TW201807982A - 封包轉發裝置以及封包轉發優先權設定電路與方法 - Google Patents

Abstract

本揭露包含一種封包轉發裝置、封包轉發優先權設定電路及其相關方法。封包轉發優先權設定電路之一實施例包含一決定電路以及一處理電路。該決定電路偵測一串流之一應用類型是否包含於一資料表中，其中該串流包含複數個封包。於該決定電路發現該串流之應用類型未包含於該資料表中後，該處理電路檢視該複數個封包中至少一先前封包，而判定該串流之應用類型以及將該串流之應用類型儲存於該資料表中；該決定電路發現該串流之應用類型包含於該資料表中後，該處理電路依據該資料表判定該串流之應用類型；於判定該串流之應用類型後，該處理電路用來覆寫該複數個封包之至少其中之一的服務類型位元。。

Description

封包轉發裝置以及封包轉發優先權設定電路與方法

本發明是關於封包轉發技術，尤其是關於一種封包轉發裝置以及一種封包轉發優先權設定電路及方法。

通常而言，服務品質（quality of service (QoS)）反映了一通訊網路的整體表現，尤其是該通訊網路之使用者所感受到的表現。QoS可從一或多個觀點（aspects）來加以衡量，所述觀點例如是錯誤率（error rate）、位元率（bit rate）、吞吐量（throughput）、傳輸延遲（transmission delay）、可利用性（availability）以及抖動情形（jitter）。

QoS在無線相容性認證中是一個實用且重要的特色，其可以是一個指標，以供一系統/裝置來對有限頻寬及傳輸速度做最佳利用，從而提供使用者較佳的體驗。不幸的是，雖然無線上網多媒體（Wi-Fi Multimedia, WMM）認證被採用以推廣QoS服務，現況是若 封包串流的優先權未被分級，將使得WMM認證、QoS在許多方面都無用武之地。因此，本產業領域仍期盼有一種技術能夠為那些未分級的封包串流實施QoS服務。

目前來說，一種實施QoS服務的方式是依據一特定裝置的IP（網際網路通訊協定）或MAC（媒體存取控制）位址以人工地（manually）分派一傳送優先權給該特定裝置，然而，此方式並非一自動的或適應性的（adaptable）方式，因此對未分級的封包串流而言是不切實用的，換言之，此種先前技術仍無法為每一封包串流提供通用的QoS服務。

鑑於先前技術的問題，本揭露之一目的在於提供一種封包轉發裝置以及一種封包轉發優先權設定電路與方法，以改善先前技術。

本揭露之一目的在於提供一種封包轉發裝置以及一種封包轉發優先權設定電路與方法，可以為那些尚未分級的封包串流（無QoS服務）實施QoS服務。

本揭露包含一種封包轉發裝置，其一實施例包含一接收電路、一決定電路、一處理電路、一映射電路以及一傳送電路。所述接收電路用來接收一串流之複數個封包。所述決定電路用來偵測該串流之一應用類型是否包含於一資料表中。於該決定電路發現該串流之應用類型未包含於該資料表中後，所述處理電路檢視該複數個封包中至少一先前封包，從而判定該串流之應用類型以及將該串流之應用類型儲存於該資料表中；於該決定電路發現該串流之應用類型包含於該資料表中後，該處理電路依據該資料表判定該串流之應用類型。所述映射電路用來依據該串流之應用類型分發該複數個封包之一部或全部至複數個佇列的其中之一，其中該複數個佇列分別關聯不同的傳送優先權。所述傳送電路用來依據該些傳送優先權輸出該複數個佇列中的封包。

本揭露另包含一種封包轉發優先權設定電路，其一實施例包含一決定電路以及一處理電路。所述決定電路用來偵測一串流之一應用類型是否包含於一資料表中，其中該串流包含複數個封包。於該決定電路發現該串流之應用類型未包含於該資料表中後，所述處理電路檢視該複數個封包中至少一先前封包，從而判定該串流之應用類型以及將該串流之應用類型儲存於該資料表中；於該決定電路發現該串流之應用類型包含於該資料表中後，該處理電路依據該資料表判定該串流之應用類型；於決定該串流之應用類型後，該處理電路覆寫該複數個封包之至少其中之一的服務類型位元。

本揭露進一步包含一種封包轉發優先權設定方法，其一實施例包含下列步驟：偵測一串流之一應用類型是否包含於一資料表中，其中該串流包含複數個封包；當發現該串流之應用類型未包含於該資料表中時，檢視該複數個封包中至少一先前封包，從而判定該串流之應用類型以及將該串流之應用類型儲存於該資料表中；當發現該串流之應用類型包含於該資料表中時，依據該資料表判定該串流之應用類型；以及依據該串流之應用類型分發該複數個封包之一部或全部至複數個佇列的其中之一，其中該複數個佇列分別關聯不同的傳送優先權。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

以下說明內容之技術用語是參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋是以本說明書之說明或定義為準。

以下說明內容之各實施例分別具有一或多個技術特徵，然此並不意味實施本發明者必需同時實施任一實施例中的所有技術特徵，或僅能分開實施不同實施例中的一部或全部技術特徵。換句話說，只要實施為可能，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之揭露內容，並視自身的需求或設計規範，選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地實施複數個實施例中部分或全部的技術特徵之組合，藉此增加本發明實施時的彈性。

請參閱圖1，其顯示本揭露之封包轉發裝置之一實施例。圖1之封包轉發裝置100適用於一網路裝置，該網路裝置可實行服務品質（quality of service (QoS)）的功能，此種網路裝置例如是一無線路由器、一無線閘道器、一無線存取點等等。依據圖1，封包轉發裝置100包含一接收電路110、一決定電路120、一處理電路130、一映射電路140以及一傳送電路150，其中接收電路110與傳送電路150的每一個單獨而言為本領域人士所熟知。

圖1之接收電路100用來接收一串流（stream）（後稱封包串流）之複數個封包，實作上，接收電路110例如是一多輸入多輸出（multiple-input multiple-output (MIMO)）電路、一單輸入多輸出電路、一多輸入單輸出電路、或一單輸入單輸出電路，接收電路110可接收不同訊號串流，每一訊號串流所包含的封包訊號能夠被用來產生前述封包串流的該複數個封包。一般而言，一封包包含一或多個標頭（header(s)），該一或多個標頭之資訊通常包含位址與傳輸埠（address and port）資訊像是來源位址資訊、來源傳輸埠資訊、目標位址資訊以及目標傳輸埠資訊。

圖1之決定電路120用來偵測是否該封包串流之一應用類型包含於一資料表162中，資料表162之一非限制性的範例如底下表1所示，且表1中部分參考資訊（例如索引、協定及/或標題「封包資訊」）於實施本發明時可被省略。資料表162被建立以包含複數個串流的封包資訊（例如標頭資訊像是位址與傳輸埠資訊），且資料表162可被儲存於圖1之封包轉發裝置100的一記憶體160，或是被儲存於位於封包轉發裝置100之外的一記憶體（例如一主機的系統記憶體）中。上述資料表162的內容是可被更新的。表 1

於決定電路120發現該封包串流之應用類型未包含於資料表162中後，圖1之處理電路130檢視該封包串流之該複數個封包中至少一先前封包，從而判定該封包串流之應用類型以及將該封包串流之應用類型儲存於資料表162中；於決定電路120發現該封包串流之應用類型包含於資料表162中後，處理電路130依據資料表162判定該封包串流之應用類型。上述至少一先前封包可以是該封包串流之該複數個封包中頭一個封包或頭數個封包，該至少一先前封包的數量決定於處理電路130需要多少封包來完成檢視。

圖1之映射電路140用來依據該封包串流之應用類型分發（distribute）該封包串流之該複數個封包的一部或全部（例如該複數個封包的全部，或者除了該至少一先前封包的所有該複數個封包）至複數個佇列的其中之一，其中該複數個佇列（queues）分別關聯不同的傳送優先權（priorities）。舉例而言，上述複數個佇列包含一VoIP封包（voice over internet protocol packets）佇列、一HDTV封包（high definition television packets）佇列、一檔案下載封包佇列、…等等不同佇列，其中於本例中該VoIP佇列關聯一最高傳送優先權以及該檔案下載佇列關聯一最低傳送優先權。值得注意的是，不同佇列的封包可分別儲存於不同緩衝器（例如傳送電路150中的緩衝器）以輸出，然此並非本發明之實施限制。

圖1之傳送電路150用來依據前述傳送優先權輸出該複數個佇列中的封包。通常而言，若一佇列的傳送優先權愈高，該佇列中的資料被輸出的機會愈多。

於前述實施例之一示範性的實施樣態中，封包轉發裝置100用來無線地接收及/或無線地輸出該封包串流之該複數個封包，舉例而言，封包轉發裝置100可無線地接收該複數個封包，再經由一纜線傳送該複數個封包，或者封包轉發裝置100可經由一纜線接收該複數個封包，再無線地輸出該複數個封包，其餘例子可依上述例子類推。於前述實施例之一示範性的實施樣態中，決定電路110比較該至少一先前封包之標頭資訊（例如位址與傳輸埠資訊）與資料表162之封包資訊（例如位址與傳輸埠資訊），藉此偵測該封包串流之應用類型是否已包含於資訊表162中。於前述實施例之一示範性的實施樣態中，封包轉發裝置100不僅於資料表162中儲存該封包串流之應用類型，也於資料表162中儲存關於該封包串流的標頭資訊，然而，並非所有關於該封包串流的標頭資訊都須要包含於資料表162中。於前述實施例之一示範性的實施樣態中，該些佇列分別關聯無線上網多媒體之存取類別（Wi-Fi Multimedia’s (WMM’s) Access Categories），亦即聲音（voice）、影視（video）、盡力傳送（best effort）、與背景（background）等四個類別。於前述實施例之一示範性的實施樣態中，該處理電路130對於尚未被判定應用類型的封包串流（其與該至少一先前封包相關聯），可先以該盡力傳送（best effort）的存取類別來進行傳送。一實施樣態中，處理電路130依據至少一預設關鍵字及/或至少一預設資料樣式（data pattern）來檢視該至少一先前封包，舉例而言，若處理電路130檢視該至少一先前封包後，於該至少一先前封包的標頭及/或資料中發現一資料傳輸協定（File Transfer Protocol (FTP)）的樣式像是“^220[\x09-\x0d -~]*\x0d\x0aUSER[\x09-\x0d -~]*\x0d\x0a331 ”，處理電路130會判定與該至少一先前封包相關聯的該封包串流是FTP檔案下載，故，該處理電路130可判定與該至少一先前封包相關聯的該封包串流之應用類型是背景（background）存取類別。另舉例而言，至少一預設資料樣式（data pattern）包括有最常用複數個（例如是200、500個）英語單字（或其他語系單字）的發音（phonetics）的樣式，當該處理電路130偵測到複數個先前封包所具有的資料樣式是重複地符合（或相似於）該些樣式，該處理電可判定與該至少一先前封包相關聯的該封包串流之應用類型是該聲音（voice）存取類別。再舉例而言，由於影視（video）是由複數張圖像幀（image frame）所組成，且相鄰的複數張圖像幀會是大致相似（例如：圖像的背影是相同，或是些許地位移），換言之，處理電路130依據其影像特點以及搭配現有影像處理技術，可判定與該至少一先前封包相關聯的該封包串流之應用類型是該影視（video）存取類別。於前述實施例之一示範性的實施樣態中，決定電路120、處理電路130與映射電路140的一部或全部是整合在一起。

於前述實施例之一示範性的實施樣態中，於決定該封包串流之應用類型後，圖1之處理電路130覆寫該封包串流之該複數個封包之一部或全部（例如該複數個封包的全部，或者除了該至少一先前封包的所有該複數個封包）的服務類型位元（bits of type of service (ToS)），能夠覆寫ToS位元的處理電路130之一實施例如圖3所示，圖3之處理電路130包含一檢視單元310、一檢查單元320、一比較單元330以及一覆寫單元340，檢視單元310用來於決定電路120發現該封包串流之應用類型未儲存於資料表162後，檢視該封包串流之該複數個封包中至少一先前封包，從而判定該封包串流之應用類型以及輸出該封包串流之該複數個封包至檢查單元320，檢視單元310另用來於決定電路120發現該封包串流之應用類型已包含於資料表162中後，在不執行檢視的情形下輸出該封包串流之該複數個封包至檢查單元320；檢查單元320用來確認該封包串流之該複數個封包中的ToS位元是否設定為非零數值，若所述ToS位元被設定為非零數值，檢查單元320將該複數個封包輸出至比較單元330，若所述ToS位元沒有被設定為非零數值，檢查單元320將該複數個封包輸出至覆寫單元340。比較單元330用來比較所述ToS位元的傳送優先權與該封包串流之應用類型的傳送優先權，當所述ToS位元之傳送優先權低於該應用類型之傳送優先權，比較單元330將該封包串流之該複數個封包輸出至覆寫單元340，當所述ToS位元等於或高於該應用類型之傳送優先權，比較單元330將該封包串流之該複數個封包輸出至映射電路140。覆寫單元340用來依據該封包串流之應用類型的傳送優先權來覆寫所述ToS位元，或者在該封包串流之應用類型尚未得知（not yet found）時依據一預設傳送優先權來覆寫所述ToS位元，覆寫單元340也可以在該封包串流之應用類型尚未得知時保持所述ToS位元不變。請注意，一旦檢視單元310判定了一應用類型，該應用類型之傳送優先權可由檢視單元310來決定。另請注意，若不需要上述覆寫操作，檢查單元320、比較單元330以及覆寫單元340可以被選擇性地省略。此外，映射電路140可依據下列其中之一來分發該封包串流之該複數個封包至複數個佇列的其中之一：依據該封包串流之應用類型分發該複數個封包；依據該封包串流之該複數個封包的ToS位元分發該複數個封包；以及在該應用類型尚未得知前及/或在所述ToS位元被設定前，依據一預設規則分發該複數個封包。

除了前述的封包轉發裝置100外，本揭露另包含一封包轉發優先權設定電路用來設定一串流的傳送優先權。圖2顯示該封包轉發優先權設定電路之一實施例，如圖2所示，封包轉發優先權設定電路200包含一決定電路210、一處理電路220以及一映射電路230。決定電路210之一示範性的實施樣態為圖1之決定電路120或其等效電路，決定電路210用來偵測一串流之應用類型是否包含於一資料表（例如圖1之資料表162）中，其中該串流（後稱封包串流）包含複數個封包或由複數個封包所構成。處理電路220之一示範性的實施樣態為圖1之處理電路130或其等效電路，於決定電路210發現該封包串流之應用類型未包含於該資料表中後，處理電路220檢視該封包串流之該複數個封包中至少一先前封包，從而判定該封包串流之應用類型以及將該封包串流之應用類型儲存於該資料表中；於決定電路210發現該封包串流之應用類型包含於該資料表中後，處理電路220依據該資料表判定該封包串流之應用類型。映射電路230之一示範性的實施樣態為圖1之映射電路140或其等效電路，映射電路230用來依據該封包串流之應用類型分發該封包串流之該複數個封包的一部或全部（例如該複數個封包的全部，或者除了該至少一先前封包之所有該複數個封包）至複數個佇列的其中之一，其中該複數個佇列分別關聯不同的傳送優先權。

由於本領域具有通常知識者能夠藉由封包轉發裝置100的揭露來推知封包轉發優先權設定電路200的細節與變化，亦即封包轉發裝置100的技術特徵均可合理地應用於封包轉發優先權設定電路200中，因此，在不影響揭露要求與可實施性的前提下，重複及冗餘之說明在此予以節略。

本揭露進一步包含一封包轉發優先權設定方法用來設定一串流之傳送優先權，該方法之一實施例如圖4所示，包含下列步驟： 步驟S410：偵測一串流之一應用類型是否包含於一資料表中，其中該串流包含複數個封包。本步驟可由圖1之決定電路120或其等效電路來執行。 步驟S420：當發現該串流之應用類型未包含於該資料表中時，檢視該複數個封包中至少一先前封包，從而判定該串流之應用類型以及將該串流之應用類型儲存於該資料表中。本步驟可由圖1之處理電路130或其等效電路來執行。 步驟S430：當發現該串流之應用類型包含於該資料表中時，依據該資料表判定該串流之應用類型。本步驟可由圖1之處理電路130或其等效電路來執行。 步驟S440：依據該串流之應用類型分發該複數個封包之一部或全部（例如該複數個封包的全部，或者除了該至少一先前封包之所有該複數個封包）至複數個佇列的其中之一，其中該複數個佇列分別關聯不同的傳送優先權。本步驟可由圖1之映射電路140或其等效電路來執行。

由於本領域具有通常知識者能夠藉由封包轉發裝置100的揭露來推知封包轉發優先權設定方法的細節與變化，亦即封包轉發裝置100的技術特徵均可合理地應用於封包轉發優先權設定方法中，因此，在不影響揭露要求與可實施性的前提下，重複及冗餘之說明在此予以節略。

綜合上述，本揭露之封包轉發裝置、封包轉發優先權設定電路與封包轉發優先權設定方法為那些未分級的封包串流提供了一種實行QoS服務的途徑，其可藉由簡易、有效且符合經濟效益方式來實現，除此之外，使用者的體驗也能透過本揭露所載之發明而獲得提升。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧封包轉發裝置

110‧‧‧接收電路

120‧‧‧決定電路

130‧‧‧處理電路

140‧‧‧映射電路

150‧‧‧傳送電路

160‧‧‧記憶體

162‧‧‧資料表

200‧‧‧封包轉發優先權設定電路

210‧‧‧決定電路

220‧‧‧處理電路

230‧‧‧映射電路

310‧‧‧檢視單元

320‧‧‧檢查單元

330‧‧‧比較單元

340‧‧‧覆寫單元

S410~S440‧‧‧步驟

［圖1］顯示本揭露之封包轉發裝置的一實施例； ［圖2］顯示本揭露之封包轉發優先權設定電路的一實施例； ［圖3］顯示圖1之處理電路的一實施例；以及 ［圖4］顯示本揭露之封包轉發優先權設定方法的一實施例。

Claims (20)

1. 一種封包轉發（packet forwarding）裝置，包含： 一接收電路，用來接收一串流（stream）之複數個封包； 一決定電路，用來偵測該串流之一應用類型是否包含於一資料表（table）中； 一處理電路，於該決定電路發現該串流之該應用類型未包含於該資料表中後，該處理電路用來檢視該複數個封包中至少一先前封包，從而判定（determine）該串流之該應用類型以及將該串流之該應用類型儲存於該資料表中，於該決定電路發現該串流之該應用類型包含於該資料表中後，該處理電路用來依據該資料表判定該串流之該應用類型； 一映射電路，用來依據該串流之該應用類型分發（distribute）該複數個封包之一部或全部至複數個佇列的其中之一，其中該複數個佇列分別關聯不同的傳送優先權（different priorities）；以及 一傳送電路，用來依據該些傳送優先權輸出該複數個佇列中的封包。
2. 如申請專利範圍第1項所述之封包轉發裝置，其中該複數個封包是被無線接收及/或被無線輸出。
3. 如申請專利範圍第1項所述之封包轉發裝置，其中該決定電路比較該至少一先前封包之標頭資訊（header information）與該資料表中的封包資訊，以偵測該串流之該應用類型是否包含於該資料表中。
4. 如申請專利範圍第3項所述之封包轉發裝置，其中該標頭資訊與該封包資訊均包含位址與傳輸埠資訊（address and port information）。
5. 如申請專利範圍第1項所述之封包轉發裝置，其中該封包轉發裝置於該資料表中儲存該串流之該應用類型以及相關於該串流的標頭資訊。
6. 如申請專利範圍第1項所述之封包轉發裝置，其中該複數個佇列分別關聯無線上網多媒體之存取類別（Wi-Fi Multimedia’s (WMM’s) Access Categories）。
7. 如申請專利範圍第1項所述之封包轉發裝置，其中於判定該串流之該應用類型後，該處理電路覆寫（overwrites）該複數個封包之至少其中之一的服務類型位元（bits of type of service (TOS)）。
8. 如申請專利範圍第1項所述之封包轉發裝置，其中該處理電路依據下列至少其中之一來檢視該至少一先前封包：至少一預設關鍵字、以及至少一預設資料樣式（data pattern）。
9. 一種封包轉發優先權（packet-forwarding priority）設定電路，包含： 一決定電路，用來偵測一串流（stream）之一應用類型是否包含於一資料表（table）中，其中該串流包含複數個封包；以及 一處理電路，於該決定電路發現該串流之該應用類型未包含於該資料表中後，該處理電路用來檢視該複數個封包中至少一先前封包，從而判定（determine）該串流之該應用類型以及將該串流之該應用類型儲存於該資料表中，於該決定電路發現該串流之該應用類型包含於該資料表中後，該處理電路用來依據該資料表判定該串流之該應用類型，於決定該串流之該應用類型後，該處理電路用來覆寫（overwrites）該複數個封包之至少其中之一的服務類型位元（bits of type of service (ToS)）。
10. 如申請專利範圍第9項所述之封包轉發優先權設定電路，進一步包含： 一映射電路，用來依據該串流之該應用類型分發（distribute）該複數個封包之一部或全部至複數個佇列的其中之一，其中該複數個佇列分別關聯不同的傳送優先權（different priorities）。
11. 如申請專利範圍第9項所述之封包轉發優先權設定電路，其中該決定電路比較該至少一先前封包之位址與傳輸埠資訊（address and port information）與該資料表中的位址與傳輸埠資訊，以偵測該串流之該應用類型是否包含於該資料表中。
12. 如申請專利範圍第9項所述之封包轉發優先權設定電路，其中該封包轉發優先權設定電路於該資料表中儲存該串流之該應用類型以及相關於該串流的位址與傳輸埠資訊。
13. 如申請專利範圍第9項所述之封包轉發優先權設定電路，其中該處理電路依據下列至少其中之一來檢視該至少一先前封包：至少一預設關鍵字；以及至少一預設資料樣式（data pattern）。
14. 一種封包轉發優先權（packet-forwarding priority）設定方法，包含下列步驟： 偵測一串流（stream）之一應用類型是否包含於一資料表（table）中，其中該串流包含複數個封包； 當發現該串流之該應用類型未包含於該資料表中時，檢視該複數個封包中至少一先前封包，從而判定（determine）該串流之該應用類型以及將該串流之該應用類型儲存於該資料表中； 當發現該串流之該應用類型包含於該資料表中時，依據該資料表判定該串流之該應用類型；以及 依據該串流之該應用類型分發（distribute）該複數個封包之一部或全部至複數個佇列的其中之一，其中該複數個佇列分別關聯不同的傳送優先權（different priorities）。
15. 如申請專利範圍第14項所述之封包轉發優先權設定方法，其中偵測該串流之該應用類型是否包含於該資料表中的步驟包含：比較該至少一先前封包之標頭資訊（header information）與該資料表中的封包資訊，以偵測該串流之該應用類型是否包含於該資料表中。
16. 如申請專利範圍第15項所述之封包轉發優先權設定方法，其中該標頭資訊與該封包資訊均包含位址與傳輸埠資訊（address and port information）。
17. 如申請專利範圍第14項所述之封包轉發優先權設定方法，其中檢視該至少一先前封包的步驟包含：儲存該至少一先前封包之標頭資訊於該資料表中。
18. 如申請專利範圍第14項所述之封包轉發優先權設定方法，其中該複數個佇列分別關聯聲音（voice）、影視（video）、最佳成果（best effort）與背景（background）等四個類別。
19. 如申請專利範圍第14項所述之封包轉發優先權設定方法，進一步包含：於判定該串流之該應用類型後，覆寫（overwriting）該複數個封包之至少其中之一的服務類型位元（bits of type of service (ToS)）。
20. 如申請專利範圍第14項所述之封包轉發優先權設定方法，其中檢視該至少一先前封包的步驟包含：依據至少一預設關鍵字及/或至少一預設資料樣式（data pattern）來檢視該至少一先前封包。