专利名称：宽带通信数据传输方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种在宽带通信设备上的组播通信数据传输方法。
背景技术：
目前，在宽带接入的业务中，除开传统的数据业务之外，话音业务和视频业务逐渐成为ISP的买点，而承载话音和视频业务的报文的丢包率，严重影响到话音视频业务的服务质量。在宽带接入设备中，利用组播提供视频(VOD)业务作为一种非常节省系统带宽的方式被大量采用，但是由于组播存在头阻塞的固有缺点和IP技术在保证QOS(服务质量)上困难，使得VOD业务的服务质量很难得到保证，画面的马赛克、声音的停顿甚至点播的断线时有发生。
为了解决上述问题，传统的解决方式是采取双队列甚至多队列的方法。这种方法虽然能够解决QOS的问题，但与此同时也付出了高昂的代价。例如图1所示的一个1到64端口的广播模型中，从A端口进入的一个组播报文要复制到下面的64个端口PORT0～PORT63上，假设该报文为重要的高优先级报文，按照该传统方法它应该被复制到通道0～通道63的高优先级队列中，如果该报文为不重要的低优先级报文，则应该被复制到通道0～通道63的低优先级队列中。很显然，在两个优先级的系统中，所需的缓冲区队列需要正常情况的两倍，也就是说，所需的缓冲区空间也是正常情况的两倍，如果是多优先级系统，所需的缓冲区空间会更多，系统的成本也大大增加；而且由于各个队列不共享缓冲区，每个队列最大的抗突发能力仅仅为各个队列的少量缓冲区，显然在高度突发的宽带设备中，这种方式是很难满足需要的。不仅如此，在队列数成倍增加的同时，对如此众多的队列的轮询则是更为棘手的问题，如此众多的队列的轮询采用何种机制？如何保证各个端口的公平性？解决这些问题所导致的系统的复杂又是一个影响系统稳定性可靠性的一个重要因素。另外，轮询的效率也会因为队列数的增加而大大下降，使得各个端口的最大带宽受到影响，同时这也决定了该设备的集成度也不会太高。由此可见，传统的多队列方式在系统成本、复杂程度、带宽利用率以及可靠性方面都是存在很大缺陷的。
发明内容
本发明目的在于提供一种解决头阻塞带来的QOS问题的宽带通信数据传输方法，避免传统方法所固有的成本、复杂度、带宽、可靠性方面的问题，能够在大流量、高突发的恶劣的网络环境下，保证各种指定的重要报文无丢失的广播和传递。
本发明的宽带通信数据传输方法，其步骤包括1)建立大缓冲区，由大缓冲区缓存所有报文；2)在大缓冲区中解析报文，确定报文的优先级和目的端口；3)扫描各目的端口对应的目的队列的状态，然后同报文的目的端口相比较，确定各个目的队列是否均处于非阻塞状态；如果该报文对应的所有目的队列都处于非阻塞状态，称为报文非阻塞，否则称为报文有阻塞；4)根据报文的优先级和阻塞状态确定报文的处理当报文非阻塞时，直接将该报文发送到所有目的队列；当报文有阻塞时，根据报文的优先级决定报文是否继续等待或丢弃。
本发明还可设定所述大缓区的阈值，如果当前缓冲区队列长度小于阈值，则定义为当前网络情况良好，否则定义为当前网络情况较差；根据报文的优先级、阻塞状态，结合当前网络情况是否良好或较差确定报文的处理当报文非阻塞时，直接发送到所有目的队列；当报文有阻塞时，根据报文的优先级和网络状况决定报文是否继续等待或丢弃。
本发明可将报文分为低优先级、次高优先级和高优先级三级；对于低优先级报文，在报文非阻塞时，直接发送到所有目的队列，在报文有阻塞时，直接丢弃；对于次高优先级报文，在报文非阻塞时，直接发送到所有目的队列，在报文有阻塞时，若网络情况良好，则等待至报文非阻塞或者网络情况变差；若网络情况较差，则丢弃；对于高优先级报文，在报文非阻塞时，直接发送到所有目的队列，在报文有阻塞时，一直等待至报文非阻塞。
本发明可将数据通信业务的报文配置为低优先级报文；将组播报文配置为次高优先级报文；将管理报文配置为高优先级报文。
本发明利用一个大的缓冲区缓冲所有的报文，在收到报文之后，不论优先级高低，直接将其缓存于大缓冲区，这样处理可以保证系统具有很强的抗突发能力。
本发明通过在大缓冲区中解析报文，确定报文优先级和目的端口，由于大缓冲区的抗突发能力，可以允许解析报文的时间不受最短报文时间的限制，这样处理可以使得设备可以进行复杂的路由处理。
本发明通过对报文配置优先级别，结合阻塞状况和网络情况确定报文的处理，在头阻塞发生时，较高优先级别的报文的丢包率可以维持在很低的水平，从而确保重要业务服务质量，在一个简洁的架构中，以非常小的成本，实现丰富多彩的服务级别。
简单地说，该方法的核心思想就是解决了一个在发生头阻塞时，当前报文是马上扔掉还是等待以及等待多久的问题。因此它的实现也仅仅是在传统的无优先级的处理机制上增加了一个等待循环，无论是软件实现还是硬件来实现是一件非常轻松的事，花费的代价微不足道，而且随着优先级数目的增加，系统的成本和复杂程度均没有大的变化。因此，和传统的处理方式相比，该方法有着极大的优越性。
图1双队列优先级方法处理头阻塞示意图A 输入端口S01 路由模块 S02轮询发送模块S03 路由模块 S04轮询发送模块CH00 通道0缓冲区队列 CH63 通道63缓冲区队列PORT00端口0 PORT63端口63HPQ 高优先级队列LPQ 低优先级队列图2本发明的报文头阻塞处理方法示意图m大缓冲区当前队列长度n设定的阈值S05 路由模块 S06轮询发送模块实施方案本发明的具体解决步骤是1、首先利用一个大的缓冲区缓冲所有的报文在收到报文之后，不论优先级高低，直接将其缓存于大缓冲区，大缓冲区可缓存256个报文以上，这样处理可以保证系统具有很强的抗突发能力。
2、然后，在大缓冲区中解析报文，确定报文优先级和目的端口。
由于大缓冲区的抗突发能力，可以允许解析报文的时间不受最短报文时间的限制，这样处理可以使得设备可以进行复杂的路由处理。此时根据报文的类型查找到该类报文的优先级(可配置)和该报文的目的端口(多个或者单个)。此处报文的优先级数是3或者更多。下面均3为例进行说明。
3、确定目的端口对应的目的队列的状态。
扫描各端口对应的目的队列的状态，然后同报文的目的端口相比较，确定各个目的队列是否均处于非阻塞状态。如果该报文对应的所有目的队列都处于非阻塞状态，则我们称为报文非阻塞，否则称为报文有阻塞。
4、根据报文优先级和网络状况决定该报文如何处理。
在获取以上信息之后，还缺一项信息即当前的网络状况。在获取了当前的网络状况之后，就可以根据报文优先级和目的队列的状态决定如何处理该报文了。至于网络状况，则是以前面的大缓冲区的空满程度为判断标准的，该空满程度的阈值是可配置的，根据各种优先级报文在整个流量中所占比例等实际需要，可以灵活设定阈值，并且可以通过多个阈值来表示多种的网络情况以支持多种的优先级。如果当前缓冲区队列长度小于阈值，则说明当前网络情况良好，否则认为当前网络情况较差(参见图2)。
上面提到报文有3中优先级“高优先级”、“次高优先级”、“低优先级”。对于不同优先级的报文，我们采取不同的策略1.低优先级报文a)报文非阻塞直接发送到所有目的队列b)报文有阻塞直接丢弃2.次高优先级报文a)报文非阻塞直接发送到所有目的队列b)报文有阻塞若网络情况良好，则等待至报文非阻塞或者网络情况变差；若网络情况较差，则丢弃。
3.高优先级报文a)报文非阻塞直接发送到所有目的队列。
b)报文有阻塞一直等待至报文非阻塞。
对于报文优先级的确定，根据不同的应用场合和不同的网络设置，一种简单的设置原则是1.低优先级数据通信业务，此类业务一般情况下对丢报文不是非常敏感，而且耗费带宽很大，因此设置为低优先级。
2.次高优先级视频点播(组播报文)等，此类业务流量均匀，突发小，对丢包十分敏感，需要加以保护，因此设置为次高优先级。
3.高优先级各种管理报文是数据传递中必须重点保证的报文，因为管理报文的大量丢失很可能带来致命的后果，必须重点保证，因此设置为高优先级。
不仅从上面的分析可以看出，该方法具有很多传统方法所不具有的优点，同时克服了它们的弱点，该方法的优势在实际应用中也得到了检验。按照本发明的技术方案，在申请人的Hammer 10000 IP DSLAM系统的ASIC芯片中已经得以实现，在测试中，所有用户通过该芯片从网上FTP下载大量数据文件的同时，网络侧向指定用户发出高度突发的流量，在这种恶劣的网络环境下，所有用户同时进行VOD点播，在打开优先级使能的情况下，视频点播画面无停顿、无马赛克，而关掉优先级使能的时候，视频点播由于受到大突发流量的影响，画面质量急剧变差，与打开优先级使能的情况大相径庭，这个实例足以证明该方法的有效性。
权利要求
1.一种宽带通信数据传输方法，其步骤包括1)建立大缓冲区，由大缓冲区缓存所有报文；2)在大缓冲区中解析报文，确定报文的优先级和目的端口；3)扫描各目的端口对应的目的队列的状态，然后同报文的目的端口相比较，确定各个目的队列是否均处于非阻塞状态，如果该报文对应的所有目的队列都处于非阻塞状态，称为报文非阻塞，否则称为报文有阻塞；4)根据报文的优先级和阻塞状态确定报文的处理当报文非阻塞时，直接将该报文发送到所有目的队列；当报文有阻塞时，根据报文的优先级决定报文是否继续等待或丢弃。
2.如权利要求1所述的宽带通信数据传输方法，其特征在于设定所述大缓冲区的阈值，如果当前缓冲区队列长度小于阈值，则定义为当前网络情况良好，否则定义为当前网络情况较差；根据报文的优先级、阻塞状态，结合当前网络情况是否良好或较差确定报文的处理当报文非阻塞时，直接发送到所有目的队列；当报文有阻塞时，根据报文的优先级和网络状况决定报文是否继续等待或丢弃。
3.如权利要求2所述的宽带通信数据传输方法，其特征在于将报文分为低优先级、次高优先级和高优先级三级；对于低优先级报文，在报文非阻塞时，直接发送到所有目的队列，在报文有阻塞时，直接丢弃；对于次高优先级报文，在报文非阻塞时，直接发送到所有目的队列，在报文有阻塞时，若网络情况良好，则等待至报文非阻塞或者网络情况变差；若网络情况较差，则丢弃；对于高优先级报文，在报文非阻塞时，直接发送到所有目的队列，在报文有阻塞时，一直等待至报文非阻塞。
4.如权利要求3所述的宽带通信数据传输方法，其特征在于将数据通信业务的报文配置为低优先级报文；将组播报文配置为次高优先级报文；将管理报文配置为高优先级报文。
全文摘要
本发明涉及一种宽带通信数据传输方法，通过建立大缓冲区，由大缓冲区缓存所有报文；在大缓冲区中解析报文，确定报文的优先级和目的端口；然后扫描各目的端口对应的目的队列的状态，同报文的目的端口相比较，确定各个目的队列是否均处于非阻塞状态；根据报文的优先级、阻塞状态，结合网络情况确定报文的处理当报文非阻塞时，直接将该报文发送到所有目的队列；当报文有阻塞时，决定报文是否继续等待或丢弃。本发明不仅能解决头阻塞带来的QOS的问题，且避免传统方法所固有的成本、复杂度、带宽、可靠性方面的问题，能够在大流量、高突发的恶劣的网络环境下，保证各种指定的重要报文无丢失的广播和传递。可广泛应用于组播通信领域。
文档编号H04Q3/64GK1440167SQ0312141
公开日2003年9月3日 申请日期2003年3月28日 优先权日2003年3月28日
发明者龙刚, 牟景辉 申请人:北京港湾网络有限公司