CN101047604A - 一种数据冗余发送方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3GPP网络中数据冗余发送方法及系统，是在媒体网关控制器与媒体网关协商确定基于ITU G711协议的连接报文净荷类型后，将UP用户平面协议头冗余编码进所需净荷类型，由媒体网关控制器发送至媒体网关。使用本发明解决了无线网络中的电路域数据业务在IP网络上的数据可靠性问题，从而提高了数据传输的业务成功率和业务质量。

Description

一种数据冗余发送方法及系统
技术领域
本发明涉及一种数据冗余发送方法及系统，特别涉及一种将无线电路域数据业务在核心网中冗余发送的方法及系统。
背景技术
IWF(Interworking Function；互通功能)是无线网络和异种网络之间电路域数据业务互通时的协议转换时，隐蔽物理链路和网络技术上差异的设备，是GSM/WCDMA(Global System for Mobile Communications/Wide-band CodeDivision Multiple Access；全球移动通信系统/宽带码分多址接入系统)和PSTN(public Switched telphone network；公共交换电话网)、ISDN(Integrated ServicesDigital Network；综合业务数字网)、PSPDN(Packet Switched Public DataNetwork；分组交换公共数据网)电路域数据业务互通时的一个转换功能设备。IWF在电路域中的业务分为3.1khz、UDI(unresctricted digital information；非受限数字信息)两种承载能力，其中3.1khz对应着IWF中使用Modem/Fax。IWF分为3.1khz、UDI，3.1khz承载能力可以支持Modem/Fax业务。
在GSM里面，由于没有定义分组域，数据业务只能通过IWF进行，如果一个用户想通过手机上网的话，只能通过IWF拨入到PSTN/ISDN的接入服务器上，再通过接入服务器上网。而在GPRS(General Packet Radio Service；通用分组无线业务)出现后，通过手机上网方式就有两种了。其中通过手机给PSTN、ISDN的传真机发送传真，是IWF的一个重要功能，目前还没有其他功能可以很好的替代。
在3G时代，IWF的功能逐步弱化为一些点到点业务：如传真、远程监控、远程维护等。但是IWF是网关设备入网必须具备的功能，否则网关设备就无法入网和继承原有业务，另外也是一些如俄罗斯这样地广人稀的国家很需要的功能。
在无线核心网中，电路域数据业务经过IWF之后，Modem/Fax/UDI业务目前采用的是作为64Kbps码流处理，其中64Kbps码流使用G711编码方案的5ms打包，且使用R4标准中需要对用户面的数据进行帧处理的Nbup(Nbinterface User Plane，Nb接口上的用户平面)支持模式作为用户层协议。因为ATM(Asynchronous Transfer Mode；异步传输模式)网络质量可靠，所以这种方案在ATM网络里面没有问题，但是在IP(internet protocol；互联网协议)网络里面，由于IP网络质量不可靠，会出现丢包、乱序等问题。乱序问题可以通过一定深度的JB(Jitter Buffer；抖动缓存器)解决，而对于丢包问题，虽然在语音上不存在严重问题，但是对于Modem/fax/UDI业务，则会存在严重业务的影响，因为Modem/Fax/UDI对丢包很敏感，因此3GPP(3rd GenerationPartnership Project；第三代移动通信标准化组织)目前定义的IWF核心网的实现方式在ATM核心网中虽然是可行的，但是在IP网络中却是不可行的。
在现有3GPP R4/5/6版本中，在3GPP协议29.007、23.910等规范里面定义如下：29007的11.5.2节，经过IWF之后的传输，Modem信号对PCM(pulsecode modulation；脉冲编码调制)方式进行G711编码、64Kbit/s码流带宽传输。协议单元为40字节大小，5ms发送时间间隔，并且用户面使用支持模式的UP(User Plane；用户平面)协议。该方案类似于固网里面的G711 5ms打包方式传送Modem/Fax业务，但是加了UP协议头。在23.910里面也有类似定义。
但是经过理论分析与实践证明，当5ms G711在IP网络上传送Modem/Fax业务时，只能在IP网络质量很好的情况下才能保证业务质量。对于1％，抖动40ms的IP网络，Modem/fax/UDI业务质量已经无法得到保证，Modem、Fax虽然很容易重新协商，但最后常常因为协商次数过多而失败。而对于UDI业务来说，只有靠链路层的重传才能保证业务质量，对于非重传业务，一样难以保证业务质量。
现有在使用RTP(realtime transport protocol；实时传输协议)时对冗余音频数据进行编码的负载格式RFC2198规范规定的方案中，规范定义了在固网中的音频数据业务的冗余方式，通过增加冗余的RTP载荷来提高抗丢包能力。当发生丢包时，后续的报文将携带前面一个报文，接收方补上丢失的报文，这样就保证数据流的连续完整性了。冗余报文的个数可以通过信令面H.248协议控制。RFC2198是根据RTP的PT(payload type；净荷类型)来定义冗余的。
冗余数据报文的个数一般根据网络质量定，如果网络质量比较好，则使用1个即可，如果网络质量比较差，则使用2个。这个过程在IETF RFC2198中有文档说明，可被恢复的报文最大数目是3个。信令面通过相应的QoS(Qualityof Service；业务质量)指标确定指示几个冗余。冗余数据发送技术虽然能够很好的防止丢包发生，提高数据传输的可靠性与业务质量，但是该技术并不能直接在无线环境中使用。
综上所述，目前还没有能够利用RFC2198协议的冗余数据发送技术的优势，来满足以无线协议里面定义的无线电路域数据业务在核心网中传输的缺陷，使得无线业务能在IP网络中正常运行。
发明内容
本发明提供了一种数据冗余发送方法，用以解决不能利用RFC2198协议的冗余数据发送技术的优势，来满足以无线协议里面定义的无线电路域数据业务在核心网中传输的缺陷，使得无线业务能在IP网络中正常运行的问题。
本发明方法包括：
一种数据冗余发送方法，包括如下步骤：
A、媒体网关控制器与媒体网关协商连接报文净荷类型；
B、媒体网关向媒体网关控制器发送携带所需净荷类型的报文；
C、媒体网关控制器按媒体网关所需净荷类型，将UP用户平面协议头冗余编码所需净荷类型发送至媒体网关。
其中步骤A中所述媒体网关控制器实时与媒体网关协商连接报文净荷类型。
其中步骤A中所述报文为ITU G711编码方案的报文。
其中步骤B中所述媒体网关控制器与媒体网关是通过IP承载控制协议协商的。
其中步骤B中所述媒体网关控制器与媒体网关是通过控制面协商的。
其中步骤C中所述冗余编码是在实时传输协议层上进行的。
其中步骤C中所述UP用户平面协议头冗余个数，由信令面通过相应的网络服务质量指标确定。
其中所述冗余个数为2个或3个。
本发明还提供了一种数据冗余发送系统，包括媒体网关控制器、媒体网关，还包括数据冗余编码模块，用于在媒体网关控制器与媒体网关协商确定基于ITU G711协议的连接报文净荷类型后，将UP用户平面协议头冗余编码进所需净荷类型，由媒体网关控制器发送至媒体网关。
本发明将RFC 2198协议中的冗余发送方法，通过UP头作为G711编码方案中的一种动态编码来对待，从而解决了无线网络中的电路域数据业务在IP网络上的数据可靠性问题，从而提高了数据传输的业务成功率和业务质量。
附图说明
图1为实施例IP核心网上所述协议栈的结构示意图；
图2为本发明冗余报文发送的实施流程示意图；
图3为实施例中所述参照RTP视听框架[3]所定义的数据包示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
对于在IP网络上传送数据业务所出现质量难以保证的情况，我们需要专门为IP网络考虑一种改进方式。本发明所考虑的是使用数据包冗余的方式来解决。由于在电路域方面，3GPP的分组化包括IP和ATM两种方式，而3GPP2的分组化仅有一种全IP的方式。3GPP2的IP核心网中没有UP协议，所以实际上两个体系电路域的IP方式基本一致，因此解决在3GPP里面IP核心网上传送Modem/Fax/UDI业务的方案也可以在3GPP2里面IP核心网里面使用。
在现有3GPP R4/5/6版本中，经过IWF的传输，Modem信号以PCM方式编码(G711)、64Kbit/s码流带宽传输，用户面使用支持模式的UP协议，与固网里面的G711 5ms打包方式传送Modem/Fax业务不同在于加了UP协议头，因此我们可以通过扩展RFC 2198协议，冗余带UP协议头的G711来保证业务在IP网络中的正常运行，也就是将G711带UP协议头作为一种动态编码内容来看待以达到传输目的。
在无线网络中，电路域数据业务经过IWF之后，以Modem/Fax或者UDI的64kbps PCM方式在IP网络上传送。对于Modem/Fax的64Kbps的PCM信号，其实际上是G711 a率或者u率编码。对于UDI的64Kbps的PCM码流，实际上是字节流，没有a率、u率之分。图1为IP核心网上协议栈的结构示意图，IP核心网上协议栈的结构如图所示，包括有G711 40字节的净荷、UP协议头的4字节、RTP协议头、UDP协议头、IP协议头、以太网协议头。
对于任何报文丢失，将会引起Modem/fax/UDI信号缺失，导致Modem/Fax/UDI重新协商或者降速，如果次数太多，将导致呼叫拆除，业务成功率降低。
在使用冗余机制后，在RTP层次使用RTP净荷的冗余。因此将RTP协议层之上的内容进行冗余重复。报文格式如下：
RTP头+2198头(9B)+UP头1+G711 40Bytes+UP头2+G711 40bbytes+UP头3+G711 40Bytes。
其中，UP协议头指UP协议部分。  按UP协议规定方法使用UP头1/2/3表示有3个报文的UP头；在RTP头里面携带冗余信息，冗余的个数由(MediaGateway Controller；媒体网关控制器)控制，在RTP头里面指示，并且在载荷里面体现出来；UP头1/2/3表示与之相应的冗余包。
对于G711来说，有两种净荷类型：a率、u率。但是在无线环境中，因为增加了UP协议层，所以G711带UP协议头时，就不能再使用G711的净荷类型，而必须统一使用动态协商的净荷类型。当需要扩展使用时，应是控制面指定RTP净荷类型，而无线环境中有两种方式协商RTP净荷类型，它可以使用IPBCP(IP Bearer Control Protocol；IP承载控制协议)协商和控制面指定。
对于冗余报文个数的控制：可以采用很多方案进行控制，一般分为：MGC控制和MGW(Media Gateway；媒体网关)自己控制或者配置。
对于控制冗余报文的方式，我们还可以使用全网配置的方法：即认为全网都是某个厂商的MGW，这样发送报文格式双方都可以识别处理。还可以使用身份探测方法：即通过私有的方法识别对方是否是自己厂商的MGW，然后决定是否发送这种冗余报文。
下面描述使用MGC通过MGW与MGC之间的控制接口对冗余报文控制的具体实施方式。
图2为本发明冗余报文发送的实施流程示意图，如图所示，包括：
步骤201、MGC媒体网关控制器与MGW媒体网关协商连接报文净荷类型；
步骤202、MGW媒体网关向MGC媒体网关控制器发送携带所需净荷类型的报文；
步骤203、MGC媒体网关控制器按MGW媒体网关所需净荷类型，将UP用户平面协议头冗余编码进所需净荷类型发送至MGW媒体网关。
根据同样原理，本发明还提供了数据冗余发送系统的实施方式，本系统在3GPP网络中包括媒体网关控制器、媒体网关，还包括数据冗余编码模块，用于在MGC媒体网关控制器与MGW媒体网关协商确定基于RFC G711协议的连接报文净荷类型后，将UP用户平面协议头冗余编码进所需净荷类型，由MGC媒体网关控制器发送至MGW媒体网关。
本实施例中，以IPBCP方式来确定的净荷类型进行描述。
对于使用IPBCP的方式下，以下实施例使用SDP协议描述为例以说明具体的实施。
m＝audio $RTP/AVP$
     a＝rtpmap：$VND.3GPP.IUFP/16000/1
     a＝Ptime：5
其含义为：媒体通告＝媒体格式(音频)端口号(由媒体网改选择端口)传输协议(RTP/AVP)媒体格式(由媒体网关选择)；
RTP/AVP-IETF的使用音频/视频描述的在UDP上承载的实时传输协议
媒体格式-是在RTP/AVP里面定义的净荷类型(payload type)；
属性＝RTP映射属性：净荷类型(由网关选择)编码类型/时钟频率/编码参数；
rtpmap-rtp的映射属性  VND.3GPP.IUFP是3GPP里面使用的一种编码类型。1600是时钟频率，且是单声道的。
属性＝打包时间：时长
其中：
“m＝”字段中定义的附加负载格式本身也可能是动态负载类型，而一旦如此，就需要一些附加属性“a＝”来描述这些动态负载类型。
要发送一个冗余流，发送方得知道建议使用的主编码和第二编码。该信息对于冗余格式是明确的，并通过使用附加属性“fmtp”来指定，该属性传达了格式特定的信息。一个会话目录并不解析fmtp属性的值，而仅仅是将它转交。为了冗余性，我们定义了RTP负载格式的格式参数列表，通过斜线“/”分隔开。
这该RTP数据包，参照RTP视听框架[3]所定义，则可如图3所示。图3为参照RTP视听框架[3]所定义的数据包图。
当发送后，则MGW回应为：
m＝audio 5432 RTP/AVP 100
   a＝rtpmap：100 VND.3GPP.IUFP/16000/1
   a＝Ptime：5
MGW选择好UDP端口号，以及RTP映射属性里面的净荷类型返回给MGC。
MGC在后续下发给MGW的消息中以MGW选择好的内容下发，同时携带上相应的冗余编解码类型。
m＝audio 5432 RTP/AVP 100 121
   a＝rtpmap：100 VND.3GPP.IUFP/16000/1
   a＝Ptime：5
   a＝rtpmap：121 red/16000/1(冗余编解码类型的描述)
a＝fmtp：121 100/100/100(冗余方式的描述)
其中，“rtpmap”属性用于将负载类型121绑定到编解码器“red”，表示该编解码器是一个冗余帧，采样率16KHz，且是单声道的。当与SDP一同使用时，术语“red”表示本文中所讨论的冗余格式。
对于不使用IPBCP方式的实施则为：
m＝audio $RTP/AVP 121 100
   a＝rtpmap：100 VND.3 GPP.IUFP/16000/1
   a＝Ptime：5
a＝rtpmap：121 red/16000/1
a＝fmtp：121 100/100/100
这时MGC直接通知MGW使用冗余编解码方式，并下发冗余编解码的净荷类型和冗余方式信息即可。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种数据冗余发送方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、媒体网关控制器与媒体网关协商连接报文净荷类型；
B、媒体网关向媒体网关控制器发送携带所需净荷类型的报文；
C、媒体网关控制器按媒体网关所需净荷类型，将UP用户平面协议头冗余编码所需净荷类型发送至媒体网关。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中所述媒体网关控制器实时与媒体网关协商连接报文净荷类型。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中所述报文为ITU G711编码方案的报文。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中所述媒体网关控制器与媒体网关是通过IP承载控制协议协商的。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中所述媒体网关控制器与媒体网关是通过控制面协商的。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中所述冗余编码是在实时传输协议层上进行的。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中所述UP用户平面协议头冗余个数，由信令面通过相应的网络服务质量指标确定。
8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冗余个数为2个或3个。
9、一种数据冗余发送系统，包括媒体网关控制器、媒体网关，其特征在于，还包括：
数据冗余编码模块，用于在媒体网关控制器与媒体网关协商确定基于ITUG711协议的连接报文净荷类型后，将UP用户平面协议头冗余编码进所需净荷类型，由媒体网关控制器发送至媒体网关。
10、如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述数据冗余编码模块，位于媒体网关控制器。
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Open date: 20071003