用于控制分组交换数据流中的实时连续数据的系统和方法
【专利摘要】本发明的名称是“用于控制分组交换数据流中的实时连续数据的系统和方法”。本发明涉及控制包含数据包的分组交换数据流中的实时连续数据的方法。通过保留所述分组交换数据流的数据包来执行所述实时连续数据的控制，以在接收到所述实时连续数据之后扰乱所述数据的连续性。本发明还涉及一种用于控制所述实时连续数据的系统，在分组交换数据网络中使用这种系统，以及用上述方法提供的实时连续数据服务。
【专利说明】用于控制分组交换数据流中的实时连续数据的系统和方法
[0001]本分案申请的母案申请日为2005年4月29日、申请号为200580049650.4、发明名称为“用于控制分组交换数据流中的实时连续数据的方法、系统及其使用，用所述方法提供的实时连续数据服务”。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种控制包含数据包的分组交换数据流中的实时连续数据的非授权传送的方法。
[0003]本发明还涉及一种用于使用上述方法来控制分组交换数据流中的实时连续数据的非授权传送的系统，其中所述分组交换数据流包含数据包，所述系统包括用于接收所述数据流的输入和用于发送所述数据流的输出。
[0004]本发明还涉及这种系统在分组交换数据网络中的使用，以及使用本发明的方法提供的实时数据服务。
【背景技术】
[0005]诸如数字用户线(DSL)和/或其他宽带电缆连接(例如电缆调制解调器解决方案)等宽带电信解决方案被广泛用于提供至大众的IP连接。异步数字用户线作为一个示例，它是一种使在常规铜线(例如用户线路)上的快速数据传输能够与模拟老式电信业务(POTS)一起使用的数据通信技术。广泛使用的还有电缆调制解调器服务，它们设计成在电缆电视基础设施上调制数据信号，以向在家庭中的用户提供宽带因特网访问。此外，无线宽带电信业务正在快速地涌现，例如本地多点分配业务(LMDS)、多信道多点分配业务(MMDS)、微波存取全球互通(WiMAX)以及高性能无线电城域网(HIPERMAN)。
[0006]大多数宽带业务足够快速，以不仅用于提供快速因特网连接，而且还用于提供实时连续数据服务。此类服务的示例是网络电话、在线交互式游戏和例如通过数据网络的远程进程控制(remote control ofprocesses)的其他交互式服务。可以考虑的其他服务包括流视频和音频。提供这些服务大多数需要发送方和接收方之间数据流传输的连续流，以建立包含足够数据并以足够保持质量的速率提供的信号。因为这些服务通常对延迟高度敏感，所以就此而言意味着必须在发送数据之后不久接收到数据，才能够将它们确认为实时服务。下文中，此类服务将称为实时连续数据服务。
[0007]大多数数据通信服务可以被分成四类(例如按3GPP在3GPPTS23.107V3.9.0(2002年9月)中为通用移动通信系统(UMTS)定义的-“第三代合作伙伴项目:技术规范组业务和系统方面；服务质量(QoS)概念和体系结构(修订版1999)”(〃3rd Generation PartnershipProject;Technical Specification Group Services and System Aspects;Quality ofService (QoS) concept and architecture (Releasel999)):通话类、流传输类、交互类和后台类。这些类定义数据服务对服务质量的敏感度。
[0008]通话类和流传输类主要预设成用于承载实时业务流，包括上述的大多数服务。通话类与流传输类之间的主要区分是它们对数据业务中的延迟的敏感度。这两种服务类对数据业务中的延迟都敏感，但是在通话类服务的情况下所要求的服务质量等级由人的感知来确定。
[0009]通话类服务包括例如网络电话和视频会议。其主要特征在于，实时通话是在有生命的(人)最终用户的对等端(或群)之间执行。实时通话方案的特征在于，由于该方案的通话特征，传输时间将较低，同时以与用于实时流的方式相同的方式来保持流的信息实体之间的时间关系(变化)。人对视频和首频通话的感知由最大传输延迟给定。因此，可感知的传输延迟的极限是非常苛刻的，因为无法提供足够低的传输延迟将导致不可接受的质量缺陷。
[0010]流传输类服务包括例如实时视频和/或音频。当用户查看或聆听实时视频或音频时，该实时流的方案付诸实施。实时数据流总是定位于有生命的(人)最终目标。这是仅单向的传输，因此不是交互式的。流传输类服务方案是数据通信中新出现的技术之一，它在电信和数据通信系统中都产生了许多新需求。其特征在于，将保持流内的信息实体(即样本、分组)之间的时间关系(变化)，但是没有要求任何较低的总传输延迟。必须将端到端流的延迟变化限制于保持流中信息实体之间的时间关系(变化)。但是因为在接收端(用户设备中)流通常是时间对准的，所以传输上的最高可接受延迟变化是由应用的时间对准功能的能力给定的。与通话类比较，可接受的延迟变化因此远远大于人感知的极限所给出的延迟变化。
[0011]例如当可能是机器或人的最终用户从远程设备(例如服务器)在线请求数据时，交互类服务方案付诸实施。人与远程设备交互的示例为:Web浏览、数据库检索、服务器访问等。与远程设备的机器交互的示例为测量记录的轮询和自动数据库查询(远程信息处理技术(telematics))。交互类业务是一种在总体上表征为最终用户的请求响应模式的数据通信方案。在消息目的地处，存在预期每个时间内期望等待消息(响应)的实体。因此往返程延迟时间是关键属性之一。另一个特征是，将以透明方式传输分组的内容(且误码率低)。
[0012]当最终用户(通常为计算机)在后台发送和接收数据文件时，后台类服务方案付诸实施。示例是电子邮件的后台交付、短消息业务(SMS)、数据库下载和测量记录的接收。后台类业务是一种总体上表征为目的地不在某个时间内预期等待该数据的数据通信方案。因此该方案或多或少地对交付时间不敏感。另一个特征是，将以透明方式传输分组的内容(具有低误码率)。从上文对这些服务类(通话类、流传输类、交互类和后台类)的定义和描述显见到的是，通话类和流传输类服务的特征在于连续地端到端供给数据。对于通话类服务来说，要求如此苛刻，以致于在分组交换网络上，必须按它们的原始次序将数据包提供给通话类服务的用户，而不能存在用户可觉察到的中断。对于流传输类服务来说，要求不那么苛亥IJ，但是仍必须以流传输方式将包提供给用户而不能存在可觉察到的中断，而且优选地在发送之后不久即提供给用户。
[0013]另一方面，交互类和后台类服务可能在数据包到达时间方面有要求，但是对于连续的数据流以及必须以无法觉察到的中断的流传输方式提供方面则没有要求。
[0014]将上文实时连续数据服务汇总，可以将这些服务划分成交互式(通话类)服务和非交互式(流传输类)服务。交互式服务要求快速双向通信且总体延迟低并且在信息实体到达时间上仅存在有限的变化。非交互式服务主要要求在信息实体达到时间上存在有限的变化，同时仍可接受某个总体延迟。可以容易地将网络电话和视频划分成两个实时连续数据服务类。注意非交互式多用户游戏通常是通话类服务，其传输要求由人的感知确定。[0015]鉴于上文描述以及就实时连续数据业务来说，会理解到，用于提供通话类数据服务的数据连接的服务质量要求比流传输类数据服务苛刻，类似地用于提供流传输类数据服务的数据连接的服务质量要求比用于交互式数据服务(包括多用户游戏)苛刻。后台类服务对差的服务质量最不敏感。
[0016]目前，有一些通话类和流传输类的实时连续数据服务可用，但是由于因特网性能并不能足够可靠地提供高质量的实时连续数据服务(尽管宽带连接的服务质量是足够的)，所以这些服务并未被公众广泛地使用。但是，应可预期由于性能的持续提高，实时连续数据服务为大众所采用仅仅是时间的问题。
[0017]大多数数据通信网络(包括因特网)是分组交换数据网络。要经由分组交换数据网络发送的数据被拆分成多个数据包，然后被发送到网络上。在各个网络节点中，将包转发到更接近于分组的目的地的下一个网络节点。最后，分组达到它的目的地，在目的地处，它将与其他接收到的数据包重组以提供最初发送的数据集合，例如数据文件。这种类型的网络也称为数据报网络。
[0018]在开放系统互连模型(0SI模型)中的传输层中，服务主要使用传输控制协议(TCP)或用户数据报协议(UDP)来提供。属于通话类和流传输类的实时连续数据服务最常见是使用(更有效率的)UDP协议提供。UDP没有重传或重新排序机制。简单地将较迟接收到的分组视为丢失。
[0019]具体地说，对于实时连续数据服务，UDP主要被用作传输层内的协议，与会话层以及其上的表示层中的实时传输协议(RTP)相结合，使用实时流传输协议(RTSP)来将数据流提供给应用层中的应用。但是，注意用TCP协议来代替UDP提供实时连续数据服务也是可能的。例如，多用户在线游戏就可能是这种情况。
[0020]因为UDP没有重新排序或重传机制，所以可以在OSI模型的较高层中提供它。在RTP和RTSP的任务中，可能提供重新排序机制，具体视应用而定。会理解这种重新排序机制是任选的，并且重新排序机制可能并不会对一些服务的提供给予任何增值。
[0021]在传输层负责端到端错误恢复和流控制的情况下，负责数据包的路由选择的是OSI模型中传输层下的网络层。因此，在网络层中，数据包的内容是透明的，并且各个包中包含提供有关其目的地的细节的报头(相当于常规邮递系统中，包裹含有地址标签但是包裹的内容对于邮递员是透明的)。
[0022]在OSI模型中网络层下的数据链路层中，将数据包编码或解码成比特。从逻辑角度，负责数据的实际传输的是数据链路层。在OSI模型中的数据链路层下是物理层，它是OSI模型的最低层，从硬件角度，它负责处理通信(复用、电缆等)。在物理层中，数据本身是完全无关的，因为在此层中，主要需求是将电或光信号从第一点带到第二点以及带到网络中的下一点。
[0023]网络运营商管理的网络主要在OSI模型的下三层内工作:物理层、数据链路层和网络层。对于更复杂的任务，可能在OSI模型的较高层上操作，例如在传输层上操作。
[0024]因此，对于网络运营商(NO)和因特网服务提供商(ISP)来说，仅将需要通过因特网发送到其目的地的经宽带连接(例如ADSL连接或电缆调制解调器连接)接收的数据，作为没有任何含义但具有目的地的数据包的流来接收。各个包具有报头，报头能够将包转发到更接近于其目的地的下一个节点，但是因为数据包的内容在物理层、数据链路层、网络层或传输层中是透明的，所以与数据包相关联的底层数据服务对于网络运营商或因特网服务提供商来说并非已知的。
[0025]这给因特网提供商和网络运营商带来一个缺点，即难以将数据流内的实时连续数据服务的使用与任何其他数据服务(例如常规Web浏览、电子邮件或其他数据服务)的使用相区分。因此与任何其他因特网服务分开以有选择地提供具有实时连续特征(例如在线多用户游戏)的通话和/或流传输类服务和其他服务变得不可能的。由于宽带连接性能而订购ADSL-用户线路或电缆调制解调器连接的用户，只要使用必要的软件和其他前提条件满足的情况下，就可以象使用任何其他数据服务一样使用实时连续数据服务。因此，对应于网络运营商来说分别向用户提供这些服务，并且就这些服务的使用对用户收费是不可能的。
【发明内容】
[0026]本发明的目的在于解决上述缺点，并提供一种用于向具有宽带连接的分组交换数据网络的用户推行达成协议的服务级提供的方法。
[0027]此目的和其他目的通过本发明实现，其中提供一种控制包含数据包的分组交换数据流中的实时连续数据的方法，其特征在于，所述实时连续数据的所述控制包括根据使用实时连续数据服务的授权状态，来保留(retain)所述分组交换数据流的数据包以在向接收用户提供时扰乱所述实时连续数据的连续性。
[0028]要理解，保留数据包会导致数据包的总体延迟。因此对于实时连续数据服务来说，要求以流传输方式提供数据，所以保留数据包所导致的延迟可导致与实时连续数据服务相关联的连续数据的中断。如果足够数量的包被保留和/或被保留足够长的持续时间，则将发生这种情况。这种中断降低了所交付的实时连续数据服务的质量，从而使网络运营商或因特网提供商能够推行达成协议的服务交付级，例如在分组交换数据网络的用户未获准使用实时连续数据服务的情况下推行达成协议的服务交付级。
[0029]注意，一方面上文的方法提供将实时连续数据服务的质量降低到使其实际使用变得几乎不可能的程度的能力，同时另一方面例如常规Web浏览、电子邮件或例如文件下载的非实时数据服务交付中服务质量下降几乎不会被用户注意到。具体地说，可将对服务质量的下降最敏感的通话类和流传输类服务以及例如在线多用户游戏的服务影响到该服务的使用变得不可能的程度，因为接收到的(重组的)信号的质量非常差。
[0030]例如，偶然地或有规律地对实时连续数据服务引入质量下降，(例如)10-100毫秒的连续性中断对于试图通过网络电话服务通话的人来说感觉是极端恼人的。另一方面，下载文件(属于后台类服务)期间或用户访问Web网站(没有实时特征的非交互类服务)的I秒的的若干分之几的延迟几乎不会被注意(完全不会被注意)，因此此延迟对于用户来说并不觉得恼人。因此上述方法提供一种在实时和非实时服务之间进行区分，以用于在数据流中的数据的内容对于网络提供商来说不是已知或是无关的环境中s推行达成协议的服务级的有效方式。
[0031]根据本发明的实施例，将所述数据包保留一段时间，并在保留之后将其返回到所述数据流。
[0032]会理解到，通过在数据包的保留之后返回数据包，它们最终将被接收用户接收至|J。对于使用TCP协议或使用UDP协议结合在OSI模型中的较高层上出现的重传或重新排序机制来发送非实时连续数据，将是特别有益的。TCP包括基于滑动窗口原理的重传次序。如果分组在其预期被接收时间之后某段时间(沿着预期的分组到达时间滑动的窗口)内未被接收到，则请求重传该分组。但是如果该分组被延迟，但是在预期的到达时间之后的滑动时间窗口内被接收到，则将不请求重传。在此情况下，如果分组较迟被接收到但是仍足够早于在接收方请求重传之前，则不请求重传分组。
[0033]另一方面，对于实时连续数据服务来说，重传通常是不相关的。首先，通话类和流传输类服务通常是基于不包括重传的UDP来提供的。丢失的分组仅被视为丢失。重传可任选地进行，但并非是必需的。其次，对于实时连续数据服务来说，通常不选择重传，因为在数据包或数据帧丢失并且将会重传数据的情况下，数据包或数据帧太迟被接收到而不能将其提供给接收用户。因此对于实时连续数据服务来说，通常不执行包丢失情况下的包重传，即使在较高层上(传输层以上)。
[0034]如果保留数据包并且不将其返回到数据流，则对于实时连续数据服务来说，该数据包仅仅是丢失(UDP)，而对于非实时连续数据服务来说，则请求重传该包(TCP)，从而减慢数据的传输速率。如果保留数据包，并在保留某段时间之后将其返回到数据流，则对于基于UDP的实时连续数据服务来说，它仍被视为丢失，因此仍导致相同程度的服务质量下降。另一方面，对于基于TCP的非实时数据，可以(例如在滑动窗口内)及时地(仅)接收该包以使重传无需执行。会理解到，这为分组交换数据网络上传输的非实时数据提供了性能上的获益。注意，在此情况下即使基于TCP提供实时服务，重传仍不会提高服务质量，并且它甚至可能使质量劣化，因为无法在不引入延迟的情况下再在数据流中调用分组。
[0035]根据本发明的另一个实施例，保留所述数据包包括保留所述数据流中的多个后续数据包。会理解到，保留一组后续数据包将导致实时连续数据的连续性的中断，即使在使用缓冲器来收集所有数据包之后再将它们提供给接收用户的情况下仍将中断。
[0036]如果不使用任何缓冲，则因为只是太晚接收到数据包，所以数据连续性的中断的出现是明显的。但是，如果使用缓冲或任何其他修正手段并且保留足够量的后续数据包，则会使实时连续数据服务的质量下降，而无法及时解决来以连续流传输方式将数据提供给接收用户，因此即使使用缓冲或任何其他修正手段，本实施例的方法仍将引入数据连续性的中断。
[0037]根据本发明的另一个实施例，保留所述数据包包括保留数据流中的一个或多个随机选择的数据包。
[0038]通过保留一个或多个从数据流中随机选择的数据包，来引入数据流的小中断。如果在接收方没有使用任何修正手段，则这将感觉为噪声或所接收的连续数据的恼人“断断续续”。如果在接收方使用了诸如缓冲等任何修正手段，则与该实时连续数据服务相关联的接收数据会延迟某段时间，直到接收到所需的包或直到修正手段将这些包视为丢失而提供没有接收到的包的数据。如果将足够量的数据包保留足够长时间，则在各种情况下，这都将导致恼人的服务质量下降。
[0039]利用本发明的实施例来实现为实时连续数据服务引入服务质量下降的一个备选方式，其中实时连续数据包含一个序列的数据包，并且将数据流的数据包保留以重排数据包的序列。
[0040]这里要切记，根据本发明保留数据包对数据流中的所有数据包都执行，而无论这些数据包是与实时连续数据服务相关联的还是与非实时连续数据服务相关联的。如果保留的数据包包含数据序列的数据包，则通过保留数据流的一个或多个数据包，来扰乱该数据序列中数据包的原次序。如果在接收方没有对此进行修正，则这同样将感觉为噪声或数据的“断断续续”。但是如果在接收方进行了修正，则这可导致数据提供的延迟，从而导致数据连续性的中断。换言之，无法以连续流传输方式将数据提供给接收用户。对于非实时数据服务来说，在接收时接收包的次序是可修复的，因此对于非实时数据服务来说，根据本发明的此实施例的方法将不是恼人的也不会导致可觉察到的服务质量下降。
[0041]根据上述实施例的修改，对各个保留的数据包或各组保留的数据包使用不同的保留时间来保留并将其返回到数据流。
[0042]这将提供一种重排数据流内的所有数据的有效方法。例如和根据另一个实施例，保留时间的长度可以是随机确定的。
[0043]根据本发明另一个实施例，分组交换数据流是来自数据发射器的出站(outbound)数据流，而根据本发明的再一个实施例，分组交换数据流是发往数据接收器的入站(inbound)数据流。可以选择其中任何一种来应用或以组合方式应用它们。
[0044]会理解到，这两个实施例提供了使用本发明的方法的好处，因为可对发往用户的进入业务以及对来自分组交换数据网络的用户的外发业务实现达成协议的服务级推行。
[0045]根据本发明的另一个实施例，该方法还包括在接收用户接收到数据包之后将数据包重组的步骤。如上文已在某种程度讨论的，在接收方利用修正手段不会克服本发明方法提供的服务质量下降，并在大多数情况下甚至会增加其服务的质量下降。例如注意，当使用缓冲来修正接收到的时间关键或实时连续数据时，较之接收方没有进行任何修正的情况，这可能在提供时导致数据连续性的更大中断。这是因为缓冲器将保留所有后续数据直到接收到丢失的数据为止，或如果未接收到它，则在等待丢失的数据被接收到之后才提供延迟的数据。
[0046]根据上述实施例的修改，重组的步骤包括缓冲上面接收和讨论的所述数据包。
[0047]根据上述实施例的在一个修改，重组的步骤还包括重排最初发送数据包所用的原次序的接收数据包。
[0048]虽然本发明的方法可以在开放系统互连模型(0SI模型)的任何期望层上执行，但是根据本发明实施例，优选地在分组交换数据网络中在包括数据链路层、网络层或传输层的一组层的任何层中执行本发明的方法。会理解到，在这些层中，数据流中的数据对于网络拓扑是透明的，并且仅其数据包形式中的结构是可见的。
[0049]在数据链路层中应用本发明具有以下好处:在网络中的低层上执行本发明，并且可在完全无需分析或解释包的条件下来应用本发明。在此情况下可以相对容易地实现本发明的方法，并且可以非常快速地执行本发明的方法，
[0050]在网络层中应用本发明具有在此层中有路由选择信息可用的好处。因此，可基于其目的地或源头有选择地保留包。
[0051]在传输层中应用本发明提供以下好处:能够有选择地保留使用某种协议(UDP或TCP)发送的包或有选择地保留具有特定TCP/UDP端口号的包。通过保留具有特定端口号的包，可定位与所述端口相关联的特定服务。
[0052]根据本发明的另一个实施例，使用实时连续数据来提供例如电话或流式多用户游戏的实时连续数据服务。
[0053]根据本发明的另一个实施例，根据上文所述的使用该实时连续数据服务的授权状态来执行保留所述数据。这将使本发明方法的执行根据例如达成协议的服务级或适用于用户的任何其他标准来进行。注意，相反该方法还可以用于对所有用户的实时连续数据服务的使用进行全面、有意地阻止。
[0054]根据上述实施例的修改，通过评估实时连续数据服务的用户提供的标识数据来确定授权状态。
[0055]会理解到，可执行标识序列或用于授予对实时连续数据服务的访问权的相似方式并由标识序列的结果确定授权状态。可要求用户输入用户名和密码，例如用于确认他为有资格使用这些实时连续数据的用户的用户名和密码。
[0056]基于标识数据的评估结果，可临时允许对该用户进行实时连续数据服务的服务交付。
[0057]根据本发明的另一个实施例，作为整体对数据流登记服务级，并按登记的服务级来确定授权状态。会理解到，例如可以对来自已知他/她未获准使用实时连续数据服务的某个用户的所有数据执行该方法。例如可以对用户使用的宽带连接或ADSL连接上传输的所有数据执行保留数据包。
[0058]根据另一个实施例，使用电信网络的用户线路来传输分组交换数据流。利用用户线路，授权状态由预定状况来确定，并且可以或可能由此登记授权状态。用户线路解决方案可至少包括下列中任何一个:数字用户线(DSL)(例如异步数字用户线(ADSL)、同步数字用户线(SDSL)、速率自适应数字用户线(RADSL)、高比特率数字用户线(HDSL)或极高比特率数字用户线(VDSL))、电缆调制解调器解决方案、卫星因特网、帧中继、千兆位以太网、任何无线宽带预订用户解决方案(例如本地多点分配业务(LMDS )、多信道多点分配业务(MMDS)、微波存取全球互通(WiMAX)以及高性能无线电城域网(HIPERMAN))、或其他宽带用户线路解决方案。
[0059]根据本发明的另一个实施例，实时连续数据服务包括一组服务的至少其中之一，该组服务包括例如网络电话的电话、流式多用户游戏、流视频和流音频。注意，根据本发明的方法的用途并不局限于这些服务。
[0060]根据本发明的第二方面，提供一种用于控制分组交换数据流中的实时连续数据的系统，其中所述分组交换数据流包含数据包，所述系统包括用于截取和转发所述数据流的部件，其特征在于，所述系统还包括用于根据使用实时连续数据服务的授权状态来保留所述分组交换数据流的数据包以在将其提供给接收用户之后扰乱所述实时连续数据的连续性的部件。
[0061]从属权利要求23-32中定义了本发明的此第二方面的实施例。
[0062]注意，根据本发明优选实施例，该系统包括用于确定用户的授权状态的部件。根据本发明的另一个实施例，这些用于确定授权状态的部件可包括用于从外部源接收授权状态的部件。但是这些用于确定授权状态的部件还可包括用于接收和评估用户提供的标识数据的部件。
[0063]根据本发明第三方面，本发明涉及分组交换数据网络中上述系统的使用，该系统用于控制所述网络中提供实时连续数据服务的实时连续数据业务。根据此方面的实施例，该系统可设置成控制发往接收器的入站、发自发射器的出站或发往或发自收发器的两种类型的实时连续数据业务。
[0064]根据上文定义的用途提供的服务可包括电话、流式多用户游戏、流视频或流音频或者任何其他实时连续数据服务。
[0065]根据本发明的第四实施例，本发明涉及一种实时连续数据服务，例如电话、流式多用户游戏、流视频或流音频，其中所述服务是使用上文定义的方法提供的，其中实时连续数据服务是使用上文定义的实时连续数据提供的。
[0066]现在将参考本发明的优选实施例通过描述和附图来进一步阐明本发明。但是本发明并不局限于所公开的实施例，这些实施例仅是出于解释性目的而提供的。在所附权利要求中明确地定义了本发明的保护范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0067]图1是分组交换数据网络的图示，该分组交换数据网络中使用了根据本发明的实时连续数据服务禁用器(disabler)。
[0068]图2示出通过分组交换网络传输的一个序列的数据分组的业务交付模式。
[0069]图3示出在分组交换数据网络上传输一个序列的数据包的业务交付模式，该分组交换数据网络包含根据本发明的实时连续数据服务禁用器。
[0070]图4A和4B是电缆调制解调器解决方案中实现的本发明的两个备选实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0071]在图1中，多个用户使用多种数据源或传输部件(例如用户I的因特网电话6和个人计算机5、用户II的个人计算机7和用户III的个人计算机8)连接到分组交换数据网络I。分组交换数据网络由云状框I和多个互连的网络节点2示意性示出。每个用户1、11和III连接到分组交换数据网络I的节点2的其中一个节点。分组交换数据网络I可以包括例如因特网。在用户1、II和III的用户端设备5、6、7和8上可通过分组交换数据网络I访问多种数据服务。这些数据服务可包括电子邮件、Web浏览、文件传输和实时连续数据服务(例如网络电话、视频会议、交互式多用户游戏、数字电视、因特网收音机、流音频和流视频)。
[0072]还可以使用连接到分组交换数据网络I的服务器20来广播数字电视节目。此数字电视广播可潜在地被任何用户通过例如个人计算机5、7和8接收。另一种可能性是，使用其数字因特网电话6的用户I希望经由其个人计算机8与用户III建立呼叫。
[0073]在图1示意性示出的分组交换数据网络中，用户1、II和III的每一个(其中)通过根据本发明的系统(下文称为实时连续数据服务禁用器)连接到该网络。例如用户I连接到连接到网络节点2的服务禁用器10。同样，用户II和III分别通过服务禁用器12和14连接到网络节点2。可通过中央控制服务器17来控制实时连续数据服务禁用器10、12和14的每一个，其中网络运营商或因特网服务提供商对中央控制服务器17具有如图18所示的完全控制权。
[0074]假定用户I通过宽带连接连接(例如数字用户线连接(DSL))到分组交换数据网络，其中该宽带连接具有对应于因特网服务提供商提供的最高服务级的预订。因此用户I不仅获准使用例如Web浏览、电子邮件等常规数据服务，而且还获准使用例如网络电话或视频会议的实时连续数据服务。此外，假定用户III也通过DSL用户线路连接到该分组交换数据网络，并具有与用户I相同的预订。同时，用户II也通过宽带连接与分组交换数据网络连接，但是由于他仅对电子邮件和Web浏览感兴趣，所以仅具有对应于的最低服务级的预订可用。
[0075]在给定上述预订的情况下，网络运营商或因特网服务提供商可通过控制服务器17相应地对每个实时连续数据服务禁用器进行编程。网络运营商可例如通过关闭服务禁用器10和14以使所有服务可供用户I和III使用。同时，网络运营商通过控制服务器17可对服务禁用器12编程来不允许任何实时连续数据服务。
[0076]如果用户I希望用他的因特网电话与用户III建立网络电话电话呼叫，则他的语音被转换成从因特网电话6始发的一个序列的数据包，该序列的数据包被包含在发到服务禁用器10的数据流中。因为服务禁用器10被关闭，所以将数据流不加修改地转发到网络节点2，从网络节点2将数据流转发到用户III的个人计算机8。在发往个人计算机8的途中，由于服务禁用器14也被关闭，所以服务禁用器14忽略发往用户III的该序列的数据包。将向用户III通知用户I的呼入呼叫并且，用户III接听该呼入呼叫。通话发生。
[0077]对于用户II，服务禁用器12设置成使进入数据业务和外发数据业务的服务质量下降的程度致使任何实时连续数据服务均不可用。如果用户II希望与用户I或用户III建立网络电话呼叫，则将对应于用户II发言的语音的一个序列的数据包转发到服务禁用器12，但是服务禁用器12将足够大量的数据包保留足够长的时间，以在接收方(例如用户I或用户III)有规律地引入连续数据信号的中断，并且无法使用普通修正手段来在没有中断的情况下修正它。反之亦然，用户II接收到的实时连续数据服务同样地受到服务禁用器12的影响。同时，用户II无法在不产生不可接受的服务质量下降的情况下接收服务20广播的电视节目。
[0078]假定用户I访问用户II，同时使用用户II的用户端设备(个人计算机7)时，用户I和用户II希望与用户III建立因特网电话呼叫。如上所述，服务禁用器12被网络运营商或因特网服务提供商配置成任何实时连续数据服务对于使用与分组交换数据网络的宽带连接的个人计算机7都是不可能的。但是注意控制服务器17连接到分组交换数据网络。临时通过服务禁用器12向个人计算机7提供实时连续数据服务是可能的，下文将对此予以描述。
[0079]为了用个人计算机7来建立因特网电话呼叫，用户I例如通过访问Web网站来连接到控制服务器17，在控制服务器17中利用标识过程验证他。用户I可以输入他的用户名和密码，在评估过程期间，控制服务器17检查此用户名和对应的密码是否存在，并根据此检查的结果，连接到数据库19，数据库19包含通过上述因特网服务提供商连接到分组交换数据网络的所有用户的所有连接详情。网络控制服务器确定用户I获准在他的预订条款的基础上使用因特网电话。作为响应，控制服务器17现在临时关闭服务禁用器12，使用个人计算机?的用户I和II现在就可以与用户III建立因特网电话呼叫。一旦因特网电话呼叫终止，则因特网服务提供商可重新建立用户II获准的原服务级。
[0080]假定因为不再对接收网络电话感兴趣，用户III现在更改他的宽带预订。因为他不希望错过每周因特网TV节目中喜爱的流视频，所以它切换到启用流视频的较低服务级，但是无任何通话类连续数据服务(例如视频会议或网络电话)。网络运营商(NO)或因特网服务提供商(ISP)现在将开启服务禁用器14，并将其配置成使外发数据流中的随机序列数据分组延迟随机选择的一段时间。
[0081]假定用户I现在希望与用户III建立视频会议呼叫。但是现在用他的个人计算机
5、扩音器(图中未不出)和Web摄像头(图中未不出),用户I的语音和图像将被转换成一个序列的数据包，然后将该序列的数据包转发到服务禁用器10。服务禁用器10被关闭，该序列的数据包被转发到网络节点2，从此处再将它们转发到用户III的宽带连接上的服务禁用器14。服务禁用器14忽略进入业务，因此用户I的数据信号无修改地被传送到用户III的个人计算机8。
[0082]接下来，当对用户I所作的谈论进行响应时，承载用户III的语音和图像的数据流离开个人计算机8，并被服务禁用器14截取。服务禁用器14偶然性地但是有规律地保留发自个人计算机8的数据流中的数据包。用户I在他的个人计算机6上接收有规律地丢失数据包的数据流。因为视频会议所需的服务质量要求高的标准，所以服务禁用器14引入的服务质量下降导致用户I在个人计算机6处接收的数据的连续性中断。所导致的服务质量下降使得即使使用例如缓冲的修正手段，数据的连续性仍有规律地被中断，用户I与用户III之间的通话实际是不可能的。用户III无法使用视频会议，由于相同的原因也无法使用网络电话。
[0083]再假定一会儿之后，用户III再次更改他的预订，因为他希望能够广播流视频。ISP可以将服务禁用器14配置成偶然性地但是有规律地保留总的外发数据流中的一个或多个数据包。这使服务质量劣化到将影响通话类服务而使其使用变得不可能的程度，但是流传输类服务的服务质量仍足以使用这些服务。
[0084]如果用户III现在尝试使用他的计算机8来呼叫用户I，则服务禁用器14截取外发数据业务。网络运营商开启服务禁用器14，并且已将其配置成例如偶然性地但是有规律地由服务禁用器14保留总外发数据流中的一个或多个数据包。此保留将不可避免地影响由用户III始发的该序列的数据包构成的数据分组。在保留某段时间之后，将这些数据包转发到网络节点2，在网络节点2中将其转发到用户I的因特网电话6。因特网电话6可能包括例如用于缓冲所接收的数据包的元件。在缓冲某段时间之后，按其原序列次序将这些数据包重组，以能够将它们提供给用户I，而用户I将感觉该数据是来自用户III的语音，但是被严重扰乱或一直“断断续续”的。常规通话是不可能的，通话将很快结束。注意为了能够修正并重组这些数据包，要保留的数据包的数量必须足够小或必须仅短暂地保留这些数据包，短暂到足以使网络电话呼叫期间总体延迟不被注意到或对于用户I来说不感觉是恼人的。如果较好地配置了服务禁用器14，将足够数量的外发分组延迟足够长时间，将出现语音信号的显著“不规则性(scrambling)”。
[0085]流视频受到相同程度的影响，但是因为对于这些服务可恢复小的总体延迟，所以可使用缓冲结合恢复过程来重建正确的数据序列次序。
[0086]会理解到，对于使用ADSL连接的用户来说，可在截取来自所述用户的所有数据的第一网络节点处应用本发明，在图1中这在节点2中或节点2附近。虽然在图1中表示为网络中单独的组件，但是在例如DSL连接的情况下，可将服务禁用器10、12和14与网络节点2集成。
[0087]结合图1描述的实施例是结合数字用户线(DSL)解决方案来描述的，在此解决方案中各个用户利用单独的连接来连接到网络节点2。当将本发明应用于例如电缆调制解调器解决方案时复杂性会上升，对于电缆调制解调器解决方案来说，在本地回路中多个用户共享至网络节点的一个连接。图4A和4B中图示了此情况，并将在下文对此予以描述。
[0088]对于结合电缆调制解调器解决方案来应用本发明，会理解到，图4A的各个用户52、53、54通过彼此共享的连接50来连接到网络节点65。例如，彼此相邻居住(例如居住在同一个街道)的多个用户52、53、54可分别使用电缆调制解调器56、57和58通过一个连接50来连接到网络节点65。网络节点65由通过连接68与其他节点(图中未示出)的广域网(WAN)连接构成。各个用户52、53和54分别通过专用连接60、61和62连接到共享的连接50。
[0089]简单地保留包含在共享网络连接50上的数据流中的数据包(例如上文结合图1所示的实施例的描述)会影响连接到网络连接50的各个用户，因此不适于用户相关的策略推行或服务提供。对于电缆调制解调器解决方案，多种选择是可能的。在数据链路层上，可通过媒体访问控制(MAC)地址来识别各个电缆调制解调器(56、57、58)。因此包括通过其始发或目的地MAC地址来识别数据包的步骤是可能的。一旦将数据包识别为属于某个MAC地址，目的地用户或始发用户就是已知的，且可保留以该用户的MAC地址标记的数据包而不影响其他用户的数据包。在图4A中，这可由服务禁用器69来执行，该服务禁用器69执行数据链路层中的各个数据包的MAC地址检测的步骤。一旦识别出要保留的数据包，则服务禁用器69将执行如上文结合图1的服务禁用器10、12和14描述的合适保留方法。
[0090]图4B中示出了第二种解决方案，其中未作修改和/或以与图4A中相同的方式工作的图示实施例中的所有要素使用相同的附图标记。图4A与图4B之间的差异是用户52、53和54分别使用专门的电缆调制解调器72、73和74。可由网络运营商或因特网服务提供商例如使用控制单元70以远程方式对这些专门的电缆调制解调器72、73和74进行编程。由这些专门的电缆调制解调器72、73和74执行的服务禁用或数据包保留可包括例如保留发往或始发于关联的用户的入站或出站数据包。这些电缆调制解调器的编程采用服务禁用器，例如图4A的服务禁用器69。
[0091]图2示出通过例如因特网的分组交换网络交付的一个序列的数据包的分组交付模式。该序列的数据包始发于分组源21，它们从此处被发送到因特网22上，当被接收方接收到时，缓冲器或修正部件23重组接收到的数据包，并将它们放置在它们的原序列次序中。此后，将数据提供到分组接收器(paCketsink)24所示的用户。在图2中，在各个位置A、B和C中分析分组的业务模式，这对应于由分组源21提供到因特网22的序列的数据包(位置A)、该序列传播通过因特网22之后被缓冲器23接收的相同序列(位置B)，以及由修正部件或缓冲器提供到由分组接收器24所示用户的相同序列(位置C)。
[0092]A所示的分组接收器按有规律的时间间隔依照如下次序提供一个序列的分组:P1、P2、P3、P4、...。在给定例如因特网的分组交换数据网络的特性的情况下，相同序列的不同数据包可通过不同的网络节点从一个位置传播到另一个位置，这些数据包的时间排序可被扰乱到某种程度。一般来说，可在统计上表征第一和第二位置之间的因特网信道。就分组在因特网信道上的行程标注最小传播时长和最大传播时长通常是可能的。在图2中，最早一个分组在发送之后“直接”(或非常短暂时间内)被接收到，例如分组P1。轴34上方的双箭头27表示最小时长。在统计上，一些数据包具有最大传播时长，如轴35右上方的双箭头29所示数据包P2到达位置B的传播时长所示。在给定因特网信道的这些特性的情况下，对于接收器来说通过如图双箭头31所示地缓冲某段数据的分组来修正该序列的数据包并获取恒定的产出率是可能的。此后，如位置C所示，以规律的流传输方式将这些分组提供给用户，只是有较小的延迟。如果缓冲的时长足够小，则分组交换机24中的接收用户将难以觉察到该延迟，并将感觉所提供的数据是例如语音。在图3中，示出几乎与图2相同的网络实现，但是在图3中使用由分组源21与因特网22之间的连接下的实时连续数据服务禁用器40进行。注意图3所示的相似功能部件利用与图2中的附图标记相同的附图标记表示。在轴42上，示出分组源21提供的该序列的数据包，例如数据包25。服务禁用器40可保留各个传输的数据包，并将各个分组保留不同的时长，直到再返回到数据流时为止。结果，因为例如数据包编号P4将被保留远比数据包Pl短的时间，所以该序列的原次序完全被服务禁用器40扰乱。这另外增加了已通过因特网22导致的扰乱，并产生轴43上的位置B所示的数据包接收模式。如果缓冲器23要以适合的方式处置接收到的数据包，则必须引入非常长的延迟，如双箭头45所示。这种长延迟会被接收用户感觉为数据连续性的中断，并且因为这些中断是有规律地发生的，所以用户感觉它是恼人的。因此从实践的观点而言，对于用户来说难以使用该实时连续数据服务。因此可有效地拒绝对服务的访问。特别要注意，月艮务禁用器40对各个数据分组引入的延迟是应用于所有进入的分组的随机偏移的结果。可以将各个分组偏移，例如-3、-2、-1、0、1、2或3个位置，由此破坏了数据流中的分组的原次序。
[0093]因为该序列的数据包表示语音，所以必须将这些分组缓冲并按它们的原次序重组。这导致双箭头45所示的延迟。特别要注意，如果轴42上对应于位置A表示的数据包构成Web网页，则它将不真正与先交付哪个数据包和后交付哪个数据包相关。Web页面的不同部分可独立于该Web页面的其他部分开始加载，数据包的重新排列不会或不可能被感觉为恼人的。
[0094]对于例如下载文件，会有相似的结果。由于重组数据包而在接收文件时引入的较小延迟将不会被下载该文件的用户感觉为恼人的，因为无需以连续流传输的方式提供该文件。可以无任何问题地将晚接收到的数据包插入在已接收到的数据包之间。一旦下载了文件，它就存在与此，而对于语音，连续性的中断导致通话的中断，从而使通话变得非常困难或甚至不可能进行。
[0095]注意如果对基于具有滑动窗口的TCP协议(传输控制协议——TCP)的业务执行该方法，则吞吐量将会降低，这等效于引入的延迟量。因为预期实时协议(语音、视频)将越来越多地基于没有滑动窗口的UDP(用户数据报协议——UDP)，所以本发明的方法将对于基于UDP的服务特别有效，因为接收不到数据包之后，将直接引起传输的中断。注意UDP对服务质量的依赖远高于TCP。
[0096]为了理解的目的，这里要注意，根据上述原理可对本发明进行大量的修改和改变。因此要理解到，在所附权利要求范围内，本发明可以采用非上文专门描述的方式来实施。
【权利要求】
1.一种控制包含数据包的分组交换数据流中的实时连续数据的方法，其特征在于，所述实时连续数据的所述控制包括根据使用实时连续数据服务的授权状态来保留所述分组交换数据流的数据包，以在向接收用户提供时扰乱所述实时连续数据的连续性，其中，保留数据包对数据流中的数据包执行，而无论这些数据包是与实时连续数据服务相关联的还是与非实时连续数据服务相关联的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述数据包保留一段时间，并在所述保留之后将其返回到所述数据流。
3.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，保留所述数据包包括保留所述数据流中的多个后续数据包。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，保留所述数据包包括保留所述数据流的一个或多个随机选择的数据包。
5.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述实时连续数据包括一个序列的数据包，以及将所述数据流的所述数据包保留以重排所述序列的数据包。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对于各个保留的数据包或各组保留的数据包，采用不同的保留时间来保留所述数据包并将其返回到所述数据流。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述保留的时间长度是随机确定的。
8.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述分组交换数据流是来自数据发射器的出站数据流 。
9.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述分组交换数据流是发往数据接收器的入站数据流。
10.如前面权利要求中任一项所述的方法，还包括在所述接收用户接收到所述数据包之后将所述数据包重组的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述重组的步骤包括在一组层中的一个层上执行所述步骤，所述一组层包括传输层、会话层、表示层或应用层。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述重组的步骤包括缓冲接收到的所述数据包。
13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述重组的步骤还包括按最初发送所述数据包所采用的原次序来重排所述接收到的数据包的步骤。
14.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在分组交换数据网络中，数据包的所述保留在一组层中包括的一个层上执行，所述一组层包括数据链路层、网络层和传输层。
15.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述实时连续数据用于提供所述实时连续数据服务，例如电话或流式多用户游戏。
16.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过评估所述实时连续数据服务的用户提供的标识数据来建立所述授权状态。
17.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为所述数据流登记服务级，以及所述授权状态由所述登记的服务级来确定。
18.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述分组交换数据流在电信网络的用户线路上传输。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述授权状态由所述用户线路的预订情况确定。
20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于， 所述用户线路是包括下列各项的组中的至少一个:数字用户线(DSL)，例如非对称数字用户线(ADSL)、对称数字用户线(SDSL)、速率自适应数字用户线(RADSL)、高比特率数字用户线(HDSL)或极高比特率数字用户线(VDSL);电缆调制解调器解决方案；卫星因特网；帧中继；千兆位以太网；或任何无线宽带用户解决方案，例如本地多点分配业务(LMDS)、多信道多点分配业务(MMDS)、微波存取全球互通(WiMAX)以及高性能无线电城域网(HIPERMAN)。
21.如权利要求15至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述实时连续数据服务包括一组服务中的至少 一个，所述一组服务包括电话、流式多用户游戏、流视频、流音频。
22.一种用于控制分组交换数据流中的实时连续数据的系统，其中所述分组交换数据流包含数据包，所述系统包括用于截取和转发所述数据流的部件，其特征在于，所述系统还包括，用于根据使用实时连续数据服务的授权状态来保留所述分组交换数据流的数据包以在将其提供给接收用户之后扰乱所述实时连续数据的连续性的部件，其中，保留数据包对数据流中的数据包执行，而无论这些数据包是与实时连续数据服务相关联的还是与非实时连续数据服务相关联的。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，用于保留所述数据包的所述部件设置成将所述数据包保留一段时间，所述系统还包括用于将所述延迟的数据包返回到所述数据流的部件。
24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述用于保留所述数据包的部件设置成使用不同的保留时间来保留各个所述数据包或各组数据包。
25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述用于延迟所述保留的数据包的部件设置成对各个所述保留的数据包或各组保留的数据包使用随机时长的保留时间。
26.如权利要求22至25中任一项所述的系统，其特征在于，所述用于保留数据包的部件设置成保留多个后续数据包。
27.如权利要求22至26中任一项所述的系统，其特征在于， 所述用于保留数据包的部件还设置成随机地保留一个或多个数据包。
28.如权利要求22至27中任一项所述的系统，其特征在于，所述实时连续数据服务与所述实时连续数据相关联。
29.如权利要求22至28中任一项所述的系统，还包括用于确定所述授权状态的部件。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述用于确定所述授权状态的部件包括，用于从外部源接收所述授权状态的部件。
31.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述用于确定所述授权状态的部件包括用于接收和评估用户提供的标识数据的部件。
32.如权利要求29或30所述的系统，其特征在于，所述用于确定所述授权状态的部件设置成根据为所述数据流定义的服务级来确定所述授权状态。
33.如权利要求22至32中任一项所述系统在分组交换数据网络中的使用，以控制所述网络中用于提供实时连续数据服务的实时连续数据业务。
34.如权利要求33所述的使用，其特征在于，所述系统设置成控制来自数据发射器的出站实时连续数据业务。
35.如权利要求33或34所述的使用，其特征在于，所述系统设置成控制发往数据接收器的入站实时连续数据业务。
36.如权利要求33至35中任一项所述的使用，用于提供实时连续数据服务，例如电话、流式多用户游 戏、流视频或流音频。
【文档编号】H04L12/801GK103997464SQ201410081112
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2005年4月29日 优先权日:2005年4月29日
【发明者】J.登哈托格, R.陶里, T.L.埃哈特 申请人:艾利森电话股份有限公司