Патент на изобретение №2390956

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ ПАКЕТОВ ДАННЫХ

(57) Реферат:

Пакеты данных, которым присвоены разные приоритеты, мультиплексируются путем оперирования очередью для каждого из разных приоритетов пакета данных и собирания групп (80) пакетов данных для передачи. Каждая группа имеет две части. Первая часть (90) группы наполняется пакетами данных, выбранными из одной или нескольких очередей согласно первому правилу, и вторая часть (95) группы наполняется пакетами данных, выбранными из одной или нескольких очередей согласно второму правилу. Предпочтительно, первая часть содержит пакеты данных, имеющие наивысший приоритет, и вторая часть содержит выбранные пакеты данных, имеющие более низкий приоритет. Выбор пакетов данных для второй части может определяться такими критериями, как испытываемая задержка и длина очереди. Размеры первой и второй частей могут адаптироваться в соответствии с испытываемой задержкой и длиной очереди. Техническим результатом является обеспечение гибкого и эффективного мультиплексирования пакетов данных. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу мультиплексирования пакетов данных, к устройству мультиплексирования для мультиплексирования пакетов данных, к терминалу связи, содержащему устройство мультиплексирования, и к системе связи, содержащей терминал связи. Изобретение применяется, например, но не исключительно, в системах мобильной связи, в частности, в Универсальной системе мобильной связи (UMTS).

В системах связи требуется мультиплексировать пакеты данных, имеющие разные приоритеты. Например, в UMTS, для расширенного канала данных восходящей линии связи (E-DCH), на уровне управления доступом к среде (MAC), пакеты данных, именуемые протокольными единицами обмена подуровня MAC-d или PDU подуровня MAC-d, группируются для передачи с образованием более крупных, расширенных PDU, именуемых PDU подуровня MAC-e. При непрерывной подаче PDU подуровня MAC-d, имеющих наивысший приоритет, PDU подуровня MAC-e можно заполнять этими высокоприоритетными PDU подуровня MAC-d, но при меньшем количестве высокоприоритетных PDU подуровня MAC-d, подлежащих передаче, любую резервную часть полосы в PDU подуровня MAC-e можно использовать для передачи ожидающих PDU подуровня MAC-d, имеющих более низкий приоритет. Таким образом, PDU подуровня MAC-e может нести комбинацию PDU подуровня MAC-d с различными приоритетами.

В UMTS, процесс мультиплексирования PDU подуровня MAC-d в PDU подуровня MAC-e позволяет гарантировать надлежащий учет приоритетов потока MAC-d. В простейшем случае, это мультиплексирование может просто напрямую следовать приоритетам. В примере, проиллюстрированном на фиг.1, показаны очереди 5 из PDU подуровня MAC-d, имеющих разные приоритеты P₁…P_n, причем приоритеты снижаются от P₁ к P_n, мультиплексируемых селекторным переключателем 6 в PDU 7 подуровня MAC-e. PDU подуровня MAC-e может нести четыре PDU подуровня MAC-d и наполняется имеющимися PDU подуровня MAC-d, имеющими наивысший приоритет. В этой простой схеме, при наличии непрерывного поступления высокоприоритетных PDU подуровня MAC-d для передачи, передача поступающих одновременно с ними низкоприоритетных PDU подуровня MAC-d будет задерживаться. Мультиплексирование PDU подуровня MAC-d в PDU подуровня MAC-e строго на основе приоритетов не всегда приводит к оптимальному заполнению PDU подуровня MAC-e и не обладает достаточной гибкостью для удовлетворения всех требований QoS (качества обслуживания) для PDU, как то, требований к задержке и требований к скорости передачи данных. Например, очереди, содержащие низкоприоритетные PDU, могут испытывать «зависание» в ожидании возможности передать свои PDU.

Задачей изобретения является обеспечение гибкого и эффективного мультиплексирования пакетов данных.

Согласно первому аспекту изобретения предусмотрен способ мультиплексирования пакетов данных, которым присвоены разные приоритеты, содержащий этапы, на которых: принимают пакеты данных; оперируют очередью для каждого из разных приоритетов пакета данных; собирают группу пакетов данных, причем первую часть группы наполняют пакетами данных, выбранными из одной или нескольких очередей согласно первому правилу, и вторую часть группы наполняют пакетами данных, выбранными из одной или нескольких очередей согласно второму правилу; и передают группу.

Изобретение обеспечивает гибкость для надлежащего манипулирования приоритетами, гарантированными скоростями передачи данных и сценариями зависания за счет деления пакета данных, например, PDU подуровня MAC-e, который достаточно велик, чтобы нести множество более мелких пакетов данных, например, PDU подуровня MAC-d, на, по меньшей мере, две части, и обеспечения разных правил мультиплексирования, подлежащих использованию для разных частей. Таким образом, можно передавать комбинацию пакетов данных, имеющих разные приоритеты.

Предпочтительно, согласно первому правилу, пакеты данных выбирают из очереди, содержащей пакеты данных наивысшего приоритета. Это позволяет гарантировать, что пакетам данных с наивысшим приоритетом назначается определенная часть полосы.

Предпочтительно, согласно второму правилу, пакеты данных выбирают из одной или нескольких очередей, содержащих пакеты данных, имеющих более низкий приоритет, чем наивысший приоритет. Это позволяет гарантировать, что некоторая часть полосы назначается пакетам данных с более низким приоритетом.

В одном варианте осуществления, согласно второму правилу, пакеты данных выбирают из любой очереди, за исключением, по меньшей мере, очереди с наивысшим приоритетом, для которой пакеты данных испытали задержку, превышающую пороговую задержку. Пороговая задержка может быть одинаковой или разной для разных очередей. Этот подход может способствовать согласованию с требованием к задержке QoS.

В одном варианте осуществления, согласно второму правилу, пакеты данных выбирают из любой очереди, которая имеет данные, ожидающие передачи, превышающие пороговый объем данных, за исключением, по меньшей мере, очереди с наивысшим приоритетом. Этот подход позволяет снизить вероятность переполнения буфера, т.е. случая, когда длина очереди превышает доступный размер буфера.

В одном варианте осуществления, размеры переданных первой и второй частей группы пакетов данных адаптируют согласно преобладающей смеси приоритетов пакетов данных, или согласно объему данных в очередях, или согласно задержке, испытываемой данными в каждой очереди относительно критерия задержки для соответствующей очереди. Этот подход позволяет эффективно использовать полосу передачи, может способствовать согласованию с требованием QoS.

Согласно второму аспекту изобретения, предусмотрено устройство мультиплексирования для мультиплексирования пакетов данных, которым присвоены разные приоритеты, содержащее средство для приема пакетов данных, средство для оперирования очередью для каждого из разных приоритетов пакета данных, средство для собирания группы пакетов данных, причем первая часть группы наполняется пакетами данных путем выбора пакетов данных из одной или нескольких очередей согласно первому правилу, и вторая часть группы наполняется пакетами данных путем выбора пакетов данных из одной или нескольких очередей согласно второму правилу, и средство для передачи группы.

Согласно третьему аспекту изобретения, предусмотрен терминал связи, содержащий устройство мультиплексирования, отвечающее второму аспекту изобретения.

Согласно четвертому аспекту изобретения, предусмотрена система связи, содержащая, для передачи пакетов данных, первый терминал связи, отвечающий второму аспекту изобретения, и второй терминал связи для приема пакетов данных.

Ниже изобретение будет описано, в порядке примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 – схема способа мультиплексирования MAC-d согласно уровню техники;

фиг.2 – устройство мультиплексирования согласно изобретению;

фиг.3 – логическая блок-схема, дополнительно иллюстрирующая способ мультиплексирования согласно изобретению; и

фиг.4 – система связи согласно изобретению.

На фиг.2 показано устройство 300 для мультиплексирования, далее именуемое устройством 300 мультиплексирования. Существует вход 10 для приема пакетов данных. Ко входу 10 подключен входной буфер 20, например, оперативная память, для хранения принятых пакетов данных. Существует банк 40 в виде совокупности хранилищ 50 очереди, содержащих очереди, который может содержать среду хранения, например, оперативную память. Входной буфер 20 подключен к банку 40 посредством первого средства 30 маршрутизации, например, переключателя или иного функционально эквивалентного устройства, для маршрутизации каждого пакета данных из входного буфера 20 в одно из хранилищ 50 очереди в соответствии с приоритетом, присвоенным каждому пакету данных. Приоритет может присваиваться каждому пакету данных до приема пакета данных или может присваиваться средством 110 управления. Альтернативно, пакеты могут маршрутизироваться в хранилища 50 очереди в соответствии с их соответствующими потоками MAC-d, причем каждому потоку присвоен приоритет; этот подход можно использовать в случае, например, динамического изменения приоритетов потока. Существует выходной буфер 80, например, оперативная память, для хранения пакетов данных до передачи на выход 100. Выходной буфер 80 содержит первую часть 90 и вторую часть 95. Первая часть 90 и вторая часть могут нести, по меньшей мере, один пакет данных. Пакеты данных выбираются для переноса из хранилищ 50 очереди в выходной буфер 80 посредством второго средства 60 маршрутизации, например, переключателя или иного функционально эквивалентного устройства, и переносятся в первую часть 90 или вторую часть 95 посредством переключателя 70. Первый и второй маршрутизирующие переключатели 30, 60 и переключатель 70 действуют под управлением средства 110 управления, например, микропроцессора. Средство 110 управления управляет маршрутизацией пакетов данных в выходной буфер 80 согласно заранее определенному критерию. Средство 110 управления также может регулировать размеры первой и второй частей 90, 95.

Средство 110 управления может быть выполнено с возможностью наполнять первую часть 90 пакетами данных из хранилища 50 очереди, содержащего пакеты данных с наивысшим приоритетом.

Средство 110 управления может быть выполнено с возможностью наполнять вторую часть 95 пакетами данных из одного или нескольких хранилищ 50 очереди, содержащих пакеты данных более низкого приоритета, чем наивысший приоритет. Пакеты данных с более низким приоритетом, выбранные для наполнения второй части 95, могут представлять собой пакеты, которые испытали задержку, превышающую заранее определенный порог задержки, или пакеты, которые испытали самую длительную задержку. Заранее определенный порог задержки может быть разным или одинаковым для разных хранилищ 50 очереди. Пакеты данных с более низким приоритетом, выбранные для наполнения второй части 95, могут представлять собой пакеты в хранилище 50 очереди, которая содержит количество пакетов данных, превышающее заранее определенный порог заполнения. Заранее определенный порог заполнения может быть разным или одинаковым для разных хранилищ 50 очереди. Выбор пакетов данных для наполнения второй части 95 не обязательно осуществляется в порядке приоритета.

Средство 110 управления может адаптировать размер первой части 90 и второй части 95 согласно преобладающей смеси приоритетов пакетов данных, хранящихся в банке 40, или согласно количеству пакетов данных, хранящихся в хранилищах 50 очереди, или согласно задержке, испытываемой пакетами данных в каждом хранилище 50 очереди относительно критерия задержки для соответствующей очереди, или согласно принятому сигналу, указывающему смесь первой и второй частей. В последнем случае, смесь может содержать, например, указание относительных пропорций или абсолютные размеры.

Согласно фиг.3, иллюстрируемый способ мультиплексирования начинается с этапа 200, на котором устройство 300 мультиплексирования принимает некоторые пакеты данных. Они могут приниматься с заранее присвоенными приоритетами, или приоритеты могут присваиваться после приема. На этапе 210, пакеты данных сохраняются в наборе хранилищ 50 очереди, по одному хранилищу очереди для каждого уровня приоритета P₁…P_n. Один способ идентификации хранилища 50 очереди, в котором хранится пакет данных, состоит в использовании метки, указывающей уровень приоритета пакета. На этапе 220, первая часть 90 группы пакетов данных собирается из пакетов данных, имеющих наивысший приоритет среди сохраненных пакетов данных. На этапе 230, вторая часть 95 группы пакетов данных собирается из пакетов данных, имеющих более низкий приоритет или более низкие приоритеты. На этапе 240 осуществляется передача собранной группы, содержащей первую часть 90 и вторую часть 95. Процесс повторяется для следующих пакетов данных.

Ниже приведены некоторые примеры того, как можно выбирать пакеты данных из очередей в хранилищах 50 очереди для наполнения группы пакетов данных, собранной в первой части 90 и второй части 95 выходного буфера 80. В целом, можно предположить, что ресурсы, доступные для первой части 90 и второй части 95, известны до осуществления операции мультиплексирования, например, в отношении количества PDU, которое может быть передано. В случае, когда ресурсы заранее в точности не известны, например, если совокупный доступный ресурс каким-либо образом зависит от результата мультиплексирования, может потребоваться учитывать результат мультиплексирования для ряда возможных выделений ресурса и затем выбирать один из них.

1) Выбор строго на основе приоритета: в этом случае каждому потоку MAC-d присваивается приоритет. Затем, для первого выбора, пакеты данных берутся из очереди, имеющей наивысший приоритет, пока не будет заполнен ресурс, доступный для первой части 90. Если эта очередь опустошается, пакеты данных берутся из очереди со следующим приоритетом после наивысшего и т.д. Для второй части 95 осуществляется такая же процедура, но для поднабора очередей. Подходящий выбор поднабора может позволить устройству 300 мультиплексирования избежать зависания конкретных очередей, например, для удовлетворения критерию задержки.

2) Сбалансированный выбор второй части: в этом случае, вторая часть 95 наполняется путем взятия по одному пакету данных из каждого поднабора очередей по очереди, за исключением очереди с наивысшим приоритетом. Для максимальной сбалансированности, особенно при наличии большого количества очередей, последнюю выбранную очередь можно запомнить для использования в последующих операциях мультиплексирования.

3) Как вариант 2, если доступный ресурс для первой части 90 не полностью использован, то неиспользованный ресурс можно сделать доступным для второй части 95.

4) Как еще один вариант 2, вторую часть 95 можно наполнять перед первой частью 90. Это может придать некоторую гибкость в отношении того, какие очереди использовать и в каких частях.

5) Первую и вторую части 90, 95 можно наполнять из разных поднаборов очередей.

6) Приоритеты можно изменять динамически, например, в ответ на команды или информацию, принимаемую устройством 300 мультиплексирования. Такое изменение можно применять к одной или обеим из первой и второй частей 90, 95. Например, если задержка передачи конкретной очереди возрастает сверх конкретного порога, приоритет этой очереди можно временно повысить, чтобы данные из этой очереди могли использовать другую часть.

7) Один или оба выбора для первой и второй частей 90, 95 можно осуществлять на основании объема данных в соответствующих очередях, например, назначая наивысший приоритет очереди с наибольшим объемом данных.

8) Длину очереди можно использовать для отдания предпочтения одной из очередей равного приоритета, например, путем выбора из самой длинной очереди.

9) Один или оба выбора для первой и второй частей 90, 95 можно изменять с учетом длины очереди, например, отдавая предпочтение выбору из очередей, превышающих определенную длину.

10) Выбор можно производить на основании QoS, достигнутого на данный момент для конкретного потока данных. Например, данные можно предпочтительно выбирать из очереди, где средняя или наихудшая задержка превышает требование QoS.

11) Размер ресурса для каждой части 90, 95 можно адаптировать с учетом объема данных в каждой очереди, например, путем деления ресурса пропорционально объему данных в соответствующих очередях.

12) Размер ресурса для каждой части 90, 95 можно адаптировать с учетом требований QoS для данных в каждой очереди, например, путем деления ресурса таким образом, чтобы отдавать больше ресурсов выбору, который имеет наиболее строгие требования QoS.

13) Размер ресурса для каждой части 90, 95 можно адаптировать с учетом QoS достигнутого на данный момент для данных в каждой очереди, например, путем деления ресурса таким образом, чтобы отдавать больше ресурсов той части 90, 95, которая не отвечает или в наименьшей степени отвечает любым требованиям к задержке.

Для определения того, какому хранилищу очереди 50 назначить тот или иной пакет данных, можно использовать критерии, отличные от приоритета, например, тип данных или требования к качеству обслуживания для пакета данных. В этом случае, не требуется явно присваивать приоритеты пакетам данных, поскольку тип данных функционирует как характеристика, эквивалентная приоритету, или тип данных косвенно задает приоритет. Аналогично, для определения, какой из первой и второй частей 90, 95 можно назначить тот или иной пакет данных, можно использовать критерии, отличные от приоритета.

На фиг.4 показана система связи, содержащая терминал 410 связи для передачи данных и терминал 400 связи для приема переданных данных. Терминал 410 связи для передачи данных содержит устройство 300 для мультиплексирования, описанное выше со ссылкой на фиг.2, подключенное к приемопередатчику 310 для передачи данных и приема сообщений квитирования, и процессору 320 для обработки принятых сообщений квитирования и подачи сигнала на выход 330.

Устройство мультиплексирования 300 может быть выполнено с возможностью принимать на входе 100, например, через приемопередатчик 310, сигнал, указывающий смесь первой и второй частей 90, 95, и быть выполнено с возможностью устанавливать размеры первой и второй частей 90, 95 в ответ на сигнал. Устройство 300 мультиплексирования может быть выполнено с возможностью принимать на входе 100, например, через приемопередатчик 310, сигнал, указывающий, как пакеты данных можно выбирать из хранилищ 50 очереди для наполнения группы пакетов данных, собранной в первой части 90 и второй части 95 выходного буфера 80, и адаптировать свою работу в соответствии с сигналом. Такие сигналы могут передаваться терминалом 400 связи или другим источником.

Хотя, согласно описанию изобретения, выходной буфер 80 имеет первую часть 90 и вторую часть 95, не исключается использование дополнительных частей, и описанные способы можно применять для наполнения дополнительных частей.

Хотя изобретение было описано применительно к UMTS, сфера его использования не ограничивается UMTS, и его можно использовать в других системах связи, в частности, в системах мобильной связи. Использование изобретения не ограничивается системами беспроводной связи.

В данных описании и формуле изобретения упоминание того или иного элемента в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Кроме того, слово “содержащий” не исключает наличия других элементов или этапов помимо перечисленных.

Включение условных обозначений в скобках в формулу изобретения имеет целью пояснение, но не ограничение.

На основании данного раскрытия, специалисты в данной области техники могут предложить другие модификации. Такие модификации могут включать в себя другие признаки, уже известные в области передачи данных, которые можно использовать вместо или помимо описанных здесь признаков.

Формула изобретения

1. Способ мультиплексирования пакетов данных, которым присвоены разные приоритеты, содержащий этапы, на которых принимают пакеты данных, оперируют очередью для каждого из разных приоритетов пакета данных,
собирают группу пакетов данных, причем первую часть (90) группы наполняют пакетами данных, выбранными из одной или нескольких очередей согласно первому правилу, и вторую часть (95) группы наполняют пакетами данных, выбранными из одной или нескольких очередей согласно второму правилу, и передают группу, причем способ дополнительно содержит этап, на котором адаптируют размер первой и второй частей (90, 95) согласно задержке, испытываемой данными в каждой очереди, относительно критерия задержки качества обслуживания для соответствующей очереди.

2. Способ мультиплексирования по п.1, в котором, согласно первому правилу, пакеты данных выбирают из очереди, содержащей пакеты данных наивысшего приоритета.

3. Способ мультиплексирования по п.1 или 2, в котором, согласно второму правилу, пакеты данных выбирают из одной или нескольких очередей, содержащих пакеты данных, имеющих более низкий приоритет, чем наивысший приоритет.

4. Способ мультиплексирования по п.1 или 2, в котором, согласно второму правилу, пакеты данных выбирают из любой очереди, за исключением, по меньшей мере, очереди с наивысшим приоритетом, для которой пакеты данных испытали задержку, превышающую пороговую задержку.

5. Способ мультиплексирования по любому из пп.1 или 2, в котором, согласно второму правилу, пакеты данных выбирают из любой очереди, которая имеет данные, ожидающие передачи, превышающие пороговый объем данных, за исключением, по меньшей мере, очереди с наивысшим приоритетом.

6. Способ мультиплексирования по любому из пп.1 или 2, содержащий этап, на котором принимают сигнал, указывающий смесь первой и второй частей (90, 95), и адаптируют размер первой и второй частей (90, 95) в ответ на сигнал.

7. Устройство (300) мультиплексирования для мультиплексирования пакетов данных, которым присвоены разные приоритеты, содержащее
средство (10) для приема пакетов данных,
средство (30, 40) для оперирования хранилищем (50) очереди для каждого из разных приоритетов пакета данных,
средство (60, 80) для собирания группы пакетов данных, причем первая часть (90) группы наполняется пакетами данных путем выбора пакетов данных из одного или нескольких хранилищ (50) очереди согласно первому правилу, и вторая часть (95) группы наполняется пакетами данных путем выбора пакетов данных из одного или нескольких хранилищ (50) очереди согласно второму правилу, и
средство (100) для передачи группы, и
средство (110) для адаптации размера первой и второй частей (90, 95) согласно задержке, испытываемой данными в каждом хранилище (50) очереди, относительно критерия задержки для соответствующего хранилища очереди (50).

8. Устройство (300) мультиплексирования по п.7, в котором, согласно первому правилу, пакеты данных выбираются из хранилища (50) очереди, содержащего пакеты данных наивысшего приоритета.

9. Устройство (300) мультиплексирования по п.7 или 8, в котором, согласно второму правилу, пакеты данных выбираются из одного или нескольких хранилищ (50) очереди, содержащих пакеты данных, имеющих более низкий приоритет, чем наивысший приоритет.

10. Устройство (300) мультиплексирования по п.7 или 8, в котором, согласно второму правилу, пакеты данных выбираются из любого хранилища (50) очереди, за исключением, по меньшей мере, хранилища очереди с наивысшим приоритетом, для которого пакеты данных испытали задержку, превышающую пороговую задержку.

11. Устройство (300) мультиплексирования по любому из пп.7 или 8, в котором, согласно второму правилу, пакеты данных выбираются из любого хранилища (50) очереди, которая имеет данные, ожидающие передачи, превышающие пороговый объем данных, за исключением, по меньшей мере, хранилища (50) очереди с наивысшим приоритетом.

12. Устройство (300) мультиплексирования по любому из пп.7 или 8, содержащее средство (100) для приема сигнала, указывающего смесь первой и второй частей, и средство (110) для адаптации размера первой и второй частей (90, 95) в ответ на сигнал.

РИСУНКИ