專利名稱：Atm網絡中利用最早到期日算法的停走排隊業務的方法
技術領域：
本發明涉及ATM網絡中利用最早到期日算法的停走排隊業務的方法，并且更特別地，涉及能改善帶寬分配特性和能通過使多個幀的大小是基本幀大小的整數倍來提供各種延遲界限的方法。
在多媒體網絡中，業務特性要求能保證具有有界的端到端延遲和小的并能控制的延遲抖動的傳輸的擁塞控制策略的實時業務呼叫。擁塞控制的問題過去已受到廣泛注意，并且近來已建設了幾種擁塞控制策略用于高速網絡。
寬帶綜合業務數字網(B-ISDN)例如將提供對各種高速和高性能應用的支持。高速網絡的性能要求包括網絡中的有關延遲、延遲抖動和分組(Packet)損耗的要求。基于網絡邊緣上的分組允許政策和在交換節點上的稱為停走排隊的業務規則的一種成幀擁塞控制策略，在S.J.Golestari的“擁塞管理的成幀策略”一文(1991年9月第7期第9卷的IEEE期刊“Selected Areas inCommunications”通信中的選擇區域)中進行了介紹。這個策略可應用于分組交換網絡，包括固定單元長度異步轉移模式(ATM)和具有可變大小的分組的網絡。一個分組是交換數據的一個單元和在一個單元的情況中，術語分組等效于單元。
電信業務在易受分組延遲與分組損失方面有很大不同。可以設置幾個指標來滿足這樣的業務需求。多媒體業務能根據有關分組損失與延遲的主要性能指標分類。主要性能指標如下1、最大分組延遲-某電信業務中的可用分組的壽命由于業務的性質或解碼設備的屬性受到限制。因此，在最大的端對端分組延遲上可能有嚴格的限制，超過這個限制，可以認為給定業務分組丟失。例如，話音通信的實時性質要求最大分組延遲約為100毫秒。但是，如果缺少復雜的回波抵消設備，回波需求要求甚至和幾個毫秒一樣低的更小的最大延遲。
2、分組延遲抖動-除了分組延遲的絕對值外，一些業務也可能易受在從一個分組到另一分組的端到端延遲上的偏差影響。在這樣情況中，除了加在最大延遲上的限制之外，也可能存在延遲抖動上的特殊要求。實時或延遲敏感業務指具有最大延遲或延遲抖動要求的業務。
3、平均分組延遲-大多數數據通信形式不要求最大延遲或延遲抖動上的嚴格限制。但是，即使對于這樣的應用，維持小的總延遲是有用的，因為這可以改善業務質量和減少緩沖過負載，并因此分組延遲可以作為合理的性能準則。
4、分組損耗概率-分組損耗概率是可能平均丟失的給定業務序列的分組百分比。一些多媒體業務，例如大多數數據通信的形式可以要求無損耗性能。諸如話音的其他業務可以容許業務序列中的某種程序的分組損耗。
5、分組損耗組分布—一個損耗組是一個給定業務流中的相繼分組損耗數量，而分組損耗概率是有關損耗性性能級別的第一順序統計量，損耗組的統計分布提供損耗行業的更詳細描述。如果但是具有大小1，即分組損耗多半不相關，對業務的損傷可能比損耗是相關的情況更少影響，使得上升到更長的損耗組。
滿足延遲不敏感的業務的損耗要求較少困難，因為丟失的分組可以從重發中恢復。但是，當所討論的業務自身是延遲敏感的使得從重發中進行損耗恢復通常是不實際時，很難滿足嚴格的損耗要求。在這種情況中保證那分組在第一次嘗試中到達目的地是重要的。
表1提供根據損耗與延遲準則的多媒體電信業務的分類。列對應延遲的各種程度，而行對應各種損耗要求的程度。
成幀策略支持延遲敏感業務的傳輸。它保證有界延遲和延遲抖動并提供包括無損耗傳概率的要求的損耗性能。這利用一個建全方法獲得并具有最小的控制與處理復雜性。
表1
成幀策略的基本思想是限制分組在網絡中的某些稱為時幀的邏輯容器(container)內移動并因此來限制分組延遲和延遲抖動。在網絡的每條鏈路上，時幀定義為一些固定持續時間T的連續時間間隔并被看作和分組一起從鏈路一端移動到另一端。顯然，在發送端上的鏈路的離開幀與在接收端上的鏈路的到達幀具有等于鏈路的傳播延遲τ1的時間差。幀的持續時間T一般是十分之幾毫秒。在寬帶傳輸速度上，幾百個ATM單元將符合這個大小的幀。
如果固定一幀的大小，很難提供各種延遲限制，并因此損失了帶寬分配特性。因此，提供一種構造幀的方案，每個幀具有互相不同的大小，如

圖1所示。1型幀是基本幀，2型幀是通過將1型幀一分為3獲得，而3型是通過將2型幀一分為2獲得。Ti(之范圍為1至3)是類型之幀的大小。根據此方案，每個幀大小是較小幀大小的倍數，并安排較小幀大小的一幀具有比較大幀大小的一幀更高的優先級。
即使有可能提供各種延遲限制并改善帶寬分配特性，仍有導致使用帶寬效率損失的問題，因為優先級是固定地按照幀大小順序分配給幀的。
因此，本發明的主要目的是提供在停走排隊業務中使用的方法，其中分組在網絡中移動的幀內進行傳送以便限制端到端延遲和延遲抖動、設置1型幀的大小為某個固定的時間間隔并定義1型幀為基本幀。然后生成多個幀，每個幀的大小是基本幀的整數倍，和通過采用根據每個離開幀結束的時間的最早到期日算法來選擇要被服務的單元。因為結果是幀的大小變為基本幀大小的各種整數倍和根據每個離開幀結束時間采用最早到期日算法，所以有可能提供各種延遲限制并改善帶寬顆粒狀特性，以便從而獲得更好的帶寬密度特性。
本發明的上面和其他目的及特征將從下面結合附圖所給出的優選實施例的描述中變為明顯，其中圖1表示在ATM網絡的常規停走排隊業務中的呼出鏈路的多個幀的結構；圖2A表示在ATM網絡的常規停走排隊業務中的一個交換節點，它具有連到呼入鏈路1’與1”的呼出鏈路1；圖2B表示圖2A所示的每條鏈路中的幀結構；圖3表示根據本發明的在ATM網絡的停走排隊業務中的呼出鏈路的多個幀結構；和圖4描述在基本幀的每個間隔上圖3所示的呼出鏈路的每個幀的優先級。
參見圖2A，有表示在不同的呼入與呼出鏈路上具有到達與離開幀的交換節點的示意圖。成幀策略的關鍵點是保證為了經呼出鏈路1的隨后傳輸，在接收呼入鏈路1’上的到達幀F’的時間間隔內到達的分組將只在鏈路1上的單個離開幀F的時間間隔期間而不在任何其他的時間間隔期間發送出去。如果一個分組在時幀F期間沒有找到空時隙，它將被拋棄，而不是等待后來的一個可得到的時隙。稱為相鄰F’的幀的這個特別幀F當作在F’結束之后開始的鏈路1上的第一不重疊幀。
為了保證那，在每個交換點上，分組從一個到達幀中只轉換到相應呼出鏈路的一個相鄰離開幀中將提供有關分組延遲、延遲抖動及損耗的幾個可期望的特性。首先，它通過阻止不同幀的分組在進入網絡時群集在一起來維護允許業務中的原始平滑度。某種程度的業務平滑度對于維持損耗性能在網絡的不同業務類別的所要求級別之內是必需的。成幀策略保證在網絡內任何地方的業務短脈沖串只對應在網絡邊緣上的允許業務的短脈沖串，并且保證那不是網絡內部業務序列之間的復雜的相互作用的結果。結果，維持損耗性能在所要求級別內將獨立于網絡大小與拓撲結構。
由成幀策略提供的另一特性是一個分組總是在給定的幀序列內通過網絡。每個幀沿圖1所示的分組的橫越(traversed)路徑在一些交換點上與先前的幀相鄰。能表示每個分組的端到端延遲是固定的，除了延遲抖動項之外。這項等于分別在源與目的節點上的相應離開與到達幀之間的分組偏移。分組Dp的端對端延遲能表示如下Dp＝D+d式(1)其中延遲抖動項d滿足-T≤d≤T式(2)固定延遲項D是D＝τ+d·H·T，1≤d＜2 式(3)其中τ是網絡中的總的分組傳播延遲，H是橫越鏈路數量，和α是一個常數。式(3)中的項α·H·T對應由分組訪問的交換節點上的相鄰幀之間的時差。
參見圖2B，在一個節點上的呼入鏈路1’與呼出鏈路1之間的相位失配θ1.1，描述為鏈路1’上的到達幀F’的結束端與鏈路1上的其相鄰幀F的開頭之間的時間。當所有呼入鏈路的到達幀同步時，在節點n上的停走排隊的實施特別簡單，n是一個正整數。在這個情況中，在呼出鏈路1與到節點的任何一條呼入鏈路之間的相位失配是相同的，即
θ1.1＝θ1，對于所有呼入與呼出鏈路對(1，1)。
這暗示著不管呼入鏈路如何，在幀F開頭之前至少θ1秒到達鏈路1上的任何分組適宜在時幀F期間在鏈路1上傳輸。
同時，如果幀的時間間隔固定在T上，很難提供各種延遲限制，從而貶低帶寬分配特性。因此，停走算法生成多個幀大小，例如T1＝T、T2＝KT1、T3＝mT2、T4＝nT4等等，這能提供各種延遲限制并改善帶寬分配特性，K、m與n分別是大于1的正整數。但是，在根據幀的安排中，分配較小幀大小的幀具有比較大幀大小的幀更高的優先級。這個優先級分配方案的結果是帶寬使用的效率損失，即在現有技術中帶寬使用的最大效率限制為約70％。
參見圖3，表示根據本發明在ATM網絡中利用最早到期日算法的停走排隊業務中的呼出鏈路的復雜幀的結構。1型幀是基本，2型幀是通過將1型幀乘以2獲得的，3型幀是通過將型1幀乘以3獲得的，4型幀是通過將1型乘以5獲得的，Tj(j的范圍為1至4)是j型幀的大小。
而且，優先級不是固定地根據幀大小分配的。換句話說，從下一個要被服務的單元將確定的時間開始算起最早結束的幀選擇來被服務，即選擇具有與到達幀最小相位失配的幀，從而發送帶寬使用效率。
參見圖4，有表示根據本發明在t1至t5上的呼出鏈路的每個幀的優先級的圖，其中t1至t5表示基本幀的時間間隔。
在t1上，1型幀具有第一優先級，2型幀具有第二優先級，3型幀具有第三優先級和4型幀具有第四優先級；在t2上，1型與2型幀具有第一優先級，3型幀具有第二優先級和4型幀具有第三優先級；在t3上，1型與3型幀具有第一優先級，4型具有第二優先級和2型具有第三優先級；在t4上，1型與2型幀具有第一優先級，4型具有第二優先級和3型具有第三優先級；在t5上，1型與4型幀具有第一優先級，和2型與3型幀具有第二優先級。
因為結果是幀的大小變為基本幀大小的各種整數倍和根據每個離開幀結束時間采用最早到期日算法，所以有可能提供各種限制限制并改善帶寬顆粒狀特性，從而獲得更好的帶寬分配特性并增加帶寬的效率。
雖然本發明只根據某些優選實施例進行了描述，但其他的修改與變化可以作出而不脫離如下面權利要求所述的本發明的精神與范圍。
權利要求
1.一種用于停走排隊業務的方法，其中分組在網絡中移動的幀內進行傳送以便限制端對端延遲和延遲抖動，此方法包括步驟(a)根據基本幀設置每個幀的大小和(b)通過采用最早到期日算法選擇要被服務的單元。
2.根據權利要求1的方法，其中所述步驟(a)包括(a1)設置1型幀的大小到某個固定的時間間隔；(a2)定義1型幀為基本幀和(a3)生成多個幀，每個幀的大小是基本幀的一個整數倍。
3.根據權利要求2的方法，其中每個幀具有相互不同的大小。
4.根據權利要求3的方法，其中所述最早到期日算法首先服務其在距離基準時間最早時間上結束的幀中的單元。
5.根據權利要求4的方法，其中所述基準時間是下一個要被服務的單元將被確定時的時間。
全文摘要
停走排隊業務中的方法,其中分組在網絡中移動的幀內進行傳送以便限制端延遲和延遲抖動,設置1型幀大小到某個固定時間間隔并定義1型幀為基本幀。然后生成多個幀,每幀大小是基本幀的整數倍,根據每個到達幀結束時間選擇通過采用最早到期日算法進行服務的單元。結果是幀的大小變為基本幀大小的各種整數倍和根據每個離開幀結束時間采用最早期日算法,所以可能提供各種延遲限制并改善帶寬顆粒狀特性從而獲得更好的帶寬分配特性。
文檔編號H04L12/28GK1177249SQ9711926
公開日1998年3月25日 申請日期1997年8月29日 優先權日1996年8月31日
發明者金德年 申請人:大宇電子株式會社