[发明专利]用于减小通信网中延迟的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及在传送ATM业务的通信网中减小业务的总延迟，其中多个用户共享同一公共物理媒质。在使用对网络延迟容限较低的所谓CBR(恒定比特率)业务时，这种减小特别有利。

现有技术

在通过电话网传输语音时，限制从发射机到接收机的总延迟(往返延迟)非常重要。如果一条电话连接的延迟超过了约50ms，就需要一个回波消除器，因为这时由于双方同时开始讲话，延迟就干扰通话。当这50ms在不同的标准和规范中被分配给不同的本地、转接和国际局时，接入网则由没有延迟的双心电缆组成。这使得目前在接入网中也引入传输系统、交换和ATM(异步传递方式)时，“延迟预算”中已没有可分配的时间。这导致对接入网的总延迟很低的苛刻要求。

传统本地网生成延迟的原因也可以通过观察以下事实来表达：在路由器和网桥中传输大的数据分组和使用存储转发技术需要占用时间。首先，当用户收集数据以填充整个数据分组时就存在有延迟。分组每次被网桥或路由器接收时也会生成相同的延迟效应，因为必须等待整个分组到达之后，才能向下一链路传送它。当分组在负荷很重的链路队列中等待时，延迟会有变化。如果所有分组的优先级相同，一个时间要求很严格的分组就不可能超越该队列。

关于队列问题，ATM有一个优先级功能，它使时间要求严格的分组有可能超越一个队列。

另外，终端可以要求为指定的信道分配一个确定的带宽，它能保证需要的容量。这种系统与业务是被归类为恒定比特率(CBR)、可变比特率(VBR)还是可用比特率(ABR)有关。要通过CBR或VBR传送视频或音频序列的终端必须在连接建立时预留需要的带宽。

如果所有业务具有相同的优先级，这一问题自然还将存在。当要传输组装在ATM信元中的窄带CBR信号(语音)以及当物理层只能提供一个固定的较低传输速率时，这一问题将会非常突出。当使用基于TDM(时分复用)的PON(无源光网络)或同轴电缆系统时，上行链路方向会常常出现这种现象(从用户或/和设备到一个公共节点，例如本地交换局或所谓“前端设备”的业务)。如果延迟还随时间变化，将进一步增加接收机端的总延迟。延迟变化越大，需要的CDV(呼叫延迟变化)缓冲区也将越大。

例如，当多个节点使用一条总线在一个TDM网络的上行链路方向(从用户节点到一个公共节点)传输信元时，物理媒质(本例中为总线)就是一个必须以最佳可能方式使用的公共资源。因为每次只能有一个用户在总线上传输信元，所以用户节点处的信元在通过物理媒质传输之前必须等待“轮到它们的次序”。

在多个用户共享一个时分复用公共物理媒质的若干应用领域内会生成这种问题。最现成的例子是在ATM连接上使用较低固定带宽的语音(电话)和传输。另一领域是有线电视。当研究该技术的现有状态时，我们发现大部分文献都属于有线电视的技术领域。但是，没有任何文献说明如何能减小所述延迟时间。

美国专利5，546，199揭示了一种通过在下行链路方向使用一个参考频率来生成(合成)用于有线电视系统上行链路方向的载波的方法。其目的是提供一种具有精确频率的低成本载波。于是该载波就可以用于公共媒质，在本例中是一条同轴电缆。但是，该文献没有揭示如何减小系统的总延迟。其他已有文献，例如美国专利4，553，161，描述了上行链路数据业务的同步。

发明概要

本发明通过在多个(n)用户/节点共享一条公共物理媒质的通信网中使用的一种设备和方法，将能减小以固定速率生成的数据分组传输中的总延迟。

最佳或最简单的情况自然应当是，一个连接应该具有的带宽远大于需求，并且存在有一个用于动态带宽分配的功能，当数据分组/信元在一个节点中准备好时，该功能立即生成传输许可。与这种理想情况的一点区别是，几个节点要共享的带宽一般非常有限，并且完全用于有效负荷。

如果所有业务具有相同的优先级，动态传输许可分配将没有用处。当所有节点同时准备发送一个信元时，最后一个信元必须等待一个整周期T，其中T是来自一个特定连接的两个信元之间的时间(周期)，所有其他节点在该段时间内都必须有一个传输许可。