DE102006014592A1

DE102006014592A1 - Data transmitting method for e.g. peer-to-peer data network, involves distributing partial data streams over intermediate nodes in data network such that receiving network nodes receive all partial data streams

Info

Publication number: DE102006014592A1
Application number: DE102006014592A
Authority: DE
Inventors: Norbert Oertel; Jürgen Dr. Pandel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-04
Also published as: WO2007113028A1

Abstract

The method involves dividing a data stream e.g. video data stream, which is transmitted to receiving network nodes (N1-N9) in a data network e.g. peer-to-peer data network, into a number of partial data streams (T1, T2, T3). The partial data streams are distributed over intermediate nodes in the data network such that the receiving network nodes receive all the partial data streams. The partial data streams are received by transmission nodes (R1, R2, R3), and the received partial data streams are sent to two of the network nodes and the transmission nodes. Independent claims are also included for the following: (1) a data network including a set of network nodes (2) network nodes for use in a data network.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Datennetz mit einer Vielzahl von Netzknoten sowie ein entsprechendes Datennetz und einen entsprechenden Netzknoten.The The invention relates to a method for transmitting data in one Data network with a plurality of network nodes and a corresponding Data network and a corresponding network node.

Zur effizienten Verteilung von Datenströmen, beispielsweise von Videoströmen, über Datennetze werden heutzutage so genannte Multicast-Verfahren eingesetzt. Solche Verfahren haben zur Aufgabe, einen Datenstrom nicht nur Punkt-zu-Punkt zwischen zwei Netzknoten auszutauschen, sondern einer Vielzahl von Netzknoten gleichzeitig zur Verfügung zu stellen.to efficient distribution of data streams, such as video streams, over data networks Nowadays so-called multicast methods are used. Such procedures have the task of a data stream not just point-to-point between two Exchange network node, but a plurality of network nodes available at the same time to deliver.

Im Bereich von paketbasierten IP-Netzen ist ein IP-Multicast-Verfahren bekannt, in dem die Multicasting-Funktion auf der IP-Netzwerkschicht in den einzelnen Routern des Netzes integriert ist. Darüber hinaus sind Multicast-Verfahren auf der Applikationsschicht gemäß dem OSI-Referenzmodell bekannt. Diese Verfahren nutzen in der Netzwerkschicht weiterhin Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, wobei die Multicasting-Funktionalität durch ein Overlay-Netz in der Applikationsschicht bereitgestellt wird.in the Range of packet-based IP networks, an IP multicast method is known, in which the multicasting feature on the IP network layer in the individual Routers of the network is integrated. In addition, multicast procedures on the application layer according to the OSI reference model known. These methods continue to use in the network layer Point-to-point connections, where the multicasting functionality by an overlay network is provided in the application layer.

In der Druckschrift [1] ist ein Multicast-Verfahren in der Applikationsschicht beschrieben. Bei diesem Verfahren werden disjunkte Verteilbäume erstellt, indem der zu übertragende Datenstrom in mehrere disjunkte Teilströme aufgeteilt wird, welche durch das Netz weitergeleitet werden. Die Netzknoten, die einen Teilstrom empfangen, leiten diesen an mehrere Netzknoten weiter, so dass eine breite Verteilung der Teilströme im Netz erfolgt. Die Verteilung ist hierbei derart organisiert, dass alle Netzknoten auch alle Teilströme des Datenstroms empfangen und diesen zu dem ursprünglichen Datenstrom zusammensetzen können. Dieses Verfahren hat jedoch einige Nachteile. Insbesondere ist in einzelnen Netzknoten die Upstream-Kapazität zum Aussenden von Daten oftmals limitiert, so dass nicht genügend Teilströme von einem Netzknoten an weitere Netzknoten weitergeleitet werden können und somit keine schnelle und effiziente Verteilung der Teilströme im Netz stattfindet. Darüber hinaus beschreibt dieses Verfahren keinen effektiven Fehlerschutz bei Paketverlusten, beispielsweise durch Staus, Übertragungsfehler oder bei Ausfall von Netzknoten. Insbesondere bei der Übertragung von Videoströmen ist jedoch ein effektiver Fehlerschutz sehr wichtig, da schlechte Videoqualität von den Benutzern nicht toleriert wird.In Document [1] is a multicast method in the application layer described. Disjoint distribution trees are created in this process, by the one to be transferred Data stream is divided into several disjoint streams, which by the network will be forwarded. The network nodes, which have a partial flow receive, forward this to several network nodes, so that a wide distribution of the partial flows done in the network. The distribution is organized in this way, that all network nodes also receive all partial streams of the data stream and this to the original one Compile data stream. However, this method has some disadvantages. In particular, in individual network nodes often use the upstream capacity to send data limited, so not enough substreams be forwarded from a network node to other network nodes can and thus no fast and efficient distribution of the partial streams in the network takes place. About that In addition, this method does not describe effective error protection in case of packet loss, for example due to congestion, transmission errors or at Failure of network nodes. However, especially in the transmission of video streams is Effective error protection is very important because of bad video quality Users is not tolerated.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Datennetz zu schaffen, welches eine zuverlässige und effiziente Verteilung der Daten in dem Datennetz an mehrere Netzknoten gewährleistet.task The invention is therefore a method for transmitting data in one Data network to provide a reliable and efficient distribution the data in the data network to multiple network nodes guaranteed.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Datenstrom, der an mehrere empfangende Netzknoten in dem Datennetz zu übertragen ist, in eine Vielzahl von Teilströmen aufgeteilt. Die Teilströme werden über mehrere zwischengeschaltete Netzknoten im Datennetz derart verteilt, dass die empfangenden Netzknoten jeweils alle Teilströme der Vielzahl von Teilströmen empfangen, wobei zumindest einige der zwischengeschalteten Netzknoten einen empfangenen Teilstrom an mehrere Netzknoten senden. Mit diesen Merkmalen wird gewährleistet, dass sich die Teilströme im Netz auffächern. Das Auffächern wird dadurch erreicht, dass einige zwischengeschaltete Netzknoten den empfangenen Teilstrom nicht nur an einen Netzknoten, sondern an mehrere senden. Darüber hinaus wird durch die obigen Merkmale sichergestellt, dass die empfangenden Netzknoten jeweils auch alle Teilströme der Vielzahl von Teilströmen empfangen, um die Teilströme dann wieder zu dem ursprünglichen Datenstrom zusammenzusetzen.In the method according to the invention becomes a data stream that is sent to multiple receiving nodes in the network Data network to transfer is divided into a plurality of sub-streams. The partial flows are over several intermediary network nodes distributed in the data network such that the receiving network nodes in each case receive all sub-streams of the plurality of sub-streams, wherein at least some of the intermediate network nodes have a Send received sub-stream to multiple network nodes. With these features is guaranteed that the partial flows fan out in the net. The fan-out is achieved by having some intermediate network nodes the received sub-stream not only to a network node, but send to several. About that In addition, the above features ensure that the receiving Each node also receive all sub-streams of the plurality of sub-streams, around the partial flows then back to the original one Compile data stream.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Übertragung der Teilströme einer oder mehrere der zwischengeschalteten Netzknoten Weiterleitungsknoten sind, wobei ein Weiterleitungsknoten eine Anzahl von Teilströmen empfängt und einen oder mehrere der empfangenen Teilströme jeweils an wenigstens zwei Netzknoten sendet, wobei die Anzahl von Teilströmen kleiner als die Vielzahl von Teilströmen ist. Mit diesem Merkmal wird eine neue Klasse von Knoten geschaffen, deren Hauptfunktionalität das Weiterleiten von Teilströmen ist. Da diese Knoten nicht alle Teilströme empfangen, ist es nicht beabsichtigt, in diesen Knoten den Datenstrom wieder aus der Vielzahl von Teilströmen zusammenzusetzen. Vielmehr übernehmen die Weiterleitungsknoten die Funktion des schnelleren Verteilens der Teilströme im Netz. Darüber hinaus kann mit solchen Weiterleitungsknoten auch ein Fehlerschutz erreicht werden, wie weiter unten noch näher erläutert wird.The inventive method is characterized by the fact that in the transmission of the partial flows of a or more of the intermediate network nodes are forwarding nodes, wherein a forwarding node receives a number of substreams and one or more of the received sub-streams each to at least two Network node sends, wherein the number of partial streams smaller than the plurality of partial flows is. This feature creates a new class of nodes their main functionality is the forwarding of partial streams. Since these nodes do not receive all substreams, it is not intends to return the data stream from the multitude in these nodes of partial flows reassemble. Rather, take over the forwarding nodes have the function of faster distribution the partial flows in the web. About that In addition, error protection can also be achieved with such forwarding nodes will be, as further below explained becomes.

Es besteht ferner die Möglichkeit, in einem Netz vorhandene Knoten als Weiterleitungsknoten in dem Datenübertragungsverfahren einzubinden. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn die einzubindenden Knoten eine hohe Kapazität zum Aussenden von Daten (auch als Upstream-Kapazität bezeichnet) zur Verfügung stellen. Durch die Einbindung solcher Weiterleitungsknoten können dann in dem Datennetz die anderen Netzknoten entlastet werden. Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch ein stabileres Datennetz mit geringerer Ausfallwahrscheinlichkeit von Knoten geschaffen.It there is also the possibility in a network existing nodes as forwarding nodes in the Data transmission method integrate. This is especially interesting if the involved Node a high capacity for sending data (also referred to as upstream capacity) to disposal put. By incorporating such forwarding nodes can then in the data network, the other network nodes are relieved. Consequently is achieved by the method according to the invention also a more stable data network with less probability of failure created by knots.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens empfangen die Weiterleitungsknoten jeweils nur einen einzigen Teilstrom, den sie dann an zumindest zwei weitere Netzknoten weitersenden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Weiterleitungsknoten auch mehrere Teilströme empfangen, welche vorzugsweise unterschiedlich zueinander sind. Eine besonders gute Verteilung der Teilströme im Netz wird in einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch bewirkt, dass einer oder mehrere der Weiterleitungsknoten jeweils jeden von dem jeweiligen Weiterleitungsknoten empfangenen Teilstrom an wenigstens zwei Netzknoten sendet. Es erfolgt somit für jeden eingehenden Teilstrom eine Auffächerung in zumin dest zwei weitere Teilströme, so dass eine schnelle Verteilung der Teilströme im Netz erreicht wird.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the forwarding nodes each receive only a single partial stream, which they then forward to at least two further network nodes. It is, however possible that the forwarding nodes also receive multiple substreams, which are preferably different from each other. A particularly good distribution of the sub-streams in the network is effected in one embodiment of the invention in that one or more of the forwarding nodes in each case sends each sub-stream received by the respective forwarding node to at least two network nodes. There is thus a fanning out into at least two further partial flows for each incoming partial flow, so that a rapid distribution of the partial flows in the network is achieved.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Übertragungsverfahrens übernehmen zumindest ein Teil der empfangenden Netzknoten nicht nur die Funktion des Datenempfangs, sondern sie fungieren auch als zwischengeschaltete Knoten. Es ist hierbei insbesondere auch möglich, dass alle empfangenen Netzknoten beide Funktionen übernehmen, das heißt jeder empfangende Netzknoten sendet auch zumindest einen Teilstrom an mehrere Netzknoten aus.In a particularly preferred embodiment take over the transmission method according to the invention at least part of the receiving network nodes not only the function data reception, but they also act as intermediary Node. It is also possible in this case that all received Network nodes take on both functions, this means Each receiving network node also sends at least a partial stream to several network nodes.

Die Aufteilung des Datenstroms im Datennetz erfolgt in einer besonders bevorzugten Ausführungsform in einem sendenden Netzknoten, der selbst Bestandteil des Datennetzes ist, wobei der sendende Netzknoten jeden Teilstrom an einen Netzknoten in dem Datennetz sendet. Es kann somit eine dezentrale Datennetzstruktur geschaffen werden, bei der die Verteilung des Datenstroms von einem beliebigen Netzknoten im Datennetz initiiert wird.The Distribution of the data stream in the data network takes place in a special preferred embodiment in a sending network node, which itself is part of the data network is, wherein the sending network node each sub-stream to a network node in the data network. It can thus be a decentralized data network structure be created, in which the distribution of the data stream of one Any network node is initiated in the data network.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Vielzahl von Teilströmen disjunkte Datenströme, so dass keine redundanten Informationen übertragen werden.In a particularly preferred embodiment are the multitude of part streams disjoint data streams, so that no redundant information is transmitted.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch die Integration von Weiterleitungsknoten ein Fehlerschutz im Datennetz erreicht werden. Dies geschieht dadurch, dass im Falle, dass ein Netzknoten einen verlustbehafteten und/oder fehlerhaften Teilstrom empfängt, dieser Netzknoten den verlustbehafteten und/oder fehlerhaften Teilstrom als Ganzes oder nur die verloren gegangenen und/oder fehlerhaften Abschnitte des Teilstroms von einem Weiterleitungsknoten anfordert.In a further embodiment the method according to the invention can provide error protection through the integration of forwarding nodes be reached in the data network. This happens because in the case a network node has a lossy and / or faulty one Partial flow receives, this one Network node the lossy and / or faulty sub-stream as a whole or just the lost and / or faulty Requests portions of the substream from a forwarding node.

In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, dass im Falle, dass ein jeweiliger Netzknoten einen verlustbehafteten und/oder fehlerhaften Teilstrom empfängt, der jeweilige Netzknoten wenigstens einen Weiterleitungsknoten, der den entsprechenden Teilstrom fehlerfrei empfangen hat, anweist, den Teilstrom oder die fehlerhaften und/oder verloren gegangenen Abschnitte des Teilstroms an diejenigen Netzknoten zu senden, die den Teilstrom von dem jeweiligen Netzknoten empfangen sollen.In a further embodiment it is also possible in the event that a respective network node has a lossy one and / or faulty sub-stream receives, the respective network node at least one forwarding node, the corresponding sub-stream has received error-free, instructs the partial flow or the faulty and / or lost portions of the partial flow to those Network nodes to send the partial flow from the respective network node to receive.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu genutzt werden, Kapazitäts-Engpässe von einzelnen Knoten mit Hilfe der Weiterleitungsknoten auszugleichen. Dies wird dadurch erreicht, dass im Falle, dass ein jeweiliger Netzknoten feststellt, dass seine Sendekapazität zum Aussenden eines empfangenen Teilstroms an eine vorbestimmte Anzahl von Knoten nicht mehr ausreicht, der jeweilige Netzknoten wenigstens einen Weiterleitungsknoten, der auch den entsprechenden Teilstrom empfangen hat, anweist, den Teilstrom an einen oder mehrere der vorbestimmten Netzknoten zu senden.In In another particularly preferred embodiment, the inventive method also be used to capacity bottlenecks of individual nodes with To balance the help of the forwarding nodes. This will be done ensures that if a respective network node determines that that its transmission capacity for transmitting a received substream to a predetermined one Number of nodes is no longer sufficient, the respective network node at least one forwarding node that also has the corresponding one Partial flow has instructed instruct the partial flow to one or more to send the predetermined network node.

Die soeben beschriebenen Ausführungsformen, bei denen ein Fehlerschutz bzw. die Überbrückung von Kapazitäts-Engpässen erreicht wird, verwenden vorzugsweise ein Zuweisungsschema, um Teilströme nochmals anzufordern bzw. Weiterleitungsknoten anzuweisen, Teilströme an andere Weiterleitungsknoten zu schicken. Hierbei werden einem oder mehreren Netzknoten jeweils ein oder mehrere Weiterleitungsknoten zugewiesen, wobei der oder die mehreren Netzknoten Teilströme oder Abschnitte der Teilströme von den zugewiesenen Weiterleitungsknoten anfordern können und/oder wobei der oder die mehreren Netzkoten die zugewiesenen Weiterleitungsknoten anweisen können, Teilströme oder Abschnitte der Teilströme an andere Netzknoten zu senden. Die Zuweisung der Weiterleitungsknoten zu Netzknoten kann entweder innerhalb der Teilströme (so genannte Inband-Signalisierung) oder auch separat zu den Teilströmen (so genannte Outband-Signalisierung) an die Netzknoten übertragen werden.The Embodiments just described, in which an error protection or the bridging of capacity bottlenecks achieved , preferably use an allocation scheme to redo substreams to request or forwarding nodes, sub-streams to others Forwarding node to send. This will be one or more Network nodes each assigned one or more forwarding nodes, wherein the one or more network nodes include substreams or portions of the substreams of the can request assigned forwarding nodes and / or wherein the or the multiple network users instruct the assigned forwarding nodes can, substreams or sections of the partial streams to send to other network nodes. The assignment of the forwarding nodes to network node can either within the sub-streams (so-called In-band signaling) or separately to the partial streams (Outband signaling) transmitted to the network nodes become.

Damit die Netzknoten bei Übertragungsfehlern möglichst lange Teilströme von Weiterleitungsknoten anfordern können, werden in einer Ausgestaltung die von einem Weiterleitungsknoten empfangenen Teilströme eine vorbestimmte Zeitperiode gepuffert.In order to the network nodes in case of transmission errors preferably long partial flows of forwarding nodes may be in one embodiment the sub-streams received by a forwarding node buffered for a predetermined period of time.

Gegebenenfalls kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren neben dem oben beschriebenen Fehlerschutz bzw. alternativ zu diesem Fehlerschutz ein weiteres bzw. anderes Fehlerschutzverfahren, insbesondere das FEC-Verfahren (FEC = Forward Error Correction), eingesetzt werden.Possibly can in the process according to the invention in addition to the error protection described above or alternatively to this Error protection another or other error protection method, in particular the FEC method (FEC = Forward Error Correction) can be used.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren in einem paketvermittelten Datennetz eingesetzt, insbesondere in einem IP-Datennetz (IP = Internet Protokoll). Das Verfahren beruht hierbei vorzugsweise auf einem Multicast-Verfahren auf der Applikationsschicht im OSI-Referenzmodell. Vorzugsweise wird bei einem derartigen Multicast-Verfahren UDP (UDP = User Datagram Protokoll) als Transportprotokoll in der Transportschicht im OSI-Referenzmodell verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Übertragung von Videodatenströmen, z.B. von codierten Videodatenströmen, welche dann in den empfangenden Netzknoten mit einem entsprechenden Decoder decodiert werden können. Ein wichtiges Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dezentrale Datennetze, insbesondere Peer-to-Peer-Datennetze.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the method is used in a packet-switched data network, in particular in an IP data network (IP = Internet Protocol). The method is preferably based on a multicast method on the application layer in the OSI reference model. Preferably, in such a multicast method UDP (UDP = User Datagram Protocol) as Transport protocol used in the transport layer in the OSI reference model. The inventive method is particularly suitable for the transmission of video data streams, for example of coded video data streams, which can then be decoded in the receiving network node with a corresponding decoder. An important field of application of the method according to the invention are decentralized data networks, in particular peer-to-peer data networks.

Neben dem soeben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner ein Datennetz, mit einer Vielzahl von Netzknoten, wobei das Datennetz derart ausgestaltet ist, das in diesem Datennetz ein Verfahren gemäß der Erfindung durchführbar ist. Wie oben bereits erwähnt, ist das Datennetz vorzugsweise ein IP-basiertes Datennetz und/oder ein dezentrales Datennetz, insbesondere ein Peer-to-Peer-Datennetz.Next The method just described further relates to the invention a data network having a plurality of network nodes, the data network being such is configured in this data network, a method according to the invention feasible is. As mentioned above, the data network is preferably an IP-based data network and / or a decentralized data network, in particular a peer-to-peer data network.

Die Erfindung umfasst neben dem Datennetz auch noch einen einzelnen Netzknoten zur Verwendung in einem Datennetz, wobei der Netzknoten derart ausgestaltet ist, dass er bei der Übertragung von Teilströmen eines Datenstroms mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Anzahl von Teilströmen empfängt und einen oder mehrere der empfangenen Teilströme jeweils an wenigstens zwei Netzknoten sendet, wobei die Anzahl von Teilströmen kleiner als die Vielzahl von Teilströmen ist. Der Netzknoten kann hierbei ein Netzrechner sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Netzknoten eine beliebige andere Vorrichtung zum Datensenden und Datenempfangen ist, beispielsweise eine Set-Top-Box und dergleichen. Solche Geräte beinhalten vorzugsweise einen Decoder, der einen empfangenen codierten Videostrom wieder decodiert.The In addition to the data network, the invention also includes a single one Network node for use in a data network, wherein the network node is configured such that it in the transmission of partial flows of a Data stream with the inventive method a number of Partial streams receives and one or more of the received sub-streams each to at least two Network node sends, wherein the number of partial streams smaller than the plurality of partial flows is. The network node can be a network computer. However, it is also possible, that the network node any other device for data transmission and receive data, such as a set-top box and the like. Such equipment preferably include a decoder that encodes a received one Video stream decoded again.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben.embodiments The invention will be described below with reference to the attached figures described.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Datenübertragungsverfahrens gemäß dem Stand der Technik; und 1 a schematic representation of a data transmission method according to the prior art; and

2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenübertragungsverfahrens. 2 a schematic representation of an embodiment of the data transmission method according to the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines IP-basierten Datennetzes beschrieben, welches eine Vielzahl von Netzknoten in der Form von Netzrechnern aufweist, wobei das Verfahren gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform auf einem sog. Application-Layer-Multicast-Verfahren beruht, bei dem ein Datenstrom an mehrere Netzknoten übertragen wird. Die Multicasting-Funktion wird hierbei auf der Applikationsschicht im OSI-Referenzmodell erreicht, wobei die Datenübertragung in der Netzwerkschicht weiterhin eine Unicast-Übertragung ist, das heißt jede Kante zwischen zwei Netzknoten entspricht einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen den Netzknoten.in the The invention is based on an IP-based data network which describes a plurality of network nodes in the form of Network computers, the method according to the embodiment described herein based on a so-called application layer multicast method, in which a data stream is transmitted to several network nodes. The multicasting feature is achieved here on the application layer in the OSI reference model, being the data transmission in the network layer is still a unicast transmission, that is, each Edge between two network nodes corresponds to a point-to-point connection between the network nodes.

Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Weiterentwicklung eines speziel len Application-Layer-Multicast-Verfahren, mit dem ein sog. Splitstream erzeugt wird, in dem ein Datenstrom in eine Vielzahl von Teilströmen aufgeteilt wird, die über unterschiedliche Netzknoten an die für den Empfang des Datenstroms vorgesehenen Netzknoten weitergeleitet werden. Die Weiterleitung erfolgt hierbei derart, dass die Netzknoten, welche den Datenstrom empfangen sollen, alle Teilströme empfangen und diese dann zu dem ursprünglichen Datenstrom zusammensetzen können. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der bereits erwähnten Druckschrift [1] beschrieben.The embodiment described below the method according to the invention is a further development of a special application layer multicast method, with which a so-called split stream is generated, in which a data stream into a multitude of partial streams is split over different network nodes to the for receiving the data stream provided network nodes are forwarded. The forwarding takes place in such a way that the network nodes, which the data stream to receive all partial flows and then assemble them into the original data stream. This Method is described for example in the already mentioned document [1].

1 zeigt nochmals vereinfacht die Datenübertragung gemäß dem obigen bekannten Datenübertragungsverfahren. Es wird hierbei ein Datennetz mit vier Netzknoten N1, N2, N3 und N4 betrachtet, wobei alle Netzknoten Rechner sind, was schematisiert in 1 für den Netzknoten N1 angedeutet ist. Die Netzknoten müssen jedoch nicht unbedingt Rechner sein, insbesondere können die Netzknoten auch beliebige andere Datenempfangsgeräte darstellen, welche die empfangenen Teilströme verarbeiten können. 1 shows again simplified data transmission according to the above known data transmission method. In this case, a data network with four network nodes N1, N2, N3 and N4 is considered, wherein all network nodes are computers, which is schematized in FIG 1 for the network node N1 is indicated. However, the network nodes do not necessarily have to be computers; in particular, the network nodes can also represent any other data receiving devices that can process the received substreams.

Der Netzknoten N1 möchte einen Datenstrom an alle weiteren Netzknoten N2, N3 und N4 in dem Datennetz senden. Hierzu teilt der Netzknoten N1 den zu sendenden Datenstrom in drei Teilströme T1, T2 und T3 auf. Hier und im Folgenden wird ein Teilstrom T1 durch eine durchgezogene Linie wiedergegeben, ein Teilstrom T2 durch eine gestrichelte Linie und ein Teilstrom T3 durch eine strichpunktierte Linie. Der Netzknoten N1 sendet einen Teilstrom an jeden Netzknoten N2, N3 und N4. Der Teilstrom T1 wird hierbei an den Netzknoten N2, der Teilstrom T2 an den Netzknoten N3 und der Teilstrom T3 an den Netzknoten N4 übertragen.Of the Network node N1 wants a data stream to all other network nodes N2, N3 and N4 in the Send data network. For this purpose, the network node N1 divides the to be sent Data stream into three sub-streams T1, T2 and T3 on. Here and below, a partial flow T1 is through a solid line reproduced, a partial flow T2 through a dashed line and a partial flow T3 by a dashed line. The network node N1 sends a partial stream to each network node N2, N3 and N4. The partial flow T1 is in this case to the network node N2, the Partial flow T2 to the network node N3 and the partial flow T3 to the network node Transfer N4.

Jeder der Netzknoten N1 bis N4 hat eine bestimmte Kapazität, um Daten als Upstream an weitere Knoten weiterzuleiten. In dem Beispiel der 1 kann jeder Knoten zwei Teilströme weiterleiten. Damit jeder der Knoten N2, N3 und N4 alle drei Teilströme empfängt, sendet der Knoten N2 den empfangenen Teilstrom T1 sowohl an den Knoten N3 als auch an den Knoten N4. Der Knoten N3 sendet den von ihm empfangenen Teilstrom T2 sowohl an den Knoten N2 als auch an den Knoten N4. Analog sendet der Knoten N4 den von ihm empfangenen Teilstrom T3 sowohl an den Knoten N2 als auch an den Knoten N3.Each of the network nodes N1 to N4 has a certain capacity to forward data upstream to other nodes. In the example of 1 Each node can forward two partial streams. In order for each of the nodes N2, N3 and N4 to receive all three substreams, the node N2 sends the received substream T1 to both the node N3 and the node N4. The node N3 sends the sub-stream T2 received by it both to the node N2 and to the node N4. Analogously, the node N4 sends the partial stream received by it T3 both at the node N2 and at the node N3.

Aufgrund der beschränkten Upstream-Kapazität der Knoten kann keine weitere Verteilung der Teilströme in dem Datennetz an andere Knoten erfolgen, da jeder der Knoten N2, N3 und N4 bereits zwei Teilströme aussendet und somit keine Kapazität zur Weiterleitung der Teilströme an andere Knoten hat. Das Verfahren in 1 gewährleistet somit nur eine eingeschränkte Multicasting-Funktionalität, bei der nur drei Knoten einen Datenstrom empfangen können. Darüber hinaus erweist es sich in dem Datennetz der 1 als nachteilhaft, dass bei einer verlustbehafteten oder fehlerbehafteten Datenübertragung eines Teilstroms keine Möglichkeit besteht, sich die verloren gegangenen bzw. fehlerbehafteten Daten wiederzubeschaffen. Es können zum Fehlerschutz nur aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren, wie z. B. das FEC-Verfahren, verwendet werden, bei denen den übertragenen Daten Redundanz hinzugefügt wird. Dies führt jedoch zu einer größeren Menge an zu übertragenden Daten. Werden mit dem Datenstrom beispielsweise Videodaten übertragen, leidet hierunter die Videoqualität, da der Anteil der Bandbreite für Video verringert werden muss, um die erhöhte Datenmenge transportieren zu können.Due to the limited upstream capacity of the nodes, there can be no further distribution of the partial streams in the data network to other nodes, since each of the nodes N2, N3 and N4 already emits two partial streams and thus has no capacity for forwarding the partial streams to other nodes. The procedure in 1 thus ensures only a limited multicasting functionality, in which only three nodes can receive a data stream. In addition, it turns out in the data network of 1 as disadvantageous that in the case of lossy or faulty data transmission of a partial flow there is no possibility to recover the lost or faulty data. It can be used for error protection only known from the prior art method, such. For example, the FEC method may be used in which redundancy is added to the transmitted data. However, this leads to a larger amount of data to be transmitted. If video data is transmitted with the data stream, for example, the quality of the video suffers because the proportion of video bandwidth has to be reduced in order to be able to transport the increased amount of data.

Um die in Bezug auf 1 beschriebenen Probleme in bekannten Splitstream-Verfahren zu umgehen, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, eine neue Klasse von Netzknoten in dem Datennetz einzuführen, wie im Folgenden anhand von 2 erläutert wird. In 2 ist ein Datennetz mit neun herkömmlichen Knoten N1, N2, ..., N9 gezeigt, welche analog zur 1 Netzrechner darstellen. Auch in 2 ist zur Veranschaulichung der Knoten N1 schematisiert als Rechner dargestellt. Der Knoten N1 möchte wiederum einen Datenstrom an die Netzrechner N2 bis N9 senden. Analog zu 1 wird hierzu ein Splitstream-Verfahren verwendet, wobei der Knoten N1 den Datenstrom wiederum in die Teilströme T1, T2 und T3 aufteilt. Im Unterschied zu dem herkömmlichen Verfahren gemäß 1 sind neben den Netzknoten N1 bis N9 eine weitere Klasse von sog. Relay- oder Weiterleitungsknoten vorgesehen, die in 2 schwarz gezeichnet sind und als R1, R2 und R3 bezeichnet sind. Im Gegensatz zu den Knoten N1 bis N9 haben diese Knoten kein Interesse daran, den übertragenen Datenstrom, das heißt alle Teilströme T1, T2 und T3 komplett zu empfangen. Die Knoten zeichnen sich somit dadurch aus, dass sie eine geringere Anzahl als die drei Datenströme T1, T2 und T3 empfangen.In relation to 1 According to the inventive method, it is proposed to introduce a new class of network nodes in the data network, as described below with reference to FIG 2 is explained. In 2 a data network with nine conventional nodes N1, N2, ..., N9 is shown, which is analogous to 1 Display network computer. Also in 2 is illustratively shown the node N1 schematized as a computer. The node N1 in turn wants to send a data stream to the network computers N2 to N9. Analogous to 1 For this purpose, a split-stream method is used, wherein the node N1 in turn divides the data stream into the substreams T1, T2 and T3. Unlike the conventional method according to 1 In addition to the network nodes N1 to N9, a further class of so-called relay or forwarding nodes are provided, which in 2 are drawn in black and are referred to as R1, R2 and R3. In contrast to the nodes N1 to N9, these nodes have no interest in completely receiving the transmitted data stream, that is to say all sub-streams T1, T2 and T3. The nodes are thus distinguished by the fact that they receive a smaller number than the three data streams T1, T2 and T3.

Die Knoten R1, R2 und R3 stellen ihre Kapazität zur Upstream-Übertragung zur Verfügung, um Datenströme an eine größere Anzahl von Netzknoten im Netz zu verteilen. Hierzu haben die Knoten die Funktionalität, dass sie wenigstens einen empfangenen Datenstrom an wenigstens zwei weitere Netzknoten weiterleiten. Um zu erreichen, dass Knoten im Netz die Funktionalität von Relay-Knoten übernehmen, müssen die Netzknoten bzw. die entsprechenden Bediener der Netzrechner dazu motiviert werden, ihre Upstream-Kapazität zur Verfügung zu stellen. Dies kann in der Form von Incentives erfolgen. Beispielsweise kann ein Dienstanbieter, der das in 2 gezeigte Multicast-Verfahren zur Übertragung von Videoströmen zur Verfügung stellt, ein Incentive-Programm bereitstellen. Mit Hilfe des Incentive-Programms erhalten Netzknoten, welche ihre Upstream-Kapazität zur Verfügung stellen, Belohnungen in der Form von Prämien oder Geldzahlungen. Um ein derartiges Incentive-Programm finanzieren zu können, erhöht der Dienstanbieter die Preise für die Bereitstellung der Videoströme, insbesondere verlangt er von Nutzern des Multicast-Verfahrens, welche Videoströme mit sehr hoher Qualität an große Nutzerkreise schnell und flexibel verbreiten möchten, erhöhte Entgelte zur Bereitstellung des Multicast-Dienstes.The nodes R1, R2 and R3 provide their capacity for upstream transmission to distribute data streams to a larger number of network nodes in the network. For this purpose, the nodes have the functionality that they forward at least one received data stream to at least two other network nodes. In order for nodes in the network to assume the functionality of relay nodes, the network nodes or the corresponding network computer operators must be motivated to provide their upstream capacity. This can be done in the form of incentives. For example, a service provider using the in 2 shown multicast method for transmitting video streams provides an incentive program. With the help of the incentive program, network nodes providing their upstream capacity receive rewards or cash payments. In order to finance such an incentive program, the service provider increases the prices for the provision of the video streams, in particular he demands from users of the multicast method, which want to distribute video streams with very high quality to large user groups quickly and flexibly, increased fees for the provision the multicast service.

Aus 2 ergibt sich deutlich, dass durch die Zwischenschaltung der Relay-Knoten R1, R2 und R3 eine schnellere und auf eine größere Anzahl von Netzknoten verteilte Übertragung der Teilströme gewährleistet ist. Der Knoten R1 stellt hierbei eine sehr hohe Upstream-Kapazität bereit, denn er kann den von ihm empfangenen Teilstrom T1 an drei weitere Knoten, nämlich die Knoten N5, N6 und N4 weiterleiten. Auch der Knoten R3 stellt eine derart hohe Upstream-Kapazität zur Verfügung. Insbesondere kann der von dem Knoten R3 empfangene Teilstrom T3 auch an drei Knoten, nämlich N2, N8 und N9 weitergeleitet wird. Die Kapazität des Knotens R2 reicht ebenfalls für das Aussenden von drei Teilströmen aus. Dieser Knoten leitet in dem Szenario der 2 den von ihm empfangenen Teilstrom T2 jedoch nur an zwei Knoten, nämlich N4 und N7, weiter. Analog zu den Netzknoten in 1 weisen die anderen Netzknoten N1 bis N9 lediglich eine Upstream-Kapazität zur Weiterleitung von zwei Teilströmen auf.Out 2 It is clear that a faster and distributed to a larger number of network nodes transmission of the partial streams is ensured by the interposition of the relay nodes R1, R2 and R3. The node R1 hereby provides a very high upstream capacity, because it can forward the partial stream T1 received by it to three further nodes, namely the nodes N5, N6 and N4. Also, the node R3 provides such a high upstream capacity. In particular, the partial stream T3 received by the node R3 can also be forwarded to three nodes, namely N2, N8 and N9. The capacity of the node R2 is also sufficient for the emission of three partial streams. This node forwards in the scenario 2 however, the sub-stream T2 received by it only at two nodes, namely N4 and N7 on. Analogous to the network nodes in 1 the other network nodes N1 to N9 have only one upstream capacity for forwarding two substreams.

Mit dem in 2 gezeigten Verfahren kann der Fehlerschutz im Vergleich zu dem Verfahren der 1 deutlich verbessert werden. Insbesondere können Relay-Knoten den von ihnen empfangenen Teilstrom puffern und bei Bedarf anderen Netzknoten zur Verfügung stellen, die aufgrund von Staus, Bandbreiten-Engpässen, Übertragungsfehlern, Ausfällen von Knoten und dergleichen Datenpakete in einem Datenstrom nicht richtig empfangen haben. Fällt beispielsweise der Teilstrom T2 zwischen Knoten N6 zu N5 aus, kann der Relay-Knoten R2 einspringen und seinen gepufferten Datenstrom T2 an den Knoten N5 schicken. Um einen derartigen Fehlerschutz durch Retransmission von Teilströmen bzw. Abschnitten von Teilströmen durch Relay-Knoten zu erreichen, können verschiedene Arten von Verfahren eingesetzt werden. Insbesondere kann ein Netzknoten, der einen bestimmten Teilstrom fehlerhaft empfangen hat, eine Meldung an einen Relay-Knoten absetzen, in der er den Teilstrom und die Sequenznummer des identifizierten fehlerhaften Pakets spezifiziert und den Relay-Knoten anweist, das entsprechende Paket nochmals an ihn zu senden.With the in 2 shown method, the error protection compared to the method of 1 be significantly improved. In particular, relay nodes may buffer the sub-stream they receive and, if necessary, provide to other network nodes that have not properly received data packets in a data stream due to congestion, bandwidth bottlenecks, transmission errors, node failures, and the like. For example, if substream T2 fails between node N6 and N5, relay node R2 may pop in and send its buffered data stream T2 to node N5. In order to achieve such error protection by retransmitting partial streams or sections of partial streams through relay nodes, various types of methods can be used become. In particular, a network node that has received a particular sub-stream in error may issue a message to a relay node specifying the sub-stream and the sequence number of the identified erroneous packet and instructing the relay node to resend the corresponding packet to it ,

Damit ein Netzknoten Datenpakete gezielt von Relay-Knoten anfordern kann, muss durch eine Inband-Signalisierung, die innerhalb der Teilströme übermittelt wird, oder auch durch eine separate Outband-Signalisierung eine Zuweisung vorgenommen werden, mit der jedem Netzknoten N1 bis N9 jeweils ein oder auch mehrere Relay-Knoten für einen der Teilströme T1 bis T3 zugewiesen ist. Bei Paketverlusten, bei denen beispielsweise eine Decodierung eines empfangenen codierten Videostroms nicht mehr möglich ist, kann dann ein Netzknoten gezielt Pakete von dem ihm zugewiesenen Relay-Knoten, der die entsprechenden Pakete verlustfrei empfangen hat, erneut anfordern. Es wird hierdurch ein sehr guter Fehlerschutz gewährleistet. Insbesondere wird ein Fehlerschutz erreicht, ohne dass dem Datenstrom Redundanz hinzugefügt werden muss. Demzufolge kann eine hohe Datenrate und eine hohe Qualität der übertragenen Datenströme gewährleistet werden.In order to a network node can specifically request data packets from relay nodes, must be through an in-band signaling that is transmitted within the substreams is, or by a separate outband signaling one Assignment can be made with each node N1 to N9 in each case one or more relay nodes for one of the substreams T1 to T3 is assigned. For packet loss, where, for example a decoding of a received coded video stream is no longer possible, then a network node can target packets from its assigned one Relay nodes that receive the corresponding packets lossless has to request again. It is thus a very good error protection guaranteed. In particular, error protection is achieved without redundancy of the data stream added must become. Consequently, a high data rate and a high quality of the transmitted streams guaranteed become.

Das soeben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann ferner dazu genutzt werden, Upstream-Kapazitäts-Engpässe von einzelnen Netzknoten zu kompensieren. Stellt beispielsweise ein Netzknoten fest, dass er den von ihm empfangenen Teilstrom nicht an einen weiteren Netzknoten weiterleiten kann, kann er einen Relay-Knoten, der ihm vorzugsweise auch gemäß dem oben beschriebenen Zuweisungsverfahren zugewiesen ist, anweisen, den entsprechenden Teilstrom an den Knoten zu senden, an den er den Teilstrom weiterleiten würde, wenn er genügend Kapazität zur Verfügung hätte. Das Datennetz wird hierdurch entlastet und es können Zeitverzögerungen aufgrund von Kapazitäts-Engpässen vermieden werden, was besonders wichtig bei der Realtime-Übertragung von Videoströmen ist.The Furthermore, the method according to the invention which has just been described can be further described be used upstream capacity bottlenecks of to compensate for individual network nodes. Represents, for example, a network node that he does not receive the partial stream he has received from another Network node can forward, he can relay a node to him preferably also according to the above instructed to instruct the corresponding allocation method Partial flow to send to the node to which he forward the partial flow would, if he is enough capacity to disposal would have. The data network is thereby relieved and there may be time delays avoided due to capacity bottlenecks which is especially important in the real-time transmission of video streams.

Literaturverzeichnis:Bibliography:

[1] Miguel Castro et al .: "SplitStream: High-Bandwidth Multicast in Cooperative Environments ", SOSP'03, October 19-22, 2003, Bolton Landing, New York, USA (Http://citeseer.ist.psu.edu/696812.html)

Claims

Method for transmitting data in a data network with a plurality of network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) the - one Data stream sent to several receiving network nodes (N1, ..., N9) in the data network is divided into a plurality of sub-streams (T1, T2, T3) becomes; - the substreams (T1, T2, T3) via several intermediate network nodes are distributed in the data network in such a way that the receiving network nodes (N1, ..., N9) in each case all sub-streams (T1, T2, T3) of the plurality of sub-streams (T1, T2, T3), wherein at least some of the interposed Network node a received sub-stream (T1, T2, T3) to multiple network nodes Send (N1, ..., N9, R1, R2, R3); In the transmission of the partial flows (T1, T2, T3) one or more of the intermediate network node forwarding nodes (R1, R2, R3), wherein a forwarding node (R1, R2, R3) is a Number of partial flows (T1, T2, T3) receives and one or more of the received substreams (T1, T2, T3), respectively sends at least two network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3), wherein the number of partial streams (T1, T2, T3) smaller than the plurality of partial flows (T1, T2, T3).

The method of claim 1, wherein the forwarding nodes in each case a single partial flow (T1, T2, T3) and / or several different ones substreams (T1, T2, T3) received.

The method of claim 1 or 2, wherein one or a plurality of the forwarding nodes (R1, R2, R3) each of the respective forwarding node (R1, R2, R3) received partial stream (T1, T2, T3) to at least two network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) transmits.

Method according to one of the preceding claims, in the at least part of the receiving network nodes (N1, ..., N9), in particular all receiving network nodes (N1, ..., N9), also intermediate Represent network node.

Method according to one of the preceding claims, in the data stream from a transmitting network node (N1) in the data network into partial streams (T1, T2, T3) and each partial flow (T1, T2, T3) is divided at one Network node (N1, ..., N9, R1, R2, R3) is sent in the data network.

Method according to one of the preceding claims, in to which the multiplicity of partial streams (T1, T2, T3) disjoint data streams are.

Method according to one of the preceding claims, in which, in the event that a network node (N1, ..., N9, R1, R2, R3) receives a lossy and / or faulty substream (T1, T2, T3), this network node (N1 , ..., N9, R1, R2, R3) the lossy and / or faulty substream (T1, T2, T3) or the lost and / or faulty portions of the substream (T1, T2, T3) from a forwarding node, the the correspond requesting partial flow (T1, T2, T3) has received error-free requests.

Method according to one of the preceding claims, in in the case that a respective network node (N1, ..., N9, R1, R2, R3) a lossy and / or faulty substream (T1, T2, T3), the respective network node (N1, ..., N9, R1, R2, R3) at least one Forwarding node (R1, R2, R3), the corresponding sub-stream (T1, T2, T3) has received error-free instructs the partial flow (T1, T2, T3) or the lost and / or faulty sections the sub-stream (T1, T2, T3) to send to those network nodes, the partial flow from the respective network node (N1, ..., N9, R1, R2, R3) should receive.

Method according to one of the preceding claims, in in the case that a respective network node (N1, ..., N9, R1, R2, R3) determines that its transmission capacity for transmitting a received Partial stream (T1, T2, T3) to a predetermined number of network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) is no longer sufficient, the respective network node (N1, ..., N9, R1, R2, R3) at least one forwarding node (R1, R2, R3), which also receive the corresponding partial flow (T1, T2, T3) instructs the substream (T1, T2, T3) to one or more of predetermined network node (N1, ..., N9, R1, R2, R3) to send.

Method according to one of claims 7 to 9, wherein a or several network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) each one or several forwarding nodes (R1, R2, R3) are assigned, wherein the or the plurality of network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) sub-streams (T1, T2, T3) or portions of the substreams (T1, T2, T3) of the assigned ones Forwarding nodes (R1, R2, R3) can request and / or wherein the or the several network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) assigned Forwarding nodes (R1, R2, R3), sub-streams (T1, T2, T3) or portions of the substreams (T1, T2, T3) to other network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3).

The method of claim 10, wherein the information about the Assignment of the forwarding nodes (R1, R2, R3) to network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) within the partial flows (T1, T2, T3) and / or separately to the sub-streams (T1, T2, T3) to the network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3) becomes.

Method according to one of the preceding claims, in the one received by a forwarding node (R1, R2, R3) substreams (T1, T2, T3) are buffered for a predetermined period of time.

Method according to one of the preceding claims, in in the transmission the partial flows (T1, T2, T3) an error protection method, in particular the FEC method, is used.

Method according to one of the preceding claims, in the method used in a packet-switched data network especially in an IP data network.

Method according to one of the preceding claims, in the method on a multicast method on the application layer based on the OSI reference model.

The method of claim 15, wherein the multicast method is UDP as Transport protocol in the transport layer in the OSI reference model used.

Method according to one of the preceding claims, in the data streams Video streams, in particular coded video data streams are.

Method according to one of the preceding claims, wherein the method in a decentralized data network, in particular a peer-to-peer data network, is used.

Data network comprising a plurality of network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3), the data network being designed in this way is that a method according to any one of the preceding claims is feasible.

The data network of claim 19, wherein the data network an IP-based Data network is.

Data network according to claim 19 or 20, wherein the data network a decentralized data network, in particular a peer-to-peer data network.

Network nodes for use in a data network one of the claims 19 to 21, wherein the network node (R1, R2, R3) configured in such a way is that he is in the transfer of partial flows (T1, T2, T3) of a data stream with a method according to one of claims 1 to 18 a number of partial flows (T1, T2, T3) receives and one or more of the received sub-streams (T1, T2, T3) in each case sends at least two network nodes (N1, ..., N9, R1, R2, R3), wherein the number of partial streams (T1, T2, T3) smaller than the plurality of partial flows (T1, T2, T3).

The network node of claim 22, wherein the network node (R1, R2, R3) is a network computer and / or data transmitting and receiving device.