专利名称：控制访问通信网资源的方法
在当前按异步传输方式-ATM方式-设计的通信网中，尤其是在用户线网络或用户访问网络中-例如作为无源光纤网络(PON=PassiveOptical Network)或者作为光纤同轴网络(Fiber Coax Network)所设计的用户线网络，也称作存取网络(ACCESS-Network)-提供使用的数据传输率或提供使用的通信网资源被分配给连接在通信网上的网络终端单元，或分配给与网络终端单元相连接的通信终端设备。在公用传输媒质上-例如光波导或无线电信道-网络终端单元或通信终端设备的访问，在高的传输速率和在大量连接的通信终端设备的情况下，通常是由一种用硬件实现的规则系统来控制的，用该规则系统将访问权，即对公用传输媒质的访问分配给一个要求通信网资源的网络终端单元。例如，在文献“在宽带ISDN无源光纤网络中时分复用访问的新型规则系统，International Journal of Digital and analog CommunicationSystems,Vol.6,p.55-62(1993),M.Glade and H.Keller”中描述了一种方法，用于控制网络终端单元对设计成无源光纤通信网的用户线网络预先确定的资源的访问。根据所公开的方法，在一个在用户线网络中心设置的和与各网络终端单元连接的网络控制单元中，为每个网络终端单元提供一个时钟或计数器，它们在网络终端所导出的建立通信连接的范围内被启动。在一个有关的网络终端单元内，一个新的数据包或一个专门预定的存储区一旦用有效数据填满，和为了数据传输在一个同样是在网络终端单元内实现的缓冲存储器中一旦中间存储，时钟就停止，或计数器就达到一个预先确定值。在网络控制单元中设置的计数器大小的确定或直至时钟停止时间长短的确定，依据当时在进行用户通信期间确定的或预定的数据传输速率来实现。一个指示时钟停止的信令信号表示一个网络终端单元特定的对发送权或对公用传输媒质访问的请求，该请求依次被存储在一个存储器中例如先进先出存储器，这种存储器是在网络控制单元中实现的，由所有与该网络控制单元连接的网络终端单元共同使用。由此存储器读出所存储的访问请求，并作为实际的发送权传输给连接的网络终端单元或通信终端设备，借此来分配对公用传输媒质的访问。在该文所述方法中，例如可能同时运行两个时钟，就是说必须存储和控制两个同时的访问请求。然而，因为两个同时访问是不可能的，所以两个访问请求之一被长时间延迟直至另一个访问请求的当前访问结束。该延迟被称为“信元延迟变化”(Cell Delay Variation)。在同时运行多个时钟时，“信元延迟变化”的数值将相应增加。
此外已经指出，网络终端单元对公用传输媒质要求的访问权直接经中央控制单元收集并存储，并且借此将对公用传输媒质要求的访问予以均匀分配。
此外，根据异步传输方式设计的通信技术已知有多种ATM专设机构定义的通信类型或服务项目，其中不同的通信类型支持或准备提供对例如带宽和延迟具有不同要求的高比特速率数据传输-参阅“ATM和ATM管理未来的B-ISDN的理论基础；经ATM广域网(ATM WAN)的局域网(LAN)连接”,Ruediger Sollin,Berlin,offenbach:VDE-Verlag,1997,pp282-284。例如语言、图像和数据可以经相同连接线路用一种信元复用类型的方法传输。在运行用户通信之前在CAC(ConnectionAdmission Control)范围内对各个通信类型的业务质量要求-也称为QOS(Quality of Service)和若干个通信参数予以协商并在一种所谓的通信协议中予以确定。ATM专设机构定义了下列通信类型或业务项目·“恒定比特速率”(CBR)，·“可变比特速率”(VBR)，·“未加规定的比特速率”(UBR)，·“适用的比特速率”(ABR)。
通信类型CBR和VBR主要适于高QOS要求的应用场合，如多媒体业务或具有性能上高质量图象传输的视频会议电路。在CBR和VBR业务中，带宽是一项重要通信参数，该参数用峰值信元速率的数据表征，并且必须在整个通信连接期间予以提供。
在通信类型VBR中，在建立连接时，除考虑峰值信元速率外还要考虑其它通信参数“最大通过率”和“最大信元传输率”(每秒传输的信元数)。“最大通过率”将ATM信元的传输持续时间限制在“峰值信元速率”内。
通信类型UBR是这样一种业务，在这种业务中与CBR和VBR不同，没有预定的固定带宽，也没有确定的信元损失率。因此，该网络不必为要建立的或希望的UBR通信连接准备提供网络资源。
通信类型ABR是由预定带宽-例如CBR和VBR类型-和未预定带宽-例如UBR类型-组成的一种混合类型。
本发明的基本任务是扩展面向时分复用的通信网，尤其是面向时分复用的用户访问网，用于当前通信类型或通信业务，例如用于多媒体的应用。此项任务通过权利要求1的特征予以解决。
在本发明的控制访问通信网资源的方法中，从通信网资源的传输和交换技术特性中选出至少两个准则，并且将具有至少一个准则的面向时分复用的分资源分配给通信网中设置的网络终端单元。本发明方法的主要特点在于，为每个选出的准则设置一个等候队列，并且将网络终端单元对分资源的访问请求，依据所选的准则分配给具有相应的等候队列专有的准则的相应等候队列。通过对等候队列的循环处理，根据所分配的访问请求来分配对相应分资源的访问。
本发明方法的主要优点在于，在现有的或者在将安装的通信网中，以及尤其在其中设置的用户访问网中，可以实现实时的，尤其是面向带宽的数据业务，例如有时间限界的多媒体业务。通过在通信网中设置的存储器中的可确定的存储区，可以廉价地实现等候队列，其中可以为任意多个准则定义多个相应的存储区。在这些存储区中，可以存储网络终端单元对通信网分资源的访问请求。依据存储区特有的准则读出在各个存储区中存储的访问请求，并且相应地将对公用传输媒质的访问分配给各网络终端单元。有利的是通过本发明方法，借助一种多个网络终端单元公用的传输媒质可以廉价地实现和提供建立在不同通信类型基础上的数据业务，也就是说要求不同传输速率和处理优先权的数据业务。通过在用户访问网中有利地实现不同的面向带宽的数据业务，并且通过与此相联系的不同业务类型的价格最优的集成，使新型的信息业务，例如视频点播(video on Demand)得以迅速地推广和得到高的用户接受率。
根据一项有利的设计，一个准则指出要借助资源传输信息的优先权等级，例如具有高优先权等级的时间限界的语言或视频业务或具有低优先权等级的数据传输业务。为每个优先权等级设置一个等候队列，依据要传输信息的优先权等级将对分资源的访问请求放在此等候队列中排队。通过从各个等候队列中读出访问请求，依据分配的按优先权等级的访问请示，将对分资源的访问分配给网络终端单元-这是权利要求2所述内容。
有利的是首先对具有最高优先权等级的等候队列进行处理-这是权利要求4所述内容。
例如，优先权等级是通过借助通信网络资源的传输和交换特性来实现的业务或业务等级确定的-这是权利要求5所述内容。在用一种按异步传输方式-ATM方式-设计的通信网改进的通信网中-这是权利要求6所述内容-采用按照ATM专设机构规定的通信类型或业务项目的特性来确定优先权等级是有益的-这是权利要求7所述内容。应用这种有利的改进，可以实现具有下列已经由ATM专设机构定义的通信类型或业务项目的信息业务或数据业务·“恒定比特速率”(CBR)，·“可变比特速率”(VBR)，·“未加规定的比特速率”(UBR)，以及·“适用的比特速率”(ABR)。
本发明方法的其它有利改进可以从另一些权利要求中获得。
下面借助一方框图进一步说明本发明用于控制网络终端单元对通信网资源访问的方法。该方框图示出一网络控制单元OLT，该单元经预先设定的资源vr与一上级通信网OKN连接。在本实施例中，该上级通信网OKN是采用一种按异步传输方式-ATM方式-设计的通信网实现的。该预先设定的资源vr，例如是采用具有155Mbit/s数据传输速率的光波导传输实现的，其中网络控制单元OLT，例如是经过一个单一的光波导LWL与按照ATM方式设计的通信网OKN连接的。经过用于实现一个用户连接网络TAN的连接线路VL1…n与网络控制单元OLT连接多个网络终端单元NT1…n。该用户连接网络TAN示出一个所有网络终端单元NT1…n公用的传输媒质，在本实施例中该传输媒质是以一个作为传输媒质的光波导为基础的、无源的、光学的网络-也称作PON-所组成。网络控制单元OLT和用户连接网络TAN组成用于对面向ATM方式的上级通信网OKN访问的用户访问网ACCESS。每个网络终端单元NT1…n与至少一个通信终端设备KE连接，其中在本实施例中第一通信终端单元KE1与第一网络终端单元NT1和第二通信终端设备KE2与第二网络终端单元NT2连接。第一通信终端设备KE1代表，例如一台个人计算机，在该计算机上已经激活一个过程，经过该过程应该从第一通信终端设备KE1向上级面向ATN方式的通信网OKN传输面向数据包形式的有效数据。为此，按照面向数据包的通信连接协议-例如按照面向因特网TCP/IP协议-从第一通信终端设备KE1向第一网络终端单元NT1传输一个相应的建立通信连接的消息。从第一网络终端单元NT1向网络控制单元OLT引入一个按照协议的通信连接，并从而连接到上级面向ATM方式的通信网OKN。在建立通信连接的范围内，例如对分配给第一网络终端单元NT1的第一通信终端设备KE1，分配一传输资源tr1或一双向连接，用于实现可变比特速率的无线连接数据传输。这相当于AAL业务等级D，或相当于ATM专设机构分类的通信类型UBR，该种通信类型在未加规定的数据传输中的使用-例如因特网协议如IP经ATM方式或局域网到局域网的耦合连接经作为通信中心链路的ATM广域网-或在局域网仿真(LAN-Emulation)中的使用。在这个实施例中IP数据包的传输，例如是用64Kbit/s的中等数据传输速率经用户连接网络TAN实现的。
另外，用第二网络终端单元NT2连接的第二通信终端设备KE2，例如表示一种多媒体通信终端设备-例如一种顶置盒(Set-Top-Box)或者一台具有处理视频和/或音频数据的激活过程的个人计算机。为了传输实时视频和/或音频数据，由第二通信终端设备KE2向网络控制单元OLT发送另外一个建立通信连接的要求。在建立通信连接范围内，为了实现可变比特速率的同步数据传输业务，将一传输资源tr2或一双向连接分配给第二通信终端设备KE2。这相当于从L业务等级B或相当于ATM专设机构分类的通信类型VBR，这种通信类型用于传输高质量图像的移动图象，例如在多媒体业务中或在交互式业务中-例如“视频点播”，交互式学习，传输包括高分辨率的X射线透视照片在内的病历。在这个实施例中将2MBit/s的传输资源分配给第二个网络终端单元NT2。
在网络控制单元OLT中，安装了一个控制网络终端单元NT1…n访问用户访问网ACCESS，或访问面向时分复用用户连接网络TAN的访问控制单元ZSE，该控制单元与一个易失性存储器RAM连接。由第一通信终端设备KE1向第一网络终端单元NT1传输的面向数据包的数据，以及由第二通信终端设备KE2向第二网络终端单元NT2传输的实时音频和/或视频数据，分别被中间存储在一个在网络终端单元NT1…n中设置的，未示出的中间存储器中。为了保证数据传输与按协议规定的传输速率或业务等级相一致-例如由第二网络终端单元NT2向上级通信网络OKN进行时间限界的音频和/或视频数据的按实时的传输-以及为了防止在网络终端单元NT1…n中设置的中间存储器的溢出，必须使用在网络控制单元OLT中设置的访问控制单元ZSE，按有规律的时间间距，适当地把对用户访问网ACCESS或用户连接网TAN的、预先给出的、供所有网络终端单元NT1…n公用的、资源vr的访问分配给各个网络终端单元NT1…n，以便能够传输存储在网络终端单元NT1…n的中间存储器中的数据进入网络控制单元OLT，以及经光波导LWL进入上级面向ATM方式的通信网OKN。
为了实现本发明方法用于控制对面向时分复用的、用户连接网TAN的访问或用于控制对光波导LWL的预先给定的资源vr的访问，在网络控制单元OLT中所设置的存储器RAM中定义了或预定了三个存储区CBR,VBR,UBR。这三个存储器CBR,VBR,UBR分别表示等候队列，在这些存储区中，依据从属于各个网络终端单元NT…n的连接或传输资源的传输和交换技术特性-例如业务等级或通信类型-存储各个网络终端单元NT1…n的访问请求。在第一等候队列CBR中存储网络终端单元NT1…n的访问请求，该队列依据ATM专设机构定义的交换类型“恒定比特速率”控制有关通信连接，或依据业务等级A控制有关业务。相应地在第二等候队列VBR中存储通信类型“可变比特速率”或业务等级B的访问请求，和在第三等候队列UBR中存储通信类型“未加规定的比特速率”，或业务等级D的访问请求，其中根据从属的通信类型特性，第一等候队列CBR具有最高的优先权等级，第二等候队列VBR具有次高级的优先权等级和第三等候队列具有最低的优先权等级。访问请求用已知的和在本说明引言部分所叙述的过程产生，例如用时钟或用具有确定计数值的计数器产生信令信号。例如，如果第一和第二通信终端设备KE1,2已经分别向第一或第二网络终端单元NT1,2的中间存储器发送容量为48字节或其数倍的有效数据，并已作为有效数据插入一个ATM数据包中，那么在网络控制单元OLT中用未示出的时钟为第一和第二网络控制单元NT1,NT2产生访问权Zb1、Zb2。例如，在由第一网络终端单元NT1控制的64Kbit/s通信连接的范围内，每6ms在第一网络终端单元NT1的中间存储器内存储一个完整的-就是说具有48字节的有效数据容量的ATM数据包，并且相应地每6ms在网络控制单元OLT中形成一个访问请求Zb1。与通信连接的通信类型“未加规定的比特速率”相对应，该访问请求Zb1被存储在第三等候队列UBR中。
在由第二网络终端单元NT2控制的2Mbit/s通信连接的范围内，每187.5μs形成一个访问请求Zb2，并且与通信类型“可变比特速率”相对应存储在第二等候队列VBR中。为了控制网络终端单元NT1,2要求的访问，该三个等候队列CBR,VBR,UBR由网络控制单元中设置的访问控制单元ZSE加以处理，其中首先读出具有最高优先权等级的等候队列-就是说第一等候队列CBR，随后读出具有次高优先权等级的等候队列-就是说第二等候队列VBR，且随后读出具有最低优先权等级的等候队列-就是说第三等候队列UBR。因为按照本实施例在第一等候队列CBR中没有存储访问请求，所以首先读出在具有次高优先权等级的第二等候队列VBR中存储的访问请求Zb2，并且从而在由从属的业务等级所规定的和保证的时间延迟容限范围内，将确定传输时间段的传输媒质的访问，分配给第二网络终端单元NT2或第二通信终端设备KE2。在读出第二等候队列VBR之后，读出在具有最低优先权等级的第三等候队列UBR中存储的访问请求Zb1，并且与从属的业务等级相对应将传输介质的访问分配给第一网络终端单元NT1或第一通信终端单元KE1。在分配给第一通信终端设备KE1的传输时间段内，在第一网络终端单元NT1的中间存储器中存储的数据或ATM数据包发送给网络控制单元OLT，并由此单元经光波导LWL发送给上级通信网OKN。
在处理第三等候队列UBR期间，在网络控制单元OLT中例如可以产生另一些访问请求Zb2，用于控制从属于第二网络终端单元NT2的资源或通信类型VBR的双向通信连接，这些访问请求相应地被存储在第二等候队列VBR中。基于从属的较高优先权等级，随后第二等候队列VBR将被处理，以便进行由第二网络终端单元NT2控制的较高优先权等级的通信。
用已述方法可实现一种时隙分配方法，该方法有利地将当前带宽技术中应用的对通信等级或通信类型的区分-即最重要的数据通信排挤较不重要的数据通信-与预定公用传输媒质访问的公共等候队列的策略相结合。
权利要求
1．控制访问通信网(OKN)资源(vr)的方法，-其中，从通信网(OKN)资源(vr)的传输和交换技术特性中选出至少两个准则，-其中，将具有至少一个准则的面向时分复用的分资源(tr1…k)分别给通信网(OKN)的网络终端单元(NT1…n)，其特征在于，-为每个选出的准则设置一个等候队列(CBR,VBR,UBR)，-将网络终端单元(NT1…n)对分资源(tr1…k)的访问请求(Zb1,2)，依据所选的准则分配给具有相应的等候队列专有的准则的相应等候队列(CBR,VBR,UBR)，-通过对等候队列(CBR,VBR,UBR)的循环处理，根据所分配的访问请求(Zb1,2)来分配对相应分资源(tr1…k)的访问。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于，-等候队列(CBR,VBR,UBR)的处理顺序是由等候队列特有的准则确定的，和-在一个网络终端单元(NT1…n)对分资源(tr1…k)访问之后，将相应的访问请求(Zb1,2)从有关等候队列(CBR,VBR,UBR)中去除。
3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于，-一个准则指出要借助待资源传输信息的优先权等级，其中-为每个优先权等级设置一等候队列(CBR,VBR,UBR)，和-对分资源(tr1…k)的访问请求(Zb1,2)，将依据要传输的信息优先权的等级分配给相应的等候队列(CBR,VBR,UBR)，-依据分配的按优先权等级的访问请求(Zb1,2)，将对分资源(tr1…k)的访问分配给网络终端单元(NT1…n)。
4．根据权利要求3的方法，其特征在于，首先对具有最高优先权等级的等候队列(CBR,VBR,UBR)进行处理。
5．根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，优先权等级是通过借助通信网(OKN)资源(vr)的传输和交换技术特性来实现的业务或业务等级确定的。
6．根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，通信网(OKN)是使用一种按异步传输方式-ATM方式-设计的通信网实现的。
7．根据权利要求6的方法，其特征在于，采用按照ATM专设机构规定的通信类型的特性，或一定业务质量的业务项目的特性来确定优先权等级。
8．根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，通信网(OKN)面向时分复用的分资源(tr1…k)是用具有分配给的传输速率的传输信道或虚拟传输信道来体现的。
全文摘要
从通信网(OKN)资源(vr)的传输和交换技术特性中选出至少两个准则,并且将具有至少一个准则的面向时分复用的分资源(tr1…k)分配给通信网(OKN)中设置的网络终端单元(NT1…n)。为每个准则设置一个等候队列(CBR,VBR,UBR),在此将网络终端单元(NT1…n)对分资源(tr1…k)的访问请求(Zb1,2)依据所选的准则分配给相应等候队列(CBR,VBR,UBR)。
文档编号H04L12/56GK1233121SQ9910172
公开日1999年10月27日 申请日期1999年2月1日 优先权日1998年1月30日
发明者M·格拉德 申请人:西门子公司