端到端的网络QoS控制系统、通信设备和端到端的网络QoS控制方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种端到端的网络QoS控制系统、通 信设备和端到端的网络QoS控制方法。

背景技术

IP（Internet Protocol，网络协议）是目前网络应用最广泛的协议，由于IP 协议不面向连接，可靠性差，不能保证应用层业务的QoS（Quality of Service， 服务质量）

为了提升使用IP协议传输数据的QoS，现有技术中提出了FEC（前向纠错， Forward Error Correction）技术。FEC技术经常用于物理层和数据链路层的传 输，FEC通过冗余编码，纠正传输中的错误比特问题。在出现错误比特的情况 下，可以使用FEC译码进行识别错误、纠正错误。FEC常用于一个数据段（例 如几百个bit）的编码，而且一定的编码能力下，其纠错能力是有限的。例如（255， 239）的R-S编码做FEC的情况下，源数据每239比特作为一个编码块，经过 编码后，长度为255比特。其纠错能力为8比特，即在255比特的编码块内， 错误8个比特以下，都可以通过FEC技术纠正。

由于FEC采用冗余编码方式，会增加数据丢包率，如果丢包率过高，数据 块将无法恢复，使得数据传输质量下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种端到端的网络QoS控制系统、通信设备和，端 到端的网络QoS控制方法，可以提升数据传输质量。

本发明是这样实现的，一种端到端的网络QoS控制系统，包括，

发送端通信设备，用于将待发送的网络协议IP数据包进行流分类，将属于 所述同一数据流的IP数据包的payload(有效载荷)进行包复用；将进行了包复用 的所述payload进行前向纠错FEC编码，得到编码后的数据块；将所述编码后 的数据块进行数据块交织处理，得到交织后的报文；对所述交织后的报文进行 分包封装，形成IP分组报文，并发送至传输网；

其中，所述流分类包括，将配置有相同流分类标记的IP数据包确定为同一 数据流；

接收端通信设备，用于从所述传输网接收所述IP分组报文；记录所述IP 分组报文的报头的流分类标记，根据所述流分类标记，重组所述IP分组报文中 的用户数据，获取重组后的payload；对所述重组后的payload进行解交织处理； 对解交织后的payload进行FEC译码处理；对译码后的payload进行解复用， 并将所述流分类标记重新组成IP头，获取用户IP数据包。

本发明的另一目的在于提供一种通信设备，所述通信设备包括：

流分类模块，用于将待发送的因特网协议IP数据包进行流分类，其中，所 述流分类包括，将配置有相同流分类标记的IP数据包确定为同一数据流；

包复用模块，用于将属于所述同一数据流的IP数据包的有效载荷payload 进行包复用；

编码处理模块，用于将进行了包复用的所述payload进行前向纠错FEC编 码，得到编码后的数据块；

交织模块，用于将所述编码后的数据块进行数据块交织处理，得到交织后 的报文；

分包封装模块，用于对所述交织后的报文进行分包封装，形成IP分组报文 发送至传输网，以使得接收端接收并重组所述IP分组报文，得到重组后的 payload，对所述重组后的payload进行解交织及FEC译码。

本发明的另一目的在于提供一种通信设备，所述通信设备包括，

分片重组模块，用于接收IP分组报文，其中，所述IP分组报文由发送端 经过包复用、FEC编码及交织处理得到；记录所述IP分组报文的报头的流分 类标记；

组装模块，用于根据所述流分类标记，重组所述IP分组报文中的用户数据， 获取重组后的有效载荷payload；

解交织模块，用于对所述重组后的payload进行解交织处理；

译码模块，用于对解交织后的payload进行FEC译码处理；

解复用模块，用于对译码后的payload进行解复用，并将所述流分类标记 重新组成IP报头，获取IP数据包。

本发明的另一目的在于提供一种端到端的网络QoS控制方法，所述方法包 括以下步骤：

将待发送的因特网协议IP数据包进行流分类，其中，所述流分类包括，将 配置有相同流分类标记的IP数据包确定为同一数据流；

将属于所述同一数据流的IP数据包的有效载荷payload进行包复用；

将进行了包复用的所述payload进行前向纠错FEC编码，得到编码后的数 据块；

将所述编码后的数据块进行数据块交织处理，得到交织后的报文；

对所述交织后的报文进行分包封装，形成IP分组报文发送到传输网，以使 得接收端接收并重组所述IP分组报文，得到重组后的payload，对所述重组后 的payload进行解交织及FEC译码。

采用本发明实施例提供的技术方案，通过将前向纠错编码后的数据进行交 织处理以及进行对应的解调及解交织，以实现网络丢包抑制，大幅度提高互联 网应用质量。特别在TCP传输场景下，由于无需丢包重传和降速，因此极大提 高TCP吞吐率，提升数据传输质量。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的端到端的网络QoS控制方法的实现流程示意 图。

图2是本发明实施例二提供的端到端的网络QoS控制方法的实现流程示意 图。

图3是本发明实施例提供的数据块的形式的示意图。

图4是本发明实施例三提供的通信设备的结构示意图。

图5是本发明实施例四提供的通信设备的结构示意图。

图6及图7是本发明实施例五提供的端到端的网络QoS控制系统的结构示 意图。

图8是本发明实施例六提供的发送端通信设备的结构示意图。

图9是本发明实施例七提供的接收端通信设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，本发明实施例所描述的技术方案是应用在IP层的“分 片重组”之前；即本发明实施例处理的都是未被分片的IP报文。

本发明实施例应用在TCP传输场景下或者在无线承载网场景下，采用如下 技术方案，来提高TCP吞吐率，以及提高无线承载对传输网丢包的容忍能力。

实施例一：

请参阅图1，为本发明实施例一提供的端到端的网络QoS控制方法的实现 流程，涉及一种数据发送端，包括以下步骤：

在步骤S101中，在发送端，将待发送的IP数据包进行流分类，其中，所 述流分类包括，将配置有相同流分类标记的IP数据包确定为同一数据流。

在本发明实施例中，上述流分类标记包括SIP（Session Initiazation Protocol， 会话发起协议）参数、DIP（Dynamic Inspection Protocol，动态监视协议）参数、 PT（净荷类型，Payload Type）参数，TOS（服务类型，Terms of Service）参数。 即可以将有相同的{SIP，DIP，PT，TOS}的数据包分成一类流。同一类流将流 入同一个处理模块中。

在本发明实施例中，流分类可以配置，可以开关，可以配置流的粒度，其 分别采用如下方式：

●{SIP，DIP}

●{SIP，DIP，PT}

●{SIP，DIP，PT，TOS}

配置好的流在经过本发明实施例描述的发送端处理流程后，发送的报文中 的IP头中的{SIP，DIP，TOS}域，将按照不同的流填充相应的值。如果TOS 未作为流分类依据，则经过本文发送端处理后，发送的报文中TOS值可以配置 指定，或者取默认值（全0）。

在步骤S102中，将属于所述同一数据流的IP数据包的payload（有效载荷） 进行包复用。

在本发明实施例中，包复用即将同一个流的多个报文合并成一个。为分割 不同的报文，使用复用头标示所述payload中的不同报文块。

在经过包复用的payload中，复用的报文的{SIP，DIP，PT，TOS}会被保 留，填充到最终发送的报文中去。报文前面会加入复用头，用来隔离开各个原 始包块，并包含原始包的部分信息（例如长度）。复用的包个数和预期网络丢包 率相关。例如，1%的丢包率，要有约100个包复用。

复用头的方式1：在每个所述报文块前配置独立复用头，然后串接起来。 如下表所示：

复用头的格式为：

当PT=UDP时，采用如下格式：

当PT=TCP时，采用如下格式：

方式一的复用格式下，使用串行方式解析报文。

复用头的方式2：串接所述不同报文块，并为串接后的报文块配置统一复 用头，如下表所示：

方式二的复用格式下，可以根据统一头快速找到各个子数据块。

复用的数据块大小可以配置，一般根据统计丢包的情况和传输PMTU(Path MTU，路径最大传输单元)值配置复用的数据块大小。例如，丢包率是1%， PMTU=1000Byte时，复用块大小配置为100Kbyte。数据块大小在达到100KByte 以后，将不再复用新的分组。此复用后的分组大小将作为参数，跟随数据包发 往下面的处理流程。复用后的分组将作为一个完整的数据块，进入到编码模块。

在步骤S103中，将进行了包复用的所述payload进行FEC编码，得到编码 后的数据块。

在本发明实施例中，冗余编码的强度和网络预期丢包率相关。例如，1%的 丢包率，要以10%的可纠错解码的能力进行编码。

在本发明实施例中，FEC编码的方式不限，只要符合要求的均应包含在本 发明的保护范围之内。在本发明实施中以RS编码为例。一般以承载网丢包率 的5倍以上来做RS译码能力的编码选择。以（255，239）的RS编码为例，可 以解码误码率为6.25%的误码率，因此，（255，239）编码可用于丢包率为1% 的承载网编码，以抵抗丢包。FEC编码后，数据块将比复用后数据块要大。编 码后的整个数据块，作为一个整体，进入到下面的交织模块。

在步骤S104中，将所述编码后的数据块进行数据块交织处理，得到交织后 的报文。

在本发明实施例中，将编码后的数据块进行交织的步骤，包括以比特位Bit 为单位进行交织处理，且以所述编码后的数据块整体作为交织深度。具体为： 对经过FEC处理后的整个数据块进行打乱处理。主要达到的目的是将所有的比 特彻底打乱，在承载网丢包情况下，反交织后的数据中，丢包所丢的比特能够 足够分散地分布在整个FEC编码数据块中。

在步骤S105中，对所述交织后的报文进行分包封装，形成IP分组报文发 送至传输网，以使得接收端接收并重组所述IP分组报文，得到重组后的payload， 对所述重组后的payload进行解交织及FEC译码。

在本发明实施例中，对交织后的报文进行分包封装，加上IP头，UDP头 和分包头以后，形成待发送的IP分组报文。IP分组报文可以被IP分组，发送 到传输网。为了提高效率，数据分包和IP分片可以合并处理，即分包的时候就 以端到端的PMTU进行分包，避免分片重组造成的时延和可能分成小片造成的 传输效率降低。

在本发明实施例中，经过编码交织后，会形成一个大数据块。例如一个复 用后大小达到100Kbyte的数据块，经过编码和交织以后，大小会达到约 120Kbyte。

在本发明实施例中，采用Payload分包模块进行对交织后的报文进行分包 封装，Payload分包模块负责将这个120Kbyte的数据块，按照“PMTU-IP头长 度-UDP头长度-分包头长度”的长度，分成小数据块。每个小数据块将作为一 个IP包发送。

Payload分包和IP封装以后，报文的格式如下：

其中，IP头中的SIP，DIP，TOS来源于流分类的配置。其余的各个域按照 标准的IP格式填充。PT域填充为UDP。

本发明实施例采用UDP头的SIP和DIP作为端口号。其他的域按标准的 IP方式填充。

分包头有如下的格式：

其中，Total Length是交织后的整个数据块的大小。SN是本块数据块的在 整个数据块中起始位置。

本实施例通过将编码交织后形成的大数据块分成小数据块，从而来提高传 输效率。

采用本发明实施例提供的端到端的网络QoS控制方法，通过将前向纠错编 码后的数据进行交织处理以及进行对应的解调及解交织，以实现网络丢包抑制， 大幅度提高互联网应用质量。特别在TCP传输场景下，由于无需丢包重传和降 速，因此极大提高TCP吞吐率，提升数据传输质量。

实施例二：

请参阅图2，为本发明实施例二提供的端到端的网络QoS控制方法的实现 流程，涉及一种数据接收端，其包括以下步骤：

在步骤S201中，在接收端，接收IP分组报文，其中，所述IP分组报文由 发送端经过包复用、FEC编码及交织处理得到；并记录所述IP分组报文的报头 的流分类标记。

具体地，所述重组所述IP分组报文中的用户数据包括，根据所述IP分组 报文中的分包头信息，将多个所述IP分组报文串接组装成完整的payload。

可选地，可以记录每个流的流分类标记，包括IP头的{SIP，DIP，PT，TOS}， 用于重组本流中的用户数据。如，接收到报文后，记录下报头的流分类标记。 按照分包头中的totallength和SN，将报文串接起来。

可选地，可以按照一般的IP报文接收方法接收报文。如果进行了分片重组， 则分片重组后将报文转到指定的UDP（用户数据报文协议，User Datagram Protocol）端口。可以理解的是，如果能做到在发送端安装PMTU进行分包， 在发送端会对分片重组。

在步骤S202中，根据分包头进行重组，将多个IP报文组装成完整的 payload。

可选地，在重组所述IP分组报文中的用户数据的过程中，如果出现数据丢 包，可以使用随机数据填充在数据传输过程中丢失的比特。

如果在指定时间内（可预先配置，一般为承载网时延的2倍），未收到某个 数据块，就认为数据块丢失。使用随机数据填充被丢的bit，填充此数据块。

重组和丢包填充后的数据块，有下面的格式：

其中，数据块3是丢包导致的随机填充。

在步骤S203中，对重组后的payload进行解交织。

在本发明实施例中，解交织是将数据块按照交织算法打乱的相反顺序，将 数据块变回未交织时的顺序。

解交织后，数据块的形式类似图3所示，可以看出，在解交织后，丢包后 随机填充的比特被分散在整个大数据块的各个小点。

在步骤S204中，对解交织后的payload进行FEC译码。

在本发明实施例中，使用标准的FEC译码方式进行译码。由于UDP和TCP 各自有自己的Checksum校验总和，因此译码后的数据块将不做校验直接交给 应用层）。由应用层保证是否正确。

在步骤S205中，根据复用头进行解复用，并将所述流分类标记重新组成 IP报头，获取IP数据包。

例如，可以将预先记录的流的{SIP，DIP，PT，TOS}重新组成IP报头，获 取IP数据包。

在本发明实施例中，根据复用头进行解复用的步骤具体为：收到FEC纠错 译码后的数据块后，使用其中的复用头，恢复出各个子报文。填充相应的IP头 以后，提交给应用层上的各个应用程序。

因此，还可以包括步骤S206，将此IP数据包发送到相应的目标应用层。

采用本发明实施例提供的端到端的网络QoS控制方法，通过将前向纠错编 码后的数据进行交织处理以及进行对应的解调及解交织，以实现网络丢包抑制， 大幅度提高互联网应用质量。特别在TCP传输场景下，由于无需丢包重传和降 速，因此极大提高TCP吞吐率，提升数据传输质量。

实施例三：

请参阅图4，为本发明实施例提供的通信设备的结构示意图。为了便于说 明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。所述通信设备包括：流分类模块101、 包复用模块102、编码处理模块103、交织模块104、以及分包封装模块105。 所述通信设备可以是软件单元、硬件单元或者是软硬件结合的单元。

该通信设备可以作为图1及图2所示实施例中的QoS控制方法中的数据发 送端，可以是RNC。

流分类模块101，用于将待发送的因特网协议IP数据包进行流分类，其中， 所述流分类包括，将配置有相同流分类标记的IP数据包确定为同一数据流。

包复用模块102，用于将属于所述同一数据流的IP数据包的有效载荷 payload进行包复用。

编码处理模块103，用于将进行了包复用的所述payload进行前向纠错FEC 编码，得到编码后的数据块。

交织模块104，用于将所述编码后的数据块进行数据块交织处理，得到交 织后的报文。

分包封装模块105，用于对所述交织后的报文进行分包封装，形成IP分组 报文发送至传输网，以使得接收端接收并重组所述IP分组报文，得到重组后的 payload，对所述重组后的payload进行解交织及FEC译码。

作为本发明一实施例，所述流分类模块101可以具体用于，将配置有相同 的会话发起协议参数SIP，动态监视协议参数DIP，净荷类型参数PT以及服务 类型参数TOS的IP数据包确定为同一数据流。

作为本发明一实施例，所述包复用模块102可以具体用于，可以在所述 payload中加入复用头，所述复用头用于标示所述payload中的不同报文块。

所述包复用模块还可以具体用于，在每个所述报文块前配置独立复用头， 并串接配置了所述独立复用头的报文块；或者，串接所述不同报文块，并为串 接后的报文块配置统一复用头。

所述包复用模块还可以具体用于，在经过包复用的payload中保留所述IP 数据包的流参数，所述流参数包括{SIP，DIP，PT，TOS}。

作为本发明另一实施例，所述分包封装模块可以具体用于，以端到端的路 径最大传输单元PMTU进行分包。

作为本发明另一实施例，所述交织模块可以具体用于，以比特位Bit为单 位进行交织处理，且以所述编码后的数据块整体作为交织深度。

采用本发明实施例提供的端到端的网络QoS控制方法，通过将前向纠错编 码后的数据进行交织处理以及进行对应的解调及解交织，以实现网络丢包抑制， 大幅度提高互联网应用质量。特别在TCP传输场景下，由于无需丢包重传和降 速，因此极大提高TCP吞吐率，提升数据传输质量。

实施例四：

请参阅图5，为本发明实施例提供的通信设备的结构示意图。为了便于说 明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。所述通信设备包括：分片重组模块 201、组装模块202、解交织模块203、译码模块204、解复用模块205、以及发 送模块206。所述通信设备可以是软件单元、硬件单元或者是软硬件结合的单 元。

该通信设备可以作为图1及图2所示实施例中的QoS控制方法中的数据接 收端，可以是Node B。

分片重组模块201，用于接收IP分组报文，其中，所述IP分组报文由发送 端经过包复用、FEC编码及交织处理得到；并记录所述IP分组报文的报头的流 分类标记。

所述流分类标记，包括，会话发起协议参数SIP，动态监视协议参数DIP， 净荷类型参数PT以及服务类型参数TOS。

组装模块202，用于根据所述流分类标记，重组所述IP分组报文中的用户 数据，获取重组后的payload。

解交织模块203，用于对重组后的payload进行解交织处理。

译码模块204，用于对解交织后的payload进行FEC译码处理。

解复用模块205，用于对译码后的payload进行解复用，并将所述流分类标 记重新组成IP报头，获取IP数据包。

还可以包括发送模块206，用于将重新获取的IP数据包发送到相应的目标 应用层。

作为本发明一个实施例：所述分片重组模块201具体用于，对所述IP分组 报文进行分片重组，将分片重组后得到的报文转发到指定的用户数据报文协议 UDP端口。

所述分片重组模块201还可以具体用于，根据所述IP分组报文中的分包头 信息，将多个所述IP分组报文串接组装成完整的payload。

在分片重组过程中，如果出现数据丢包，可以使用随机数据填充在数据传 输过程中丢失的比特。

可以理解的是，图4及图5实施例所示的通信设备可以配合执行图1及图 2实施例所示的端到端的网络QoS控制方法，各模块的详细功能描述可以参照 方法实施例中的相关内容，在此不再赘述。

采用本发明实施例提供的端到端的网络QoS控制方法，通过将前向纠错编 码后的数据进行交织处理以及进行对应的解调及解交织，以实现网络丢包抑制， 大幅度提高互联网应用质量。特别在TCP传输场景下，由于无需丢包重传和降 速，因此极大提高TCP吞吐率，提升数据传输质量。

实施例五：

请参阅图6及图7，为本发明实施例五提供的端到端的网络QoS控制系统， 所述系统包括：发送端通信设备100与接收端通信设备200。

发送端通信设备100，用于将待发送的网络协议IP数据包进行流分类，将 属于所述同一数据流的IP数据包的有效载荷payload进行包复用；将进行了包 复用的所述payload进行前向纠错FEC编码，得到编码后的数据块；将所述编 码后的数据块进行数据块交织处理，得到交织后的报文；对所述交织后的报文 进行分包封装，形成IP分组报文，并发送至传输网；

接收端通信设备200，用于从所述传输网接收所述IP分组报文；记录所述 IP分组报文的报头的流分类标记，根据所述流分类标记，重组所述IP分组报文 中的用户数据，获取重组后的payload；对所述重组后的payload进行解交织处 理；对解交织后的payload进行FEC译码处理；对译码后的payload进行解复 用，并将所述流分类标记重新组成IP头，获取用户IP数据包。

其中，发送端通信设备100可以是图4所示实施例中的通信设备，接收端 通信设备200可以是图5所示实施例中的通信设备，可以执行图1或图2所示 实施例中的端到端的网络QoS控制方法，对该端到端的网络QoS控制系统的具 体描述可以参照本发明其他实施例中相关内容，在此不再赘述。

实施例六：

请参阅图8，本发明实施例六提供的通信设备包括：处理器61，存储器62 和网络接口63。其中，

处理器61，用于执行程序。

在本发明实施例中，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操 作指令。

处理器61可能是中央处理器CPU，或者是被配置成实施本发明实施例的一 个或多个集成电路。

存储器62，用于存储程序。

存储器62可能包含随机存取存储器，也可能还包括非易失性存储器。

网络接口63，用于将待发送的IP分组报文发送到传输网。

在本发明实施例中，网络接口是网卡。

当处理器运行时，所述处理器61用于执行存储器62中存储的程序使得所述 处理器61执行如下的方法：

将待发送的因特网协议IP数据包进行流分类，其中，所述流分类包括，将 配置有相同流分类标记的IP数据包确定为同一数据流；将属于所述同一数据流 的IP数据包的有效载荷payload进行包复用；将进行了包复用的所述payload 进行前向纠错FEC编码，得到编码后的数据块；将所述编码后的数据块进行数 据块交织处理，得到交织后的报文；对所述交织后的报文进行分包封装，形成 IP分组报文发送到传输网，以使得接收端接收并重组所述IP分组报文，得到重 组后的payload，对所述重组后的payload进行解交织及FEC译码。

实施例七：

请参阅图9，本发明实施例七提供的通信设备包括：处理器71，存储器72 和网络接口73。其中，

处理器71，用于执行程序。

在本发明实施例中，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操 作指令。

处理器71可能是中央处理器CPU，或者是被配置成实施本发明实施例的一 个或多个集成电路。

存储器72，用于存储程序。

存储器72可能包含随机存取存储器，也可能还包括非易失性存储器。

网络接口73，用于接收发送端设备发送的报文。

在本发明实施例中，网络接口可以是网卡。

当处理器运行时，所述处理器71用于执行存储器72中存储的程序使得所述 处理器71执行如下的方法：

接收IP分组报文，其中，所述IP分组报文由发送端经过包复用、FEC编 码及交织处理得到；记录所述IP分组报文的报头的流分类标记；根据所述流 分类标记，重组所述IP分组报文中的用户数据，获取重组后的payload；对所 述重组后的payload进行解交织处理；对解交织后的payload进行FEC译码处 理；对译码后的信息题进行解复用，并将所述流分类标记重新组成IP报头，获 取IP数据包。

处理器71还可以进一步将重新获取的IP数据包发送至目标应用层。

可以理解，对实施例六与实施例七所示的通信设备的具体描述可以参照本 发明其他实施例的相关内容，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例通过使用交织与FEC结合的方式来实现网络丢包 抑制，大幅度提高互联网应用质量。在TCP传输场景下，由于无需丢包重传和 降速，因此极大提高TCP吞吐率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是 可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读 取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。