4,4-7;1-2-3,3-5,5-6,6-7)相连接。这些路径中的至少一条路径包括从发送机运行到接收机的无线电链路(3-4)。发送机和接收机支持多种具有不同的坚固性和数据速率的传输模式,并且具有装置(17),以根据所检测的无线电链路(3-4,...)的传输质量来确定所应用的传输模式。此外还装设用于分配的装置(15,18),以将要从两个节点之一(1)向另一个节点(7)传输的数据业务根据所述路径(1-2-3,3-4,4-7;1-2-3,3-5,5-6,6-7)的数据速率分配到所述两条路径(1-2-3,3-4,4-7;1-2-3,3-5,5-6,6-7)上。

Description

通信网和在通信网中传输数据的方法
本发明涉及一种具有多个节点的通信网,在这些节点中至少两个节点通过至少两条不同的路径相连接,这些路径中的至少一条路径包括无线电链路,以及本发明涉及一种用于在这两个节点之间传输数据流的方法。
在这种无线电链路上可达到的数据速率与环境影响、尤其是与沿着该无线电链路笼罩的天气有关。因而,过去在通信网的节点之间,曾首先采用线路连接的、与天气影响无关的传输线路。在正常的工作条件下,这种线路连接的传输线路的传输速率是不变的;在干扰情况下,约在干扰所连接的节点时或在物理中断线路时不可能传输。
当在这种通信网中将无线电链路个别用于两个节点之间的传输时,必须也可针对这些无线电链路保证具有高的故障保护的传输速率。因而在该无线电链路上只能应用很坚固(robust)的传输模式,以便确保以所必需的数据速率来提供具有足够的可靠性的无线电链路。对故障保护的要求越高,实际需要这种坚固的模式的工作时间的百分比分量则越小。在工作时间的绝大部分期间,也可以较不坚固的模式和相应更高的数据速率来工作。这就是说,在这种无线电链路上可达到的数据传输速率大多高于实际使用的速率。
在US 6 330 278 B1中将调制解调器建议为无线电链路的起点和终点,该调制解调器能够判断该无线电链路上的传输质量,并且动态地将在该无线电链路上应用的传输模式与所检测的传输质量进行匹配。这种调制解调器适用于传输对时间要求不严格的数据,在这些数据的传输中在该无线电链路上的恶劣传输条件的情况下可以容忍延迟。可是,当这种调制解调器被采用,以便传输诸如电话数据或视频数据那样的对时间要求严格的数据,并且由于传输条件的恶化而必须减小该无线电链路上的数据速率时,这导致传输干扰或连接的断开。
本发明的任务是,提出一种具有至少一个在两个通过不同路径连接的节点之间的无线电链路的通信网,在该通信网中该无线电链路的传输速率是可变的,并且该通信网尽管如此仍适于以所保证的数据速率传输数据。
通过具有权利要求1所述特征的通信网来解决该任务。在无线电链路由于恶化的条件而减少传输容量的情况下,用于分配数据业务的装置允许将以前在该无线电链路上传输的数据业务的部分转接到第二传输路径上,由此使该无线电链路上的数据速率与瞬时的传输容量相匹配,并且避免了无线电链路由于等候传输的数据而产生的堵塞。避免了在该无线电链路上继续传输的数据业务的要求严格的延迟,以致继续及时地传输其中含有的对时间要求严格的数据。
只要在第二传输路径上有足够的传输容量是空闲的,在转接到该第二传输路径上的数据中也就不会出现要求严格的延迟。
通过无线电链路传输的数据业务优选地由具有保证的数据速率的分流以及例如文件传输、因特网接入等形式的具有不保证的数据速率的分流来组成。数据流的所转接的部分于是优选地由具有不保证的速率的分流来形成。这就是说,如果在所转接的部分中含有了具有保证的速率的数据,则这些数据在所转接的部分中的分量在任何情况下都小于该数据流的在该无线电链路上继续传输的部分中的分量。
优选地,只有当针对该无线电链路确定的模式的传输速率小于具有确定的速率的分流的传输速率,该分流因此不再能在该无线电链路上完整地传输时,来自具有保证的速率的分流的数据才被转接到第二路径上。
在具有不确定的速率的部分数据流中合宜的又是,在一方面诸如压缩的电话数据或视频数据那样的对时间要求严格的数据和另一方面对时间要求不严格的数据之间进行区别,并且优选地由对时间要求不严格的数据的分量形成该数据流的所转接的部分。
以此方式避免了传输误差,当结果表明在第二路径上不能确保所转接的数据的最大允许延迟时,可能产生该传输误差。
当第二路径的传输质量不足以完成数据业务时,只要在第二路径上没有传输容量供使用,就则可拒绝转接到第二路径上的数据流。这可以简单的方式借助缓冲存储器来实现,在该缓冲存储器中将转接到第二路径上的数据流在传输到第二路径上之前进行中间存储,而该缓冲存储器的内容与该数据流是否已被传输无关地被循环重写。
为了可以将所应用的传输模式持续地与无线电链路的传输条件进行匹配,例如可以借助误码率来测量接收机上的传输质量并向发送机报告该传输质量。
当无线电链路是双向的并且可从两个传输方向上的传输质量是相同的出发时,也可以简单地在发送机的位置上在以反方向传输的信号上测量该无线电链路的传输质量。
无线电链路可以是点对点连接或者也可是点对多点连接。在中央站和多个外部站之间的点对多点运行中,中央站的发送机必须将接入控制信息传输给外部站,以便发信号通知这些外部站允许向中央站进行传输的时刻。可是当在点对点运行时采用这种中央站的发送机时,接入控制信息的传输则是多余的,以致可以将为此未使用的传输带宽用来传输有用数据。
优选地,在发送机和接收机之间的无线电链路上,无须上级的帧结构地传输ATM信元。这便于在不同传输模式之间的交换,这些不同的传输模式具有针对信元的传输所必需的分别不同的持续时间。
本发明的其它的特征和优点从以下参考附图的实施例的说明中得出。其中:
图1示出了本发明的无线电通信系统的示意图,该无线电通信系统说明节点之间的无线电链路的变化的传输速率;
图2示出了无线电通信系统的节点的方框图;
图3示出了无线电链路在一个时刻的传输模式和满载的示范性示图;
图4示出了在无线电链路的、相对图2的情况恶化的传输条件下的无线电链路的满载;以及
图5示出了在再次恶化的传输条件下的无线电链路的满载。
图1是本发明的无线电通信网的夸大的示意图。通过圆柱形的柱子1至7象征性表示网络的节点。点对点无线电链路i-j运行在节点3至7之间,其中i、j分别是参与该无线电链路的节点的参考符号。每个定向发送线路i-j包括在节点i、j上的两个互相对准的、密集聚束的天线,分别如此来确定这些天线的开角,以致该定向发送线路仅到达各自的对方节点的天线。在该图中,在节点之间通过在上方区域中透明的、在下方区域中画阴影线的带来示出点对点无线电链路。
在节点1、2和3之间,通过节点3上的可以同时达到两个节点1、2的扇形天线和在节点1和2上的聚束的、对准节点3的天线来建立点对多点无线电链路。通过圆柱体扇形切块形的形状1-2-3来象征性表示点对多点无线电链路,节点3形成了该圆柱体扇形切块形的形状1-2-3的顶点,并且该圆柱体扇形切块形的形状1-2-3同样在上方区域中是透明的而在下方区域中是画阴影线的。
图2以节点3为实例示出了这种节点的结构。该节点具有三个天线11至13,在这些天线中有两个是无线电链路3-4或3-5的部分的聚束天线11、12和一个属于无线电链路1-2-3的扇形天线13。接收机14和发送机16被连接在每个天线上,该接收机14将通过天线接收到的ATM信元进行解调、解码并转交给交换矩阵15,而该发送机16将由交换矩阵15接收到的信元进行编码、调制并发到天线上。监控电路17被分配给每个接收机14,该监控电路17从所接收到的信元中提取传输路径信息和传输出错率,并将传输路径信息和传输出错率该转交给控制电路18。该控制电路18借助传输路径信息来确定每个信元的路径,并且控制交换矩阵15,以便在针对每个信元确定的路径上继续运送该每个信元。
节点1至7的发送机16和接收机14全部支持多种传输模式,这些传输模式通过调制和/或编码来区别并且具有不同的数据速率和坚固性。
当在两个节点之间的无线电链路上将相同的频率用于两个方向上的传输时,这两个方向的传输质量则是相同的,并且该节点的两个参与该无线电链路的传输电路17中的一个足够检测传输出错率且借助该传输出错率来确定针对该无线电链路的合适的传输模式。但是两个监控电路也可能互相独立地确定传输模式,其中接着优选地将分别更坚固的传输模式用于两个方向上的传输。
借助出错率以这种方式来实现传输模式的确定,即监控电路将所测量的传输出错率与预定的最高限和下限进行比较。
当出错率超出最高限或低于下限时,监控电路17在所支持的模式的情况下选出下一个较坚固的或较不坚固的传输模式。
确定传输模式的可替换的可能性是,当超出了出错率的允许的最高限时,总是向更坚固的传输模式交换,但是只有当存在着对多于当前应用的模式所具有的传输容量的需求,并且向较不坚固的传输模式的交换不导致在最高限之上的出错率时,才选择较不坚固的模式。
当在无线电链路上将不同的频率用于不同方向上的传输时,这些方向的传输质量可能是不同的。于是如上述的那样,但是互相独立地在两个监控电路17上进行传输模式的确定,并且每个监控电路将用于应用由其确定的模式的命令发送给形成该无线电链路的相对端的节点。
图1中的带i-j或形状1-2-3的高度是最高的数据速率的量度,该数据速率以在有关的传输线路上所支持的最快传输模式是可达到的。在这里所观察的实例中,将该数据速率假设为针对所有的传输线路是相同的,但是这当然不是强制性的。按照技术扩展的程度可区别所支持的传输模式的数量和最大的数据速率。画阴影线的区域的高度分别是无线电链路的额定数据速率的量度,也就是以邻界于安全性的概率100%-ε可以达到的数据速率的量度。这里为了简单起见,也将该数据速率假设为针对所有无线电链路是相同的,但是也可以是不同的。节点在该无线电链路上借助ATM信元来通信,每个时间单位的这些ATM信元的数量按照所应用的传输模式来变化。
图3说明了在实际的应用情况中的图1的通信系统。在节点i、j=1、2、…7之间所画的粗线分别表明了在当前的气候条件下在无线电链路i-j上可以达到的最大数据速率。在点对点无线电链路中,该数据速率在该无线电链路的两端上自然是相同的;在点对多点无线电链路1-2-3上,节点3上的额定数据速率由在2和3或1和3之间的业务的贡献组成,这些贡献总体由额定数据速率来限制,而单个贡献则按节点1、2的需求是可变的。为了象征性表示该事实情况,节点3和1或3和2之间的粗线未贯穿。
假设所有无线电链路的额定数据速率通过具有固定的、保证的速率的数据业务A而是满载的。可是在所有无线电链路上,传输条件是如此好,以致在应用所匹配的传输模式时可以比额定数据速率明显传输更多。通过在节点上持续地监控该无线电链路的传输质量,和通过将传输模式动态地与质量相匹配,在无线电链路i-j上,分别有与在相应的无线电链路中画入的粗线的高度成比例的数据速率可供使用。原则上可以将超出额定数据速率之外的附加容量用于任意方式地传输数据业务,但是优选地将该附加容量用于对其不必保证固定的数据速率的数据业务、诸如压缩的音频数据或视频数据、文件传输、与因特网的通信等等。
为了简单起见在图3中假设,没有保证的数据速率的业务B仅在节点1上生成,通过节点3和4来运送,并在节点7上终止;实践中这样的业务一般在所有的节点上以不同的速率来生成和终止。在图3中,分别通过在无线电链路1-2-3、3-4和4-7上的粗略画阴影线的带B来象征性表示从节点1到节点7的没有保证的数据速率的数据业务。
在各种不同的参与传输的无线电链路中,在本实例中线路3-4具有最恶劣的传输条件,其容量仍然总还足以既完成具有保证的速率的数据业务A又完成具有不保证的速率的业务B,正如由在两个画阴影线的带和该无线电链路的粗线之间的微小距离所示出的那样。对应于该距离的未使用的容量用充填信元(Fuellzelle)来填满。
图4示出了一种情况,其中在无线电链路3-4上恶化了传输条件,以致必须应用一种传输模式,该传输模式的传输速率小于图3的情况中所传输的整个业务A+B的传输速率。在该情况中,将本来要在无线电链路3-4上传输的业务A+B划分成第一分流D1和第二分流D2,该第一分流D1的速率对应于无线电链路3-4上的当前应用的模式的传输速率,并且该第一部分流D1继续在无线电链路3-4上传输,而针对该第二分流D2必须寻找从节点3到节点7的新的路径。
由于寻找新的传输路径可能要求时间并且不是必要地确保存在这种路径,所以只要有可能就仅给予第二分流D2没有保证的速率的业务,在该业务中可允许传输延迟。由此,只要在无线电链路上瞬时可达到的数据速率未降低到额定数据速率之下,就排除了具有保证的速率的业务的干扰。
只要在具有不保证的速率的数据业务中可能在诸如压缩的音频数据/视频数据的对时间要求严格的业务和如数据传送和因特网通信那样的对时间要求不严格的业务之间进行区别,则给予第二分流D2的对时间要求不严格的业务是首要的。只有当对时间要求不严格的业务的转接不足以将连接3-4上的数据速率降低到在当前传输模式中可传输的量度时,才将对时间要求严格的业务转接到第二分流D2中。
在这里所观察的实例中,针对第二分流D2找到了通过节点5和6的等效传输路径。无线电链路3-5的容量在此刚刚足以附加于无论如何在其上传输的具有保证的速率的业务地来承担整个所转接的业务D2。
图5示出了无线电链路3-4上的再次恶化的传输条件下的情况。在这里所观察的稀有的例外情况中,对应于所应用的传输模式的数据速率小于无线电链路的额定数据速率,以致也可以不再完整地传输具有保证的速率的业务。在此情况中,有必要和在考虑其他的无线电链路上的传输条件的情况下也可能,通过节点5、6来转向在无线电链路3-4上不再找到位置的具有保证的速率的业务。由此提高了具有超出无线电链路3-5、5-6和6-7的额定数据速率之外的保证的数据速率的业务,但是这毫无问题是可能的,因为这些无线电链路分别应用具有比额定数据速率更高的速率的传输模式。如所看到的那样,利用本发明实现了无线电链路3-4的还超出对应于其额定数据速率的值100%-ε之外的有效的故障保护,因为在此情况下,以不能遵守无线电链路3-4上的额定数据速率的概率ε总是可能转接业务,只要不是即使在所有可供使用的替代的路径中只可传输额定数据速率。
在无线电链路3-5上应用的、低效率的传输模式现在不再足以完成在该线路上可能必须传输的整个数据业务,并且该整个数据业务由已经在图3的条件下在该线路上传输的业务和从线路3-4转接开的业务所组成。在此情况中,完全像以前线路3-4那样来处理无线电链路3-5:针对不能由线路3-5完成的业务、优选地针对具有不保证的数据速率的业务寻找备用路径(Ausweichweg),并且通过线路3-5和其后的线路5-6、6-7仅少量传输具有不保证的速率的业务(示为窄的、粗略画阴影线的条)。
在这里所观察的实例中,针对不再能安置在线路3-5上的业务不存在备用路径。因而,针对线路3-5上的传输容量短时空闲的情况,将该业务缓存在节点3的发送机16的发送机缓存器中,以便然后,即使延迟也传输该业务。在此,利用要发送的数据周期性地重写该缓存器,以致丢失了不能及时在线路3-5上发送的数据。
在传输容量不够的情况下,也可以将上面针对点对点无线电链路说明的业务转接的原理应用到点对多点无线电链路、如1-2-3上。在此,可以与3和2之间的传输模式无关地来进行节点1和3之间的传输模式的确定。这在大的有效距离的无线电链路中是合宜的,其中在一方面为节点1和3之间以及在另一方面为2和3之间的传输条件方面的明显区别是可能的。更简单和在无线电链路的小的有效距离的情况下合宜的是,针对所有节点确定相同的传输模式。
点对多点无线电链路用于将如1、2的节点连接到网络上是合宜的,这些节点(还)具有太小的业务量,以便证明定向发送线路的正确性。当这些节点的业务量上升时,可以在节点3上通过像天线11、12的相同类型的、对准节点1的聚束天线来代替扇形天线13,并且可以添加其它的组,该组由发送机16、接收机14、监控电路17和针对与节点2的连接的天线所组成。这样可以将投入网络的初始投资保持得很低,并且可以连续与各自的需求相匹配地提高该网络的功率。
在点对多点无线电链路上节点3所传输的信元必须与确定每个信元的目标节点1或2的信息逻辑连接。这可以这种方式实现,即利用识别目标节点的标记来发射每个信元,或者确定时间窗,在这些时间窗中分别仅针对所述节点中的一个来发射信元,并且传送关于该确定的信息给节点1、2。在转换到点对点无线电链路上时可能继续发射该标记或信息。这可能使得从点对多点传输到点对点传输的转换特别简单。可是有利的是,在转换之后不再发射该标记或信息,并且将由此空闲的传输容量用于有用数据传输。

Claims (13)

1.具有多个节点(1,2,...,7)的通信网,该节点(1,2,...,7)中的至少两个节点(1,7)通过至少两条不同的路径(1-2-3,3-4,4-7;1-2-3,3-5,5-6,6-7)相连接,该路径中的至少一条路径包括从发送机运行到接收机的无线电链路(3-4),其中发送机和接收机支持多种具有不同的坚固性和数据速率的传输模式,并且该发送机和接收机具有装置(17),以根据所检测的无线电链路(3-4,...)的传输质量来确定所应用的传输模式,以及该通信网具有用于分配的装置(15,18),以将从所述两个节点之一(1)到另一个节点(7)的数据业务根据所述路径(1-2-3,3-4,4-7;1-2-3,3-5,5-6,6-7)的数据速率分配到所述两条路径(1-2-3,3-4,4-7;1-2-3,3-5,5-6,6-7)上。
2.按权利要求1所述的通信网,其特征在于,所述无线电链路(3-4)是点对点连接。
3.按权利要求1所述的通信网,其特征在于,所述无线电链路(1-2-3)是点对多点连接。
4.按以上权利要求之一所述的通信网,其特征在于,所述无线电链路是双向的。
5.按权利要求4所述的通信网,其特征在于,所述发送机(16)选择性地在点对点运行中或者在点对多点运行中是可采用的,其中在所述点对点运行中将在所述点对多点运行中用于传输接入控制信息的无线电链路的带宽用于有用数据传输。
6.按以上权利要求之一所述的通信网,其特征在于,发送机(16)和接收机(14)被设计用于传输无帧的ATM信元。
7.用于在通信网的两个节点(1,7)之间传输数据流(A+B)的方法,该两个节点(1,7)通过至少两条不同的路径(1-2-3,3-4,4-7;1-2-3,3-5,5-6,6-7)相连接,该路径中的至少一条第一路径(1-2-3,3-4,4-7)包括从发送机运行到接收机的无线电链路(3-4),该方法具有以下的步骤:
-检测所述无线电链路(3-4)的传输质量,
-借助所检测的质量来确定针对所述无线电链路(3-4)的传输模式,
-只要所述数据流(A+B)的速率不超出所确定的模式的传输速率,就在所述无线电链路(3-4)上传输所述数据流(A+B),以及
-当所确定的模式的传输速率超出所述数据流的速率时,将所述数据流的部分转接到所述第二路径上。
8.按权利要求7所述的方法,其特征在于,当所述数据流(A+B)由具有保证的数据速率的分流(A)和具有不保证的数据速率的分流(B)组成时,所述数据流的所转接的部分(D2)优选地由具有不保证的速率的分流(B)形成。
9.按权利要求8所述的方法,其特征在于,只有当所确定的模式的传输速率小于具有保证的速率的分流(A)的传输速率时,才转接来自具有保证的速率的分流(A)的数据。
10.按权利要求7至9之一所述的方法,其特征在于,当具有不保证的速率的部分数据流(B)包括对时间要求严格的数据的分量和对时间要求不严格的数据的分量时,所述数据流的所转接的部分(D2)优选地由对时间要求不严格的数据的分量形成。
11.按权利要求7至10之一所述的方法,其特征在于,只要在所述第二路径(1-2-3,3-5,5-6,6-7)上没有传输容量可供使用,就拒绝转接到所述第二路径(1-2-3,3-5,5-6,6-7)上的数据流(D2)。
12.按权利要求7至11之一所述的方法,其特征在于,在所述接收机上测量所述传输质量,并且向所述发送机报告该传输质量。
13.按权利要求7至11之一所述的方法,其特征在于,所述无线电链路是双向的,并且在所述发送机的位置上测量该无线电链路的质量。
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