Устройство и способ управления качеством в сетях передачи данных
Изобретение относится к системам передачи данных. Разработаны способ и устройство, предназначенные для управления переменными нагрузками по графику в сети пакетной передачи данных. В заданном местоположении (ЗМ) мгновенную потребность в полосе пропускания, требуемой для передачи трафика через множество активных каналов, сравнивают с доступной полосой пропускания. Когда доступная полоса пропускания в этом ЗМ меньше, чем полоса пропускания, требуемая для передачи сигналов, передаваемых по всем этим активным каналам, используют механизм регулировки скорости, по меньшей мере, для одного из активных каналов, периодически повторяя эту проверку. Механизм регулировки скорости применяют к пакетированным сигналам, поступающим по, по меньшей мере, одной группе активных каналов, для обеспечения поддержки уравновешенного качества сигнала для сигналов, передаваемых через все активные каналы, принадлежащие к определенной одной или больше группам активных каналов, чтобы при этом мгновенная общая полоса пропускания, требуемая для передачи всех сигналов, поступающих в ЗМ, не превышала доступную мгновенную полосу пропускания, что улучшает управление сетями пакетной передачи данных. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к системам передачи данных и способам их управления и, в частности, к системам и способам эффективного управления в сетях пакетированной передачи данных, которые работают в условиях изменяющейся нагрузки по трафику.
Уровень техники
Постоянно растущая нагрузка по трафику в сетях передачи данных в течение достаточно длительного времени воспринималась как проблема, которая требует решения. До настоящего времени было предложено несколько решений проблемы. Одно из таких решений рассматривается в IESS-501 (Rev. 3) под названием "Digital Circuit Multiplication Equipment Specification 32 kbit/s ADPCM with DSI and Facsimile Demodulation/Remodulation", 1992. Решение, предложенное на стр.27-29, состояло в снижении количества битов в голосовых каналах в условиях перегрузки сети. Когда это требование невозможно удовлетворить с помощью средств сети, алгоритмы вначале один бит и затем, если требования все еще не удовлетворяются, алгоритмы могут сбросить дополнительный бит.
Другое решение, известное в данной области техники, представляет собой способ, описанный в стандарте G.763, который определяет управление сетью передачи данных в условиях переменной нагрузки по трафику. По существу, в соответствии с этим решением бит сбрасывают из каждого алгоритма, используемого для обработки несущей, и все эти сброшенные биты собирают в "банк" битов. Когда нагрузка в системе увеличивается, можно использовать биты, имеющиеся в банке. Однако, если требование к битам дополнительно повышается и превышает количество доступных битов, каждый алгоритм должен "вкладывать" дополнительный бит в "банк". Процесс продолжается, как описано выше, пока не будут удовлетворены требования сети.
Как можно видеть, эти решения направлены на решения проблем перегрузки и, в частности, не учитывают ни условие уравновешивания, ни обеспечения максимального качества сигнала. Другими словами, решения известного уровня техники направлены на обеспечение передачи трафика через сеть, даже если передача осуществляется не в наилучшем возможном режиме.
В US 6549515 описан способ управления переменной нагрузкой по трафику в сети передачи данных путем установления мгновенного требования к полосе пропускания, расчета общего количества битов, требуемых для передачи по всем активным каналам, и сравнения их с суммарным количеством требуемых битов. После этого используется механизм регулировки скорости передачи битов для каждого из активных каналов в соответствии с алгоритмом, используемым в этом канале.
В US 20030012137 описана система управления перегрузкой пакетной сети с использованием смещенной политики сброса пакетов. После установления соединения и сеанса связи сжатые голосовые данные и пакеты данных начинают передавать между двумя конечными точками пути. Объект управления периодически передает пакеты управления перегрузкой. Пакеты управления обеспечивают периодические контрольные сигналы для кодека на другом конце сеанса. Каждый приемник кодека использует такой периодический контрольный сигнал как индикацию перегрузки сети. При усилении перегруженности сети маршрутизатор, включенный в сеть, сбрасывает избыточные пакеты для исключения ошибки сети. Сеть сбрасывает все пакеты, классифицированные как пакеты управления перегрузкой, всякий раз, когда механизм управления потоком данных детектирует перегрузку или тенденцию к перегрузке. При сбросе пакетов конечные точки повторно согласуют тип кодека и/или параметры для реализации более низких скоростей передачи битов.
В WO 0057606 описан способ сброса данных в канале передачи данных IP (протокол Интернет) сети. Первоначально отслеживают канал передачи данных IP сети для определения возникновения состояния перегрузки. По меньшей мере, некоторые из пакетов данных, передаваемых по каналу передачи данных IP сети, выбирают в ответ на детектирование состояния перегрузки и выбранные пакеты данных сбрасывают из канала передачи данных, в то время как остальные пакеты передают. В соответствии со способом, описанным в этой публикации, полезную нагрузку пакетов данных разделяют на важные параметры и менее важные параметры и менее важные параметры выбирают и сбрасывают. Когда рассматривают пакеты сеансов с потоком с режиме реального времени, выбранные пакеты данных представляют собой такие пакеты, которые имеют одни и те же IP-адреса источника и назначения и порты источника и назначения и состоят из инкапсулированных видео-, аудио- и т.д. сигналов. Сброс этих пакетов из канала связи позволяет устранить из канала связи только одиночные сеансы или сеансы с небольшим количеством потоков в режиме реального времени, в то время как остальные сеансы канала связи остаются без изменений.
Раскрытие всех указанных выше ссылочных материалов приведено в данном описании в качестве ссылочных материалов.
Сущность изобретения
Таким образом, настоящее изобретение направлено на способ улучшения управления сетями с пакетной передачей данных в условиях переменной нагрузки по трафику.
Еще одной целью настоящего изобретения является система и устройство, позволяющие управлять нагрузкой по трафику при передаче данных в соответствии с доступностью системных ресурсов.
Кроме того, настоящее изобретение направлено на создание способа и устройства, обеспечивающих максимальное качество сигналов, передаваемых по одной или больше группам каналов.
Кроме того, настоящее изобретение направлено на способ и устройство, обеспечивающие уравновешенное качество сигналов, передаваемых по одной или больше группам каналов.
Другие цели изобретения будут очевидны из следующего описания изобретения.
В соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения предложен способ управления переменной нагрузкой по трафику в сети пакетированной передачи данных, содержащий следующие этапы:
(i) в заданном месте, в сети пакетированной передачи данных, сравнение мгновенной потребности по полосе пропускания, требуемой для передачи поступающих пакетированных сигналов через множество активных в данный момент времени каналов с полосой пропускания, доступной в этом заданном местоположении;
(ii) применение механизма регулирования скорости для, по меньшей мере, одного из активных каналов, по которым передают сигналы, когда доступная полоса пропускания в этом заданном месте меньше, чем полоса пропускания, требуемая для передачи сигналов, передаваемых по всем этим активным каналам; и
(iii) периодическое повторение этапов (i) и (ii);
в котором механизм регулирования скорости применяют к пакетированным сигналам, поступающим по, по меньшей мере, одной группе активных каналов, для обеспечения того, что:
а. по существу уравновешенное качество сигналов поддерживается для сигналов, передаваемых через все активные каналы, принадлежащие указанной, по меньшей мере, одной группе активных каналов, и
b. мгновенная суммарная полоса пропускания, требуемая для передачи всех пакетированных сигналов, поступающих в заданное место через все активные каналы, не превышает доступную в нем мгновенную полосу пропускания.
Используемый здесь термин, по существу, уравновешенное качество обозначает, что воспринимаемое качество в каждом из каналов для сигналов одного типа таково, что пользователь может с трудом уловить какое-либо различие в качестве сигналов. Например, когда сигналы представляют собой сигналы голосового типа, слушатели отмечают одинаковое качество голосовых сигналов. Когда сигналы являются сигналами разного типа, можно установить общую шкалу в соответствии с восприятием качества услуги для пользователя-человека. Как следует понимать, такое, по существу, уравновешенное качество может изменяться или может быть фиксированным по времени.
По существу, уравновешенное качество сигнала ассоциировано с одной или больше группами каналов из всех активных каналов, по которым передают трафик, достигающий этого заданного местоположения, например, с группой, по которой передают голосовые сигналы. Кроме того, или в качестве альтернативы, различное уравновешенное качество сигналов может быть ассоциировано с различными группами, по которым передают одинаковые сигналы или сигналы разного типа. Также, или в качестве альтернативы, все активные каналы, достигающие этого заданного местоположения, могут принадлежать одной и той же группе, то есть одно и то же уравновешенное качество сигнала ассоциируют с этими активными каналами.
Термин "сеть с пакетной передачей данных", который будет использоваться ниже, следует понимать как охватывающий различные типы сетей, известные в данной области техники, таких как синхронные и асинхронные сети передачи данных, например сети АТМ (асинхронный режим передачи), сети Ethernet, IP-сети, сети передачи фреймов и тому подобное.
Используемый ниже термин "алгоритм" относится к различным способам обработки поступающих сигналов. Такие алгоритмы обычно работают как кодеры и/или декодеры, охватывают ретрансляцию сигналов, такую как ретрансляция с демодуляцией/повторной модуляцией или ретрансляция DTMF (двухтональный многочастотный набор телефонного номера), передача собственных данных, различные типы сжатие с потерями или без потерь, сжатия с переменной скоростью, транскодирование, устранение молчания (0 бит/с), чистый канал без сжатия (64 кбит/сек), кодер RTP (транспортный протокол реального времени), декодер FEC (прямое исправление ошибок), кодер Т.38 и т.п. Используемый здесь термин механизм регулировки скорости представляет собой механизм, который выбирает алгоритм и соответствующую скорость, при использовании которых регулируют полосу пропускания, требуемую для обрабатываемого сигнала.
Как будет понятно специалистам в данной области техники, доступная полоса пропускания может представлять собой либо заданное фиксированное значение или, в качестве альтернативы, выполняют измерение/устранение перегрузки в заданном местоположении или в местоположении, от которого можно выполнять оценку доступной полосы пропускания в заданном местоположении и на основе такого измерения/оценки устанавливают доступную полосу пропускания в заданном местоположении.
В еще одном варианте выполнения изобретения способ передачи выбирают с использованием механизма регулировки скорости в соответствии с ожидаемым воздействием выбранного способа передачи на качество сигнала, где такой выбор выполняют для удовлетворения, по существу, уравновешенного качества, требуемого для группы, содержащей активный канал, по которому передают этот пакет. Другими словами, вполне может случиться, что, когда используют механизм регулировки скорости для обработки двух различных пакетов, передающим сигнал одного типа, определенный способ передачи будет применен к одному из пакетов, в то время как другой способ передачи будет использоваться для другого, если только будет обеспечено, что полученное в результате качество сигналов в обоих пакетах будет, по существу, равным. Примеры таких случаев могут зависеть от содержания двух видеопакетов, от речевых фонем или произношения речи в двух голосовых пакетах и т.д. Предположим, что один из таких пакетов переносит такую информацию, что его искажение в результате выбора способа передачи с уменьшенной полосой пропускания приведет к существенному ухудшению воспринимаемого качества сигнала, в то время как такое не случится для другого пакета. В таком случае одно из возможных решений состоит в том, что способ передачи, используемый для первого пакета, должен обеспечивать минимальное искажение сигнала (или, другими словами, должен обеспечивать минимальное уменьшение полосы пропускания), в то время как способ передачи, который можно применять к другому пакету, может быть таким, что он, по существу, приведет к уменьшению полосы пропускания, требуемой для передачи этого другого пакета.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения механизм регулировки скорости работает в соответствии с доступными ресурсами. Такие ресурсы могут включать мгновенную полосу пропускания, доступную в этом заданном местоположении, а также разрешенную задержку и доступные алгоритмы. Другими словами, если трафик, передаваемый по определенной группе, имеет такой тип, который может выдерживать большую задержку, чем в другой группе, тогда при определении уравновешенного качества можно учитывать сетевой ресурс (то есть задержку трафика). Кроме того, рассмотрим случай, когда существует множество групп, по каждой из которых передают один и тот же тип сигналов. В этом случае механизм регулировки скорости позволяет дифференцировать различные группы так, что не все эти группы будут подвергаться одинаковой обработке, например, в зависимости от пригодности ресурсов, позволяющих выполнять различные алгоритмы. Таким образом, в таком случае вполне возможно, что некоторые группы, которые должны быть переданы в заданное местоположение, будут обработаны в соответствии с алгоритмом с определенной скоростью и качеством, в то время как другие группы, по которым передают сигналы того же типа, будут обработаны с использованием другого алгоритма и, следовательно, могут быть переданы с другим качеством и скоростью.
В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения механизм регулировки скорости зависит от типа передаваемого сигнала. Другими словами, различные механизмы и/или способы передачи могут применяться, например, к мультимедийному сигналу или сигналу голосового типа в отличие от факсимильного сигнала.
Кроме того, каждая из групп может быть ассоциирована с минимальным значением качества, например, в соответствии с Соглашениями об уровне услуг (СУУ, SLA) для трафика, передаваемого по всем каналам, которые принадлежат определенной группе, или в соответствии с типом сигналов, поскольку сигналы типа факсимиле могут выдерживать более низкое качество, чем голосовые или видеосигналы, следовательно, для группы каналов, передающих факсимильные сигналы, назначенное минимальное значение качества может быть ниже, чем для тех групп каналов, которые передают голос или видео, и т.д. Кроме того, СУУ также может влиять на механизм регулировки скорости, например, для определенных заданных групп механизм регулировки скорости должен применяться по-другому, чем к другим группам, для соответствия требованиям, установленным соответствующими СУУ.
В еще одном варианте выполнения изобретения механизм регулировки скорости зависит от качества принятого сигнала. Другими словами, вполне возможен случай, когда механизм регулировки скорости применяется к двум пакетам, передающим сигнал одного типа, при этом определенный способ передачи будет применяться к одному из пакетов, в то время как другой способ передачи - к другому. Например, в таких случаях может оказываться влияние на качество поступающих сигналов. Предположим, что один из пакетов был принят с очень плохим качеством сигнала, в то время как качество другого сигнала было высоким. В таком случае одно из возможных решений состоит в том, что механизм регулировки скорости будет работать с пакетом с низким качеством путем сброса всего пакета, в то время как механизм регулировки скорости, применяемый для пакета с высоким качеством, разрешит передачу пакета без какой-либо регулировки его скорости.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения качество сигналов различных типов зависит от различных соответствующих параметров, которые способствуют деградации качества сигналов. Например, когда сигнал представляет собой сигнал голосового типа, требуемое качество может не соответствовать просто воспринимаемому искажению, но также может зависеть от других параметров, таких как задержка, связанная с текущим пакетом, которая может оказывать существенное воздействие на все качество разговора. В таком случае можно принять решение для сброса пакета независимо от искажения принимаемого сигнала или искажения сигнала в результате сброса этого пакета. Как следует понимать, аналогичные решения могут быть приняты, когда пакеты представляют собой пакеты мультимедийного типа, пакеты видеотипа, пакеты аудиотипа и т.д.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения механизм регулировки скорости основан на расчете множества значений качества сигнала, каждое из которых определяют для соответствующего заданного способа передачи, в то время как под способом передачи следует понимать передачу сигнала, для которого применяется один или больше алгоритмов с определенной применимой скоростью (скоростями). Например, когда поступает пакет, его можно обрабатывать с использованием множества возможных алгоритмов и при этом определяют качество сигнала, полученное при использовании каждого из этих алгоритмов (которые ассоциированы с соответствующими ресурсами, предпочтительно полосой пропускания). Предпочтительно, механизм регулировки скорости при работе выполняет согласование величины качества сигнала, выбранной из расчетных значений качества сигнала, и ассоциированного с ним способа передачи таким образом, что выбор обеспечивает то, что полоса пропускания, требуемая для всех указанных активных каналов в группе, не будет превышать доступную полосу пропускания, в то время как, по существу, уравновешенное качество будет обеспечено для всех активных каналов, принадлежащих к этой группе, и в то время, как это качество будет представлять собой максимальное качество, которое может быть обеспечено для группы каналов в данный момент времени. Как будет понятно для специалистов в данной области техники, действительное воплощение решений на основе работы механизма регулировки скорости может быть проведено либо в том же устройстве, где происходит принятие решения в отношении механизма регулировки скорости, или кроме того или в качестве альтернативы в другом устройстве, которое принимает в качестве входных сигналов политику передачи данных, выполняемую в другом месте.
Механизм регулировки скорости применяется, когда доступная полоса пропускания отличается от требуемой полосы пропускания. Однако, как будет понятно для специалистов в данной области техники, для практических целей такой механизм применяется, когда доступная полоса пропускания существенно отличается от требуемой. Кроме того, способ сближения, который можно применять при выполнении механизма регулировки скорости, вероятно, приведет к обновлению полосы пропускания, выделяемой для каждого активного канала, таким образом, что суммарная полоса пропускания не будет точно равна доступной полосе пропускания, но, основываясь на практических соображениях, будет меньшей, но, по существу, близкой к доступной полосе пропускания.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен способ управления переменной нагрузкой по трафику в сетях пакетированной передачи данных, который содержит следующий итеративный процесс:
(i) предоставления доступной полосы пропускания в заданном местоположении пакетированной сети передачи данных;
(ii) предоставления множества групп, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один активный канал передачи сигнала, передаваемого через заданное местоположение;
(iii) установки общей минимальной величины качества для каждой из указанного множества групп, где указанная общая минимальная величина качества равна максимально возможному качеству для этой группы;
(iv) для каждого из множества активных каналов, выбора приемлемого текущего способа передачи данных, в котором выбранный способ передачи данных позволяет достичь максимального качества, возможного для сигнала, передаваемого по каждому из каналов;
(v) агрегирования полос пропускания, ассоциированных с каждым из выбранных в данный момент времени способов передачи данных, и сравнения агрегированной величины с величиной доступной полосы пропускания;
(vi) в случае, когда величина агрегированной полосы пропускания не превышает доступную полосу пропускания, сигналы, ассоциированные с различными активными каналами, должны быть обработаны в соответствии с соответствующими текущими выбранными способами передачи для получения максимального, по существу, уравновешенного качества для этих активных каналов;
(vii) в случае, когда величина агрегированной полосы пропускания больше, чем доступная полоса пропускания, выбора способа передачи с меньшей полосой пропускания, возможной для каждого из активных каналов, исключая те каналы, в которых величина качества сигнала в предыдущей итерации была меньше, чем предыдущая минимальная общая величина качества, назначенная для этой группы;
(viii) в случае, когда качество сигнала во всех активных каналах достигает соответствующей минимальной общей величины качества, назначенной для группы (групп), которой принадлежат эти активные каналы, установки уменьшенной минимальной общей величины качества для каждой из групп;
(ix) применения способов передачи сигналов с уменьшенной полосой пропускания к сигналам, передаваемым в данный момент времени по активным каналам, и определения величин качества сигнала, ассоциированных с ними;
(х) подтверждения, что величины качества сигнала не меньше, чем минимальная общая величина качества, назначенная для соответствующей группы, и в случае подтверждения этого определения последних использовавшихся способов передачи в качестве текущих выбранных способов передачи для соответствующего активного канала и повторения процесса от этапа (v).
Выше был описан способ, используемый для множества одиночных каналов. Однако, как пояснялось выше, эти активные каналы могут быть разделены на множество групп, каждая из которых содержит один или больше активных каналов, так что полоса пропускания выделяется на уровне группы, а не на основе отдельных каналов. Как будет понятно для специалистов в данной области, такой способ можно применять, когда различные каналы ассоциированы с различными уровнями обслуживания, то есть когда высокое качество услуги назначают группе каналов, например, для мультимедийных потоков, видеоконференций, видео по запросу и т.д., при этом для этой группы будет выделяться относительно большая полоса пропускания, чем для аналогичной группы каналов с более низким уровнем обеспечиваемого обслуживания.
Способ, описанный выше, обеспечивает способ установления алгоритмов и скоростей, которые обеспечивают, по существу, уравновешенное качество. Однако, как будет понятно для специалистов в данной области техники, другие пути и способы для выполнения такого процесса оптимизации, по существу, известны в области техники и могут быть выполнены для получения таких алгоритмов и скоростей. Эти другие пути и способы следует понимать как также охваченные настоящим изобретением.
Кроме того, в соответствии с другим вариантом выполнения одной или больше группам будет назначена первая величина качества и, когда эта величина будет достигнута, эта одна или больше групп каналов не будут участвовать больше в итеративной процедуре, описанной выше, в то время как остальная группа/каналы будет участвовать.
Как будет понятно для специалиста в данной области техники, способ, описанный выше, можно применять не только к сигналам, принимаемым в несжатой форме, но также и к сигналам, принимаемым в уже сжатой (например, кодированной) форме, и в этом случае сигналы могут быть либо оставлены в сжатом режиме или могут быть дополнительно сжаты или транскодированы, если потребуется. Естественно, если доступная полоса пропускания больше, чем требуемая полоса пропускания, может быть принято решение по улучшению качества сигнала путем добавления защиты (добавления избыточной информации для обеспечения лучшего качества передачи сигнала) или для расширения (или, по меньшей мере, частичного расширения) таких сжатых сигналов. Предпочтительно, такой механизм регулировки скорости содержит замену, по меньшей мере, одного способа передачи, ассоциированного, по меньшей мере, с одним активным каналом, на другой соответствующий способ передачи в соответствии с заданной схемой, ассоциированной с таким, по меньшей мере, одним способом передачи. Кроме того, как будет понятно для специалистов в данной области техники, замена способа передачи на другой соответствующий способ передачи охватывает использование того же алгоритма, но с другими значениями скорости.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения заданное местоположение представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из однонаправленного канала передачи данных, коммутатора, маршрутизатора и шлюза среды.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения механизм регулировки скорости содержит применение способа передачи к пакетированному сигналу, принятому, по меньшей мере, по одному из активных каналов, причем этот способ передачи представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из ИКМ (РСМ, импульсно-кодовая модуляция), АДИКМ (ADPCM, адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция), АКЛП-СС (CS-ACELP, адаптивное кодовое линейное предсказание со связанной структурой), КЛП-БР (LD-CELP, кодовое линейное предсказание на большом расстоянии), MPNLQ, АКЛП (ACELP, адаптивное кодовое линейное предсказание), АМС (AMR, адаптивная многоскоростная передача), УКПС (EVRC, улучшенные кодеки с переменной скоростью), ВВР (SMV, вокодер с выбираемым режимом), КЛПКК (QCELP, кодовое линейное предсказание компании Qualcomm) ретрансляции в ГПП (VBD, ретрансляция в голосовой полосе пропускания), FEC/без FEC, кодера/декодера RTP, кодера/декодера стандартов Т. 38, MPEG1 (MPEG - Экспертная группа по вопросам движущегося изображения), MPEG2, MPEG4, MPEG3, Н.264, ILBC и т.п.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложено устройство, работающее в сети пакетированной передачи данных, позволяющее управлять переменной нагрузкой по трафику и содержащее:
I) по меньшей мере, один процессор, позволяющий рассчитывать местную нагрузку пакетированной сети и определять выделение доступных сетевых ресурсов с использованием следующих этапов:
(i) сравнения мгновенной потребности по полосе пропускания, требуемой для передачи пакетированных сигналов, поступающих через множество активных в данный момент времени каналов, с полосой пропускания, доступной в заданном местоположении; и
(ii) применения механизма регулировки скорости для, по меньшей мере, одного из активных каналов, по которым передают сигналы, когда доступная полоса пропускания в этом заданном местоположении меньше, чем полоса пропускания, требуемая для передачи сигналов, передаваемых по всем этим активным каналам;
в котором механизм регулировки скорости применяют к пакетированным сигналам, поступающим, по меньшей мере, по одной группе активных каналов, для обеспечения того, что:
а. по существу уравновешенное качество сигналов поддерживается для сигналов, передаваемых через все активные каналы, принадлежащие указанной, по меньшей мере, одной группе активных каналов, и
b. мгновенная общая полоса пропускания, требуемая для передачи всех пакетированных сигналов, поступающих в заданное местоположение через все активные каналы, не превышает доступную в нем мгновенную полосу пропускания;
II) по меньшей мере, одно устройство кодирования/декодирования;
III) по меньшей мере, один компаратор, предназначенный для сравнения сигнала, принимаемого устройством, и его кодированной формы; и
IV) по меньшей мере, один процессор, предназначенный для определения качества принимаемого сигнала в сжатом виде с использованием, по меньшей мере, одной степени сжатия.
В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения механизм регулировки скорости применяется к пакетированным сигналам в соответствии с ожидаемым воздействием на их качество и его используют так, чтобы удовлетворять требованию обеспечения, по существу, уравновешенного качества, по меньшей мере, для одной группы активных каналов, передающих пакетированные сигналы.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет более понятным и будет лучше оценено из описания следующих подробных примеров, которые следует рассматривать вместе с чертежами, на которых:
на фиг.1 представлена схема примера сети, работающей в соответствии с решениями известного уровня техники;
на фиг.2 представлен пример сети, работающей в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фиг.3 показана подробная блок-схема устройства, построенного в соответствии с вариантом выполнения изобретения;
на фиг.4 представлена упрощенная схема последовательности выполнения операций, иллюстрирующая предпочтительный способ работы устройства по фиг.3.
Подробное описание изобретения
В современной сети передачи данных трафика большое количество каналов передачи данных может одновременно занимать всю доступную полосу пропускания. Примеры таких вариантов применения можно найти при одновременной передаче голосового канала (каналов) с использованием сжатия (или без него) данных факса (факсов) или любой их комбинации как в сетях MBP (TDM, мультиплексирование с временным разделением), так и в пакетированных сетях.
Как пояснялось выше, основная проблема в существующих сетях передачи трафика возникает, когда нагрузка в сети превышает или хотя бы приближается к максимальной пропускной способности доступной полосы пропускания. Для преодоления этой проблемы настоящее изобретение направлено на способ регулировки требований сети в соответствии с доступными ресурсами по полосе пропускания. Регулировка нагрузки позволяет определить, требуется ли и как требуется модифицировать требование по полосе пропускания различных пользователей, когда увеличивается нагрузка по трафику в сети. Например, в случае, когда передают только пакеты с низкой нагрузкой, содержащие голосовые сигналы, при увеличении нагрузки по трафику определенные пакеты необходимо сбрасывать с тем, чтобы не превысить разрешенную полосу пропускания.
Для обеспечения эффективного управления нагрузкой по трафику при обеспечении наилучшего уравновешенного качества возможной передачи (например, когда передают голосовые сигналы) настоящее изобретение обеспечивает на этом примере новый способ управления трафиком.
Со ссылкой на фиг.1 рассмотрим в качестве примера систему 1, которая содержит множество кодеров (2', 2 и 2'), которые используются для передачи сигналов, принимаемых в кодированной или некодированной форме в агрегатор 6'. Агрегированный сигнал передают в этом примере в пакетированную сеть 10 по заданному пути 12, который типично используют для обеспечения качества и временного трафика передаваемых пакетов. Даже если рассматривать случай, в котором путь 12 зарезервирован только для трафика, принимаемого из агрегатора 6', в моменты времени, когда скорость передачи трафика, поступающего в кодеры 2', 2 и 2' увеличивается, может возникнуть проблема перегрузки на входе в путь 12, в результате чего в соответствии с известным уровнем техники происходит сбор пакетов для обеспечения соответствия полосы пропускания, занимаемой оставшимися пакетами, полосе пропускания пути 12. Как правило, при усилении перегрузки сбрасывают пакеты, имеющие более низкий приоритет, в то время как пакеты, имеющие более высокий приоритет (например, пакеты, содержащие голосовые сигналы), будут переданы.
Рассмотрим случай, который в определенной степени является даже несколько более проблематичным, чем описанный выше. В дополнение к трафику, принимаемому из агрегатора 6', существует дополнительный источник трафика, который может изменяться по времени, и трафик, переданный из него, должен совместно использовать тот же путь, что и трафик, передаваемый из 6'. В этом случае полоса пропускания, доступная для трафика, передаваемого агрегатором 6', изменяется и зависит от трафика, передаваемого из этого дополнительного источника. Теперь предположим еще более сложный случай, когда путь 12 совместно используется различными пользователями для передачи, в данном примере, также трафика от кодеров 4' и 4, который должен быть агрегирован агрегатором 6. Такое совместное использование может быть выполнено либо путем предварительного выделения части полосы пропускания для трафика, принимаемого от каждого из агрегаторов, так, что каждый из этих агрегаторов отвечает за передачу трафика только в пределах этого выделения. Один из недостатков такого способа состоит в том, что, если в одном из агрегаторов происходит перегрузка, пакеты будут сброшены, что отрицательно повлияет на качество передаваемого трафика, в то время как одновременно с этим все еще может оставаться некоторая неиспользованная полоса пропускания по пути 12 из-за низкого его использования трафиком, передаваемым другим агрегатором.
В соответствии с одним из вариантов выполнения настоящего изобретения, как показано на фиг.2, на входе в путь 112 используется контроллер 116 перегрузки. В этот контроллер передают информацию о полосе пропускания, выделенной каждому из объектов, которым разрешено передавать пакеты по пути 112 (если приемлемо), и о текущем состоянии перегрузки пути 112. В соответствии с этой информацией он управляет пакетами, которые передают по пути 112. Как правило, информация о полосе пропускания, выделенной каждому из объектов, которым разрешено передавать пакеты по пути 112, известна и очень редко изменяется (в зависимости от соглашений об уровне услуг и т.д.). Однако информацию, относящуюся к мгновенной нагрузке, необходимо часто принимать от используемых источников, например, объект, сообщающий с конца пути 112, управление сетью IP, данные о трафике, передаваемом в направлении к агрегаторам 106' и 106, и сравнивать их с доступной полосой пропускания и т.д. После того как контроллер 116 перегрузки определит, что доступная полоса пропускания недостаточна для передаваемого трафика, контроллер выполняет необходимые этапы для уменьшения скорости трафика путем согласования алгоритмов, используемых кодерами, например путем сброса пакетов и/или путем сброса их битов в соответствии с заданными схемами снижения перегрузки, как поясняется ниже.
Кроме того, или в качестве альтернативы, по существу, уравновешенное качество может быть обеспечено для всех активных каналов, которые передают трафик и в которых эти каналы агрегированы в группы с помощью множества агрегаторов. В данном варианте выполнения способ, обеспечиваемый изобретением, для получения требуемого, по существу, уравновешиваемого качества, применяется аналогично описанному выше для установления, по существу, уравновешенного качества для всех групп, ассоциированных с одним агрегатором, внеся необходимые изменения.
Как будет понятно для специалистов в данной области техники, несколько похожая проблема может также возникать, когда используется один агрегатор и выделение полосы пропускания различным активным каналам выполняют на статистической основе, что может привести к сценарию, при котором агрегированные мгновенные требования для полосы пропускания превышают доступную полосу пропускания.
На фиг.3 схематично представлено изображение многоскоростного кодера 202, построенного и работающего в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.
Перед использованием кодера пакет, предназначенный для передачи, классифицируют с помощью классификатора 200 сигнала для установления типа сигнала, передаваемого с каждым пакетом. Сигнал классифицируют и определяют его тип, например, как голосовой сигнал, факсимильный сигнал, сигнал модема, сигнал данных, сигнал DTMF, видеосигнал и т.д. В соответствии с типом сигнала пакет направляют в соответствующее множество алгоритмов/кодер скорости (компрессор), если приемлемо. Предположим теперь, что поступающий пакет переносит сигнал голосового типа. Пакет передают во множество алгоритмов/кодер 202 скорости, где его дублируют во множестве кодеров 203', 203, 203' и, предпочтительно, в кодере с нулем битов (устройстве 203 сброса фрейма и/или устройстве 203' подавления молчания), каждый из которых адаптирован для работы с этим пакетом с использованием способов передачи, отличающихся друг от друга. Выходной сигнал каждого из этих кодеров передают через соответствующие декодеры (206', 206, 206', 206, 206') и затем на соответствующий компаратор (208', 208, 208, 208, 208'), где каждую из различным способом обработанной копии сигналов сравнивают с исходным сигналом, и выполняют оценку уровня качества сигнала в случае кодирования каждым из кодеров. Такие уровни качества затем передают в процессор 210 принятия решений, где может быть подготовлена матрица, сопоставляющая уровень качества со способом передачи. В дополнение к этому оценку способа передачи можно выполнить с помощью процессора принятия решения и/или различных компараторов для определения их влияния на качество соответствующего сигнала.
Принятые данные собирают и обрабатывают и устанавливают функцию качества, которая может зависеть от одного или нескольких указанных выше параметров. Предпочтительно, эта функция представляет собой многомерную функцию (например, трехмерную функцию), которая сопоставляет величину качества каждой пары способа передачи и параметра задержки. Другими словами, формируется массив, в котором для каждой заданной пары способа передачи (типично в качестве величин скорости принимают значения скорости из различных 203 кодеров) и величин задержки сопоставляют величину качества, которая представляет качество пакета, который был обработан с соответствующей скоростью и с использованием соответствующего алгоритма.
Кроме того, процессор 210 принятия решения принимает входные сигналы, такие как информация, которая сопоставляет текущую нагрузку агрегатора, для которого предназначен этот пакет, и/или задержку предыдущих пакетов, и/или задержку предыдущего пакета этого сигнала.
Следующий этап состоит в выборе соответствующей величины качества для каждого из каналов, поступающих в агрегатор, таким образом, чтобы трафик, передаваемый через каждый из каналов, имел, по существу, одинаковый уровень качества. Или, другими словами, соответствующего способа передачи и задержки, связанной с этим качеством, для каждого из каналов, так, что, когда их все собирают вместе, должны удовлетворяться условия нагрузки (и/или любые другие соответствующие ограничения) на агрегаторе. Как будет понятно для специалистов в данной области техники, для таких вариантов применения можно использовать различные способы. Один из таких способов состоит в выборе величины, которая будет удовлетворять следующему уравнению:
где:
BwA (t) представляет доступную полосу пропускания в данный момент времени;
i представляет номер индекса канала;
NoC представляет суммарное количество каналов, по которым передают трафик, который должен быть передан через агрегатор;
BWR представляет запрашиваемую полосу пропускания для передачи текущего трафика канала i в момент времени t с качеством Qi;
Si(t) представляет сигнал в канале i, который относится к пакету, передаваемому в момент времени t;
TMi(t) представляет способ передачи, применяемый в канале I, для пакета, передаваемого в момент времени t;
Задержкаi (t) представляет накопленное значение задержки, ассоциированной с пакетом в момент времени t в канале i;
Qi представляет мгновенное качество сигнала (пакета), передаваемого в канале i в момент времени t при заданной накопленный задержке и с использованием данного способа передачи, в результате чего получают требуемую полосу пропускания BWR; и
MRQ представляет минимальное требуемое качество на группу каналов, к которой принадлежит канал i.
При удовлетворении этого уравнения величины Оi, предпочтительно, выбирают такими, чтобы обеспечить возможность получения максимального качества для каждого типа сигнала, передаваемого по любому из каналов, в то время как общая полоса пропускания трафика, который будет передан по этим каналам, все еще должна удовлетворять текущему условию нагрузки в точке агрегирования каналов.
На фиг.4 представлена упрощенная схема последовательности выполнения операции, иллюстрирующая один из предпочтительных способов выполнения настоящего изобретения.
В этом примере способ содержит следующие этапы:
Обеспечение множества сигналов, передаваемых по множеству активных каналов (этап 400) и установку общей минимальной величины качества для трафика, который передают по всем активным каналам и который необходимо передать через точку соединения (заданное местоположение) (этап 410). Затем (этап 420) определение типа сигнала и возможного способа (способов) передачи (этап 430), с помощью которого каждый из сигналов может быть передан в заданном местоположении. Последнее определение выполняют в соответствии с типом сигнала и доступными кодерами, которые пригодны для кодирования такого типа сигнала.
После этого ассоциирование уровня качества сигнала для каждого из этих возможных способов передачи (этап 440) и определение способа передачи, ассоциированного с общим минимальным качеством для каждого из активных каналов (этап 450). Если (этап 460) агрегированная полоса пропускания, требуемая для трафика, передаваемого через все активные каналы, и ассоциированная с общим минимальным качеством, больше, чем доступная полоса пропускания, тогда общую величину минимального качества уменьшают (этап 470) и процесс повторяют еще раз от этапа 450. Если агрегированная полоса пропускания, требуемая для трафика, передаваемого через все активные каналы, и ассоциированная с общим минимальным качеством, не больше чем доступная полоса пропускания, тогда каждый из активных каналов должен быть кодирован с использованием соответствующего текущего выбранного способа передачи (этап 490). Затем передают кодированный трафик (этап 500).
Следует понимать, что приведенное выше описание представляет только некоторые варианты выполнения изобретения и предназначено для их иллюстрации. Различные другие способы управления нагрузкой в сетях передачи данных могут быть разработаны специалистом в данной области техники без отхода от объема изобретения и таким образом охватываются настоящим изобретением.
1. Способ управления переменной нагрузкой по трафику в сети пакетной передачи данных, содержащий следующие этапы: (i) в заданном месте, в сети пакетной передачи данных, сравнение мгновенной потребности в полосе пропускания, требуемой для передачи поступающих пакетированных сигналов через множество активных в данный момент времени каналов, с полосой пропускания, доступной в этом заданном местоположении; (ii) применение механизма регулирования скорости для, по меньшей мере, одного из активных каналов, по которым передают сигналы, когда доступная полоса пропускания в этом заданном месте меньше, чем полоса пропускания, требуемая для передачи сигналов, передаваемых по всем этим активным каналам; и (iii) периодическое повторение этапов (i) и (ii); в котором механизм регулирования скорости применяют к пакетированным сигналам, поступающим по, по меньшей мере, по одной группе активных каналов, для обеспечения того, что а. по существу, уравновешенное качество сигналов поддерживается для сигналов, передаваемых через все активные каналы, принадлежащие указанной, по меньшей мере, одной группе активных каналов, и b. мгновенная общая полоса пропускания, требуемая для передачи всех пакетированных сигналов, поступающих в заданное место через все активные каналы, не превышает доступную в нем мгновенную полосу пропускания.
2. Способ по п.1, в котором указанное, по существу, уравновешенное качество сигнала, ассоциировано с одной или больше группами каналов из всех активных каналов, по которым передают трафик, и которые достигают указанного заданного места.
3. Способ по п.1, в котором каждое из множества, по существу, уравновешенных значений качества сигнала, ассоциируют с различными группами активных каналов.
4. Способ по п.3, в котором, по меньшей мере, некоторые из указанных различных групп ассоциируют с различными типами сигналов.
5. Способ по п.1, в котором указанный механизм регулировки скорости функционирует в соответствии с доступными ресурсами в указанной сети пакетной передачи данных.
6. Способ по п.5, в котором указанные доступные ресурсы содержат, по меньшей мере, один элемент из группы, содержащей мгновенную полосу пропускания, доступную в этом заданном местоположении, разрешенную задержку и доступные алгоритмы или любую их комбинацию.
7. Способ по п.1, в котором указанный механизм регулировки скорости зависит от типа передаваемого сигнала.
8. Способ по п.1, в котором указанный механизм регулировки скорости применяют к указанным пакетированным сигналам, в соответствии с ожидаемым влиянием на их качество, где указанное применение механизма регулировки скорости выполняют для удовлетворения, по существу, уравновешенного качества, требуемого для указанной, по меньшей мере, одной группы активных каналов, по которым передают указанные пакетированные сигналы.
9. Способ по п.1, в котором каждая из указанных, по меньшей мере, одной группы активных каналов ассоциирована с соответствующей минимальной величиной качества.
10. Способ по п.9, в котором указанная соответствующая минимальная величина качества зависит от элемента, выбранного из группы, содержащей соглашение об уровне услуг, относящихся к трафику, передаваемому по указанной, по меньшей мере, одной группе активных каналов, тип сигналов, передаваемых по указанной, по меньшей мере, одной группе активных каналов, или их комбинацию.
11. Способ по п.1, в котором указанный механизм регулировки скорости зависит от качества принимаемого сигнала.
12. Способ по п.1, в котором указанный механизм регулировки скорости включает расчет множества значений качества сигнала, каждое из которых определяют для соответствующего заданного способа передачи, применяемого для определенного пакета.
13. Способ по п.12, в котором механизм регулировки скорости работает для выбора способа передачи, который ассоциирован с величиной качества сигнала, которая удовлетворяет требованиям указанного, по существу, уравновешенного качества, и выбранного среди указанного множества значений качества сигнала.
14. Способ по п.1, в котором указанный механизм регулировки скорости, применяемый для каждого из активных каналов, содержит расчет множества значений качества сигнала, каждое из которых соответствует определенному способу передачи, и установление, для которого из способов передачи соответствующее значение качества сигнала не меньше, чем, по существу, уравновешенное качество, установленное для сигналов, поступающих в указанное заданное местоположения.
15. Способ управления переменной нагрузкой по графику во множестве групп, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один активный канал, по которому передают трафик через заданное место, причем этот способ содержит следующие этапы: (i) предоставления доступной полосы пропускания в заданном местоположении сети пакетированной передачи данных; (ii) предоставления множества групп, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один активный канал передачи сигнала, передаваемого через заданное местоположение; (iii) установки общей минимальной величины качества для каждой из указанного множества групп, где указанная общая минимальная величина качества равна максимальному возможному качеству для этой группы; (iv) для каждого из указанного множества активных каналов, выбора приемлемого текущего способа передачи данных, в котором выбранный способ передачи позволяет достичь максимального качества, возможного для сигнала, передаваемого по каждому из указанных каналов; (v) агрегирования полос пропускания, ассоциированных с каждым из выбранных данный момент времени способов передачи и сравнения агрегированной величины с величиной доступной полосы пропускания; (vi) в случае, когда величина агрегированной полосы пропускания не превышает доступную полосу пропускания, сигналы, ассоциированные с различными активными каналами, должны быть обработаны в соответствии с соответствующими текущими выбранными способами передачи, для получения максимального, по существу, уравновешенного качества для этих активных каналов; (vii) в случае, когда величина агрегированной полосы пропускания больше, чем доступная полоса пропускания, выбора способа передачи с меньшей полосой пропускания, возможной для каждого из активных каналов, исключая те каналы, в которых величина качества сигнала в предыдущей итерации была меньше, чем предыдущая минимальная общая величина качества, назначенная для этой группы; (viii) в случае, когда качество сигнала во всех активных каналах достигает соответствующей минимальной общей величины качества, назначенной для группы (групп), которой принадлежат эти активные каналы, установки уменьшенной минимальной общей величины качества для каждой из этих групп; (ix) применение способов передачи сигналов с уменьшенной полосой пропускания к сигналам, передаваемым в данный момент времени по активным каналам, и определение величин качества сигнала, ассоциированных с ними; (х) подтверждения, что величины качества сигнала не меньше, чем минимальная общая величина качества, назначенная для соответствующей группы, и в случае подтверждения этого, определения последних использовавшихся способов передачи в качестве текущих выбранных способов передачи для соответствующего активного канала и повторении процесса от этапа (v).
16. Способ по п.15, дополнительно содержащий назначение первой величины качества, по меньшей мере, одной из указанных групп, и когда общее минимальное значение качества будет равно или меньше, чем указанная первая величина качества, трафик, предназначенный для передачи каждой этой, по меньшей мере, одной группе, будет кодирован с использованием соответствующих кодеров, выбранных на предыдущем этапе итерации.
17. Способ по п.1, в котором сигналы принимают по, по меньшей мере, одному из указанных активных каналов уже в кодированной форме.
18. Способ по п.17, дополнительно содержащий транскодирование указанных уже кодированных сигналов.
19. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап улучшения качества сигналов путем добавления защиты к передаваемым пакетам или, по меньшей мере, частичного декодирования сигналов, принимаемых в кодированной форме, если доступная полоса пропускания больше, чем требуемая полоса пропускания.
20. Способ по п.1, в котором указанный механизм регулировки скорости содержит применение способа передачи к пакетированному сигналу, принятому, по меньшей мере, по одному из активных каналов, причем этот способ передачи представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из: ИКМ, АДИКМ, АКЛП-СС, КЛП-БР, MPNLQ, АКЛП, АМС, УКПС, ВВР, КЛПКК, ретрансляции в ГПП, FEC/без FEC, стандартов MPEG1, MPSG2, MPEG4, MPEG3, ILBC, H.264, кодера/декодера RTP, кодера/декодера Т/38 и других различных соответствующих скоростей.
21. Способ по п.1, в котором указанное уравновешенное качество сигнала определяют на основе искажения сигнала и задержки, ассоциированной с указанным сигналом, или любой их взвешенной комбинации.
22. Устройство, работающее в сети пакетной передачи данных, позволяющее управлять переменной нагрузкой по трафику, и содержащее (I) по меньшей мере, один процессор, позволяющий рассчитывать местную нагрузку пакетированной сети и определять выделение доступных сетевых ресурсов с использованием следующих этапов: (i) сравнения мгновенной потребности в полосе пропускания, требуемой для передачи пакетированных сигналов, поступающих через множество активных в данный момент времени каналов, с полосой пропускания, доступной в заданном местоположении; и (ii) применения механизма регулировки скорости для, по меньшей мере, одного из активных каналов, по которым передают сигналы, когда доступная полоса пропускания в заданном местоположении меньше, чем полоса пропускания, требуемая для передачи сигналов, передаваемых по всем этим активным каналам, в котором механизм регулировки скорости применяют к пакетированным сигналам, поступающим, по меньшей мере, по одной группе активных каналов, для обеспечения того, что а. по существу, уравновешенное качество сигналов поддерживают для сигналов, передаваемых через все активные каналы, принадлежащие указанной, по меньшей мере, одной группе активных каналов, и b. мгновенная общая полоса пропускания, требуемая для передачи всех пакетированных сигналов, поступающих в заданное местоположение через все активные каналы, не превышает доступную в нем мгновенную полосу пропускания; II) по меньшей мере, одно устройство кодирования/декодирования; III) по меньшей мере, один компаратор, предназначенный для сравнения сигнала, принимаемого устройством, и его сжатой формой; и IV) по меньшей мере, один процессор, предназначенный для определения качества принимаемого сигнала в сжатом виде, с использованием, по меньшей мере, одной степени сжатия.
23. Устройство по п.22, в котором указанный механизм регулировки скорости применяют для указанных пакетированных сигналов в соответствии с ожидаемым воздействием на их качество, где указанное применение механизма регулировки скорости выполняют для обеспечения, по существу, уравновешенного качества, требуемого для указанной, по меньшей мере, одной группы активных каналов, по которым передают указанные пакетированные сигналы.
24. Система, работающая в сети пакетной передачи данных, выполненная с возможностью управления переменной нагрузкой по трафику, и содержащая, по меньшей мере, одно устройство по п.23, по меньшей мере, один контроллер, предназначенный для определения доступной полосы пропускания в указанном заданном местоположении, и соответствующего обновления указанного, по меньшей мере, одного устройства.
