用于处理具有用于对数据分组网络通信节点进行同步的选择类型的分布式数据的方法,以及相应设备

摘要

本发明涉及一种用于在包括通信节点(N1-N5)的数据分组网络中处理选择类型的分布式数据的方法。该方法包括以下步骤：接收包括选择类型的数据并由源通信节点(N1)以规律的时间间隔发送的多个分组，评估每个所述接收的分组的分组延迟偏差，根据它们各自经评估的分组延迟偏差来选择这些接收的分组的子集，和利用由所选择的子集导出的定时信息对所述数据分组网络的目的地通信节点(N5)进行同步。

说明书

技术领域

本发明涉及数据分组网络(或分组交换网络(PSN))，以及更具体地 涉及处理在数据分组网络中具有选择类型的分布式数据。

背景技术

本领域技术人员已经知道，一些协议用于在与数据分组网络连接的通 信节点之间传输所选择的信息。这在时间分布协议的情况下十分显著，例 如那些参考的IETF NTPV4(网络时间协议)和IEEE 1588V2。人们可以 想起这些上述的时间分布协议意在支持高标准应用的情况中的时间和频率 的分布，例如移动网络应用(例如，基站同步)。例如为了使客户端时钟与 服务器时钟同步，时间分布协议用于以规律(regular)间隔将信息消息(或 分组)从服务器(或主通信节点或源通信节点)传送至客户端(或从通信 节点或目标通信节点)。更具体地，在给定的时间间隔期间，客户端需要从 服务器接收少量的(有用或相关的)信息消息(或分组)以将它的时钟与 服务器时钟同步。

在数据分组网络的情况下，一些协议的性能，以及显著地是时间分布 协议，受到分组延迟偏差(PDV)的限制。

为了面对该PDV相关性，为了在这些通信节点用作服务器/客户端(或 主/从)方法中的客户端(或目的地通信节点)时使用，在通信节点中部署 依靠经历最小路径延迟的分组的一些滤波算法。

此外，根据客户端时钟与服务器时钟同步所要求的相关或所选择的信 息消息(或分组)的数量，为了增加信息消息(或分组)的速率，还可由 客户端触发专用的论询(polling)算法，其中信息消息(或分组)由服务 器(或源(通信节点))以规律间隔发送给客户端。实际上，增加源信息消 息速率在理论上应当增加具有更多的低传输延迟和因此在客户端级别上具 有有限累积的PDV的信息消息(或分组)的概率。然而，这种服务器/客 户端“论询”方法先天就受到用于传输信息消息的“同步”带宽的限制， 因此信息消息速率不能无限地增加。从而，当高业务负载发生时(特别在 拥塞条件下)其就显现出一些局限性。这种条件下，为了能够选择充足数 量的用于与客户端时钟进行同步的“有用”的信息消息(或分组)，显著增 加信息消息速率会受到欢迎。不幸的是，增加同步带宽使拥塞或高业务负 载状态退化。

为了解决该最后的问题，已经在IEEE 1588V2的上下文中提出了透明 时钟。实际上这些透明时钟测量信息消息(或分组)通过网络元件的通过 时间，并将这些测量结果发送给客户端(根据IEEE 1588V2)。通过这种 方式，可为每个信息消息(或分组)纠正分组延迟偏差(variation)而不 会给信息消息速度带来任何增加。然而，该方案在节点入口/出口(或输入 /输出)处要求一些专用并且昂贵的硬件。此外，考虑到在高业务负载过程 中发生的分组丢失，该方法的好处不显著。实际上，在信息消息(或分组) 被转发之前，信息消息(或分组)很少单独位于高优先级别队列中(例如， 它们被临时地和OAM(操作和维护)数据和控制分组存储在一起)。

为了避免选择非相关的分组，同样已经提出对分组延迟偏差产生影响 (例如高突发和拥塞)的一些具体条件增加NTP论询算法的论询时间。但 是在这种情况下，客户端时钟在给定时间内处于自由运行状态，并具有不 希望的频率偏移(根据振荡器的质量)。

同样已经提出检测不相关的信息消息(或分组)并从一个服务器转移 到另一个服务器，从而可能避免影响PDV和同步性能的“坏”路径。然而， 该方法依赖于拓扑，并且结果不可靠，特别是当拥塞靠近客户端时钟或遍 布所有路径时。

最后，也已经提出为了解决PDV依赖性，定义级联拓扑(cascade  topology)，其中每个节点是具有精确时钟或IEEE 1588V2的边界时钟的 NTP层。但是这样显著地增加了使用成本。

发明内容

因此本发明的目的是提供意在提高数据分组网络中状况的新方案。

为了这一目的，本发明提供一种用于在包括通信节点的数据分组网络 中处理所选择的类型的分布式数据的方法。这样的方法包括以下步骤：

接收包括所选择的类型的数据并由源通信节点以规律(发射)的时间 间隔发送的多个分组，

评估这些接收的分组中每一个的分组延迟偏差，

根据这些接收的分组各自的评估的分组延迟偏差来选择这些接收的分 组的子集，和

利用从选择的子集导出的定时信息对所述数据分组网络的目的地通信 节点进行同步。

根据本发明的该方法可以包括分别考虑或联合考虑的附加特征，特别 是：

如果它们的评估的分组延迟偏差小于选择的第一阈值，可选择接收的 分组；

当由通信节点接收的进入流中的所述选择类型的分布式数据进一步包 括至少一个其它类型的分布式数据时，首先可以对这些所述选择类型的所 述分布式数据和至少一个其它类型的所述分布式数据进行解复用，随后可 以在所述选择类型的所述分布式数据中选择接收的分组，并可以将这些所 述选择的接收数据与至少一个其它类型的所述分布式数据复用，以将这些 复用数据传送给另一通信节点；当通信节点在选择的观测时间间隔中已经 选择接收的分组时，可以将这些选择的分组的数量与选择的第二阈值进行 比较，以及如果该数量小于所述第二阈值，可以请求源通信节点减小所述 规律的(发射)时间间隔；

所述选择的第二阈值可以取决于用于在选择的观测时间间隔中选 择接收分组的通信节点；

当接收与不同通信节点相关联的几个请求时，可以选择(或按优先 次序排列)与通信节点相关联的请求，其中通信节点是从所述源通 信节点开始最下游(the least)的节点；

在一种变形中，当通信节点在最后的观测时间间隔期间选择接收的分 组时，可以将这些所选择的接收分组的数量与选择的第二阈值进行比较， 如果该数量小于所述第二阈值，可以计算该数量和由所述通信节点接收的 并在先于最后观测时间间隔的观测时间间隔中选择的分组的数量之间的比 值，然后可以将该计算的比值与第三阈值进行比较，以及如果该计算的比 值小于所述的第三阈值(例如在拥塞检测的情况下)，可以增加(或放松) (由于PDV恶化)在分组选择过程中使用的所述选择的第一阈值的值；

为了提高评估的分组延迟偏差的精度，通过选择的频率参考，可将用 于评估所述分组延迟偏差的本地时钟同步；

如果选择分组的数量大于第四阈值时，其中第四阈值大于或等于目的 地通信节点将其(客户端)时钟与主(或服务器)时钟进行同步所需要的 (有效或相关的)分组的最小数量，为了通知其应减小用于所所涉及的客 户端节点的传输(或发射)速率，可以将请求发送给源通信节点。

本发明还提供一种用于在包括通信节点的数据分组网络中处理选择类 型的分布式数据的设备。这样的设备包括：

计算装置，被安排为当相关联的通信节点接收包括选择类型的数据并 由源通信节点以规律(发射)的时间间隔发送的分组时，评估这些接收的 分组的每一个的分组延迟偏差，和

选择装置，被安排为根据它们各自的评估的分组延迟偏差选择这些接 收分组的子集，由所述相关联的通信节点按顺序将这些选择的接收数据传 送给另一通信节点。

根据本发明的设备可以包括单独考虑或联合考虑的附加特征，以及特 别是：

其选择装置可以被安排为选择其经评估的分组延迟偏差小于选择的第 一阈值的分组；

其可进一步包括i)解复用装置，被安排为在由其相关联的通信节点接 收以进入流中的所选择类型的分布式数据进一步包括至少一个其它类型的 分布式数据时，对所选择类型的所述分布式数据和至少一个其它类型的分 布式数据进行解复用，所述选择装置按这种方式开始在所选择类型的分布 式数据中选择这些所接收的分组中的至少一些，和(ii)复用装置，被安排 为对至少一个其它类型的分布式数据和这些选择的接收数据进行复用，并 指示其相关联的通信节点将这些复用的数据传送给另一通信节点。在解复 用后，为了在实时方法中便于对所选择的分组进行复用，可以将定位标记 插入到非监控的分组流中；

其选择装置可以被安排为当其在选择的观测时间间隔中具有选择的接 收分组时，将在所述选择的观测时间间隔中选择的接收分组的数量与选择 的第二阈值进行比较，并且如果该数量小于所述第二阈值时，请求所述源 通信节点减小规律(发射)时间间隔(即，增加考虑的分组的传输速率)；

在一种变形中，其选择装置可以被安排为当其在最后的观测时间间隔 中选择了接收分组时，将其在所述最后观测的时间间隔中选择的接收分组 的数量与选择的第二阈值进行比较，并且如果该数量小于所述第二阈值时， 计算该数量和其在先于最后观测时间间隔的观测时间中选择的接收分组的 数量之间的比值，并将计算的比值与第三阈值进行比较，以及如果该计算 比值小于所述第三阈值，增加(或放松)所述选择的第一阈值的值。

本发明还提供一种通信节点，用于与数据分组网络连接，并包括诸如 上述介绍的设备。

本发明特别好地适用于，但是不局限于，选择包括表示定时信息的数 据的分组。此外，本发明特别好地适用于，但是不局限于，根据时间分布 协议来传输分组。

附图说明

通过分析下文中的详细说明以及附图，本发明的其他特征和优点将会 更加明显，其中：

图1示意性地描述了包括配置有根据本发明设备的实施方式的实例的 通信节点的数据分组网络的一部分；和

图2示意性地描述了在图1所示的设备中实现的处理方法。

附图不仅可以用于完成本发明，而且如果需要还有助于其限定。

实施方式

本发明的目的是提供用于处理在数据分组网络中选择类型的分布式数 据以允许通信节点(Ni)同步的方法和相关设备(D)。

在下面的描述中，可以认识到，数据分组网络是包括诸如要被同步的 基站的客户端通信节点(Ni)的移动网络，这仅仅是个示例。但是本发明 并不局限于这种类型的数据分组网络。实际上，它涉及任何类型的数据分 组网络或分组交换网络(PSN)。

此外，在下面描述中，可以认识到，分布式数据表示定时信息并根据 诸如IEEE 1588V2的时间分布协议将分布式数据传送给“定时”分组(或 消息)，这仅仅是个示例。但是，本发明既不局限于这种类型的分布式数据 也不局限于这种类型的协议。实际上其涉及表示具有分组延迟偏差或传输 延迟灵敏感度/依赖性的任何类型的数据分组或消息。

如上所述，本发明提出一种用于处理包括通信节点的数据分组网络中 所选择类型的分布式数据的方法。

图1中描述了包括5个通信节点Ni(i＝1到5)的数据分组网络的一 部分。需要重点注意的是，本发明应用于包括至少3个通信节点Ni的数据 分组网络。例如，至少一些通信节点Ni可以是无线电接入网络的基站。

根据本发明的处理方法包括至少4个主要步骤。当通信节点(例如N1、 在下文中称之为“服务器”)产生包括选择类型的数据的分组(或消息) P1并以规律(发射)时间间隔将这些产生的分组通过数据分组网络的至少 一个其它通信节点Ni’(i’≠1和5)发送给至少一个通信节点(例如N5， 在下文中称之为“客户端”)时，实现该处理方法。在下列说明中，可以 被认为是作为所产生的分组(或消息)P1包括表示定时信息(例如指示它 们在服务器时钟参考帧中何时被生成的时间戳)的数据的实例。因此，在 下文中将由服务器N1以规律间隔产生的分组(或消息)P1称为“定时分 组”。

例如，规律(发射)时间间隔的持续时间可能初始地(或默认地)等 于10ms。这对应于每秒100个定时分组P1的初始(或默认)传输速率。

第一主要步骤包括接收由服务器(或源通信节点)N1以规律(发射) 时间间隔发送的多个定时分组P1。

第二主要步骤包括对在第一主要步骤中接收的每个定时分组P1的分 组延迟偏差(或PDV)进行评估。可以使用本领域技术人员已知的且允许 确定或估计分组延迟偏差的任何技术。

第三主要步骤包括根据它们各自的评估的分组延迟偏差在第一主要步 骤中接收的定时分组P1中选择子集。

第四主要步骤包括利用从所选择的子集中得到的定时信息与数据分组 网络的目的地通信节点(或客户端)N5进行同步。

根据本发明，利用分别与通信节点Ni相关联的并且特别是位于与服务 器N1和客户端N5之间的定时分组P1的路径上的中间节点(这里是N2 到N4)相关联的设备D，能够实现至少第二和第三主要步骤。

根据本发明，在图1和图2所示的非局限性的实施例中，每个通信节 点Ni配有设备D。但是这不是强制性的。实际上设备D可以是与相关联 的通信节点Ni连接的网络元件。重要的是设备D能够访问由与其相关联 的通信节点Ni以透明方式接收的分组。

在设备D位于通信节点Ni之中的情况中，其优选地至少部分由软件 模块构成。但是它也可以由电子电路或硬件模块构成，例如像FPGA的可 编程元件、或硬件和软件模块的组合。这样的设备D应当优选地嵌入有一 些存储器以能够存储一些数据，例如分组计数或计算的比率。

如图1和图2所示，根据本发明的设备D至少包括计算模块CM和选 择模块SM。特别注意的是，服务器N1不要求与设备D相关联。

计算模块CM在其相关联的通信节点Ni接收到由服务器N1以规律 (发射)时间间隔发送的定时分组P1时介入。每次发生该情况时，其(CM) 评价(即，确定或估计)每个接收的定时分组P1的分组延迟偏差(PDV)。

可使用下面涉及的内容来执行该PDV评价(确定或估计)。

在时刻(t0+k.ΔT+PDV(k))来自服务器(或定时源)N1的第k个 定时分组P1到达设备D，其中ΔT是轮询间隔(即，在两个传输的定时分 组P1之间的规律(发射)时间间隔)，并且PDV(k)是该第k个定时分 组P1相对于最小延迟t0的延迟偏差，其中最小延迟t0可由设备D(并且 更精确地是其计算模块CM)在(短的)收敛周期后进行估计(分组分析)。

每个设备D包括允许其计算模块CM评估每个分组延迟偏差的本地时 钟。

通常将定时分组P1与至少一个其他类型的分组(或消息)P2进行多 路复用以成为流FL，其中至少一个其他类型的分组P2例如为OAM(操 作和保持)分组，在下文中将其称为业务分组。从而，为了能够使计算模 块CM评估定时分组P1的PDV，必须将后者从流FL中提取出来。如图 所示，该提取可通过作为设备D的一部分的解复用装置DM来执行。但是 其也可以是相关联的通信节点Ni的一部分。

该解复用装置DM可以是安排的解复用器，如图2所示，当其相关联 的通信节点Ni接收到复用了定时分组P1和业务分组P2的流FL时，对其 进行解复用并且从而将业务分组P2置于第一输出上，并将定时分组P1置 于第二输出上。同样如图2所示，为了在整个分组流中标记其原始位置， 在其原始流FL中用脉冲PU代替每个提取的定时分组P1。

特别注意的是，如果其被选择模块SM选择(在下文中解释)，为了稍 后再次将定时分组P1重新引入其在这个流FL的原始位置，每个解复用的 定时分组P1优选地与在其流FL中限定其原始位置的位置标记相关联(例 如在两个业务分组P2之间，如图2所示)。

将选择模块SM安排为根据它们各自的分组延迟偏差(由计算模块CM 评估的)选择所接收的定时分组P1的子集，按顺序将这些选择的定时分 组P1通过其相关联的(中间)通信节点Ni，传送给另一通信节点Ni’(i’≠i) (实际上是在定时分组朝向客户端N5的路径上的下一个节点)。

从而，选择模块SM选择接收的定时分组P1中的一些(可能是每一 个)，按顺序将这些选择的定时分组P1继续向客户端N5传输，并抑制没 有选择的所接收的定时分组P1。

每个选择可由选择模块SM利用所接收的定时分组P1的评估的PDV 和选择的第一阈值之间的比较来执行。如果接收的定时分组P1的评估PDV 小于所选择的第一阈值，则可通过选择模块SM来选择所接收的定时分组 P1。

例如每个通信节点Ni的第一阈值可以初始(或默认)地等于10μs。

特别注意的是，第一阈值对于分别与不同通信节点Ni相关联的所有设 备D可以是相同的，或者其可以从与通信节点Ni相关联的一个设备D到 与另一通信节点Ni’(i’≠i)相关联的另一设备进行变化。

当定时分组P1与至少一个其他类型的分组(或消息)P2复用为原始 的流FL时，在它们各自的原始位置上必须将所选择的定时分组P1重新引 入它们的原始流FL中。如图所示，可通过可能作为设备D的一部分的复 用这种MM来执行上述重新引入。但是其也可以是相关联的通信节点Ni 的一部分。

该复用装置MM可以是被安排为将原始流FL的业务分组P2与所选 择的定时分组P1进行复用的多路复用器。如图2所示，该复用可以包括 将每个所选择的定时分组P1在其原始位置引入到其原始的流FL中，其中 原始位置例如由其相关联的定位标志来限定。将所选择的定时分组P1重 新引入到其原始的流FL可以包括利用该所选择的定时分组P1“替换”已 经在其原始位置定位的脉冲PU。

一旦将所选择的定时分组P1重新引入到其原始的流FL中，其可以由 相关联的通信节点Ni传输到另一通信节点Ni’(i’≠i)，其中另一通信节点 Ni’是在定时分组朝向客户端N5的路径上的下一个节点。

特别注意的是，在中间通信节点Ni(例如N2)上选择的并在其原始 位置处重新引入其原始流FL的每个定时分组P1，将由和在定时分组P1 朝向客户端N5的路径上的下一个(接着的)节点的中间通信节点Ni’(例 如N3)相关联的设备D再次进行处理(例如进行比较)。从而，每次当设 备D认为其PDV处于小于其使用的第一阈值时，处理和选择定时分组P1。 从而，如果在服务器N1和客户端N5之间有多个中间通信节点Ni，可以 处理和选择多次(且满足所有的第一阈值)。特别注意的是，PDV通常是 累积的，从而第一阈值应当优选地从服务器到客户端节点是增加的。

在实施方式的第一实例中，当通信节点Ni的设备D在具有选择的持 续时间(例如等于若干秒)的选择的观测时间间隔中已经选择了定时分组 P1，其(D)可以将在该选择的观测时间间隔中选择的接收的定时分组P1 的数量与所选择的第二阈值进行比较。如果该值小于这个第二阈值，可以 要求服务器N1减少其规律(发射)时间间隔(例如，增加服务器N1的分 组传输率)。

每个比较可以由设备D的选择模块SM执行。在相同的方式下，每个 跟随比较的请求可由设备D的选择模块SM产生。然后，所产生的请求由 相关联的通信节点Ni传送给服务器N1。在图1中，请求由箭头F2、F3 和F5表示。特别注意的是，客户端N5也可要求(F5)服务器N1减小其 规律(发射)时间间隔。

如果服务器N5从不同的通信节点Ni接收几个请求(如图1所示)， 其可以选择(或按优选顺序排序)与通信节点Ni相关联的请求，其中通信 节点Ni是流FL的路径上最下游的节点。例如，在如图1所示的非限制性 的实施例中，服务器N5分别从中间通信节点N2和N3以及从客户端N5 接收请求F2、F3和F5。中间通信节点N2是来自服务器N1的流FL的路 径上的最下游节点，该服务器N1会首先考虑由所述中间通信节点N2发送 的请求F2。如果服务器N1不满足该请求(该请求要求传输(或发射)速 率的增加)，该后者(N1)可使用其最大传输速率或可以采用一些其他动 作(例如用于监视所有节点的选择条件)。

还特别注意的是，对于分别和不同通信节点Ni相关联的所有设备D 来说第二阈值可以是相同的，或者它可以从与通信节点Ni相关联的一个设 备D到与另一通信节点Ni’(i’≠i)相关联的另一设备D进行变化。换句话 说，其值可能取决于相关联的通信节点Ni。

例如当初始(默认)的传输速率等于每秒100个定时分组P1时，第 二阈值的的值可以初始(默认)等于每秒75个定时分组P1。

在实施方式的第二实例中，在具有所选择的持续时间的最后观测时间 间隔(t)中，当通信节点Ni的设备D已经选择定时分组P1时，它(D) 可以将其在该观测时间间隔(t)中选择的定时分组P1的数量n(t)与所 选择的第二阈值进行比较。如上所述，对于分别和不同通信节点Ni相关联 的所有设备D来说第二阈值可以是相同的，或者它可以从与通信节点Ni 相关联的一个设备D到与另一通信节点Ni’(i’≠i)相关联的另一设备D进 行变化。

如果该数量n(t)小于第二阈值，设备D可以计算该数量n(t)和由 其相关联的通信节点Ni接收放入并在先于最后的观测时间间隔(t)的观 测时间间隔(t-1)中选择的分组数量n(t-1)之间的比值R。从而设备D 可利用本地的第三阈值和该计算的比值R(=n(t)/n(t-1))进行比较。 如果该计算的比值R小于本地的第三阈值，设备D可以增加在定时分组选 择期间使用的所选择的第一阈值的值。

每个比较可由设备D的选择模块SM执行。以相同的方式，对跟随在 两个比较之后的本地第一阈值的每个修改也可由设备D的选择模块SM在 本地执行。

特别注意的是，对于分别和不同通信节点Ni相关联的所有设备D来 说本地第三阈值可以是相同的，或者它可以从与通信节点Ni相关联的一个 设备D到与另一通信节点Ni’(i’≠i)相关联的另一设备D进行变化。换句 话说，其值可取决于相关联的通信节点Ni。

如图1所示，数据分组网络可以包括用于利用所选择的频率参考将每 个设备D的本地时钟(用于精确评估本地的分组延迟偏差)和服务器N1 的本地时钟进行同步的网络设备FP。该同步可通过由网络设备FP将专用 消息FM传送给通信节点Ni来执行。所选择的频率参考可以是任意类型。 从而其可以由具有高稳定性的本地振荡器或无线电导航系统(例如GPS(全 球定位系统))来产生。这样的可选择的同步的目的在于控制分组延迟偏差 评估的精度。从而，可以在设备D中使用低成本的本地振荡器(或本地时 钟)。

在所选择的分组数量大于第四阈值的情况下，其中第四阈值大于或等 于使客户端节点将其客户端时钟CC与服务器时钟SC进行同步所需要的 (有效或相关的)分组的最小数量，为了通知服务器N1应当减小其用于 相关的客户端节点的传输(或发射)速率，可以将请求发送给服务器N1。 优选地，该最后的请求由相关的客户端节点发送给服务器N1。优选的是， 该最后的请求还包括表示第四阈值和由客户端节点接收的所选择的分组数 量之间差别的值，服务器N1能够按次序精确地减小其传输速率。

本发明不局限于上述描述的方法、设备和通信节点的实施方式，而仅 仅作为实例，但是其包括处于下面权利要求的范围内的本领域技术人员可 了解到的所有可替换的实施方式。