CN101411137B - 通信网络 - Google Patents

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Abstract

为了保持实时数据包(例如VoIP呼叫)的路径，在家庭集线器路由器(20)和作为通往IP网络的第一网关的宽带远程接入服务器(25)之间建立数据包的哑流。如果从电话(23)发起了呼叫，则在呼叫持续时间内用为VoIP呼叫生成的包来替换哑流。为了确保可获得具有可容忍延迟的最小带宽，通过增大或减少所传输的数据包的数量来调节哑流。哑流通过使非实时(即P2P数据包流)后退来发挥作用，并且无需对路由器以及网络中包括的类似设备进行改动。

Description

通信网络
技术领域
本发明涉及无连接通信网络，更具体地涉及在用户之间共享带宽的这种网络。
背景技术
影响网际协议网络(IP包网络)用户的其中一个最重要的问题是缺乏有保证的业务质量(QoS)，例如在进行VoIP呼叫时，包延迟可能导致呼叫质量变差。
进一步的困难在于文件共享会在VoIP呼叫建立之初导致延迟，这是因为端到端文件共享网络将使用全部可用带宽以设法加快文件传递，即使它们可能为相对较低的优先级。
因此特别是对于双向VoIP或者视频呼叫而言，网络拥塞是重大的困难，这是因为它们只有大约300毫秒(语音)的有用时间窗口，不能重新发送延迟或丢失的包。因此当对骨干网或移动骨干网的使用增加且将无线网络方案“piggyback”本地化在归属路由器上时，就需要保护高优先级或时间先决(time-critical)传输。
已经有人尝试引入对于时间先决传输的保护，但是大多数涉及对路由器和其它网络通用设备进行复杂的改动。其中一个例子为EP0706297描述的在ATM交换中控制拥塞的方法。为了实现该说明书描述的方法，网络中的每个路由器都需要进行改动。该方法提供了一种严格的拥塞控制方案，该方案在实际中对于UDP:TCP业务比率(traffic ratio)没有影响，而在端到端业务量很高时很容易出现最大量的拥塞。
US2004/0172464公开了另一个已知方案。它提供了在两个地点(实际中可能为两个链接的商业场所)之间建立两种QoS等级。该方案是通过在两个场所之间的管道的两个端点上应用准入控制(admission control)算法来实施的，有效地为实时业务量保留了一部分管道(有效的虚拟租借线路)。这需要施行严格的QoS分配并且可能需要对两个端点上的网关或路由器进行改动。
对于确保基于IP网络的时间先决包具有优先级这一问题所提出的其它方案包括：使用诸如ATM或MPLS的基础网络承载，使用深层包检查技术、业务优先、端到端拥塞通知方案以及极端的网络过度供应。
所有这些方案都带来了巨额开销和与之相关的复杂问题，需要对配置的路由器或协议进行修改、将问题从IP层移出(进而降低了使用IP的优势)或者在业务流增大时成本增大。在包被加密的情况下，深层包检查方法旧会失效。
由于公共IP网络中的大多数QoS问题都源于端到端业务量，业务流不顾可用带宽而填满网络容量，因此运营商面临着在不引入QoS方案的情况下提供语音和视频业务的困难，这是因为P2P业务量相反会影响这些业务而不影响自身。
发明内容
本发明提供了一种在共享通信网络中预留带宽的方法，该方法包括以下步骤：
在网络的第一节点与第二节点之间以预定速率传输哑数据包流；
接收第二节点发送给第一节点的相应哑数据包流；
确定这两个节点之间的延迟和/或丢包；
将该延迟和/或丢包与阈值进行比较，低于该阈值则业务质量对于后续时间先决业务量不够高；
如果业务质量不够高，则增大这两个节点之间的哑数据包的传输速率。
节点之间哑数据包的传输可能发生在预计会有较高数据拥塞的预定时刻和/或可能发生在预计节点之一上发起时间先决业务之前的预定时刻。
根据本发明的特征，提供了一种通信***，该通信***包括：共享通信网络，其中该***的一个节点中的控制装置通过向该***中的至少一个其它节点传输哑数据包流而建立到该至少一个其它节点的保证路径，并且从所述其它节点接收相应的哑数据包流，该控制装置确定该传输中的延迟和/或丢包，如果业务质量下降到满足时间先决数据包传输的预定阈值之下，则增大哑数据包的传输速率。
节点之间哑数据包的传输可能发生在预计会有较高数据拥塞的预定时刻和/或可能发生在预计节点之一发起时间先决业务之前的预定时刻。
检测到所述一个节点发起时间先决数据包流时，该控制装置可以用时间先决包替换哑数据包并且在时间先决数据流传输完成后，可以使哑数据包的传输重新开始。
附图说明
下面将参照附图，举例说明根据本发明特征并使用本发明方法的通信***，附图中：
图1是IP网络的实施的概要图；
图2示意性示出了所使用的网络层；
图3是示出了在DSL或ADSL通信环境中使用本发明的示意性框图；而
图4是现有技术方案的示意性框图。
具体实施方式
首先我们继续关注一个现有技术解决方案，此方案有时被称为IETFIntServ***，它是一种电路模拟方案。与通常数据包应当流经任何数量的不同路由的原则不同，此方案为数据包流建立了特殊路径。参照图4，数据路径1上已有的每个路由器都必须为该流预留特定带宽。通过使用RSVP协议在网络中以信号通知(signal)流规范，要求每个路由器运行特定软件(要求必须改动路由器)并且建立许多队列，而这需要额外的处理以及路由器存储器。在大型网络中很难对该方案进行管理，如果任何一个路由器耗尽了带宽，则预留尝试将失败。
需要一种带宽协同的复杂***，而建立预留的延迟会很长，将导致例如VoIP呼叫用户的拨号后延迟等问题。在试图将该方案扩展到更大型网络中时也会产生严重的问题。
现在参照图1，本发明提供了一种对于在需要对最小数据包延迟提供某些保证的情况下保证用户有可用带宽这一问题的简单解决方案。因此，包括多个路由器3(为简化起见图中只示出了两个)的IP网络2可能由于例如其它网络用户4、5造成的P2P业务量而拥塞。
假设第一用户终端6需要到第二用户终端7的保证路径，之后终端6开始传输一系列数据包。随着时间的流逝，由于拥塞，该数据包流使较低优先级(例如P2P)的数据包后退(back off)。而这种情况的发生需要花费一些时间，从而在需要保证流之前建立哑数据包流就保证了在需要时间先决数据包传输之前在终端6与7之间建立路径。这样，当用户终端6需要保证流时，用时间先决数据包替换哑数据包流，这比在拥塞网络中试图为时间先决数据包建立流更为有效。
因此，由于哑流限制了P2P业务量(否则P2P业务量将消耗所有可用带宽)，所以在等待P2P业务后退时可以从无到有地建立起语音或视频呼叫而不会引入明显的延迟。
图1以最简单的形式示出了本发明的概念，由于本发明基于运行特定网络软件的终端节点6、7，而该特定网络软件位于常规的TCP/IP协议栈上，因此无需对路由器或其它网络组件进行改动。
参照图2，为了实现本发明只需对要在其间建立哑流的两个端点进行改动。哑流应用8位于TCP/IP协议栈上，与常规数据包流一样使用RCP/UDP监视最大延迟为100ms的64kbps流并且调节数据包传输以确保维持此流速率。这是使用通常针对实时流的RTCP反馈来完成的，没有必要对RTP/RTCP层9的操作进行改动。
所以，UDP层10、IP层11和物理层不会由于执行该方案而改变，对RTCP响应的监视允许该应用在必要时将传输速率增大至64kbps以上，以确保P2P业务量从拥塞路径后退并且哑流层8和诸如VoIP应用12的应用接口之间的接口能够立即使用所建立的路径，而无需等待其它造成业务流停止的拥塞。
考虑到本发明的优点的例子，现在参照图3，其示出了与其它所谓的宽带业务量共享的一部分VoIP网络。可以由例如许多计算机21、22和家庭电话23共享路由器或DSL调制解调器20(有时也称为“家庭集线器”)。诸如家庭录像机(未示出)等的其它设备也可使用该家庭集线器来进行非时间先决下载，诸如应急警报器等设备可使用该家庭集线器以时间先决通信模式链接到应急业务。
在许多DSL宽带连接中，上行链路带宽可能比下行链路带宽窄得多，ADSL种的典型差异为，上行链路256kbps下行链路2Mbps。因此，如果家庭中的任何用户正在使用所有的上行或下行链路进行非时间先决通信(例如将电影下载到记录器中以便之后观看)，那么用电话23在同一DSL链路上进行的任何语音呼叫尝试都将失败。
现在，通过在路由器20和宽带远程接入服务器(B-RAS)25之间经由线路和数字用户线应用复用器(DSLAM)24(它不受该实施的影响，也无需为执行本发明而进行任何改动)建立哑流，可获得时间先决数据包的保证路径，这样就能够继续提供这种我们认为是PSTN的POTS方面的一部分的“即时电话”而不需要为电话和宽带应用建立不同的线路。
作为用户和IP网络之间的第一网关，通过到B-RAS24的保证路由可以避免建立即时电话或视频呼叫时的延迟，从而电话23和电话26之间的呼叫就不会受到路由器20和B-RAS25之间的其它IP业务量的影响。
尽管本发明针对哑流业务量的特定值进行了描述，但是应该明白的是，根据预期的业务量类型，可以提供更高或更低的业务量保证流。同样地，在应用层12接管保证数据包流的同时，可能开始了新的哑流，造成其它非时间先决数据包后退以便在第一流在用的同时开始其他实时应用。
可以只在业务量大或预计家庭集线器20将要拥塞的预定时刻运行哑流应用。这样哑流应用8旧可以只在预先设置的时间内运行，该预先设定的时间可根据每天不同的时间段或者一周中不同的日期而有所不同，或者可以通过获知家庭集线器20处出现拥塞的可能时间而有所不同。
该方法不但可以在家里(家庭集线器)应用，还可以同样应用于各种LAN、无线网络等。尤其是在使用团体共享的无线网络情况下，无线路由器所有者可能需要为自身的时间先决数据包流建立保证通信流，并且例如在工作时间内迫使P2P业务后退。

Claims (11)

1.一种在共享通信网络中预留带宽的方法，该方法包括以下步骤：
在网络的第一节点与第二节点之间以预定速率传输哑数据包流；
接收第二节点发送给第一节点的相应哑数据包流；
确定这两个节点之间的延迟时间量和/或丢包率；
将该延迟时间量和/或丢包率与阈值进行比较，低于该阈值则业务质量对于后续时间先决业务量不够高；以及
如果业务质量不够高，则增大这两个节点之间的哑数据包的传输速率，
其中，检测到一个节点发起时间先决数据包流时，用所述时间先决数据包替换所述哑数据包。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述节点之间哑数据包的传输发生在预计会有较高数据拥塞的预定时刻。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述节点之间哑数据包的传输发生在预计所述节点之一上发起时间先决业务之前的预定时刻。
4.一种通信***，该通信***包括共享通信网络，其中该***的一个节点中的控制装置通过向该***中的至少一个其它节点传输哑数据包流而建立到该至少一个其它节点的保证路径，并且从所述其它节点接收相应的哑数据包流，该控制装置确定传输中的延迟时间量和/或丢包率，如果业务质量下降到满足时间先决数据包传输的预定阈值之下，则增大哑数据包的传输速率，其中，检测到所述一个节点发起时间先决数据包流时，该控制装置用所述时间先决数据包替换所述哑数据包。
5.根据权利要求1所述的通信***，其中，该控制装置使哑数据包的传输发生在预料到所选节点之间的拥塞变高的预定时刻。
6.根据权利要求4所述的通信***，其中，该控制装置使所述节点之间哑数据包的传输发生在预计所述节点之一上发起时间先决业务之前的预定时刻。
7.根据权利要求4所述的通信***，其中，在时间先决数据流传输完成后，该控制装置使哑数据包的传输重新开始。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的通信***，其中，所述节点中的一个是共享家庭路由器，而该控制装置位于与其相连的终端内。
9.根据权利要求8所述的通信***，其中，该共享家庭路由器是无线集线器。
10.根据权利要求9所述的通信***，其中，该无线集线器承载VoIP电话呼叫。
11.根据权利要求4-7和9-10中任一项所述的通信***，其中，所述节点中的一个是宽带远程接入服务器。
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