ES2220879T3 - Procedimiento de multiplexado y multiplexor que permiten la optimizacion de la gestion de la banda de paso de una canl de transmision digital. - Google Patents
Procedimiento de multiplexado y multiplexor que permiten la optimizacion de la gestion de la banda de paso de una canl de transmision digital.Info
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Abstract
Procedimiento de multiplexado de M servicios, siendo M un número entero > 1, que permite transmitir paquetes de datos de tamaño Tp predeterminado con tráfico de salida, cuyo tráfico máximo de salida DS max está predeterminado, caracterizado porque comprende el almacenamiento de los datos entrantes de cada servicio en una zona tampón asociada, la presentación en salida de un paquete de datos formados por la totalidad o parte de los datos presentes en la zona tampón cuyo llenado es superior o igual al tamaño Tp de un paquete, y la retirada de los datos presentados en salida de dicha zona tampón.
Description
Procedimiento de multiplexado y multiplexor que
permiten la optimización de la gestión de la banda de paso de un
canal de transmisión digital.
La invención concierne un procedimiento de
multiplexado y a un multiplexor que permiten la optimización de la
gestión de la banda de paso de un canal de transmisión digital,
especialmente para los sistema de difusión de servicios.
Los difusores de programas de televisión
digitales, de radio digitales e incluso de datos multimedia se
comparten los canales de transmisión. Estos canales son diversos. Se
trata de transmitir por cable, por satélite, por vía hertziana o
incluso utilizando la red Internet.
Los multiplexado de los servicios audiovisuales
(S_{1}, S_{2}, S_{3}) con tráficos constantes como muestra la
figura 1 y con tráficos variables como muestra la figura 2 son
conocidos. Una solución de esta clase está descrita en la patente
norteamericana US 5446738, depositada por la sociedad "Electronics
and Telecommunications Research Institute", Daejeon, República
de Corea, el 28 de diciembre de 1993. La banda de paso, cualquiera
que sea la red utilizada para difundir su servicio, es limitada y
cara. El multiplexado con tráficos variables permite ya una primera
optimización de la gestión de la banda de paso. Pero cualquiera que
sea el tipo de multiplexado, los algoritmos de multiplexado no
saben trabajar sin paquetes de relleno P_{\diameter}. Permiten
conservar un margen de banda de paso para paliar las eventuales
pérdidas.
Una idea para paliar la pérdida de banda de paso
ligada a la obligación de utilizar los paquetes de relleno
P_{\diameter} en los algoritmos de multiplexado actuales consiste
en sustituir los paquetes de relleno P_{\diameter} después del
multiplexado por datos D como se muestra en las figuras 1 y 2. Los
datos D reemplazan los paquetes de relleno P_{\diameter} bien en
parte (flecha 1), dejando una parte B_{\diameter} de la banda de
paso definitivamente no utilizada, o bien en su totalidad (flecha
2). El problema radica entonces en que el difusor no es dueño de
este flujo de datos, ya que depende de los servicios multiplexados.
Por tanto, según el tipo de datos transmitidos en lugar de los
paquetes de relleno, si el tráfico es demasiado lento, el usuario
se quejará de la lentitud del servicio, y si el tráfico es
demasiado rápido, es el descodificador el que no podrá ya gestionar
el flujo de datos entrante.
La presente invención propone un nuevo enfoque
para la optimización de la gestión de la banda de paso del canal de
transmisión digital. Este nuevo enfoque tiene la ventaja de ser más
sencillo de poner en práctica que los multiplexores existentes. La
invención tiene por objeto un procedimiento de multiplexado de M
servicios (siendo M un número entero > 1) que permita transmitir
paquetes de datos de tamaño T_{p} predeterminado con tráfico de
salida, cuyo tráfico máximo de salida D_{S \ max} está
predeterminado, caracterizado porque incluye el almacenamiento de
los datos entrantes de cada servicio en una zona tampón asociada,
la presentación en salida de un paquete de datos formados por la
totalidad o parte de los datos presentes en la zona tampón cuyo
llenado superior o igual al tamaño T_{p} de un paquete, y la
retirada de los datos presentados en salida de dicha zona
tampón.
La invención propone también un multiplexor de M
entradas (siendo M un número entero > 1) y una salida que
permita transmitir paquetes de datos de tamaño T_{p}
predeterminado con tráfico de salida, cuyo tráfico máximo de salida
D_{S \ max} está predeterminado, caracterizado porque incluye M
zonas tampón para el almacenamiento de los datos entrantes de cada
uno de los M servicios entrantes, estando unida cada zona tampón a
una entrada y uniendo un dispositivo de elección la zona tampón
cuyo llenado es superior al tamaño T_{p} de un paquete con la
salida, permitiendo así la presentación en salida de un paquete de
datos formados por la totalidad o parte de los datos presentes en
dicha zona tampón y la retirada de los datos presentados en salida
de dicha zona tampón.
Otro objeto de la invención es una cadena de
emisión digital de servicios de diversos tipos en diferentes tipos
de redes de datos síncronos y/o asíncronos, que comprende:
- M entradas cuyas funciones son la adquisición
de los datos y la transformación en paquetes de tamaño fijo adaptado
al protocolo de difusión,
- M buffers en los cuales las M entradas vienen a
almacenar dichos paquetes,
- un multiplexor cuyas M entradas están unidas a
los M buffers,
- J buffers unidos a las J salidas del
multiplexor permitiendo gestionar los datos síncrono y
asíncronos,
- J salidas cuyas funciones son la adquisición de
los datos de los J buffers, la adaptación al formato de canal de
transmisión y la difusión.
Las características y ventajas de la invención
aparecerán más claramente por la lectura de la descripción, dada a
título de ejemplo, y de las figuras referentes a ella, que
representan:
La figura 1, la gestión de la banda de paso con
un tráfico de tasa constante según el estado de la técnica,
La figura 2, la gestión de la banda de paso con
un tráfico de tasa variable según el estado de la técnica,
La figura 3, una parte de la cadena de emisión
que comprende el multiplexor según la invención,
La figura 4, un ejemplo de representación
esquemática del multiplexor según la invención y
La figura 5, la gestión de la banda de paso
utilizando el multiplexado según la invención.
La figura 3 muestra que un multiplexor 3 gestiona
paquetes de diferentes tipos de datos de entrada. Estos datos pueden
estar compuesto de datos de vídeo, audio o audiovisuales difundidos
en directo o en diferido, ficheros o incluso datos provenientes de
una red del tipo Internet. Estos paquetes de datos son de tamaño
fijo. En el ejemplo de la figura 3 una entrada 1a recibe datos
difundidos en directo, una entrada 1b recibe ficheros y una entrada
1c está unida a una red.
El multiplexor 3 genera una concatenación de
estos paquetes según los tráficos de llegada reales o los tráficos
de llegada deseados de los datos. Los intercambios de datos entre
las entradas 1/salidas 5 y el multiplexor 3 se hacen con ayuda de
zonas tampón 2 y 4 denominadas buffers en inglés. Los buffers 4 son
de dos tipos: flip/flop para los datos síncronos y FIFO para los
datos asíncronos. En el ejemplo de la figura 3, la salida 5_{i}
permite la difusión de los datos multiplexados en directo y la
salida 5_{ii} distribuye los datos por una red, tal como, por
ejemplo, Internet, ATM, ...
Las tareas de una entrada 1 se descomponen en
adquisición de los datos, transformación en paquetes de tamaño fijo
adatado al protocolo y almacenamiento en un buffer 2 de destino del
multiplexor 3. Las tareas de una salida se descomponen en la
adquisición de los datos de un buffer 4 calculados por el
multiplexor, la adaptación al formato del canal de transmisión y la
difusión.
Cuando el multiplexor 3 tiene varias salidas
(S_{i}, S_{ii}) como se representa en la figura 3, todos los
paquetes del núcleo de multiplexado son transmitidos al conjunto de
las salidas, en el presente caso a las dos salidas del multiplexor 3
de la figura 3. Seguidamente, en cada salida, los paquetes pueden
ser filtrados según las necesidades para transmitir únicamente
ciertos paquetes. Por ejemplo, se puede efectuar el filtrado para no
difundir más que datos síncronos a partir de una de las salidas y
más que datos asíncronos a partir de la otra...
Como muestra el ejemplo de representación
esquemática del multiplexor 3 propuesto en la figura 4, el
multiplexor 3 incluye buffers 31 y un dispositivo de elección 32 que
controla el llenado de los buffers 31 con datos a partir de las
entradas y la transmisión de estos datos en salida.
Los buffers 2 son buffers reales. Se llenan en
función de la llegada de los datos (en el caso del directo) o por
bloque completo en el caso de ficheros.
Los buffers 31 pueden ser virtuales, es decir que
pueden no tener existencia real. Estos son tablas de valores. Tienen
un nivel de llenado predeterminado para una entrada dada (por
ejemplo, fijada por el usuario). Si el valor de llenado fuera el
nivel real del buffer 2, la eficacia resultaría muy disminuida (en
particular en el caso de datos asíncronos). Los niveles de llenado
pasarían de lleno a vacío y, a la salida del multiplexado, el nivel
del tráfico sería, por tanto, en "dientes de sierra" muy
pronunciados. En el caso de la transmisión de un fichero, si los
paquetes fueran leídos directamente en un buffer real 2 en lugar de
tomarlos bloque por bloque en un buffer 31, las prestaciones
globales del sistema se resentirían de ello.
La ventaja de utilización de los buffers 31 es
descorrelacionar el tratamiento de los datos de entrada del
multiplexado propiamente dicho. Eso resulta mucho más fácil si los
buffers 31 son virtuales.
El multiplexor 3 posee M entradas en las que se
presentan M servicios. El tráfico de los datos para cada entrada es
{D_{E}[i](t)}_{1\leq i \leq M} y el tráfico máximo
demandado por los canales de transmisión de todas las salidas del
multiplexor 3 es D_{S \ max}. El tiempo de paquete t_{p} es
entonces igual a T_{p}/D_{S \ max}, en donde T_{p} es el
tamaño de un paquete. B_{E}[i](t) representa el estado de
llenado del buffer 31 de la entrada i. El principio general del
llenado de los buffers 31 es entonces el siguiente:
- en el instante t = 0,
\hskip1,5cm\foralli\in[1,M]
\hskip0,5cmB_{E}[i](0), y
- en el instante t_{n+1}= t_{N}+ t_{p},
\hskip1,5cm\foralli\in[1,M]
B_{E}[i](t_{N+1})=B_{E}[i](t_{N})
+ D_{E}[i](t_{N+1}) \cdot t_{P}.
Y el principio general de elección de un buffer
31 hacia la salida del multiplexor 3 utilizado por el dispositivo de
elección 31 es el siguiente:
- si \exists i / B_{E}[i](t_{N+1})
\geq T_{p}, entonces el paquete del buffer 31 en la entrada i
se presenta en salida y B_{E}[i](t_{N+1}) =
B_{E}[i](t_{N+1}) - T_{p},
- en caso contrario, se presenta en salida un
paquete de relleno.
Este procedimiento de multiplexado, que comprende
el llenado de los buffers de entrada 31 internos al multiplexor y la
elección de aquél de entre ellos que tiene una tasa de llenado
superior o igual al tamaño de un paquete para transmitir al menos
una parte de los datos que almacena a la salida del multiplexor 3,
es más sencillo de poner en práctica que los propuestos en el estado
de la técnica. Los paquetes de relleno no son presentados en la
salida, salvo en el caso en que ningún buffer esté suficientemente
lleno.
Extendamos este principio para no considerar ya
un solo estado de llenado por buffer 31, sino dos estados de llenado
B_{E \ min}[i](t) y B_{E \ max}[i](t)
correspondientes respectivamente a los tráficos de consigna mínimo
y máximo D_{E \ min}[i](t) y D_{E \ max}[i](t).
Entonces,
- en el instante t = 0,
\hskip1,5cm\foralli\in [1, M]
\hskip2,5cmB_{E \ min}[i](0) = 0,
\hskip2,5cmB_{E \ max}[i](0) = 0, y
- en el instante t_{N+1} = t_{N} + t_{p}
\foralli\in [1, M]
\hskip2,5cmB_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E \ min}[i](t_{N}) + D_{E \ min}[i](t_{N+1})\cdott_{p}
\hskip1,1cmy
\hskip1,1cmB_{E \ max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ max}[i](t_{N}) + D_{E \ max}[i](t_{N+1})\cdott_{p}.
El dispositivo de elección 32 puede elegir el
transmitir datos provenientes del buffer 31 de la entrada si su
estado de llenado mínimo o su estado de llenado máximo es superior o
igual al tamaño de un paquete, como muestra el procedimiento
siguiente:
1) Si \existsi
/B_{Emin}[i](t_{N+1}) \geq T_{p}, entonces el paquete
proveniente del buffer 31 de la entrada nº i es presentado en
salida,
B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E \
min}[i](t_{N+1}) - T_{p} y B_{E \
max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ lin}[i](t_{N+1}),
2) En caso contrario, si
\existsi/B_{Emax}[i](t_{N+1}) \geq T_{p}, entonces
el paquete proveniente del buffer 31 de la entrada nº i es
presentado en salida,
B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E \
min}[i](t_{N+1}) - T_{p} y B_{E \
max}[i](t_{N+1}) = B_{Elax}[i](t_{N+1})
-T_{p},
3) En caso contrario, se presenta en salida un
paquete de relleno.
Los tráficos de consigna pueden ser vistos como
un tráfico garantizado para el tráfico mínimo y un tráfico lo mejor
posible para el tráfico máximo.
Si el tráfico mínimo de un servicio i es igual al
tráfico máximo de este mismo servicio i, entonces el servicio i se
difunde con un tráfico fijo y garantizado. Si el tráfico mínimo del
servicio i se fija en cero y el tráfico máximo de este mismo
servicio i se fija en el tráfico máximo de salida, el modo de
difusión del servicio i se denomina entonces "oportunista", es
decir que el servicio tiene un tráfico fluctuante que corresponde a
la banda de paso que se ha dejado libre.
Debido a la simplicidad del procedimiento
utilizado, los buffers 31 pueden ser virtuales y lo mismo ocurre con
el dispositivo de elección 32.
En el procedimiento que utiliza el principio
general de llenado y de elección, así como en el que emplea los
tráficos de consigna, si se eligen los buffers 31 de dos entradas i
y j, se puede regular el conflicto elección definiendo un orden de
prioridad de los buffers 31 o según el tipo de servicio almacenado
en los buffers y/o el tipo de tráfico (oportunista, variable
garantizado, constante) y/o el tipo de datos (audio, vídeo ...) y/o
el difusor...
La figura 5 muestra un ejemplo de la gestión de
un canal por el multiplexor 3. Representa la utilización de la banda
de paso completa por seis servicios diferentes. La banda de paso
está representada en ordenadas y el tiempo en abscisas. El servicio
1 tiene un tráfico constante, es decir que el tráfico mínimo es
igual al tráfico máximo para este servicio en el procedimiento
puesto en práctica por el multiplexor 3. Los servicios 2 a 4 tienen
tráficos mínimos diferentes de sus tráficos máximos. Sus tráficos
mínimos son diferentes de cero. Y sus tráficos máximos son
diferentes del tráfico de salida máximo, lo que permite tener una
gestión variable de la banda de paso con garantía de poder
transmitir. El servicio S_{AV} comprende datos de audio/vídeo
difundidos en directo con un tráfico variable no controlable. El
servicio 5 tiene un tráfico puramente variable debido a que su
tráfico mínimo ha sido fijado en cero y su tráfico máximo ha sido
fijado igual al tráfico de salida máximo D_{S \ max}. Este
servicio llena así lo que queda de la banda de paso sin que ello le
perjudique.
Los tráficos mínimos y máximos son fijados
servicio por servicio bien de una manera predeterminada por los
productores de los servicios o los difusores, o bien en función del
tipo de datos que comprende estos servicios (servicio en directo o
en diferido, tipos de datos: audio, vídeo, ficheros, datos
multimedia). Esos servicios no pueden ser difundidos mas que con
tráfico constante, so pena de ver que éste se degrada. Para otros,
es necesario un tráfico de consigna mínimo, ya que la lentitud del
servicio engendra incomodidad de utilización. Para ciertos
servicios, si éste es recibido con un tráfico demasiado elevado, el
descodificador en recepción no es capaz de seguirlo. Y, para
servicios tales como la telecarga de ficheros en segundo plano...,
el tráfico de difusión importa poco, y, por tanto, es el tipo de
servicio el que puede venir a utilizar los bits restantes de la
banda de paso a fin de optimizar la gestión de la misma.
Así, se garantizan la utilización máxima del
tráfico disponible en el canal de transmisión, la gestión simultánea
de flujo de datos síncronos y asíncronos, la gestión de entradas y
de salidas heterogéneas y la gestión simultánea de restricciones de
tráfico.
El procedimiento de multiplexado según la
invención se diferencia de los multiplexores clásicos por los puntos
siguientes:
- la utilización de buffers 31 que permiten
disociar el almacenamiento y la llegada de los datos del
multiplexado;
- la simplicidad del algoritmo de elección con el
recorrido de una tabla de valores;
- el multiformato de las entradas/salidas (varias
entradas y varias salidas, los datos de cada entrada pueden ser de
tipos diferentes e igualmente los datos de cada salida pueden ser de
tipos diferentes);
- la gestión optimizada del modo oportunista.
Claims (11)
1. Procedimiento de multiplexado de M servicios,
siendo M un número entero > 1, que permite transmitir paquetes de
datos de tamaño T_{p} predeterminado con tráfico de salida, cuyo
tráfico máximo de salida D_{S \ max} está predeterminado,
caracterizado porque comprende el almacenamiento de los datos
entrantes de cada servicio en una zona tampón asociada, la
presentación en salida de un paquete de datos formados por la
totalidad o parte de los datos presentes en la zona tampón cuyo
llenado es superior o igual al tamaño T_{p} de un paquete, y la
retirada de los datos presentados en salida de dicha zona
tampón.
2. Procedimiento de multiplexado según la
reivindicación 1, caracterizado porque si ninguna zona tampón
tiene un llenado superior o igual al tamaño T_{p} de un paquete,
se presenta en salida un paquete de relleno.
3. Procedimiento de multiplexado según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque si varias
zonas tampón presentan un llenado superior o igual al tamaño T_{p}
de un paquete, la zona tampón que será la primera en ser descargada
de al menos una parte de sus datos depende bien de su prioridad,
bien de la prioridad del servicio almacenado o bien del tipo de
datos almacenados.
4. Procedimiento de multiplexados según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
llenado de las zonas tampón verifica la ecuación siguiente:
\foralli\in[1,M]B_{E}[i](t_{N+1})=B_{E}[i](t_{N})
+ D_{E}[i](t_{N+1})\cdott_{p}, en donde
B_{E}[i](t) representa llenado de la zona tampón de la
entrada i en el instante t, D_{E}[i](t) representa el
tráfico de los datos para la entrada i en el instante t, en el
instante t_{N+1} = t_{N}+t_{p}, con t_{p} = T_{p}/D_{S \
max}, y sabiendo que en el instante t = 0, las M zonas tampón
están vacías, y porque las transmisión de los datos en salida
verifica la ecuación siguiente: si
\existsi/B_{E}[i](t_{N+1}) \geq T_{p}, entonces se
presenta en salida el paquete de la entrada nºi y
B_{E}[i](t_{N+1})= B_{E}[i](t_{N+1})-
T_{p}.
5. Procedimiento de un multiplexado según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque si el
servicio de la entrada i tiene un tráfico mínimo D_{E \
min}[i](t) y un tráfico máximo D_{E max}[i](t), y
si B_{E \ min}[i](t) y B_{E \ max}[i](t)
representan, respectivamente, los llenados mínimo y máximo de la
zona tampón de la entrada i en el instante t, sabiendo que este
llenado es nulo en el instante t=0 y que en el instante t_{N+1}=
t_{N} + t_{p}, con t_{p} = T_{p}/D_{S \ max}, el llenado
de las zonas tampón verifica las ecuaciones siguientes:
\foralli\in [1, M] B_{E \
min}[i](t_{N+1}) = B_{E \ min}[i](t_{N}) +
D_{E \ min}[i](t_{N+1})\cdot t_{p}
y
\hskip1,5cmB_{E \ max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ max}[i](t_{N}) + D_{E max}[i](t_{N+1})\cdot t_{p}
y la transmisión de datos en salida verifica las
ecuaciones siguientes:
si \existsi/B_{E \ min}[i](t_{N+1})
\geq T_{p}, entonces se presenta en salida el paquete de la
entrada nºi, B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E
min}[i](t_{N+1}) - T_{p} y B_{E \
max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ lin}[i](t_{N+1}),
en caso contrario, si \existsi /B_{E \ max}[i](t_{N+1})
\geq T_{p}, se presenta entonces en salida el paquete de la
entrada nºi, B_{E \ min}[i](t_{N+1}) = B_{E \
min}[i](t_{N+1}) - T_{p} y B_{E \
max}[i](t_{N+1}) = B_{E \ lax}[i](t_{N+1}) -
T_{p}, y, en caso contrario, se presenta en salida un paquete de
relleno.
6. Procedimiento de multiplexado según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se
presentan en salida la totalidad o parte de los servicios con
tráficos constantes y/o variables, con o sin consigna mínima y/o
máxima.
7. Multiplexor de M entrada, siendo M un número
entero > 1, y una salida, que permite transmitir paquetes de
datos de tamaño T_{p} predeterminado con tráfico de salida, cuyo
tráfico máximo de salida D_{S \ max} está predeterminado,
caracterizado porque comprende M zonas tampón (31) para el
almacenamiento de los datos entrantes de cada uno de los M servicios
entrantes, estando unida cada zona tampón (31) a una entrada y
uniendo un dispositivo de elección (32) la zona tampón (31) cuyo
llenado es superior al tamaño T_{p} de un paquete con la salida,
permitiendo así la presentación en salida de un paquete de datos
formados por la totalidad o parte de los datos presentes en dicha
zona tampón y la retirada de los datos presentados en salida de
dicha zona tampón.
8. Multiplexor según la reivindicación 7,
caracterizado porque las zonas tampón (31) y/o el dispositivo
de elección (32) son virtuales.
9. Multiplexor según la reivindicación 7,
caracterizado porque utiliza el procedimiento de multiplexado
según una de las reivindicaciones 2 a 6.
10. Cadena de emisión digital de servicios de
diversos tipos en diferentes tipos de redes de datos síncronos y/o
asíncronos, que comprende:
- M entradas (1) cuyas funciones son la
adquisición de los datos y la transformación en paquetes de tamaño
fijo adaptado al protocolo de difusión,
- M buffers (2) en los que las M entradas (1)
vienen a almacenar dichos paquetes,
- un multiplexor (3) según una de las
reivindicaciones 7 y 8, cuyas M entradas están unidas a los M
buffers (2),
- J buffers (4) unidos a las J salidas del
multiplexor (3) que permiten gestionar los datos síncronos y
asíncronos,
- J salidas (5) cuyas funciones son la
adquisición de los datos de los J buffers (4), la adaptación al
formato del canal de transmisión y la difusión.
11. Sistema de difusión de servicios de diversos
tipos en diferentes tipos de redes de datos síncronos y/o
asíncronos, que comprende su cadena de emisión el multiplexor según
una de las reivindicaciones 7 y 8.
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