SE518550C2 - Metod och system för att minimera jitter vid paketförmedlad informationsöverföring - Google Patents

Description

sia sso 2 Prioritering av vissa paket kan medföra att paketen vid mottagning hos mottagaren erhålls i felaktig ordning. Hänsyn till detta har i vissa fall tagits hos mottagare som återställer paketen i sin rätta ordning. Emellertid finns system i drift som ej förmår att återställa paketen i sin rätta ordning vid felaktig mottagning.

LÖSNINGEN Föreliggande uppfinning avser metod och system vid informationsöverföring mellan en källa (K) och en mottagare (D) via ett antal länkar (R). Paket, som mottas i en första länk (R), undersöks med avseende på ett tidsmedelvärde (W). Paket vilka uppvisar tidsmedelvärde utanför uppsatta ramar tilldelas en prioritet. Vid mottagning av nämnda paket i nästkommande länk tidskompenseras paketet i beroende av prioritetsgraden som satts i föregående länk.

Medelfördröjningens varians för paketen minskas på detta sätt.

I vidareutveckling av uppfinningen förses paketen i den första länken med en flagga som indikerar att nämnda paket skall särbehandlas. Flaggan anger, genom olika signalering, huruvida paketen skall ges förtur eller fördröjas i den andra länken. Därefter avlägsnar den andra länken den satta markeringen för paketet i fråga varefter det behandlas normalt i därefter kommande länk.

För att avgöra huruvida paketen fördröjts eller anlänt för tidigt anges ett övre och ett lägre värde på normal fördröjning, vilka värden även anger hur nämnda prioritet skall sättas.

I ytterligare utveckling av uppfinningen medges mottagaren (D) respektive andra länken (R) återställa paketen i sin rätta ordning i de fall paketen ankommer i felaktig ordning. För detta ändamål innefattar länkarna och/eller mottagarna medel för identifiering av paketens korrekta ordning.

Systemet innefattar funktioner av likartat slag som metoden.

FÖRDELAR Uppfinningen är principiellt användbar i alla datanät där jitter skall minimeras.

Speciellt är uppfinningen användbar för IP baserade cellulära Radio Access (RAN) för UMTS. Ett RAN kan sträcka sig över geografiskt stora ytor och innehålla ett stort antal noder.

Upp till 100% av trafiken i dessa nät kan komma att utgöras av realtidstraflk. Ofta används hyrda förbindelser (leased lines) till basstationema, vilket är dyrban i jämförelse med transmissionskostnadema i kämnätet. Eftersom antalet basstationer förväntas vara stort kommer kostnaderna för nämnda förbindelser att bli mycket kännbara för operatörema. En 518 550 d överdimensionering av förbindelsema, i syfte att minska fördröjningar och jitter är inget attraktivt alternativ. RAN förväntas vidare stödja ett flertal typer av QoS för ett stort antal Sessioner. Effektivitetskraven på QoS mekanismer kommer att vara mycket höga i denna typ av nätverk.

Föreliggande uppfinning har således fördelen att paket i paketfönnedlade överföringar kan kompenseras med hänsyn till medelfördröjningens varians. Genom att paketen tilldelas olika prioriteter kan routrar (R) i systemet bedöma och korrigera vidaresändning av paketen. Det ges således anvisningar för hur paketen skall hanteras i distributionskedjan för att undvika/minimera medelfördröjningens varians mellan paketen.

FIGURBESKRIVNIN G Fig 1 visar principen för uppfinningen.

K=Källa; R=Router; D=Destination; W=Fördröjning; E(W)=Mede1fördröjning A= fördröjt paket; B=Kompensation Fig 2 åskådliggör uppfinningen i flödesdiagram FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Uppfinningen är en metod för att minska jitter i IT -nät genom att kompensera paket som blivit fördröjda på grund av trafikstockningar (congestion) i nätet. Varje router i nätet kontrollerar kontinuerligt storleken på köema i sina egna buffertar, samt tidsmedelvärdet hos dessa över en viss tidsrymd (ej för lång). Genom att göra detta så kan en router sj älv upptäcka om ankommande paket blir onormalt mycket fördröjda. Om så är fallet så markeras paketen för att indikerar detta till nästföljande router. Detta detekteras av nästfölj ande router vilken då placerar dessa paket i en kö med högre prioritet samt markerar ned paketens prioritet igen.

Detta medför att effekten av den tillfälliga fördröjningen dämpas, vilket implicerar att variansen hos fördröjningen (jitter) end-to-end blir lägre. Dock bör nämnas att metoden kan medföra att vissa paket anländer till destinationer i fel ordning. Detta medför att metoden inte lämpar sig för TCP trafik, utan enbart för UDP I figur 2 visas hur tillfälliga trafikstockningar registreras vid router två.

Router två markerar då paketen för att indikera onormal fördröjning.

Router tre upptäcker detta och prioriterar dessa paket. Detta medför att de hos router tre erfar en kortare fördröjning än vanligt. Router tre kompenserar följaktligen för en del av den 518 550 4 onormala fördröjningen som paketen erfor hos router två. Detta innebär att den totala fördröjningen från källa till destination blir - sett ur statistiskt perspektiv - jämnare.

Ett exempel på hur metoden skulle kunna realiseras är med hjälp av DiffServ. Till exempel så skulle två Assured Forwarding (AF) klasser kunna användas till detta; en för "normal" UPD trafik (AF2) och en med högre prioritet som enbart används för fördröjd trafik (AFl). All AF2 trafik som blivit onormal fördröjd markeras om till AF1. All trafik som mottas som AF1 prioriterats före AF2 samt markeras tillbaka till AF2 igen. Detta exempel skulle kunna användas vid t.ex. streaming av audio/video. En möjlighet är mjukvaruprogrammering av DiffServ kapabla routrar för att implementera detta.

Metoden enligt ovan skiljer sig från existerande QoS mekanismer i det att nätverket har förmåga att på ett enkelt sätt dynamiskt kunna kompensera paket som redan blivit fördröjda utan att behöva känna till någon specifik information om varje individuellt flöde.

Metoden kan i princip användas i alla datanät som ämnar minimera jitter.

Särskilt intressant att använda är metoden för IP baserade cellulära radio access nät (RAN) för UMTS. Ett RAN kan sträcka sig över geografiskt stora ytor och innehålla ett stort antal noder.

Upp till hundra procent av trafiken i dessa nät kan komma att utgöras av realtidstrafik. Ofta används hyrda förbindelser (lesaed lines) till stationema, vilket är mycket dyrt i jämförelse med transmissionskostnaderna i kärnnätet. Eftersom antalet basstationer förväntas vara stort kommer kostnaden för dessa förbindelser att vara mycket kännbar för operatörema. En överdimmensionering av dessa förbindelser, i syfte att hålla fördröjningar och jitter nere, är alltså inget altemativ. Samtidigt så förväntas ett RAN kunna stödja många olika typer av QoS för ett stort antal Sessioner. Effektivitetskraven på QoS mekanismer kommer alltså att vara mycket höga i den här typen av nätverk, varför ovan genomgångna metod borde vara ett intressant altemativ.

Uppfinningen är således dels en metod för minskning av jitter vid paketförmedlad inforrnationsöverföring, dels ett system vari nämnda metod utnyttjas. Principen för uppfinningen har beskrivits ovan. Det är emellertid uppenbart att paket som prioriterats kan komma fram till destinationen för tidigt. Uppfinningen anger i en utveckling en lösning även 11.1» 518 550 - 'f '.' 5 för detta problem. Routrama kontrollera således inte enbart om paket framkommer sent utan även om de framkommer för tidigt. Behandlingen av tidigt framkomna paket överensstämmer i princip med det som ovan beskrivits med skillnaden att nämnda paket läggs i en särskilt kö där paketen i efterkommande router fördröjs. För att särskilja paket som skall fördröj as, påskyndas eller behandlas normalt ges respektive paket i den router som upptäcker eventuella felaktigheter en flagga som identifieras av nästkommande router som därefter behandlar paketen i enlighet med flaggans indikation. Genom att paketen kompenseras individuellt kan dessa ankomma till nästkommande router respektive destinationen i oordning. Om ingen kompensation för detta förhållande finns inlagt i routrama måste destinationen ombesörja att paketen behandlas i rätt ordning. Detta medför att destinationen måste innefatta metoder för att återställa paketen i deras ursprungliga ordning.

Figur 2 visar i flödesfom funktioner hos uppfinningen. Ett paket (A) mottas av routem (B) som undersöker om paketet har flagga satt (C). Är den inte satt undersöks därefter om paketen anlänt fördröjt (D). Har paketet inte fördröjts undersöks om paket har kommit för tidigt (E) i förhållande till de tidsramar som satts. Utfaller även när denna kontroll negativt vidaresänds paketet på normalt sätt (F), varefter nästkommande router undersöker paketet på liknande sätt när detsamma mottas.

I de fall flaggan är satt övergår processen i (1) där undersökning sker om paketet är fördröjt (G). Är paketet fördröjt placeras detsamma i en kö för snabbare behandling än normalt (H).

Därefter avmarkeras flaggan (I) och paketet vidaresänds (F) i kedjan. I de fall paketet inte är fördröjt (G) placeras paketen i en kö för fördröjning (K) varefter nämnda flagga avmarkeras (I) och paketet vidaresänds i kedjan.

I de fall det konstateras att ett paket har fördröjts (D) övergår processen i loop 2 där flagga sätts (L) att paketen skall prioriteras. Därefter sänds paketet vidare (F).

I de fall det konstateras att paketen anlänt för tidigt (E) går processen i fas 3 där flaggan sätts att paketen skall fördröjas (M) varefter nämnda paket sänds vidare i kedjan. De ramar som sätts för det tider varinom paketen skall mottas är som fackman väl känner till föranledd av systemets i egenskaper. 518 550 6 Systemen innefattar en källa (K) varifrån informationer utsänds i systemet via en kedja av routrar (R) för att så småningom mottas av en mottagare (D). Varje router identifierar de paket som mottagits och jämför deras tidsmässiga ankomst i förhållande till andra paket. Vid jämförelsen konstateras huruvida paketen anlänt i rätt tid, för tidigt eller försenat. Paket som ankommer inom satta tidsramar vidaresänds utan åtgärd. Paket som ankommer försenat tilldelas en flagga som indikerar att det aktuella paketet är sena. I nästkommande router noterar denna detta förhållande och placerar närrmda paket i en kö för att uppsnabba distribution av nämnda paket. Därefter avmarkeras nämnda flagga och paketet anses därefter normalt vid behandlingen i den därefter kommande routern. Iden händelse ett paket anländer till den första routern för tidigt tilldelats paketen en annan flagga som indikerar att detsamma mottagits tidigt. När nämnda paket mottagits i den andra routem noterar denna detta förhållande och placerar paketet i en kö som fördröjer paketet innan det vidareutsänds i kedjan. I samband med vidaresändningen avmarkeras nämnda flagga.

System av detta slag riskerar att skapa oordning mellan paketen eftersom de genom proceduren som beskrivits kan hamna i oordning. För att överbrygga detta problem måste mottagaren har medel för att kunna återställa paketen i deras ursprungliga ordning. Detta sker genom att paketen har identifikatorer som mottagaren (D) kan utnyttja. Identifikatorer för detta ändamål är sedan tidigare kända inom paketförmedlad information. Det kan härvid hänvisas till att paket inte nödvändigtvis distribueras samma väg, vilket tidigare är känt.

Paketen kan gå olika vägar varvid mottagaren är tvungen att ordna paketen i sin rätta ordning innan de utnyttjas.

Andra möjligheter för att överbrygga bekymret med ordningen mellan paketens tidsmässiga ankomst är att införa kontroller i routrarna (R) . Det framkommer i detta fall att routrama i detta avseende har samma funktion som mottagaren (D).

Uppfinning avser metod och system vid paketförrnedlad inforrnationsöverföring.

Informationen utsänds i form av paket från en källa (K) via ett antal routrar (R) till en mottagare (D). Varje paket som anländer till en router (R) kontrolleras huruvida den anländer inom en angiven tidsram eller ej. Paket som anländer utanför nämnda tidsram tilldelas en flagga, vilken anger huruvida paketen mottagits för tidigt eller försenat. Paketet vidaresänds därefter till nästkommande router som vid undersökning av paketet noterar att nämnda flagga 518 "f är satt. I beroende av flaggans karaktär vidaresänds det aktuella paketet prioriterat eller n. a o fördröjt. I samband med att paketen vidaresänds avmarkeras nämnda flagga. Mottagaren (D), får på detta sätt motta paket i en sekvens med mindre felaktigheter än som normalt är fallet.

Claims (1)

1. »ui-n 518 550 S' PATENTKRAV 1. Metod vid paketförmedlad inforrnationsöverföming, där informationen överförs från en källa (K) till en mottagare (D) via ett antal länkar (R), kännetecknad av, att paket, mottagna i en första länk (R), undersöks med avseende på ett tidsmedelvärde, att paket som erhåller onormala köväntetider tilldelas en prioritet, varvid paketen i en andra länk vidaresänds med en tidskompensation motsvarande den prioritet som tilldelats paketen, varvid medelfördröj ningens varians för paketen minskas. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av, att paketen, vid konstaterade onormala köväntetider i den första länken, förses med en flagga indikerande att märkta paket skall särbehandlas. . Metod enligt patentkrav 2, kännetecknad av, att flaggan i ett första fall indikerar att paketen försenas till den första länken, att flaggan i ett andra fall indikerar att paketen anländer tidigare än förväntat till den första länken. Metod enligt patentkrav 3, kännetecknad av, att flaggan i det första respektive andra fallet indikeras olika vilket entydigt registreras av den andra länken. Metod enligt patentkrav 4, kännetecknad av, att paketen mottas i den andra länken, där nämnda flagga avkänns, varefter aktuella paket särbehandlas och tidskompenseras i beroende av första eller andra fallet. Metod enligt patentkrav 5, kännetecknad av, att paketen i det första fallet ges förtur i förhållande till övriga paket. Metod enligt patentkrav 5, kännetecknad av, att paketen i det andra fallet ges en fördröjning i förhållande till de övriga paketen. Metod enligt något av patentkraven 2-7, kännetecknad av, att den andra länken borttar nämnda flagga när paketen i fråga tidskompenserats. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av, att för tidigt mottagna paket respektive för sent mottagna paket anges som en medelfördröjning. 10. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av, att medelfördröjningen för paketen från källan (A) till mottagaren (B) medges variera inom en förutbestämd marginal, som anses normal. 11. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av, att mottagaren (D) vid behov återställer ordningen mellan de paket som mottagits i felaktig ordning. 518 SSOÉ-*šïïš 3” 9 12. Metod enligt något av patentkraven 1-10, kännetecknad av, att den andra länken (R) vid behov återställer ordningen mellan de paket som mottagits i felaktig ordning. 13. Metod enligt något patentkraven 11 eller 12, kännetecknad av, att mottagaren (D) respektive länkama (R) innefattar medel för identifiering av paketens inbördes ordning. 14. System vid paketförmedlad infonnationsöverförning, innefattande en källa (K) varifrån information överförs i paket till en mottagare (D) via ett antal länkar (R), kännetecknad av, att en första länk (R) är anordnad att kontrollera paketens tidsmässiga ankomst, i förhållande till ett tidsmedelvärde, varvid de paket som konstateras anlända utanför det angivna tidsmedelvärdet är tilldelade en markering, att en andra länk (R) är anordnad att särbehandla de paket som tilldelats nämnda markering, van/id den andra länken är anordnad att dels tidskorrigera vidaresändningen av paketen, delas att avlägsna markeringen 15. System enligt patentkrav 14, kännetecknad av, att markeringen är anordnad att ange en första markering i de fall paketen anlänt till första länken (R) försenat, respektive en andra markering i de fall paketen anlänt för tidigt. 16. System enligt patentkrav 15, kännetecknad av, att andra länken (R) är anordnad att ge förtur till de paket som tilldelats den första markeringen. 17. System enligt patentkrav 15, kännetecknad av, att andra länken (R) är anordnad att fördröja paket som tilldelats den andra markeringen. 18. System enligt något av patentkraven 14-17, kännetecknad av, att andra länken (R), liksom mottagaren (D), är anordnad att kontrollera paketens inbördes ordning, och att återbörda de paket som anlänt i felaktig ordning till sin rätta ordning. 19. System enligt något av patentkraven 14-18, kännetecknad av, att andra länken (R) är anordnad att beräkna en medelfördröjning E(W) vid fastställandet paketens tidsmässiga ankomst, och att gränser för tillåten medelfördröjning är angiven.. 20. System enligt patentkraven 18, kännetecknad av, att andra länken (R) respektive mottagaren (D) är tilldelade medel för bestämning av paketens inbördes ordning. anna»