DE69927339T2 - Datenübertragungverfahren - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenübertragungsverfahren und insbesondere ein Verfahren zum Weiterleiten von Paketen, die nacheinander von der Übertragungsseite eingespeist werden, um sie an ein Empfangsgerät auszugeben, sowie zum Steuern der Ausgabegeschwindigkeit.
  • Hintergrund der Erfindung
  • 3(a) und 3(b) sind Diagramme zur Erläuterung eines bekannten Datenübertragungsverfahrens und zur Darstellung der Verarbeitung in einem Weiterleitungsserver.
  • Wie in 3(a) gezeigt, nimmt ein bekannter Weiterleitungsserver die Weiterleitungsverarbeitung der eingehenden Pakete vor, die aufeinanderfolgend von einer Übertragungsstelle aus eingespeist werden, und gibt die empfangenen Pakete aufeinanderfolgend an ein Empfangsgerät aus.
  • Wenn die Eingabegeschwindigkeit höher ist als die Kanalkapazität am Ausgabeende, kommt es bei diesem bekannten Weiterleitungsserver zum Überlaufen der Übertragungswarteschlange M. Deshalb gibt der bekannte Weiterleitungsserver, wie in 3(b) gezeigt, entsprechend den Prioritätsdaten der jeweiligen Pakete nur die Pakete Pa höherer Priorität, deren Priorität einem vorgegebenen Wert entspricht oder höher ist, aus, wobei die Pakete Pb geringerer Priorität, deren Priorität unter dem vorgegebenen Wert liegt, ausgedünnt werden.
  • Es folgen eine kurze Beschreibung der Datenstruktur der Pakete Pa und Pb und eine ausführliche Beschreibung des bekannten Weiterleitungsserver als Datenübertragungsvorrichtung.
  • 4 zeigt Diagramme zur Darstellung der Datenstruktur der Pakete.
  • Jedes der nach dem obigen Übertragungsverfahren übertragenen Pakete Pa und Pb weist einen Datenteil Pd zur Speicherung digitaler Daten entsprechend einem Medium, beispielsweise Videobild, Sprache, Schriftzeichen, und einen Kopfteil Ph zur Speicherung zugehöriger Daten, die ein Attribut oder dergleichen der digitalen Daten angeben, auf, wie in 4(a) und 4(b) gezeigt.
  • Im Kopfteil wird als eine Zusatzinformation eine Information gespeichert, die die Priorität der im Datenteil gespeicherten Daten angibt (im folgenden einfach als „Priorität" bezeichnet). Beispielsweise ist das Paket Pa ein Paket höherer Priorität mit dem Wert „1", der die höhere Priorität anzeigt, was im Kopfteil Ph des Pakets gespeichert ist. Das Paket Pb ist ein Paket niedrigerer Priorität mit dem Wert „2", der die niedrigere Priorität anzeigt, was im Kopfteil Ph des Pakets gespeichert ist.
  • Zusätzlich ist 5 ein Blockdiagramm, das den Aufbau dieser Datenübertragungsvorrichtung (Weiterleitungsserver) zeigt.
  • Diese Datenübertragungsvorrichtung 200 stellt einen Weiterleitungsserver zur Weiterleitung von Übertragungsdaten zwischen einem Übertragungsserver (Sendeseite) und einem Endgerät (Empfangsseite) dar und hat einen Empfangsteil 11 zum Empfangen von Eingangspaketen, die vom Übertragungsserver übertragen wurden, eine Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12 zur Festlegung der Übertragungsreihenfolge für die empfangenen Eingangspakete auf der Grundlage vorgegebener Daten und einen Übertragungsteil 13 zum Übertragen der entsprechenden Pakete in der von der Verwaltungseinheit 12 festgelegten Übertragungsreihenfolge.
  • Die Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12 beinhaltet eine Übertragungswarteschlange (nicht eingezeichnet) als Datenpuffer zum vorübergehenden Speichern der vom Empfangsteil 11 empfangenen Eingangspakete.
  • Außerdem hat die Datenübertragungsvorrichtung 200 eine Paketprioritätsfeststellungseinheit 15 um festzustellen, welche Priorität die Eingangspakete haben. In der Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12 wird die Übertragungs reihenfolge durch Ausdünnen der Pakete niedrigerer Priorität in der Übertragungswarteschlange auf der Grundlage der Prioritätsfeststellung entschieden, und die Pakete höherer Priorität in der Übertragungswarteschlange werden in der festgelegten Reihenfolge an den Übertragungsteil 13 ausgegeben.
  • Da jedoch der bekannte Weitergabeserver lediglich eine Ausgaberatensteuerung vornimmt, bei der keine Pakete niedrigerer Priorität übertragen werden, sondern nur Pakete höherer Priorität, kann die Ausgaberate niedriger sein als erforderlich, oder die Ausgaberate kann durch die Ausgaberatensteuerung beträchtlich verändert werden.
  • Außerdem können Übertragungsfehler auf einem Kanal nicht vermieden werden. In Klammern: Die Biffehlerrate im drahtgebundene Bereich beträgt etwa 10–5 bis 10–7 und im drahtlosen Bereich etwa 10–3. Insbesondere bei einem Datenübertragungsverfahren, bei dem die Wiedergabequalität abhängig ist von der Übertragungsqualität von Ende zu Ende (zwischen Übertragungsserver und Empfangsgerät) wie bei RTP-Verfahren (Real-Time Transport-Protocol, Echtzeitübertragungsprotokoll) hat die Übertragungsqualität im drahtlosen Bereich großen Einfluss auf die Wiedergabequalität.
  • Zur Behebung des Übertragungsfehlers überträgt der Weiterleitungsserver daher bei entsprechender Aufforderung durch das Empfangsgerät das Paket erneut, oder er überträgt für ein gegebenes Paket ein Korrekturpaket, das einen Fehlerkorrekturcode zum Korrigieren des Datenfehlers des Pakets enthält. Jedoch erhöht sich bei alleiniger Übertragungssteuerung der Eingangspakete nach ihrer Priorität, wenn ein Paket erneut übertragen wird, oder wenn ein Korrekturpaket übertragen wird, die Ausgaberate des Weiterleitungsservers, wodurch die Ausgaberate den Wert übersteigt, der der Kanalkapazität entspricht.
  • Picker D. et al. befassen sich in „Scaling and Performance of a Priority Packet Queue for Real-Time Applications", veröffentlicht in Proceedings of the Real-Time System Symposium, US, Los Alamitos, IEEE Comp. Soc. Press, vom 7. Dezember 1994 (1994-12-07), auf den Seiten 56 bis 62 mit Untersuchungen zu Skalierung und Leistung einer speziellen CMOS-Prioritätspaket-Warteschlangengestaltung. Die Prioritätspaketwarteschlange kann bei Warte schlangenüberlauf entweder die Prioritäten beibehalten oder Pakete niedrigerer Priorität überschreiben.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Datenübertragungsverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem Änderungen der Ausgaberate, die durch Ausgaberatensteuerung bedingt sind, nicht nur dann unterdrückt werden können, wenn Eingabepakete weitergeleitet werden, sondern auch dann, wenn ein Paket erneut übertragen wird, oder wenn ein Korrekturpaket übertragen wird, und das die Paketübertragung entsprechend der Kapazität des Ausgangskanals effizient durchführt.
  • Die vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Datenübertragungsverfahren zur Weiterleitung mehrerer Eingangspakete, die nacheinander von einer Übertragungsseite übertragen wurden, um sie an ein Empfangsterminal auszugeben, sowie zur Übertragung wenigstens eines zusätzlichen Pakets, welches ein Eingangspaket ist, dessen erneute Übertragung von dem Empfangsterminal angefordert wird, oder welches ein Korrekturpaket ist, das einen Fehlerkorrekturcode für ein vorbestimmtes Eingangspaket enthält, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Abschätzung der jedem Eingangspaket von der Übertragungsseite beigefügten Priorität und der wenigstens einem der zusätzlichen Pakete beigefügten Priorität, Ausgabe der Eingangspakete sowie Ausgabe wenigstens eines zusätzlichen Pakets und Ausdünnen von Eingangspaketen, die Prioritäten aufweisen, die niedriger sind als die Priorität des zusätzlichen Pakets und die eine Datengröße aufweisen, die der Datengröße des zusätzlichen Pakets entspricht.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Datenübertragungsvorrichtung zeigt.
  • 2(a) und 2(b) sind Diagramme, die schematisch die Übertragungsratensteuerung beim ersten Ausführungsbeispiel der Datenübertragungsvorrichtung zeigen. 2(a) zeigt den Zustand, in dem Eingangspakete in einer Übertragungswarteschlange M der Datenübertragungsvorrichtung gespeichert werden, und 2(b) zeigt den Zustand, in dem die Übertragungsreihenfolge der Pakete in der Übertragungswarteschlange festgelegt wird.
  • 2(c) zeigt die Datenstruktur eines erneut zu übertragenden Pakets, und
  • 2(d) zeigt die Datenstruktur eines FEC-Pakets.
  • 3(a) und (b) sind Diagramme, die die Übertragungsratensteuerung bei einer bekannten Datenübertragungsvorrichtung zeigen. 3(a) zeigt den Zustand, in dem Eingangspakete in einer Übertragungswarteschlange M in einem Weiterleitungsserver gespeichert werden, und 3(b) zeigt den Zustand, in dem die Ausdünnungsverarbeitung für Pakete in der Übertragungswarteschlange M im Weiterleitungsserver erfolgt.
  • 4(a) und (b) sind Diagramme zur Darstellung der Datenstruktur der Eingangspakete. 4(a) zeigt die Datenstruktur eines Pakets höherer Priorität, und 4(b) zeigt die Datenstruktur eines Pakets niedrigerer Priorität.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das eine bekannte Datenübertragungsvorrichtung zur Paketübertragung nach einem bekannten Datenübertragungsverfahren zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Datenübertragungsverfahrens stellt bei den Eingangspaketen von der Übertragungsseite und bei erneut zu übertragenden Eingangspaketen (Wiederholungspaketen) sowie bei Korrekturpaketen (FEC-Paketen), die einen Fehlerkorrekturcode enthalten, die den jeweiligen Paketen zugeordnete Priorität fest und überträgt nur Pakete, die eine Priorität mit einem vorgegebenen oder höheren Wert haben.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das dieses Ausführungsbeispiel der Datenübertragungsvorrichtung zeigt.
  • Die Datenübertragungsvorrichtung 101 stellt einen Weiterleitungsserver zur Weiterleitung von Übertragungsdaten zwischen einem Sendeserver (Übertragungsseite) und einem Endgerät (Empfangsseite) dar.
  • Diese Datenübertragungsvorrichtung 101 hat einen Empfangsteil 11 zum Empfangen von Eingangspaketen, die vom Sendeserver übertragen worden sind, eine Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12a zur Festlegung der Reihenfolge der Übertragung der empfangenen Eingangspakete, eines erneut zu übertragenden Pakets (Wiederholungspaket) und eines FEC-Pakets (Forward-Error-Correction-Paket), das einen Fehlerkorrekturcode enthält, auf der Basis einer vorgegebenen Information sowie einen Übertragungsteil 13 zum Übertragen der entsprechenden Pakete in der von der Verwaltungseinheit 12a festgelegten Übertragungsreihenfolge.
  • Die Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12a enthält eine Übertragungswarteschlange (nicht eingezeichnet) als Datenpuffer für die vorübergehende Speicherung der vom Empfangsteil 11 empfangenen Eingangspakete.
  • Außerdem hat die Datenübertragungsvorrichtung 101 einen Übertragungswiederholungspuffer 18a zum Speichern eines vorgegebenen Eingangspakets als Wiederholungspaket, eine Paketprioritätsbestimmungseinheit 15 zum Bestimmen der Priorität der Eingangspakete, des Wiederholungspakets und des FEC-Pakets und eine Übertragungswiederholungspuffer-Verwaltungseinheit 18 zur Steuerung des Übertragungswiederholungspuffers 18a auf der Basis der festgelegten Prioritäten der Pakete, so dass die Daten der Pakete, deren Priorität einen vorgegebenen oder höheren Wert hat, im Puffer 18a gespeichert werden.
  • Außerdem hat die Datenübertragungsvorrichtung 101 eine Empfangseinheit 14 für Übertragungswiederholungsanforderungen zum Empfangen eines Befehls, mit dem die erneute Übertragung eines Pakets vom Empfangsterminal verlangt wird, und eine FEC-Paket-Erzeugungseinheit 19 zum Erzeugen eines FEC-Pakets (Korrekturpakets), das einen Fehlerkorrekturcode für ein auf der Grundlage der Priorität der entsprechenden Pakete bezeichnetes Paket enthält.
  • Außerdem hat die Datenübertragungsvorrichtung 101 eine Ausgabeverzögerungsberechnungseinheit 17a zum Berechnen der Verzögerungszeit bis zur Wiedergabe der einzelnen Pakete in der Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12a durch das Empfangsterminal (Wiedergabeverzögerung) auf der Grundlage der Übertragungsreihenfolgeinformation der einzelnen Pakete aus der Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12a sowie eine Übertragungspaket-Festlegungseinheit 16 zum Festlegen des zu übertragenden Pakets auf der Grundlage der Übertragungswiederholungsanforderung von der Empfangsseite, der Prioritätsinformation der einzelnen Pakete und der Wiedergabeverzögerung der einzelnen Pakete, wodurch die Festlegung der Festlegungseinheit 16 als vorgegebene Information an die Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12a ausgegeben wird.
  • Im folgenden werden Funktionen und Wirkungen beschrieben.
  • 2 zeigt Diagramme, die schematisch die Übertragungsratensteuerung im ersten Ausführungsbeispiel der Datenübertragungsvorrichtung darstellen. 2(a) zeigt den Zustand, in dem Pakete (Eingangspakete), die vom Sendeserver übertragen wurden, in der Warteschlange des Weiterleitungsservers (Datenübertragungsvorrichtung) 101 gespeichert werden. 2(b) zeigt den Zustand, in dem die Übertragungsreihenfolge für die Pakete in der Übertragungswarteschlange im Weiterleitungsserver festgelegt wird.
  • Wenn bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Datenübertragungsverfahrens die Übertragung eines Wiederholungspakets Pr und eines FEC-Pakets Pfec zusammen mit der Übertragung von Eingangspaketen Pa und Pb erfolgt, werden Pakete niedrigerer Priorität, die der Größe dieser zu übertragenden Pakete entsprechen, ausgedünnt, um eine Änderung der Ausgaberate zu unterdrücken.
  • Dabei umfasst jedes vom Sendeserver übertragene Paket, d.h. jedes der Pakete Pa höherer Priorität und jedes der Pakete Pb niedrigerer Priorität, einen Datenteil Pd zum Speichern digitaler Daten entsprechend einem Medium, beispielsweise Videobild, Sprache, Schriftzeichen, und einen Kopfteil Ph zum Speichern relevanter Informationen, die ein Attribut der digitalen Daten sind, wie in 4(a) und (b) angegeben. Außerdem umfassen sowohl das Wiederholungspaket Pr als auch das FEC-Paket Pfec wie die Pakete Pa und Pb ebenfalls einen Datenteil Pd zum Speichern digitaler Daten und einen Kopfteil Ph zum Speichern relevanter Informationen, die ein Attribut der digitalen Daten sind, wie in 2(c) und (d) gezeigt. In diesem Fall wird im Kopfteil Ph des Pakets eine zusätzliche Information betreffend eine fortlaufende Nummer, die Priorität und dergleichen als relevante Information gespeichert. In 2 sind jedoch nur Prioritätsangabewerte gezeigt, wobei der Wert „1" der höheren Priorität entspricht und der Wert „2" der niedrigeren Priorität.
  • Im folgenden wird die Arbeitsweise der Datenübertragungsvorrichtung 101 kurz beschrieben.
  • Bei der Datenübertragungsvorrichtung 101 als Weiterleitungsserver werden die empfangenen Eingangspakete Pa und Pb der Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12a sowie dem Übertragungswiederholungspuffer 18a zugeführt. Zusätzlich wird der Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12a vom Übertragungswiederholungspuffer 18a ein Wiederholungspaket Pr, das einem Eingangspaket entspricht, zu dem vom Empfangsterminal eine Übertragungswiederholungsanforderung ergangen ist, zugeführt ebenso wie ein Korrekturpaket Pfec, das einem vorgegebenen Eingangspaket entspricht, von der FEC-Paket-Erzeugungseinheit 19 zugeführt wird.
  • Dabei werden von der Paketprioritätsfeststellungseinheit 15 die Priorität des jeweiligen Pakets in der Warteschlange M in der Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12a festgestellt sowie von der Ausgabeverzögerungsberechnungseinheit 17a die Wiedergabeverzögerungszeit des jeweiligen Pakets berechnet, und es werden die festgestellte Priorität und die Wiedergabeverzögerung für das entsprechende Paket an die Übertragungspaketentscheidungseinheit 16 ausgegeben. Zusätzlich wird von der Übertragungspaketentscheidungseinheit 16 auf der Grundlage der Priorität der Eingangspakete Pa und Pb und des Wiederholungspakets Pr ein Befehl, ob ein FEC-Paket (Korrekturpaket) Pfec, das einen Fehlerkorrekturcode für diese Pakete enthält, erzeugt wird oder nicht, an die FEC-Paket-Erzeugungseinheit 19 ausgegeben.
  • Wenn die Übertragung des Wiederholungspakets Pr und des FEC-Pakets Pfec zusammen mit der Übertragung der Eingangspakete Pa und Pb erfolgt, weist die Übertragungspaketentscheidungseinheit 16 dann die Übertragungswarteschlangenverwaltungseinheit 12a an, Pakete niedrigerer Priorität auszudünnen, die der Größe des Wiederholungspakets und des FEC-Pakets, die zu übertragen sind, entsprechen. In der Verwaltungseinheit 12a wird die Übertragungsreihenfolge der Pakete auf der Grundlage dieser Anweisung festgelegt (siehe 2(b)). Im Übertragungsteil 13 erfolgt die Übertragung der Eingangspakete, des Wiederholungspakets und des FEC-Pakets zum Empfangsterminal in der festgelegten Übertragungsreihenfolge.
  • Dabei werden, gesteuert von der Übertragungswiederholungspuffer-Verwaltungseinheit 18, im Übertragungswiederholungspuffer 18a die Eingangspakete als Wiederholungspakete gespeichert, und die Daten von Paketen, die für die Wiedergabezeiten zu langsam sind, werden von der Verwaltungseinheit 18 nach und nach freigesetzt (fallengelassen).
  • Wenn die Übertragung des Wiederholungspakets Pr und des FEC-Pakets Pfec zusammen mit der Übertragung der Eingangspakete Pa und Pb erfolgt, werden, wie oben beschrieben, Pakete Pb niedrigerer Priorität, die der Größe dieser zu übertragenden Pakete entsprechen, ausgedünnt. Daher können Schwankungen in der Ausgaberate nicht nur dann, wenn die Weiterleitung der Eingangspakete erfolgt, sondern auch dann, wenn die Übertragung des Wiederholungspakets und des Korrekturpakets erfolgt, unterdrückt werden, und es kann die Datenübertragung entsprechend der Kapazität des Ausgangskanals effizient erfolgen.
  • Wenn die Übertragung des Wiederholungspakets und des FEC-Pakets zusammen mit der Übertragung der Eingangspakete erfolgt, werden bei diesem Ausführungsbeispiel Pakete niedrigerer Priorität, die der Größe dieser zu übertragenden Pakete entsprechen, ausgedünnt. Wenn jedoch entschieden wird, dass ein bestimmtes Wiederholungspaket und ein FEC-Paket zu übertragen sind, und sich bei dieser Entscheidung ein Paket ergibt, das eine große Wiedergabeverzögerung hat (d.h. ein Paket, das für die Wiedergabezeit auf Empfangsseite zu spät kommt), kann die Übertragung von Paketen, die eine niedrigere Priorität haben als das Wiederholungspaket und das FEC-Paket, gestoppt werden.
  • Außerdem nimmt das Ausführungsbeispiel der Datenübertragungsvorrichtung die Übertragung des Wiederholungspakets und des FEC-Pakets zusammen mit der Übertragung der Eingangspakete vor. Jedoch kann die Datenübertragungsvorrichtung die Weiterleitungsverarbeitung von Eingangspaketen, die nacheinander vom Sendeserver (Übertragungsseite) eingespeist werden, durchführen, um die Pakete an das Empfangsterminal auszugeben, oder sie kann auch nur die erneute Übertragung eines Eingangspakets, für das vom Empfangsterminal ein Wiederholungsbefehl ausgegeben wurde, oder die Übertragung eines Korrekturpakets, das einen Fehlerkorrekturcode für ein bestimmtes Eingangspaket enthält, vornehmen.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren, das in einer Datenübertragungsvorrichtung zur Weiterleitung von Eingangspaketen, die nacheinander von der Übertragungsseite eingespeist werden, und zur Ausgabe der Pakete an das Empfangsterminal angewendet wird, als Datenübertragungsverfahren beschrieben. Jedoch sind die Grundsätze des Datenübertragungsverfahrens gemäß dem Anspruch der Erfindung nicht auf Verfahren beschränkt, die in einem Weiterleitungsserver genutzt werden. Beispielsweise fassen sich die Grundsätze auch auf ein Verfahren zum Weiterleiten von Eingangspaketen, die nacheinander von einem Empfangsterminal eingespeist werden, und Ausgeben dieser Pakete an eine Übertragungseinrichtung oder auf ein Verfahren zur Direktübertragung von Daten von einem Sendeserver an ein Empfangsterminal anwenden.

Claims (1)

  1. Datenübertragungsverfahren zur Weiterleitung einer Mehrzahl von Eingangspaketen (Pa, Pb), die nacheinander von einer Übertragungsseite übertragen werden, um sie an ein Empfangsterminal auszugeben, als auch zur Übertragung wenigstens eines zusätzlichen Pakets (Pr, Pfec), welches ein Eingangspaket (Pr) ist, dessen erneute Übertragung von dem Empfangsterminal angefordert wird, oder welches ein Korrekturpaket (Pfec) ist, das einen Fehlerkorrekturcode für ein vorbestimmtes Eingangspaket enthält, mit den Schritten: Abschätzung der jedem Eingangspaket (Pa, Pb) von der Übertragungsseite beigefügten Priorität und der wenigstens einem der zusätzlichen Pakete (Pr, Pfec) beigefügten Priorität, und Ausgabe der Eingangspakete (Pa, Pb) als auch Ausgabe wenigstens eines zusätzlichen Pakets (Pr, Pfec), gekennzeichnet durch den Schritt des Ausdünnens von Eingangspaketen (Pb), die Prioritäten aufweisen, die niedriger sind als die Priorität des zusätzlichen Pakets (Pr, Pfec), und die eine Datengröße aufweisen, die der Datengröße des zusätzlichen Pakets (Pr, Pfec) entspricht.
DE69927339T 1998-11-30 1999-11-27 Datenübertragungverfahren Expired - Fee Related DE69927339T2 (de)

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