专利名称：保证网络中服务质量的方法
技术领域：
本发明涉及保证广播网中服务质量的方法、适合于执行该方法的网络装置和包括这样的装置的网络。
在网络中的信号或数据处理装置的连接得到日益广泛的应用。例如，这种情况，在医学领域中病人的遥测数据用无线电发送给监控器，并且也至少用在诸如视频和音频系统这样的家用装置中。用于连接装置的网络硬件为装置之间的通信提供给定的最大带宽。现代网络装置控制特定功能，使用该功能监控并保证在网络中服务质量(QoS)。特定地，这些装置以无网络超载这样的方式适应它们的通信。例如，在该连接中，从US 2002/0141446 A1已知，当合并具有保证带宽的网络和没有保证带宽的网络时用于控制服务质量的装置。然而，所有用于保证服务质量的迄今已知的系统都具有的是，它们需要互相通信的装置或不同网络之间的特定连接设备中的对应功能。
本发明的目的是在包括网络参与者的网络中提供用于保证服务质量的装置，该网络参与者不执行它们自己的对服务质量的控制功能。
借助权利要求1中定义的方法、权利要求9中定义的网络装置和权利要求10中定义的网络实现该目的。在从属权利要求中定义了有利的实施例。
根据本发明的方法用于在广播网络中保证服务质量，广播网络即是连接的网络参与者以所有其它网络参与者可接收它们的数据这样的方式传播数据的网络。通过数据的地址特征，可保证这些数据仅被期望的目标网络参与者有效地使用。方法包括下面的步骤。
a)至少一个网络参与者，行使源的功能，发送数据流到至少一个其它的行使目标功能的网络参与者，而所述两个网络参与者之一不执行它们自己的对网络中服务质量的控制。网络参与者因而可特定地是更老的和/或更便宜的装置，诸如录影机、电视、PC等，其中(仍)没有实现对应的QoS功能。
b)第三网络参与者，作为带宽管理器行使功能，观察可能在网络的广播角色的基础上观察可能的网络通信量。在网络超载的确定风险的情况下，带宽管理器发送至少一条控制消息(优选地是通常用于控制在前两个参与者之间数据流的消息)到前述的源，在那控制消息使源减少发送到前述目标的数据流。
描述的方法因而提供了在广播网中保证服务质量的可能性，并且在不是所有的网络参与者在该时刻能执行它们自己的安全功能的情况下保证服务质量的可能性。带宽管理器接管了用于这样的网络参与者的控制功能。带宽管理器可以任何其它连接到网络的装置来实现。另外，这样的优点在于，方法也可在自含式网络中执行，即没有任何到其它网络的可控转变。
例如根据基于TCP/IP的协议，在网络中，优选地以面向分组的形式交换数据。该协议是已知并且用有效的机制调整数据流，例如借助两个发送的确认(ACK)之间的时间间隔或通过给定的控制分组。
根据本方法的优选实施例，带宽管理器通过模拟的或假的目标的发送器发送控制消息到源。因此源假设控制消息来自目标。为来自目标的该消息的模拟提供了利用在常规的或从前的协议中用于处理数据传输的反馈消息的可能性，从而实现数据流的所期望的减少。
在最简单的情况下，由带宽管理器发送的控制消息可代表用于减少数据流的直接请求。例如，在TCP/IP协议中提供对应的命令(“ICMP源抑制”)，但是其中带宽管理器必须模拟由目标传输消息。
随意地，带宽管理器也可发送控制消息到源，该控制消息模拟从源到目标的数据流的错误传输，其中由于这样的错误消息并通过内部协议机制(例如，倍增递减和线性拥塞避免)使得源减少发送的数据流。当前述用于减少数据流的直接请求不可得或没有显示出任何效果时，可特定利用上述可能性。
另外，控制消息也可触发在源和目标之间的完全连接崩溃。通常仅当用于减少数据流的较缓和的方法没有显示出任何成效时采用这样的方法。另外，中断的数据流应当比网络上运行的其它服务优先级低。
在许多情况下，将经由网络同时处理在不同装置之间的多个数据流。那么，也可发生该多个数据流包括在没有自己的网络服务质量控制的装置之间的数据流。在最简单的情况下，带宽管理器因而可以随意地选择在有过载风险情况中最后提到的数据流之一，使得引起该数据流的减少。但是，带宽管理器优选地提供一序列的被减少的数据流。特定地，最大的数据流可首先考虑，即在有过载风险的情况下，它作为第一个将被减少的数据流。
带宽管理器的功能通常是作为用于例如在消费电子学和医学电子学领域中的传统装置的附加部件实现。因此有规则地发生多个连接到网络的网络参与者可作为带宽管理器操作。为避免数据流的冲突或交叉减少，优选地带宽管理器的能力或任务是协同的。
本发明还涉及在上文中说明的方法的意义上适合于能作为带宽管理器操作的网络装置。这意味着网络装置可观察在广播网络中的数据通信量、确定威胁的过载、并且在该情况下，发送控制消息到两个装置之间的数据流的源，而不需它们自己的服务质量控制，这引起源减少数据流。有利地，以也可执行上文说明的方法的变体的方式实现网络装置。
另外，本发明涉及包括网络参与者的网络，网络参与者包括至少一个上文描述类型的网络装置，该网络参与者可作为带宽管理器操作。这样的网络的优点在于，不是所有连接的网络参与者都应当能够独立地监控其保证服务质量的数据通信量。
下文中将借助附图
阐述本发明。这个唯一的附解地示出了可实现根据本发明的方法的网络。
图中示出的网络1包括总线2和连接到总线的多个装置3到9。具体地，网络1可是本地网络(IHDN本地数字网络)，其连接例如卫星装置8、电视4、录影机、PC3、音频装置等的消费电子装置。在网络(例如，依照IEEE802.11、10Base-2/10Base-3以太网)中执行基于广播的通信，其中可发送等时数据流，即音频或视频数据。
许多现代网络装置已经具有用于在网络中保证服务质量的QoS功能(服务质量)。QoS提供特定的用于连接的属性，例如直通连接、等待时间、传输时间波动(抖动)等等。由于要非常低地共享非QoS通信量(例如，用于非周期流的较低的等待时间)，这些规定的某些可能已经处于风险中。在这种情况下，在带宽耗尽很早之前必须将非QoS流控制降低。而且，QoS方案已知用于被核心网络(例如RSVP、MPLS)的输入/输出路由器保证的WAN中。这些方案不适于在例如IHDN的子网络中使用，其中所有连接的装置经由相同的介质通信而不需要中间路由器或交换机。至于QoS方案还进一步已知知用于单一子网络(例如IEEE802.11e)，当网络中存在仍未实现对应的QoS方案的装置时，这些方案不能保证QoS。
由于上文所述的原因，当前没有装置来保证在没有QoS功能的现代和“从前”的装置存在的IHDN本地网络中的服务质量。后面的装置具体地是CE装置但也是超越了传统标准的计算机或者装置。但是，在IHDN中保证服务质量以便用户接受从模拟连接的CE装置到数字连接的装置是很有意义的。在不保证服务质量的情况下，网络中的装置事实上试图发送比可用带宽更多的数据流，这将导致在末端装置(例如TV或DVS)中的尖峰信号或假象，用户因此将感受如与模拟系统相比那样的劣化。
下文会详细描述，在根据本发明的解决方案中，在网络1中实现QoS方案成为可能，尽管不是所有连接到网络1的装置3到9都具有QoS功能。以这种方式，将可能保证在网络中对用户的传输具有很大的可靠性，而不需要QoS装置在市场上本应该找到完全的突破。所述的解决方案包括，在基于广播的网络1中，一个或多个具有(传统)QoS功能的装置8具有作为带宽管理器的附加功能。带宽管理器的功能包括通过对应的装置持续收听网络中的数据通信量并且因此确定带宽负载。当负载超过规定的阈值时，不为其通信执行QoS的装置被“控制降低”，因为把(假的)控制消息发送给它们，依照用于网络的通信标准，这导致传输率的降低。
参考附图，现在说明上文描述的用于解决方案的特定实施例的步骤和部件。因此，通过下列特征特性化根据本发明的网络1和它的操作-所有的网络参与者3到9在网络1中借助物理总线2连接，使得每个网路参与者可听到所有消息。优选地，至少两个装置，例如PC3和卫星装置8m实现了(任意的)QoS方案。
-而且，一个或多个所述装置(例如，卫星装置8或接入点)实现了根据本发明的方法。如果通过多个装置实现了该方法，它们应当协同以便阻止控制消息的重复传输。随后，执行方法的装置定义为“带宽管理器”BM。
-在启动时和在网络1变化的情况下，带宽管理器BM确定哪个装置执行QoS方案。在最简单的情况下，这通过让这些装置对其报告来完成，也是因为其担任了QoS方法中的中枢角色。可替换地，带宽管理器BM也可注意特定用于QoS协议的分组。
-在操作期间，带宽管理器BM持续监控(以至于其本身不发送数据)网络中的数据流并且因而错过了使用的带宽。另外，它也可计数冲突和重传。另外，特别地，当非QoS装置具有高带宽负载时，带宽管理器可存储这些装置之间的数据流的源和目标IP地址。另外，应当存储因特网报头以及当前分组的前64个数据位，或者更简单的情况下，其前64个字节。所述数据流优选地依照它们估计的带宽负载排序。带宽管理器(根据使用的QoS方法)进一步确定可为非QoS带宽假定的阈值。
-基于上述标准，如果可用带宽似乎被耗尽，例如因为带宽负载的阈值被超过了，那么这不能由执行QoS的装置通过定义完成。至少一个非QoS装置的带宽负载因而超过了为非等时通信量提供的负载。带宽管理器BM因此选择存储的数据流之一。这可或者基于所述内部排序，或者(如果还没有存储分组的前64字节)作为下一个被发送的分组的数据流而实现。选择的具有数据分组P的数据流从作为源Q操作的装置7转向作为目标Z操作的装置6。
-带宽管理器BM于是使用假的目标Z的发送者地址发送一个或者多个“ICMP源抑制”(RFC 792)分组到源Q并且存储它。带宽管理器可能需要访问用于模拟的TCP/IP栈。
为非QoS装置之间的另外的数据流重复所述过程，直到预期的新带宽负载低于第二较低的阈值。当例如因为源Q忽略“ICMP源抑制”分组，因此带宽负载不减少时，可采取下列其它步骤1.TCP连接具有前面已经确认的分组的假确认信号ACK，这对应于下一个分组的非确认NACK。因此，该连接通常依照RFC2581减少它们的“滑动窗口”，使得它们的带宽负载减少。
2.也忽略上述方法的其它连接或TCP连接接收假的“ICMP目标不可达编码3”分组，这导致连接崩溃。
3.假分组也可借助ECN流控制(当前未广泛使用)(ECN＝早期拥塞通知，RFC3168)被发送。
可借助由带宽管理器BM的对应计数阻止向相同主机重复传输相同的分组，以避免不必要的带宽负载。在没有物理总线结构的交换网络中，上述方法可在作为带宽管理器的交换机中实现。总之，用所描述的方法可获得下列优点-在基于802.11的网络中可靠的服务质量，在该网络中不需要所有的装置都有自己的QoS功能；-独立于特定的QoS方法；-在广播网络中的功能，而没有例如交换机的附加硬件；-尽可能地避免了连接崩溃；-用于具有因突发类数据通信量(例如ftp)引起的最高干扰电位的TCP流的非常满意的功能。
引用符号列表1 广播网络2 总线3 到9网络参与者P 数据分组A 控制消息Q 源装置Z 目标装置BM 带宽管理器
权利要求
1.一种保证广播网络(1)中的服务质量的方法，其中a)作为源(Q)的一个网络参与者(7)发送数据流(P)到作为目标(Z)的另一网络参与者(6)，而不执行它自己的对服务质量的控制；b)另外的网络参与者(8)作为带宽管理器(BM)观察网络通信量，并且在有超载风险的情况下，发送控制消息(A)到源(Q)，该消息引起所述源减少所述的数据流(P)。
2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于在网络(1)中以面向分组的方式，尤其根据基于TCP/IP的协议来交换数据。
3.如权利要求1或2中所述的方法，其特征在于带宽管理器(BM)通过目标(Z)的模拟发送器发送控制消息(A)到源(Q)。
4.如权利要求1到3中任何一个所述的方法，其特征在于控制消息(A)代表用于减少数据流的直接请求。
5.如权利要求1到4中任何一个所述的方法，其特征在于控制消息(A)模拟从源(Q)传输到目标(Z)的数据流(P)中的错误，使得源(Q)减少数据流。
6.如权利要求1到5中任何一个所述的方法，其特征在于控制消息(A)触发连接崩溃。
7.如权利要求1到6中任何一个所述的方法，其特征在于带宽管理器(BM)鉴于在不具有它们自己的服务质量控制的装置之间的多个数据流处于网络(1)超载的风险的情况下，首先尝试减少最大的数据流。
8.如权利要求1到7中任何一个所述的方法，其特征在于协调在多个可作为带宽管理器操作的网络参与者之间的任务。
9.一种网络装置(8)，其特征在于其适合于能够在权利要求1到8中任何一个所述的方法中作为带宽管理器(BM)操作。
10.一种网络(1)，包括网络参与者(3到9)，网络参与者包括至少一个如权利要求9所述的网络装置(8)。
全文摘要
本发明涉及在广播网(1)中保证服务质量的方法，该广播网也包括不具有自己的服务质量功能的装置(Q、Z)。作为带宽管理器(BM)操作的装置监控网络中的数据通信量，并且在保证的服务质量危险的情况下，其发送控制消息(A)到数据流的源(Q)，该消息引起该源减少数据流。控制消息(A)可尤其通过目标(Z)的模拟发送器发送。
文档编号H04L12/28GK1768509SQ200480009028
公开日2006年5月3日 申请日期2004年3月25日 优先权日2003年4月7日
发明者M·鲍梅斯特, G·米施 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司