TW201123775A - System and method for transmitting network packets adapted for multimedia streams - Google Patents

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Description

201123775 m^wyz l W 32669twf.doc/d 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種網路封包傳送系統與方法，特別 適用於傳送多媒體串流(multimedia stream)的等時性封包 (isochronous packet) 〇 【先前技術】 隨著近年來家電數位化的興起，透過網路觀賞高品質 即時視訊服務的應用大大增多，例如用住宅乙太網路 (Residential Ethernet)將家中每個房間連線，然後在客廳的 電視機透過網路串流(streaming)即時觀看存放在臥房裡的 數位多功能光碟(DVD: Digital Versatile Disc)播放機的多 媒體資料。傳統的乙太網路採用碰撞偵測式載波感應多重 存取通訊協定（CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)，彼此競爭相同頻寬來傳送封包， 此機制並不適合傳送如影片和語音之類對時間敏感 (time-sensitive)的封包，容易造成傳送時間的延遲，導致服 務品質(QoS: Quality of Service)的降低。因此在有限頻寬以 及檔案傳輸趨於複雜的環境下，如何讓頻寬有效的調整達 到系統效能的提升成為一個重要課題。 國際電機電子工程師協會(IEEE: Institute 〇f Electrical and Electronics Etigineers)的 8〇2.lp/q 就是為 了要解決傳輸 服務品質所制定的一個標準，在第二層（Layer 2)的標頭 (header)裡面加入4個位元組(byte)的標籤(tag)，前面兩個 201123775 if λ /veuu52TW 32669twf.doc/d 位元組固定為8100H，作為與一般的乙太網路封包的八 別，接下來2個位元組的前3位元(bit)就是存放優=等二 (priority)的地方，共可以將傳輸的封包分成八個優先箄 級’等級愈高愈優先傳送。如果提高影音之類的等時性 包的優先等級，確實可以改善傳統乙太網路因所有封勺都 疋同等級而造成的傳輸延遲。但是，若出現優先等級古 的緊急封包，還是可能導致影音傳輸的延遲。、同 o ❹ .美國專利申請案編號US 2007/0025385則採用時p (time slot)的觀念，監控網路可用頻寬，使用 ^ (_㈣來計數傳送等時性封包的間隔。當可寬_ 時就用比較快的速率傳送等時性封包，可 較 使用比較慢的速率傳送等時性封包。 域Κ則 【發明内容】 封勺ίί:月Γ共一種網，包傳送系統，與其對應的網路 :可在頻寬有限的情況下容納眾多多媒體串 1=寬的較太利用率，以及保證服務品Γ χ美出種網路封包傳送系统，包括資 排程模組、以及傳雜组、 體串流的媒體資訊。排姉接收並記錄多個多媒 訊計算每-上述多^賴餘提供的媒體資 論），並絲據上述被保證的傳輸/⑽ ，的等時性封包在多個時脈 k 顺排列，使上述等時性封包㈣送 5 201123775 P27980052TW 32669twf.doc/d 的傳輸率。其中每一上述時服 度’而且第一時段的長度為預長》預設長 :送模組則每隔上述預設長度二;== 中之-的全部封包傳送至—網路。 樣週』其 路封ί::二f出Γ應上述網路封包傳送系統的-種網 路封ο傳衫法，此枝包括下列㈣。首先 供的多個多媒體串流的媒體資訊:根 ί丞母述多媒體串流所需被保證的傳 輸率。根據上述被保證的傳輸率，將上述多個多媒體串流 的等時性封包在多個時脈週期的第—時段中重新排列，使 上述，時性封包的傳送滿足上述被保證的傳輪率。接下 來，母1¾上述預设長度的時間，將上述時脈週期其中之— 的全部封包傳送至一網路。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 圖1是依照本發明.一實施例的封包傳送方式示意圖。 本實施例以IEEE 802.1視聽橋接標準(AVB: Audio Video Bridging)為基礎’其中封包傳送是以125微秒(microsecond) 的時脈週期為單位。如圖1所示，每個125微秒的時脈週 期分為兩個時段，前面的四分之三是第一時段，後面的四 分之一是第二時段。第一時段用來傳送等時性(isochronous) 封包，在圖1標示為ISO，第二時段用來傳送非等時性 (asynchronous)封包，在圖1標示為ASY。 201123775 P27980052TW 32669twf.doc/d 的具碎x明亚不關1為限’在其他實施射，時脈週期 、、ς可,輕，第-時段和第二時段的比例也可以調整。 々二2疋本實施例的網路封包傳送系統篇的示意圖。 、周^包傳送^統2GG可以是媒體伺服器(media se 1=’例如可以使用在住宅乙太網路中，提供多媒體串 ::ί種影音播放裝置。網路封包傳送系統可用硬體 或軟體方式實施。 扣硬髖 o ❹ 22〇mt傳送系統細包括分類模组21G、f訊模組 卜程极、、且230、切割模組24〇、同步模組25〇、以及 傳运核組260。網路介面模27()則是網路封 和網路之間的介面。分類模組21Q健存—個非等= 知列212以及多個等時性件列214，每—個等時性符列別 對應媒體飼服器所提供的四個多媒體串& SU4其中之 …雖然圖2緣示四個等時性仔列214和四體 SW4,本發明並不以四個為限。圖2的等時性=串^ =;riinked_ 圖4是鱗封包傳送系統所執行的網路封包傳送 程圖。首先’資訊模組220自媒體词服器的應用 =(頻彻）。上述媒體資訊可以包括每個多媒體串 ^S4的串流識別碼(session ro)、晝面更新率(fr_ rate)、以及晝面大小(frame size)等資訊。 接下來，分類模組210自應用層接收封包，辨別接收 201123775 32669twf.doc/d 到的封包種類，根據資訊模組220提供的媒體資訊，將接 收到的多媒體串流S1_S4的每一個等時性封包存入對應的 那一個等時性佇列214(步驟420)，並且 時性批存入非等時性仔列212(步驟430)。本實施= 每個等％性封包其中都包括所屬的多媒體串流的串流識 別碼。分類模組210可以接收資訊模組22〇提供的媒體 ^根據媒體資訊其中多媒體串流S1_S4的識別碼，'配置 個等時性行列214，然後比對等時性封包其中的 串j別碼和多媒體串流S1_S4的識別碼，藉此將等時性 封ο存入所屬的多媒體串流所對應的等時性佇列。 輪率H排程模組23G的方塊圖，排程模組230包括傳 相^:^32和重新排列模組234。傳輸率產生模組 串Hr 2G提供的媒體資訊計算每—個多媒體 串k S1-S4所需被保證的傳輸率（步驟44〇)。重、 述的被保證的傳輪率，將多媒 的科性封包在多個雜週期的第—時 上述等時性封包的傳送滿足上述被保幹^使 彻）。傳輸率產生模組232可以根據媒體f驟 串流邮4的晝面更新率和晝面大小計貝體 糾4所需被保證的傳輸率，然後重新排列^且_串流 上述被保證的傳輸率決定等時性封包 偭、 根據 傳送順序。 時脈週期的 舉例而言，重新排列模組234可以根 ⑽所需被保證的傳輸率，在每個時脈週期;= 201123775 以 / y δ w52TW 32669twf· doc/d 内配置滿足上述被保證的傳輸率所需的等時 二= 等:f封包_的大小為-位元組 o 〇 時脈週期X位元組，而綠的傳輸率為每個 傳輪率為每個時脈週笪位^所要求的被保證的 新排列模組234使用鏈接串㈣射，重 ==送順序串聯。由於多媒體串流:脈 的等時性 由於多媒俨4的等時性封包。 週期x/2位-Γ所要求的被保證的傳輸率為每個時脈 ==的;=_組234在每兩個時脈週 時脈週期會傳送心和s:的;第第： 第二個封二 三個封包P3。 守脈週期則會傳送&、％和以的第 每個媒料流所要求的被保證的傳輸率為 rr、届迥d 2X位兀組，重新排列模組234可在每個時 其被保述多媒體串流的等時性封包，以保證 接下來，傳送模組260依據重新排列模組234所 的全傳每r個時脈週期的時間’將目前時脈週期 匕傳迗至網路，如圖6所示（步驟460)。傳送 201123775 P27980052TW 32669twf.doc/d 模組260使用第一時段傳送各時脈週期的等時性封包，並 使用第二時段傳送非等時性佇列212之中的非等時性封 包。非等雜封包不會錄_，而是健進人非等時性 符列m的順序直接傳送，當某一俩時脈週期沒有等時性 封包等待傳送，或該時脈週期的等時性封包在第一時段結 束前已經傳送完畢’則傳送敎立即切換為傳送^ 時性仵列212之中的非等時性封t，以提高頻寬利用率。
如果同-個網路中存在多個相同的網路封包傳 統’同步模組250可以確保上述網路封包傳送纽不會彼 ，影響傳輸的，務品質。每個網路封包傳送系統的同步模 ίΠ，相交換各自的媒體資訊，也就是同步整個網路 並非僅：3體ί L的媒體育訊。在此情況下’排程模組2 3 0 體飼服器所提供的多媒體串流的媒體資 雕n㈣性封包，而是根據整個網路巾所有多媒 $等ί性=纽’在每個時脈週期的第—時段中重新排
2 Η^本貝細例的一個同步範例，其中節點1和節點 所ΐ的網路路的兩個媒體伺服器，各包括-個如圖2 产S1S4 傳H統細。節點1提供四個多媒體串 二多媒體串流…。節點! 1和節點2_^r23Gt·?交換雜#訊，於是節點 的媒體資訊來安排各自斤有多_串流㈣ 示，節點彳4 Μ 自的荨訏性封包。如圖7的結果所 ’’’、〇即點2的排程模組230會彼此配合。在奇數 10 〇 〇 201123775 F2 /Vi!UU^2TW 32669twf.doc/d 的h脈週期，節點i僅送出三個等時性 性封包。在偶數的時脈週期，節點送 專日寸性封包，而節點2僅送出—個等時性封包。^四個 避免在有限賊巾彼此影_輪的服務品質^樣就能 可能會造成節點2在奇數的時脈‘出若不 封包，在偶數的時脈週期送出兩個等^^一個 =一路頻寬浪費’以及偶數時脈週二; 切割模組240的封包切割機制可利用每 =餘頻寬來傳送更多封包。等時性封 期 8所示。排程模組23〇已經安排純〇所示的;^如圖 f 又有另-個多媒體串流的等時 运，如時序_戶斤示。此時第—時段專待傳 =性:巧’尤其是在fd: 排私杈組230會啟動切割模組24〇，使 根據目前時脈週期和後續時 土果、、且 模組230將上述的小封包PF放入目^後排程 脈週期的第—時段的剩餘頻寬之中，如傳 傳送較能滿足其多 的傳輪率，同4也增加了網路頻寬利用率。 利用：封包的切割機制則如圖9所示。排程模組230 所示，時段傳送非料性封包，*時序910 —疋非4吩性佇列212當中仍然有非等時性封包Η 201123775 P27980052TW 32669twf.doc/d 和P2等待傳送。此時第二時段的剩餘頻寬已經不足以傳 送完整的非等時性封包P1和P2。在此情況下，排程模纪 230會啟動切割模組240，使切割模組24〇根據目前時脈週 · 期和後續時脈週期的第二時段的剩餘頻寬，將非等時性封 包P1和P2切割成多個小封包PF。然後排程模組23〇將上’ 述的小封包PF放入目前時脈週期和後續時脈週期的第二 時段的剩餘頻寬之中，如傳送時序92〇所示。這樣可以: ， 加網路頻寬的利用率。 s 综上所述，以上實施例的網路封包傳送系統和方法， ❹ 可在頻寬有限的情況下容納眾多多媒體串流。同一個網路 的媒體伺服益之間可互相交換媒體資訊，盡量不會互相干 擾彼此的傳送服務品質。以上實施例的封包切割機制可將 封包放入未使用的剩餘頻寬中’讓網路頻寬達到更大使用 率，以保證服務品質。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 ^明’任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 ^明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 〇 X月之當視_之中料概騎界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1广依照本發明一實施例的封包傳送方式示意圖。 圖2疋依照本發明一實施例的網路封包傳送系統示意圖。 圖3疋圖2的排程模組的方塊圖。 圖4=依照本發明一實施例的網路封包傳送方法流程圖。 圖5疋依照本發明一實施例的封包重新排列的示意圖。 12 201123775 P27980052TW 32669twf.doc/d 圖6是對應圖5的封包傳送時序圖。 圖7是依照本發明一實施例的同步媒體資訊時的封包 傳送時序圖。
圖8和圖9是依照本發明一實施例的啟動封包切割機 制時的封包傳送時序圖。 【主要元件符號說明】
200 網路封包傳送系統 210 分類模組 212 非等時性佇列 214 等時性佇列 220 資訊模組 230 排程模組 232 傳輸率產生模組 234 重新排列模組 240 切割模組 250 同步模組 260 傳送模組 270 :網路介面模組 410-460 :流程步驟 810-830、910-920 :封包傳送時序 ASY :非等時性封包 ISO :等時性封包 P、P1-P4、PF :網路封包 S1-S6 :多媒體串流 13

Claims (1)

  1. 201123775 32669twf.doc/d 七、申請專利範圍： 1·—種網路封包傳送系統，包括： 訊；一資訊模組，接收並記錄多個多媒體串流的媒體資 曾备呈模組’根據該資訊模組提供的上述媒體資訊計 :’述多媒體串流所需被保證的傳輸率、步" 在==二 ύ 的傳輪率，其 度的該第-時段的長度為該預設長 脈週期’將上述多個時 的王邛封包傳送至一網路。 統，二第1項所述之網路封包傳送系 〇 率和晝面大+母一上述多媒體串流的晝面更新 小計曾I一 μ v非程杈組根據該晝面更新率和該晝面大 據每二二述多媒體串流所需被保證的傳輸率，並且根 性封勺,Γ夕髓串流所需被條的傳輸*決定上述等時 封包在母一上述時脈週期的傳送順序。 才 統，利範圍第1項所述之網路封包傳送系 等時性封^依傳送順序串= Ο " 統，i:括申請專利範圍第1項所述之網路封包傳送系 14 Ο ❹ 201123775 P27980052TW 32669twf.doc/d 統，i包如括申:—第1項所述之網路封包傳送系 -分類馳，_乡個科 佇列對應上述多個多媒體^ ^ 時性 該資訊模組提供的上述媒體資’該分類模組根據 人上述多個等時性仔列其草=：!將母—上述等時性封包存 申请專利範圍第5項所述之網路封包傳送李 ::=二=:;的媒_包括-串= 流識別碼，該分類模根二===媒體串流的該串 流識別碼配置上述多個等時性仵; 性封包的該串流識別碼將該等時性封包::: = 體串流所對應的該等時性佇列。 Ό媒 申請專利範圍第5項所述之網路封包傳送系 U母—上述等時性仔列皆為鏈接串列。 ’、 統，^^請專利範圍第5項所述—封包傳❹ 一=割模組’當有等時性封包在一時脈週期 ===期足時’該排程模組啟 、以刀。】杈、、且根據该時脈週期和後續時脈週 15 201123775 rz /yfiuuoz i W 32669twf.doc/d 期的該第一時段的剩餘頻寬，將該等時性封包切割成多個 小封包，然後該排程模組將上述多個小封包放入; 期和後續時脈週期的該第一時段的剩餘頻寬之中=守脈週 9. 如申請專利範圍第5項所述之網路封包傳 統’其中該分類模組更儲存一非等時性仵列，並二 類模組所接收的非等時性封包存入該非等時性佇列。^刀 10. 如申請專利範圍第9項所述之網路封丁包傳 、、先’其中每-上時脈週期由該第-時段和二:、 該傳:模組使用該第，段傳送該時脈週期 性ί包弟二時段傳送該非等時性佇列中的非等時 u.如申請專利範圍第9項所述之 _ ’其中當某-時脈週期沒有等時性封包等待傳？ ':系 畢’則該傳送模組立即切換為傳送該非;經傳送完 等時性封包。 统’i2包=料職㈣9項所述之網路封包傳送系 —切割模組，當有非等時性封包在_ 16 〇 〇 201123775 P27980052TW 32669twf.doc/d 種網路封包傳送方法，匕何. 接收並記錄-《他輯提供❹ 的媒體資訊； 研·版甲/從 根據:上述媒體資訊計算每一上述多媒體串流所 保證的傳輸率； 被 根據上述被保證的傳輸率，將上多 等時㈣包在多個時脈週期的第_•中重新=串= 述等％性封⑽料滿足上㈣條 一預設長度，該第—時段的中= 马该預没長度的一預設比例；以及 每隔該預設長度的時間，將上述時脈週期其中之 王部封包傳送至一網路。 、 14.如中5肖專利範圍第13項所述之 ;和=晴訊包括每一上述多媒體串流二= 丰矛旦面大小，而且該網路封包傳送方法更包括： 根據該晝面更新率和該晝面大小計算每— 體串流所需被保證的傳輸率；以及 处夕某 根據每一上述多媒體串流所需被保證 上述等時性封包在每-上述時脈週期的傳送=輸率決疋 法，i5包=申請專利範圍第13項所述之網路封包傳送方 傳送二鏈;串列將每-上述時脈週期的等時性祕 16·如申請專利範圍第13項所述之網路封包傳送方 17 201123775 P27980052TW 32669twfd〇c/d 法，更包括： 同步該網路中所有多媒體串流的媒體資訊；以 根據該網路巾所有多雜_流的髓資訊 個％脈週期的第—時段中鱗排列上料時性^上返夕 法，=申請專利範圍第13項所述之網路封。送方 儲存多個等時性符列，其中每—上述等時性 上述多個多媒體串流其中之以及 、仔列對應 Ο 根據上述媒體資訊將每一上 多個等時性仰其中之—。 包存入上述 法二C圍第17項所述之網路封包傳送方 碼，每-上述體串流的媒體資訊包括—串流識別 流識別碼，封包包括所屬的該多媒體串流的該串 ’、、、且°亥網路封包傳送方法更包括： 列；=上述多個串流識料配置上述多個等時性仔 〇 3母-上述等時性封包的該串流識別碼 子屬的該多媒體串流所對應的該等時性二。 法二==圍第17項所述之網路封包二 、母上述荨時性佇列皆為鏈接串列。 法，i0包=請專利範圍第17項所述之網路封包傳送方 田有4日寸性封包在一時脈 週期的該第一時段葙命尤月寺传傳迗而且該時脈 又頻見不足h，根據該時脈週期和後續時 18 201123775 P27980052TW 32669twf.doc/d 脈週期的該第-時段的剩餘頻寬，將 多個小封包；以及 生封包切割成 的該第將一上==寬放之入中該時脈週期和後續時脈 法 i1包;申請專利範圍第17項所述之網路封包傳送方 Ο ❹ 法 成 儲存一非等時性佇列；以及 將接收到的非料性封包存人該 泛如申請專利範圍第21項所述之網 其中每-上述時脈週期由該第—時段和方 而且該網路封包傳送方法更包括： 弟一日守#又組 使用該第-時段傳送辦脈週期的 封包使用該第二時段傳送該非等時，時列中; 法，項—網路封包傳送方 田某日λ週期沒有等時性封包 週期的^性封包在該第—時段結束該時脈 立即==送該非料性㈣中的非等畢，則 法，更包括： 、、罔路封包傳送方 田有非等時性封包在—時脈週期 脈週期的第二時段頻寬不足時，根據肿日傳送而且該時 脈週期的該第二時段的剩餘頻寬，將期和後續時 性封包切割 19 201123775 ^2 /^myz i W 32669twf.doc/d 成多個小封包；以及 將上述多個小封包放入該時脈週期和後續時脈週期 的該第二時段的剩餘頻寬之中。 20
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