：Tcp/ip以分组为中心的无线传输系统結构的制作方法

本发明的背景其它申请的交叉引用下面的申请具有共同的受让人并包含共同的公开内容1999年7月9日提交代理人卷号是A-21506，名称為″注重服务质量(QoS)的无线点到多点(PtMP)传输系统结构″的美国专利申请

1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21507名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中根據IP流特性提供动态带宽分配的方法″的美国专利申请。

1999年7月9日提交代理人卷号是A-21508，名称为″在无线点到多点传输系统中提供基于服务质量(QoS)处理IP流的方法″的美国专利申请

1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21509名称为″无线点到多点传输系统中的IP流识别″的美国专利申请。

1999年7月9日提交代理人卷号是A-21510，名称为″无线点到多点(PtMP)传输系统中的IP流的特征表述″的美国专利申请

1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21511名称为″无线點到多点(PtMP)传输系统中的IP流的分类″的美国专利申请。

1999年7月9日提交代理人卷号是A-21512，名称为″无线点到多点(PtMP)传输系统中的IP流的优先级排列″嘚美国专利申请

1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21513名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中提供基于服务层协议(SLA)安排优先级的操作方法″的美国專利申请。

1999年7月9日提交代理人卷号是A-21514，名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中利用链路层确认控制传输控制协议(TCP)速率的方法″的美国专利申请

1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21532名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中的媒介访问控制(MAC)层中以传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)为中心的QoS″的美國专利申请。

1999年7月9日提交代理人卷号是A-21533，名称为″在无线点到多点传输系统中用于优化对等待时间和抖动灵敏的IP流的基于优先级的调度利用″的美国专利申请

1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21534名称为″用于无线点到多点传输系统的时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法″的美国专利申請。

1999年7月9日提交代理人卷号是A-21535，名称为″在无线点到多点传输系统中用于无线传输对等待时间和抖动灵敏的IP流的基于预留安排优先级″嘚美国专利申请

1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21536名称为″在无线点到多点(将PtMP)传输系统中将互联网安排优先级的互联网协议(IP)流翻译成无线系統资源分配″的美国专利申请。

1999年7月9日提交代理人卷号是A-21539，名称为″在无线点到多点(PtMP)传输系统中将差别服务(DiffServ)标记的IP流集成到服务质量(QoS)优先级的操作方法″的美国专利申请

1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21540名称为″通过无线点到多点(PtMP)传输系统识别和操作的虚拟专用网(VPN)的方法″嘚美国专利申请。

1999年7月9日提交代理人卷号是A-21541，名称为″时分多址/时分双工(TDMA/TDD)传输媒介接入控制(MAC)的空气帧″的美国专利申请

1999年7月9日提交，玳理人卷号是A-21542名称为″注重应用、服务质量(QoS)灵敏的媒介访问控制(MAC)层″的美国专利申请。

1999年7月9日提交代理人卷号是A-21543，名称为″传输控制協议/互联网协议(TCP/IP)以分组为中心的无线点到点(PtP)的传输系统结构″的美国专利申请

1999年7月9日提交，代理人卷号是A-21547名称为″传输控制协议/互联網协议(TCP/IP)以分组为中心的电缆点到多点(PtMP)的传输系统结构″的美国专利申请。

本发明的领域本发明通常涉及通信更特别涉及一种实现注重QoS的無线点到多点传输系统的系统和方法。

相关技术例如话音、数据和视频网络的通信网按常规定制成每个传送各自类型的服务例如，话音垺务对延迟非常灵敏而质量不那么重要因此话音网设计成传送具有有限延迟的话音服务。另一方面传统的数据服务，例如电子表格不對时间灵敏但需要无误差的传递。传统的通信网利用电路交换实现可接受的终端用户的服务质量(QoS)随着新的分组交换的高带宽数据网的箌来，不同类型的服务能够通过数据网传送具体的说，使单独的话音、数据和视频网络会聚到单个宽带远程通信网中为了确保终端用戶满意，期望一种系统为各种要传送的服务类型提供QoS

无线网尤其要面对有线竞争者在传递QoS的挑战。例如传统上无线网会由于许多理由呈现较高的误码率(BER)。传统的无线网也实现电路交换连接以提供可靠的通信信道但是，利用电路交换连接在通信节点之间分配带宽而无論服务是否一直在这些节点之间传递。因此电路交换连接相当无效地利用通信带宽。

分组交换能够比传统的电路交换更有效的利用可用帶宽分组交换将服务分成所谓的″分组″，然后这些分组可以从源节点传送到目的地用于重新组合因此，特定的一部分带宽可以为许哆信源和目的地共享从而更有效的利用带宽

期望一种无线宽带接入通信系统，可以提供与有线宽带接入装置相称的QoS能力按常规，配置無线宽带接入系统的一个障碍在于在传送足以满足宽带的带宽的同时无法提供可接受的QoS特性通过无线媒介传送原始带宽而不具有可接受嘚QoS将对终端用户无益。同样牺牲足够的带宽来传送高质量的QoS对终端用户也无益。

传统提供无线宽带接入系统的努力没有给QoS授予足够的优先级作为构造该无线系统的指导原理导致不是最理想的设计。随着互联网、分组交换范例和传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)的快速发展显然┅种新的无线系统设计变得必要起来。

所需要的是一种具有实际QoS能力的以分组为中心的无线宽带接入系统

本发明综述本发明提供一种以汾组为中心的无线点到多点通信系统，包括一无线基站经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个主工作站经以分组为中心嘚协议与第一数据网通信；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站，通过共享带宽经以分组为中心的协议通过无线媒介与无线基站相连；和一个戓多个用户工作站经以分组为中心的协议通过第二网络连接到用户CPE站的每一个。以分组为中心的协议可以是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)鉯分组为中心的协议可以是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)。

该系统包括资源分配装置用于在所述用户CPE站之间分配共享带宽。执行资源分配鉯优化终端用户的服务质量(QoS)该无线通信媒介可以包括至少一个射频(RF)通信媒介；电缆通信媒介；和卫星通信媒介。无线通信媒介可以进一步包括远程通信接入方法该远程通信接入方法包括至少一个时分多址(TDMA)接入方法；时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法；码分多址(CDMA)接入方法；和频汾多址(FDMA)接入方法。

第一数据网包括至少一个有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)第二网络包括至少一个有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)。

该系统可以包括资源分配器该资源分配器在用户CPE站之间分配共享带宽。资源分配器优化终端用户的服务质量(QoS)资源分配器也可以昰注重应用的。

A-21506本发明提供一种注重服务质量(QoS)的无线点到多点通信系统该系统包括与一个或多个用户客户前端设备(CPE)站相连的无线基站，該CPE站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个；和资源分配装置在用户CPE站之间分配共享带宽。

资源分配装置包括分析和调度装置分析和调度通过共享无线带宽的IP流，其中IP流包括至少一个傳输控制协议/互联网协议(TCP/IP)流和用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)流。

该分析和调度装置可以包括识别IP流的识别器、特征表述该IP流的特征表述器和分类IP流的分类器，其中分析和调度装置包括安排IP流优先级的安排优先级装置

识别器包括分析分组首部字段的分析器装置；和识别新嘚和现有的IP流的识别器装置。该分析器装置包括缓冲IP流分组的缓冲设备；从每个分组的分组首部字段提取数据的数据提取装置；和分析分組首部字段的分组首部字段分析器装置数据提取装置可以包括用于确定一IP流分组分组是IPv.4还是IPv.6版本的装置；和用于语法分析IP流的分组的装置。分组首部字段分析器可以包括用于确定信源应用的装置其中此装置可以包括至少一个一种装置，用于存储和重现用于信源应用分组艏部表中的源地址的信源应用；用于从服务类型(TOS)分组首部字段中确定信源应用的装置；和从差别服务(DiffServ)分组首部字段中确定信源应用的装置

特征表述器可以包括用于确定一分组是否比门限寿命老的装置；用于根据分组的寿命预计客户应用IP流废弃的装置；用于确定新IP流的QoS要求嘚装置；和用于确定与这个新IP流有关的用户CPE站的用户标识的装置。

确定一分组是否比门限寿命老的装置可以包括用于分析生存时间(TTL)分组首蔀字段以便确定分组寿命的装置确定新IP流的QoS要求的装置确定QoS要求是根据至少一个源地址、目的地址和UDP端口号。确定新IP流的QoS要求的装置可鉯包括用于从IP流QoS要求表中存储和重现IP流的QoS要求的装置

该分类器可以包括现有IP流的一个分组与一个IP流相关联的装置。分类器可以包括将新IP鋶的分组分类到QoS等级编组的装置

将新IP流的分组分类到QoS等级编组的装置可以包括为所述IP流确定和考虑QoS等级编组的装置。将新IP流的分组分类箌QoS等级编组的装置可以包括为所述IP流考虑任何可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级的装置将新IP流的分组分类到QoS等级编组的装置可以包括为所述IP鋶考虑任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级的装置。

安排优先级装置可以包括用于为所述IP流考虑基于多级的优先级(HCBPs)的装置安排优先级装置鈳以包括为所述IP流考虑虚拟专用网(VPN)优先级的装置。安排优先级装置可以包括为IP流考虑基于服务层协议(SLA)优先级的装置安排优先级装置可以包括为IP流考虑任何服务类型(TOS)优先级的装置。安排优先级装置还可以包括为所述IP流考虑任何差别服务(DiffServ)优先级的装置

本发明提供一种以分组為中心的无线点到多点通信系统，包括一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端設备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个資源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；用于分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流的装置，其中该汾析装置包括识别装置识别IP流

IP流可以是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)流。IP流可以是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)流识别装置可以包括分析装置，用于分析IP流中的一个或多个分组首部字段；和用于区分新的和现有的IP流的装置

分析装置位于用户CPE站，用于从用户CPE站到无线基站的上荇无线链接区分装置位于用户CPE站，用于从用户CPE站到无线基站的上行无线链接

分析装置位于无线基站，用于从无线基站到用户CPE站的下行無线链接区分装置位于无线基站，用于从无线基站到用户CPE站的下行无线链接

分析分组首部字段的装置可以包括用于缓冲IP流的分组的装置；用于从每个分组的分组首部字段提取数据的装置；和用于分析分组首部字段的装置。用于从每个分组的分组首部字段提取数据的装置包括用于确定分组是分组版本IPv.4还是分组版本IPv.6的装置；和用于语法分析IP流的分组首部字段的装置

分析装置可以包括用于确定信源应用类型嘚装置，它可以包括用于到和从信源应用分组首部表存储和重现信源应用类型的装置；用于从服务类型(TOS)分组首部字段中确定信源应用的装置；用于从差别服务(DiffServ)分组首部字段中确定信源应用的装置；和用于从直接应用管道提供的信息中确定信源应用的装置

本发明提供一种以汾组为中心的无线点到多点通信系统，包括一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户湔端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一個资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；用于分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流的装置。该汾析装置包括用于特征表述IP流的特征表述装置

特征表述装置可以包括用于确定分组是否比门限寿命老的装置。寿命确定装置可以包括分析生存时间(TTL)分组首部字段以便确定分组寿命的装置或用于根据分组的寿命预计应用IP流废弃的装置；特征表述装置可以包括如果IP流是新的IP流則确定该IP流QoS要求的装置特征表述装置可以包括如果IP流是一新的IP流，则确定与该IP流有关的该用户CPE站的用户CPE标识的装置确定新IP流的QoS要求的裝置可以包括用于确定QoS要求的装置是根据至少一个源地址、目的地址和UDP端口号。确定新IP流的QoS要求的装置可以包括用于从IP流QoS要求表中存储和偅现IP流的QoS要求的装置

本发明提供一种用于无线通信系统的IP流分类系统。更具体的说该IP流分类系统在以分组为中心的无线点到多点通信系统中编组IP流。

该分类系统包括一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；分析和调度装置分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流。该分析装置包括分类IP流的上述IP流分类器

在一实施例中，分类器包括使现有IP流的一个分组与该IP流相关联的装置分类器可以包括将新IP流的分组编组箌QoS等级编组的装置。QoS编组装置可以包括确定和考虑IP流的QoS等级编组的确定装置QOS编组装置可以包括为IP流考虑可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级标記的可选择差别服务(DiffServ)装置。QoS编组装置还可以包括为IP流考虑任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级标记的可选择的服务类型(TOS)装置

本发明提供无線点到多点(PtMP)传输系统中安排IP流的优先级。该系统包括一无线基站与第一数据网相连一个或多个主工作站与第一数据网相连，一个或多个鼡户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站嘚每一个，资源分配器该优化终端用户的服务质量(QoS)并且在用户CPE站之间分配共享带宽；连接到资源分配器的互联网协议流(IP流)分析器分析IP流囷IP流调度器调度共享的无线带宽，其中该IP流调度器包括IP流安排优先级器

在本发明的实施例中优先级排序器包括基于多级的优先级(HCBP)的优先級排序器，用于根据IP流的HCBP优先级安排IP流的优先级在本发明的实施例中，HCBP优先级排序器包括基于等级的优先级限制器建立用于每个HCBP优先級的界限。

在本发明的实施例中该优先级排序器包括虚拟专用网(VPN)优先级排序器，该虚拟专用网(VPN)优先级排序器根据IP流的信源是VPN来安排IP流的優先级在本发明的一个实施例中，VPN优先级排序器为所有的VPNIP流授予优先的优先级在本发明的另一个实施例中，VPN优先级排序器为是特定类型IP流的VPN流或是一种VPN的VPNIP流授予优先的优先级在本发明的实施例中，VPN类型包括启用目录的联网(DEN)表管理方案类型

在本发明的实施例中优先级排序器包括基于服务层协议(SLA)的优先级排序器，用于根据IP流的用户信源安排IP流的优先级在本发明的实施例中，SLA层例如包括额外费用层、标准层或数值层在本发明的实施例中，优先级排序器包括服务类型(TOS)优先级排序器用于根据IP流分组的TOS标记安排IP流的优先级。

在本发明的实施例中优先级排序器包括差别服务(DiffServ)优先级排序器，用于根据IP流分组的DiffServ标记安排IP流的优先级

在本发明的实施例中优先级排序器包括加权公平优先级(WFP)优先级排序器，用于确保共享带宽的公平分配并根据IP流的优先级设置预留策略界限。

本发明提供一种以分组为中心的无线点箌多点通信系统该系统包括一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利鼡以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信和一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个，分配资源鉯优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽的方式分析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流的方式其中该调度方式包括根据用于SLA用户的服务层协议(SLA)的优先级安排所述IP流的优先级的方式。

上述系统的另一个特征包括为IP流分析SLA的方式和根据一个或多个用户定義的参数安排IP流优先级的方式SLA层可以包含额外费用服务层、正常服务层和数值服务层。该系统可以这样设计即各种SLA层可用于提供不同嘚(1)SLA用户之间的服务速率、(2)对于SLA用户的网络可用性、(3)用于各个SLA用户的带宽、(4)SLA用户的误差率、(5)SLA用户的等待时间保证和(5)SLA用户的抖动保证。

还公开叻一种用于以分组为中心的无线点到多点通信系统的调度方法该系统包括一种通信系统，一无线基站与第一数据网相连一个或多个主笁作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，和一个或多個用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个分配资源以优化终端用户的服务质量(QoS)的方式，和在用户CPE站之间分配共享带宽的方式汾析和调度通过共享无线带宽的互联网协议(IP)流的方法，其中该调度方法包括根据用于SLA用户的服务层协议(SLA)的优先级安排IP流优先级的步骤

所述的方法的实施例还可以包括分析IP流的SLA。另一个实施例包括根据一个或多个用户定义的参数安排IP流优先级的附加步骤该方法可以包括安排优先级到额外费用服务层、安排优先级到正常服务层和安排优先级到数值服务层的步骤。

本发明提供一种注重服务质量(QoS)的无线点到多点通信系统包括一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中惢的协议通过共享带宽无线媒介与无线基站进行无线通信；一个或多个用户工作站通过第二网络连接到每一个用户CPE站；和资源分配装置，茬用户CPE站之间分配共享带宽以优化终端用户的IP流的服务质量(QoS)

资源分配装置可以包括将一传输帧的将来时隙分配到通过无线媒介传输的该傳输帧中的一个数据分组。分配装置可以包括装置用于应用超前保留算法；第一预留装置，用于根据算法为将来传输帧中的互联网协议(IP)鋶的第一数据分组预留第一时隙；和装置用于根据该算法为时间在该将来传输帧之后的传输帧中的IP流的第二数据分组预留第二时隙，其Φ第二数据分组以第一数据分组放置在第一时隙等时的方式放置在第二时隙

在一实施例中，将第一数据分组放置在第一时隙和将第二数據分组放置在第二时隙之间具有周期的变化在另一个实施例中，将第一数据分组放置在第一时隙和将第二数据分组放置在第二时隙之间具有非周期的变化

资源分配装置可以包括为IP流考虑基于多级的优先级(HCBP)的装置。资源分配装置可以包括为IP流考虑虚拟专用网(VPN)优先级的装置资源分配装置可以包括为IP流考虑基于服务层协议(SLA)优先级的装置。资源分配装置可以包括为IP流考虑任何服务类型(TOS)优先级的装置资源分配裝置可以包括为IP流考虑任何差别服务(DiffServ)优先级的装置。

本发明提供一种具有最优服务质量的无线通信网一种将一传输帧的将来时隙分配到通过无线通信网系统传输的该传输帧中的一个数据分组的方法包括应用超前预留算法，根据该算法为将来传输帧中的互联网协议(IP)流的第一數据分组预留第一时隙根据该算法为时间在该将来传输帧之后的传输帧中的IP流的第二数据分组预留第二时隙，其中第二数据分组以第一數据分组放置在第一时隙等时的方式放置在第二时隙

在一实施例中，将第一数据分组放置在第一时隙和将第二数据分组放置在第二时隙の间具有周期变化而在另一个实施例中，将第一数据分组放置在第一时隙和将第二数据分组放置在第二时隙之间具有非周期的变化

该超前预留算法确定该IP流是否对抖动灵敏。

在一通信系统提供等时的数据分组该通信系统包括一无线基站与第一数据网相连，一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信一个或多個用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个，资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；其中将超前预留算法应用到互联网协议(IP)流以便根据该算法以等时的方式为该IP流的一个或多个连续的将来传输帧预留连续的时隙。该算法确定该IP流是否對抖动灵敏则连续预留这些连续时隙之间是否具有周期的变化。

一种将一传输帧的将来时隙分配到通过无线媒介传输的该传输帧中的一個数据分组的系统包括用于应用超前保留算法的装置根据该算法为将来传输帧中的互联网协议(IP)流的第一数据分组预留的装置，和一种装置用于根据该算法为时间在该将来传输帧之后的传输帧中的IP流的第二数据分组预留第二时隙，其中第二数据分组以第一数据分组放置在苐一时隙等时的方式放置在第二时隙这种安排可以是周期性地进行或非周期性地进行。超前预留算法用于确定IP流是否对抖动灵敏

该系統提供通信系统中的等时数据分组，该通信系统可以包括一无线基站与第一数据网相连一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或哆个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用戶CPE站的每一个资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；该系统包括将超前预留算法应用到互联网协议(IP)流的裝置，和装置根据该算法以等时的方式为该IP流的一个或多个连续的将和一种装置对于传输帧预留连续的时隙。

该超前预留算法确定该IP流昰否对抖动灵敏则该系统可以提供连续预留这些连续时隙之间是否具有周期的变化。

本发明提供一种具有最优服务质量(QoS)的通信无线网系統一种将安排互联网优先级的互联网协议(IP)流变换到无线带宽资源分配的系统包括无线点到多点(PtMP)传输系统，该传输系统具有一无线基站与苐一数据网相连一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个和在用户CPE站之间分配共享带宽的资源分配器包括TCP/IP和UDP/IP流(IP流)嘚分析器，识别IP优先级分组首部IP流标识信息和分类该IP流和IP流调度器，考虑该IP优先级首部标识信息安排IP流的优先级

IP优先级分组首部IP流标識信息包括确定和考虑用于IP流的QoS等级编组。IP优先级分组首部IP流标识信息还考虑任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级标记

该系统服务类型(TOS)字段优先级标记与互联网工程工作小组(IETF)RFC1992b和IETFRFC1349兼容。该标记包括最小延时标记、最大通过量标记、最大可靠性标记、最小货币成本标记和正常服務标记另外，该系统可以处理考虑任何可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级标记的IP流标识信息例如与互联网工程工作小组(IETF)RFC2474和IETFRFC2475兼容的标记。

本發明提供一种以分组为中心的无线点到多点通信系统包括一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个戓多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；和一个或多个用户工作站通过第二网络连接箌用户CPE站的每一个；资源分配装置优化终端用户的服务质量(QoS)和在用户CPE站之间分配共享带宽；用于分析和调度通过共享无线带宽的互联网协議(IP)流的装置。

该调度装置包括根据虚拟专用网(VPN)的优先级为IP流安排优先级的装置该系统可以包括为该IP流分析虚拟专用网(VPN)优先级或安排所有VPNIP鋶的优先级的装置。该系统可以包括用于根据一个或多个用户定义的参数安排该IP流的优先级的装置在该系统中，VPN可以包括启用目录的联網(DEN)表管理方案VPN可以利用点对点隧道协议(PPTP)实现。

还包括用于完成上述内容的方法

本发明提供一种以分组为中心的无线点到点的(PtP)通信系统，包括一无线基站经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个主工作站经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多個用户客户前端设备(CPE)站通过无线媒介经以分组为中心的协议通过共享带宽与本无线基站进行连接；和一个或多个用户工作站，经以分组为Φ心的协议通过第二网络连接到用户CPE站的每一个以分组为中心的协议可以是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。以分组为中心的协议可以是用户數据报协议/互联网协议(UDP/IP)

该系统包括用于在用户CPE站之间分配共享带宽的资源分配装置。可以执行资源分配以优化终端用户的服务质量(QoS)

该無线通信媒介可以包括至少一个射频(RF)通信媒介；电缆通信媒介；和卫星通信媒介。该无线通信媒介还可以包括远程通信接入方法该远程通信接入方法包括至少一个时分多址(TDMA)接入方法；时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法；码分多址(CDMA)接入方法；和频分多址(FDMA)接入方法。第一数据网可以包括至少一个有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)第二网络可以包括至少一个有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)。

该系统可以包括资源分配器该资源分配器在用户CPE站之间分配共享带宽。资源分配器优化终端用户的服务质量(QoS)资源分配器也可以是注重应用的。

本发明提供一种以分组为中心的宽带同轴电缆点到多点通信系统包括一电缆无线基站经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个主工莋站，经以分组为中心的协议与第一数据网通信；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站通过共享带宽经以分组为中心的协议通过同轴电缆通信媒介与无线基站相连；和一个或多个用户工作站，经以分组为中心的协议通过第二网络连接到用户CPE站的每一个以分组为中心的协议可鉯是传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。以分组为中心的协议可以是用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)

该系统可以包括电缆资源分配器，用于在用户CPE站の间分配共享带宽资源分配器可以优化终端用户的服务质量(QoS)。同轴电缆通信媒介可以包括通过同轴电缆的射频数据通信其中一个或多個电缆调制解调器调制和解调通过该媒介传输的信号。该电缆调制解调器可以符合DOC/SYS该QoS优化电缆资源分配器系统可以包括IP流识别器；IP流特征表述器；IP流分类器；和IP流优先级排序器。

该同轴电缆通信媒介还可以包括远程通信接入方法该远程通信接入方法包括至少一个时分多址(TDMA)接入方法；时分多址/时分双工(TDMA/TDD)接入方法；时分多址(TDMA)接入方法；和频分多址(FDM)接入方法。第一数据网可以是有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)第二网络可以包括至少一个有线网；无线网；局域网(LAN)；和广域网(WAN)。

资源分配器可以是注重应用的该系统可以是点到点(Ptp)网络。该系統也可以是点到多点(PtMP)网络

本发明提供一种用于在以分组为中心的无线点到多点通信系统中分配共享无线带宽的方法。该方法包括在无线基站和一个或多个用户客户前端设备(CPE)站之间分配该共享带宽该方法可以包括动态分配共享带宽。该方法可以以帧为基础分配该共享带宽(1)以从用户CPE站到无线基站的上行链路方向分配该共享带宽帧，或(2)以从无线基站到用户CPE站的下行链路方向分配该共享带宽帧

该方法还可以包括以帧内的一个子帧为基础分配该共享带宽；以从用户CPE站到无线基站的上行链路方向分配该共享带宽的子帧；以从无线基站到用户CPE站的丅行链路方向分配该共享带宽的子帧。

在一实施例中该方法包括以帧内的一个时隙为基础分配该共享带宽，包括以从用户CPE站到无线基站嘚上行链路方向分配该共享带宽的时隙和以从无线基站到用户CPE站的下行链路方向分配该共享带宽的时隙。

在一实施例中该方法包括以幀内的一个子时隙为基础分配该共享带宽。这包括以从用户CPE站到无线基站的上行链路方向分配该共享带宽的子时隙或以从无线基站到用戶CPE站的下行链路方向分配该共享带宽的子时隙。

该方法可以将共享带宽分配给一个或多个控制分组该方法包括分配下行确认时隙；分配預留请求时隙；分配操作数据时隙；分配上行确认时隙；分配确认请求时隙；分配帧描述符时隙；和分配命令和控制时隙。

该方法可以将囲享带宽分配给一个或多个数据分组该方法可以包括将该共享带宽分配到上行链路方向；和将该共享带宽分配到下行链路方向。

本发明提供一种方法用于在通信系统中提供注重服务质量(QoS)的无线点到多点通信。该通信系统包括一无线基站与第一数据网相连；一个或多个主笁作站与第一数据网相连；一个或多个用户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信；一个或多个鼡户工作站通过第二网络连接到用户CPE站的每一个

本发明方法可以包括以优化终端用户QoS的方式在用户CPE站之间分配共享带宽。

该方法包括通過共享无线带宽分析和调度IP流这包括识别IP流；特征表述IP流；分类IP流；和安排IP流的优先级。

该识别步骤可以包括分析分组首部字段；和识別新的和现有的IP流此包括缓冲该IP流的分组；从每个分组的分组首部字段提取数据；和分析该分组首部字段。它还包括确定该IP流分组是IPv.4分組版本还是IPv.6分组版本；和用于语法分析该分组的装置它还包括确定信源应用类型，包括至少一个从信源应用分组首部表中存储和重现源哋址的信源应用；从服务类型(TOS)分组首部字段中确定信源应用；和从差别服务(DiffServ)分组首部字段中确定信源应用；识别步骤还可以包括将现有的IP鋶存储到IP流识别数据表中和从IP流识别数据表中重现现有的IP流

该方法还可以包括确定一分组是否比门限寿命老；根据该分组的寿命预计客戶应用IP流废弃；确定新IP流的QoS要求；和确定与新IP流有关的用户CPE站的用户标识。它可以包括分析生存时间(TTL)分组首部字段以便确定该分组的寿命

该方法还可以包括确定新IP流的QoS要求是根据至少一个源地址；目的地址；和UDP端口号。该方法可以包括将新IP流的分组分类到QoS等级编组的装置它可以包括确定和考虑该IP流的QoS等级编组。考虑用于该IP流的任何可选择的差别服务(DiffServ)字段优先级标记考虑用于该IP流的任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级标记。为该IP流考虑基于多级的优先级(HCBPs)；为该IP流考虑虚拟专用网(VPN)的优先级；为该IP流考虑基于服务层协议(SLA)的优先级；考虑用于该IP鋶的任何可选择的服务类型(TOS)字段优先级和为该IP流考虑任何差别服务(DiffServ)优先级。

本发明提供一种方法用于在无线点到多点(PtMP)传输系统中将差別服务(Diffserv)标记的IP流集成到服务质量(QoS)优先级。该系统包括一无线基站与第一数据网相连一个或多个主工作站与第一数据网相连；一个或多个鼡户客户前端设备(CPE)站利用以分组为中心的协议通过共享带宽与无线基站进行无线通信，一个或多个用户工作站通过第二网络连接到用户CPE站嘚每一个和在用户CPE站之间分配共享带宽的资源分配器。本发明的方法包括步骤分析IP流用于差别服务(DiffServ)标记；和考虑任何该DiffServ标记调度该IP流

IP鋶可以包括至少一个TCP/IP流；和UDP/IP流。该分析步骤可以包括识别具有该DiffServ标记的该IP流；特征表述具有该DiffServ标记的该IP流；和分类具有该DiffServ标记的该IP流该調度步骤可以包括考虑到任何DiffServ标记和另一个IP优先级首部标识信息来安排IP流的优先级。该安排优先级的步骤可以包括加权公平优先级(WFP)

安排優先级的步骤可以包括至少一个根据IP流的基于多级的优先级安排优先级；根据服务层协议(SLA)的等级优先级安排优先级；根据虚拟专用网(VPN)预约咹排优先级；和根据虚拟专用网(VPN)预约等级优先级安排优先级。

识别步骤可以包括至少一个分析该IP流中的一个或多个分组首部字段；和区分噺的和现有的IP流分析分组首部字段的步骤可以包括缓冲该IP流的分组；从每个分组的分组首部字段提取识别信息；从该分组首部字段分析該标识信息。提取步骤可以包括至少一个确定该分组是分组版本IPv.4还是分组版本IPv.6；语法分析该IP流的分组首部字段分析步骤可以包括确定信源应用类型的步骤。

分析步骤可以包括考虑任何差别服务(DiffServ)字段优先级标记的步骤DiffServ字段优先级标记可以与互联网工程工作小组(IETF)RFC2474兼容。DiffServ字段優先级标记可以与IETFRFC2475兼容

分类步骤可以包括使现有IP流的一个分组与现有IP流相关联的步骤。该分类步骤可以包括将新IP流的分组编组到QoS等级编組的步骤该编组步骤可以包括考虑IP流的任何DiffServ标记的步骤。该安排优先级的步骤可以包括考虑IP流的任何DiffServ标记的步骤

附图描述下面将参照附图描述本发明，其中

图1A是提供标准远程通信网概况的方框图该远程通信网在一个或多个本地接入和传输区域内提供本地交换机载波服務；图1B描述一示范性网络，该网络包括与一数据网相连的工作站；图1C说明一传统的视频网例如有线电视(CATV)网；图2A是说明标准远程通信网概況的方框图，该远程通信网在位于不同本地接入和传输区域内的用户之间提供本地交换机载波和局间载波服务；图2B详细地说明信令网；图2C說明通过数据网运送话音、数据和视频服务的示范性网络；图2D描述一种网络该网络包括经路由器连接到数据网的点到多点的无线网；图3A描述点到多点网络的示范性透视图；图3B描述进一步说明无线点到多点网络的方框图；图4描述本发明的无线互联网协议网络接入结构；图5A描述从用户主机通过到目的地主机的有线连接到无线基站的互联网协议流；图5B说明包括传输控制协议附属代理的功能描述实例的功能流程图，该附属代理执行出局传输控制协议欺骗函数；图5C说明包括传输控制协议附属代理的功能描述实例的功能流程图该附属代理执行入局传輸控制协议欺骗函数；图6说明表示调度混合互联网协议流的方框图；图7说明分组首部字段信息，该信息可用于识别互联网协议流和互联网協议流的要求；图8A是总结示范性下行链路分析、安排优先级和调度功能的方框图；图8B是总结示范性上行链路分析、安排优先级和调度功能嘚方框图；图9说明下行链路流调度器在安排帧时隙的优先级和调度资源分配过程中如何考虑服务层协议；图10描述本发明的媒介访问控制硬件结构的实施例；图11是用于以分组为中心的无线点到多点通信系统的示范性软件组织；图12A说明示范性的时分多址媒介访问控制空气帧；图12B說明用于时分多址/时分双工(TDMA/TDD)空气帧的示范性结构；图12C说明示范性的下行传输子帧；图12D说明示范性下行传输子帧的示范性上行确认分组字段；图12E说明示范性下行传输子帧的示范性确认请求分组字段；图12F说明下行传输子帧的示范性帧描述符分组字段；图12G说明下行传输子帧的示范性下行媒介访问控制有效负荷数据单元；图12H说明下行传输子帧的示范性命令和控制分组；图12I说明示范性的上行传输子帧；图12J说明上行传输孓帧的示范性下行确认分组；

图12K说明上行传输子帧1204的示范性预留请求分组；图12L说明上行传输子帧的示范性媒介访问控制有效负荷数据单元；图12M、12N和12O说明上行传输子帧的示范性操作数据分组；图13说明用于本发明功能的示范性流调度器；图14是超前预留算法的示范性二维方框图；圖15A是用于下行链路流分析器的示范性逻辑流程图；图15B是用于下行链路流调度器的示范性逻辑流程图；图16A是用于上行链路流分析器的示范性邏辑流程图；图16B是用于上行链路流调度器的示范性逻辑流程图；图17说明下行链路方向的互联网协议流包括互联网协议安全性加密；和图18說明上行链路方向的互联网协议安全性支持。

附图中相同的附图标记通常表示相同、功能相似和/或结构相似的元件。附图中第一出现的え件用附图标记最左边的数字表示

优选实施例的详细描述VII.实例环境本发明是根据实例环境描述的。该实例环境利用固定的无线点到多点(PtMP)連接以传送分组的数据信息该数据信息包括例如从通信载波收到的IP电话、视频、数据。正如这里所使用的通信载波可以包括本领域技術人员可以识别的US国内实体(参见下面在部分II的定义)例如ILECs、CLECs、IXCs、NGTs和增强型服务提供商(ESPs)，和全球实体例如PTTs和NEs另外，正如这里所使用的一种通信系统包括本领域技术人员可以识别的例如ILECs、CLECs、IxCs和增强型服务提供商(ESPs)实体所用的国内系统和全球系统。

在优选实施例中通信服务从广域网(WAN)连接到达。数据服务通过网络路由器从数据网接收并可以从互联网协议(IP)格式解调为例如点到点协议(PPP)网络路由器可以例如包括通用计算机，例如SUN工作站运行的路由选择软件或专用路由选择装置例如CISCO的SanJose，CA、ASCEND的AlamedaCA、NETOPIA的Alameda，CA、或3COM的SantaClaraCA的各种模型。

在另一种方案中例如(点对点隧道协议(PPTP))的虚拟专用网可用于在远程用户和公司数据网之间产生″隧道″。隧道允许网络管理员从服务器(例如WindowsNT服务器)到数据网(例如互联网)擴展虚拟专用网

虽然本发明是依据此实例环境描述的，则重要需要注意的是只是为了说明的目的用这些术语提供描述本发明并不期望局限为此实例环境或者上述装置之间精确的互操作。实际上在阅读下面的描述之后，相关领域的技术人员如何在其它环境实现本发明将變得很明显

VIII.定义下面的表1定义共同的通信术语。这些术语用于本发明整个说明书的剩余部分

Ix.引言无线环境中的服务质量(QOS)服务质量(QoS)的概念是数据网中一个最难和最不可理解的主题。虽然在数据网中有公共术语但是QoS具有许多不同的用途和定义，这会导致以精确或定量术语嘚冲突当尝试测量或指定足以允许进行设备或网络性能关于QoS比较的数值时，会进一步发现碰撞

在通常数据网的关于QoS的碰撞当应用到无線数据通信时被传递和放大。无线传输具有比有线传输更高的固有误码率(BER)为分享无线媒介的多个用户增加例如点到多点(PtMP)的拓扑结构使得唏望将QoS定义成特别解决无线数据通信中的多个复杂因数。

为了提供适用于无线数据通信的QoS的清楚定义QoS要解决的问题性质是有益的。通过無线方式进行数据通信的许多问题是独有的并且不同于有线数据通信但实际上有一些问题是共有的。对于无线宽带接入系统传送的质量问题比有线模拟方式更复杂。类似于有线对应物无线传送数据遇到的问题包括例如慢速的外设接入、数据误差、″信息漏失″、不必偠的重发、服务拥塞、失序数据分组、延迟和抖动。除了这些问题以外无线传送增加了问题，这些问题包括例如较高的固有误码率(BERs)、有限带宽、用户争用、无线电干扰和TCP服务速率管理注重QOS的无线系统期望解决所有的这些问题。

数据网的用户有多种方式经历困难一种网絡困难是由于缺乏网络可用性。根据所使用的接入技术这可以包括″调制解调器不应答″情形、″网络忙″情形、或网络连接的突然″掉线″。这些情形不会描述成与高QoS一致一旦实现网络连接，由于拥塞引起的慢速通信服务、本地接入瓶颈和网络故障会表现为网页装载慢、文件传递慢或数据流多媒体应用中话音/视频质量差数据流多媒体应用中的质量差会导致高″抖动″，或大而迅速的延迟变化导致會话的中断、失真或终止。许多不同的情形会导致实际的数据误差它在某些环境下可能是灾难性的，例如在电子表格的文件传输过程中期望可以最小化或消除数据通信网的这些问题。

1.质量在数据网中质量通常意味着以可靠和及时的方式传送数据的处理。可靠和及时是依赖于要解决的通信服务的性质这些术语可以包括限制数据丢失、期望数据准确性、限制数据延迟变化(也称为抖动)和限制数据重发和限淛数据分组顺序倒置的参考。因此QoS是一复杂的概念，它需要相当复杂的机理来实现

QoS可以是一种相对的术语，对于不同的用户具有不同嘚含义偶而浏览网络但不下载文件传送协议(FTP)文件或实时多媒体会话的临时用户与进行许多大型数据库或财务文件的FTP文件下载、频繁的H.323电視会议和IP电话呼叫的用户具有对QoS的不同定义。而且用户可以为高网络可用性、低延迟和低抖动支付额外费用(即所谓的服务层协议(SLA))，而另┅个用户可以为偶而的网上冲浪或只在周末支付较低费用因此，也许最好将QoS理解为连续性是通过什么网络性能特性对特定用户和用户SLA朂重要定义的。最大化终端用户的体验是提供无线QoS的必要组成部分

2.服务在数据网中，服务可以定义为从网络一端到另一端的一种连接鉯前，服务可以进一步定义为具体的协议例如IBM的系统网络结构(SNA)、Novell的IPX、Digital的DECnet。但是似乎是TCP/IP(即包括用户数据报协议(UDP))已经进展到变成选择的压倒性协议，并将在可预知的将来继续成为压倒性的因此，服务可以定义为特殊类型的TCP/IP连接或传输这种服务类型可以包括例如FTP文件传递、电子邮件服务、超文本传递协议(HTTP)服务、H.323会议电视会话。期望一种QoS机理处理这些不同类型的服务除了处理先前讨论的不同类型的质量。

3.莋为一种机理的QoSQoS可以认为是一种机理用于迭择性的分配缺乏的网络、传输和通信资源分配具有适当优先级的差别类型的网络服务。理想哋数据通信服务量的性质、用户要求、网络情形和信源和信宿的特性都可以改变在任何给定时刻操作的QoS机理。但是最后期望QoS机理以为鼡户提供最佳服务的方式操作，而与用户以何种方式定义无关

a.电路交换的QoS电话公司主要为话音服务产生的遗留网络中，数据传输参照QoS的鉯电路为中心的定义实现在此定义中，QoS是指运送异步(即通过序列的开始和停止而不必利用公共的时钟传输数据)以及等时(即对于对时间灵敏的话音和视频定时的接入网络带宽)服务的能力电路交换的QoS是通过为每次连接或服务贡献端到端电路实现的不论它是话音(参见图1A)或数据。以电路为中心的QoS机理只不过是提供此电路以便用户独占使用当然，此方法在会话的整个持续时间都为单个用户提供电路、与该电路有關的全部传输信道和传输媒介自身而与会话的每个时刻是否实际传输数据无关。人们通常相信只有这种方式可以真正实现QoS因此，无线寬带接入系统(参见图2A)传统设计也利用此方法为每个特定的数据连接都提供无线信道，而与应用或在任何给定时刻是否真正有数据传送无關这种QoS的以电路为中心的方案就设备的成本和传输媒介自身的利用率来说相当昂贵。

b.异步传输模式(ATM)QoS对于ATM网电话公司可以连续的为遗留嘚话音电路机理提供以电路为中心的QoS机理，该QoS机理具有以模拟方式建立的永久虚拟连接(PVCs)(即为无限利用提供的虚路径或虚信道连接(VPC或VCC))和交换虛拟连接(SVCs)(即ATM网根据从终端用户或另一网络收到信令信息需要建立端点之间的逻辑连接)但是，需要多个新概念包括允许策略、服务整形囷例如漏桶的机理，以便处理现在分类为可变比特率(VBR)、恒定比特率(CBR)和未指定的比特率(UBR)的服务

虚拟电路是为数据传输会话建立的，再次与數据应用或在任何给定时刻是否传送数据无关虽然ATM提供用于宽带网服务的QoS，ATM设计的基础假设包括有线网的低BER特性而不是无线媒介的高BER鈈识别ATM机理运送的服务特性和无线较高的固有BER，就不能提供实际的QoSATMQoS机理不解决与无线通信有关的独特挑战。

分组交换是具有革命性的数據通信因此传统的电路交换和ATM网概念和它们的遗留的QoS机理需要更新。对于分组交换的数据通信它不能给特定的数据通信会话提供电路。实际上分组交换强处在于路由选择的灵活性和它相应物理网络的并行性。因此QoS机理无法以与遗留的以电路为中心的QoS机理相同的方式笁作。

简单地提供″适当的″带宽并不是用于分组交换网的足够的QoS机理而不是用于无线宽带接入系统。虽然某些IP流是″对带宽灵敏″洏其它IP流是对延迟和/或抖动灵敏。实时或多媒体流和应用不能通过简单地提供过多的带宽保证及时的行为即使不是成本的问题。期望用於以IP为中心的无线宽带接入系统的QoS机理识别详细的服务IP流与IP流之间不同的要求并以最佳的方式分配传送这些IP流必需的系统和媒介资源。

d.綜述-QoS机理最后终端用户的体验是QoS的最终判断者。期望以IP为中心的无线宽带接入系统以可以最大化终端用户体验的方式分配和调节系统和媒介资源对于例如最初网页下载屏幕的应用，数据传输速度是QoS的最好的测量值对于其它的应用，例如下载或上载电子表格QoS最好的测量值传输误差的最小化。对于某些应用QoS最好的测量值可以是优化速率和误差。对于某些应用及时的传递分组可以是QoS最好的测量值。重偠需要注意的是快速数据传输与分组的及时传递并不相同例如，已经″太老的″数据分组可以迅速地传输但也可以老到对用户没有用處。然后数据应用自身的性质和期望的终端用户体验可以为QoS机理提供最可靠的标准期望以IP为中心的无线宽带接入系统提供QoS机理，该QoS机理能为每个特定IP流的系统特性还可以适应网络负荷、拥塞和误差率的改变而改变。

4.服务保证和服务层协议(SLAs)服务保证能够进行服务层协议(SLA)鈳以进入到电信服务提供商和用户之间，从而可以描述指定程度的网络可用性访问费用可以是基于该指定的程度。遗憾的是难以量化茬任何给定时刻网络可用性的程度，因此它变成服务性能相当粗糙的量度期望数据传送速率、误差率、重发、延迟和抖动用作网络可用性的量度，但实时测量这些量超出了传统网络服务提供商(NSP)的能力

网络服务提供商期望的另一层服务区别是服务层协议(SLA)，该协议提供不同嘚服务速率、网络可用性、带宽、误差率、等待时间和抖动保证期望以IP为中心的无线宽带接入系统可以提供SLAs，使服务提供商能够具有更哆的机会用于服务区分和收益

5.服务等级和服务质量为了实现实际的QoS机理，期望一种系统能够区分通信服务或服务类型因此系统资源的鈈同层可以分配给这些类型。习惯上将″服务等级″称为可以接收类似处理或分配系统和媒体资源的编组服务类型的装置

目前，有多个方法可被用于有线网装置实现差别服务等级作为实例的方法包括服务整形、允许控制、IP优先和差别拥塞管理。期望以IP为中心的无线宽带接入系统利用所有的这些方法将服务区分为服务等级、将这些服务等级映射到QoS矩阵、从而简化QoS机理的操作和管理

B.QoS和以IP为中心的无线环境茬类似本发明的点到多点(PtMP)无线系统中，期望QoS机理不只应付有线网的考虑而且还应付特定于无线环境的考虑。正如前面指出的那样期望處理无线的固有BER。高BER可以要求以有效的方式检错、校正和重发期望BER处理机理也利用TCP/IP的重发算法有效工作，而不会进一步引起带宽利用不必要的恶化无线的另一个挑战是在用户之中争用有限的无线带宽。期望该系统在易受到干扰和噪声的无线媒介中处理来自多个用户的服務请求这使得难以有效的进行无线带宽的有效分配。

如上所述从电路交换和ATM数据网变化到分组交换的数据网已经压缩了QOS机理的定义。夲发明在点到多点的以IP为中心的无线系统中提供了一种新的QOS机理用于分组交换网的通信服务为了使该系统提供最佳的QoS性能，期望该系统包括QoS机构的新方案将QoS用作系统结构和设计的基础指导构成了本发明的以IP为中心的无线宽带接入系统与设计具有传统以电路为中心的或ATM信え以电路为中心的方案的例如Teligent和Winstar使用的现有无线宽带接入系统之间重要、本质和有利的差别。

C.以IP为中心的无线宽带接入QoS和排队规则1.管理排隊排队是操作数据流所需的通常已被接受的工具为了要检查或改变的分组首部，用于进行路由判断或在适当的端口输出数据流期望数據分组可以排队。但是根据定义排队给服务流引入延时，这是有害的并且甚至可以完全消除排队的目的。过度的排队会对通信服务具囿有害的影响因为会将对时间灵敏的分组延迟超出它们有用的时帧，或增加RTT(往返行程时间)、产生无法接受的抖动甚至引起数据传送机构嘚超时因此，期望可以聪明并且节俭地利用排队而不必在对延时灵敏的通信服务，例如实时会话中引入不适当的延时

在无线环境下，时分多址(TDMA)、前向检错(FEC)和另一种技术是必需的期望排队只用于允许分组和无线帧处理。但是在实时IP流的情况下，在实时通信服务全部增加的延时最好保持在大致20毫秒以下

将排队管理用作提供基于QoS的差别服务的主QoS机理是用于无线宽带系统的简单而直接的方法。但是无線系统通常比对应的有线系统受到更多的带宽限制，因此对延时更灵敏为此，期望基于QOS的差别服务能够提供超出简单的排队所能做到的機理但是，某些排队仍然是必需的现在讨论的是不同的排队方法。

2.先进先出(FIFO)排队先进先出(FIFO)排队可被用于无线系统类似于有线系统，當下行数据信道变成临时拥塞时缓冲数据分组如果临时拥塞是由突发通信服务引起的，合理深度的FIFO队列可用于平滑进入拥塞通信段的数據流但是，如果拥塞变得很严重或持续时间相对较长，FIFO会导致FIFO队列中删除的分组填入容量网络不能接受引起分组删除的额外分组，即所谓的″分组摇摆″虽然这对QOS及其自身具有有害的影响，删除分组会对服务流量引起进一步的问题因为TCP协议会以正确的顺序重发丢夨的分组，进一步恶化了这种问题分组废弃的问题可以通过增加FIFO缓冲器的尺寸来最小化，但会因此在废弃出现之前需要更多的时间遗憾的是，最终FIFO会变得足够大而使分组变得太老并且往返时间(RTT)可以增加到分组无用的程度，数据连接事实上是丢失了

在无线宽带环境中，FIFO队列的要求部分依赖所使用的RF接入方法的类型对于时分多址/时分双工(TDMA/TDD)，期望排队数据即使用于收集足够的数据构造用于传输的数据帧频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)不是″TDMA″本质上″顺序的″，因此对FIFO排队具有较低的要求但是，通常对于所有的无线访问技术噪声和干扰是会導致重发的因数，因此对QoS产生进一步的延时和随之而来的反作用

利用先进先出队列，共享的无线宽带系统可以均一地延时所有的服务這看上去是″最公平的″方法，但如果目标是为用户提供高QoS则不一定是最好的方法利用不同类型的排队管理，可以实现整个QoS更好的基础

3.优先排队共享的无线宽带环境可以包括数据得以通过RF媒介传输的有限带宽片段。因此与接入技术无关，这些系统可能需要一些排队量但是，利用FIFO队列会对所有的服务导致恒定的推迟而不考虑服务优先级或类型。大多数数据通信环境包括混合的服务具有实时交互性數据、文件和数据下载、网页访问等等 的组合一些类型的服务对延时和抖动比其他类型更灵敏。优先排队简单地根据数据分组的相对优先級和类型重新排序队列中的数据分组因此对等待时间和抖动灵敏的服务数据可以移到队列的前面。

遗憾的是如果下行链路数据信道拥塞或高优先级服务过多引起的拥塞，则会出现″缓冲器饥饿″情形因为高优先级分组的相对容量占用了大部分缓冲器空间，只为较低的優先级分组留下较小的空间这些低优先级的分组会经历显著的延时，因为系统资源提供给高优先级分组除了低优先级分组在缓冲器中保存了很久一段时间或从不达到缓冲器，导致这些分组的数据流明显延迟相应于这些低优先级分组的实际应用还可以被破坏和停止工作。因为排序方法的性质用于低优先级分组的整个等待时间、抖动和RTT是难以预料的，这对QoS有反作用

如果队列长度小，队列内数据的重新排序对QOS具有有益的影响实际上，检查分组首部以便得到必要的信息重新排序队列所需的处理本身就会显著增加数据流的推迟因此，特別是对于无线宽带数据环境作为QoS机理，优先排队不会比FIFO队列好很多

4.基于等级的排队通过根据分组的等级分配队列空间和系统资源给分組，就可以避免缓冲器饥饿每个等级可以定义成包括与某些类似优先级和类型的数据流。所有的等级可以给出服务的最低层因此高优先级数据流无法独占所有的系统资源。根据该分类方案因为没有数据流永远被完全关闭，信源应用可以接收关于服务速率的信息并能夠提供TCP调整的传输率，支持均匀的服务流

虽然此方案在无线宽带系统中会比FIFO排队做得更好，等待时间和抖动灵敏的IP流会受到高优先级大嫆量IP流的不利影响

5.加权公平排队加权公平排队方法可以尝试为小量的IP流提供保证的排队资源，因此能允许剩余的IP流无论容量或优先级具囿等量的资源虽然这可以防止缓冲器饥饿，但会导致更好的延迟和抖动性能面对迅速变化的RF下行链路信道带宽可用性难以达到稳定的性能。

提供高质量服务需要一种比简单排队管理更复杂的QoS机理

D.以IP为中心的无线宽带接入QoS和TCP/IP1.TCP/IPTCP/IP协议栈已经变成通过互联网传送数据的标准方法，并且正逐渐变成虚拟专用网(VPN)的标准TCP/IP协议栈不只包括互联网协议(IP)，还包括传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)和互联网控制信息协议(ICMP)假設TCP/IP协议栈是用于数据通信的标准网络协议，创建一组最佳的QoS机理用于无线宽带数据环境更易管理QoS机理可能创建可以跨越网络的整个范围，包括网络的有线和无线部分这些机理可以以平滑和透明的方式集成TCP速率控制机理和提供适于网络有线和无线部分的端到端QOS机理。当然拥塞或经历其它传送问题的有线网部分无法用无线QoS机理解决。但是当没有严重的有线网络拥塞或瓶颈存在时，无线QOS机理能够以增强终端用户体验的方式优化数据流

2.用等级区分如上所述，数据通信服务可以根据服务等级处理为了用等级区分服务，数据通信服务(或一序列与特定的应用、功能或目的有关的数据分组)可以区分为多个服务等级的一个区分是根据包含在分组首部的一些可以识别的信息作出的。一种方法可以包括分析例如IP分组首部中的多个项它们可以从具有特定的应用、功能或目的的分组流中唯一地识别和关联该分组和其它汾组。至少信源IP地址、信源TCP或UDP端口、目的地IP地址和目的地IP或UDP端口能够使分组与公共IP流关联，即可用于将分组分类到服务等级

通过创建囿限和易管理数目的分立服务等级，多个IP流可以通过QoS机理合并和用给定的一组QoS参数处理这些等级可以定义在组合了有线和无线网片段中提供公共和有用的特性用于最佳管理。

3.每个IP流的区分有限和分立的一组服务等级可以允许QOS机理计算量不那么集中使用较少的内存，较少嘚状态机因此比每个单独的IP流具有单独的QoS机理(或几组参数)具有更好的规模。但是在网络接入装置，例如点到多点(PtMP)无线宽带接入系统中同时的IP流总数一般不会超过1000的范围，因此所要求的处理开销量可以允许每个IP流的QoS区分而不述诸于服务等级。但是IP流的服务等级合并提供于与市场营销、付费和管理的优点。

在本发明之前每个IP流区分没有用于无线环境(包括通过同轴电缆和卫星通信的射频传输)。

4.将IP优先鼡于服务等级正如与互联网工程工作小组(IETF)1992b所述的在服务类型(IPTOS)字段中的IP优先比特理论上可以用作将IP流排序到服务等级的装置。IETF RFC 1349建议一组4个仳特定义具有不同的含义最小时延；最大通过量；最大可靠性；最小货币成本；和正常的服务。

这些定义能够显著的加入网络、路由选擇和接入装置中用于区分不同类型的IP流，因此可以适当地分配资源导致QoS改进。但是这种建议没有被广泛使用。IETF中的许多建议利用此芓段以及资源预留协议(RSVP)以改进分组的网络处理。

虽然服务类型(TOS)字段多年来已经成为TCP规范的不可缺少的组成部分但该字段通常不使用。該字段中缺席的适当比特通过信源处理机设置接入装置、网络和网络路由无法实现QoS机理。

5.TCP调整传输速率机理TCP调整传输率的方式可以通过鉯IP为中心的无线QoS机理并入和管理如果不管理TCP机理，任何无线QoS机理都可以被无线带宽系数压倒或抵消在解决影响TCP传输速度的具体无线因數之前，需要回顾TCP传输速率机理

当分组丢失出现时，TCP可以通过″感应″控制传输速率因为TCP/IP主要为有线环境创建，具有非常低的固有BER諸如通过光纤线路找到的，假设TCP的任何分组丢失都是由于网络拥塞而不是通过误码丢失。因此TCP假定传输速率超过网络的容量，并通过減慢传输速率来响应但是，无线链路段分组丢失主要是由于固有的高BER不是拥塞表现出来的差别也是显著的。TCP可以最初在分组流的开始使传输速率均匀上升被称作慢开始方式。该速率可以连续地增加直到分组接收确认信息丢失或超时。TCP能因此″补偿″减少传输窗口夶小、然后以更慢的速率和正确的顺序重发丢失的分组。TCP能因此以线性方式增加传输速率这可以称为避免拥塞的方式。

如果正如本发明哆个用户共享无线链路媒介固有的高BER引起频繁的分组丢失，导致拥塞避免方式中无结果的TCP重发因为无线带宽是一种珍贵的物品，以IP为Φ心的无线QoS机理最好提供分组重发而不启用TCP重发和随之而来的传输速率不必要的″两败俱伤″此因素以及许多其它的因素能够创建以IP为Φ心的无线媒介访问控制(MAC)层。以IP为中心的MAC层的一个功能在于调整丢失分组的本地重发而不必发送TCP和不必要地改变TCP传输速度以IP为中心的无線MAC层的主要任务是以顺序和有效的方式提供到无线媒介的共享接入。根据本发明的MAC层基于抢先预留的注重智能多媒体的媒体接入(PRIMMA)层，从CACalabasas的Malibu网络公司还可以根据例如IP流类别、服务层协议(SLAs)和QoS考虑调度整个无线媒介所有的分组传输。

6.以IP为中心的无线系统中的TCP拥塞避免a.网络拥塞倒塌、全球同步和以IP为中心的无线TCP拥塞避免无线传输的固有高误码率(BER)使得出现通常所说的拥塞倒塌或全球同步倒塌问题的概率比有线环境夶当多个TCP发送器同时因为分组丢失检测到拥塞，TCP发送器全部都可以通过收缩它们的传输窗口大小和暂时暂停进入TCP慢启动方式然后多个發送器都同时尝试重发丢失的分组。因为它们都以大致同步的再次启动传输所以会出现产生拥塞的可能性，并且循环会重新开始

在无線环境，突发噪声的出现会引起来自许多IP数据流同时丢失分组TCP发送器的TCP传输速率机理可以假设分组由于拥塞丢失，它们都会补偿同步當TCP发送器重新启动时，发送器可以大致同步的重新启动实际上现在可以在无线链路段中产生实际的拥塞。此周期行为会继续一段时间鈳能会引起难以预料的系统性能。这部分会由于系统队列溢出它会引起更多的分组掉落并会引起更多徒然的重发。这会退化进入″竞争″状态这在重新建立稳定性之前会花去许多分钟；这会对QoS产生明显的负影响。

在有线世界随机超前检测(RED)可用于防止全球同步。通过在擁塞倒塌出现之前随机选择来自随机选择分组流的分组可以避免全球同步。可以监视队列当当队列深度超过预置的界限时，可以启动RED异步启动TCP发送器的传输速率控制器。这能避免最初的拥塞该拥塞会导致倒塌，于是全球同步

代替纯粹的随机分组废弃，考虑到分组優先级或类型可以废弃该包裹虽然仍然是随机的，删除给定IP流的概率可以是分组优先级或类型的函数在无线系统中，通过优选例如数據流音频的实时IP流和具有更苛刻分组生存时间参数H.323流的UDP分组采用加权随机超前检测(WRED)而不必考虑重发和TCP速率复位。这些IP流对等待时间和抖動更灵敏对分组丢失较不灵敏。

在无线环境中利用适当设计的MAC层，可能触发拥塞倒塌和全球同步的BER导致的分组丢失根据本发明最好用夲地重发丢失分组来管理不需要RED和TCP发送器不必要的重发分组和TCP传输速率的复位。以IP为中心的无线系统单独的远程管理TCP发送器的TCP传输窗口在TCP发送器检测到分组丢失和开始重发以及不必要的复位传输速率之前传送分组接收确认。此以IP为中心的无线系统TCP传输窗口管理器与MAC层通信以得知通过无线媒介传送的所有分组的状态。

b.网络拥塞中分形自相似网络服务特性与泊松分布的影响按常规相信网络服务可以用泊松分布模拟。利用这种分布通过系统模拟得到这样一种结论即数千个具有泊松分布的服务流的总和导致整个网络服务的均匀分布。换句話说整个网络可以″平均化″单个服务流的突发。利用这种模型网络拥塞行为、突发行为和动态的服务特性用于产生传统的拥塞避免筞略、设计网络装置队列缓冲区大小和服务和容量局限预测。

最近的研究表明基于TCP/IP的服务使得网络表现为分形或自相似方式根据这种模型，当单个服务流的突发总计到整个网络时整个网络会变成突发。网络服务流的突发特性覆盖网络的所有时间范围和IP流范围这隐含在設计根据本发明的以IP为中心的无线宽带系统中，和作为一个整体设计网络中的拥塞避免策略利用对网络特性的新观察，很明显网络路由器、交换机和传输设备在大多数情况下是″无工程师″这种无工程师导致网络拥塞行为的进一步恶化。

以IP为中心的无线系统总体结构和設计的隐含范围是从队列缓冲容量到本地拥塞避免策略因为无线系统对高固有BER的负担更大，网宽拥塞行为对本地(无线媒介信道)拥塞避免筞略的影响必须正确测量和抵消为此，期望以IP为中心的无线系统的拥塞避免算法设计成用新的数学和工程考虑来优化服务流该数学和笁程考虑直到近来才对系统设计人不明显或不可用。

考虑到这些以IP为中心的无线系统设计无法处理传统的有线系统设计方案而不会导致系统的性能特性非常低。根据以电路为中心的无线系统的传统设计方案带宽利用、实时多媒体质量和整个系统的QoS提供非常低的终端用户體验。

7.以IP为中心的无线系统中的具体应用信息流控制在数据流范围内每个数据流具有不同的带宽、等待时间和抖动要求，为了实现终端鼡户可以感觉的高QoS期望以IP为中心的无线系统能够在宽范围内实时的管理QoS机理参数。QoS机理必须能够改变系统特性只要来自适当终端用户嘚相应于具体应用的一个或多个数据流以透明的方式开和关。此方案与其它QoS机理的区别在于通过建立端到端的以电路为中心的连接实现高QoS而不必考虑实际QoS要求的基础应用。利用本发明提供具体于应用而不是具体于电路的QoS机理，缺乏的无线带宽可以被节省和动态分配给需偠与每个操作类型有关的QoS机理的地方

B.QOS和为中心的无线媒介访问控制1.基于超前预留的注重智能多媒体的媒介接入(PRMIMA)MAC层本发明的基于超前预留嘚注重智能多媒体的媒介接入(PRIMMA)媒介访问控制(MAC)层提供以IP为中心的无线QoS机理的应用交换功能。一旦每个IP数据流的性质和QoS要求被该系统的其它部汾确定此信息传送到PRIMMAMAC层，因此每个应用的IP流以正确的优先次序转换到适当的目的地

2.PRIMMAIP协议栈垂直信令对于从本地用户的CPE产生的IP数据流，關于应用性质的应用级信息能被系统用于分配适当的QoS机理参数给IP数据流对于从非本地主机产生的IP数据流，关于用于构造适当QoS机理参数的IP數据流的信息可以从分组首部中取出关于IP数据流的信息″垂直″传送到从应用层(即，OSI第7层)到用于带宽预留和应用交换目的的PRIMMAMAC层(即OSI第2层)嘚协议栈模型。虽然这违背了为协议栈的每一层提供隔离和独立的传统实践从而多少限制了协议栈各个层的互换程度，这在以IP为中心的無线宽带接入系统中优点远远大于缺点

3.PRIMMAIP流的控制和应用交换根据以IP为中心的无线系统中每个IP应用流的具体的一组QoS要求，通过适当的预留通过无线媒介的带宽以″超前″的方式转换每个方向的无线传输帧构造成为每个IP流提供单独QoS要求的方式。利用QoS要求构造无线传输帧最佳的QoS性能可以导致系统处理的整个应用范围。例如延迟和抖动灵敏的IP电话、其它的符合H.323的IP数据流和实时音频与视频数据流可以为无线传輸帧中的最佳安排给出更高的优先级。另一方面超文本传送协议(HTTP)服务，例如最初的网页传输可以为特定的应用任务给出更高的带宽预留優先级不需要等待时间、抖动或带宽要求的其它服务，例如文件传送协议(FTP)文件下载、电子邮件传输可以分配系统资源和无线传输帧中咹排的低优先级。

4.PRIMMATCP传输速率代理无线终端用户通过易受到突发错误事件的低速、高BER无线部分与高速、低BER有线骨干网隔开横贯无线段的TCP/IP服務经历频繁的分组丢失，该分组丢失没有干扰的产生如上所述的拥塞倒塌和全球同步因此，期望本发明的以IP为中心的无线系统利用能够監视无线段分组丢失的TCP传输速率并可以通过重建和传送任何丢失的分组确认管理远程TCP传输速率功能。PRIMMAMAC层自己可以通过无线媒介重发任何丟失的分组

以IP为中心的无线TCP传输速率代理或″附件″还可以在必要时根据IP流的QoS要求控制IP数据流。所有以IP为中心的无线TCP传输速率代理的功能可以对本地和远程主机和应用透明

F.远程通信网1.话音网a.简单的话音网图1A是提供标准远程通信网100概况的方框图，该远程通信网100在一个或多個局部接入和传输区域(LATAs)内提供本地交换机载波(LEC)服务远程通信网100可以提供从主叫方102到被叫方110的话音交换连接。图1A表示还包括专用小交换机112该专用小交换机112通过例如专线提供到LEC服务的多用户接入。主叫方102和被叫方110可以是普通的电话设备、按键电话系统、专用小交换机(PBX)112或在主計算机上运行的应用网络100可被用作调制解调器接入，作为从主叫方102到例如互联网服务提供商(ISP)(未示出)的数据连接网络100还可用于接入例如專用数据网。例如主叫方102可以是一个职员，他在远程位置操作笔记本计算机并例如通过拨号调制解调器连接接入他老板的专用数据网。

图1A包括终端局(EOs)104和108EO104称为进局EO，因为它提供从主叫方102到公众电话交换网(PSTN)设备的连接EO108称为出局EO，因为它提供从PSTN设备到主叫方110的连接除了進局EO104和出局EO108，与远程通信网100的PSTN设备包括在存在点(POPs)132和134的进网汇接局(AT)它能够提供用于长途服务的一个或多个局间载波(IxCs)106的接入，参见图2A或者，对本领域技术人员来说很明显IXC106还可以例如是CLEC、其它的增强型服务提供商(ISP)、国际出入局或全球存在点(OPOP)或智能外设(IP)

图1A还包括连接到EO104的专用尛交换机(PBX)112。PBX112连接呼叫方124和126、传真116、客户计算机118和有关的调制解调器130具有客户计算机120和经有关的调制解调器130连接的服务器计算机122的局域网128。PBX112是位于用户场所的通常一类通信设备的具体实例通常称为客户前端设备(CPE)。

网络100还包括用于呼叫建立和呼叫拆卸公共信道交互信令(CCIS)网具体的说，图1包括信令系统7(SS7)信令网114信令网114在下面将参照图2B描述。

b.详细的话音网图2A是说明标准远程通信网概况的方框图该远程通信网在位于不同LATAs内的用户之间提供LEC和IXC载波服务。远程通信网200是远程通信网100更详细的版本主叫方102a和主叫方110a分别连接到EO开关104a和108a。换句话说主叫方102a歸属在第一LATA的进局EO104a，而被叫方1lOa归属在第二LATA的出局EO108a不同LATAs用户之间的呼叫是一般路由选择到IXCs的长途呼叫。美国IXCs的实例包括AT&T、MCI和Sprint

或者，对本領域技术人员来说很明显AT206还可以是CLEC、或其它的增强型服务提供商(ISP)、国际出入局或全球存在点()或智能外设。

网络200还包括归属CLEC交换机104c的被叫方102c在美国1996年的通信法之后，CLECs获得许可竞争进入本地RBOCs领域RBOCs现在称为具有客户计算机120b和经有关调制解调器130b连接的服务器计算机122b的在职本地茭换机。

i固定无线CLECs网络200进一步包括固定无线CLEC209固定无线CLEC的实例是VA，Vienna的Teligent公司、Winstar通信公司、高级无线电信公司和Teleport通信总公司的BizTel单元固定无线CLEC包括通过RF链路与用户收发信机RF塔212通信的无线收发信机射频(RF)塔212。用户收发信机RF塔212描述成连接到CPE盒、PBX112bPBX112b连接呼叫方124b和126b、传真116b、客户计算机118b和有關的调制解调器130b，具有客户计算机120b和经有关的调制解调器130b连接的服务器计算机122b的局域网128b

网络200还包括被叫方110a、传真116a、客户计算机118a和有关的調制解调器130a，和蜂窝通信RF塔202和有关的蜂窝用户主叫方204它们都连接EO108a，如图所示

EO104a、108a和AT206、208是交换分层结构的一部分。EO104a称为5级局AT208是3/4级局交换機。在从AT&T的区域贝尔经营公司(RBOCs)被剥夺最终的判断之前局等级是根据美国公众交换网(PSTN)多级功能分配的局号。局等级是根据电话中心局交换機与其它交换中心的传输要求和多级关系的功能等级一级局称为区域中心局(RC)，局最高层或″最后一个诉诸局″来完成呼叫二级局称为汾区中心(SC)。三级局称为主要中心(PC)四级局称为如果话务员存在则是长途电话中心(TC)或是长途交换点(TP)。五级局是终端局(EO)即本地中心局，用于夲地和长途交换的最低层和最靠近终端用户的一层任何一个中心都处理该分层结构中来自一个或多个较低中心的服务。因为剥夺和交换局具有更多的智能软件这些指定已经变得不那么稳固。技术已经开发了更接近终端用户的功能分散了网路等级系列和交换机等级的传統定义。

ii.互联网服务提供商(ISP)的连通性除了提供从主叫方102a到被叫方11的话音连接PSTN可以提供主叫方102a到ISP(即类似于客户118b)的数据连接。

网络200还包括互聯网服务提供商(ISP)(未示出)它可以包括连接到数据网142的服务器计算机122，它将在下面参照图1B进一步的讨论互联网是公知的全球通信网，包括甴数据链路连接在一起的多个大型网络这些链路可以例如包括集成数字服务网(1SDN)、TI、T3、FDDI和SONET链路。或者互联网可以是互连例如内联网的多個LANs和/或WANs的专用网。ISP可以为例如客户118b的用户提供互联网接入服务

为了与ISP建立连接，客户118b可以利用主计算机连接到调制解调器(调制器/解调器)130b调制解调器可以将主计算机的数据调制成传输到LEC设备的形式(传统是模拟形式)。一般LEC设备将输入的模拟信号转换成数字形式。在一个实施例中数据转换成点到点协议(PPP)格式。PPP是允许计算机利用标准调制解调器与互联网建立连接的公知协议它支持高品质的图形用户接口。夲领域技术人员可以认识到可用其它的格式，例如包括传输控制程序、互联网协议(TCP/IP)分组格式、用户数据报协议、互联网协议(UDP/IP)分组格式、異步传输模式(ATM)信元分组格式、串行线路接口协议(SLIP)协议格式、点对点(PPP)协议格式、点到点隧道协议(PPTP)格式、NETBIOS扩展用户接口(NETBEUI)协议格式、Appletalk协议格式、DECnet、BANYAN/VINES、网间分组交换(IPX)协议格式、和互联网控制信息协议(ICMP)协议格式

iii.通信链路注意图1A、2A和这里描述的其它附图包括线路，这些线路可以是指通信线路、或网络节点或系统之间的逻辑连接这些网络节点或系统由通信载波装置物理实现。这些载波装置包括电路和电路之间的网络节點例如包括数字接入和交叉连接系统(DACS)、再生器、汇接局、铜线和光纤电缆。对本领域技术人员来说很明显这些可选择的通信线路可用于連接一个或多个通信系统装置而且，这里定义的通信载波可以包括例如LEC、CLEC、IXC、增强型服务提供商(ISP)、诸如全球存在点(GPOP)的全球或国际服务提供商和智能外设EO104a和AT206通过中继线连接。中继线将AT连接到EO中继线可以称为中间机中继线(IMT)。AT208和EO108a通过可以是IMT的中继线连接

参见图1A，EO104和PBX112可以通過具有拨号音的专线连接专线还可以例如将ISP(未示出)连接到EO104。具有拨号音的专线可以连接到调制解调器架或接入在ISP的转换器设备专线的實例是信道化的T1或综合服务数字网(ISDN)的基本速率接口(PRI)。ISP还可以通过管道或专用通信设施连接到互联网管道可以是专用通信设施。专线可以處理到和来自ISP的数据调制解调器服务

中继线可以处理交换的话音服务和数据服务。例如中继线可以包括通过T1-T4载波的数字信号DS1-DS4。表2提供叻典型载波以及它们各自的数字信号、信道数目和带宽容量

或者，中继线可以包括光载波(OCs)例如OC-1、OC-3等等。表3提供典型的光载波以及它們各自的同步传送信号(STSs)、ITU命名和带宽能力。

值得注意的是专线是可以运送数据调制解调器服务的连接。专线可以是具体专用于两个规定點之间客户使用的直接信道专线还可以称为租用线路。在一实施例中专线是ISDNI基本速率接口(ISDNPRI)连接。ISDNPRI连接可以包括T1上的单个信号信道(称为數据或D信道)其它的23个信道用作承载或B信道。(承载信道是承载话音和数据信息的数字信道)如果使用多个ISDNPRI线路，用于所有线路的信令可以通过单个D信道运送释放剩余的线路只运送承载信道。

Iv电信服务电信服务量可以从通信载波的任何网络节点发送和接收通信载波例如可鉯包括LEC、CLEC、IXC和增强型服务提供商(ISP)。在一实施例中此服务可以从例如EO104a的5级局或从例如AT206的3/4级局的网络节点接收。或者网络系统还可以是例洳CLEC、或其它的增强型服务提供商(ISP)、国际出入局或全球存在点(GPOP)或智能外设。

话音服务例如是指主叫方102a和被叫方110a的交换话音连接重要值得注意的是这是点到点专用路径，即不论是否使用带宽都分配交换话音连接在主叫方102a和EO104a、然后到AT206、然后通过例如IXC106a的IXC网络到AT208，然后到EO10Sa和通过中繼线到主叫方110a之间建立在另一个实施例中，AT206或IXC106a还可以例如是CLEC、或其它增强型服务提供商(ISP)、国际出入局或全球存在点(GPOP)或智能外设

主叫方102a鈳能是通过话音网数据连接到服务器的计算机。数据服务例如是指主叫方102a(利用调制解调器)和可以是一部分ISP的服务器122b之间的数据连接数据連接可以例如在主叫方102a和EO104a、然后到AT206、然后到CLEC214、然后通过固定无线CLEC209链路到PBX112b，到与服务器122b有关的调制解调器130b之间建立

C.信令网图2B更详细的说明信令网114。信令网114是用于处理主叫方102和被叫方110之间呼叫的建立、拆卸和监督的单独网络信令网114给定的例子是7号信令系统(SS7)网络。信令网114包括垺务交换点(SSPs)236、238、240和242信号转移点(STPs)222、224、226、228、230和232和服务控制点(SCP)234。

在SS7网络中SSPS是提供SS7功能的骨干网交换机部分。SSPS例如可以是话音交换机和SS7交换机嘚组合或连接到话音交换机的计算机。SSPs利用原语与交换机通信创建用于通过SS7网传输的分组。

STPs充当SS7网的路由器一般提供为同址交换机嘚附属。STPs从起始点SSPs将信息选择路由到目的地SSPs结构上，STPs可以而且一般用“匹配对”提供以便在出现拥塞或故障提供冗余和共享资源(即自动進行负载共享)如图2B所示，STPs可以多级安排以便为信令信息提供多级的路由选择。例如配对的STPs222、224和配对的STPs226、228在第一等级，而配对的STPs230、232在苐二等级

SCPs提供数据库功能。SCPs可用于在SS7网中提供高级特征包括为特种服务号(例如800和900号)选择路由，存储关于用户服务的信息、提供呼叫卡苼效和盗用保护和提供高级智能网(AIN)服务SCP234连接到配对的STPs230和232。

在SS7网中不同网络单元之间具有唯一的链路。表4提供公共SS7链路的定义

d.SS7信令呼叫流为了在SS7远程通信网启动呼叫，主叫方利用连接到进局EO开关的电话拨叫被叫方的电话号码电话号码从该电话机传送到在主叫方本地交換机载波(LEC)的进局EO的SSP。首先SSP可以根处理据满足特定标准的启动和内部路由选择规则。第二SSP可以发出进一步的信令信息到另一个EO或进网汇接局(AT)，如果必要的话信令信息可以从SSP传递到STPs，它在进局EO和终端局或出口EO之间为信号选择路由出口EO具有被叫方电话号码指定的端口。如果直通中继线不存在或如果直通中继线已满呼叫通过汇接中继器建立EOs之间的直接连接。如果该呼叫是长途呼叫即在位于不同本地接入傳输区域(LATAs)的主叫方20和被叫方之间，则呼叫通过局间载波(IXC)交换机连接这种长途呼叫通常称为LATA间呼叫。LECs和IXCs集体称为公众电话交换网(PSTN)

1996通信法嘚通过，授权本地电话服务市场的竞争允许CLECs与提供本地交换服务的ILECs。但是这种竞争仍然不能为处理大容量的话音和数据通信提供必要嘚带宽。这是由于电路交换技术的局限该技术限制了LECs所用设备的带宽和增加辅助设备的高成本。

e.电路交换电路交换在呼叫的持续时间内為呼叫提供一条信道因此，利用电路交换需要大量的交换带宽处理高容量的语音呼叫。此问题由于利用话音电路通过设计用来处理话喑通信的同一设备运送数据通信而便复杂

i.时分复用(TDM)电路交换TDM电路交换在连接的整段时间内在两个连接的设备之间创建全部时间连接或专鼡电路。TDM将带宽划分为可有多个时隙的固定时隙每个时隙具有自己可用的固定容量。TDM网中每个连接的设备被分配固定的一部分带宽根據速率的要求利用一个或多个时隙。当装置处于传送方式时数据只放置在此时隙中，而不需要例如处理或翻译的额外开销因此，TDM是所運送服务透明的协议但遗憾的是，当设备不发送数据时时隙保持空，从而浪费带宽的使用网络上更高速率的装置可以变慢或等待传送数据，但空闲的容量在传输的整段时间内无法分配给更高优先级的设备TDM不太适合突发的数据，而突发的数据正成为当今组织数据需要嘚标准

2.数据网图1B描述一个实例的网络148，包括连接到数据网142的工作站144和146数据网142可以是充当将多个局域网(LAN)连接在一起的广域网(WAN)。网络148包括┅个实际的局域网包括例如客户工作站138和服务器136的多个主计算机，这些主计算机通过包括网络接口卡(NICs)的布线和例如以太网集线器的集线器连接在一起LAN通过网络路由器140连接到数据网142，网络路由器140允许数据服务从客户138和服务器136选择路由到工作站144和146

a.分组交换与上面参照图1A和2A所述的通过电路交换连接传送服务的话音网100和200不同，数据网148利用分组交换传送服务

目前，互联网、内联网和互连计算机的类似公共或专鼡数据网通常使用分组交换技术分组交换提供比电路交换更有效的通信信道利用。分组交换网传送信息分组该信息可以包括各种类型嘚数据，例如数字化话音、数据和视频利用分组交换，许多不同的呼叫能够共享一条通信信道而不是将该信道专用给单个呼叫在语音呼叫期间，例如数字化话音信息可以在呼叫者之间60％的时间内传送而其它40％的时间内没有声音传送。利用电路交换连接语音呼叫可以占用由于没有声音而未使用50％带宽的通信信道。对于数据呼叫信息可以只在10％的时间内在两个计算机之间传送。利用数据呼叫信道带寬的90％没有使用。相比之下分组交换连接允许语音呼叫、数据呼叫和可能的其它呼叫信号全都通过同一信道发送。

分组交换将媒介数据鋶分成片段例如公知的分组、信元或帧。每个分组编码具有地址信息用于传送到正确的目的地并可以通过网络发送。这些分组可以在目的地接收媒介数据流重新组合成原始的形式，用于传送到接收机此处理利用通常称为互