專利名稱：寬帶通信數(shù)據(jù)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種在寬帶通信設(shè)備上的組播通信數(shù)據(jù)傳輸方法。
背景技術(shù)：
目前，在寬帶接入的業(yè)務(wù)中，除開傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之外，話音業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)逐漸成為ISP的買點，而承載話音和視頻業(yè)務(wù)的報文的丟包率，嚴(yán)重影響到話音視頻業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。在寬帶接入設(shè)備中，利用組播提供視頻(VOD)業(yè)務(wù)作為一種非常節(jié)省系統(tǒng)帶寬的方式被大量采用，但是由于組播存在頭阻塞的固有缺點和IP技術(shù)在保證QOS(服務(wù)質(zhì)量)上困難，使得VOD業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量很難得到保證，畫面的馬賽克、聲音的停頓甚至點播的斷線時有發(fā)生。
為了解決上述問題，傳統(tǒng)的解決方式是采取雙隊列甚至多隊列的方法。這種方法雖然能夠解決QOS的問題，但與此同時也付出了高昂的代價。例如圖1所示的一個1到64端口的廣播模型中，從A端口進入的一個組播報文要復(fù)制到下面的64個端口PORT0～PORT63上，假設(shè)該報文為重要的高優(yōu)先級報文，按照該傳統(tǒng)方法它應(yīng)該被復(fù)制到通道0～通道63的高優(yōu)先級隊列中，如果該報文為不重要的低優(yōu)先級報文，則應(yīng)該被復(fù)制到通道0～通道63的低優(yōu)先級隊列中。很顯然，在兩個優(yōu)先級的系統(tǒng)中，所需的緩沖區(qū)隊列需要正常情況的兩倍，也就是說，所需的緩沖區(qū)空間也是正常情況的兩倍，如果是多優(yōu)先級系統(tǒng)，所需的緩沖區(qū)空間會更多，系統(tǒng)的成本也大大增加；而且由于各個隊列不共享緩沖區(qū)，每個隊列最大的抗突發(fā)能力僅僅為各個隊列的少量緩沖區(qū)，顯然在高度突發(fā)的寬帶設(shè)備中，這種方式是很難滿足需要的。不僅如此，在隊列數(shù)成倍增加的同時，對如此眾多的隊列的輪詢則是更為棘手的問題，如此眾多的隊列的輪詢采用何種機制？如何保證各個端口的公平性？解決這些問題所導(dǎo)致的系統(tǒng)的復(fù)雜又是一個影響系統(tǒng)穩(wěn)定性可靠性的一個重要因素。另外，輪詢的效率也會因為隊列數(shù)的增加而大大下降，使得各個端口的最大帶寬受到影響，同時這也決定了該設(shè)備的集成度也不會太高。由此可見，傳統(tǒng)的多隊列方式在系統(tǒng)成本、復(fù)雜程度、帶寬利用率以及可靠性方面都是存在很大缺陷的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種解決頭阻塞帶來的QOS問題的寬帶通信數(shù)據(jù)傳輸方法，避免傳統(tǒng)方法所固有的成本、復(fù)雜度、帶寬、可靠性方面的問題，能夠在大流量、高突發(fā)的惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，保證各種指定的重要報文無丟失的廣播和傳遞。
本發(fā)明的寬帶通信數(shù)據(jù)傳輸方法，其步驟包括1)建立大緩沖區(qū)，由大緩沖區(qū)緩存所有報文；2)在大緩沖區(qū)中解析報文，確定報文的優(yōu)先級和目的端口；3)掃描各目的端口對應(yīng)的目的隊列的狀態(tài)，然后同報文的目的端口相比較，確定各個目的隊列是否均處于非阻塞狀態(tài)；如果該報文對應(yīng)的所有目的隊列都處于非阻塞狀態(tài)，稱為報文非阻塞，否則稱為報文有阻塞；4)根據(jù)報文的優(yōu)先級和阻塞狀態(tài)確定報文的處理當(dāng)報文非阻塞時，直接將該報文發(fā)送到所有目的隊列；當(dāng)報文有阻塞時，根據(jù)報文的優(yōu)先級決定報文是否繼續(xù)等待或丟棄。
本發(fā)明還可設(shè)定所述大緩區(qū)的閾值，如果當(dāng)前緩沖區(qū)隊列長度小于閾值，則定義為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況良好，否則定義為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況較差；根據(jù)報文的優(yōu)先級、阻塞狀態(tài)，結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況是否良好或較差確定報文的處理當(dāng)報文非阻塞時，直接發(fā)送到所有目的隊列；當(dāng)報文有阻塞時，根據(jù)報文的優(yōu)先級和網(wǎng)絡(luò)狀況決定報文是否繼續(xù)等待或丟棄。
本發(fā)明可將報文分為低優(yōu)先級、次高優(yōu)先級和高優(yōu)先級三級；對于低優(yōu)先級報文，在報文非阻塞時，直接發(fā)送到所有目的隊列，在報文有阻塞時，直接丟棄；對于次高優(yōu)先級報文，在報文非阻塞時，直接發(fā)送到所有目的隊列，在報文有阻塞時，若網(wǎng)絡(luò)情況良好，則等待至報文非阻塞或者網(wǎng)絡(luò)情況變差；若網(wǎng)絡(luò)情況較差，則丟棄；對于高優(yōu)先級報文，在報文非阻塞時，直接發(fā)送到所有目的隊列，在報文有阻塞時，一直等待至報文非阻塞。
本發(fā)明可將數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的報文配置為低優(yōu)先級報文；將組播報文配置為次高優(yōu)先級報文；將管理報文配置為高優(yōu)先級報文。
本發(fā)明利用一個大的緩沖區(qū)緩沖所有的報文，在收到報文之后，不論優(yōu)先級高低，直接將其緩存于大緩沖區(qū)，這樣處理可以保證系統(tǒng)具有很強的抗突發(fā)能力。
本發(fā)明通過在大緩沖區(qū)中解析報文，確定報文優(yōu)先級和目的端口，由于大緩沖區(qū)的抗突發(fā)能力，可以允許解析報文的時間不受最短報文時間的限制，這樣處理可以使得設(shè)備可以進行復(fù)雜的路由處理。
本發(fā)明通過對報文配置優(yōu)先級別，結(jié)合阻塞狀況和網(wǎng)絡(luò)情況確定報文的處理，在頭阻塞發(fā)生時，較高優(yōu)先級別的報文的丟包率可以維持在很低的水平，從而確保重要業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，在一個簡潔的架構(gòu)中，以非常小的成本，實現(xiàn)豐富多彩的服務(wù)級別。
簡單地說，該方法的核心思想就是解決了一個在發(fā)生頭阻塞時，當(dāng)前報文是馬上扔掉還是等待以及等待多久的問題。因此它的實現(xiàn)也僅僅是在傳統(tǒng)的無優(yōu)先級的處理機制上增加了一個等待循環(huán)，無論是軟件實現(xiàn)還是硬件來實現(xiàn)是一件非常輕松的事，花費的代價微不足道，而且隨著優(yōu)先級數(shù)目的增加，系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度均沒有大的變化。因此，和傳統(tǒng)的處理方式相比，該方法有著極大的優(yōu)越性。


圖1雙隊列優(yōu)先級方法處理頭阻塞示意圖A 輸入端口S01 路由模塊 S02輪詢發(fā)送模塊S03 路由模塊 S04輪詢發(fā)送模塊CH00 通道0緩沖區(qū)隊列 CH63 通道63緩沖區(qū)隊列PORT00端口0 PORT63端口63HPQ 高優(yōu)先級隊列LPQ 低優(yōu)先級隊列圖2本發(fā)明的報文頭阻塞處理方法示意圖m大緩沖區(qū)當(dāng)前隊列長度n設(shè)定的閾值S05 路由模塊 S06輪詢發(fā)送模塊實施方案本發(fā)明的具體解決步驟是1、首先利用一個大的緩沖區(qū)緩沖所有的報文在收到報文之后，不論優(yōu)先級高低，直接將其緩存于大緩沖區(qū)，大緩沖區(qū)可緩存256個報文以上，這樣處理可以保證系統(tǒng)具有很強的抗突發(fā)能力。
2、然后，在大緩沖區(qū)中解析報文，確定報文優(yōu)先級和目的端口。
由于大緩沖區(qū)的抗突發(fā)能力，可以允許解析報文的時間不受最短報文時間的限制，這樣處理可以使得設(shè)備可以進行復(fù)雜的路由處理。此時根據(jù)報文的類型查找到該類報文的優(yōu)先級(可配置)和該報文的目的端口(多個或者單個)。此處報文的優(yōu)先級數(shù)是3或者更多。下面均3為例進行說明。
3、確定目的端口對應(yīng)的目的隊列的狀態(tài)。
掃描各端口對應(yīng)的目的隊列的狀態(tài)，然后同報文的目的端口相比較，確定各個目的隊列是否均處于非阻塞狀態(tài)。如果該報文對應(yīng)的所有目的隊列都處于非阻塞狀態(tài)，則我們稱為報文非阻塞，否則稱為報文有阻塞。
4、根據(jù)報文優(yōu)先級和網(wǎng)絡(luò)狀況決定該報文如何處理。
在獲取以上信息之后，還缺一項信息即當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況。在獲取了當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況之后，就可以根據(jù)報文優(yōu)先級和目的隊列的狀態(tài)決定如何處理該報文了。至于網(wǎng)絡(luò)狀況，則是以前面的大緩沖區(qū)的空滿程度為判斷標(biāo)準(zhǔn)的，該空滿程度的閾值是可配置的，根據(jù)各種優(yōu)先級報文在整個流量中所占比例等實際需要，可以靈活設(shè)定閾值，并且可以通過多個閾值來表示多種的網(wǎng)絡(luò)情況以支持多種的優(yōu)先級。如果當(dāng)前緩沖區(qū)隊列長度小于閾值，則說明當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況良好，否則認(rèn)為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況較差(參見圖2)。
上面提到報文有3中優(yōu)先級“高優(yōu)先級”、“次高優(yōu)先級”、“低優(yōu)先級”。對于不同優(yōu)先級的報文，我們采取不同的策略1.低優(yōu)先級報文a)報文非阻塞直接發(fā)送到所有目的隊列b)報文有阻塞直接丟棄2.次高優(yōu)先級報文a)報文非阻塞直接發(fā)送到所有目的隊列b)報文有阻塞若網(wǎng)絡(luò)情況良好，則等待至報文非阻塞或者網(wǎng)絡(luò)情況變差；若網(wǎng)絡(luò)情況較差，則丟棄。
3.高優(yōu)先級報文a)報文非阻塞直接發(fā)送到所有目的隊列。
b)報文有阻塞一直等待至報文非阻塞。
對于報文優(yōu)先級的確定，根據(jù)不同的應(yīng)用場合和不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，一種簡單的設(shè)置原則是1.低優(yōu)先級數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，此類業(yè)務(wù)一般情況下對丟報文不是非常敏感，而且耗費帶寬很大，因此設(shè)置為低優(yōu)先級。
2.次高優(yōu)先級視頻點播(組播報文)等，此類業(yè)務(wù)流量均勻，突發(fā)小，對丟包十分敏感，需要加以保護，因此設(shè)置為次高優(yōu)先級。
3.高優(yōu)先級各種管理報文是數(shù)據(jù)傳遞中必須重點保證的報文，因為管理報文的大量丟失很可能帶來致命的后果，必須重點保證，因此設(shè)置為高優(yōu)先級。
不僅從上面的分析可以看出，該方法具有很多傳統(tǒng)方法所不具有的優(yōu)點，同時克服了它們的弱點，該方法的優(yōu)勢在實際應(yīng)用中也得到了檢驗。按照本發(fā)明的技術(shù)方案，在申請人的Hammer 10000 IP DSLAM系統(tǒng)的ASIC芯片中已經(jīng)得以實現(xiàn)，在測試中，所有用戶通過該芯片從網(wǎng)上FTP下載大量數(shù)據(jù)文件的同時，網(wǎng)絡(luò)側(cè)向指定用戶發(fā)出高度突發(fā)的流量，在這種惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，所有用戶同時進行VOD點播，在打開優(yōu)先級使能的情況下，視頻點播畫面無停頓、無馬賽克，而關(guān)掉優(yōu)先級使能的時候，視頻點播由于受到大突發(fā)流量的影響，畫面質(zhì)量急劇變差，與打開優(yōu)先級使能的情況大相徑庭，這個實例足以證明該方法的有效性。
權(quán)利要求
1.一種寬帶通信數(shù)據(jù)傳輸方法，其步驟包括1)建立大緩沖區(qū)，由大緩沖區(qū)緩存所有報文；2)在大緩沖區(qū)中解析報文，確定報文的優(yōu)先級和目的端口；3)掃描各目的端口對應(yīng)的目的隊列的狀態(tài)，然后同報文的目的端口相比較，確定各個目的隊列是否均處于非阻塞狀態(tài)，如果該報文對應(yīng)的所有目的隊列都處于非阻塞狀態(tài)，稱為報文非阻塞，否則稱為報文有阻塞；4)根據(jù)報文的優(yōu)先級和阻塞狀態(tài)確定報文的處理當(dāng)報文非阻塞時，直接將該報文發(fā)送到所有目的隊列；當(dāng)報文有阻塞時，根據(jù)報文的優(yōu)先級決定報文是否繼續(xù)等待或丟棄。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶通信數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于設(shè)定所述大緩沖區(qū)的閾值，如果當(dāng)前緩沖區(qū)隊列長度小于閾值，則定義為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況良好，否則定義為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況較差；根據(jù)報文的優(yōu)先級、阻塞狀態(tài)，結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況是否良好或較差確定報文的處理當(dāng)報文非阻塞時，直接發(fā)送到所有目的隊列；當(dāng)報文有阻塞時，根據(jù)報文的優(yōu)先級和網(wǎng)絡(luò)狀況決定報文是否繼續(xù)等待或丟棄。
3.如權(quán)利要求2所述的寬帶通信數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于將報文分為低優(yōu)先級、次高優(yōu)先級和高優(yōu)先級三級；對于低優(yōu)先級報文，在報文非阻塞時，直接發(fā)送到所有目的隊列，在報文有阻塞時，直接丟棄；對于次高優(yōu)先級報文，在報文非阻塞時，直接發(fā)送到所有目的隊列，在報文有阻塞時，若網(wǎng)絡(luò)情況良好，則等待至報文非阻塞或者網(wǎng)絡(luò)情況變差；若網(wǎng)絡(luò)情況較差，則丟棄；對于高優(yōu)先級報文，在報文非阻塞時，直接發(fā)送到所有目的隊列，在報文有阻塞時，一直等待至報文非阻塞。
4.如權(quán)利要求3所述的寬帶通信數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于將數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的報文配置為低優(yōu)先級報文；將組播報文配置為次高優(yōu)先級報文；將管理報文配置為高優(yōu)先級報文。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬帶通信數(shù)據(jù)傳輸方法，通過建立大緩沖區(qū)，由大緩沖區(qū)緩存所有報文；在大緩沖區(qū)中解析報文，確定報文的優(yōu)先級和目的端口；然后掃描各目的端口對應(yīng)的目的隊列的狀態(tài)，同報文的目的端口相比較，確定各個目的隊列是否均處于非阻塞狀態(tài)；根據(jù)報文的優(yōu)先級、阻塞狀態(tài)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)情況確定報文的處理當(dāng)報文非阻塞時，直接將該報文發(fā)送到所有目的隊列；當(dāng)報文有阻塞時，決定報文是否繼續(xù)等待或丟棄。本發(fā)明不僅能解決頭阻塞帶來的QOS的問題，且避免傳統(tǒng)方法所固有的成本、復(fù)雜度、帶寬、可靠性方面的問題，能夠在大流量、高突發(fā)的惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，保證各種指定的重要報文無丟失的廣播和傳遞?？蓮V泛應(yīng)用于組播通信領(lǐng)域。
文檔編號H04Q3/64GK1440167SQ0312141
公開日2003年9月3日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者龍剛, 牟景輝 申請人:北京港灣網(wǎng)絡(luò)有限公司