Обработка пакетов, передаваемых по сетям передачи данных
Изобретение относится к системам передачи данных. Технический результат заключается в улучшении управления в сетях с коммутацией пакетов. Предложены способ и устройство, предназначенные для обработки пакета, передаваемого в сети передачи данных с коммутацией пакетов. В соответствии с изобретением показатель обработки ассоциируют с пакетом, где этот показатель выполнен с возможностью предоставления инструкции (инструкций) для обработки пакета, и показатель определен в соответствии с полезной нагрузкой, переносимой этим пакетом, и с полезной нагрузкой, по меньшей мере, одного другого пакета, принадлежащего к указанному сигналу передачи данных. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к системам и способам передачи данных, управлению ими, и, в частности, к системам и способам эффективного управления при передаче данных с коммутацией пакетов.
Уровень техники
Постоянно растущие нагрузки, связанные с увеличением объема передаваемых данных по сетям передачи данных, в последнее время привели к проблеме, для которой требуется решение. До настоящего времени были предложены несколько решений этой проблемы. Одно из таких решений предложено в US 20030012137, в котором описана система управления перегрузкой в сети пакетной передачи данных с использованием смещенной политики отмены передачи пакета. После установления соединения и начала сеанса сжатые голосовые пакеты и пакеты данных начинают передавать между двумя конечными точками маршрута. Объект управления периодически передает пакеты управления перегрузкой. Пакеты управления обеспечивают "тактовый" сигнал для кодека на другом конце сеанса. Каждый получатель кодека использует "тактовый" сигнал как показатель обработки перегрузки сети. При увеличении перегрузки сети маршрутизаторы в сети отменяют передачу избыточных пакетов для предотвращения отказа сети. Сеть отбрасывает все пакеты, классифицированные как пакеты управления перегрузкой, всякий раз, когда механизм управления потоком данных детектирует перегрузку или тенденцию к возникновению перегрузки. При отмене пакетов на конечных точках повторно согласуют тип кодека и/или параметры для реализации более низкой скорости передачи битов.
В публикации WO 0057606 описан способ отмены передачи данных в пределах канала передачи данных в IP-сети (сеть, работающая на основе протокола Интернет, ПИ). Первоначально отслеживают состояние канала передачи данных IP-сети для определения возникновения условия перегрузки. По меньшей мере, некоторые из пакетов данных, передаваемых по каналу передачи данных IP-сети, выбирают в ответ на детектирование условия перегрузки, и передачу этих выбранных пакетов данных по каналу передачи данных отменяют, в то время как остальные пакеты передают. Когда речь идет о пакетах в сеансах с потоком, передаваемым в режиме реального времени, выбранные пакеты данных представляют собой пакеты, имеющие одни и те же IP адреса источника и назначения, и порты источника назначения, и состоят из инкапсулированных видео-, аудио- и т.д. сигналов. Отмена передачи этих пакетов по такому каналу передачи данных позволяет устранить из канала передачи данных только один или несколько сеансов потока, передаваемых в режиме реального времени, в то время как остальные сеансы канала останутся без изменения.
В US 6091709 раскрыт пакетный маршрутизатор, для которого предоставлены приоритетные услуги такого типа, как требуются для изохронной обработки данных, представляющих голос, передаваемый в режиме реального времени, содержит систему управления качеством обслуживания (QoS, КО), предназначенную для обеспечения возможности удовлетворения с высокой степенью вероятности гарантий, ассоциированных с такой приоритетной услугой. Такая система управления обеспечивает приоритные очереди, включающие в себя очереди с наивысшим приоритетом, поддерживающие резервирование приоритетных услуг, пригодных для изохронной обработки данных. В очереди с наивысшим приоритетом и в других очередях с помощью элемента менеджера QoS постоянно отслеживают возникновение состояний, близких к перегрузке и критической перегрузке. Пока не существует ни одно из этих состояний, потоки пакета-заполнителя переводят из очередей с низким приоритетом в очередь с наивысшим приоритетом для поддержания оптимального использования последней очереди. Когда все очереди с низким приоритетом становятся пустыми, в потоки заполнителя вставляют пустые пакеты, передача которых будет отменена принимающими их станциями. Когда существует состояние, близкое к перегрузке, менеджер QoS перемещает модули потока заполнителя из очередей с наивысшим приоритетом в очереди с меньшим приоритетом, с тем чтобы снизить потенциально возможные в будущем задержки для реального графика в очереди с наивысшим приоритетом. Когда состояние критической перегрузки существует в очереди с наивысшим приоритетом, допуск новых входящих потоков графика в эту очередь приостанавливают и направление потоков заполнителя из этой очереди в сеть также приостанавливают.
Были опубликованы следующие публикации, как Requests For Comments (RFCs) by the Internet Society for the establishment of an international standard DiffServ: RFC 2474 "Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the Ipv4 and Ipv6 Headers", by K.Nichols et al., December 1998; RFC 2475 "An Architecture for Differentiated Services", by S.Blake et al., December 1998; RFC 2597 "Assured Forwarding PHB Group". By J.Heinanen et al., June 1999; RFC 2836 "Per Hop Behavior Identification Codes", by D.Black et al. June 2001; and RFC 3260 "New Terminology and Clarifications for Diffserv" by D. Grossman, April 2002.
Однако, как можно видеть, эти решения направлены либо на решение проблем перегрузки, или на обеспечение качества обслуживания. Однако ни в одной из этих публикаций не раскрыто, как выполнять различную обработку разных пакетов (или их частей, если это приемлемо), принадлежащих одному и тому же сигналу, что позволяет оптимизировать сетевые ресурсы.
В нашей одновременно находящейся на рассмотрении заявке IL 160921 раскрыт способ управления переменной нагрузкой по графику в сети передачи данных с коммутацией пакетов. С помощью этого способа активные каналы, по которым передают трафик, разделяют на группы, и к ним применяют механизм регулирования скорости, когда доступная полоса пропускания меньше, чем требуемая полоса пропускания. Механизм регулирования скорости применяют при обеспечении поддержки, по существу, уравновешенного качества сигнала для трафика, передаваемого через все активные каналы, принадлежащие определенной группе (группам).
Однако даже это решение имеет определенные недостатки, поскольку оно в большей степени пригодно для действий, предпринимаемых рядом с точкой, в которой применяют регулирование скорости передаваемого трафика, и не обязательно предусматривает решение, которое гарантирует определенное качество для определенных каналов и/или сигналов далее по потоку передачи данных.
В публикации WO 02/15488 описан способ выделения информации для классификации пакетов из заголовка пакета для установления, на основе выделенной информации, различных уровней качества обслуживания для разных потоков данных, передаваемых через канал передачи данных.
В статье под названием "Audio Content Analysis for Online Audiovisual data Segmentation and Classification" by T.Zhang and J.Kuo, IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, Vol.9, No.4, May 2001, раскрыт анализ аудиосодержания для сегментации и классификации аудио/видео данных в режиме прямого доступа. Цель этого описания состоит в обеспечении автоматической сегментации, индексации и поиска аудио/видео данных, для обеспечения возможности получения требуемых видеосегментов.
В ЕР 1227624 описана система мониторинга QoS, имеющая сетевой элемент, который организован как множество замыкающих линию карт, взаимно соединенных через многоходовую систему коммутации, позволяющую поддерживать виртуальные каналы входа/выхода (ВКВВ, VIEP). Очереди в буфере на входной и выходной сторонах сетевого элемента, которые установлены для поддержки потоков графика в отдельных ВКВВ, отслеживают для определения параметрической информации QoS, такой как пропускная способность, потеря, задержка, неустойчивость синхронизации и доступная полоса пропускания, такими, что мониторинг графика в канале отражает соответствие провайдера услуги их клиентам. В US 6650644 описан способ перевода качества обслуживания (QOS) пакета данных. Входящее слово-маска типа услуги (ТУ, TOS) генерируют путем маскирования поля заголовка пакета данных маской ТУ, и выполняют поиск в таблице поиска QOS, перевода QOS, используя значение ТУ в качестве ключевого значения.
Раскрытия всех документов ссылок, указанных выше, а также во всем настоящем описании, приведены здесь полностью в качестве ссылочного материала.
Сущность изобретения
Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в создании способа, предназначенного для улучшения управления с сетями с коммутацией пакетов.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в создании системы и устройства, позволяющих управлять нагрузкой по трафику при передаче данных в соответствии с доступностью системных ресурсов.
Еще одна дополнительная цель настоящего изобретения состоит в создании способа и устройства для оптимизации обработки сигналов при разных ограничениях сетевых ресурсов.
Другие цели настоящего изобретения будут очевидны в ходе описания изобретения.
В соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения предложен способ обработки пакета, передаваемого в сети передачи данных с коммутацией пакетов. Способ содержит ассоциирование пакета с показателем обработки, что позволяет выполнять его обработку, и в котором показатель определен в соответствии с параметрами, связанными с полезной нагрузкой пакета и/или полезной нагрузкой его соседних пакетов, с классификацией сигнала и т.д. Этот показатель может относиться к обработке всей информации, содержащейся в пакете или, в качестве альтернативы, к информации, содержащейся в части пакета. В другой альтернативе показатель может одновременно относиться как к информации, содержащейся во всем пакете, так и к определенной информации, содержащейся в части пакета, в то время как данные инструкции обработки используют в соответствии с применимыми условиями. Например, в определенных условиях нагрузки будут использоваться инструкции обработки, которые относятся к информации, содержащейся во всем пакете, в то время как в других условиях нагрузки будут применяться инструкции на обработку, которые относятся к части пакета, и информация, содержащаяся в остальной части пакета, может быть либо обработана в соответствии с принятой по умолчанию процедурой, или может не быть обработана вообще.
В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения предложен способ обработки сигнала, содержащего множество пакетов, которое передают в сети передачи данных с коммутацией пакетов. Способ содержит ассоциирование, по меньшей мере, одного пакета из множества пакетов с первым показателем обработки, чтобы обеспечить возможность обработки этого, по меньшей мере, одного пакета и предоставления, по меньшей мере, одного другого пакета из множества пакетов со вторым показателем обработки, чтобы обеспечить возможность другой, отличающейся обработки, по меньшей мере, одного другого пакета.
Термин "пакет", используемый здесь, следует понимать как охватывающий весь пакет, а также часть пакета. Например, каждый из указанных выше первого и второго показателей обработки могут относиться к части пакета и при этом обработка, которая должна быть выполнена в соответствии с соответствующим показателем обработки, должна быть выполнена для соответствующей части пакета, в то время как остальной пакет может быть либо обработан в соответствии с принятым по умолчанию способом обработки, применяемым в этой сети передачи данных с коммутацией пакетов (например, принятыми по умолчанию установками, определенными для данного типа сигнала), или в качестве альтернативы могут оставаться необработанными.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения сигнал представляет собой мультимедийный сигнал. Предпочтительно он представляет собой сигнал типа видеосигнала.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящее изобретение также относится к случаям, в которых разные показатели обработки могут быть ассоциированы с разными частями одного пакета. Например, рассмотрим сигнал голосового типа, который обычно ассоциирован с высоким приоритетом в соответствии с системой коммутации пакетов предшествующего уровня техники. Настоящее изобретение предусматривает с помощью данного варианта выполнения использование разного показателя (показателей) обработки, которые ассоциированы с определенными пакетами или частями пакетов, которые не содержат важную информацию или содержат относительно менее важную информацию, чем их соседние пакеты. Таким образом, в соответствии с таким показателем обработки (или показателями обработки), даже при том, что сигналу, которому принадлежат эти пакеты (или его часть (части)), будет предоставлен высокий приоритет, тем не менее, они иногда могут быть отменены далее по потоку передачи данных, если это требуется, например, в условиях перегрузки, и т.д. Другими словами, возможны случаи, когда определенные пакеты будут обработаны в соответствии с высоким приоритетом, предоставленным для сигнала, которому они принадлежат, в то время как другие пакеты, принадлежащие этому же сигналу, будут обработаны по-другому, в соответствии с показателями, ассоциированными с ними.
Термин "сеть передачи данных с коммутацией пакетов", используемый здесь ниже, следует понимать как охватывающий разные типы сетей, известных в данной области техники, такие как сети синхронной и асинхронной передачи, например сети АРП (ATM, асинхронный режим передачи), сети Ethernet, IP-сети, сети передачи фреймов, городские вычислительные сети, глобальные вычислительные сети, локальная вычислительная сеть (ЛВС, LAN), передача пакетов по сетям SONET/SDH (СОС, синхронная оптическая сеть, СЦИ, синхронная цифровая иерархия) и т.п.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения показатель обработки содержит, по меньшей мере, один бит. Предпочтительно показатель обработки представляет собой результат любой комбинации, содержащей, по меньшей мере, один элемент из группы, которая состоит из следующих позиций:
1) минимальное качество обслуживания гарантировано для сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с показателем обработки;
2) приоритет гарантирован для передачи сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с показателем обработки;
3) характеристики задержки сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированы с показателем обработки;
4) гарантированная скорость передачи ("CIR", ГСП) для сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с показателем обработки;
5) разрешенная потеря информации для сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с показателем обработки;
6) деградация сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с указанным показателем обработки, которая уже накопилась во время передачи пакета.
Минимальное качество обслуживания для элемента, гарантированное для сигнала, может быть определено в соответствии с настоящим изобретением с использованием любого способа, известного специалисту в данной области техники, например в соответствии с соглашением об уровне обслуживания, подписанным с провайдером, который передает этот сигнал.
Аналогично, приоритет элемента, гарантированный для сигнала, также может быть определен в соответствии с настоящим изобретением любым способом, известным специалисту в данной области техники. Например, если сигнал представляет собой сигнал типа сигнала предупреждения, он получит более высокое значение приоритета, чем сигнал голосового типа, который, в свою очередь, получит более высокое значение, чем сигнал типа данных. В случае необходимости или в качестве альтернативы такой приоритет может быть определен в соответствии с информацией, передаваемой определенным пакетом.
Характеристика задержки элемента может содержать абсолютное значение, ассоциированное с максимальной задержкой, разрешенной для этого пакета. В случае необходимости или в качестве альтернативы она может содержать относительное значение, которое учитывает уже накопленное значение во время передачи пакета до этой точки. Предпочтительно это относительное значение может учитывать также задержку, которая будет добавлена этому пакету устройством, принимающим пакет вдоль канала передачи и/или задержку, которая будет накоплена в следующем канале передачи, по которому пакет должен быть передан. Предпочтительно значение максимально разрешенной задержки равно исходной разрешенной задержке, из которой каждое устройство вдоль канала передачи данных вычитает задержку, которую получит этот пакет в этом устройстве и/или перед ним. Также, в случае необходимости или в качестве альтернативы, этот параметр может зависеть от вариации задержки пакета (ВЗП, PDV), например распределения задержки между минимальной разрешенной задержкой и максимальной разрешенной задержкой.
ГСП (гарантированная скорость передачи) элемента обычно ассоциирована с полосой пропускания, которую провайдер услуги передает для обеспечения передачи сигнала (потока пакетов), которому принадлежит данный пакет.
"Разрешенная потеря информации" для элемента может быть ассоциирована с общими параметрами сигнала, такими как разрешенная часть отмены пакета и/или разрешенный уровень сжатия пакета, где последний параметр ассоциирован с величиной, относящейся к возможности сжатия пакета (Да/Нет), или, в качестве альтернативы, с величиной максимально разрешенного уровня сжатия этого пакета. Как будет понятно для специалиста в данной области техники, этот параметр может быть дополнительно ассоциирован с любыми другими используемыми механизмами, которые приводят к потере некоторой информации, содержащейся в сигнале или в определенных его пакетах. Когда этот уровень разрешенного сжатия пакета реализуется, в значении этого параметра также можно учитывать снижение качества, накапливаемое вдоль канала передачи данных, вплоть до устройства, принимающего пакет. Предпочтительно, максимально разрешенный уровень сжатия равен разрешенному уровню сжатия, модифицированному каждым устройством вдоль пути на основе уже накопленного снижения качества.
Как поясняется выше, показатель обработки, предоставляемый различным пакетам, может зависеть от одного или больше из этих параметров.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения каждое значение показателя обработки переводят для каждого устройства, которое должно обрабатывать пакет, в определенное значение для каждого из выбранных параметров.
Предпочтительно, когда параметры, используемые для определения значения показателя обработки пакета, содержат параметры, которые зависят от транспортировки пакета вдоль сети передачи данных с коммутацией пакетов, такие как максимально разрешенная задержка (модифицированная в соответствии с уже накопленной задержкой), разрешенное сжатие (модифицированное с ухудшениями качества уже накопленных пакетов) и т.д., используют обновленный показатель обработки для замены показателя обработки, с которым этот пакет прибыл в определенное устройство. Этот пакет будет принят в точке обработки, значения различных параметров будут получены из показателя обработки, и обновленный показатель обработки будет предоставлен для этого пакета (если требуется) перед передачей его в направлении конца его приема.
Термин "алгоритм", используемый ниже в настоящем описании, относится к различным способам управления поступающих сигналов. Такие алгоритмы обычно работают как менеджеры очереди, и/или формирователи графика, и/или кодеры, и/или декодеры, охватывают передачу сигнала, такую как передача с демодуляцией/повторной модуляцией или передача DTMF (ДТМЧ, двухтональный многочастотный набор телефонного номера), передачу собственных данных, различные типы сжатия с потерями или без потерь, сжатие с переменной степенью сжатия, транскодирование, устранение молчания в сети, несжимаемый чистый канал (64 кбит/сек), кодер RTP (ПРВ, транспортный протокол реального времени), кодер FEC (ПКО, прямая коррекция ошибок), кодер Т.38, взвешенная справедливая организация очереди, схемы ранней отмены и т.п. Термин "механизм регулировки скорости", используемый здесь, относится к механизму выбора скорости работы алгоритма для коррекции полосы пропускания, требуемой для сигнала, с которым выполняется работа, и/или для организации его очереди, и/или передачи.
Как будет понятно специалисту в данной области техники, способ, предоставляемый настоящим изобретением, обеспечивает возможность различной обработки пакета для каждого из устройств, расположенных вдоль канала передачи пакета. Такое различие получают, используя различные показатели обработки, которые могут быть предоставлены для одного пакета вдоль пути его распространения, как описано выше, и/или от различных доступных ресурсов, в различных точках обработки вдоль этого пути. В таком случае также вполне возможна ситуация, когда некоторые из пакетов будут обработаны в определенных местах в соответствии с одним алгоритмом, с определенной скоростью и качеством, в то время как другие пакеты, снабженные тем же показателем обработки и даже имеющие тот же тип сигналов, будут обработаны с использованием другого алгоритма (предпочтительно, если только не произойдет нарушение параметров, определенных показателем обработки), и будут переданы с другим качеством и скоростью.
В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения механизм регулировки скорости зависит от типа передаваемого сигнала. Другими словами, разные механизмы и/или способы обработки могут применяться, например, для мультимедийного сигнала или сигнала голосового типа, в отличие от факсимильного сигнала.
Как будет понятно специалистам в данной области техники, способ, описанный выше, может применяться не только для сигналов, принимаемых в их несжатой форме, но также и для сигналов, принимаемых в уже сжатой (например, кодированной) форме, в этом случае сигналы могут быть либо оставлены в их сжатом режиме, или могут быть дополнительно сжаты, или транскодированы, если это требуется. Естественно, если доступная полоса пропускания больше, чем требуемая полоса пропускания, может быть принято решение улучшить качество сигнала путем добавления защиты (добавления избыточной информации для обеспечения лучшего качества передача сигнала) или устранения сжатия (или, по меньшей мере, частичного устранения сжатия) таких сжатых сигналов. Предпочтительно механизм регулирования скорости содержит замену, по меньшей мере, одного способа обработки, связанного, по меньшей мере, с одним активным каналом, другим соответствующим способом обработки, в соответствии с заданной схемой, ассоциированной с таким, по меньшей мере, одним способом обработки. Кроме того, как будет понятно специалистам в данной области техники, замена способа обработки другим соответствующим способом обработки охватывает использование того же алгоритма, но с разными значениями скорости.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения точка обработки представляет собой устройство, представляющее собой элемент, выбранный из группы, состоящей из: однонаправленного канала передачи данных, переключателя, маршрутизатора, пограничного шлюза и шлюза среды.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения механизм регулирования скорости содержит применение способа обработки для принимаемого пакета, причем этот способ обработки представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из: РСМ (ИКМ, импульсно-кодовая модуляция сигнала), ADPCM (АДИКМ, адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция), CS-ACELP (коммутация пакетов с линейным прогнозированием, возбужденным алгебраическим кодом), LD-CELP (линейное предварительное сжатие, возбужденное таблицей кодирования с малой задержкой), MPNLQ, ACELP (линейное прогнозирование, возбужденное алгебраическим кодом), AMR (автоматическая регистрация сообщений), EVRC, SMV, QCELP, VBD Relay, FEC/отсутствие FEC, кодер/декодер RTP, кодер/декодер Т.38, MPEG1, MPEG2, MPEG4, MPEG3, Н.264, и т.п.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложено устройство передачи пакетов, которое содержит:
входной интерфейс, выполненный с возможностью приема пакета, который должен быть передан в сеть с передачи с коммутацией пакетов;
процессор, соединенный с указанным входным интерфейсом и выполненный с возможностью анализа первого показателя обработки, ассоциированного с пакетом, если такой показатель обработки существует, и для выполнения операции с пакетом в соответствии с инструкциями обработки, полученными из этого первого показателя обработки, и в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью ассоциирования пакета со вторым показателем обработки, определенным в соответствии с полезной нагрузкой пакета и/или соседних пакетов;
средство передачи, выполненное с возможностью передачи пакета в направлении соответствующего места назначения в соответствии с инструкциями обработки, ассоциированными со вторым показателем обработки.
В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения первый показатель обработки и второй показатель обработки представляют собой, по существу, идентичные показатели обработки.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения, по меньшей мере, один из первого и второго показателей обработки относятся к части пакета, с которой ассоциирован этот, по меньшей мере, один показатель. Кроме того, или в качестве альтернативы, по меньшей мере, один из первого и второго показателей обработки относится к обработке как всего пакета, так и части пакета, в то время как соответствующую обработку применяют в соответствующих условиях сети.
В соответствии с еще одним другим вариантом выполнения изобретения, предложено устройство передачи пакетов, которое содержит:
- входной интерфейс, выполненный с возможностью приема первого множества пакетов из одного или больше предшествующих узлов, в котором указанное первое множество пакетов ассоциировано с одним сигналом передачи данных и содержит, по меньшей мере, второе множество пакетов, где каждый из указанного второго множества пакетов ассоциирован с показателем обработки и в котором показатели обработки, ассоциированные с указанным вторым множеством пакетов, содержат, по меньшей мере, два разных показателя обработки;
- процессор, соединенный с указанным входным интерфейсом для ассоциирования каждого из указанного второго множества пакетов с одним или больше параметрами обработки, имеющими значение, которое соответствует показателю обработки, ассоциированному с индивидуальным пакетом;
- планировщик, который в ответ на команды от указанного процессора устанавливает порядок указанного второго множества пакетов для передачи указанного второго множества пакетов в направлении их места назначения при условии, что он соответствует указанному одному или больше параметрам обработки;
- средство передачи, выполненное с возможностью передачи указанного первого множества пакетов в направлении их соответствующего места назначения.
В соответствии с вариантом выполнения изобретения устройство передачи пакетов дополнительно содержит, по меньшей мере, один процессор, позволяющий проверять качество принимаемых пакетов и/или проверять приоритет, ассоциированный с каждым из принимаемых пакетов, и/или проверять задержку, ассоциированную с принимаемым пакетом и максимально разрешенную задержку для этого пакета, и/или проверять установленную скорость передачи информации, ассоциированную с принимаемым пакетом.
В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения устройство передачи пакетов дополнительно содержит, по меньшей мере, один кодер/декодер, выполненный с возможностью сжатия принимаемых пакетов, в соответствии с типом сигналов, которым принадлежат эти пакеты.
В другом варианте выполнения изобретения также предложен буфер в, по меньшей мере, одном устройстве, установленном вдоль пути передачи данных, который во время работы сохраняет принимаемые пакеты (или их части). Этот буфер работает в соответствии с условиями, полученными из различных обозначений обработки сохраненного пакета (пакетов), для выполнения рабочих инструкций, установленных параметрами, как определено соответствующим показателем (показателями) пакета. Предпочтительно, после обработки показателей обработки параметры, относящиеся к каждому или определенным показателям, обновляют (в случае необходимости) и обновленные показатели ассоциируют с соответствующими пакетами до последующей передачи пакетов.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения буфер дополнительно выполнен с возможностью выполнения одного или больше из следующих: перестановки пакетов в соответствующем порядке, например, на основе номера последовательности пакетов, уменьшения вариации задержки пакетов (ВЗП), изменения формы распределения задержки пакетов и т.п.
В еще одном варианте выполнения изобретения, если устройство расположено как оконечное устройство, например, на стороне приемника, буфер дополнительно обеспечивает возможность устранения неустойчивости синхронизации для изменения порядка пакетов и уменьшения вариации их задержки в системе путем определения требуемой задержки, которая должна быть установлена в буфере, для сведения к минимуму вариации задержки пакетов при оптимизации отношения между общей задержкой и количеством потерянных пакетов.
Кроме того, показатели обработки пакетов в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержат информацию об изменениях, которые произошли с соответствующими пакетами вдоль их пути передачи. Когда пакеты, снабженные показателями обработки, которые содержат такую информацию, принимают в соответствующем устройстве, например, на стороне приемника, пакеты могут быть восстановлены (насколько это возможно) для сведения к минимуму воздействия этих изменений сигнала, который будет, в конечном счете, принят пользователем.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения на стороне передатчика, передающего пакеты, предусмотрена информация, относящаяся к возможностям принимающей стороны, приемника сигнала, который должен быть передан. В таком случае определенные изменения могут быть выполнены уже на стороне передатчика, например отмена передачи пакетов (или их частей), сжатие пакетов и т.д., и на основе информации, предоставленной в приемник, с использованием показателей обработки пакетов (которые содержат, например, информацию об общем параметре возможностей сигнала) сигнал может быть восстановлен таким образом, что будут скрыты воздействия этих изменений.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет понятно и будет более полно оценено из следующих подробно описанных примеров, которые следует рассматривать совместно с чертежами:
на фиг.1 показано схематичное представление устройства обработки графика, построенного и работающего в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фиг.2 показано подробное схематичное представление устройства оценки локальной деградации, входящего в состав устройства обработки графика по фиг.1.
Подробное описание изобретения
В современной сети передачи данных большое количество каналов связи могут одновременно занимать всю доступную полосу пропускания. Примеры таких вариантов можно найти при одновременной передаче голосового канала (каналов) со сжатием или без сжатия, телефакса (телефаксов), данных или любой их комбинации, как в сетях TDM (ВМП, временное мультиплексирование), так и сетях пакетной передачи данных.
Как пояснялось выше, одна из проблем, которая связана с передачей графика по сетям пакетной передачи данных, состоит в обработке различных пакетов таким образом, чтобы обеспечить минимальную деградацию сигнала на стороне приема. Для решения этой проблемы в настоящем изобретении предложены способ и устройство передачи пакетов в таких сетях пакетной передачи данных.
Когда сигнал передают по каналу передачи данных в сети передачи данных с пакетной коммутацией, иногда требуется обеспечить заданный уровень качества при приеме сигнала в месте его назначения. Такое предварительное определение может быть установлено по множеству причин. Например, в соответствии с гарантированным качеством передаваемого трафика провайдером услуги в соответствии со SLA (СУС, соглашение об уровне сервиса) минимальным качеством требуется для этого типа сигнала, чтоб обеспечить возможность его приема на стороне приема со все еще приемлемым уровнем качества и т.д.
… простоты каждого из этих параметров на три уровня (например, высокий, средний, низкий или 1, 2 и 3, и т.д.). Таким образом, получается 9 значений показателей, каждое из которых описывает разную комбинацию всех трех параметров. Значение этого показателя, которое выражено, по меньшей мере, одним битом, и предпочтительно установлено в пакете, например, как часть заголовка пакета, позволяет обеспечить правильную обработку пакета в следующем узле обработки.
| Примеры показателей и параметров, ассоциированных с ними | ||||
| параметр | Максимально разрешенная задержка [мс] | Приоритет при отмене передачи | Разрешенная степень сжатия | |
| показатель | ||||
| 0000 | 300 | 1 | ADPCM 32 килобита | |
| 0001 | 300 | 2 | ADPCM 40 кбит | |
| 0010 | 60 | 3 | CS-ACELP | |
| 0011 | 60 | 4 | CS-ACELP |
Рассмотрим теперь несколько примеров, демонстрирующих использование приведенной выше таблицы. Пакет, который переносит активный голосовой сигнал, может быть снабжен показателем "0010", что означает, что максимальная разрешенная задержка составляет 60 мс, соответствующая политика исключения для этого пакета равна 3 (где значение "4" обозначает политику, при которой передача пакета может быть относительно легко отменена, в то время как значение "1" обозначает, что пакет нельзя так просто исключить) и максимальная разрешенная степень сжатия соответствует алгоритму CS-ACELP (то есть приблизительно 8 кбит/сек). Для пакета, который не содержит данные, можно использовать показатель ООН, в котором применяются, в основном, те же параметры, что и ассоциированные с ранее описанным показателем, за исключением того, что передачу этого пакета можно более легко отменить, чем пакета, который переносит активный голосовой сигнал.
Предполагая, что сигнал представляет собой сигнал телефакса, и в этом случае пакет, содержащий команды Т.30 (стандарты DIS, DCS и т.д.), можно ассоциировать с показателем "0000", в то время как пакет, содержащий изображение, предназначенное для передачи по телефаксу (то есть, страницы, передаваемые по телефаксу), может быть ассоциирован с показателем "0001". Это означает, что пакет, содержащий команды Т.30, с использованием схемы модуляции V.21 300 бит в секунду, может быть сжат до меньшей полосы пропускания, чем пакет, содержащий изображение, передаваемое по телефаксу, в котором используется схема модуляции v.29 9600 бит в секунду (до 32 килобит по сравнению с 40 килобит для последнего случая), но будет в меньшей степени подвергнут исключению, чем пакет, переносящий изображение телефакса, ввиду того, что обычно оборудование для передачи телефакса в большей степени чувствительно к потере команд.
Как пояснялось выше, обычно существуют два или больше разных показателей, ассоциированных с разными пакетами, даже если пакеты принадлежат одному сигналу. Например, такие параметры, как минимальное гарантированное качество, приоритет и т.д., обычно определяются для каждого клиента отдельно и, вероятно, могут быть одинаковыми для всех пакетов, принадлежащих передаваемому сигналу. С другой стороны, накапливаемая задержка может отличаться от пакета к пакету, например, в зависимости от пути, вдоль которого конкретный пакет был передан, наличия очередей на этом пути и т.д. Следовательно, возможны случаи, когда даже два последовательных пакета будут ассоциированы с разным показателями обработки, и могут быть обработаны по-разному, с тем, чтобы обеспечить наилучший возможный сигнал, то есть сигнал на принимающем конце пути, в соответствии с сетевыми ресурсами.
В соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения показатель обработки, который должен быть ассоциирован с определенным пакетом, определяют на основе нагрузки, переносимой пакетом и/или его соседними пакетами.
Рассмотрим теперь следующий пример. Предположим, что сигнал, соответствующий множеству пакетов, представляет сигнал с постоянным тоном, что означает, что нагрузка, переносимая пакетами, относится к частям сигнала, каждая из которых имеет, по существу, те же характеристики, что и характеристики других пакетов (например, интенсивность, спектр и т.д.). В таком случае, если некоторые из промежуточных пакетов будут потеряны, компенсация этого сигнала может быть выполнена с использованием информации, переносимой соседними пакетами. Поэтому показатель, назначенный промежуточными пакетами, может разрешать более высокую вероятность исключения, чем для других пакетов, которые несут нагрузку, существенно отличающуюся от нагрузки, переносимой соседними пакетами.
Процесс определения значений определенных параметров, которые могут изменяться на пути передачи, показан в следующем примере.
На фиг.1 схематично представлено устройство 10 обработки трафика, построенное и работающее в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.
Как только пакет поступает в устройство 10 обработки графика, сигнал, переносимый пакетом, классифицируют с помощью классификатора 100 сигнала для установления его типа, например голосовой сигнал, факсимильный сигнал, сигнал модема, сигнал данных, сигнал DTMF, видеосигнал, и т.д. Показатель, ассоциированный с пакетом, анализируют с помощью анализатора 204 показателя и, используя этот показатель, получают инструкции для обработки. Сигнал, переносимый пакетом, также передают в устройство 102 оценки местной деградации, работа которого будет дополнительно описана ниже со ссылкой на фиг.2. Решение, принятое в устройстве 102 локальной деградации, передают в устройство 104 глобальной деградации вместе с информацией, полученной по показателю пакета в анализаторе 204 показателя, который относится к уже накопленной деградации.
Информацию, которая связана с задержкой, накопленной пакетом, и полученную из его показателя передают с помощью анализатора 204 показателя в устройство 106 глобальной задержки, и, основываясь на этой информации, получают оценку глобальной задержки. Оценка глобальной задержки вместе с оценкой глобальной деградации, полученной устройством 104, и другие параметры, которые относятся к показателю пакета, такие как минимальное требуемое качество, гарантированный приоритет и гарантированная скорость передачи информации, передают в контроллер 201.
Основываясь на всей полученной информации, контроллер 201 обрабатывает и устанавливает очередь инструкций для модуля 108 для обеспечения обработки пакета (например, используя соответствующий кодер) и размещения его в буфере таким образом, чтобы удовлетворялись (насколько это возможно) все инструкции по обработке, полученные из показателя пакета, в соответствии с доступными системными ресурсами. После того как пакет будет готов для передачи в следующую станцию, процессор 110 ассоциирует соответствующий обновленный показатель (в случае необходимости) с пакетом, заменяя предыдущий показатель, с которым пакет поступил в устройство 10, и затем передает пакет.
Рассмотрим снова фиг.2, на которой представлена работа устройства 102 оценки локальной деградации в соответствии с данным примером. Полученный пакет передают в множество кодеров алгоритма/скорости передачи устройства 102, которые соответствуют типу сигнала и инструкциям по обработке, предоставляемым по показателям пакета. Пакет затем копируют в множестве кодеров 203', 203'', 203''', и предпочтительно в кодере бита, близкого к нулю (устройство 203'''' исключения фрейма и/или подавитель 203''''' тишины), каждый из которых выполнен с возможностью работы с этим пакетом, со способом передачи, отличающимся от других. Выходной сигнал каждого из этих кодеров передают через соответствующие декодеры (206', 206'', 206''', 206'''', 206''''') и затем в соответствующий компаратор (208', 208'', 208''', 208'''', 208'''''), где каждую из различным образом обработанных копий сигнала сравнивают с исходным принятым сигналом, выполняют оценку деградации сигнала, кодированного каждым из кодеров. Эти оценки затем передают в процессор 210 принятия решений вместе с инструкциями по обработке, где может быть сформирована матрица, сопоставляющая оценку качества со способом передачи. Кроме того, способ передачи можно оценить с помощью процессора принятия решения и/или различных компараторов для определения его влияния на качество соответствующего сигнала.
Полученные данные собирают и обрабатывают, и устанавливают функцию качества, которая может зависеть от одного или больше из указанных выше параметров. Предпочтительно эта функция представляет собой многомерную функцию (например, трехмерную функцию), которая сопоставляет значение качества каждой пары способа передачи и параметра задержки при ограничении (ограничениях), представленном инструкциями обработки. Другими словами, формируют массив, в котором для каждой заданной пары способа передачи (обычно значения скорости передачи получают по значениям скорости передачи различных 203 кодеров), и значений задержки, существует значение сопоставления качества, которое представляет качество пакета, обработанного с соответствующей скоростью и с использованием соответствующего алгоритма.
Затем на основе оценки качества выполняют оценку локальной деградации, которую затем передают в устройство 104 оценки глобальной деградации, которое принимает также информацию, обозначающую уже накопленную деградацию.
Следует понимать, что настоящее изобретение было описано с использованием не ограничивающих подробных описаний вариантов его выполнения, которые представлены в качестве примера и не предназначены для ограничения объема изобретения. Следует понимать, что описанные свойства и/или этапы, приведенные в отношении одного варианта выполнения, можно использовать с другими вариантами выполнения и что не все варианты выполнения изобретения имеют все свойства и/или этапы, представленные на определенном чертеже или описанные в отношении одного из вариантов выполнения. Возможности изменения описанных вариантов выполнения будут понятны специалистам в данной области техники.
Следует отметить, что в описанных выше вариантах выполнения представлен наилучший режим, рассматриваемый авторами изобретения, и поэтому они включают в себя структуру, действия или детали структуры и действий, которые могут быть несущественными для изобретения и которые описаны как примеры. Структура и действия, описанные здесь, могут быть заменены эквивалентами, которые выполняют ту же самую функцию, даже если структура или действия являются разными, как известно в данной области техники. Поэтому объем настоящего изобретения определен следующей формулой изобретения. При использовании в следующей формуле изобретения, термины "содержать", "включать", "иметь", и их однокоренные слова, означают "включающий, но не ограничивающийся этим".
1. Способ обработки пакета, принадлежащего сигналу передачи данных, содержащего заголовок и полезную нагрузку передаваемого в сети передачи данных с коммутацией пакетов,
отличающийся тем, что указанный способ содержит ассоциирование указанного пакета с показателем обработки для предоставления для него одной или больше инструкций по обработке, и в котором указанный показатель определяют в соответствии с параметрами, связанными с полезной нагрузкой указанного пакета и с полезной нагрузкой по меньшей мере одного другого пакета, принадлежащего к указанному сигналу передачи данных.
2. Способ по п.1, в котором указанный показатель определяют в соответствии с полезной нагрузкой указанного пакета.
3. Способ по п.1, в котором указанный показатель обработки ассоциирован, по меньшей мере, с частью пакета.
4. Способ по п.1, в котором разные части указанного пакета ассоциированы с разными показателями обработки.
5. Способ по п.1, выполненный с возможностью обработки сигнала, передаваемого в сети передачи данных с коммутацией пакетов, причем этот сигнал содержит множество пакетов, в котором указанный способ содержит ассоциирование, по меньшей мере, одного пакета из указанного множества пакетов с первым показателем обработки, чтобы обеспечить возможность его обработки в сети передачи данных с коммутацией пакетов, и ассоциирование, по меньшей мере, одного другого пакета из указанного множества пакетов со вторым показателем обработки, чтобы обеспечить возможность другой, отличающейся обработки указанного, по меньшей мере, одного другого пакета.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный показатель обработки основан, по меньшей мере, на одном элементе из группы, состоящей из
1) минимального гарантированного качества обслуживания для сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с указанным показателем обработки;
2) гарантированного приоритета передачи сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с указанным показателем обработки;
3) характеристик задержки сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с указанным показателем обработки;
4) гарантированной скорости передачи информации (ГСП) сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с указанным показателем обработки;
5) разрешенной потери информации для сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с указанным показателем обработки; и
6) деградации сигнала, которому принадлежит пакет, ассоциированный с указанным показателем обработки, которая уже была накоплена при передаче указанного пакета.
7. Способ по п.6, в котором указанный гарантированный приоритет определяют в соответствии с типом сигнала, которому принадлежит указанный пакет.
8. Способ по п.6, в котором указанный гарантированный приоритет определяют в соответствии с информацией, переносимой указанным пакетом.
9. Способ по п.6, в котором указанная характеристика задержки содержит задержку, которая учитывает задержку, уже накопленную во время передачи указанного пакета.
10. Способ по п.9, в котором указанная накопленная задержка дополнительно содержит известную задержку, которая, как ожидается, будет добавлена к этому пакету вдоль оставшейся части пути передачи.
11. Способ по п.6, в котором указанный элемент гарантированной скорости передачи информации ассоциирован с шириной полосы пропускания, которую провайдер услуги обязан предоставить для передачи указанного сигнала, которому принадлежит указанный пакет.
12. Способ по п.6, в котором указанная разрешенная потеря информации ассоциирована с разрешенным соотношением отмены передачи пакета, или с разрешенным уровнем сжатия сигнала, или с любой их комбинацией.
13. Способ по п.1, в котором с указанным пакетом ассоциируют заменяющий показатель обработки, который выполнен с возможностью замены старого показателя обработки для обеспечения предоставления для указанного пакета обновленного показателя обработки.
14. Способ по п.1, в котором указанный показатель обработки дополнительно содержит информацию об изменениях, произошедших с указанным пакетом вдоль его пути передачи.
15. Способ по п.14, дополнительно содержащий применение информации об изменениях, произошедших с указанным пакетом, в процессе восстановления указанного пакета.
16. Способ по п.5, дополнительно содержащий этап предоставления в конце пути передачи, вдоль которого должны быть переданы указанные пакеты, информации, которая относится к возможностям конца приема указанного пути.
17. Способ по п.16, дополнительно содержащий этап исключения определенного количества пакетов из указанного первого множества пакетов перед их передачей в соответствии с возможностями указанного конца приема и предоставления для оставшихся пакетов из указанного второго множества пакетов соответствующих показателей обработки, которые позволят восстановить и скрыть воздействие указанного исключения.
18. Способ по п.5, дополнительно содержащий применение механизма регулирования скорости передачи для выбора алгоритма, с помощью которого выполняют требуемые регулировки полосы пропускания для указанного сигнала, или устанавливают его очередь, или выполняют его передачу, или любых их комбинаций.
19. Устройство передачи пакетов, содержащее входной интерфейс, выполненный с возможностью приема пакета, принадлежащего сигналу передачи данных, содержащего заголовок и полезную нагрузку, и который должен быть передан по сети коммутации пакетов; процессор, соединенный с указанным входным интерфейсом и выполненный с возможностью анализа первого показателя обработки, ассоциированного с указанным пакетом, если такой показатель обработки существует, и выполнения операций с указанным пакетом в соответствии с инструкциями обработки, полученными из этого первого показателя обработки, и в котором указанный процессор дополнительно выполнен с возможностью ассоциирования указанного пакета со вторым показателем обработки, представляющим одну или несколько инструкций для обработки указанного пакета, и в котором указанный второй показатель определен в соответствии с параметрами, ассоциированными с полезной нагрузкой указанного пакета и полезной нагрузкой по меньшей мере одного другого пакета, принадлежащего к указанному сигналу передачи данных, что позволяет обрабатывать указанный пакет другим устройством, связанным с указанной сетью коммутации пакетов; и средство передачи, выполненное с возможностью передачи указанного пакета в направлении его соответствующего места назначения в соответствии с инструкциями обработки, ассоциированными с указанным вторым показателем обработки.
20. Устройство передачи пакетов по п.19, в котором, по меньшей мере, один из указанных первого и второго показателей обработки относится к части пакета, с которой ассоциирован указанный, по меньшей мере, один показатель.
21. Устройство передачи пакетов по п.19, в котором
указанный входной интерфейс выполнен с возможностью приема первого множества пакетов из одного или больше предыдущих узлов, в котором указанное первое множество пакетов ассоциировано с одиночным сигналом передачи данных и содержит, по меньшей мере, второе множество пакетов, где каждый пакет из указанного второго множества пакетов ассоциирован с показателем обработки, представляющим одну или несколько инструкций обработки для соответствующего пакета, и в котором указанный показатель обработки определен в соответствии с параметрами, ассоциированными с полезной нагрузкой указанного соответствующего пакета, и в котором показатели обработки, ассоциированные с указанным вторым множеством пакетов, содержат, по меньшей мере, два разных показателя обработки;
указанный процессор, соединенный с указанным входным интерфейсом для ассоциирования каждого из указанного второго множества пакетов с одним или больше параметрами обработки, имеющими значение, которое соответствует показателю обработки, ассоциированному с индивидуальным пакетом;
в котором указанное устройство передачи дополнительно содержит планировщик, который в соответствии с командами указанного процессора устанавливает порядок для указанного второго множества пакетов для передачи указанного второго множества пакетов в направлении их места назначения при условиях, которые соответствуют указанному одному или больше параметрам обработки; и
в котором указанное средство передачи выполнено с возможностью передачи указанного первого множества пакетов в направлении их соответствующего места назначения.
22. Устройство передачи пакетов по п.21, дополнительно содержащее, по меньшей мере, один процессор, выполненный с возможностью проверки, по меньшей мере, одного элемента из группы, состоящей из качества принимаемых пакетов, приоритета, ассоциированного с каждым из принятых пакетов, задержкой, ассоциированной с каждым из принятых пакетов, гарантированной скоростью передачи информации, ассоциированной с каждым из принятых пакетов, и любых их комбинаций.
23. Устройство передачи пакетов по п.21, дополнительно содержащее, по меньшей мере, один кодер/декодер, выполненный с возможностью сжатия принятых пакетов в соответствии с типом сигналов, которым эти пакеты принадлежат.
24. Устройство передачи пакетов по любому из пп.21-23, дополнительно содержащее буфер, в котором во время работы сохраняют принятые пакеты и выполняют операции с ними в соответствии с инструкциями, полученными из параметров, ассоциированных с показателями обработки.
25. Устройство передачи пакетов по п.24, в котором указанный буфер выполнен с возможностью перестановки пакетов, сохраненных в соответствующем порядке.
26. Устройство передачи пакетов по п.24, выполненное с возможностью установки его в конце приема указанного пути передачи сигнала, и в котором сохранение указанных принимаемых пакетов в указанном буфере позволяет устранять неустойчивость синхронизации, что требуется для снижения вариаций задержки пакетов в системе.
