用于在分组交换网络中传输相干数据流的信令的制作方法

本发明涉及分组交换通信网络技术领域，并且更为准确地涉及分组交换通信网络中的设备或节点。

具体地，本发明涉及分组交换网络的节点所传送的数据报的相干流的处理。

背景技术：

分组交换通信网络被用于要求越来越高的服务质量(QoS)和用户体验质量的应用。这些应用包括视频流或视频点播(VoD)、视频会议、游戏等。

从技术的角度来看，这些应用要求利用最小的传输时间(或“延迟”和利用较好的QoS特性(抖动、分组丢失…)将数据从源传送到接收方，而由于对质量(高清视频等)的需求的增加以及连接到通信网络的人数的增加，导致要被传送的数据量年复一年地增加。

因此，近些年中，已经采取了增加通信网络带宽的很多努力。在在15年内，关于接入、无线和核心网络的整体带宽已经增加了大约1000倍。

尽管如此，端到端的延迟没有达到相同的提升。

然而，一些应用对于延迟非常敏感。值得注意的实例是，诸如游戏、远程控制、高频率计算等需要交互性的应用。这些应用本质上与视频传送或文件传输等是不同的，在视频传送或文件传输等中带宽是主要因素，而在经历一些端到端延迟的情况下不会造成QoS和用户体验影响。

相对的，对于交互式应用，端到端传输时间是关键因素，其对QoS和用户体验具有直接的和重要的影响。

因此，要求交互性或更概括地要求低延迟的应用面临被部署到良好条件中的难题。一些ad-hoc解决方案(例如，用于特定类型的应用)通常变得复杂，且它们无法被推广到其它应用并且对于延迟降低的目的是不充分的。

例如，在无线技术中，协作MIMO(CoMP，“协作多点”)要求小于1ms的延迟。然而，利用常规的基于IP的网络机制，低于几个毫秒是具有挑战性的。协作基站形成由光纤连接的点到点网的Ad-hoc解决方案不适用于大规模部署：这种解决方案将要求在所有节点对之间安装光纤。此外，这种解决方案将阻止网络拓扑的任何演进。

技术实现要素：

本发明的目的是至少部分地解决上面提及的缺点。

利用一种用于在分组交换网络的节点中转发数据报的方法来实现这种目的，包括以下步骤：

接收要被传送的数据报；

检测到所述数据报属于相干数据流并且将所述数据报转发到适当的输出接口，以用于在预留的时间间隔期间进行发射；

在所述输出接口处检测与所述数据报的发射相关的预留冲突，当检测到预留冲突时，发送包含时间信息的信令消息，所述信令消息用于修改所述相干流的后续数据报的接收日期。

优选的实施方式包括以下特征中的一个或多个，其可以是单独的或一起的，或者是部分组合或全部组合。

所述方法进一步包括将时间规律与所述相干流进行关联，使得根据所述时间规律提前预留所述时间间隔。

所述方法进一步包括通过确定所述数据报的接收日期不符合所述时间规律来检测预留冲突，并且其中从所述时间规律和所述接收日期来计算所述时间信息。

所述方法进一步包括当所述数据报的接收日期对应于所述输出接口的不可用时间间隔时，检测到预留冲突，并且其中所述时间信息基于所述输出接口可用时的时间。

从发射节点接收所述数据报并且其中将所述信令消息发送回到所述发射节点。

从部署在所述节点的应用层的应用(A)接收所述数据报，并且其中将所述信令消息发送给所述应用。

所述应用根据所述时间信息来改变其传输配置。

所述应用根据所述时间信息来调整web照相机的视频配置。

本发明的另一方面涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括当在数据处理单元上执行时用于执行如之前所介绍的方法的计算机可执行指令。

本发明的另一方面涉及一种分组交换网络的节点，所述节点具有输入接口和至少一个输出接口以及转发层，所述转发层用于检测到接收的数据报属于相干数据流并且将所述数据报转发到适当的输出接口，以用于在预留的时间间隔期间进行发射；以及进一步用于在所述输出接口处检测与所述数据报的发射相关的预留冲突，并且当检测到预留冲突时，发送包含时间信息的信令消息，所述信令消息用于修改所述相干流的后续数据报的接收日期。

优选的实施方式包括以下特征中的一个或多个，其可以是单独的或一起的，或者是部分组合或全部组合。

从发射节点接收所述数据报并且其中将所述信令消息发送回到所述发射节点。

将时间规律与所述相干流进行关联，使得根据所述时间规律提前预留所述时间间隔。

所述节点适于通过确定所述数据报的接收日期不符合所述时间规律来检测预留冲突，并且其中所述从所述时间规律和所述接收日期来计算所述时间信息。

所述节点适于当所述数据报的接收日期对应于所述输出接口的不可用时间间隔时，检测到预留冲突，并且其中所述时间信息基于所述输出接口可用时的时间。

所述节点进一步包括应用层，所述应用层包括至少一个应用(A)并且其中从所述应用(A)接收所述数据报，并且其中所述转发层用于将所述信令消息发送给所述应用(A)。

通过本发明实施方式的下面的作为非限制性实例的说明，并且参照下面列出的附图，容易了解本发明的其它特征和优点。

附图说明

图1示出了基于分组的通信网络的非常简单的实例。

图2示出了用于节点的根据节点各种情况下的负载的节点竞争。

图3示出了根据本发明实施方式的网络节点的非常简单并且概要的视图。

图4根据本发明实施方式的说明特定情况的基础实例。

具体实施方式

在图1中描述了基于分组的通信网络。为了解释清楚的目的，通信网络的拓扑是非常简单的。

这种基于分组的通信包括节点N1、N2、N3、N4，即网络设备通过节点N1、N2、N3、N4在发射器或源与接收器或接收方之间传送数据报。发射器N1和接收器N4还可以被认为是节点。

表述“数据报”此处表示根据除了物理层(第1层)之外的任何层的任何原子的数据传输单元，或协议数据单元(PDU)。其包括例如IP分组(第3层)、帧(第2层)，TCP段或UDP数据报(第4层)等。

在节点1上，描述了与OSI层L1、L2、L3…L7相关联的协议栈PS，其中层L7代表应用层。典型地，应用A(在层L7上)代表由协议栈PS传送的数据流的源，所述数据流用于通过通信网络传输到接收方N4。由数据报组成的数据流实际上通过由节点构成的路径进行传送和路由的方式在本发明的范围之外，并且因此不进行进一步详述。

用于将数据报从应用A传送到接收方N4(并且更为准确地，传送到在节点N4上运行的应用)的时间依赖于许多因素。

节点之间的物理链路以及用于通过这些链路实际传送数据的传输拓扑是这些因素中的一部分。这些考虑涉及OSI模型的第1层。

然而，还可能在OSI模型的上层触发端到端传输时间或延迟。这些触发涉及节点为处理数据报所承担的各种处理。

在这些触发中，主要触发是在一个节点处的数据报冲突和缓冲区。实际上，由于节点可能从多个源接收数据流，因此其实现缓冲区机制以将传入的消息转发到队列中，从而异步地管理传入的数据流。

因此，已经设计了许多解决方案以解决冲突，从而缩减缓冲区并且降低由网络节点内的转发数据报的复用所导致的延迟。

在这些解决方案中，我们可以列举：

*由IETF(国际互联网工程任务组)的RFC 3246所介绍的差别服务“加速转发”。

DiffServ“加速转发”(EF)旨在通过确保以特定配置速率为EF聚集进行服务来提供低延迟、低抖动和低损耗的服务。

然而，这种机制没有阻止拥塞并且于是没有阻止给定数据报的延迟：在节点已经具有等待被传送的EF数据报时，在“快速转发”数据报被转发之前，缓冲“快速转发”数据报。

此外，申请人认为低损耗特征过于严格：诸如交互式应用的一些应用不需要在可靠性和延迟之间的折衷。对于这种应用，可以丢弃数据报而不会损害QoS和用户体验。

*另一解决方案被称为“明确拥塞通知”并且由例如IETF的RFC 3168所定义。这个解决方案依赖于基于节点所采用的丢弃测策略的拥塞情况检测，并且其目的在于避免传输和应用遭受过多的丢失。

然而，这种解决方案仅是对纠正拥塞情况的处理，并且不允许限制延迟。

*另一技术方案由802.1Qav(音频-视频桥接)和802.1Qat(准许控制)IEEE标准所介绍。其目的是通过预留一些带宽以确定性的低延迟和低抖动来可靠地传递数据。

然而，带宽预留确保确定性的平均延迟，但不是最小延迟，这是因为其在数据报到达时间不阻止输出端口上的拥塞。

此外，对于RFC 3246解决方案，低损耗特征过于严格。

*另一种解决方案被称为“伪线仿真”并且由IETF的RFC 3985来描述。其包括对通过分组交换网络的电信服务的重要行为进行仿真。其旨在提供最小的必要功能以利用给定服务定义的正确性所需程度的线缆进行仿真。

然而，定时递送保持用于非连续消息的节点的输入和输出接口之间的常量相位：其降低抖动但是并不负责实现最小延迟。

换句话说，现有技术中的解决方案尝试检测拥塞问题并且尝试基于这种检测来进行处理以避免或限制拥塞的效果。为了实现这个目的，一些解决方案提出对缓冲区的优化使用，所述缓冲区用于将数据报转发到输出接口。

然而，在拥塞检测时，已经影响了延迟。此外，尽管许多研究组已经在这个方向上进行研究，没有基于缓冲区使用优化的解决方案已经证明是满足实际延迟降低要求的。

图2根据按照百分比所表示的节点负载在垂直轴以秒示出了节点的竞争延迟(即，一个节点的延迟)。

曲线1、2、3描述了在“加速转发”(EF)和常规“最大努力”(BF)之间的3个不同混合的DiffServ EF机制的使用。

曲线1:BF＝30％并且EF＝70％

曲线2:BF＝20％并且EF＝80％

曲线3:BF＝10％并且EF＝90％

图2示出了加速转发没有解决竞争问题。

然而，代表根据本发明的节点的延迟曲线的曲线4示出了无论这个节点是否有负载均没有排队延迟。

为了实现上述内容，本发明基于避免在网络节点内使用用于冲突避免的数据报缓冲区的思路。换句话说，本发明避免数据报的排队。因此，相比于尝试于优化缓冲区使用的现有技术解决方案，本发明基于技术突破。

借助于用于转发传入的数据报的新设备和新方法，根据本发明的节点能够避免传入的数据报的缓冲区，还可以避免在输出接口处的任何冲突。

图3示出了根据本发明实施方式网络节点N的非常简单和概要的视图。

这个节点包括2个输入接口I1、I2，以及一个输出接口O1。节点包括转发层FL，其是图3中描述的唯一的层。节点还可以包括属于其它层或功能的各种装置，例如路由模块(BGP…)、应用层等。

转发层FL包括用于根据路由/交换算法将输入接口处接收的数据报转发到适当的输出接口的转发装置FM。典型地，输出接口O1与缓冲区B相关联，其中缓冲区B对要被传送的数据消息进行排队。

转发层FL进一步包括适于实现本发明的其它特性的装置M。这些装置可以是软件装置、硬件装置或它们之间的任何混合。

此外，根据本发明的节点适于检测属于相干流的数据报。

“相干流”是遵循时间规律的数据报的集合。按照确定性方式提前知道这种流的每个数据报的到达时间。这个到达时间被称为“接收日期”。其可以是绝对值或优选地，是根据流的之前消息的相对值。这个时间和能够根据用于测量时间的时钟和基础技术的准确性一样准确。

节点N包括用于在接收数据报时检测这种相干流的装置。可以使用多种方法来实现这个目的：

根据本发明的第一实施方式，传入的数据报包含指示所述传入的数据报属于相干流的“标记”。可以由源应用来设置这种标记。例如，由于web照相机将以预定速率传送图像，因此形成相干流的应用自身可以确定来自web照相机的视频流。

根据本发明的另一实施方式，可以将与相干数据流相关的信息(包括相干数据流的时间规律)提供给网络节点。例如，在应当建立长期相干数据流的情况下，可以由网络管理系统来提供与相干数据流相关的信息。这种情况的实例是，一种可以举例是VPN、租用隧道等。

根据本发明的另一实施方式，节点可以用于将接收的数据报进行关联，从而确定代表相干流的一些时间模式。例如，可以决定将具有相同信息集(例如，源和目的地IP或MAC地址…)和根据特定周期接收的数据报形成相干数据流。

然而，在如图4所示的实例中，一些相干流可能具有不同的源。

在这个示意性的实例中，节点NA和节点NB在将分别是F1和F2的相干流发射到节点NC，其通过相同的输出接口将相干流发送到节点ND。来自NC去往节点ND的流F3包括与流F1和F2相对应的信息(其还可以包括来自网络的其它节点的其它信息，图中并未描述)

因此，在得到的聚集流F3中保持流F1、F2的确定性属性或“相干性”，因此F3是相干的。因此，节点ND可以检测相干数据流F3(尽管数据报的源是不同的)。

这种行为的有趣结果是，从节点ND的角度来看，仅有一个要被处理的相干流。于是，通过允许聚集相干流的管理而不是对单独相干流的细粒度管理，这样允许可扩展性。

与相干流相关联的时间规律可以是周期性的(即，每x毫秒一个数据报流)，但是可以设计其它时间规律。

可以在将相干流与相对应的时间规律进行关联的存储器中存储时间规律。

可以设计用于删除这个存储器中过期条目的一些机制，例如统计机制。

如果节点检测到接收的数据报属于相干流，那么节点可以将其转发到适当的输出接口O1，从而用于在预留时间间隔期间进行立即发射。这意味着，由于已经为这个分组预留的输出接口，这个分组不在任何竞争处理缓冲区中进行排队。预留时间间隔的方式将在下面解释。

时间间隔至少依赖于要被传送的数据报的尺寸。时间间隔还可以依赖于与输出接口连接的线路上的比特率。因此，时间间隔随着根据常规转发机制的时隙属性而不同。由于时隙与要被传送的数据报的实际尺寸并不对准，因此这暗示着一些延迟。由于时间间隔在另一方面适配于要被传送的数据量，因此优选地使用资源并且意味着没有时隙相关的延迟。

换句话说，在输入接口I1上的分组到达之前，于已知日期在输出接口O1处发射所接收的数据分组。

处理数据报并且物理上将数据报从一个接口传送到另一个接口使用一些时间，而与节点是否具有负载无关。在系统建立阶段期间可以测量这种延迟并且网络节点所执行的未来处理中考虑这种延迟。

-当将数据报转发到输出接口O1以用于立即传输时，可能发生两种情况：

-输出接口是可用的；并且然后实际上并且立即发射数据报

-或者由于其它数据报正在进行传输，因此输出接口是不可用的。

在这种后面的情况中，检测到预留冲突，即根据输出接口O1的条件确定用于数据报的发射日期是不合适的。

由于某种原因知道这种数据报的接收日期和发射日期之间的延迟(由于其仅依赖于内部的和常量电子延迟)，于是其意味着由于接收日期对应于输出接口的不可用时间间隔，因此接收日期是不合适的。

根据本发明，将信令消息发送回到发射过这个数据报的节点。回到图1，如果在节点N3处检测到预留冲突，那么将会把信令消息发送回节点N2，节点N2是将源应用A链接到接收方N4的路径汇总的前一节点。

即使输出接口O1是可用的，可能发生另一种类型的预留冲突。

在实例中，节点能够知道与所接收的数据报所属的相干流相关联的时间规律以及接收日期与所述时间规律所设置的条件实质上不同。

可以按照各种方式将时间规律与相干流进行关联：

-可以由节点外部的实体来提供时间规律。可以由来自诸如网络管理系统的实体的带外信令或由带内信令来提供时间规律。

-通过分析传入的数据报以及通过对数据报执行校正以确定模式，节点自身可以确定时间规律。可以在相干流的检测同时执行这个过程，使得一起确定检测和时间规律。

-等等。

如之前所述的，时间规律可以是周期性的(每x毫秒一个消息)，但是可以设计或检测许多其它模式。

特别地，在聚集的相干流的情况中，时间规律可以是具有导致更为复杂的时间模式的不同特性(例如，不同周期)的多个信号的聚集。

此处可以注意的是，在新的相干流的情况中，在确定时间规律前，在信令装置不知道时间规律的情况下，节点可能需要多个数据报。

通过时间规律，节点可以确定预期接收到相关联的相干流的下一数据报的时间。

可以根据这个时间规律在输出接口处提前预留时间间隔。因此，不仅可以为接收的数据报预留时间间隔，还可以为属于同一相干流(以及符合相同时间规律)的预期的后续数据报预留时间间隔。换句话说，即使在接收数据报之前，为这个数据报预留输出接口。

这是为什么根据本发明的节点不再需要对数据报进行缓冲以解决竞争以及为什么取消了由于竞争所导致的延迟的原因。

应当注意的是，在外部(诸如，例如，RSVP协议等)没有执行明确的预留。

将数据报转发到输出接口，从而在根据所述时间规律预留的时间间隔期间发射所述数据报。

为了准确起见，根据本发明，在“数据报”的定义中暗示了小的偏差：根据IETF(国际互联网工程任务组)的RFC 1594，数据报是“携带充足信息的数据的自包含的、独立实体，所述信息被从源路由到目的地计算机而不依赖于这个源和目的地计算机以及传输网络之间的早期交换。”

根据本发明，存在对早期交换的依赖。实际上，本发明可以被认为是用于实现基于时间的转发(与基于地址的转发相对)的方法和设备。

因此，节点可以容易地确定来自给定相干流的传入数据报是否符合与这个相干流相关联的时间规律。然后，可以确定相干流与同其相关联的时间规律的任何偏差。

可能由时钟间的偏移导致这种移位。实际上，通信网络中的每个节点包括其自己的时钟。通常，网络中两个给定节点的时钟彼此相对移位。

根据本发明的实施方式，一些偏差可以被认为是较小的，并且不应当暗示任何校正动作。

节点可能适于在具有一些灵活性的情况下确定数据报的接收日期对时间规律的符合。例如，可以确定接收日期和从时间规律直接获得的“期望接收日期”之间的差别。如果这个差别低于阈值，不会触发校正动作。如果数据报是根据时间规律准确地接收的，那么处理所述数据报。

相反地，应当触发校正动作。显著的移位可能确实会导致许多问题，包括甚至将数据报认为是不属于相同的相干流。此外，移位可能暗示在输出接口不可用的日期接收数据报，并且可能影响本发明的整体行为。

这种校正动作包括，发送信令消息回到已经发射所述数据报的节点。如之前关于通过输出接口在所需时间不可用所暗示的预留冲突来介绍的，将这个信令发送回相干流的路径中直接之前的节点。

在两种情况中，信令消息旨在修改属于同一相干流的随后数据报的接收日期。因此，其包含适于使之前的网络节点修改其发射日期的时间信息，其直接对应于接收日期的修改。这样实现了对预留冲突的补偿。

在与时间规律相偏差的情况中，实际接收日期和期望接收日期之间的时间差可以用作确定时间信息的基础：其可能足以将时间信息设置为补偿时间差别的值，使得相干流的下一个数据报将会准确地与时间规律对齐。

实际上，时间规律可以指时间差别(或其相反的内容)，即相对值。

根据本发明的实施方式，在输出接口O1域预留时间间隔不可用的情况中，可以确定新的时间间隔，在输出接口在所述新的时间间隔可用于数据报。

节点可以从其存储器中存储的时间规律来确定输出接口O1的整体可用性。然后通过这种知识可以推导出，输出接口在什么日期可用于发射数据报。可以根据数据报的尺寸(以及例如，诸如输出接口处比特率的本地参数等)将适合所述数据报的时间间隔的开始点选择作为日期。

通过信令消息可以将这个日期传送给之前的节点。此处再一次，时间信息可以与相干流的分组到达日期相关。

根据本发明的另一实施方式，节点可以设计不同的时间规律：修改不仅影响到新日期的移位，还影响可以周期性地修改相干流的整个时间模式等。

因此，相干流的后续数据报将根据修改的时间规律来发送(或简单地利用相同的时间模式，而仅在时间上进行移位)。在输出接口可用的日期将后续数据报发送到要进行接收的输出接口O1并且将在没有因竞争导致的任何延迟的情况下进行实际转发。

在一些实例中，输出接口可能不再具有任何可用性。

或者，输出接口可能不具有专用于相干流的任何可用性。实际上，根据本发明的实施方式，可以预留专用于相干流的特定资源量；剩余部分可用于例如其它继承或差分服务等级的业务。

在这种情况下，可以将数据报(以及相关联的相干流)降级为最佳努力行为。这种降级不会推测由路径中下行流上下一节点所执行的处理。例如，可以实现一些业务修整机制，使得通过在这种下行流节点处专用于相干流，可以检测到“降级”数据报。

除了信令消息的传输，节点可以进行与接收的数据报明显相关的其它动作。

特别地，在输出接口不可用的日期接收到数据报的情况下，可以丢弃数据报。一些应用可以接受这种解决方案，例如视频流传输等，以及对于网络的整体行为，更为有效的是允许丢弃特定数量的消息而不是在节点中对它们进行缓冲，所述缓冲暗示着延迟。

另一解决方案是对其进行传送。然后，可以根据传统机制来进行缓冲。如果将数据报标记为属于相干流，那么可以移除这种标记。可以添加用于指示其应当例如根据一些集成或差分服务登记来进行处理的另一标记。

当在给定节点中发生预留冲突时，将用于修改相干流的后续数据报的接收日期的信令消息发送给之前的节点。这种修改可能会对这个之前节点的条件具有一些影响：明显地，如果这个节点是根据本发明的节点，那么不会为了竞争的目的来缓冲这个数据报，并且对于其发射时间的任何改变还暗示其接收日期的改变。因此，之前的节点应当还发送信令消息回到其自身的之前节点。

在图1的实例中，从节点N4将信令消息sa发送到节点N3，触发将信令消息s_b从节点N3发送到节点N2，其中然后触发将信令消息s_c从节点N2发送到节点N1。

在作为相干流的源并且执行源应用A的节点N1，信令消息s_c可以触发通过协议栈PS将信令消息向上发送到应用A，所述应用A部署在应用层L7。

然后，应用可以根据信令消息中包含的时间信息来修改其传输配置。应用修改传输配置的方式依赖于应用的属性。

这种应用A的实例是与web照相机协同运行的视频会议应用。然后，修改包括根据时间信息来调整web照相机的视频配置。

与之前介绍的在节点更低层处对发射日期或时间规律的修改相类似，可以调整视频配置以修改视频照相机的图像采样的方案：这种修改可以是时间上的简单移位，从而在下一节点补偿时间差，或是时间规律的更为复杂的修改(采样率、视频编码等)。

根据本发明和其实施方式，沿传输路径在上行流方向从邻居到邻居补偿传输路径的给定节点处的任何预留冲突。

在给定节点处的补偿可以暗示在上行流节点处的后续预留冲突：例如，修改发射日期可能导致一个或两个上行流方向的节点在输出不可用的日期进行发射。但是还可以根据本发明来处理这种新的预留冲突，使得可以对新的预留冲突进行校正。换句话说，迭代过程开始导致一个接一个地补偿预留冲突。

作为结果，可以校正任何的预留冲突，并且在反向网络节点中不进行竞争的情况下可以将相干流从端传送到端。

这是因为在路径的每个节点处，根据时间规律来预留输出接口。节点不再需要实际接收数据报以预留输出接口的资源。因此，本发明阻止了对接收的数据报进行排队，从而由于取消了如图2所示的竞争解决了竞争和延迟。

通过参照优选实施方式介绍了本发明。然而，在本发明的范围内可能存在各种变型。