CN101297530B - 处理通信系统中的服务质量 - Google Patents

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Abstract

一种确保遍历IP多媒体子系统的呼叫的端到端服务质量的方法。该方法包括在IP多媒体子系统与至少一个非SIP客户端之间的控制平面处插入家庭IP多媒体子系统网关。在家庭IP多媒体子系统网关处，与代表所述非SIP客户端的远程客户端交换SIP信令，网关在一个或多个SIP消息的SDP部分内识别的媒体类型和为协议指定的服务质量类型之间执行映射，所述协议用于控制非SIP客户端与住宅网关之间呼叫线路中的服务质量。呼叫线路根据映射的服务质量类型而配置。

Description

处理通信系统中的服务质量
技术领域
本发明涉及在通信网络中处理服务质量的问题，并且特别适用于确保其中之一是IP多媒体子系统核心网络的两个或更多个网络之间的服务质量互操作性。
背景技术
IP多媒体(IPMM)服务在同一会话内提供话音、视频、讯息、数据等的动态组合。通过增大基本应用和可能组合的媒体的数量，向最终用户提供的服务数量将增大，并且人与人之间的通信体验将会变丰富。这将导致新一代的个性化、丰富多媒体通信服务，包括下面更详细论述的所谓“组合IP多媒体”服务。
IP多媒体子系统(IMS)是第三代合作伙伴项目(3GPP)为通过3G移动通信网络提供IP多媒体服务而定义的技术(3GPP TS 23.228和TS24.229版本5与版本6)。IMS通过服务的集成和交互提供重要的特性，以便丰富最终用户人与人之间的通信体验。IMS允许通过基于IP的网络实现新的丰富的人与人(客户端到客户端)及人与内容(客户机到服务器)的通信。IMS利用会话启动协议(SIP)设置和控制用户终端(或用户终端与web服务器)之间的呼叫或会话。SIP信令承载的会话描述协议(SDP)用于描述和协商会话的媒体组件。其它协议用于媒体传输和控制，如实时传输协议和实时传输控制协议(RTP/RTCP)、消息会话中继协议(MSRP)、超文本传送协议(HTTP)。
IMS需要一个接入网络，这一般为2G/3G通用分组无线电业务(GPRS)/分组交换(PS)网络，但有时可以为一些其它接入网络，如固定宽带或WiFi。图1以示意图方式示出在GPRS/PS接入网络情况下IMS如何配入移动网络体系结构。
欧洲电信标准协会(ETSI)的TISPAN工作组当前处理用于基于IMS的固定网络的下一代网络(NGN)的提案。作为此项目的一部分，将考虑允许非IMS终端接入IMS服务的所谓家庭IMS网关(HIG)。预期HIG将在家庭和小型办公环境中应用，在这些环境中，用户可能要使用多个非IMS使能终端接入IMS服务，这些终端可能是或不是SIP终端。非IMS但SIP使能终端的示例有SIP电话和PC，而不具有SIP功能的非IMS终端示例是包括DECT电话的传统电话和具UPnP支持的IP装置。HIG将包括SIP网关以便处理互操作性问题(例如，SIP与用户设备需要的其它信令协议之间的转换)。当然，TISPAN HIG提案的备选也可能在将来出现。
发明内容
新的基于IMS的高级多媒体服务将对从运营商网络中的服务器开始直至进入并通过“家庭”网络的端到端服务质量(QoS)特性提出高要求。在具有可能的多种内部协议的家庭网络(home network)与用于在家庭网络外建立会话的IMS/SIP协议之间，现在还没有用于QoS互操作性的解决方案。在缺少解决方案情况下，运行在家庭网络内不同装置上运行的所有应用将具有等同的机会发射数据帧。虽然这可能对于诸如web浏览器、文件传送或电子邮件等应用相关联的数据业务来说是足够的，但它对多媒体应用来说是不足够的。具体而言，无法保证高速和/或高要求多媒体服务(如HDTV、VoIP和视频会议)的质量。
根据本发明的第一方面，提供了一种确保遍历(traverse)IP多媒体子系统的呼叫的端到端服务质量的方法，该方法包括：
在IP多媒体子系统与至少一个非SIP客户端之间的控制平面处插入(interpose)家庭IP多媒体子系统网关；
在归属(home)IP多媒体子系统网关处，与代表(on behalf of)非SIP客户端的远程客户端交换SIP信令，网关在一个或多个SIP消息的SDP部分内识别(identify)的媒体类型和为协议指定的服务质量类型之间执行映射，该协议用于控制非SIP客户端与住宅网关之间的呼叫线路(call leg)中的服务质量；以及
根据映射的服务质量类型配置所述呼叫线路。
在本发明的实施例中，该方法包括在家庭IP多媒体子系统网关处选择适合用于控制非SIP客户端与住宅网关之间呼叫线路服务质量的所述协议的映射功能(mapping function)，该映射功能从多个映射功能中选择。
住宅网关例如可以为路由网关或桥接网关。住宅网关可包含UPnP因特网网关装置。
例如，用于控制非SIP客户端与住宅网关之间呼叫线路的服务质量的协议可以为以下之一：UPnP、WMM和DiffServ。
优选是根据映射的服务质量类型配置所述呼叫线路的所述步骤包括配置至少住宅网关(例如，提供因特网网关装置)。家庭IP多媒体子系统网关也可配置以下之一或多项：以太网交换器、WLAN接入点和IP路由器。用于配置住宅网关及非SIP客户端和住宅网关之间呼叫线路中实体的协议可以与用于控制在非SIP客户端处服务质量的协议相同。
根据映射的服务质量类型配置所述呼叫线路的所述步骤可包括使用所述协议来配置呼叫路径内的节点，包括住宅网关。此节点可以为负责使用优先级(priority)值标记分组或帧的节点，例如，因特网网关装置，或者它可以为负责基于帧或分组内包含的优先级值转发分组或帧的节点。
根据本发明的第二方面，提供了一种家庭IP多媒体子系统网关，包括：
用于与IP多媒体子系统通信的第一接口；
用于使用非SIP呼叫建立协议与客户终端通信的一个或多个第二接口；
用于经所述第一接口与代表非SIP客户端的远程客户端交换SIP信令以及在一个或多个SIP消息SDP部分内识别的媒体类型和为协议指定的服务质量类型之间执行映射的部件，该协议用于通过第二接口在非SIP客户端与住宅网关之间建立呼叫线路；以及
根据映射的服务质量类型配置所述呼叫线路的部件。
附图说明
图1以示意图方式示出在家庭网络内的家庭IMS网关；以及
图2示出家庭网络内配置服务质量的事件顺序。
具体实施方式
如上已经所述，提议了将所谓的家庭IMS网关(HIG)引入到通用IMS体系结构中。图1示出位于IMS与家庭网络(在控制层)之间的家庭中的HIG。对于SIP使能的终端，HIG充当背对背用户代理(Back-to-Back User Agent)，而对于非SIP使能的终端，HIG提供IMS与非IMS区域之间的接口，在SIP与家庭网络中使用的其它协议之间的转换。
为解决家庭网络与IMS之间的QoS互操作性问题，新的功能引入到了HIG中。从QoS角度而言，此功能允许HIG充当业务优先级管理器和QoS策略拥有者(policyholder)。它访问家庭装置的媒体能力，并使用此信息按各IMS业务流来协商QoS会话参数。HIG经QoS管理器控制家庭网络的各种组件，例如，如图1所示的WLAN接入点、以太网交换器和住宅网关。
对于非SIP使能的终端，在任何家庭网络内，不同的客户端可使用不同的应用层协议与HIG通信(但可假设IP用于处理寻址(addressing)、路由(routing)等)。但是，用于将来收敛(convergence)的一个强有力的候选项是UPnP(通用即插即用)协议。为便于以下论述，假设UPnP由HIG用于打开住宅网关中的必需端口以便接受输入媒体流和会话。
再考虑图1的示例，客户端装置(只示出其中之一)假设为也与使用UPnP的HIG通信。也假设所有客户端使用以太网作为物理层。在呼叫建立期间，HIG启动与客户端的QoS建立机制。经IMS从家庭网络或外部区域启动的新会话在设定时，HIG观察SIP消息的SDP部分以便理解需要的QoS级别。HIG随后从其内部UPnP控制点启动UPnP QoS建立，以便为此新会话协商和准备媒体路径的家庭网络部分。
一般情况下，IMS呼叫由主叫方通过发送SIP INVITE消息到被叫方而启动。被叫方随后返回200OK消息，并且主叫方通过发送ACK消息而确认接收此消息，并结束建立阶段。这些消息每个将包含SDP部分，并且HIG必须根据通信方的要求和能力设置SDP部分的媒体类型，并相应地配置家庭网络。
要建立QoS路径，HIG内的UPnP QoS管理器需要TrafficClass变量值作为输入及媒体流的源点(source)和汇点(sink)。UPnP定义TrafficClass变量的以下值：网络控制、流控制、话音、AV、数据、音频、图像、游戏、其它和背景。UPnP QoS框架[UPnP QoS体系结构：1.0，UPnP版本1.0，2005年3月]规定，控制点从流源点获得TrafficClass的值，并且此值是基于正流化的媒体。TrafficClass传递到UPnP QoS管理器[QoS管理器描述：1.0，UPnP版本1.0，2005年3月]，该管理器与UPnP QoS策略拥有者交互以得到TrafficImportanceNumber。如下面表1所示，UPnP指定TrafficClass变量值到TrafficImportanceNumber值的转换。如表1所示，UPnPTrafficImportanceNumber映射到IEEE 802.1p业务类型值。IEEE 802.1p是用于区分以太网业务优先级的协议，在以太网帧报头中指定包含的业务类型值。第2层交换器使用业务类型值来区分以太网帧转发的优先级。
QoS管理器使用TrafficImportanceNumber值，为充当媒体源的客户端中的相应的流设置第2层分组标记值(tagging value)。QoS类似地在因特网网关装置(在住宅网关内)中设置第2层分组标记值，以便输入分组(来自IMS)得到适当的标记。QoS管理器也确保沿流路径的所有中间装置具有资源，可支持媒体流所需的QoS级别。TrafficClass值由HIG通过解析在家庭客户端与IMS系统之间交换的SIP SDP而获取。为了在家庭网络中为家庭客户端的业务流建立QoS路径，HIG可将SDP媒体类型及其属性转换为UPnP TrafficClass值。
图2示出在家庭网络内HIG与UPnP装置之间的事件顺序。基于截接呼叫会话建立期间交换的SIP SDP，HIG解析消息并提取媒体描述符。如[RFC 2327，“SDP：会话描述协议”]中所述，SIP SDP包括媒体公告(media announcement)。SDP媒体会话描述如下：
m＝<media><port><transport><fmt list>
媒体字段包含具有以下值的媒体类型子字段：“音频”、“视频”、“应用”、“数据”和“控制”。如下面表2所示，HIG将媒体类型字段映射到UPnP TrafficClass变量。
UPnP QoS机制允许比SDP更精确的定义媒体流。这反映在一些SDP媒体类型可映射到的双重值上。SDP媒体类型分配到的业务类变量取决于给定媒体流对时间延迟的敏感程度。例如，要求延迟小于10毫秒的音频流将映射到TrafficClass“话音”，而延迟小于100毫秒的流映射到TrafficClass“音频”。对于SDP媒体类型“应用”，对延迟十分敏感的交互/实时应用(如游戏)将映射到“游戏”TrafficClass，而对延迟不是如此敏感的非交互式应用则映射到“数据”TrafficClass。正如从表1将明白的一样，在QoS方面将同等对待网络控制和流控制TrafficClass，因此，SDP媒体类型“控制”可映射到任一控制。
在确定SDP媒体类型的TrafficClass变量后，HIG中的控制点启动UPnP QoS建立。UPnP QoS建立涉及在QoS管理器与源点装置之间交换的一系列消息及与中间装置(在图1中全部表示为UPnP装置)交换的消息。在QoS建立结束时，至少源客户端和IGD设为使用对应于TrafficImportanceNumber的第2层优先级值而标记媒体流分组。
如果UPnP及媒体类型支持参数化QoS策略，则HIG也从SIP SDP获取媒体流的带宽要求，并将此值传递到QoS管理器以允许如[QoS管理器描述：1.0，UPnP版本1.0，2005年3月]第7部分中指定的许可控制。
CableHome[CableHome 1.1规格，版本1.1，2005年8月]体系结构允许将新的基于有线(cable-based)的服务输送到家庭中的装置，该体系结构依赖UPnP实现其QoS机制。因此，表2中提供的映射与CableHome 1.1 QoS相关。
如上已经所述，家庭网络内的客户端可使用UPnP外的协议与HIG通信。示例如下：
Wi-Fi多媒体
为满足QoS无线网络的需要，Wi-Fi联盟提议了WMM(Wi-Fi多媒体)作为用于802.11网络即将推出的IEEE 802.11e QoS扩展的配置(profile)。WMM区分不同应用的业务需求的优先级，并将Wi-Fi的高质量最终用户体验从数据连接扩展到多种环境和业务条件下的话音、音乐和视频应用。WMM定义了用于区分业务优先级的四个接入类别，以便这些应用可访问必需的网络资源。下面表4中显示了这些类别与SDP类别之间的映射。
基于常规IEEE 802.1p的协议
HIG QoS映射功能也覆盖常规协议用于设置家庭装置中IEEE802.1p优先级值的情况。在此情况下，HIG充当IMS系统与家庭QoS管理系统之间的中介。在支持基于IEEE 802.1p标准区分业务优先级的家庭网络环境中，根据下面的表5执行从SDP的映射。
支持802.1p的非UPnP家庭客户端配置为用关于UPnP位于带外的相关p比特来标记分组。HIG将p比特值传递到QoS机制，该机制随后设置相关业务优先级级别。
DiffServ
在家庭网络QoS基于DiffSer的场景中，HIG可为IMS系统有关的业务流的QoS转换充当中介装置。表6示出在SDP媒体类型与DSCP(差分服务代码点)之间的映射表。DSCP到802.1p无标准映射；相反，这通常是供应商解决方案。表6中的关系是一种可能的映射解决方案。
可能的情况是几个协议可同时在家庭网络内使用，例如UPnP和WMM。在此情况下，HIG必须配置为将UPnP和WMM两者都连接到IMS网络。更具体地说，HIG必须在IMS QoS媒体类型与使用的家庭网络协议媒体类型之间映射。
本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可对上述实施例进行各种修改。例如，客户端装置本身可不支持服务质量功能。在此情况下，并且参照图1，UPnP装置服务在客户端内不存在，并且它是在以太网帧报头中设置级2优先级标记的WLAN接入点(在此示例中)。
 UPnP TrafficClass  UPnPTrafficImportanceNumber   IEEE 802.1p业务类型
 网络控制  7   NC
 流控制  7   NC
 话音  6   VO
 游戏  6   VO
 AV  5   VI
 音频  5   VI
 图像  3   EE
 数据  0   BE
 其它  0   BE
表1
  SDP  UPnP TrafficClass
  音频  话音/音频
  视频  Av
  应用  数据/游戏
  数据  数据
  控制  网络/流控制
表2
  SDP带宽描述  UPnP带宽描述
  B＝行  TSpec：平均数据率
表3
  SDP  WMM
  音频  话音
  视频  视频
  应用  尽力而为(best effort)
  数据  背景
表4
  SIP SDP   802.1p
  控制   7
  音频   6
  视频   5
  应用   3
  数据   0
表5
  SIP SDP   DSCP   DifServ约定
  控制   56   控制
  音频   46   加急转发(Expeditedforwarding)
  视频   40   快速转发(Expressforwarding)
  应用   26   AF31
  数据   0   尽力而为
表6

Claims (8)

1.一种确保遍历IP多媒体子系统的呼叫的端到端服务质量的方法，所述方法包括：
在所述IP多媒体子系统与至少一个非SIP客户端之间的控制平面处插入家庭IP多媒体子系统网关；
在所述家庭IP多媒体子系统网关处，与代表所述非SIP客户端的远程客户端交换SIP信令，所述网关在一个或多个SIP消息的SDP部分内识别的媒体类型和为协议指定的服务质量类型之间执行映射，所述协议用于控制所述非SIP客户端与住宅网关之间呼叫线路中的所述服务质量；以及
根据所述映射的服务质量类型配置所述呼叫线路。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述家庭IP多媒体子系统网关处选择映射功能，所述映射功能适合用于控制所述非SIP客户端与所述住宅网关之间的呼叫线路的所述服务质量的所述协议，所述映射功能从多个映射功能中选择。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述住宅网关是路由网关或桥接网关。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述住宅网关包含UPnP因特网网关装置。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于控制所述非SIP客户端与所述住宅网关之间的呼叫线路的服务质量的所述协议是以下之一：UPnP、WMM和DiffServ。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述映射的服务质量类型而配置所述呼叫线路的所述步骤包括配置至少所述住宅网关。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，配置所述呼叫线路的所述步骤包括配置以下项目中的一项或多项：以太网交换器、WLAN接入点和IP路由器。
8.一种家庭IP多媒体子系统网关，包括：
用于与IP多媒体子系统通信的第一接口；
用于使用非SIP呼叫建立协议与客户终端进行通信的一个或多个第二接口；
用于经所述第一接口与代表非SIP客户端的远程客户端交换SIP信令且在一个或多个SIP消息的SDP部分内识别的媒体类型和为协议指定的服务质量类型之间执行映射的部件，所述协议用于第二接口上以在所述非SIP客户端与住宅网关之间建立呼叫线路；以及
根据所述映射的服务质量类型配置所述呼叫线路的部件。
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