专利名称：匹配atm模式数据复用设备的传输比特率的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使多个连接中每一个连接的传输比特率与一个按异步转移模式工作的数据复用设备提供使用的比特率容量相匹配的方法与装置。
在异步转移模式(ATM)中，一个由CCITT(国际电报电话咨询委员会)所制定的、在Funkschau杂志7-1955，第40-43页的一篇文章“具有三个字母的ATM高速传输”中概述的标准涉及一种交换方法，其中，把信息装入数据包内，而不必周期性地在发送器与接收器之间交换这些数据包。在数据包进行交换时发送器的数据被分成相同大小的若干份，例如分成所谓的数据包或信息包，并且它们各配有一个标题行。标题行中含有关于发送器和接收器的数据。通信网络例如由相互连接的、作为数据复用设备的计算机组成。其中每个计算机都阅读输入数据包的标题行，并按照阅读内容决定把它们作为下一个要送出的数据包送往何处，从而使它们更接近其目的地。数据复用设备还能够确定是否中断了某个连接线路，以便随后选择数据转送的另一路径，而此时不必麻烦发送计算机或目的地计算机。在某些情况下，在几种系统中数据包在不同路径上传输，从而不能按正确的顺序到达。在这种情况下，目的地计算机必须把这些数据包重新按正确顺序排列在一起。如果因为确认有传输失误而某个数据包必须重新发送，则到达的数据包也可能乱搅在一起。在所谓的虚拟数据包交换的情况下，数据包的标题行中不仅记录着目的地计算机，而且还记录着路径和/或可能的绕行路径，这样，所有数据包以同一路径到达目的地。
在数据包交换中，发送器可以高速传输，而收信者只以较低速度接收。在此种情况下，数据转送器并未中断工作而只是被阻塞，因为过剩的数据包可以暂时存储在数据复用设备中。然而，当数据包流量超过了网络的存储器容量和传输容量时就可能出现数据的堵塞。于是相应的数据复用设备必须把它们不再能存储或转发的数据包丢弃。因此，用于发现并防止网络过负荷的方法对于数据包交换的进一步发展是很重要的。此外，在某些业务中，不应低于某一最小数据传输速率，例如在可视会议中，为了防止图象和语言信息被“切碎”，某一最低数据流量是必要的。
在异步转移模式的一种特殊通信类型中，即具有可供使用的比特率(ABR)的通信中，数据发送器的比特率受网络控制。网络不断地为ABR连接求出各用户的最佳比特率，以便实现最大可能地利用连接容量，并把此最佳比特率做为显比特率告知用户。例如这种ABR方法已在文献“以增加速率为基础的ABR方法”中，BRAVE-WP1.3-ROK-95001-TD-CC/b，1995年3月，做了阐述，并且这种方法特别适合于用户是由个人计算机或者服务器给出的那些应用。这种设备引入一种起始-停止-通信，即具有最高比特率的状态与间歇状态可以交替出现。激活状态与非激活状态同样在时间上起伏都很大。其中，状态持续时间根据应用情况的不同可以在毫秒范围内，也可以在分钟甚至小时范围内。因为不仅至最大可能的比特率的比特率，而且还有间歇状态及所有位于其间的数值的出现是不可预见的，所以很难在网络中经一连接使用统计方法复用不同的数据发送器。ABR方法的基本原理的出发点是多个连接共同使用一个给定的传输容量。其中，把传输容量在有效数据发送器中进行“合理”的分配。这种网络和其中特别是这一个或这些数据复用设备的任务是建立一个分配值(合理份额)，并把这个值通知数据发送器，该值反映了在各数据发送器之间的分配。
在最简单的情况下，为了求出分配值，把提供使用的总传输容量除以有效连接的数量。然而，这样的分配原则上是不合理的，因为也可能出现某些连接，这些连接可能被限制在比分配给它们的比特率更低的比特率内。于是在这种情况下将可能没有最佳的利用所提供使用的传输容量。因此求出一个新的分配值，该分配值把某个连接的未被利用的传输容量分配在其余的有效连接中。如果现在加入另一连接，那么就可能导致出现短时间的过载状态，因为所有连接的比特率合在一起将超过所提供使用的传输容量。过负荷情况将一直持续到分配值相应地匹配为止。在中间这段时间内，过剩的数据包存储在数据复用设备中。但是，例如当对某一比特率的限制被去掉时，过载情况也可能出现。在这种情况下，分配值的匹配也是必要的。
为了将显传输速率、即所希望的比特率通知用户，使用了特殊的ATM-数据包，即所谓容量管理数据包(RM-数据包；RM＝ResorceManagement)。每个用户把他的数据包周期排列到一个所谓的用户数据包流内，而且例如或者按一定的持续时间或者按一定的用户数据包数量。接收的用户的RM-数据包送回，并把方向比特的方向倒转，以标明这些数据包是向回流动的RM-数据包。数据复用设备在其当时的分配值小于由RM-数据包所显示的比特率时才把向回流动的RM-数据包的显比特率段现实化。用这种方法连接线段以最小可供使用容量确定相应连接的传输速率。
期望值在于，尽可能精确地并且在尽可能短的时间内自动确定最佳分配值，并自动把当时的分配值提供给正在通过的RM-数据包。
本发明的任务在于，提供一种方法和装置用于匹配一个按异步转移模式工作的数据复用设备的传输比特率。该方法和装置能满足上述要求。
本发明在一个按异步转移模式工作的数据复用设备上，使多个连接中每一个连接的传输比特率与提供使用的比特率容量以如下处理步骤进行匹配的方法a)存贮为所有连接提供使用的总比特率；b)连续求出所有连接合计的实际比特率；c)连续计算提供使用的比特率与实际的比特率之差；d)连续求出那些无低负荷连接的数量；e)由直到当前为止的分配值、无低负荷连接的数量以及提供使用的比特率与实际比特率之差来连续地逆推计算出当前分配值；f)如果当前分配值小于容量管理数据包内已有数值，那么就把该分配值录入容量管理数据包中；并且g)按照当时容量管理数据包的数值调整各个连接的传输比特率。
在一个按异步转移模式工作的数据复用设备上，使多个连接中每一个连接的传输比特率与提供使用的比特率容量相匹配的装置具有a)部件(1)用于存贮为所有连接所提供使用的总的比特率；b)部件(2)用于连续求出所有连接总的实际比特率；c)部件(3)用于连续计算提供使用的比特率与实际的比特率之差；d)部件(4、5、6)用于连续求出那些无低负荷连接的数量；
e)部件(7，8，9)用于由直到当前为止的分配值、无低负荷连接的数量及提供使用的与实际的比特率之差，连续递推计算一当前分配值；f)部件(10)用于在当前分配值小于在容量管理数据包中已含有值的情况下在容量管理数据包中写入该分配值；g)部件用于按照当时容量管理数据包的数值调整各个连接的传输比特率。
本发明的优点在于，它所需费用很少，并且可以直接置于硬件之中，就是说不使用微处理器或类似的部件，从而使通信网络的反应时间得到大大的改善。
下面借助在附图中所示的实施例进一步阐述本发明
图1实现本发明方法的一种实施装置和图2在图1装置中，用于求出所有通信的实际比特率总和的一种优先实施装置。
根据图1所示，在一个异步转移模式工作的数据复用设备11上，为了使多个连接a-k中的各个连接的传输比特率与提供使用的比特率容量相匹配，本发明装置含有一个寄存器1，在该寄存器中存放着为所有连接a-k总的提供使用的传输比特率。此外，设置一个测量部件2，用于连续地求出所有连接a-k的实际比特率的总和，为此，该测量部件读出和计算在传输信道12上的用户数据包和前向流动的、包含在内的RM-数据包的数量。寄存器1和测量部件2的输出信号被传送给-减法器部件3，该部件连续不断地计算出这两个信号之差，并从而求出提供使用的比特率与实际比特率之差。在理想情况下，该差值等于零。然而，实际上在大多数情况下，该差值不等于零。
此外，设置一个连续求出无低负荷的那些连接数量的部件。该部件含有若干存储部件4，在这些部件中存放各连接内最后出现的一个用户数据包的时间。当某一连接的一用户数据包重新出现时，其出现时刻将由一控制和计值设备5借助一测时单元6确定并把这个时刻与前面在存储部件4中存放的以前的时刻做比较，然后把最后出现的那个时刻存放在存储部件4中。当前时刻与在此之前最后出现的时刻的比较是这样进行的，即从当前时刻中减去在此之前最后出现的时刻，并把由此得到的差值与一个当前分配值的倒数相比较。如果两个时刻的差值小于当前分配值的倒数，那么当时的连接就工作在过负荷范围内。如果与此相反，差值大于分配值的倒数，那么它就处在低负荷范围内。只有在两个时刻的差等于分配值的倒数的情况下，就单个连接而言，才会出现传输容量的合理分配。控制和计值设备5借助这些信息确定无低负荷连接的数量并最后把该数量输入一除法器部件7。其中，分配值可以用每秒的数据包给出，这里，分配值的倒数就是先后出现的两个用户数据包之间的平均时间间隔。在该情况下，最后的时间值和当前的时间值也可以在数据包循环中加以测量。在存储部件4中，与最后出现的时刻一起，也为每次通信存储过负荷、最佳运行或低负荷的运行情况。于是利用这些存储的数据可以以简单的方式经计数确定没有低负荷的连接数量，其中，当出现相应连接的一个用户数据包时一些特定的标志机构就开始运行。
当前分配值的计算以递进方式进行，其中首先把已经由减法器部件3准备好的、提供使用的与实际的比特率之差借助除法器部件7除以由控制和计值设备5准备好的、没有低负荷的连接的数量。由此得到的商将在加法器部件9中与在寄存器8中存放至当前的分配值相加。由此得到的和值构成新的当前分配值，于是该值被写入寄存器8。该值一方面将被携带于反向流动的RM-数据包中，另一方面将提供给加法器部件9及控制和计值设备5用于进一步运算。
为了避免在除法器部件7中由于无低负荷连接的数量等于零而出现复杂情况，在这种情况下商将变为零。这就是说，所有连接都工作在低负荷运行状态，因此不能采用分配值。这时，改变分配值是没有意义的，所以此值保持不变。在启动系统时，优先选用总的提供使用的传输容量除以所有可能通信的总次数所得商作为分配值的起始值。
分配值用于借助一个部件置0把在一传输信道13上通过数据复用设备11，后向流动的各RM-数据包的显比特率段现实化。但是数据包的显比特率段只有当其值大于当前分配值时才被重写。这个同样像经一数据包管理设备11完成的后向流动的RM-数据包在某些情况下必须进行的现实化。为了使寄存器8与后向流动的数据包流同步，可以用数据包节拍来控制寄存器8的节拍。
图2示出用于求出所有连接实际比特率总和的测量部件2的一个可供优先选用实施结构。该部件含有一单元14，该单元对在传输信道12上前向流动的RM-数据包流作如下检查；看涉及的是一种ABR-数据包还是另一种数据包。在本实施例中，在涉及一种ABR-数据包情况下，单元14给出逻辑状态“1”，而在其它情况下给出逻辑状态“0”。单元14的起始状态既输入给移位寄存器15也输入给逻辑控制器17。此外，逻辑控制器17得到移位寄存器15最后的状态。移位寄存器15例如具有64比特长，所以移位寄存器15的输出端向逻辑控制器17输入延迟64比特并从而延迟64个到达的数据包的数值。逻辑控制器17控制上计数-下计数-计数器16，该计数器在本实施例中具有6比特计数宽度。其中逻辑控制器17控制着上计数-下计数-计数器16，使得在逻辑控制器17上所加的两个状态相同的情况下既不进行下计数过程也不进行上计数过程。在移位寄存器12的输出端的状态等于“1”的单元14输出端的状态等于“0”的情况下将增值，而在移位寄存器12输出端的状态等于“0”和单元14输出端的状态等于“1”的情况下将减值。此时上计数-下计数-计数器16的计数状态给出移位寄存器15中所含状态“1”的数量和从而给出所有连接的实际比特率的总和。并且将该数输送给减法器部件3。
除已述所谓“滑动窗口法”外也可以按相同方式使用其它方法， 比如“跳动窗口法”、“指数加权流动平均数法”和“漏斗法”，然而上面详细阐述的装置其特点在于，在费用较低的情况下能提供快的反应时间和高精度。
“指数加权流动平均数法”首先对单个连接的一定数量出现的实际比特率取平均值。例如确定所出现的1至n个实际比特率的平均值。该平均值将为随后的n个比特率保持不变。在这期间将求出这时出现的n＋1至2D个实际比特率的平均值，该平均值又为其后的n个比特率保持不变，如此等等。
“漏斗法”借助用小于1的系数K乘过的旧的负荷值与用1减该系数K当前负荷值相加求出所有连接实际比特率的总和。
权利要求
1.在一个按异步转移模式工作的数据复用设备上，使多个连接中每一个连接的传输比特率与提供使用的比特率容量以如下处理步骤进行匹配的方法a)存贮为所有连接提供使用的总比特率；b)连续求出所有连接合计的实际比特率；c)连续计算提供使用的比特率与实际的比特率之差；d)连续求出那些无低负荷连接的数量；e)由直到当前为止的分配值、无低负荷连接的数量以及提供使用的比特率与实际比特率之差来连续地逆推计算出当前分配值；f)如果当前分配值小于容量管理数据包内已有数值，那么就把该分配值录入容量管理数据包中；并且g)按照当时容量管理数据包的数值调整各个连接的传输比特率。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，通过对一定数量的单个连接的各最后出现的实际比特率连续不断地计算平均值，求出所有连接总的实际比特率。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，通过对一定数量的单个连接出现的实际比特率计算平均值，接着保持该平均值，直到对一定数量单个连接随后的实际比特率计算出新的平均值等等，求出所有连接总的实际比特率。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，通过把用小于1的系数乘过的老的负荷值与用1减该系数乘过的当前负荷值相加，求出所有连接总的实际比特率。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，为求出所有连接总的实际比特率设置如下步骤a)连续确定，由若干次通信到达的数据包是否含有可供使用的比特率的信息，并分派给一相应的第一变量；b)延迟第一变量；c)由当前的第一变量和一延迟的较前的第一变量产生一控制信号；并且d)依据该控制信号对于一个第二变量进行增量或减量或不增减。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，把到达的、带有关于可供使用比特率信息的数据包指定为第一逻辑状态，其余到达的数据包指定为第二逻辑状态；在延迟的和未延迟的第一变量相同时，第二变量保持不变，当在未延迟第一变量的情况下出现第一逻辑状态和在延迟第一变量的情况下出现第二逻辑状态时，第二变量将增值。当在未延迟第一变量的情况下出现第二逻辑状态和在延迟第一变量的情况下出现第二逻辑状态时，第二变量将减值以及第二变量表示所有连接的总实际比特率。
7.根据权利要求1至6其中之一所述方法，其特征在于，为了求出无低负荷的那些连接的数量，当每次建立一连接后，就测定自建立前一个连接以来的时间间隔，并把它与分配值的倒数进行比较，其中当时间间隔大于分配值的倒数时，就给出一低负荷。
8.根据权利要求1至7其中之一所述方法，其特征在于，为计算当前分配值，把直到当前为止的分配值与由带宽的额定值-实际值之差与无低负荷连接的数量相除所得的商相加。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，设置由提供使用的总带宽与全部连接的数量相除所得商作为直到当前为止的分配值的起始值。
10.在一个按异步转移模式工作的数据复用设备上，使多个连接中每一个连接的传输比特率与提供使用的比特率容量相匹配的装置具有a)部件(1)用于存贮为所有连接所提供使用的总的比特率；b)部件(2)用于连续求出所有连接总的实际比特率；c)部件(3)用于连续计算提供使用的比特率与实际的比特率之差；d)部件(4、5、6)用于连续求出那些无低负荷连接的数量；e)部件(7，8，9)用于由直到当前为止的分配值、无低负荷连接的数量及提供使用的与实际的比特率之差，连续递推计算一当前分配值；f)部件(10)用于在当前分配值小于在容量管理数据包中已含有值的情况下在容量管理数据包中写入该分配值；g)部件用于按照当时容量管理数据包的数值调整各个连接的传输比特率。
全文摘要
使每一个连接的传输比特率与一个ATM工作的数据复用设备提供使用的比特率容量区域的方法a)存贮为所有连接提供的总比特率；b)求出所有连接合计的实际比特率；c)计算提供的比特率与实际的比特率之差；d)求出无低负荷连接的数量；e)由当前分配值、无低负荷连接数量以及提供的比特率与实际比特率之差来逆推出当前分配值；f)如果当前分配值小于容量管理数据包内已有数值，就把该分配值录入容量管理数据包中；并且g)按照当时容量管理数据包的数值调整各个连接的传输比特率。
文档编号H04J3/24GK1149221SQ9611177
公开日1997年5月7日 申请日期1996年8月28日 优先权日1995年8月28日
发明者A·福加拉尔 申请人:西门子公司