CN1943140A - 在共用传输协议包中传送属于不同用户的数据包的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法、装置和***，用来在通信***、尤其是在无线局域网中处理如语音包之类的短数据包。本发明基于将来自网络中的若干活动用户的多个数据包收集到一个数据传输协议包中，传送并接收这种协议，其中上述若干数据包中的每个包都编址到特定的地址。这样就减少了开销/数据比，从而提高了网络的容量。

Description

在共用传输协议包中传送属于不同用户的数据包的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用来在数据传输***、尤其是局域网中传送和接收数据包的方法和装置。
发明背景
信息和数据的通信使用许多不同的信道和介质，比如有线或无线数据通信网、LAN(局域网)、因特网、GSM等，但这些网络最初是针对特定用途设计的。未来的通信***将会是多接入(Multi-access)***，即通信***将由使用不同接入技术的重叠的无线接入网组成，比如通信网络可以由覆盖相同区域的WCDMA网、GSM网和无线局域网(WLAN)组成。多接入***之所以出现，是因为很难在通信***(如个人局域网、室内区域、热点、广域网等)中设计一种适用于所有种类的服务和所有配置方案的单接入技术。更换前代***的成本也很高，因为前代***已经广泛部署，运营商可能会失去已有的客户群。一种可以在多接入***中使用的这类通信***是所谓的LAN，尤其是WLAN。WLAN中使用最多的标准其中之一是IEEE 802.11标准。为了通过WLAN传输数据，IEEE 802.11***使用称为载波监听多路访问(CSMA)的介质访问控制(MAC)协议。这种MAC协议包括较大的报头、其后为净荷数据帧并且以帧校验序列结束，上述报头包括目的地址、源地址、以及指示承载的协议类型的字段。根据上述协议，MAC包由若干时间间隔(如退避时间、短帧间间隔SIFS以及分布式帧间间隔DIFS)分开。物理层也添加额外的开销。在图1中说明了由简单数据传输引起的上述开销的实例。
当使用MAC协议在LAN或者WLAN中传输语音时，由语音服务的语音编码器产生的短语音包被***到MAC包的数据帧中。因此MAC/PHY报头与数据相比而言很大，形成大的开销。此外，由时间间隔造成的MAC包的分离使例如在WLAN网络的接入点的下行链路中的语音包的传输延迟。当传输语音时，该间隔和MAC/PHY包报头形成了按包计算的大的开销，并且该开销与语音包长度无关。
通过帧交换和退避时间的简单分析，揭示了IEEE 802.11 MAC对于支持话音业务的一些基本特征和限制。
PLCP前同步码和PLCP报头共占用了9×8/1Mbps+6×8/2Mbps＝96μs的时间用于传送。当使用11Mbps时，MAC报头和FCS占用的时间是(30+4)×8/11Mbps＝31μs。假设64Kbps语音编码器和帧长20ms，不考虑RTP/UDP/IP报头，语音帧的大小为64kbps×20ms＝1280位。在11Mbps时，需要花116μs时间来传送。结果全部的传输时间共计是96μs+31μs+116μs＝243μs。在可以传送下一帧之前，还需要传送一个确认。在接收到数据帧之后10μs传送该确认。该确认的格式与具有14个字节MSDU净荷的数据帧的格式相同。在11Mbps时，该确认的传输时间为96μs+31μs+14×8/11＝137μs。在该确认传送之后，介质至少需要空闲50μs。所以整个帧交换时间是243μs+10μs+137μs+50μs＝440μs。这对应于(440μs-116μs)/440μs＝74％的相对开销。
在传送对话语音环境中的另一个问题是包的传输延迟必须小，因为长延迟破坏了对话的交互。因此通常不可能等待、存贮或缓冲语音包到更大的范围，而这对于其他类型的数据则是可行的。
当网络***使用分布式协调功能(DCF)时，为了避免传送包的冲突，延迟问题同样存在。DCF涉及到侦听其他正在传送包的站，并试图通过使用随机的退避等待来实现冲突避免。通过要求准备传送的每个装置选择一个有特定范围的随机值来实现冲突避免。然后每个装置在开始传输之前，必须在前一个传输之后等待这个随机时间。这样对于每个发射机都有平等的接入机会。
对于使用一个接入点和许多移动装置的WLAN来说，这意味着在下行链路中只有一个发射机(接入点)，而在上行链路中有数个装置(移动装置)，由此只能选择一个随机数的接入点必须与其他装置竞争，这又可能意味着对来自接入点的传输的不利的延迟，原因是所有这些传输必须共享与上行链路接入可能性相等的接入可能性。
文献US6496499 B1公开了一种方法，其用于协调接入无线网络的同步装置，以使冲突风险最小化。但是它没有解决MAC协议开销的固有问题和由此引起的关于语音传输的容量问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决通过通信网络传送语音或者其他短数据包时每个包开销相对较大的缺点。
这个目的通过权利要求1、18、19、20、28和29的特征解决。
本发明的有利特征可在独立权利要求中找到。
根据本发明，主要目的是减少传送短数据包时遇到的大量开销，例如在使用诸如MAC协议的传输协议的局域网中传送语音时引起的每个包的大量开销。
此目的是通过在一个数据传输协议包中收集多个数据包、传送该协议并接收该协议而实现，其中所述多个数据包中的每个包都编址到的特定目的地。
在一个如MAC包之类的传输协议包中收集并传送若干数据包将减少每个传送的数据包(如语音)的开销信息量，从而提高了所使用的无线信道的效率。同样也可以减少由退避和SIFS间隔引起的延迟，该延迟以每个包为基础计算。同样，在MAC包在传送之前计划等待很久的情形下(这可能是在下行链路中有DCF的情况)，它可以通过发送在其净荷中的大量数据来补偿很长的等待时间。
通过本发明，在将语音实现为传输的数据媒体的多接入***中使用LAN和WLAN是可能的，其中WLAN与语音有关的缺点已经大大减少。因此获得了现有网络介质对于其他业务的更灵活的使用和/或使用的值得称赞的应用。
通过下面对本发明的详细描述，本发明的这些及其他特性和优点将是显而易见的。
附图描述
在对本发明的下列详细描述中将参考下列附图，附图中，
图1是根据现有技术的MAC包的示意图，
图2是无线局域网WLAN的示意图，
图3是根据本发明的MAC包的示意图，
图4示出根据本发明的编址语音包的实例。
具体实施方式
本发明涉及通过局域网、尤其是无线局域网传送短数据包，上述包可能是通常较短并且在传送之前不能延迟太久的语音包。
通常的想法是将WLAN作为传输语音以及传统数据的通信介质。这就提供了在建筑或局部区域范围内通过利用已有的无线网络使用手机的可能性，该无线网络最初用来将诸如电脑、打印机、调制解调器之类的电子设备无线连接。图2示出具有接入点AP和数个用户终端UT1-n的无线通信网络的示意实例。
在这种网络中，具体描述为MAC协议的数据传输协议用来在用户终端和接入点之间传送数据包。该数据包具有报头并以帧校验序列结束，该报头包括目的地址、源地址和指示承载的协议类型的字段。如图1所示，根据MAC协议，MAC包由若干时间间隔(如退避时间、短帧间间隔SIFS以及分布式帧间间隔DIFS)分开。
本发明的意图是，对于一个或多个活动用户UT1-UTn，在接入点AP收集多于一个的语音包，并且在将它们传送到一个或多个目的地之前，***到MAC包的数据字段中。因此该数据字段被划分成多个语音帧U1-Um(如图3所示)，其中收集来自若干活动用户终端的语音包并***到数据字段中，因此相对于仅可以***一个语音包的情形来说，数据字段拓展了。
因为与MAC包的数据字段的最大长度相比，每个语音包是非常短的，所以可以将来自活动用户终端的大量语音包***并传送到各自的目的地。
作为实例，通常每秒将50个语音包传送到单个用户。如果有10个活动用户，那么依照每个MAC包传送一个语音包的传统方法，每秒需要传送500个MAC包。根据本发明，通过每个MAC包收集并传送多个语音包，收集来自这10个活动用户的包并一起***到一个MAC包中，如果每个用户有一个语音包***到MAC包中，则随后只需传送50个MAC包。因此可以看出开销/数据比减少了10倍。如果在上述MAC包中每个用户***多于一个的语音包，则会有更多的减少。然而这会增加语音包的延迟。
为了使已收集的MAC包中的每个语音包到达其计划目的地，必须为每个语音包提供目的地址。可以应用本领域技术人员公知的用于数据包编址的方法。
下面说明几种可能的方法。一种方法是使用现有的MAC报头，该报头可以设置为广播地址，其中MAC包传送到所有连接的接收机，或者报头设置为多播地址，其中MAC包传送到一组预定的接收机，用于从数据用户中挑选语音用户。为了对数据字段中的每个语音包编址，首先在该数据字段中设置目的地址，用来指示x个字节的语音数据属于特定的用户ID(如在图4实例中的UT1)，随后的y个字节属于另一用户ID(UT3)等，或者指示的是同一个用户。在这种情况下，应当理解的是上述顺序也可以颠倒，即可以先是用户ID，然后是属于该用户的字节数。如果预先规定每个语音帧，并且其字节大小固定，那么可以忽略属于每个用户ID的字节数，并且在地址字段只具有用户ID，其中第一语音帧的语音包属于地址字段中的第一用户ID，第二语音帧的语音包属于第二ID等等。用户ID可以是MAC地址、IP地址或者在网络中唯一的其他标识符。
语音包的收集可以用不同的方式实现，例如可以在定义的时间间隔内，该时间间隔可以是周期性的或者在第一个收集的包之后。后者适用于有延迟要求的包、如语音。收集原理的其他实例是存储预定数量的包，即在MAC包传送之前，存储包直到填充满预定大小的数据字段和/或存储了来自预定数目活动用户的包。这些特性可以一直固定不变，或者根据应用和/或网络的负载动态改变。数据字段大小的一个实例是MAC协议最大段长度为2346字节。也可以应用收集原理的组合，当满足几个要求或者满足几个要求其中之一时传送MAC包。例如，当达到定义的数据大小时，传送MAC包以使开销最小化，或者从第一个收集的数据包之后经过一段时间传送MAC包，以达到仍然满足延迟要求的目的。
此外，还可以将用户ID和属于它的可能字节数更直接性的连接到数据字段中的每个语音包，而不是在数据字段的开头具有地址。
另一种可能性是修改MAC报头，使得在MAC报头的地址字段中设置每个语音包的目的地址，这样就允许对多用户的直接编址。
现在可以通过几种方法实现这点，比如，上面描述的并且在数据字段中使用的编址原理可以替换为MAC报头的一部分。
显然，存在多种可能的对每个语音包编址以使其到达计划目的地的方法。
如同每个MAC包包含来自不同用户的语音包一样，每个MAC包当然也可以包含来自一个用户的一个以上的包。比如，如果只有几个活动用户，那么来自一个用户的几个包可以***到一个MAC包中。在一些应用中，如果填充MAC包的数据字段比较方便，则语音包可以与普通数据包混合。于是必须制定规则以对数据字段的不同部分寻址。
实施本发明的另一种可能是将来自活动用户的语音包存储到连接到时分多路复用单元的各个输入端的各个缓冲器中，该时分多路复用单元的输出端生成集中的或复用的语音包。
本发明通过从数个活动用户收集语音包，除了减少开销/数据比、即提高了容量之外，还有这样优点，即可以改进包在具有分布式协调功能DCF的WLAN中的传输，其中具有试图接入下行链路的一个随机数字的接入点必须与网络中所有具有相同可能性的多个活动移动终端竞争。当接入点开始传送时，它实际在一次传输过程中发送数据、语音包到若干用户，而不是传统方式下的仅一个用户。从而在下行链路中，抵消了减少的每一用户接入率。
通常在使用MAC协议的LAN中传送数据时，确认ACK要返回到发射机，指示已经收到包。就本发明和通常的MAC包结构而言，由于数据字段的不同部分由不同的目的地接收，所以很难传送ACK。此外根据IEEE802.11标准，对于无线局域网，当响应广播或者多播消息时并不发送ACK。根据本发明的方法既能够接受不传送ACK(常见的情形是如GSM类的语音传输***)，也可以修改MAC协议以允许ACK的引入，例如通过让用户在传送ACK时，使用普通或者修改的信道接入程序争夺上行链路。
另外，通过使用通信网中任何可用的装置，可以给包含若干用户包的传送包优先级。例如在802.11无线局域网中，可以使用比DIFS更短的帧间间隔，或者平均时间更短的退避计时器。
尽管已经详细描述了用于语音包的情形，本发明当然也可用于其他类型的小数据包，特别是来自不同源的延迟敏感包，例如网络游戏。另外也可以应用于任何具有广播功能、每个包有高开销的通信网络。
应当理解的是，附图中示出和上面描述的实施例仅作为本发明的非限制性实例，并且可以在本专利的权利要求所定义的保护范围内进行修改。

Claims (31)

1.一种用来通过通信网络传送数据包的方法，利用包括报头和数据字段的传输协议包，所述报头又包括地址字段，其特征在于，对来自所述通信网络中的若干活动用户的若干数据包进行收集并***到传输协议包的所述数据字段，并且传送所述传输协议包。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于每个***的数据包都和单独地址相关联。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于在所述传输协议的所述报头中使用广播地址或组地址，并且将单独地址附加到所述数据字段的每个数据包上。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于在所述传输协议的所述报头中设置所述单独地址。
5.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述传输协议是MAC协议。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述MAC协议是载波侦听多路访问协议。
7.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述数据包包括语音包。
8.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在将许多数据包***所述数据字段之前存储所述许多数据包的其他步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于在指定时间间隔内存储收集的数据包。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于存储指定数量的数据包。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于存储数据包填充满指定大小的数据字段。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于将来自若干活动用户的数据包存储到连接到时分多路复用单元的各个输入端的各个缓冲器中的其他步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于存储来自指定数目的活动用户的数据包。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于将多路复用的数据包转发到分组单元用来***到所述数据字段的其他步骤。
15.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于局域网是无线局域网。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于在接入点进行所述收集。
17.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于包含来自若干用户的数据包的所述传输协议被给予传输优先权。
18.一种接收根据权利要求1-17中任一权利要求的传送的数据包的方法，其特征在于接收所述传输协议包，识别所述传输协议包的报头的地址，并且如果正确，则在所述传输协议包的数据字段中收集至少一个数据包。
19.一种计算机程序产品，包括用来使计算机或处理器执行权利要求1-18中任一权利要求所述的步骤的计算机代码组件和/或软件代码部分。
20.一种用来通过通信网络传送数据包的装置，利用包括报头和数据字段的传输协议包，所述报头又包括地址字段，其特征在于，对来自所述通信网络中的若干活动用户的若干数据包进行收集并***到传输协议包的所述数据字段的部件，以及传送所述传输协议包的部件。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于将***的数据包与单独地址相关联的部件。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于在所述传输协议的所述报头中使用广播地址或组地址，并且将单独地址附加到所述数据字段的每个数据包上的部件。
23.如权利要求21所述的装置，其特征在于用于在所述传输协议的报头中设置所述单独地址的部件。
24.如前面权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述传输协议是MAC协议，并且所述数据包包括语音包。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于所述MAC协议是载波侦听多路访问协议。
26.如前面权利要求中任一项所述的装置，其特征在于在将许多数据包***所述数据字段之前存储所述许多数据包的部件。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于将来自若干活动用户的数据包存储到连接到时分多路复用单元的各个输入端的各个缓冲器中的部件。
28.一种接收从根据权利要求20-27中任一权利要求的装置传送的数据包的装置，其特征在于用来接收所述传输协议包的部件，用来识别所述传输协议包的报头的地址的部件，并且如果正确，用来在所述传输协议包的数据字段中收集至少一个数据包的部件。
29.一种用来在通信网络中处理数据包的***，利用包括报头和数据字段的传输协议包，所述报头又包括地址字段，所述***包括用来对来自所述通信网络中的若干活动用户的若干数据包进行收集并***到传输协议包的所述数据字段的部件，用来传送所述传输协议包的部件，用来接收所述传输协议包的部件，用来识别所述传输协议包的报头的地址的部件，并且如果正确，用来在所述传输协议包的所述数据字段中收集至少一个数据包的装置。
30.如权利要求29所述的***，其特征在于所述局域网是无线的。
31.如权利要求30所述的***，其特征在于在接入点进行所述收集。
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