CN1261486A - 复接语音信道往返延迟的最佳化 - Google Patents

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Abstract

数据分组通过复接的通信介质在前向和反向发射,其中的每个数据分组与多条连接中相应的一条关联。通过对每个连接指定前向延迟极限以及相应的反向延迟极限来完成传输,其中前向和反向延迟极限的总和等于该连接的往返延迟上限。指定的前向延迟极限用于确定多条连接所提供的数据分组在前向上发射的顺序。类似地,指定的反向延迟极限用于确定多条连接所提供的数据分组在反向上发射的顺序。一个实施例通过维护前向和反向连接标识符列表来完成前向和反向延迟极限的指定,该列表例如在前向上基于连接建立时间的升序、在反向上基于连接建立时间的降序来排序。在另一个实施例中,传输顺序通过对到达的数据分组在相应的连接标识符时刻进行排序来确定,其中前向和反向排序规则被选定为:前向传输延迟极限和反向延迟极限之和小于或等于每条连接的往返延迟上限。

Description

复接语音信道往返延迟的最佳化
                      背景技术
本发明涉及复接信道上的数据传输，更具体地涉及使复接信道上发射的数据所经历的往返延迟最佳化的技术。
抽样的语音源产生通常由恒定或可变大小(后一种情况来自压缩或静音消除)的周期性分组组成的数据业务流。如果大量的语音连接在同一条传输链路上复接，当传输链路已经忙于传输另一个分组时缓存到来的这些语音分组所带来的延迟会被包括在传输延迟中。在最坏情况下，短时间间隔内到来的许多以及所有的分组会因此而要求排队等待传输。对于大量的连接，这种排队延迟可能成为端到端延迟的主要部分。
由于语音连接以对所有抽样都相同的固定的到达时间间隔来发送抽样(这里称为“语音分组重复率”)，只要连接存在，来自不同连接的分组的定时关系就不会改变。这意味着如果大量连接(在极端情况，是它们中所有的连接)同时发送它们的分组，它们将连续这样做直到这些连接被释放。如果使用先入先出(FIF0)缓存，理想***分析会得出这样的结论：其中的一条连接总是使它的分组首先到达，另一条连接总是使它的分组第二到达，依次递推，从而导致以可预测的顺序缓存这一组中的每条连接。但是，实际上，每条连接精确的到达时间中存在一些变化(这里称为“抖动”)。因此，传输的顺序(并且因而是本组中发送的分组的缓存延迟)将与抖动有关，而且会是不能预测的。由于这种不可预测性，常规***设计需要保证每条连接能够处理最坏情况的延迟，即，该连接的分组是本组中待传输的最后一个的情况。
这种情况在图1中说明。一组连接101的分组有规律地近似同时到达，这样在时刻t＝1，它们按照组103以第一顺序发射。例如，第三连接提供的数据分组105碰巧首先发射，第四连接提供的数据分组107碰巧第四发射。
但是在时刻t＝2，分组到达时间的抖动导致要采用不同的传输顺序。在这个例子中，来自第三连接的分组105’不再第一而是第四发射。要发射的第一分组(即，分组109)则来自第一连接。类似的传输顺序改组也影响其他连接。
因此，可以看到，当大量连接同时发送它们的分组时，复接顺序将使一些分组产生很小的复接延迟，而其它则要等待很长时间。但是，传输顺序的变化意味着任何连接都可能在任意时刻使它的分组最后发射，从而导致最长的可能的单向复接延迟(这里称为“延迟极限”)。如果所有连接都具有相同的复接延迟极限，那么***的容量必须确保：即使是最后的分组也要及时发射，换句话说，其性能要为“最坏情况”的可能性而定制。未最后发送的那些分组会具有小于延迟极限的复接延迟，但是这个差别是不使用的，因此是个浪费。
对于话音连接，往返延迟比单向传输延迟更重要，因为显著的往返延迟明显影响两个人通过通信信道互相说话的能力。因为常规***是根据每条连接经历最坏情况延迟的假设来设计，导致最大往返延迟将包含最大的复接延迟两次(即，一次在前向，一次在返回方向，即反向)。因此，常规***必须设计成容纳等于两倍延迟极限的往返延迟。
因此，需要一种技术，使通过共享介质发射的语音分组经历的往返延迟最佳化。
                      发明概要
根据本发明的一个方面，数据分组通过复接的通信介质在前向和反向发射，其中的每个数据分组与多条连接中相应的一条关联。可以通过对每个连接指定前向延迟极限以及相应的反向延迟极限来完成传输，其中前向和反向延迟极限的总和等于该连接的往返延迟上限。指定的前向延迟极限用于确定多条连接所提供的数据分组在前向上发射的顺序。类似地，指定的反向延迟极限用于确定多条连接所提供的数据分组在反向上发射的顺序。
在本发明的另一个方面，通过维护前向和反向连接标识符列表来完成前向和反向延迟极限的指定。前向列表在前向连接建立时刻以第一排序顺序来进行排序，反向列表在反向连接建立时刻以第二排序顺序来进行排序。第一和第二排序顺序是关联的，这样给定的连接标识符与前向列表头的距离小于或等于那个连接标识符与反向列表尾的距离。
在本发明的另一个方面，到达的数据分组的传输顺序通过基于它们相应的连接标识符来排序到达的数据分组(或代表到达的数据分组的标识符)而确定。前向和反向的排序顺序是相关联的，这样给定的连接标识符与前向列表头的距离小于或等于那个连接标识符与反向列表尾的距离。
                  附图的简要描述
本发明的目的和优点将通过结合附图阅读如下详细描述来理解，其中：
图1是说明与常规***中数据传输有关的不可预测复接延迟的图；
图2A、2B和2C说明根据发明一个方面得到的前向、反向以及往返延迟。
图3A、3B和3C说明根据常规***的前向、反向已经往返延迟；
图4是根据发明一个实施例的基于列表的传输***框图；以及
图5是根据发明另一个实施例的基于排序的传输***框图。
                      详细描述
本发明的各种特性现在将针对图来描述，其中类似的部分用相同的参考字符来标识。
根据发明的一个方面，复接信道的性能通过为每条连接指定自己的往返延迟上限而显著改善。这是通过采用了如下策略来完成的：每条连接指定一个前向延迟极限和相应的反向延迟极限，使前向和反向延迟极限之和小于或等于往返延迟上限。指定的前向和反向延迟极限决定了所对应的连接的语音分组相对于组内其它连接的分组发射而言的发射顺序。
根据本发明的一个实施例，为每条连接指定了相同的往返延迟上限，其方法是：为每条连接指定前向和反向延迟极限，以使得经历了大的前向复接延迟的连接将具有小的反向复接延迟，反之亦然。更具体地，每条连接所指定的前向延迟极限dforward在如下范围：
                    dmin≤dforward≤dmax
这里dmin是预定的最小复接延迟，dmax是预定的最大复接延迟。那么，每条连接进一步地指定相应的反向延迟极限dbackward在如下范围：
                 dbackward≤dmax-dforward
当在前向发射语音分组时，通过安排它的传输顺序使得实际的前向复接延迟不大于前向延迟极限dforward。类似地，当在反向发射语音分组时，安排它的传输顺序使得实际的反向复接延迟不大于反向延迟极限dbackward。这种技术导致往返延迟的降低等于单向延迟的可变部分。
这种技术的结果在图2A、2B和2C中描述。首先参考图2A，可以看到每条连接都指定了前向复接延迟201，其范围从低到高。现在参考图2B，每条连接也指定了反向复接延迟203，其范围从高到低。结果如图2C所示，往返复接延迟205(等于前向复接延迟加上反向复接延迟)对于每条连接都是相同的。
这些结果可以与用常规方法(其中前向复接延迟与反向复接延迟不关联)实现的结果(见图3A、3B和3C)相比较。在图3A中，表示了连接的前向复接延迟301。前向复接延迟301分布明显随机性的原因是因为这些延迟没有根据任何东西来分配。
在图3B中，表示了连接的反向复接延迟303。在常规***中，这些延迟的分布也是明显随机的，特别是对于任何一个连接，在反向复接延迟303和前向复接延迟301之间没有任何关联。因此，在常规***中，往返复接延迟305不仅是不一致的，而且更重要的是，它们随着传输而变化(没有表示)，因为不能保证前向或反向复接延迟对于各次传输都是一样的。应该进一步注意的是，在图3C中，最大可能的往返延迟(没有表示)可能超过实际的最大往返延迟307，因为如果同一连接在前向和反向都经历了最大的复接器延迟，就可能出现最大可能的往返延迟。
这里描述的本发明的往返延迟最佳化技术要求前向和反向复接器有能力识别并排序属于不同连接的分组。现在将描述两个使用不同技术进行这种排序的实施例。在一个实施例中，列表是根据目前建立的连接而维护的。在第二实施例中，使用实时排序。为了有利于理解发明，两个描述假设所有连接都同时发送它们的分组。但是，本发明不限于这个假设。而且，该技术也可以用于连接“组”，即，同时发送分组的一组连接。在这种情况下，复接器必须在组之间区分。
基于列表的实施例：
现在将参考图4描述基于列表的实施例。在此表示了与反向***403交换语音分组的前向***401。前向***401具有前向复接器405，用于对前向传输介质407提供语音分组，其中语音分组从多条连接提供的多个语音分组409中选出。前向复接器对语音分组的选择受到前向传输控制单元411的控制。
反向***403类似地具有反向复接器415，用于对反向传输介质417提供语音分组，其中语音分组从多条连接提供的多个语音分组419中选出。反向复接器对语音分组的选择受到反向传输控制单元421的控制。
根据本发明的这个实施例，前向传输控制单元411包括前向复接列表413，反向传输控制单元421包括反向复接列表423，每个列表具有标识目前建立的话音连接的项。
每当建立新连接时，它的连接标识符必须***到前向和反向复接列表413和423的每一个中去。具体地，前向***401在前向复接列表413的开始***新连接标识符(例如，图4中所示的连接“A”)，而反向***403在反向复接列表423的结尾***同一连接标识符。(“前向”和“反向”的标注当然只是区分两个方向的。其作用是互换的。)当然，新连接标识符在各自的前向和反向复接列表413、423的开始及结尾的***只是一个实施例。一般而言可以这样实施本发明：将新连接标识符***前向复接列表413的任意位置，只要同一新连接标识符在反向复接列表423中的位置以如下方式确定：即，确保在前向复接列表413中的新连接标识符与前向复接列表413的头部之间的距离小于或等于新连接标识符在反向复接列表423中的位置与反向复接列表423的结尾之间的距离即可。(同样，“前向”和“反向”的指定是任意的。)
如果连接被释放，它的标识符就从前向和反向复接列表413和423的每个中删除。
当分组在前向和反向***401、403的每个中到来时，它们的连接标识符被读取，并根据它们的标识符在前向和反向复接列表413、423相应的一个中的顺序来发射分组。在图4所示的例子中，连接“A”的分组首先从前向***401发射，最后从反向***403发射。
抖动引起分组不是完全同时到达是可能的。这就产生了这样的可能性：一个现在应该发射的分组尚未提供，而其它分组(来自其它连接)已经在缓存器(未表示)中。这种情况称为“线路头阻塞(Headof line blocking)”。在这种情况下，前向及反向***401、403中的每一个可以采取如下可替换的策略之一：
1)一直等候到这个漏失的分组到来。这样可能导致所有分组延迟最大的抖动时间，该时间仍然比延迟补偿少得多。
2)将列表指针推进，以便跳过没有提供的分组，但是在发射下一个分组之后，列表指针必须再次设置返回这个跳过的分组。由于抖动通常小于一个分组的传输时间，跳过的分组很可能现在已经提供。在发射了跳过的分组之后，将指针推进到下一个尚未发射的分组。在另一个实施例中，可在不需要列表指针的情况下使用相同的策略，其方法是提供用于在每个分组的发射间隔处标识可提供最高优先级的分组的装置，其中的优先级根据预定的排序顺序方案而确定。
上述基于列表的实施例有利地用于那些处理功率是有限资源的***中。它的缺点是必须为每个前向和反向传输控制单元411、421提供有关现有连接的信息。
基于排序的实施例
现在将参考图5描述基于排序的实施例。这里表示了与反向***503交换语音分组的前向***501。前向***501具有前向复接器505，用于提供语音分组给前向传输介质507，在那里，语音分组从由多条连接提供的多个语音分组509中选出。前向复接器对语音分组的选择受到前向传输控制单元511的控制。
反向***503类似地具有反向复接器515，用于提供语音分组给反向传输介质517，在那里，语音分组从多条连接提供的多个语音分组519中选出。反向复接器对语音分组的选择受到反向传输控制单元521的控制。
在这个实施例中，前向传输控制单元511包括前向排序器513，反向传输控制单元包括反向排序器523。向前向排序器513提供了前向分组到达信息523，向反向排序器523提供了反向到达信息525。
这个硬件如下操作：
对于前向和反向***501、503的每一个，到达分组根据它们的连接标识符进行排序，这些标识符不一定是前向和反向传输控制单元511、521提前得知的。连接标识符信息被包括在前向和反向分组到达信息523、525的每个中。前向排序器513以递增的(即，升序)标识符顺序对连接标识符信息进行排序，反向排序器523以递减的(即，降序)标识符顺序对连接标识符信息进行排序。或者，不使用递增和递减排序顺序，分组可以用任意方式排序，只要前向和反向排序器512、523所产生的顺序满足这样的条件：即，在前向发射任何一个给定连接的分组所得的延迟将小于或等于最大可能延迟和与在反向发射给定连接的分组有关的延迟之间的差(“前向”和“反向”的指定是任意预定的)。
前向和反向传输控制单元511、521中每一个控制它们各自的前向和反向复接器505、515，使得分组以各个前向和反向排序器513、523确定的顺序发射。同样注意的是一个方向指定为“前向”，另一个为“反向”完全是任意的，作用是可互换的。
在前向和反向***501、503的每个中，到达分组被***缓存器(未表示)中。如果缓存器非空，最新到达的分组根据它的连接标识符被***缓存器，换句话说，好象缓存器被重新排序了。正如这里所用的，术语“缓存器”可以指用于对分组本身进行排序的缓存器，或者可以指用于存储前向和反向传输控制单元511、521各自所用的连接标识符信息的被排序的列表的缓存器。
一个分组发射完之后，它从缓存器的开头被去掉，处于缓存器新头的分组被取为下一个。
上面描述的基于排序的实施例有利地应用于一个对前向和反向传输控制单元511、521提供有关现有连接的信息发生问题的***中。这种技术的缺点是每个前向和反向***中需要大量的处理功率，以便能够进行排序和其它操作。
与常规技术相比，通过减少前向和反向往返延迟的总和，这里描述的本发明技术能够提高在链路上复接话音连接的效率。
本发明已经参考特定实施例进行了描述。但是，对本领域技术人员十分显然的是用特定的形式、而不是上述的那些优选实施例来实施发明是可能的，这可以在不背离发明精神的前提下完成。例如，本发明已经结合语音分组而描述。但是，这里描述的技术可用于任何数据分组的传输，不管它们内容所代表的是什么。因此，优选实施例只是说明性的，在任何方面都不应理解为限制性的。本发明的范围由所附权利要求、而不是前面的描述给出，落入权利要求范围内的所有变化及等效物都被认为是包含于其中的。

Claims (26)

1.通过复接的通信介质在前向和反向发射数据分组的方法，其中，每个数据分组与多条连接中相应的一条相关联，该方法包括如下步骤：
对每个连接指定前向延迟极限以及相应的反向延迟极限，其中，前向和反向延迟极限的总和小于或等于对于该连接的往返延迟上限；
使用指定的前向延迟极限确定多条连接所提供的数据分组在前向上发射的顺序；并且
使用指定的反向延迟极限确定多条连接所提供的数据分组在反向上发射的顺序。
2.权利要求1的方法，其特征在于：
对于每条连接，前向延迟极限dforward在如下范围：
                    dmin≤dforward≤dmax
这里dmin是预定的最小复接延迟，dmax是预定的最大复接延迟；而且
对于每条连接，根据下式为相应的反向延迟极限dbackward指定一个值：
                 dbackward≤dwax-dforward
3.权利要求1的方法，其特征在于，往返延迟上限对于每条连接都是相同的。
4.通过复接的通信介质在前向和反向发射数据分组的方法，其中，每个数据分组与多条连接中相应的一条相关联，该方法包括如下步骤：
提供前向复接列表；
提供反向复接列表；
当建立连接时，在前向复接列表的第一位置***相应的连接标识符，并在反向连接列表的第二位置***相应的连接标识符，其中，第一位置与前向复接列表头的距离小于或等于第二位置与反向列表尾的距离；
在前向，以前向复接列表确定的顺序发射由多条连接提供的到达的数据分组；并且
在反向，以反向复接列表确定的顺序发射由多条连接提供的到达的数据分组。
5.权利要求4的方法，其特征在于：
第一位置是前向复接列表的头；而且
第二位置是反向复接列表的尾。
6.权利要求4的方法，还包括如下步骤：
如果现在应该发射的第一数据分组尚未提供，而来自其它连接的数据分组可提供，那么一直等候到第一数据分组变为可提供。
7.权利要求4的方法，还包括如下步骤：
对于前向，如果现在应该发射的第一数据分组尚未提供，而来自其它连接的数据分组可提供，那么跳过第一数据分组并发射前向复接列表所确定的下一个数据分组。
8.权利要求7的方法，其特征在于，跳过第一数据分组并发射前向复接列表所确定的下一个数据分组的该步骤还包括如下步骤：
在发射前向复接列表所确定的下一个数据分组之后，发射第一数据分组。
9.权利要求8的方法，还包括如下步骤：
发射第一数据分组之后，发射前向复接列表所确定的下一个尚未发射的数据分组。
10.通过复接的通信介质在前向和反向发射数据分组的方法，其中，每个数据分组与多条连接中相应的一条相关联，该方法包括如下步骤：
在前向，根据基于该对应的连接的连接标识符的第一排序规则，对到达的数据分组进行排序，并以基于前向排序步骤的顺序在前向发射到达的数据分组；并且
在反向，根据基于该对应的连接的连接标识符的第二排序规则，对到达的数据分组进行排序，并以基于反向排序步骤的顺序在反向发射到达的数据分组，
其中，选择第一和第二排序规则，使得前向传输延迟极限与反向传输延迟极限的总和小于或等于每条连接的往返延迟上限。
11.权利要求10的方法，其特征在于：
第一排序规则是升序排序；而且
第二排序规则是降序排序。
12.权利要求10的方法，其特征在于，在前向进行排序和发射的步骤包括如下步骤：
在缓存器中***到达数据分组，使缓存器包含所有已经到达的数据分组，其中缓存器内容按照升序进行排序；以及
以升序从缓存器头发射到达数据分组。
13.权利要求10的方法，其特征在于，在前向进行排序和发射的步骤包括如下步骤：
在缓存器中***到达的数据分组所关联的连接标识符，使缓存器包含所有已经到达数据分组所关联的连接标识符，其中缓存器内容按照升序排序；以及
以缓存器中连接标识符顺序所确定的顺序发射已经到达的数据分组。
14.通过复接的通信介质在前向和反向发射数据分组的装置，其中，每个数据分组与多条连接中相应的一条相关联，装置包括：
用于对每个连接指定前向延迟极限以及相应的反向延迟极限的装置，其中，前向和反向延迟极限的总和等于连接的往返延迟上限；
使用指定的前向延迟极限确定多条连接所提供的数据分组在前向上发射的顺序的装置；以及
使用指定的反向延迟极限来确定多条连接所提供的数据分组在反向上发射的顺序的装置。
15.权利要求14的装置，其特征在于：
对于每条连接，前向延迟极限dforward在如下范围：
                    dmin≤dforward≤dmax
这里dmin是预定的最小复接延迟，dmax是预定的最大复接延迟；而且
对于每条连接，根据下式为对应的反向延迟极限dbackward指定一个值：
                  dbackward≤dmax-dforward
16.权利要求14的装置，其特征在于，往返延迟上限对于每条连接都是相同的。
17.通过复接的通信介质在前向和反向发射数据分组的装置，其中，每个数据分组与多条连接中相应的一条相关联，该装置包括：
前向复接列表；
反向复接列表；
用于根据所建立的连接在前向复接列表的第一位置***相应的连接标识符并在反向连接列表的第二位置***相应的连接标识符的装置，其中，第一位置与前向复接列表头的距离小于或等于第二位置与反向列表尾的距离；
在前向，用于以前向复接列表确定的顺序来发射由多条连接提供的到达的数据分组的装置；以及
在反向，用于以反向复接列表确定的顺序来发射由多条连接提供的到达的数据分组的装置。
18.权利要求17的装置，其特征在于：
第一位置是前向复接列表的头；而且
第二位置是反向复接列表的尾。
19.权利要求17的装置，还包括：
用于响应现在应该发射的第一数据分组尚未提供而来自其它连接的数据分组可提供而一直等候到第一数据分组变为可提供的装置。
20.权利要求17的装置，还包括如下步骤：
对于前向，用于响应现在应该发射的第一数据分组尚未提供而跳过第一数据分组并发射由前向复接列表所确定的下一个可提供的数据分组的装置。
21.权利要求20的装置，其特征在于，所述用于跳过第一数据分组并发射由前向复接列表所确定的下一个可提供数据分组的装置还包括：
用于在发射由前向复接列表所确定的下一个数据分组之后发射第一数据分组的装置。
22.权利要求21的装置，还包括：
用于在发射第一数据分组之后发射由前向复接列表所确定的下一个尚未发射的数据分组的装置。
23.用于通过复接的通信介质在前向和反向发射数据分组的装置，其中，每个数据分组与多条连接中相应的一条相关联，该装置包括：
在前向，用于根据基于相应连接的连接标识符的第一排序规则而对到达的数据分组进行排序、并以基于前向排序操作的顺序在前向发射到达的数据分组的装置；以及
在反向，用于根据基于相应连接的连接标识符的第二排序规则而对到达的数据分组进行排序、并以基于反向排序操作的顺序在反向发射到达的数据分组的装置，
其中，选择第一和第二排序规则，使得前向传输延迟极限与反向传输延迟极限的总和小于或等于每条连接的往返延迟上限。
24.权利要求23的装置，其特征在于：
第一排序规则是升序排序；而且
第二排序规则是降序排序。
25.权利要求23的装置，其特征在于，该用于在前向排序并发射的装置包括：
用于在缓存器中***到达的数据分组以使缓存器包含所有已经到达的数据分组的装置，其中缓存器内容按照升序排序；以及
用于以升序从缓存器头发射到达的数据分组的装置。
26.权利要求23的装置，其特征在于，该用于在前向排序并发射的装置包括：
用于在缓存器中***到达的数据分组所关联的连接标识符以使缓存器包含所有已经到达的数据分组所关联的连接标识符的装置，其中缓存器内容按照升序排序；以及
用于以缓存器中连接标识符顺序所确定的顺序发射已经到达的数据分组的装置。
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