CN100372304C - 基于软交换设备感知业务的wimax动态qos实现方法 - Google Patents

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Abstract

基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，包括以下步骤：101、资源申请：软交换设备感知经由主叫媒体网关传送的业务流，并向资源管理服务器发送资源请求；102、处理请求：资源管理服务器判断当前承载网络是否有足够的资源；若有则对资源请求进行确认，并给基站发送资源分配指令和与业务类型相匹配的QOS参数，基站接到资源分配指令后向用户站分配资源，从而建立从软交换设备到基站到用户站再到媒体网关的业务通道；若没有则拒绝资源请求。由于采用了上述技术方案，BS和SS不感知业务，UGS或Rt-polling业务流不预留带宽，QOS参数由资源管理服务器RM动态下发，因而网络的资源管理更灵活方便。

Description

基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法
[技术领域]
本发明涉及无线城域网技术，尤其涉及一种基于软交换设备(Softswitch)感知业务的WIMAX动态QOS实现方法。
[背景技术]
当前通信市场的BWA(Broadband Wireless Access宽带无线接入)作为一个快速、低成本的解决方案被广泛应用。其中基于802.16标准的WiMAX(WorldwideInteroperability for Microwave Access世界微波接入互操作性协调组织)是满足″最后一英里″接入的无线城域网技术，在技术标准上解决了物理层环境(室外射频传输)和QOS(Quality of Service服务质量)两方面的问题，以使WiMAX产品能够在室外和室内应用，能够进行数据接入和实时性要求比较高的话音和视频业务，这是其他BWA技术所无法实现的。
Internet历史上只提供一种级别的服务，这就是“最尽力”服务。在此，所有的数据分组都被平等对待，而事实上Internet不能保证统一的服务质量。当网络出现高度拥塞时，服务质量就很低。“最尽力”服务已经不能适应新的基于Internet的话音、视像应用，也不能很好地满足用户需求。对于这种满足用户不同需求提出的解决方法称为Quality of Service(服务质量)，即在网络通信过程中，允许用户业务在丢包率、延迟、抖动和带宽等方面获得可预期的服务水平。IP QOS要解决的技术问题包括：避免IP网络拥塞，并管理IP网络；减少IP报文的丢失率；调控IP网络的流量；为特定用户或特定业务提供专用带宽；支撑IP网络上的实时业务。
WIMAX系统中数据传输是面向连接的，上行或者下行的任何数据都是在某一个连接中传输。业务流承载一类单向数据流，业务流有很多相关的属性和三种状态，当业务流状态成为确认(Admitted)状态或者激活(Active)状态时，该业务流也称之为连接。802.16x定义了四种业务流类型，不同的业务流类型有不同的带宽调度特点、带宽申请方式、QOS参数集。SFID为业务流标识号，32bits，由BS(Base Station基站)分配。
四种业务类型为UGS、Rt-polling、Nrt-polling和BE。
UGS业务类型：BS会周期性通知SS(Subscriber Station用户站)可以使用的时隙带宽，不需SS发送带宽申请，带宽是有保证的。主要用于包长固定的实时业务，如T1/E1，VoIP(Voice over IP基于IP的语音)，ATM专线。
Rt-polling业务：基站BS为用户站SS分配定时带宽申请时隙，用于SS向BS申请带宽。带宽有保证，但是需要申请。主要用于支持实时的视频业务。
Nrt-polling业务：BS为SS分配不定时的带宽申请时隙，或者竞争申请时隙；如果分配申请时隙，其间隔会很短，保证在网络拥塞的情况下，该业务也有发送的机会。
BE业务：尽力发送业务，使用BS分配的竞争申请时隙，申请到带宽就发送。没有带宽保证。
每一种业务类型都有对应的QOS参数集，其中几种主要的QOS参数类型为：
Maximum Sustained traffic rate：流的峰值平均信息速率，单位是bits/s。SS上行方向，SS必须保证业务流的平均速率不超过此值。在下行方向，可以在BS的入口侧对速率进行限制。
Maximum traffic burst：流的最大突发速率。
Minimum reserved traffic rate：最小保证数据流量。如果某个时隙内针对该流申请的带宽小于此值，BS会将剩余的带宽暂时分配给其他的流使用。
Minimum tolerable traffic rate：最小可忍受流量速率。BS会根据此值和实际流量的大小确定是否要修改该链接流量速率或者直接删除该链接。
Tolerated jitter：容许抖动，定义该流的最大时延抖动，单位ms。
Maximum latency：定义了BS(或SS)从网络侧接收报文后，到从RF接口发送报文时的最大允许延时。
资源(如带宽)的授权模式有两种：静态授权(Provisioning)和动态授权。静态授权是指业务流通过配置下发的方式，如网管、Provisioning Server等方式下发的授权；动态授权是指业务流是在真正存在业务需求的时候(如话音拨号、接续、通话)由某个实体动态地下发业务流参数。传统的QOS参数在BS和SS上静态配置。
鉴于话音业务对带宽和时延要求很高，UGS或Rt-polling业务是预留带宽的，而且带宽是独占不共享的，因此其带宽和时延是有保证的，所以话音业务的业务类型都定义为UGS或Rt-polling业务。假设一部媒体网关(MG)能够接入8路话音，并且这8路话音业务流类型都是UGS或Rt-polling业务，不论话路是否建立，空口(基站BS和用户站SS之间的接口称为空口)都要为这8路话音业务流单独预留带宽，这样空口带宽利用率就会非常低，造成了空口带宽的浪费。感知业务就是指能够区分VOIP等业务流，能够特定的基于业务流进行处理。如果要感知VOIP业务流，需要分析到TCP/IP协议栈的应用层。传统的业务感知是由BS或者SS来承担，QOS参数在BS和SS上静态配置，这样做会增加设备实现的复杂性，降低设备处理性能，提高成本，而且也不利于WIMAX设备互连互通。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是减少空口带宽的占用浪费，简化基站BS和用户站SS软件实现复杂程度和降低成本，从而有利于不同厂商的WIMAX设备互连互通。
本发明是通过下面的技术方案来实现的：
基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，包括以下步骤：
101、资源申请：软交换设备感知经由主叫媒体网关传送的业务流，并向资源管理服务器发送资源请求；
102、处理请求：资源管理服务器判断当前承载网络是否有足够的资源；若有则对资源请求进行确认，并给基站发送资源分配指令和与业务类型相匹配的QOS参数，基站接到资源分配指令后向用户站分配资源，从而建立从软交换设备到基站到用户站再到媒体网关的业务通道；若没有则拒绝资源请求。
步骤102进一步包括：当所述业务通道建立后，软交换设备通知主叫媒体网关向主叫终端发送提示信号，并通知被叫媒体网关向被叫终端发送提示信号。
本发明还进一步包括：当被叫终端摘机，则主叫终端与被叫终端之间的业务流即处于被激活的状态。
步骤102进一步包括：当资源请求被拒绝时，软交换设备向主叫媒体网关及主叫终端送回忙音。
步骤101还进一步包括：501、主叫终端摘机并通过主叫媒体网关向软交换设备上报摘机信息；502、软交换设备通知主叫媒体网关给主叫终端发送提示信号；503、主叫终端拨号并由主叫媒体网关向软交换设备上报拨号信息。
步骤102中资源管理服务器和基站之间通过通用COPS协议来协商资源；基站与用户站之间通过动态业务增加信号请求建立连接，连接建立后才可分配资源。
步骤102进一步包括：当主叫终端为无线接入而被叫终端为有线接入时，基站为主叫基站，用户站为主叫用户站。
步骤102中进一步包括：当主叫终端为有线接入而被叫终端为无线接入时，基站为被叫基站，用户站为被叫用户站。
步骤102中进一步包括：当主叫终端和被叫终端都为无线接入时，基站为主叫基站和被叫基站，用户站为主叫用户站和被叫用户站。
所述媒体网关为综合接入设备(IAD)、接入媒体网关、接入网关、中继网关、或者通用媒体网关中的一种。
由于采用了上述技术方案，基站BS和用户站SS不感知业务，降低基站BS和用户站SS软件实现的难度，同时也降低了成本，便于WIMAX设备互连互通；基站BS和用户站SS只处理二层信息，降低组网规划的难度；UGS或Rt-polling业务流不再预留带宽，而是在有业务需求情况下动态申请带宽，提高了空口带宽的利用率；基站BS支持COPS协议，基站BS和资源管理服务器RM之间通过COPS协议来协商资源，QOS参数由资源管理服务器RM动态下发，不在基站BS和用户站SS上静态配置，因而网络的资源管理更灵活方便。
[附图说明]
图1是基于Softswitch感知业务的WIMAX动态QOS实现方法的组网图。
图2是主叫终端为无线接入而被叫终端为有线接入，资源申请成功的动态QOS呼叫流程图。
图3是主叫终端为无线接入而被叫终端为有线接入，资源申请失败的动态QOS呼叫流程图。
图4是主叫终端为有线接入而被叫终端为无线接入，资源申请成功的动态QOS呼叫流程图。
图5是主叫终端为有线接入而被叫终端为无线接入，资源申请失败的动态QOS呼叫流程图。
图6是主叫终端和被叫终端都为无线接入，资源申请成功的动态QOS呼叫流程图。
图7是主叫终端和被叫终端都为无线接入，资源申请失败的动态QOS呼叫流程图。
[具体实施方式]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述：
图1所示为基于Softwitch感知业务的WIMAX动态QOS实现方法的组网图，其主要的构成设备包括综合接入设备IAD、基站BS、用户站SS、宽带接入服务器BAS、软交换设备Softswitch和资源管理服务器RM；此外，还包括主叫终端与被叫终端，其中至少一个终端是无线接入端。
IAD与终端直接相连接，其作用是接入用户终端的数据和话音，并对媒体流进行处理。IAD只是媒体网关MG的一种，也可以用所述媒体网关为综合接入设备(IAD)、接入网关AG、接入媒体网关AMG、中继网关TG、通用媒体网关UMG、机顶盒STB、IP可视电话来代替。IAD、SS、BS顺次连接，构成业务通道。BAS与BS相连接，完成宽带接入用户的管理。Softswitch与BAS相连接，控制IAD完成呼叫处理过程。RM在收到软交换设备Softswitch资源请求后，根据网络拓扑和资源的使用情况来决定是否接纳呼叫，实施CAC(连接接纳控制)，即处理来自用户站SS的DSA/DSC/DSD请求。DSA、DSC、DSD分别是指业务流增加、改变、删除管理报文，BS和SS间业务流状态的变化通过DSA、DSC、DSD管理报文交互来实现。通过业务(例如：VOIP等)来触发BS和SS之间发送DSA或DSD来建立连接或拆除连接，以实现资源的申请或者释放，以保证只有在有业务触发的前提下才会占用带宽资源。其中RM承担对网络资源的管理，判断承载网络(IP骨干网)是否有足够的资源，并通过COPS协议(Common Open Policy Service Protocol通用开发策略业务协议)和承载网络交互，确保业务流路径上有足够的网络资源，从而保证端到端的服务质量。
AG主要提供窄带和宽带业务综合接入功能。通过媒体流变换把用户线数据，如语音、Modem、Fax等数据在NGN(下一代网络)核心网上传送。AG通过H.248/MGCP协议与软交换设备交互，接受软交换设备的控制，上报用户线状态，完成用户的呼叫处理功能。
AMG是NGN中重要组成部分。它在软交换设备的控制下，完成媒体流转换，主要用于终端用户语音业务接入。
TG主要实现NGN核心网与传统PSTN的互通。PSTN侧接口为TDM方式，NGN核心网侧接口为IP/ATM方式，TG设备完成TDM到IP/ATM媒体流的转换。TG设备与软交换之间通过H.248/MGCP协议交互，接受软交换设备的控制，实现呼叫的建立、拆除以及其它业务。
UMG设备配置灵活，可以作为NGN中接入层的多种业务网关进行组网，包括TG应用、AG应用、内嵌SG(Signaling Gateway)应用、RSM(Remote Switching Module)应用等。
软交换设备是NGN中的呼叫处理中心，支持SS7(Signal system Number 7)、DSS1(Digital Subscriber Signal No.1)、V5、H.323、SIP(Session Initiation Protocol)等多种窄带和宽带呼叫控制信令。软交换设备通过H.248/MGCP(Media Gateway ControlProtocol)协议控制TG(Trunk Gateway)、AG(Access Gateway)、IAD(Integrated AccessDevice)/E-Phone/MRS(Media Resource Server)等网关设备完成相关的呼叫业务处理。软交换设备与业务管理层的各种应用服务器之间采用标准、开放的接口，可以灵活实现并快速引入各种新业务。
下面以VOIP业务为例对本发明业务流程进行详细描述。
一、当主叫终端为无线接入而被叫终端为有线接入时：
图2所示为资源申请成功的业务流程。第一步，主叫用户终端拨号，依次通过主叫IAD、主叫SS和主叫BS向Softswitch上报拨号，Softswitch向RM请求资源；BS和SS都不感知业务，而让Softswitch来感知业务。第二步，RM确定当前的承载网络有足够的资源，给Softswitch发出资源确认的信号，同时给主叫BS发送资源分配指令，下发与该业务类型相匹配的QOS(Quality of Service服务质量)参数，并由主叫BS相应地向主叫SS分配资源。QOS参数由RM动态下发，不在BS和SS上静态配置。RM和主叫BS通过COPS协商资源分配，RM和BS都支持COPS协议。主叫BS与主叫SS之间通过动态业务增加(DSA)信号请求建立连接，连接建立后才可分配带宽。
第三步，获得资源后，SoftSwitch与主叫MG及被叫MG的会话分别继续，Softswitch通知主叫MG向主叫终端送回铃音，并通知被叫MG向被叫终端发送振铃音。第四步，当被叫终端摘机时，主叫终端和被叫终端之间的业务流即被激活，主叫终端和被叫终端的通话业务开始。只有被叫终端接通，主叫终端与被叫终端之间的业务流处于被激活的状态，此时该业务流才会占用空口带宽。
图3所示为资源申请失败的业务流程。第一步，主叫用户终端摘机后拨号，依次通过主叫IAD、主叫SS和主叫BS向Softswitch上报拨号，Softswitch向RM请求资源；第二步，RM确定当前的承载网络没有足够的资源，给Softswitch发出资源拒绝的信号，由Softswitch通过主叫BS和主叫SS通知主叫MG向主叫终端送回忙音。主叫挂机，通话被拒绝，业务流不占用空口带宽。
二、当主叫终端为有线接入而被叫终端为无线接入时：
图4所示为资源申请成功业务流程。第一步，主叫终端用户摘机，主叫MG向Softswitch上报摘机信息；第二步，Softswitch通知主叫MG给用户终端发送拨号音；第三步，主叫用户终端拨号，主叫MG向Softswitch上报拨号后，Softswitch立即向RM进行资源请求申请；第四步，RM确定当前的承载网络有足够的资源，给Softswitch发出资源确认的信号，同时给被叫BS发送资源分配指令，下发QOS参数，由被叫BS相应地向被叫SS分配资源，RM和被叫BS通过COPS协商资源。被叫BS向被叫SS发送DSA请求，建立连接后分配带宽。第五步，SoftSwitch与主叫MG及被叫MG的会话分别继续，Softswitch通知主叫MG向主叫终端送回铃音，同时也通知被叫MG向被叫终端送振铃音。第六步，当被叫终端摘机时，主叫终端和被叫终端之间的业务流即被激活，主叫终端和被叫终端的通话建立。
图5所示为资源申请失败的业务流程。第一步，主叫终端用户摘机，MG向Softswitch上报摘机信息；第二步，Softswitch通知主叫MG给用户终端发送拨号音；第三步，主叫用户终端拨号，主叫MG向Softswitch上报拨号后，Softswitch立即向RM进行资源请求申请；第四步，RM确定当前的承载网络没有足够的资源，RM就会给Softswitch发出资源拒绝的信号，由Softswitch通知主叫MG向主叫终端送回忙音。
三、当主叫终端和被叫终端都为无线接入时：
图6所示为资源申请成功业务流程。第一步，主叫用户终端拨号，依次通过主叫IAD、主叫SS和主叫BS向Softswitch上报拨号，Softswitch向RM请求资源；第二步，RM确定当前的承载网络有足够的资源，就会给Softswitch发出资源确认的信号，同时给主叫BS和被叫BS发送资源分配指令，下发QOS参数，由主叫BS相应地向主叫SS分配资源以及由被叫BS相应地向被叫SS分配资源，RM分别与主叫BS和被叫BS之间通过COPS协商资源。获得资源后，主叫BS向主叫用户站SS发起DSA请求，建立连接分配带宽；同时被叫BS向被叫SS发起DSA请求，建立连接分配带宽。第三步，SoftSwitch分别与主叫MG及被叫MG继续会话，Softswitch通知主叫MG向主叫终端送回铃音，同时也通知被叫MG向被叫终端送振铃音。第四步，当被叫终端摘机时，主叫终端和被叫终端之间的业务流即被激活，主叫终端和被叫终端的通话建立。
图7所示为资源申请失败的业务流程。第一步，主叫用户终端拨号，依次通过主叫IAD、主叫SS和主叫BS向Softswitch上报拨号，Softswitch向RM请求资源。第二步，Softswitch确定当前承载网络没有足够的资源，会给Softswitch发出资源拒绝的信号，由Softswitch通过主叫BS和主叫SS通知主叫MG向主叫终端送回忙音。
除了VOIP之外，上述动态QOS实现方法也同样可以应用在VOD、视频会议等业务中。

Claims (10)

1.基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，包括以下步骤：
101、资源申请：软交换设备感知经由主叫媒体网关传送的业务流，并向资源管理服务器发送资源请求；
102、处理请求：资源管理服务器判断当前承载网络是否有足够的资源；若有则对资源请求进行确认，并给基站发送资源分配指令和与业务类型相匹配的QOS参数，基站接到资源分配指令后向用户站分配资源，从而建立从软交换设备到基站到用户站再到媒体网关的业务通道；若没有则拒绝资源请求。
2.根据权利要求1所述基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，其特征在于，步骤102进一步包括：当所述业务通道建立后，软交换设备通知主叫媒体网关向主叫终端发送提示信号，并通知被叫媒体网关向被叫终端发送提示信号。
3.根据权利要求2所述基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，其特征在于，进一步包括：当被叫终端摘机，则主叫终端与被叫终端之间的业务流即处于被激活的状态。
4.根据权利要求1所述基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，其特征在于，步骤102进一步包括：当资源请求被拒绝时，软交换设备向主叫媒体网关及主叫终端送回忙音。
5.根据权利要求1所述基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，其特征在于，步骤101还进一步包括：
501、主叫终端摘机并通过主叫媒体网关向软交换设备上报摘机信息；
502、软交换设备通知主叫媒体网关给主叫终端发送提示信号；
503、主叫终端拨号并由主叫媒体网关向软交换设备上报拨号信息。
6.根据权利要求1所述基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，其特征在于：步骤102中资源管理服务器和基站之间通过通用COPS协议来协商资源；基站与用户站之间通过动态业务增加信号请求建立连接，连接建立后才可分配资源。
7.根据权利要求1所述基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，其特征在于，步骤102进一步包括：当主叫终端为无线接入而被叫终端为有线接入时，基站为主叫基站，用户站为主叫用户站。
8.根据权利要求1所述基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，其特征在于，步骤102中进一步包括：当主叫终端为有线接入而被叫终端为无线接入时，基站为被叫基站，用户站为被叫用户站。
9.根据权利要求1所述基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，其特征在于，步骤102中进一步包括：当主叫终端和被叫终端都为无线接入时，基站为主叫基站和被叫基站，用户站为主叫用户站和被叫用户站。
10.根据以上任一权利要求所述基于软交换设备感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，其特征在于：所述媒体网关为综合接入设备IAD、接入媒体网关、接入网关、中继网关、或者通用媒体网关中的一种。
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