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TWI708488B - 傳輸系統、傳送裝置及傳輸路徑分配方法 - Google Patents

傳輸系統、傳送裝置及傳輸路徑分配方法 Download PDF

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TWI708488B
TWI708488B TW108129659A TW108129659A TWI708488B TW I708488 B TWI708488 B TW I708488B TW 108129659 A TW108129659 A TW 108129659A TW 108129659 A TW108129659 A TW 108129659A TW I708488 B TWI708488 B TW I708488B
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黃國書
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智易科技股份有限公司
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Abstract

一種傳輸系統、傳送裝置及傳輸路徑分配方法。傳輸路徑分配方法用以透過至少二傳輸路徑傳輸數個資料封包。各個傳輸路徑具有一發送緩衝區。傳輸路徑分配方法包括以下步驟。依據各個發送緩衝區之一輸出資料變化量，分析各個傳輸路徑之一傳輸時間。根據各個傳輸時間，將各個資料封包分配於此些傳輸路徑。於各個資料封包附加一循序編碼。傳輸各個資料封包。

Description

傳輸系統、傳送裝置及傳輸路徑分配方法
本發明是有關於一種電子系統、電子裝置及控制方法，且特別是有關於一種傳輸系統、傳送裝置及傳輸路徑分配方法。
隨著網路技術的發展，各式通訊技術不斷推陳出新。通訊設備可以透過各種傳輸路徑傳輸資料封包。不同的傳輸路徑具有不同的優點與適用情境。使用者可以自行切換適合的傳輸路徑。
然而，傳輸路徑的傳輸速度經常會隨著使用率、外在環境或傳輸設備之狀態而有變化。固定利用同一傳輸路徑的方式可能會嚴重到影響傳輸效率。
本發明係有關於一種傳輸系統、傳送裝置及傳輸路徑分配方法，其利用多個傳輸路徑來傳輸資料封包，其中每一資料封包均可適應性的分配到適合的傳輸路徑，以使傳輸效率最佳化。
根據本發明之第一方面，提出一種傳輸路徑分配方法。傳輸路徑分配方法用以透過至少二傳輸路徑傳輸數個資料封包。各個傳輸路徑具有一發送緩衝區(send buffer)。傳輸路徑分配方法包括以下步驟。依據各個發送緩衝區之一輸出資料變化量，分析各個傳輸路徑之一傳輸時間。根據各個傳輸時間，將各個資料封包分配於此些傳輸路徑。於各個資料封包附加一循序編碼。傳輸各個資料封包。
根據本發明之第二方面，提出一種傳輸系統。傳輸系統包括一傳送裝置及一接收裝置。傳送裝置包括一資料傳送單元、一傳輸分析單元、一分配單元及一編碼單元。資料傳送單元用以透過至少二傳輸路徑傳輸數個資料封包。各個傳輸路徑具有一發送緩衝區(send buffer)。傳輸分析單元用以依據各個發送緩衝區之一輸出資料變化量，分析各個傳輸路徑之一傳輸時間。分配單元根據各個傳輸時間，將各個資料封包分配於此些傳輸路徑。編碼單元用以於各個資料封包附加一循序編碼。接收裝置包括一資料接收單元。資料接收單元用以接收此些資料封包。
根據本發明之第三方面，提出一種傳送裝置。傳送裝置包括一資料傳送單元、一傳輸分析單元、一分配單元及一編 碼單元。資料傳送單元用以透過至少二傳輸路徑傳輸數個資料封包。各個傳輸路徑具有一發送緩衝區(send buffer)。傳輸分析單元用以依據各個發送緩衝區之一輸出資料變化量，分析各個傳輸路徑之一傳輸時間。分配單元根據各個傳輸時間，將各個資料封包分配於此些傳輸路徑。編碼單元用以於各個資料封包。
根據本發明之第四方面，當發送緩衝區的輸出資料變化量無法直接量測時，可先量測(或指定)某段時間間隔，輸入至發送緩衝區的封包量。由於任何時間點的發送緩衝區封包量皆可量測(或直接讀取)，因此發送緩衝區的輸出資料變化量可以下式進行計算：O=I-l1 i +l1 i-1。
其中l1 i 為後來發送緩衝區的封包量，l1 i-1為本來發送緩衝區的封包量，O為輸出資料變化量，I為這段時間間隔輸入發送緩衝區的封包量。於是這段時間之瞬時輸出速度可以下式進行計算：
Figure 108129659-A0305-02-0005-1
。
其中tint為單位時間，S1 i 為這段時間之瞬時輸出速度。而考慮歷史各個時間點之瞬時輸出速度後，還可計算出之一指數加權平均輸出速度，如下式：
Figure 108129659-A0305-02-0005-4
。
其中，
Figure 108129659-A0305-02-0005-3
為指數加權平均輸出速度，α為一加權係數，可為0~1之間的任何數字，越重視歷史各個時間點之瞬時輸出速度時，值可設越高(越接近1)，資料輸出速度之估算可用S1 i 或
Figure 108129659-A0305-02-0005-5
之其一，如只重視瞬時的輸出速度，可直接使用S1 i 。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
1000:傳輸系統
100:傳送裝置
110:資料傳送單元
120:傳輸分析單元
121:速度分析器
122:傳輸時間估算器
130:分配單元
140:編碼單元
200:接收裝置
210:資料接收單元
220:重新排序單元
230:處理數量分析單元
240:控制單元
910:網際網路
920:家用閘道器
930:訊號中繼器
A:交點
B1、B2:發送緩衝區
C1~C12:全域循序編碼
d1、d1a、d1b、d2、d3:封包資料量
DT:資料
E7、E8:直線
L1、L2:待傳輸資料量
MS:通知訊息
PH1、PH2:傳輸路徑
PK1~PK12:資料封包
PK1a、PK1b:子封包
PQ:排序處理數量
S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170、S180、S190:步驟
SN1、SN2:場景
SP1、SP2:資料輸出速度
T1、T1a、T1b、T2:傳輸時間
第1圖繪示本揭露的傳輸路徑分配方法所適用之場景(scenario)。
第2圖繪示根據一實施例之傳輸系統之示意圖。
第3圖繪示根據一實施例之傳輸路徑分配方法的流程圖。
第4圖繪示兩個傳輸路徑之示意圖。
第5圖繪示資料封包附加循序編碼之示意圖。
第6圖繪示資料封包被切割成數個子封包後，此些子封包同時藉由數個傳輸路徑進行傳輸之示意圖。
第7圖繪示封包資料量及傳輸時間之關係圖。
本揭露所提出之各種實施例係利用多個傳輸路徑來傳輸資料封包，其中每一資料封包均可適應性的分配到適合的傳輸路徑，以使傳輸效率最佳化。
請參照第1圖，其繪示本揭露的傳輸路徑分配方法所適用之場景(scenario)SN1、SN2。在場景SN1中，網際網路910與家用閘道器(Home Gateway,HGW)920之間可以透過一無線網路路徑(wireless network path)、一行動網路路徑(LTE path)、一乙太網路路徑(Ethernet network)、一電力線網路路徑(power line network)或一光纖網路(Fiber network)進行傳輸。在場景SN2中，家用閘道器920與一訊號中繼器(Repeater,RE)930之間可以透過一乙太網路路徑(Ethernet network)、一電力線網路路徑(power line network)、一2.4G無線網路路徑(2.4G wireless network path)或一5G無線網路路徑(5G wireless network path)進行傳輸。
請參照第2圖，其繪示根據一實施例之傳輸系統1000之示意圖。傳輸系統1000包括一傳送裝置100及一接收裝置200。傳送裝置100例如是一基地台、一路由器、一家用閘道器、或一訊號中繼器。接收裝置200例如是一基地台、一路由器、一家用閘道器、或一訊號中繼器。傳送裝置100包括一資料傳送單元110、一傳輸分析單元120、一分配單元130及一編碼單元140。傳送裝置100之各個元件的簡介如下：資料傳送單元110用以傳輸資料，例如是一網路連接埠、一無線射頻模組、或一光訊號接收模組。傳輸分析單元120用以分析傳輸路徑，分配單元130用以依據傳輸路徑之分析結果對資料封包進行分配，編碼單元140用以在傳輸前，對資料封包進行編碼。傳輸分析單元120、分配單元130及編碼單元140例如是一電路、一晶片、一電路板、儲存數組程式碼之儲存裝置。傳輸分析單元120、分配單元130及編碼單元140可以是獨立分離之元件，亦可以整合於單一元件中。
接收裝置200包括一資料接收單元210、一重新排序單元220、一處理數量分析單元230及一控制單元240。接收裝置200之各個元件的簡介如下：資料接收單元210用以傳輸資料，例如是一網路連接埠、一無線射頻模組、或一光訊號接收模組。重新排序單元220用以進行封包排序，處理數量分析單元230用以分析封包排序處理數量，控制單元240用以發出控制指令。重新排序單元220、處理數量分析單元230及控制單元240例如是一電路、一晶片、一電路板、儲存數組程式碼之儲存裝置。重新排序單元220、處理數量分析單元230及控制單元240可以是獨立分離之元件，亦可以整合於單一元件中。
請參照第3圖及第4圖，第3圖繪示根據一實施例之傳輸路徑分配方法的流程圖，第4圖繪示兩個傳輸路徑PH1、PH2之示意圖。傳輸路徑PH1具有一發送緩衝區(send buffer)B1。傳輸路徑PH2具有一發送緩衝區B2。資料DT之數個資料封包PK1、PK2、PK3、...可以透過傳輸路徑分配方法分配到適合的傳輸路徑。以下搭配流程圖詳細說明上述各項元件之運作方式。流程圖之說明過程係搭配第4圖之傳輸路徑PH1、PH2來做說明。
在步驟S110中，傳送裝置100之傳輸分析單元120依據發送緩衝區B1、B2，分析傳輸路徑PH1、PH2之傳輸時間T1、T2(標示於第2圖)。在步驟S110中，傳輸分析單元120之速度分析器121先分析發送緩衝區B1、B2之資料輸出速度SP1、SP2。舉例來說，資料輸出速度SP1可依據下式(1)~(4)獲得，l1 i 為 第i時間點之發送緩衝區B1的大小，l1 i-1為第i-1時間點之發送緩衝區B1的資料量，
Figure 108129659-A0305-02-0009-6
為第i-1至i時間點輸入至發送緩衝區B1之資料大小，q1 i 為輸出資料變化量，tint為單位時間，S1 i 為第i時間點之實際輸出速度，
Figure 108129659-A0305-02-0009-20
為指數加權平均之輸出速度，α及(1-α)為加權係數。資料輸出速度SP1之估算係為S1 i 或
Figure 108129659-A0305-02-0009-21
之其一。
Figure 108129659-A0305-02-0009-7
Figure 108129659-A0305-02-0009-8
Figure 108129659-A0305-02-0009-9
Figure 108129659-A0305-02-0009-10
資料輸出速度SP2之估算類似上式(1)~(4)，在此不再重複敘述。
在步驟S110中，傳輸分析單元120之傳輸時間估算器122更依據發送緩衝區B1、B2之一待傳輸資料量L1、L2(標示於第2圖)及資料封包PK1、PK2、PK3、...之一封包資料量d1、d2、d3(標示於第2圖)，計算將資料封包PK1、PK2、PK3、...傳輸完畢所需之傳輸時間T1、T2。舉例來說，資料封包PK1於傳輸路徑PH1之傳輸時間T1可依據下式(5)獲得。
Figure 108129659-A0305-02-0009-11
資料封包PK1於傳輸路徑PH2之傳輸時間T2可依據下式(6)獲得。
Figure 108129659-A0305-02-0009-12
接著，在步驟S120中，傳送裝置100之分配單元130根據傳輸時間T1、T2，將資料封包PK1、PK2、PK3、...分配於傳輸路徑PH1、PH2。在此步驟中，每一資料封包PK1、PK2、PK3、...均會進行分配，以各自分配至適合的傳輸路徑PH1、PH2。舉例來說，資料封包PK1可能分配於傳輸路徑PH1，資料封包PK2可能分配於傳輸路徑PH2，資料封包PK3可能分配於傳輸路徑PH1。
然後，在步驟S130中，傳送裝置100之編碼單元140於資料封包PK1、PK2、PK3...附加一循序編碼。請參照第5圖，其繪示資料封包PK1~PK12附加全域循序編碼C1~C12之示意圖。編碼單元140按照原來之順序對資料封包PK1~PK12附加全域循序編碼C1~C12。全域循序編碼C1~C12可以附加於資料封包PK1~PK12之表頭。根據上述分配步驟，資料封包PK1、PK3~PK5、PK7~PK9、PK11、PK12藉由傳輸路徑PH1傳輸，資料封包PK2、PK6、PK10藉由傳輸路徑PH2傳輸。
然後，在步驟S140中，傳送裝置100之資料傳送單元110傳輸資料封包PK1、PK2、PK3、...。
透過上述步驟，每一資料封包PK1、PK2、PK3、...均可適應性的分配到適合的傳輸路徑PH1、PH2，以使傳輸效率最佳化。
接著，在步驟S150中，接收裝置200之資料接收單元210接收資料封包PK1、PK2、PK3、...。如第5圖所示，傳輸 路徑PH1、PH2之傳輸時間T1、T2不同，故接收裝置200不一定會依照原來之順序接收資料封包PK1~PK12。第5圖之第三列示意資料接收單元210接收到的順序例如是「資料封包PK1、資料封包PK3、資料封包PK4、資料封包PK2、資料封包PK5、資料封包PK7、資料封包PK8、資料封包PK6、資料封包PK9、資料封包PK11、資料封包PK12、資料封包PK10」。
然後，在步驟S160中，接收裝置200之重新排序單元220依據全域循序編碼C1~C12，重新排序資料封包PK1~PK12。在一實施例中，亦可依據區域循序編碼，重新排序資料封包PK1~PK12。第5圖之第四列示意重新排序後之資料封包PK1~PK12。
如此一來，即使資料封包PK1~PK12交錯地利用不同的傳輸路徑PH1、PH2進行傳輸，仍可透過全域循序編碼C1~C12，將資料封包PK1~PK12重新排序。
上述排序方式會以滑動視窗法與滑動視窗接收暫存器方式實現。
接收暫存器中，排序完成之順序封包，會遞交給上層處理器並清除該資料。
接收暫存器中，未排序完成之封包，定義一重新排序處理數量PQ來計算重新排序的數量，雖然網路使用交錯的方式傳遞資料，但在網路傳輸狀況沒有阻塞現象時，封包交錯傳送接收不會造成重新排序處理數量PQ的大量增加，只有在多路徑中間 結點有一個阻塞情形發生時，才會造成重新排序處理數量PQ的大量增加。
在步驟S170中，接收裝置200之處理數量分析單元230分析重新排序資料封包PK1~PK12之一重新排序處理數量PQ(Process Quantity)(標示於第2圖)。若排序處理數量PQ超過一預定門檻值，則進入步驟S180。
在步驟S180中，接收裝置200之控制單元240輸出一通知訊息MS，以使傳送裝置100之分配單元130在步驟S190將後續之資料封包固定分配於傳輸路徑PH1、PH2之其中之一。也就是說，在排序處理數量PQ過高時，傳送裝置100之分配單元130會依據通知訊息MS切換成固定傳輸模式，以避免接收裝置200需要進行重新排序。
上述實施例之各個資料封包PK1~PK12係分配於傳輸路徑PH1~PH2之其中之一。在另一實施例中，資料封包PK1之一部分可以分配於傳輸路徑PH1、PH2之其中之一，各個資料封包PK1之另一部分分配於傳輸路徑PH1、PH2之其中之另一。舉例來說，請參照第6圖，其繪示資料封包PK1被切割成子封包PK1a、PK1b後，子封包PK1a、PK1b同時藉由傳輸路徑PH1、PH2進行傳輸之示意圖。
子封包PK1a具有封包資料量d1a(標示於第2圖)，子封包PK1b具有封包資料量d1b(標示於第2圖)，兩者之合為資 料封包PK1之一封包資料量d1。子封包PK1a於傳輸路徑PH1之傳輸時間T1a可依據下式(7)獲得。
Figure 108129659-A0305-02-0013-13
子封包PK1b於傳輸路徑PH2之傳輸時間T1b可依據下式(8)獲得。
Figure 108129659-A0305-02-0013-14
傳輸時間T1a及傳輸時間T1b之最大值(即
Figure 108129659-A0305-02-0013-15
)為資料封包PK1完整傳輸完畢所需之時間。傳輸分析單元120依據下式(9)，求取使
Figure 108129659-A0305-02-0013-19
最小化之傳輸時間T1。
Figure 108129659-A0305-02-0013-17
請參照第7圖，其繪示封包資料量d1a、d1b及傳輸時間T1a、T1b、T1之關係圖。第7圖之直線E7、E8分別為上述式(7)、(8)。直線E7與直線E8之交點A即為上述之使
Figure 108129659-A0305-02-0013-18
最小化之最佳解。
如此一來，子封包PK1a、PK1b同時藉由傳輸路徑PH1、PH2傳輸時，能夠透過上述方式將傳輸效率最佳化。
根據上述實施例，每一資料封包可以適應性的分配到適合的傳輸路徑。即使使用率、外在環境或傳輸設備之狀態有所變化，資料的傳輸仍然能夠做適應性地調整，以達到傳輸效率之最佳化。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170、S180、S190:步驟

Claims (19)

  1. 一種傳輸路徑分配方法，用以透過至少二傳輸路徑傳輸複數個資料封包，各該傳輸路徑具有一發送緩衝區(send buffer)，該傳輸路徑分配方法包括：依據各該發送緩衝區之一輸出資料變化量，分析各該傳輸路徑之一傳輸時間；根據各該傳輸時間，將各該資料封包分配於該些傳輸路徑；於各該資料封包附加一循序編碼；以及傳輸各該資料封包。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸路徑分配方法，其中該些傳輸路徑包括一無線網路路徑(wireless network path)、一行動網路路徑(LTE path)、一乙太網路路徑(Ethernet network)、一電力線網路路徑(power line network)、一光纖網路(Fiber network)之至少其中之二。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸路徑分配方法，其中分析各該傳輸路徑之該傳輸時間之步驟包括：依據該輸出資料變化量分析各該發送緩衝區之一資料輸出速度；以及依據各該發送緩衝區之一待傳輸資料量及各該資料封包之一封包資料量，計算將各該資料封包傳輸完畢所需之該傳輸時間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸路徑分配方法，其中各該資料封包分配於該些傳輸路徑之其中之一。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸路徑分配方法，其中各該資料封包分配於該些傳輸路徑之其中之二。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸路徑分配方法，更包括：接收該些資料封包；以及依據該些循序編碼，決定是否需要重新排序該些資料封包。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之傳輸路徑分配方法，更包括：分析重新排序該些資料封包之一重新排序處理數量；以及若該排序處理數量超過一預定門檻值，則將各該資料封包固定分配於該些傳輸路徑之其中之一。
  8. 一種傳輸系統，包括：一傳送裝置，包括：一資料傳送單元，用以透過至少二傳輸路徑傳輸複數個資料封包，各該傳輸路徑具有一發送緩衝區(send buffer)；一傳輸分析單元，用以依據各該發送緩衝區之一輸出資料變化量，分析各該傳輸路徑之一傳輸時間； 一分配單元，根據各該傳輸時間，將各該資料封包分配於該些傳輸路徑；及一編碼單元，用以於各該資料封包附加一循序編碼；以及一接收裝置，包括：一資料接收單元，用以接收該些資料封包。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之傳輸系統，其中該些傳輸路徑包括一無線網路路徑(wireless network path)、一行動網路路徑(LTE path)、一乙太網路路徑(Ethernet network)、一電力線網路路徑(power line network)、一光纖網路(Fiber network)之至少其中之二。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之傳輸系統，其中該傳輸分析單元包括：一速度分析器，用以依據該輸出資料變化量分析各該發送緩衝區之一資料輸出速度；以及一傳輸時間估算器，用以依據各該發送緩衝區之一待傳輸資料量及各該資料封包之一封包資料量，計算將各該資料封包傳輸完畢所需之該傳輸時間。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之傳輸系統，其中該分配單元將各該資料封包分配於該些傳輸路徑之其中之一。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之傳輸系統，其中該分配單元將各該資料封包分配於該些傳輸路徑之其中之二。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之傳輸系統，其中該接收裝置更包括：一重新排序單元，用以依據該些循序編碼，重新排序該些資料封包。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之傳輸系統，其中該接收裝置更包括：一處理數量分析單元，用以分析重新排序該些資料封包之一重新排序處理數量；以及一控制單元，若該排序處理數量超過一預定門檻值，則該控制器輸出一控制訊號至該傳輸裝置，以將各該資料封包固定分配於該些傳輸路徑之其中之一。
  15. 一種傳送裝置，包括：一資料傳送單元，用以透過至少二傳輸路徑傳輸複數個資料封包，各該傳輸路徑具有一發送緩衝區(send buffer)；一傳輸分析單元，用以依據各該發送緩衝區之一輸出資料變化量，分析各該傳輸路徑之一傳輸時間；一分配單元，根據各該傳輸時間，將各該資料封包分配於該些傳輸路徑；以及一編碼單元，用以於各該資料封包附加一循序編碼。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之傳送裝置，其中該些傳輸路徑包括一無線網路路徑(wireless network path)、一行動網路路徑(LTE path)、一乙太網路路徑(Ethernet network)、一電力線網路路徑(power line network)、一光纖網路(Fiber network)之至少其中之二。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之傳送裝置，其中該傳輸分析單元包括：一速度分析器，用以依據該輸出資料變化量分析各該發送緩衝區之一資料輸出速度；以及一傳輸時間估算器，用以依據各該發送緩衝區之一待傳輸資料量及各該資料封包之一封包資料量，計算將各該資料封包傳輸完畢所需之該傳輸時間。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之傳送裝置，其中該分配單元將各該資料封包分配於該些傳輸路徑之其中之一。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之傳送裝置，其中該分配單元將各該資料封包分配於該些傳輸路徑之其中之二。
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