專利名稱：通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)量的測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與測量通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)量的方法有關(guān)，這種方法包括下列步驟將與需轉(zhuǎn)發(fā)的諸如信元那樣的業(yè)務(wù)單元相應(yīng)的信息送至一系列并行的業(yè)務(wù)舍棄門(traffic gapping gate)G1，…，Gn，這些門各自對各個業(yè)務(wù)單元作出舍棄(gap)或通過(pass)的判決；以及通過同時計算出現(xiàn)在一些值區(qū)間上的相對頻數(shù)的估值來估計與出現(xiàn)業(yè)務(wù)單元的頻率有關(guān)的分布。按本發(fā)明所提出的方法特別是用來測量ATM網(wǎng)中的信元業(yè)務(wù)量，但也可用于其他類型業(yè)務(wù)，以及如用于呼叫，這將在下面加以說明。由于有許多工作環(huán)境，因此在系統(tǒng)中傳送的信元、分組、呼叫等實體在下面將概括地稱為“業(yè)務(wù)單元”。
基于業(yè)務(wù)量測量的呼叫控制方法的提出主要是由于用戶事先很難精確說明業(yè)務(wù)的實況。例如，經(jīng)壓縮的圖像信號的平均比特率就很難事先確定。事實上，用戶可能必需給出值高于實際情況的業(yè)務(wù)參數(shù)(如最大信元率和平均信元率)，因為這業(yè)務(wù)的精確特性在連接建立前是未知的。因此，在網(wǎng)絡(luò)中分配給這個連接的資源多于所需要的，這就導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的利用率不夠高。用戶給出的不精確說明可以通過對實際業(yè)務(wù)量的測量加以補償。這些測量能改善網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。實際上，各種最有效的業(yè)務(wù)量控制方法都是基于對實際業(yè)務(wù)量進行測量所得的結(jié)果。
考察業(yè)務(wù)量的一種有效方法是測量從業(yè)務(wù)量得到的所謂直方圖信息。由于直方圖含有許多有關(guān)業(yè)務(wù)流的信息，因此效率較高。為了便于理解下面的說明，首先將簡要地對這些直方圖進行說明。
直方圖是指一種示出一個量的頻數(shù)分布的條形圖，條的寬度表示一個特定值區(qū)間，而條的高度表示值落在有關(guān)值區(qū)間內(nèi)的頻數(shù)。因此，直方圖示出了一個特定量的值在所有可能值之間的分布情況。如果這個量是一個隨機變量r(例如表示在一個設(shè)備的輸入端出現(xiàn)輸入信元的頻率或在一個特定中繼線路上的入呼率)，直方圖就是對r的概率密度函數(shù)f的估計。

圖1所示的直方圖中，第一條的高度(0.1)為對隨機變量的后繼值在0和5之間的估計，第二條的高度(0.2)為對隨機變量的后繼值在5和10之間的估計，等等。通過計算座標(biāo)x大于X的各條的高度的和，就可以得到r的概率分布函數(shù)F在點r＝X的估計。例如，最左面的兩條的和(0.1+0.2＝0.3)為對隨機變量的后繼值小于或等于10的估計。
對于離散隨機變量來說，概率密度函數(shù)f和概率分布函數(shù)F確定為f(x)＝p(任何ri＝X)，i＝0，1，2，…
如果函數(shù)f和F已知，那就知道了需要知道的有關(guān)隨機變量的幾乎一切情況。然而，在實際中這是不可能的，因為在這種情況下不僅需要知道隨機變量序列的以前的值，還需要知道它的將來的值。這是不可能實現(xiàn)的，因為業(yè)務(wù)是來自一個外部源，而外部源對于測量設(shè)備來說是獨立的，事先不可能知道它的情況。此外，函數(shù)f和F可能是時間的函數(shù)(即可能隨時間變化)。
在本發(fā)明所提出的方法中，業(yè)務(wù)量分布是根據(jù)與一個從隨機變量的所有或只是某些以前值得到的直方圖相應(yīng)的信息進行估計的。(應(yīng)指出的是，直方圖通常理解為一種圖形表示方式。因此，本發(fā)明通常參考的是與直方圖相應(yīng)的信息，因為所收集的測量信息不必呈圖形形式)。在以下說明中，字母h標(biāo)示對概率密度函數(shù)f的(實驗)估計，而字母H標(biāo)示對概率分布函數(shù)F的(實驗)估計，即h≈f，H≈F。
計算業(yè)務(wù)單元的出現(xiàn)頻率(即到達率)的直方圖信息是各種業(yè)務(wù)量分析的基礎(chǔ)，因此也就構(gòu)成了許多不同實現(xiàn)方式的核心。這種利用業(yè)務(wù)量測量實現(xiàn)的例子是在快速分組網(wǎng)中，特別是在ATM網(wǎng)中的連接許可控制和帶寬指配。業(yè)務(wù)量測量也可以用于使特定傳送設(shè)備或其部件準(zhǔn)確對特定類型的業(yè)務(wù)量最佳化。例如，緩存器容量應(yīng)足夠大，以緩存大多數(shù)入局業(yè)務(wù)量。
圖2示出了一種可以用來測量概率密度函數(shù)f的估計h的典型方法。受測的業(yè)務(wù)量或相應(yīng)信息(如由分別與各入局業(yè)務(wù)單元相應(yīng)的脈沖構(gòu)成的脈沖序列)送至一個計算瞬時到達率r的分類裝置SD。瞬時到達率取為到達的業(yè)務(wù)單元的時間t1(即當(dāng)前時間)與上一個業(yè)務(wù)單元的時間t2之差的倒數(shù)，即r＝1/(t1-t2)。每有業(yè)務(wù)單元到達就計算出相應(yīng)值。(如果計算的不是這個倒數(shù)而是差t1-t2，那么估計的是相繼業(yè)務(wù)單元之間的時間的分布而不是到達率的分布)。實際計算是用一系列與直方圖中的條亦即“頻帶”一一對應(yīng)的計數(shù)器C1，…，Cn來實現(xiàn)的。例如，為了得出圖1所示的信息，需要8個計數(shù)器(第一個對應(yīng)在0至5之間的條，第二個對應(yīng)在5至10之間的條，而最后一個計數(shù)器對應(yīng)35至無窮)。求出瞬時到達率后，分類裝置SD必需判定這結(jié)果屬于直方圖哪個條的X軸區(qū)間。為此，在它的存儲器(標(biāo)為MEM)中存有與計數(shù)器C1，…，Cn一一對應(yīng)的X軸區(qū)間的信息。這樣，分類裝置將它計算的結(jié)果與存儲在存儲器中的信息加以比較，使與結(jié)果所屬“頻帶”對應(yīng)的計數(shù)器加1。以這種方式，各計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果提供了對概率密度函數(shù)的估計h。在開始測量時，計數(shù)器清零。測量后，計數(shù)值存儲起來后，計數(shù)器清零，再進行下一次測量。
上述方式將提供業(yè)務(wù)量的瞬時情況圖或瞬時分布。然而，暫時性的小起伏通常并不重要，相反，我們希望估計出業(yè)務(wù)量的長期情況，因為這樣的估計將對業(yè)務(wù)量情況有更正確的判斷。這是通過對測量結(jié)果進行平均、濾除掉任何暫時起伏來實現(xiàn)的。達到這個目的的最簡單的方法是在圖2所示裝置前加一個平均部件。這樣的裝置示于圖3a，所加的部件標(biāo)為AV。與這種解決方法相應(yīng)出現(xiàn)的問題是怎樣選擇平均因素，例如考慮多少個業(yè)務(wù)單元或時間窗應(yīng)多大。概略地說，可以指出的是正確的平均因素取決于入局業(yè)務(wù)量在它的當(dāng)前平均值上下起伏的情況，這意味著平均部件配置在估計部件后(如圖3b所示)或通過反饋環(huán)路將業(yè)務(wù)量參數(shù)饋送給平均部件(如圖3c所示)更好一些，這樣可以保持連續(xù)、有效地進行平均。在這種情況下，所測得的信息必需存儲在分類部件內(nèi)，這樣才能根據(jù)這信息形成反饋參數(shù)。
由上可見，平均操作使設(shè)備更為復(fù)雜，需要對更多的參數(shù)作出判決。有效估計也需要在業(yè)務(wù)量測量的測量設(shè)備內(nèi)增添一些新的部件。
本發(fā)明的目的是通過提供一種新的方法來避免上述缺點，利用這種新方法能以簡單的方式獲得對業(yè)務(wù)量的長期情況(和瞬時業(yè)務(wù)率分布，如必要的話)的精確估計。
這個目的由本發(fā)明所提出的方法達到，這種方法的特征是根據(jù)分別與各個值區(qū)間相應(yīng)的這些舍棄門在一段規(guī)定的時間間隔內(nèi)所作出的判決的數(shù)目之差計算各相應(yīng)值區(qū)間的估計。本發(fā)明還提出了一種測量通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)量的設(shè)備，這種設(shè)備包括一系列各自接收與需轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)單元相應(yīng)的信息的并行的舍棄門(G1，…，Gn)，而每個舍棄門包括一個對每個需在系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)的諸如信元那樣的業(yè)務(wù)單元作出通過或舍棄判決的判決裝置(DM)，每個通過判決表示由于業(yè)務(wù)量滿足預(yù)定準(zhǔn)則因此接受這個業(yè)務(wù)單元；以及一個確定每個業(yè)務(wù)單元出現(xiàn)時間的時鐘裝置(CLK)。本發(fā)明的這種測量業(yè)務(wù)量的設(shè)備的特征是這種設(shè)備還包括一個計算各個舍棄門在一段規(guī)定的時間內(nèi)所作出的判決的數(shù)目之差的計算裝置。
本發(fā)明的思想是利用這樣一些并行的用于限制業(yè)務(wù)量的裝置來進行業(yè)務(wù)量測量，這些裝置具有設(shè)立在它們所執(zhí)行的限制操作內(nèi)的上述平均功能。根據(jù)這些限制裝置作出的通過和/或舍棄判決的數(shù)目之差，計算出前面所述的估計h和H(或至少其中之一)。測量因此用這些裝置執(zhí)行，但并不對業(yè)務(wù)流作任何限制。業(yè)務(wù)流限制在以后的級進行，與本發(fā)明的測量方法獨立。這里，測量利用了與舍棄門所用的相同的通過和/或舍棄判決，即使是這舍棄門是用于過濾業(yè)務(wù)量的。
利用本發(fā)明所提出的方法，可以用在任何情況下都配置在例如ATM交換設(shè)備中的一些業(yè)務(wù)過濾器來測量業(yè)務(wù)量。因此，為了實現(xiàn)本發(fā)明只需以新的方式連接這些現(xiàn)有裝置，使它們可以用來測量業(yè)務(wù)量的直方圖信息。
利用本發(fā)明所提出的方法，能以簡單的方式獲得精確的入局業(yè)務(wù)量分布，這種分布可用于許多目的。其中一個相當(dāng)有用的目的是根據(jù)本發(fā)明所提供的比以前更為精確的業(yè)務(wù)量分布制定ATM網(wǎng)連接的流量控制措施。
以下將結(jié)合附圖參照圖4-14的例子詳細說明本發(fā)明和本發(fā)明的優(yōu)選實施例。附圖中圖1例示了用本發(fā)明的方法收集的直方圖信息；
圖2例示了收集業(yè)務(wù)量直方圖信息的現(xiàn)有技術(shù)方法；圖3a至3c例示了將圖2所示方法修改成能根據(jù)長期信息估計業(yè)務(wù)量情況的一些現(xiàn)有技術(shù)方法；圖4示出了按現(xiàn)有技術(shù)的舍棄方法舍棄業(yè)務(wù)量的舍棄門；圖5例示了圖4所示門的工作特性；圖6示出了本發(fā)明的測量業(yè)務(wù)量的方法；圖7a和7b為用本發(fā)明的設(shè)備能測得的直方圖信息；圖8為圖6中的每個舍棄門的工作流程圖；圖9示出了圖6所示設(shè)備的一種可能實現(xiàn)；圖10示出了圖6所示設(shè)備的第二種可能實現(xiàn)；圖11a為另一種舍棄門的工作流程圖；圖11b為所述另一種舍棄門的特性曲線；圖11c示出了本發(fā)明的另一個實施例；圖12為每個舍棄門的方框圖；圖13為對圖8的舍棄門加以修改后的一種舍棄門的工作流程圖；以及圖14為對圖8的舍棄門加以修改后的另一種舍棄門的工作流程圖。
因為本發(fā)明可以利用現(xiàn)有技術(shù)的業(yè)務(wù)舍棄或過濾方法，下面將簡要地對此加以說明。
所謂呼叫舍棄方法(該術(shù)語用于一些國際標(biāo)準(zhǔn)，如CCITT藍皮書，建議E.412，§3.1.1.2和建議Q.542，§5.4.4.3)是一種根據(jù)速率限制業(yè)務(wù)量亦即呼叫數(shù)的業(yè)務(wù)量控制方法，為在一個時間單位內(nèi)允許通過的呼叫的數(shù)目規(guī)定了一個特定的最大值。這種方法不僅在上述標(biāo)準(zhǔn)中有說明，也可參見如美國專利4,224,479。
按呼叫舍棄方法工作的裝置可以用圖4所示的舍棄門40表示，這個門有一個標(biāo)為IN的輸入端和兩個分別標(biāo)為PASS和GAP的輸出端。在門內(nèi)預(yù)先存有一個舍棄參數(shù)U，表示所規(guī)定的在每個時間單位內(nèi)允許通過的業(yè)務(wù)單元數(shù)(例如每秒內(nèi)允許通過的呼叫數(shù)或信元數(shù))。入局業(yè)務(wù)單元送至舍棄門輸入端IN，而通過的業(yè)務(wù)單元從輸出端PASS送出。舍棄門限制業(yè)務(wù)單元的(出現(xiàn))頻率，使得在一個時間單位內(nèi)通過的業(yè)務(wù)量不能超過上述的舍棄參數(shù)U(每秒的業(yè)務(wù)單元數(shù))。如果在一個時間單位內(nèi)入局的業(yè)務(wù)量超過了值U，舍棄門就將其中一些業(yè)務(wù)單元送至輸出端GAP，使得從口PASS輸出的業(yè)務(wù)率不高于U。在輸出端GAP得到的這些業(yè)務(wù)單元能以許多方式再加以處理，但這并不在本申請的范圍之內(nèi)。實際上，舍棄門可以用例如一小段能讀設(shè)備時鐘、據(jù)此進行舍棄判決的程序?qū)崿F(xiàn)。
在上面提到的美國專利4,224,479中，舍棄門的作用是保證兩個相繼呼叫之間有一個最短的許可間隔，例如0.1秒。(因此存儲在門內(nèi)的舍棄參數(shù)也可以規(guī)定兩個相繼呼叫之間的最短許可間隔I，稱為舍棄間隔，這在本質(zhì)上與U相同，因為這兩個舍棄參數(shù)互為倒數(shù)，即U＝1/I。)舍棄門存儲剛通過的呼叫的開始時間。如果一個新呼叫的到達時間與所存儲的開始時間之差小于上述最短許可間隔，這個呼叫就被舍棄。如果這差至少等于上述間隔，這個呼叫就可以通過，而最近通過呼叫的開始時間更新為當(dāng)前時間。
這種呼叫舍棄方法的工作情況如圖5所示。在平均入局業(yè)務(wù)量(橫軸)低于上面提到的最大值U時，沒有舍棄發(fā)生(理想情況)，而在平均入局業(yè)務(wù)量超過這個值時，舍棄門就舍棄其中的一些呼叫(將這些呼叫送至輸出端GAP)，從而使轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)量(縱軸)為U。理想情況如圖中虛線所示，而實際情況如實線所示。實際上，表示舍棄門工作情況的特性曲線(實線)是理想情況的分段線性特性曲線(虛線)的平滑近似，越接近理想曲線，舍棄門就越好。例如，用美國專利4,224,479提出的舍棄門不能很好地達到理想情況。但是，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的“漏斗(leakybucket)”原理構(gòu)成的舍棄門是很有效的，因為它們還能處理瞬時突發(fā)情況。
按照本發(fā)明，業(yè)務(wù)量直方圖信息利用圖6中所示的由一系列并行的舍棄門G1，…，Gn構(gòu)成的舍棄門陣列GA測量。入局業(yè)務(wù)流(如ATC信元流)除了沿輸入線路IL1傳送外，還送至與之并行的測量支路。在測量支路中，業(yè)務(wù)流首先可以加到觸發(fā)器61上，為每個入局業(yè)務(wù)單元產(chǎn)生一個脈沖。因此得到的表示所測業(yè)務(wù)量的脈沖序列送至各舍棄門的輸入端。
如果假設(shè)(a)變量|pass|為舍棄門在一段規(guī)定的時間間隔d內(nèi)放過的業(yè)務(wù)單元(如ATM信元或呼叫)的數(shù)目，(b)舍棄門在這段時間內(nèi)總共接收到N個業(yè)務(wù)單元，那么舍棄門放過的業(yè)務(wù)單元占|pass|/N。所以，這就表示了對入局業(yè)務(wù)單元的頻率(到達率)將低于或等于U的概率的估計，即|pass|N≈P{r≤U}]]>利用單個舍棄門這樣就能估計(通過對舍棄門所作的許可通過判決和到達舍棄門的業(yè)務(wù)單元進行計數(shù))函數(shù)H在點r＝U的值。因此，舍棄門陣列將提供函數(shù)H的一系列值，而這些值就可以用來計算估計h。在圖6所示的設(shè)備中，這種計算是在一個獨立的計算單元CNT內(nèi)進行的，舍棄門陣列所作的通過和舍棄判決信息都送至這個計算單元CNT。然而，應(yīng)該指出的是，如果r＞U，而響應(yīng)曲線如圖5所示，那么在任何情況下舍棄門都將放過Ud個業(yè)務(wù)單元(而不是零個業(yè)務(wù)單元)。這樣引起的誤差由配置在舍棄門陣列和計算單元之間的比較器COMP來校正。下面將較詳細地說明這種比較器的工作情況。
舉一個例子，為了簡單起見，假設(shè)只有兩個舍棄門，這兩個門工作了100秒。這兩個門具有不同的界限頻率U，分別為每秒5個和10個業(yè)務(wù)單元。舍棄門所作的判決將存儲起來，但并不對業(yè)務(wù)量有任何影響，業(yè)務(wù)單元送至輸入線路IL1。所得結(jié)果如下總呼叫數(shù)700第一舍棄門(U＝5)pass＝200，gap＝500第二舍棄門(U＝10)pass＝600，gap＝100從以上結(jié)果可以得出以下結(jié)論。在觀察期間，平均業(yè)務(wù)率為每秒700/100＝7個業(yè)務(wù)單元。有200個業(yè)務(wù)單元，也就是占總數(shù)的28.5％，以小于每秒5個業(yè)務(wù)單元的業(yè)務(wù)率到達，而有100個業(yè)務(wù)單元(占總數(shù)的14.3％)以高于每秒10個業(yè)務(wù)單元的業(yè)務(wù)率到達。第一和第二舍棄門所作出的舍棄判決的數(shù)目之差(500-100＝400)相應(yīng)于業(yè)務(wù)率在每秒(5，10)個業(yè)務(wù)單元之間的業(yè)務(wù)單元的數(shù)目。
在以上例子中所得到的直方圖示于圖7a和7b。圖7a示出了對業(yè)務(wù)密度的概率分布函數(shù)的估計H，而圖7b示出了對業(yè)務(wù)密度的概率密度函數(shù)的估計h。估計H呈階梯形，在點X＝0階高為h(0)，在點X＝5階高為h(5)，而在點X＝10階高為h(10)。(因此，可以根據(jù)估計H的值計算出估計h的值)。
采用更多的舍棄門，就可以得到有關(guān)業(yè)務(wù)量的更細致的圖。下面假設(shè)采用n個門，它們的界限頻率分別標(biāo)為U[1]，U[2]，…，U[n]。(U[1]為最低頻率，U[n]為最高頻率)。這n個界限值確定了(n+1)個頻帶，最后一個頻帶，即第(n+1)為從U[n]至∞。下標(biāo)為i(i＝1，2，…，n)的舍棄門所舍棄和通過的總數(shù)分別標(biāo)為gap[i]和pass[i]，而對業(yè)務(wù)單元的總數(shù)計數(shù)的計數(shù)器就像一個附加的舍棄門，界限值為U[n+1]＝∞，因此pass[n+1]＝N，gap[n+1]＝0。這意味著業(yè)務(wù)率在(U[i-1]，U(i)]之間的業(yè)務(wù)單元的數(shù)目為gap[i-1]-gap[i] (1)業(yè)務(wù)率在(U[i-1]，U(i)]之間的業(yè)務(wù)單元的數(shù)目也可以用下式計算pass[i]-pass[i-1] (2)還應(yīng)該考慮的是，在入局業(yè)務(wù)密度高于門界限值時，按圖5所示曲線工作的舍棄門如前面所指出的那樣將放過Ud個業(yè)務(wù)單元，也就是說并非所有的通過判決都根據(jù)業(yè)務(wù)率低于或等于門界限值U作出的。這種估計誤差由圖6中的比較器COMP校正。比較器COMP在每個業(yè)務(wù)單元(或每個與之對應(yīng)的脈沖)后對各門的輸出按遞降的界限值(即從具有最高界限值U的門開始)進行檢查。發(fā)現(xiàn)第一個舍棄結(jié)果后，比較器就將在所有剩下的門中出現(xiàn)的通過結(jié)果全都改為舍棄結(jié)果(因為這些通過結(jié)果恰好是在r＞U成立的業(yè)務(wù)量情況下可能產(chǎn)生的)。這樣，從估計結(jié)果來看，這些是多余的通過結(jié)果大多數(shù)都能加以排除。
本發(fā)明的舍棄門陣列中的各個舍棄門可以按照現(xiàn)有技術(shù)的漏斗原理的方式(基本是已知的)進行工作。這種原理或其特定變型也稱為令牌池(Token Bank或Token Bucket)。漏斗原理可參見例如RaifO.Onvural的“異步傳輸模式網(wǎng)”(Asynchronous Transfer ModeNetworks，Performance Issues，Arctech House Inc.，1994(ISBN 0-89006-662-0))中的章節(jié)4.5.1。例如ATM網(wǎng)UPC(占用參數(shù)控制)功能的GCRA算法(普通信元率算法)采用了這種漏斗原理，GCRA用來監(jiān)視信元業(yè)務(wù)量是否與相應(yīng)連接的業(yè)務(wù)量協(xié)議一致。對于這些部件，本發(fā)明的方法能利用網(wǎng)絡(luò)中已有的解決方法。
圖8以方框圖形式示出了舍棄門根據(jù)令牌池原理進行工作的情況。舍棄門在它的存儲器內(nèi)存有下列參數(shù)與最近的業(yè)務(wù)單元相應(yīng)的時間t2(在開始時與當(dāng)前時間t1相同)；門界限值U(固定值)；漏斗容量B(固定值)；以及漏斗計數(shù)器值b，這個值表示在任何時刻漏斗內(nèi)的令牌數(shù)，開始時b＝0，但“令牌”數(shù)以與界限值U相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)速率增大。
接收到一個新的業(yè)務(wù)單元(步驟81)后，舍棄門就將當(dāng)前時間存入變量t1(步驟82)。然后，舍棄門計算量[Ux(t1-t2)+b]的值，將它與值B相比較，選擇這兩個值中較小的那個值作為變量b的值。此外，舍棄門更新變量t2的值(步驟83)。于是，舍棄門檢驗變量b的值是否大于零(步驟84)。如果是，就為變量pass賦值T(真)，再將漏斗計數(shù)器值減1(步驟85a)。如果計數(shù)器值b不大于零，就為變量pass賦值F(假)(步驟85b)。最后，返回變量pass的值，這意味著門作出通過(如果pass＝T)或舍棄(如果pass＝F)的判決。
比較器COMP和計算單元CNT例如可以如圖9所示那樣實現(xiàn)，所示的是用三個并行舍棄門的實現(xiàn)。比較器的輸入端標(biāo)為IN1，…，IN3。輸入端IN3與門G3的輸出端PASS連接，輸入端IN2與門G2的輸出端PASS連接，而輸入端IN1與門G1的輸出端PASS連接。在本例中還假設(shè)門G3的界限值[U3]大于門G2的界限值[U2]，而[U2]大于門G1的界限值[U1]。界限值最大的門(即級別最高的門)的輸出端PASS與第一AND門90的兩個輸入端連接，實際上這意味著這個輸出端直接與比較器連接，也就是說這個結(jié)果照實接收。門G2的輸出端PASS與第二AND門91的第一輸入端連接，而第二AND門91的第二輸入端接至與處于較高級別的門(G3)相應(yīng)的AND門的輸出端。同樣，門G1的輸出端PASS與第三AND門92的第一輸入端連接，而第三AND門92的第二輸入端接至與處于較高級別的門(G2)相應(yīng)的AND門的輸出端。AND門91和92的輸出只是在處于較高級別的AND門的輸出端提供結(jié)果“通過”的情況下才產(chǎn)生結(jié)果“通過”。這就防止了處在較低級別的門在處在較高級別的門作出舍棄判決時作出通過判決。通過對來自AND門90，…92，的脈沖計數(shù)，可以獲得概率分布函數(shù)H的估計。
通過在比較器部件COMP后配置一個例如如圖9所示那樣實現(xiàn)的計數(shù)器電路CNT，就可以得到對概率密度函數(shù)h的估計。在這種情況下，AND門90和91的輸出端分別接至第一異或門93的兩個輸入端，而ADN門91和92的輸出端分別接至第二異或門94的兩個輸入端。這兩個異或門只是在它們的輸入端的脈沖的邏輯值不同時才在它們的輸出端產(chǎn)生一個脈沖。由于處于較高級別的舍棄門具有較大的界限值U，因此在門93的輸入端上出現(xiàn)的信號的邏輯值只是在門G3作出判決“通過”而G2作出判決“舍棄”的情況下才不同，相應(yīng)，在門94的輸入端上出現(xiàn)的信號的邏輯值只是在門G2作出判決“通過”而門G1作出判決“舍棄”的情況下才不同。如果有一個計數(shù)器(95a)接在門93的輸出端，那么這個計數(shù)器將提供與舍棄門G3作出的“通過”判決的數(shù)目減去舍棄門G2作出的“通過”判決的數(shù)目相應(yīng)的結(jié)果。同樣，如果有一個計數(shù)器(95b)接在門94的輸出端，那么這個計數(shù)器將提供與舍棄門G2作出的“通過”判決的數(shù)目減去舍棄門G1作出的“通過”判決的數(shù)目相應(yīng)的結(jié)果。因此，計數(shù)按前面給出的式(2)進行。
圖9所示實施例可以修改成根據(jù)“舍棄”判決進行工作。這種實施例示于圖10，它與圖9所示實施例相符，只是現(xiàn)在將舍棄門的輸出端GAP接至比較器的輸入端(輸出端GAP提供作出舍棄判決的信息)，而用OR門101和102代替了AND門。在這種情況下，第一計數(shù)器(105a)提供與舍棄門G2作出的“舍棄”判決的數(shù)目減去舍棄門G3作出的“舍棄”判決的數(shù)目相應(yīng)的結(jié)果。同樣，第二計數(shù)器(105b)提供與舍棄門G1作出的“舍棄”判決的數(shù)目減去舍棄門G2作出的“舍棄”判決的數(shù)目相應(yīng)的結(jié)果。因此，計算按前面給出的式(1)進行。
如上面所例示的那樣，各個舍棄門有利地按一種能平滑突發(fā)業(yè)務(wù)的方法進行工作，因為這很容易產(chǎn)生盡可能有效的平均效果(也就是說，這種舍棄門本身就帶平均功能)。漏斗容量(B)越小，所測得的分布越接近瞬時分布。
按照本發(fā)明第二實施例，各個舍棄門可以是通過對現(xiàn)有技術(shù)的解決方式加以修改而成，這種經(jīng)修改的舍棄門的工作情況示于圖11a。這種舍棄門的工作情況與圖8所示相同，只是在這種情況下，漏斗中令牌的數(shù)目也可以負到一個預(yù)定點(標(biāo)為-D)。于是，這個界限是漏斗計數(shù)器的最小值。
一個新的業(yè)務(wù)單元到達(步驟111)后，舍棄門就將當(dāng)前時間存入變量t1(步驟112)。然后，舍棄門計算量[UX(t1-t2)+b]的值，將它與值B相比較，選擇這兩個值中較小的那個值作為變量b的值。此外，舍棄門更新變量t2的值(步驟113)。于是，舍棄門檢驗變量b的值是否大于零(步驟114)。如果是，就為變量pass賦值T(真)，再將漏斗計數(shù)器的值減1(步驟115a)。如果計數(shù)器值b不大于零，就為變量pass賦值F(假)(步驟115b)。此后，檢驗計數(shù)器值b是否大于上述預(yù)定值-D(步驟116)。如果是，在下一階段計數(shù)器將選取值-D和b-1中較大的那個值(步驟117)。然后，在步驟118返回變量pass的值。如果在步驟116發(fā)現(xiàn)計數(shù)器值不大于-D(也就是說計數(shù)器已經(jīng)達到了它的最小值)，過程就直接進至步驟118。變量pass得到值T(真)的步驟115a也直接進至步驟118。
在上述這種經(jīng)修改的舍棄門中，舍棄門已朝低通工作方向改變，使它在入局業(yè)務(wù)密度高于門界限值時不再放過Ud個業(yè)務(wù)單元。這是由于在業(yè)務(wù)密度超過界限值U時令牌數(shù)不可避免地要落到零以下。只要這種情況占著優(yōu)勢，門就不會放過任何業(yè)務(wù)單元。也就是說，令牌數(shù)必需先成為正的，門才開始放過業(yè)務(wù)單元。
修改成低通工作的舍棄門的工作特性例示于圖11b。隨著出現(xiàn)的平均業(yè)務(wù)量超過界限值，在理想情況下舍棄門將舍棄所有的業(yè)務(wù)單元(將它們送至輸出端GAP)。理想情況由虛線表示，而實際情況由實線表示。實際上，表示舍棄門工作情況的特性曲線(實線)是理想情況的分段線性特性曲線(虛線)的近似。舍棄門特性曲線的形狀還取決于常數(shù)D的值定為多大。
漏斗或令牌池原理能用不同方式加以說明，這取決于考察哪些變量和選擇哪個觀點進行分析。例如，不必應(yīng)用令牌，應(yīng)用資源也可以是時間。因此，低通工作特性可以引入按類似原理工作的其他控制機制。然而，這些不同的變型對于本發(fā)明來說差別并不明顯，因此可參見有關(guān)舍棄門本身的相關(guān)未決專利申請955407和相應(yīng)的由Philip Ginzboorg和Tom Helenius以Nokia Telecommunications名義在1996年11月8日遞交的PCT申請“通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)量控制”。
由于上述經(jīng)修改的舍棄門的內(nèi)部操作已經(jīng)考慮了在前面的實施例中由比較器COMP(見圖6)校正的估計誤差，因此如果各個舍棄門按圖11a進行工作，那么舍棄門陣列后就不需要比較器了。這種情況下的設(shè)備如圖11c所示，它與圖6所示的實施例相似，只是省去了比較器部分(各舍棄門的輸出端直接與計數(shù)單元的輸入端連接)。(然而應(yīng)指出的是，可以證明即使是在采用經(jīng)修改的舍棄門的實施例中比較器也是有用的。)圖12為能以上述方式工作的舍棄門的方框圖。這種舍棄門的核心是一個具有前面所提到的輸入端IN和輸出端PASS和GAP(見圖4)的判決單元DM。舍棄門還包括一個存儲變量(t1，t2和b)的存儲器M1和一個存儲常數(shù)參數(shù)的存儲器M2。在一個與按圖8工作的舍棄門相應(yīng)的第一實施例中，存儲器M2存儲參數(shù)U和B。如果舍棄門是一個圖11a所示的低通門，那么存儲器M2除了上述參數(shù)外還需存儲參數(shù)-D。除了這兩個存儲器，舍棄門還包括計算裝置CALC、時鐘CLK和定時裝置T，用來為漏斗加“令牌”。一個新的業(yè)務(wù)單元到達時，判決單元DM控制時鐘CLK，將當(dāng)前時間存入存儲器M1，再控制計算裝置CALC，計算出變量b的值存入存儲器M1。然后在判決單元內(nèi)比較變量b。根據(jù)變量b的值，判決單元如上述那樣更新正確的變量。然后，判決單元根據(jù)是否讓這個業(yè)務(wù)單元通過向輸出端PASS或輸出端GAP提供一個脈沖。
進行業(yè)務(wù)量測量的時間長度應(yīng)取決于業(yè)務(wù)率。這時間相對于最低可能出現(xiàn)的業(yè)務(wù)量來說應(yīng)足夠長，最好比最低可能業(yè)務(wù)率的倒數(shù)高至少兩個或三個數(shù)量級。如果最低可能業(yè)務(wù)率例如為每秒2個單元，那么測量時間至少應(yīng)有100x(1/2)＝50秒。為了達到所要求的業(yè)務(wù)單元數(shù)，也可以將測量時間段鏈接起來。
按本發(fā)明構(gòu)成的設(shè)備可以工作在連續(xù)模式，不斷地反復(fù)進行測量，也可以工作在一次性模式，在執(zhí)行了測量后停止工作。也能在每天的特定時間，如各高峰時間，接通設(shè)備進行測量。
本發(fā)明所提出的方法也可以用來找出業(yè)務(wù)率r落在單個測量區(qū)間的那些時段的分布。為此，舍棄門需要修改成如圖13和14所示。圖13示出了對按圖8工作的門的修改情況，而圖14示出了對圖11a的門的修改情況。在這兩種經(jīng)修改的門中，對一個通過的業(yè)務(wù)單元的到達時間與上一個業(yè)務(wù)單元的到達時間之差進行測量，這個差稱為到達間隔時間，在圖13和14中標(biāo)為I。這種測量在步驟83(圖13)或步驟113(圖14)執(zhí)行。如果這個業(yè)務(wù)單元不讓通過，在步驟85b(圖13)或115b將I置為零。在步驟86(圖13)或步驟118(圖14)，門還返回I的值。配置在門后的計數(shù)器將每個舍棄門在測量時間間隔d內(nèi)放過的各業(yè)務(wù)單元的到達間隔時間(從步驟86或118得到的I的值)累加在一起。用a[1]標(biāo)示界限值為U[1]的舍棄門在測量時間間隔d內(nèi)放過的業(yè)務(wù)單元到達間隔時間(1≤i≤n+1，a[n+1]＝d)之和，而用T[1]標(biāo)示業(yè)務(wù)源的速率處在區(qū)間(U[i-1]，U[1]]內(nèi)的時間?？梢奣[i]＝a[i]-a[i-1]，也就是說，所得到的這個最終結(jié)果是兩個相鄰門所測得的和之差。
也可以通過計算從直方圖得出值T[i]的近似值。設(shè)按前面的式(2)在測量時間間隔d內(nèi)達到值C[i]。于是，T[i]＝C[i]/r[i]，其中r[i]是一個在區(qū)間(U[i-1]，U[i]]內(nèi)的值。直方圖并不提供r[i]的值，但可以用許多方式來加以近似。例如，可以假設(shè)r[i]等于這個頻帶的最高值U[i]來加以近似。由此可得T[i]≈C[i]/U[i]，1≤i≤n。最后一個頻帶占用時間T[n+1]因此可由下式得出T[n+1]≈d-[T[1]+T[2]+T[3]+…+T[n]]另一個近似r[i]的方式是將它規(guī)定為這個頻帶的平均值。因此，T[i]≈2c[i]/(U[i-1]+U[i])，1≤i≤n。顯然，區(qū)間越寬，近似的精度越低。然而，如果如上述那樣直接測量值T[i]，那么無論頻帶多寬都能得到精確的估計。
如上還可看到，通過測量分布h(直方圖)和時段分布，可以計算出r[i]，也就是在測量時間間隔內(nèi)到達的在頻帶(U[i-1]，U[i]]上的大部分業(yè)務(wù)單元的速率。對于速率，有r[i]＝C[i]/T[i] (3)保持為真。
如果在i頻帶上無業(yè)務(wù)量，即如果C[i]和T[i]均為零，r[i]值可以由頻帶中心r[i]＝(U[i-1]+U[i])/2(4)得出。(當(dāng)C[i]＞0，而C[i]與業(yè)務(wù)單元的總數(shù)N相比非常小時，如C[i]/N＜10-3，也能應(yīng)用這個法則。)如由圖116所見，這種濾波器的特性在r越接近值U時越偏離理想情況。因此，門進行的測量在r[i]接近U[i]時精度最低。所以，如果在每個測量時間間隔可以改變速率軸的分配，那么最好將各頻帶界限U[i]設(shè)置成使前幾次測得的值r[i]盡可能地遠離界限值U[i]?？梢栽诿看螠y量后將新的界限值U[i]選擇成U(i)＝(r[i-1]+r[i])/2來重新設(shè)置各頻帶的界限值，其中i＝1，2，…，n，而r[i]為根據(jù)已測得的直方圖信息C[i]從式(3)和(4)中得到的。
上述方法也可用于計費對于不同的業(yè)務(wù)率可以采用不同的計費，或者在某個特定業(yè)務(wù)率以下采用同樣的計費。
雖然本發(fā)明在以上是結(jié)合附圖參照實例進行說明的，但顯然本發(fā)明并不局限于此，而是可以在以上和所附權(quán)利要求中所提出的創(chuàng)造性思想的基礎(chǔ)上加以改變的。雖然以上和所附權(quán)利要求都以將表示業(yè)務(wù)的脈沖序列加到舍棄門陣列的情況作為例子，但也可以將實際業(yè)務(wù)流送至測量支路和按正常路由傳送。測量過程也可以編入同時也實際舍棄業(yè)務(wù)量的部件，但較為有利(簡便)的還是像在上面的例子中完全獨立地進行測量。任選的比較器和計數(shù)電路的具體實現(xiàn)可以采用不同方式，這并不偏離本發(fā)明的基本思想。
權(quán)利要求
1.一種測量通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)量的方法，這種方法包括下列步驟將與需轉(zhuǎn)發(fā)的諸如信元那樣的業(yè)務(wù)單元相應(yīng)的信息送至一系列各自對各個業(yè)務(wù)單元作出舍棄或通過判決的并行的業(yè)務(wù)舍棄門(G1，…，Gn)；通過同時計算出現(xiàn)在一些值區(qū)間上的相對頻數(shù)的估計來估計與業(yè)務(wù)單元出現(xiàn)的頻率有關(guān)的分布，所述方法的特征是它還包括下列步驟根據(jù)分別與各個值區(qū)間相應(yīng)的這些舍棄門在一段規(guī)定的時間間隔內(nèi)所作出的判決的數(shù)目之差計算各相應(yīng)值區(qū)間的估計。
2.一種如在權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是所述計算完全根據(jù)分別由舍棄門(G1，…，Gn)作出的通過判決進行。
3.一種如在權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是所述計算完全根據(jù)分別由舍棄門(G1，…，Gn)作出的舍棄判決進行。
4.一種如在權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是所述時間間隔是一段預(yù)定的時間。
5.一種如在權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是所述時間間隔為預(yù)定的所接收業(yè)務(wù)單元數(shù)。
6.一種如在權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是所述各舍棄門采用一種基于漏斗原理的方法來產(chǎn)生通過和舍棄判決。
7.一種如在權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是所述各舍棄門測量一個通過的業(yè)務(wù)單元的到達時間與上一個業(yè)務(wù)單元的到達時間之差，然后根據(jù)這些差計算出業(yè)務(wù)源在各值區(qū)間上所占用的相對時間(T(i))。
8.一種如在權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是所述差的數(shù)目還用來近似得出業(yè)務(wù)源在各值區(qū)間上所占用的相對時間。
9.一種如在權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是迫使對于一個業(yè)務(wù)單元的各通過判決中的一些與一個特意選出的舍棄門作出的舍棄判決一致，從而使所述這些判決根據(jù)所選舍棄門所應(yīng)用的舍棄準(zhǔn)則(U)加以選擇。
10.一種如在權(quán)利要求1中所述的方法，其特征是所述舍棄門是低通門，在業(yè)務(wù)單元密度達到規(guī)定的界限時力圖舍棄所有的業(yè)務(wù)量。
11.一種如在權(quán)利要求7中所述的方法，其特征是所述一超過就會導(dǎo)致舍棄門開始舍棄業(yè)務(wù)單元的界限值在從一個測量周期轉(zhuǎn)到另一個測量周期時在舍棄門陣列的各門內(nèi)自動改變。
12.一種如在權(quán)利要求11中所述的方法，其特征是所述新的界限值根據(jù)對發(fā)生的相對頻率(C[i])的估計和計算得的相對時間(T[i])選取。
13.一種測量通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)量的設(shè)備，這種設(shè)備包括一系列各自接收與需轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)單元相應(yīng)的信息的并行的舍棄門(G1，…，Gn)，每個舍棄門包括一個對每個需在系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)的諸如信元那樣的業(yè)務(wù)單元作出通過或舍棄判決的判決裝置(DM)，每個通過判決表示由于業(yè)務(wù)量滿足預(yù)定準(zhǔn)則因此接受這個業(yè)務(wù)單元；以及一個確定每個業(yè)務(wù)單元出現(xiàn)時間的時鐘裝置(CLK)，所述設(shè)備的特征是它還包括一個計算各個舍棄門在一段規(guī)定的時間內(nèi)所作出的判決的數(shù)目之差的計算裝置。
14.一種如在權(quán)利要求13中所述的設(shè)備，其特征是所述計算裝置包括一系列并行的計數(shù)器(95a，95b)，每個計數(shù)器對由兩個舍棄門所作出的通過判決的數(shù)目之差進行計數(shù)。
15.一種如在權(quán)利要求13中所述的設(shè)備，其特征是所述計算裝置包括一系列并行的計數(shù)器(95a，95b)，每個計數(shù)器對由兩個舍棄門所作出的舍棄判決的數(shù)目之差進行計數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明與測量通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)量的方法和設(shè)備有關(guān)。與需轉(zhuǎn)發(fā)的諸如信元那樣的業(yè)務(wù)單元相應(yīng)的信息送至一系列各自對各個業(yè)務(wù)單元作出舍棄或通過判決的并行的業(yè)務(wù)舍棄門(G
文檔編號H04Q11/04GK1203716SQ96198788
公開日1998年12月30日 申請日期1996年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月9日
發(fā)明者菲利普·金斯伯格 申請人:諾基亞電信公司