专利名称：丢弃的分组指示符的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及数字信息传送网，并且更加特别地涉及一种用于在网络中指示丢弃的分组的方法和设备。
背景技术：
数字信息传送网中，在源装置与目的装置之间，数据分组可能由于各种原因被丢失。一些分组由于不可控的错误被随机地丢失，这些错误例如是由传输线上的噪声、同步问题等造成的错误。一些分组由于网络资源(例如传输、交换、计算等)方面的约束(constraint)被丢失。在这种情况下，常规地以受控的方式删除分组。
使用当前的技术，分组流的目的装置当前不能区分由于受控情况造成丢失分组和由于非受控情况造成丢失分组。对于一些数据传递协议，丢失分组致使目的装置请求重传该丢失的信息。这在多播诸如音频或视频这样的实时流的网络中并不怎么可行。通常，没有足够的时间可用于请求和接收重传的分组，除非目的装置处的缓存器非常大。如果分组丢失问题起因于拥塞，那么重传请求只会加重拥塞。
当在目的装置处没有接收到分组流中的所期望的分组时，目的装置在宣称分组丢失前等待一定量的时间。一旦分组被宣称丢失，目的装置尝试通过重传或者通过错误隐藏(concealment)技术来进行恢复。对于实时服务，等到确定了数据丢失的时候，可能已经太晚了以致不能进行错误恢复或者错误隐藏算法的处理。
公知几种用于在目的装置处检测分组丢失的解决方案，但是它们都需要时间延迟，其可能对实时服务有害。一些协议在流中的每个分组内提供一个序列号。在目的装置处，如果一个被编号的分组没有按顺序到达，那么就宣称丢失分组的情况并且可以开始错误恢复机制。另一种方法等待一个超时时段并且然后宣称分组丢失。又一种方法忽略所丢失的分组并且处理到达目的装置的下一个数据分组。
当前可用的分组丢失检测技术所招致的延迟对于实时服务可能有害。目的装置等待宣称分组丢失会浪费时间和处理器资源，其本应当更好地用于隐藏由丢失信息所造成的错误。如果对音频或视频服务忽略分组丢失，那么应用的收听者或观看者将体验令人讨厌的伪像。
相应地，需要一种用来识别和补救丢失分组的方法和设备。
发明内容
在本发明中，网络包括用于发送信息的源装置和用于接收来自该源装置的信息的目的装置。中间网元在该源装置和目的装置之间传递信息。该中间网元识别适于丢弃的信息分组，并且响应于识别出一个或多个适于丢弃的分组，向该目的装置发送指示丢弃该一个或多个分组的决定的通告。
相比现有技术，本发明提供了显著的优点。该中间网元通过发送指示有效载荷被移除的小通告分组，实现了显著的带宽节约。该目的装置一接收到该小通告分组就可以启动错误纠正任务。在视频应用中，当使用了早期错误隐藏时，视频的质量将明显得到提高，而不是显示由于丢失分组而造成的明显的干扰信号(glitch)(令人讨厌的视频伪像)。此外，如果可行的话，目的装置可以禁止重传请求以避免加重现存的拥塞问题。
为了更全面的理解本发明及其优点，现在结合附图来参考下述描述，其中图1说明了在数据网内穿过中间网元的介于源装置与目的装置之间的数据路径的例子的方框图；图2示出了特定类型的IP视频网络的更详细的视图；
图3说明了将用于传输视频或音频数据的类型的分组的极大简化了的视图；图4a说明了中间网元的简化了的方框图；图4b说明了用较小的通告分组来替代丢弃的分组；图5示出了针对丢弃的分组的控制电路的操作；图6说明了本发明如何才能适用于基于IP传送和H.264视频压缩的视频网络服务的一个特定例子；以及图7说明了响应于接收到指示丢弃的分组的通告分组的目的装置处的操作。
具体实施例方式
参考图1至图7，能最佳地理解本发明，各图中相同的数字用于指示相同的单元。
图1说明了在数据网内介于源装置10与目的装置12之间的路径的例子。该源装置10可以是例如视频服务器或音频服务器，而该目的装置可以是用户计算装置(例如桌面/移动计算机、手持式计算机/PDA或者带有网络接入的智能电话)、内部或者外部(“机顶盒(set top)”)的IP视频接收器、或者内部或外部的IP音频接收器。在源装置10与目的装置12之间，存在一个或多个中间网元14，其在该源装置10与该目的装置12之间传递信息。该中间网元14可以是例如互联网和/或专用网路由器和复用器。
操作中，该源装置10将数据流传输至该目的地12(在实际的实施例中，该源装置10很有可能将数据作为单播传输或者作为多播传输流传输至多个目的地12)。该目的地12和中间网络装置通常在FIFO(先入，先出)存储器内对数据进行缓存。在源装置10和目的地12之间，数据可能被延迟或丢失。例如，中间网元14之一可能发生FIFO溢出，其中数据被接收的速率比其能被传输给下一个中间网元14或目的装置12的速率更快。这种情况下，计划传给目的装置12的数据分组中的一些数据分组将被该中间网元14丢掉并且因此无法到达目的装置12。类似地，中间网元14可以预见很有可能会发生溢出的情况并且可以取消FIFO中的分组。再一次，被取消的分组将不会到达目的装置12。
目的装置12也会具有缓存器，从而分组的到达中的微小延迟不会影响输出声音或视频。一般而言，该缓存器越长，该目的装置12在不采取补救措施的条件下能够承受的延迟就越长。然而，在某个时间点，该目的装置12将不能够再等待所期望的分组，并且将采取措施以在没有该分组的情况下继续音频和视频。如果该分组在此时间点后到达，目的装置12将简单地丢掉它。在一些例子中，目的装置12可能能够请求源装置10重发丢失的数据；然而，一般而言，由于该丢失信息的原因，在目的装置12处将会出现干扰信号(glitch)。
图2示出了可以利用本发明优点的特定类型的IP视频网络的更详细的视图，然而本发明不局限于这种类型的网络。在图2中，VHE(视频头端)20将视频分组流传输至一个或多个IP视频接收器22。该IP视频接收器22将视频分组转化成用于视频显示器24的视频。为了到达IP视频接收器22，数据必须穿过公共/专用网络26，该网络26可包括多个路由器(包括边缘路由器28)。边缘路由器28的输出由DSLAM(数字用户线接入复用器)单元30来接收，其中数据被放置在双绞线31上。用户住宅(premises)处的DSL调制解调器32通过住宅路由器34在该DSLAM单元30与该IP视频接收器22之间进行通信。
应当注意，图2中所示出的特定实施例是针对在用户住宅处的DSL连接上的IP视频服务的。利用本发明，还可使用其他用于与住宅进行通信的配置，包括数字电缆、无线通信以及光纤。
在操作中，视频头端将视频信息流传输至IP视频接收器22。对于像实时电视信号这样的实时视频广播，通常将视频数据作为多播传输来发送。对于点播(on demand)视频，可以使用单播传输。
图3说明了将被用于传输视频或音频数据的类型的分组的极大简化了的视图。分组40包括头和有效载荷，其中头包括有关寻址、状态和优先级指示符的信息，有效载荷包括音频和视频数据。在大多数像MPEG(运动图像专家组)、MPEG2和MPEG4这样的视频协议中，以及其他协议中，有效载荷常常承载差别(differential)信息(即，该信息描述了帧如何从前面所传输的帧变化而得)，并且因此在流中各个分组的有效载荷的尺寸可能发生显著的变化。图6中示出了更详细的说明。
图4a说明了中间网元14的简化视图。中间网元14包括FIFO存储器50、用来接收分组的输入、用于转发分组的输出54，以及用于控制FIFO50的控制电路56。在FIFO存储器50中示出了分组A-E，以及空闲的空间。
如上所述，接收分组的速度可能快于发送分组的速度，这将导致FIFO溢出。溢出的一个原因可以是在DSLAM单元30与DSL调制解调器单元32间的DSL连接的有限带宽。当用户住宅处正在请求更多频道时，在DSLAM单元30处复用的用于该用户住宅的分组数目将增大。通常，商用IP电视系统设计成使得带宽将支持某一数量的用于住宅的数据流；然而，如果多个频道同时发送大量的信息分组，那么可能会发生拥塞，这将需要丢弃数据流中的一些分组。
在优选的实施例中，进行丢弃的中间网元14可确定FIFO中不同分组的相对重要性。例如在视频数据流中，代表压缩视频帧的分组被标上优先级指示符，其使流量管理功能能够区分低优先级分组与高优先级分组。优选地，首先(即在采取丢弃较高优先级分组之前)丢弃低优先级分组以给最终用户保持最高质量的视频体验。控制电路56中的选择性分组丢弃功能查找分组的应用层头以确定该分组是否是将被丢弃的候选者。
通常，丢弃的分组仍保留在FIFO存储器50中直到它们到达输出级54。控制电路56维护着FIFO存储器50内的丢弃的分组的列表。通常，当丢弃的分组到达FIFO存储器50的输出时，从FIFO存储器50中丢弃该分组，而不会进一步传输该分组。因为在网络上传输分组的速度远小于从FIFO存储器中倒空分组的速度，所以将分组标记为被丢弃的可以快速释放FIFO存储器50中的空间。
在一个实际的实施例中，将头信息与大得多的有效载荷分开存储于FIFO中可能是有用的。在分组通过队列前进时，控制电路将对头信息进行操作，并且接着由输出电路54附上该有效载荷(如果该分组没有被标记成被丢弃的)。
如前面所述，在现有技术条件下，目的装置12不能区分延迟的分组和丢弃的分组。现有设备在对信息丢失情况做反应前被迫等待一最小量的时间，其等于该分组的到达延迟变化加上保护时间。在这个时间段结束时，目的装置12将采取步骤来隐藏信息的丢失。
然而，在本发明中，当由于统计复用功能内的受控丢弃的原因，信息分组从应用数据流中丢失时，进行丢弃的装置将仅丢弃分组的有效载荷，并且当分组到达FIFO存储器50的前端时，将发送一个小通告分组(包括例如原始分组的带有“有效载荷被丢弃”指示符的更新的头)以将该丢失信息通知目的装置12。通过将通告分组控制得较小，该消息分组的传输将只对进行丢弃的装置中的拥塞问题产生最小的影响。然而，目的装置12在接收到该消息分组并且得知特定的分组信息(数据内容)将不会到达时，可以更好和更快地作出关于隐藏由缺少信息所造成的错误的决定。使用这个新方案，一旦提供信息的替代分组到达应用就对受控的分组丢失做出反应。在视频情况下，目的装置12可以在得知丢失信息时立即启动像视频伪像隐藏这样的错误处理功能，这样提高了给最终用户的视频体验质量。
图4b说明了用较小的通告分组来替代丢弃的分组。在输入52处，中间网元14接收到5个分组A-F，并且检测到拥塞状态。分组B，C和E被认为是具有较低优先级的分组并且被标记成用于丢弃。在输出处，将小得多的通告分组B’，C’和D’传输给目的装置12。
图5示出针对丢弃的分组的控制电路56的操作。从空闲状态60开始，如果检测到实际的或预期的拥塞，那么在状态62中识别一个或多个用于丢弃的候选分组(并且控制返回至状态60)。当所标识的分组到达FIFO存储器50的输出时，在状态64将小通告分组发送给目的装置12(并且控制返回至状态60)。
尽管该优选实施例是连同FIFO存储器一起示出的，但是应当注意非FIFO可寻址的结构也可被用于对分组进行排队。
图6说明了本发明如何才能适用于基于IP传送和H.264压缩的视频网络服务；应该理解，本发明不受限于这种特定的标准，而是可与各种各样的不同应用中的几乎任何标准一起使用。图6示出了用于由DSLAM单元提供的接入服务的分组结构。用于这种应用的头格式由NAL(网络适配层)来定义。依照当前标准，NAIL头中的“F比特”必须设成“0”，但是如果有效载荷可能存在问题，那么NAL头中的“F比特”可被设成“1”。本发明可以使用这个比特来指明有效载荷是否已被丢弃。为了这么做，进行丢弃的网元将丢弃的分组的F比特设成“1”并且在传输该分组之前清除有效载荷。这将维护全部序列和头信息，并且节省过载的并导致拥塞的资源。
在接收时，如果目的装置12处的应用检测到F比特是“0”，那么接收器将该分组作为正常的来处理。如果F比特是“1”并且有效载荷是空，那么应用启动错误隐藏过程或者其他错误处理功能。
一种用于标记带有丢弃的有效载荷的分组的可选解决方案，使用图6的分组结构将跟在NAL后面的字节设置成空(零)以指示应用有效载荷已经被移除，而不是将F比特设置成“0”。在这种情况下，视频源(编码器/服务器)将保证当向网络传输分组时跟在NAL后面的字节总是非零的。当检测到跟在NAL后面的第一个字节中是空时，接收器将获悉被移除有效载荷。
存在各种各样可以使用现有的或未来的分组结构实现本发明的方式，并且上面所给的例子仅仅说明了这样的方式，即其中本发明的实现对于不支持本发明的网元可以是透明的。
在被通知了丢弃的分组时，接收装置所采取的动作将取决于分组所承载的信息类型而变化。在点播音频或视频的情况下，基于接收装置所缓存的视频数据量，可能有时间请求重传。然而，在并非总是可能进行重传的实时音频或视频应用中，接收装置可以通过确定丢失分组是高优先级分组还是低优先级分组而改变其动作。优先级信息可在分组头中明确注明或者可根据用于流传输信息的协议来确定。
图7说明了目的装置12(图2中的IP接收器22)处的动作。在步骤70中，目的装置接收指示流中的分组已经被丢弃的通告分组。如果适用的话，在步骤72中禁止针对这个分组的分组重传请求，并且在步骤74中开始应用隐藏过程。这防止了在当拥塞已经是个问题的期间由于重传请求造成的额外的拥塞。
相比现有技术，本发明提供了显著的优点。仅仅发送消息头的相对带宽节省取决于被移除的有效载荷的大小。通常，在视频应用中，头的大小仅是有效载荷的大小的一小部分，并且由此，进行丢弃的装置的带宽节省是相当可观的。当使用早期错误隐藏时，视频质量将得到明显提高，而不是由于丢失分组造成的明显的干扰信号(令人讨厌的伪像)。
虽然已经针对某些示例性的实施例详细描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将由此得到启示作出这些实施例的各种变型和替代实施例。本发明包括落在权利要求书范围内的任何修改或替代实施例。
权利要求
1.一种网络，其包括用于发送信息的源装置；用于接收来自所述源装置的所述信息的目的装置；以及用于在所述源装置和目的装置之间传送信息的中间网元，其中所述中间网元包括电路，其用于识别用于丢弃的信息分组；以及响应于识别一个或多个用于丢弃的分组，向所述目的装置发送指示丢弃所述一个或多个分组的决定的通告。
2.根据权利要求1所述的网络，其中所述目的装置包括用于响应于接收到所述小分组而纠正错误的电路。
3.根据权利要求2所述的网络，其中所述用于纠正错误的电路包括用于选择性地禁止重传请求和用于隐藏由于丢失信息所造成的错误的电路。
4.根据权利要求1所述的网络，其中所述信息分组包括头信息和有效载荷信息。
5.根据权利要求4所述的网络，其中所述通告不包括来自被识别为用于丢弃的分组的有效载荷信息。
6.根据权利要求4所述的网络，其中所述通告包括被识别为用于丢弃的分组的头信息。
7.一种用于在源装置和目的装置之间传送信息的网元，其包括用于识别用于丢弃的信息分组的电路；以及用来向所述目的装置发送通告的电路，所述通告指示要丢弃所述一个或多个分组的决定。
8.根据权利要求7所述的网元，其中所述信息分组包括头信息和有效载荷信息。
9.根据权利要求8所述的网元，其中所述通告不包括来自被识别为用于丢弃的分组的有效载荷信息。
10.一种在源装置和目的装置之间传递信息的方法，其包括步骤在网元中接收分组；在存储器中临时存储所述分组；当识别出需要在所述存储器中提供空间时，识别用于丢弃的分组；以及向所述目的装置发送通告，指示要丢弃所述一个或多个分组的决定。
全文摘要
源装置(10)经过中间网元(14)向目的装置(12)发送信息。如果中间网元(14)需要丢弃一个或多个信息分组，那么它向目的装置(12)发送一个较小的信息分组。当接收到该信息分组时，目的装置可以立即开始纠正过程。
文档编号H04L12/56GK101026555SQ20061016879
公开日2007年8月29日 申请日期2006年12月20日 优先权日2005年12月21日
发明者唐纳德·P·兹里尼, 弗雷德里克·H·斯库格 申请人:美国阿尔卡特资源有限合伙公司