Способ совместного контроля значений ширины полосы для группы отдельных информационных потоков
Изобретение относится к передаче потоков трафика по общему каналу передачи. Технический результат - повышение пропускной способности канала передачи. Предложен способ передачи потоков трафика по общему каналу передачи, данные (А-Е) которых поступают, по меньшей мере, в один включенный на входе канала передачи буфер, причем для передачи пакетов (А-Е) соответствующего потока трафика по каналу передачи установлена гарантированная ширина полосы (BG1), причем для передачи пакетов (А-Е) соответствующего потока трафика по каналу передачи установлена максимальная ширина полосы (B1max), причем пакеты (D, E) потока трафика, которые поступают в буфер (4) со скоростью передачи, которая лежит ниже гарантированной ширины полосы (BG1), передаются во времени перед теми пакетами (ABC) этого потока трафика по каналу, которые поступают в буфер со скоростью передачи, лежащей выше гарантированной ширины полосы («желтый», «красный»), причем пакеты (ABC) потока трафика, которые поступают в буфер со скоростью передачи, которая лежит ниже максимальной ширины полосы (B1max), во времени передаются перед пакетами (С) потока трафика по каналу передачи, которые поступают в буфер со скоростью передачи («красный»), лежащей выше максимальной ширины полосы (B1max) потока трафика в канале передачи. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способам и устройствам для передачи потоков трафика по общему каналу передачи.
Когда множество потоков трафика (с пакетами полезных данных, например речи или мультимедийных данных) должно передаваться по общему каналу передачи (например, через базовую сеть в сети мобильной связи), необходим контроль доступа в форме распределения ширины полосы общего канала передачи по потокам трафика, передаваемым по этому каналу. При этом для каждого из потоков трафика должна обеспечиваться «гарантированная ширина полосы», которая предоставляется в распоряжение потоку трафика как часть ширины полосы канала передачи, независимо от нагрузки трафика в других потоках трафика. Кроме того, для каждого потока может определяться так называемая максимальная ширина полосы, которая превышает гарантированную ширину полосы и которая указывает, какая часть ширины полосы (подлежащий передаче объем данных на единицу времени и т.п.) предоставляется в распоряжение этому потоку трафика в общем канале передачи. Максимальная ширина полосы для потока трафика, как правило, значительно больше, чем ширина полосы, гарантированная в канале передачи для этого потока трафика.
Чтобы обеспечить загрузку общего канала передачи в максимально возможной степени для оптимизации затрат, как правило, по возможности большему количеству потоков трафика (с соответственно гарантированной шириной полосы) должен быть предоставлен доступ к общему каналу передачи, однако одновременно не должны нарушаться гарантии по ширине полосы для отдельных потоков трафика и в случае избыточного резервирования канала передачи, когда некоторые потоки трафика стремятся использовать свою максимально разрешенную ширину полосы.
Согласно Технической спецификации 3GPP 23.107 (www.http:// www.3GPP.org) для потоков трафика определенных там классов трафика, таких как «разговорный» и т.д., в качестве так называемых параметров качества обслуживания (QoS) существуют, в числе прочего, указанные выше величины «максимальная ширина полосы» и «гарантированная ширина полосы». В так называемых шлюзах базовой сети (CNGW) могут возникнуть ситуации, когда для собственных направленных потоков прямых линий связи, то есть потоков от сети, внешней с точки зрения базовой сети системы UMTS, в базовую сеть системы UMTS (и далее в направлении мобильного оконечного устройства) должны контролироваться максимальные значения ширины полосы, и для этих потоков в направлении базовой сети в одном или нескольких каналах передачи, которые совместно используются множеством потоков прямой линии связи, должна обеспечиваться гарантированная ширина полосы.
Известные специалисту в данной области техники способы предоставления канала передачи - ширины полосы - ресурсов потокам трафика базируются на статистических средних значениях, которые принимаются для каждого потока трафика (дополненных запасом надежности для случаев, когда множество потоков случайным образом одновременно превосходят расчетное среднее значение), или на измерении текущей нагрузки в потоках трафика, подлежащих передаче по каналу передачи. Взвешенный планировщик равномерной очереди, например, на каждый поток трафика устанавливает, что каждый поток трафика может использовать, по меньшей мере, гарантированную ширину полосы и максимум выделенную ему максимальную ширину полосы для передачи пакетов по общему каналу передачи. Недостатком этого способа функционирования является то, что такой планировщик требует больших затрат на реализацию, и при большом числе потоков трафика возникает проблема с эффективностью, так что он может применяться реально лишь примерно для 1000 потоков трафика на канал передачи.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить простым и эффективным способом передачу по общему каналу передачи и для большого числа потоков трафика, причем такая передача каждого из потоков трафика и при большом числе потоков трафика предусматривает гарантированную ширину полосы и все-таки обеспечивает эффективную загрузку пропускной способности канала передачи. Указанная задача решается признаками независимых пунктов формулы изобретения. В соответствии с изобретением определяются, по меньшей мере, три различных приоритета для дальнейшей передачи по каналу передачи для входящих пакетов потока трафика, и передача поступивших в буфер пакетов потока трафика по каналу передачи относительно друг друга приоритизируется в зависимости от того, с какой шириной полосы пакеты поступили в буфер, благодаря чему обеспечивается поддержание значений гарантированных полос, отведенных потокам трафика, и эффективное использование ширины полосы канала передачи и подходящая приоритизация пакетов потока трафика.
В сравнении со способом взвешенного планировщика равномерной очереди, заявленный способ, отличающийся простотой и эффективностью реализации, особенно предпочтителен, когда по одному каналу передачи должно передаваться более 1000 каналов трафика. Соответствующий изобретению способ может применяться, в частности, для каналов трафика в форме каналов полезных данных (речи, буквенно-цифровых данных) мобильной радиосвязи.
Другие признаки и преимущества изобретения вытекают из последующего описания примера осуществления со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
фиг.1 - схематичное представление соответствующей изобретению передачи данных в множестве потоков трафика по общему каналу передачи и
фиг.2 - иллюстрация применения значений ширины полосы в канале передачи.
Согласно фиг.1 пакеты А-E первого потока трафика поступают в первый буфер 4, пакеты данных F-J второго потока трафика поступают во второй буфер 5, пакеты данных K-О третьего потока трафика поступают в третий буфер 6, причем все пакеты данных А-О должны передаваться по одному (общему для всех потоков трафика 1-3) каналу 7 передачи (например, через базовую сеть сети мобильной связи), причем они здесь после передачи по общему каналу 7 передачи должны вновь разделяться на первый поток 8 трафика, второй поток 9 трафика и третий поток 10 трафика для последующей раздельной передачи.
Данные потоков трафика, передаваемые в пакетах A-E, F-J, K-O, могут представлять собой, например, речевые данные сети мобильной связи или данные, относящиеся к речевым сигналам (сообщения электронной почты, страницы Интернет), причем один поток трафика может передавать один или несколько разговоров в одном направлении. Вместо того чтобы применять, как показано на чертеже, по одному буферу на каждый поток трафика, для всех входящих в канал 7 передачи потоков 1-3 трафика может применяться общий буфер. Пакеты потоков трафика должны уже в буфере быть маркированы таким образом, чтобы после буфера они могли быть вновь разделены на отдельные потоки 8-10 трафика.
Перед пояснением соответствующей изобретению последовательности передачи пакетов 4-6 по общему каналу 7 передачи с помощью фиг.2 поясняется разделение предоставленной в распоряжение полосы BgU канала передачи на гарантированные полосы BG1,BG2,BG3 для отдельных потоков 1-3 трафика в общем канале 7 передачи.
Фиг.2 схематично показывает всю предоставленную в распоряжение в канале передачи полосу BgU, которая разделена на несколько потоков 1-3 трафика. При этом в данном случае потоку 1 трафика 1 предоставлена гарантированная ширина полосы BG1,потоку 2 трафика предоставлена гарантированная ширина полосыBG2, а третьему потоку 3 трафика предоставлена гарантированная ширина полосыBG3. Гарантированная ширина полосы для потока трафика предоставляется ему в распоряжение независимо от действительно применяемой ширины полосы других потоков трафика (то есть гарантируется). Действительная применяемая каналом передачи ширина полосы может быть больше, чем гарантированная для него ширина полосы, если сумма гарантированных полос меньше, чем общая ширина полосы канала передачи, или если сумма гарантированных полос плюс, помимо этого, применяемая в некотором потоке трафика ширина полосы больше, чем общая ширина полосы канала передачи, и при множестве потоков трафика в канале передачи с малой вероятностью произойдет нарушение гарантий по ширине полосы. Дополнительно к уже зарегистрированным в канале 7 передачи потокам 1-3 трафика еще один поток трафика допускается только в том случае, если сумма гарантированных полос для потоков трафика плюс запрошенная для нового потока трафика гарантированная ширина полосы меньше, чем произведение коэффициента качества на общую ширину полосы канала передачи. В то время как при значении коэффициента качества = 1 осуществляется полная загрузка канала передачи с гарантированными полосами (так что максимальная ширина полосы потока трафика не превышает или лишь незначительно больше, чем гарантированная ширина полосы потока трафика), при значении коэффициента качества <1 при наличии пакетных передач в буфере относительно быстро наступает перегрузка, в то время как при коэффициенте качества >1 происходит избыточная регистрация в канале передачи потоков трафика, так что гарантии по ширине полосы в конечном счете не выдерживаются, но канал передачи статистически в значительной степени загружен.
Согласно модели, поясненной со ссылкой на фиг.2, каждому потоку трафика предоставляется гарантированная ширина полосы в канале передачи, которая ему с надежностью гарантирована, а также максимальная ширина полосы в канале передачи, которая, как правило, больше, чем гарантированная ширина полосы. Очередность, с которой пакеты, поступающие в потоке 1 трафика, передаются по каналу передачи, зависит от того, с какой скоростью передачи пакеты потока трафика поступают (в буфер перед каналом передачи).
При этом должно учитываться, какой временной промежуток имеют пакеты (особенно в случае пакетов одинаковой длины) и/или насколько объемными являются пакеты (особенно при различной длине пакетов). Поступающие в буфер пакеты снабжаются маркировкой (например, в заголовке пакетов), учитывающей эту скорость передачи (входную ширину полосы в буфере), и на основе этой маркировки выбираются пакеты для передачи по каналу 7 передачи, что определяет очередность их передачи.
Например, пакеты, которые поступают в буфер 4 со скоростью передачи, лежащей ниже гарантированной каналом передачи для потока трафика ширины полосы, могут маркироваться маркировкой «зеленый» (или, как правило, некоторым числом в заголовке пакета); пакеты, которые поступают со скоростью передачи, лежащей между гарантированной шириной полосы и максимальной шириной полосы для потока трафика, могут маркироваться маркировкой «желтый» (или, как правило, некоторым числом в заголовке пакета); и пакеты, которые поступают со скоростью передачи, превышающей максимальную ширину полосы для потока трафика, могут маркироваться маркировкой «красный» (или, как правило, некоторым числом в заголовке пакета).
Маркировка пакетов потока (1) трафика определяет при этом очередность, в которой передаются пакеты этого потока (1) трафика, но не очередность, в которой передаются пакеты другого потока трафика.
Например, пакеты А, В (и соответственно многочисленные ранее поступившие пакеты) поступают в буфер 4 для потока 1 трафика со скоростью передачи, которая лежит выше гарантированной ширины полосы потока трафика, однако ниже максимальной ширины полосы потока 1 трафика, маркируются маркировкой «желтый». Пакет С приходит вслед за пакетом В со скоростью передачи, лежащей выше максимальной ширины полосы, так что он маркируется маркировкой «красный». Пакеты D и Е приходят в буфер со скоростью передачи, лежащей ниже гарантированной ширины полосы потока 1 трафика, и маркируются в их заголовке и т.п. маркировкой «зеленый».
Соответствующее положение справедливо для потоков 2 и 3 трафика. При передаче пакетов с 1 по 3 по общему каналу 7 передачи в данном случае соблюдаются гарантированные полосы для каждого канала трафика, и при этом, насколько это возможно, также соблюдаются максимальные полосы на каждый канал трафика. Если в рассматриваемом случае гарантированные для трех потоков с 1 по 3 трафика полосы и максимальные полосы соответственно одинаковой величины, то в простейших случаях могут передаваться попеременно по одному пакету потоков 1, 2, 3 трафика. При этом каждый пакет D, E («зеленый») потока 1 трафика, который поступает в буфер 4 со скоростью передачи, лежащей ниже гарантированной для этого потока 1 трафика ширины полосы для канала 7 передачи, будет передаваться во времени перед пакетами А, В и С в буфере, которые маркированы как поступающие в буфер 4 со скоростью передачи, лежащей выше гарантированной ширины полосы этого потока трафика («желтый», «красный»). Сверх того, пакет потока трафика, который находится в, по меньшей мере, одном буфере 4 и маркирован как поступивший в буфер (4) со скоростью передачи, лежащей между гарантированной шириной полосы и максимальной шириной полосы этого потока трафика (для передачи в канале 7 передачи), во времени будет передаваться из буфера в канал 7 передачи перед всеми находящимися в буфере, поступившими в буфер со скоростью передачи выше скорости передачи, лежащей выше максимальной ширины полосы для потока 1 трафика (для передачи по каналу 7 передачи), пакетами С («красный») (таким образом, пакеты B и D перед пакетами С).
При этом поступившие в буфер со сравнимой скоростью передачи (все «красные», или все «желтые», или все «зеленые») пакеты будет передаваться во времени относительно друг друга в порядке их поступления.
Таким образом, пакеты потока 1 трафика, поданные в буфер и согласно фиг.1 сохраненные в буфере 4, передаются в следующем порядке: DEABC. Аналогичный вывод справедлив для пакетов потоков 2, 3 трафика.
Таким образом, в канале 7 передачи, например, каждый (при данном распределении ширины полосы) третий пакет пополняется пакетами потока 1 трафика в заданной для этих пакетов последовательности (D, E, A, B, C). Расположенные между ними пакеты пополняются соответственно пакетами потока 2 трафика и потока 3 трафика.
Перед передачей по каналу 7 передачи пакеты потока 1 трафика соответственно маркируются определяющим этот поток 1 трафика указанием (например, «1» в заголовке пакета) и на выходе канала передачи, если необходимо, вновь пересортировываются в поток трафика, так что на выходе канала 7 передачи потоки трафика вновь могут передаваться далее по отдельности.
Кроме того, в предложенном примере для пакетов данных различных приоритетов (пакетов приоритета «красный», пакетов приоритета «желтый», пакетов приоритета «зеленый») может быть предварительно задано время, спустя которое они аннулируются в буфере. Предпочтительным образом, пакеты с уровнем приоритета «красный» аннулируются перед пакетами с уровнем приоритета «желтый», а пакеты с уровнем приоритета «желтый» аннулируются перед пакетами с уровнем приоритета «зеленый».
С помощью заявленного способа простым и эффективным путем и при условиях большого количества потоков трафика в одном канале передачи обеспечиваются как соблюдение гарантированной ширины полосы, так и высокая максимальная скорость передачи.
1. Способ передачи потоков (1, 2, 3) трафика по общему каналу (7) передачи, данные (А-Е) которых (1, 2, 3) поступают, по меньшей мере, в один включенный на входе канала передачи буфер (4, 5, 6),
причем для передачи пакетов (А-Е) соответствующего потока (1) трафика по каналу (7) передачи установлена гарантированная ширина полосы (BG1), по меньшей мере, с которой пакеты этого потока трафика передаются через канал передачи,
причем для передачи пакетов (А-Е) соответственно потока (1) трафика по каналу (7) передачи установлена максимальная ширина полосы (B1max), максимально с которой пакеты (А-Е) этого потока (1) трафика передаются через канал (7) передачи,
причем пакеты (D, E) потока (1) трафика, которые поступают в буфер (4) со скоростью передачи, которая лежит ниже гарантированной ширины полосы (BG1) для этого потока (1) трафика в общем канале (7) передачи, передаются во времени перед теми пакетами (ABC) этого потока трафика по каналу (7) передачи, которые поступают в буфер (4) со скоростью передачи, лежащей выше гарантированной ширины полосы («желтый», «красный»),
причем пакеты (ABC) потока (1) трафика, которые поступают в буфер (4) со скоростью передачи, которая лежит ниже максимальной ширины полосы (B1max) для этого потока (1) трафика в канале (7) передачи, во времени передаются перед пакетами (С) потока (1) трафика по каналу (7) передачи, которые поступают в буфер (4) со скоростью передачи («красный»), лежащей выше максимальной ширины полосы (B1max) потока трафика в канале (7) передачи.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, если канал (7) передачи уже занят множеством потоков трафика с соответственно гарантированными значениями ширины полосы, дополнительный поток трафика для передачи по общему каналу передачи допускается только в том случае, если сумма уже гарантированных значений ширины полосы и запрошенной ширины полосы нового потока трафика равны максимум произведению заданного коэффициента качества на ширину полосы канала трафика, в целом предоставленной в распоряжение для канала передачи.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что коэффициент равен единице.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что коэффициент больше единицы.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что коэффициент меньше единицы.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что канал (1) трафика является каналом полезных данных мобильной радиосвязи.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что канал (1) трафика проходит через шлюз, в особенности, через шлюз системы UMTS.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что приоритет по времени пакета (D) для передачи по общему каналу передачи перед другими пакетами (ABC) в пакете (D) сохраняется, в частности, в заголовке пакета.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что по каналу передачи передается более 1000 каналов трафика.
10. Устройство для передачи потоков (1, 2, 3) трафика по общему каналу (7) передачи, данные (А-Е) которых (1, 2, 3) поступают, по меньшей мере, в один включенный на входе канала передачи буфер (4, 5, 6), с устройством для определения гарантированной ширины полосы (BG1) для передачи пакетов (А-Е) соответствующего потока (1) трафика по каналу (7) передачи, причем, по меньшей мере, с этой гарантированной шириной полосы (BG1) пакеты этого потока трафика передаются через канал передачи, с устройством для установления максимальной ширины полосы (B1max) для передачи пакетов (А-Е) соответственно потока (1) трафика по каналу (7) передачи, причем максимально с этой максимальной шириной полосы (B1max) пакеты (А-Е) этого потока (1) трафика передаются через канал (7) передачи, с передающим устройством, выполненным таким образом, что пакеты (D, E) потока (1) трафика, которые поступают в буфер (4) со скоростью передачи, которая лежит ниже гарантированной ширины полосы (BG1) для этого потока (1) трафика в общем канале (7) передачи, передаются во времени перед теми пакетами (ABC) этого потока трафика по каналу (7) передачи, которые поступают в буфер (4) со скоростью передачи, лежащей выше гарантированной ширины полосы («желтый», «красный»),
причем пакеты (ABC) потока (1) трафика, которые поступают в буфер (4) со скоростью передачи, которая лежит ниже максимальной ширины полосы (B1max) для этого потока (1) трафика в канале (7) передачи, во времени передаются перед пакетами (С) потока (1) трафика по каналу (7) передачи, которые поступают в буфер (4) со скоростью передачи («красный»), лежащей выше максимальной ширины полосы (B1max) потока в канале (7) передачи.
