传送数据流的分组的网络网关和方法
【专利摘要】一种网络网关(3)包括：缓冲器(10)；和传送模块(12)，配置为经由网络介质从源设备(2)向用户设备(1)传送数据流的分组。由源设备(2)和网关(3)之间的上链路连接(4)从源设备(2)接收数据流的分组，该分组临时存储在缓冲器(10)中，并且由用户设备(1)和网关(3)之间的下链路连接(5)从缓冲器(10)向用户设备(1)传送该分组，以使得下链路连接(5)依赖于上链路连接(4)。另外，网络网关(3)包括保护模块(13)，其被配置为提供对上链路连接(4)的保护，其中，为上链路连接(4)的数据流的分组保留对网络介质的访问。最后，网络网关(3)包括控制模块(11)，其被配置为监测缓冲器(10)并且在检测到缓冲器溢出的情况下发送指令到保护模块(13)以降低对上链路连接(4)的保护。
【专利说明】传送数据流的分组的网络网关和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于传送数据流的分组的网络网关和方法。
【背景技术】
[0002]该部分意图向读者介绍技术的各个方面，其可能涉及以下描述和/请求保护的本发明的各个方面。相信该讨论将有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本发明的各个方面。因此应该理解这些叙述应该鉴于此地阅读，而不应理解为对现有技术的承认。
[0003]因为家庭网关处的接入点正在快速发展为到家庭和家庭内的包括媒体流的所有通信的中心点，所以确保这种流传输连接的速率变成关心的问题。
[0004]例如，在包括无线接入点的各种场景中解决媒体流保护(特别是对于视频流)的问题。无线局域网(WLAN)的视频保护的现有工作落入几个类别:错误控制技术(像通过保护不受信号衰落和干扰来改进视频质量)、重传策略(像优先化重传以恢复分组丢失和应用层前向纠错)和带宽自适应可伸缩编码。使视频质量适合网络条件的现有方法例如要求可用带宽的检测，包括在WLAN中复杂的容量的估计。
[0005]在拥塞或通信业务繁忙时，对媒体流的访问的优先级或者优选分配在网络中越来
越变得重要。
[0006]例如，文献US 2007/0133405A1公开一种媒体服务系统，包括内容源和回放设备，二者连接到媒体服务器。媒体服务器转换内容为分组化数据并且传送该数据到回放设备。拥塞控制器监测回放设备的缓冲器状态以及网络性能。如果检测到拥塞，速率转换器(transrater)改变内容的比特率或者数据密度。
[0007]此外，在文献US2006/0126507A1中公开一种无线基站设备。无线基站设备包括基带处理器并且被连接到无线基站控制器。无线基站控制器经由无线基站设备的基带处理器发送数据流到若干用户。每个基带处理器包括监测接收带宽使用的拥塞监测器。如果检测到拥塞，则流控制器控制每个用户的数据流。
[0008]此外，文献US6，469，99IBI涉及已知为“点播多路访问公平排队(on_demandmultiple access fair queuing) ”的媒体访问控制协议。如果网络的下链路/上链路缓冲器占用超过阈值，则基站确定这是否由特定的远程主机或者由一组远程主机引起。如果网络性能低，则基站可以将远程主机与网络断开。
【发明内容】
[0009]本发明的至少一个目的是提供用于传送网络中的数据流并且用于处理网络中的拥塞的改进技术。
[0010]由根据独立权利要求1的网络网关和根据独立权利要求8的用于传送数据流的分组的方法解决这个目的。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。根据本发明的一个方面，提供一种网络网关，包括:
[0011]-缓冲器，[0012]-传送模块，配置为经由网络介质从源设备向用户设备传送数据流的分组，其中，由源设备和网关之间的上链路连接从源设备接收数据流的分组，该分组临时存储在缓冲器中，并且由用户设备和网关之间的下链路连接从缓冲器向用户设备传送该分组，以使得下链路连接依赖于上链路连接，
[0013]-保护模块(也称为优先化模块)，配置为提供上链路连接的保护，其中，保留上链路连接的数据流的分组对网络介质的访问，以及
[0014]-控制模块，配置为监测缓冲器并且在检测到缓冲器溢出的情况下发送指令到保护模块以降低对上链路连接的保护。
[0015]根据本发明的另一方面，提供一种由网络网关经由网络介质从源设备向用户设备传送数据流的分组的方法，该方法包括以下步骤:
[0016]-由网关从源设备接收数据流的分组，其中，提供源设备和网关之间的上链路连接，
[0017]-在网关的缓冲器中临时存储数据流的分组，
[0018]-从网关的缓冲器向用户设备传送数据流的分组，其中，提供网关和用户设备之间的下链路连接，以使得下链路连接依赖于上链路连接，
[0019]-通过网关保留数据流的分组对网络介质的访问来保护上链路连接，
[0020]-监测缓冲器，以及
[0021]-如果由网关检测到缓冲器溢出，则降低对上链路连接的保护。
[0022]网络网关可以是网络系统(例如，家庭网络)的一部分，其中，源设备和用户设备之间的连接通过网关的接入点。优选地，数据流是媒体流，例如视频流或者音频流。源设备可以是机顶盒或者媒体中心，并且用户设备可以是任何类型的回放设备，例如，电视或者立体设备(stereo device)。
[0023]当从源设备向用户设备传送数据流的分组时，上链路连接和下链路连接共享相同信道。它们在竞争对网络介质的访问。网关处拥塞时，目的地是到用户设备的下链路连接的分组在缓冲器中排队列并且可能被丢弃。属于相同数据流的上链路连接上的分组始终继续在来自源设备的上链路连接上发送。如果这些传送在网关处被丢弃，则它们被潜在地浪费。
[0024]然而，随着数据流从源设备下载到用户设备，从源设备到网关的连接和从网关到用户设备的连接不是独立的。替代地，本发明可以利用源设备的上链路连接和用户设备的下链路连接之间的依赖性来实现网络介质访问的分配。可以由网关识别上链路连接和下链路连接之间的依赖性。由此，不要求网络容量的复杂估计，这是因为在网关处容易获得的分组队列信息用于确定拥塞控制是必要的。
[0025]一旦由控制模块检测到拥塞，控制模块就可以发送指令到保护模块，以降低源设备对网络介质的访问，从而避免缓冲器处的长队列。由此，可以避免不必要的分组丢失。
[0026]可以配置传送模块为从若干源设备分别向若干用户设备传送若干数据流。每个数据流被划分为多个分组。每个源设备发送其分组到网关，其中创建若干上链路连接，在网关中，分别在缓冲器的虚拟队列中临时存储分组。由若干下链路连接从每个虚拟队列向各个用户设备发送分组。对于每个数据流，下链路连接依赖于对应的上链路连接。可以配置保护模块为向一些或者所有上链路连接提供保护。可以配置控制模块为在缓冲器的一个虚拟队列溢出的情况下，降低对若干上链路连接中的对应上链路连接的保护。
[0027]在优选实施例中，配置传送模块为经由无线网络介质传送数据流的分组。无线网络(例如，WLAN)提供在不需要电缆的情况下连接源设备和/或用户设备与网关的方便方式。
[0028]根据另一实施例，配置保护模块为以目标速率发送清除发送信号到源设备，其中，选取目标速率以确保以适时方式接收数据流的分组，以使得不中断数据流。通过发送清除发送信号到源设备，可以为源设备保留无线网络介质的带宽。该保留是隐式的。可以提供清除发送信号作为主动提供的(unsolicited)清除发送信号。可替代地，可以提供保护作为诸如WLAN标准802.1ln中的传送允许。源设备阻塞网络访问的行为可以用于以增加分组延迟为代价避免分组丢失。
[0029]清除发送信号是用于静默(silence)——对于预定时间段——网关范围中的除了源设备之外的所有设备的信号。清除发送信号可以用于保留上链路连接的时间。
[0030]在另一优选实施例中，配置控制模块为发送指令到保护模块，从而在检测到缓冲器溢出的情况下，将以其发送清除发送信号到源设备的速率降低到低于目标速率。通过降低以其发送清除发送信号的速率，可以为上链路连接保留更小带宽。由此，更大带宽可以被获得用于下链路连接，并且可以传送缓冲器中存储的分组到用户设备。
[0031]在另一实施例中，可以配置控制模块为发送指令到保护模块，从而在检测到缓冲器下溢的情况下，将以其发送清除发送信号到源设备的速率增加至达到目标速率。如果缓冲器填充较低或者缓冲器甚至是空的，则可以通过增加清除发送信号的速率增加对上链路连接的保护。一旦减轻拥塞或者数据流的对应下链路连接已经在访问中获得优先，则可以对源设备恢复正常受保护访问。
[0032]在本发明的另一实施例中，配置传送模块为在介质访问控制(MAC)层传送数据流的分组。MAC层控制对网络介质的访问。与可以仅仅与末端(endpoint)通信的应用层相t匕，MAC层可以处理网络中的所有设备，诸如末端和/或中继。由此，网关可以直接控制对网络介质访问的优先，而不依赖于末端适应拥塞。由此，可以提供网关和源设备以及网关和用户设备之间的无冲突传送。
[0033]在优选实施例中，如果缓冲器中的分组数量超过上缓冲器数量和/或缓冲器中的分组的大小超过上缓冲器大小，则监测到缓冲器溢出。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]借助参考所附附图、决不是限制性的下面的实施例和执行示例，将更好地理解和示例本发明。
[0035]-图1描绘符合本发明的优选实施例的无线家庭网络系统，以及
[0036]-图2是示例符合所述优选实施例的用于传送分组的方法的步骤的流程图。
[0037]在附图中，类似的参考标号指代类似部分，除非另外指示。
【具体实施方式】
[0038]如图1所示，在下面的场景下考虑图中示例的无线家庭网络系统N。用户设备I正在从机顶盒 2下载媒体流。媒体流的分组通过(图2的步骤El和E2)家庭网关3的接入点。从机顶盒2向网关3提供上链路连接4，并且从网关3向用户设备I提供下链路连接
5。另外的用户设备6、7具有到网关3的上链路和下链路连接8、9，以承载一些其他的通信量。
[0039]为了确保到媒体流的服务质量，控制对共享无线介质的访问的保护机制存在于网关3。网关3包括缓冲器10，缓冲器10具有用于下链路连接5、9的每个目的地的虚拟队列。
[0040]虽然上链路连接4和下链路连接5承载相同的媒体流，但它们实际上在介质访问控制(MAC)层是去耦合的。在拥塞时，保存用于下链路连接5的分组的网关3处的缓冲器10的虚拟队列逐渐积累(图2的步骤E2)，以引起网关3处的分组丢失和可能的目的地(用户设备)处的延迟二者。
[0041]网关3的控制模块11监测(图2的步骤E4)缓冲器10并且跟踪分组队列。
[0042]在媒体流的开始处，网关3的传送模块12建立上链路连接4和下链路连接5是依赖的，具体地，连接5依赖于上链路连接4。传送模块12通知控制模块11跟踪与下链路连接5的分组对应的缓冲器10中的虚拟队列。
[0043]用参数β、触发(图2的步骤Ε5)媒体保护自适应的队列占用、一些滞后值ε参数化控制模块11。
[0044]当与下链路连接5对应的缓冲器10的虚拟队列达到(β + ε ) %的占用时，控制模块11通知网关3 的保护模块13察觉到的拥塞。保护模块13进入协调保护模式。
[0045]在该模式下，保护模块13调整给予机顶盒2的访问优先，以减低(图2的步骤E6)对上链路连接4的保护。例如，如果保护机制宽松地基于IEEE802.lie，则可以调整访问参数，诸如回退窗口大小(其是IEEE802.1lWLAN协议的重要部分，这是因为回退窗口的大小对吞吐量有影响)。可替代地，可以由保护模块13降低以其将清除发送信号发送到机顶盒的速率。
[0046]这导致降低机顶盒2的传送速率和由此的来自上链路连接4的分组(网关3处的分组)的降低后的到达速率。降低机顶盒2的访问优先将导致网关3传送分组到下链路连接5的更多机会。
[0047]当与下链路连接5对应的缓冲器10的虚拟队列减少到低于(β - ε ) %占有时，控制模块11通知保护模块13拥塞期已经结束。然后保护模块13切换到正常保护模式。
[0048]当与下链路连接5对应的缓冲器10的虚拟队列的占有变化时，重复上面的步骤。
[0049]因此，提供了用以控制阻塞作用的参数，该参数允许沿着分组丢失和延迟之间的折中曲线的操作的点的精细调节。已经在本发明的优选实施例中描述本发明，清楚的是，在本领域技术人员的能力内允许很多修改和实施例。
[0050]在其权利要求中，用于执行特定功能的表达为部件(或者单元)的任何元件，意图包括执行该功能的任何方式，例如包括a)执行该功能的电路元件的组合,或者b)任何形式的软件，因此包括与用于执行该软件以执行该功能的与适合电路组合的固件、微代码等。由这些权利要求定义的本原理，在于由各种列举部件提供的功能以权利要求请求保护的方式被组合并且集合在一起。由此认为，可以提供那些功能的任何部件等效于本文示出的那些部件。
[0051]要理解，本原理可以以硬件、软件、固件、专用处理器或者其组合的各种形式实现。优选地，本原理可以实现为硬件和软件的组合。此外，软件优选实现为有形地实施在程序存储设备上的应用程序。应用程序可以被上载到包括任何适当架构的机器并且由该机器执行。优选地，该机器被实现在计算机平台上，该计算机平台具有硬件，诸如一个或者多个中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和(多个)输入/输出(I/O)接口。计算机平台还可以包括操作系统和微指令代码。本文描述的各种处理和功能可以是经由操作系统被执行的微指令代码的一部 分或者应用程序的一部分(或者其组合)。
【权利要求】
1.一种网络网关(3),包括: -缓冲器(10)， -传送模块(12)，配置为经由网络介质从源设备(2)向用户设备(I)传送数据流的分组，其中，由源设备⑵和网关⑶之间的上链路连接⑷从源设备⑵接收数据流的分组，该分组临时存储在缓冲器(10)中，并且由用户设备(I)和网关(3)之间的下链路连接(5)从缓冲器(10)向用户设备(I)传送该分组，以使得下链路连接(5)依赖于上链路连接(4)，-保护模块(13)，配置为提供上链路连接(4)的保护，其中，保留上链路连接(4)的数据流的分组对网络介质的访问，以及 -控制模块(11)，配置为监测缓冲器(10)并且在检测到缓冲器溢出的情况下发送指令到保护模块(13)以降低对上链路连接(4)的保护。
2.如权利要求1所述的网关，其特征在于，传送模块(12)配置为经由无线网络介质传送数据流的分组。
3.如权利要求2所述的网关，其特征在于，保护模块(13)配置为以目标速率发送清除发送信号到源设备(2)，其中，选取目标速率以确保以适时方式接收数据流的分组，以使得不中断数据流。
4.如权利要求3所述的网关，其特征在于，控制模块(11)配置为发送指令到保护模块(13)，从而在检测到缓冲器溢出的情况下，将以其发送清除发送信号到源设备(2)的速率降低到低于目标速率。
5.如权利要求4所述的 网关，其特征在于，控制模块(11)配置为发送指令到保护模块(13)，从而在检测到缓冲器下溢的情况下，将以其发送清除发送信号到源设备(2)的速率增加至达到目标速率。
6.如前述权利要求中任一项所述的网关，其特征在于，传送模块(12)配置为在介质访问控制层传送数据流的分组。
7.如前述权利要求中任一项所述的网关，其特征在于，如果缓冲器中分组的数量超过上缓冲器数量和/或缓冲器(10)中分组的大小超过上缓冲器大小，则检测到缓冲器溢出。
8.—种由网络网关(3)经由网络介质从源设备(2)向用户设备(I)传送数据流的分组的方法，该方法包括以下步骤: -由网关(3)从源设备(2)接收(El)数据流的分组，其中，提供源设备(2)和网关(3)之间的上链路连接(4)， -在网关(3)的缓冲器(10)中临时存储(E2)数据流的分组， -从网关⑶的缓冲器(10)向用户设备⑴传送(E3)数据流的分组，其中，提供网关(3)和用户设备(I)之间的下链路连接(5)，以使得下链路连接(5)依赖于上链路连接(4)，-通过网关⑶保留数据流的分组对网络介质的访问来保护(E5)上链路连接(4)，-监测(E4)缓冲器(10)，以及 -如果由网关(3)检测到缓冲器溢出，则降低(E6)对上链路连接(4)的保护。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，由无线网络介质传送数据流的分组。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，由网关(3)以目标速率发送清除发送信号到源设备(2)，其中，选取目标速率以确保以适时方式接收数据流的分组，以使得不中断数据流。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在检测到缓冲器溢出的情况下，将以其发送清除发送信号的速率降低到低于目标速率。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在由网关(3)检测到缓冲器下溢的情况下，将以其发送清除发送信号的速率增加至达到目标速率。
13.如权利要求8至12中任一项所述的方法，其特征在于，在介质访问控制层由网关(3)接收和/或传送数据流的分组。
14.如权利要 求8至13中任一项所述的方法，其特征在于，如果缓冲器中分组的数量超过上缓冲器数量和/或缓冲器中分组的大小超过上缓冲器大小，则检测到缓冲器溢出。
【文档编号】H04L12/66GK104025519SQ201280065064
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2011年12月29日
【发明者】M.卡雷拉, N.赫格德, M.梅 申请人:汤姆逊许可公司