CN101523809A - 用于确定通信链路质量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于确定对指定类型分组进行传输的通信链路的质量的方法和装置。该方法包括配置第一分组，该第一分组与诸如IP语音分组的指定类型分组共有传输特性，使得该第一分组与该指定类型分组经历相似的通信链路情况。然后在该通信链路上将第一分组传输到位于该特定通信链路的终止设备附近的质量监视服务器。对服务器响应于第一分组而传输的第二分组进行接收和评估，以基于该第二分组的特性确定该通信链路的质量。本发明还公开了对应的装置。

Description

用于确定通信链路质量的方法和装置
基于35 U.S.C.§119要求优先权
本申请要求于2006年9月28日递交的、标题分别为“Handoff Triggersfor WLAN and VoWLAN”、“Estimation of the Path Quality to assist handoffDecision”和“Handoff Algorithms for VoIP over WLAN”的临时申请No.60/848,414、60/848,415和60/945,054的优先权，该临时申请已经转让给本申请的受让人，故以引用方式将其明确地并入本文。
共同未决的专利申请的引用
本专利申请涉及以下共同未决的美国专利申请：
与本申请同时递交的，代理人号为No.070007的Meylan等人的“METHODS AND APPARATUS FOR DETERMINING QUALITY OFSERVICE IN A COMMUNICATION SYSTEM”，其已转让给本申请的受让人并且以引用的方式明确并入本申请。
技术领域
本公开一般涉及用于确定通信链路的质量的方法和装置，并且更具体地，涉及确定具有实时业务(诸如语音数据)无线或有线网络传输的通信链路或路径的服务质量。
背景技术
在通信系统中，对使用了实时业务(诸如端到端IP语音(VoIP)呼叫)的应用的利用正在日益增加。在这种应用中所涉及的端点之间的路由一般将通过多种不同的通信网络技术中的任意一种或任何组合来接入IP网络(例如，因特网)。所使用的网络技术的类型的实例可以包括：诸如Wi-Fi(IEEE标准802.11)的无线局域网(WLAN)、诸如1X-EVDO的蜂窝网络、高速分组接入(HSPA)、诸如WiMAX(IEEE 802.16)的无线广域网(WWAN)、毫微微蜂窝(femtocell)、以及其它各种已知的或将要定义的网络技术。因此，在端点之间的路由中，可以在众多网络上交换实时业务。例如，在居住环境中的用户A和用户B之间的端到端VoIP呼叫中，VoIP分组可能经过用户A的Wi-Fi接入网、用户A的DSL或有线宽带网、IP核心网、用户B的DSL或有线宽带网、和用户B的Wi-Fi接入网。
在VoIP业务的情况下，例如，携带语音数据的VoIP分组必须在可允许的最大延迟约束之内经过所有网络，以达到可接受的服务质量(QoS)。因为VoIP分组经过语音呼叫的端点之间的许多可能完全不同的网络，并且因为诸如因特网的宽带网络一般携带多种类型的数据分组，所以监视每个网络链路中对延迟敏感的语音分组的QoS通常是不可行的。因此，VoIP的QoS更易于由语音呼叫的端点处的一个或两个设备(例如，诸如移动电话或计算机的终端)来监视，因为这种设备受到用于对该呼叫进行路由的网络中随处所发生的QoS降级的影响。
尽管在某些用于路由语音呼叫的网络中，例如在Wi-Fi介质接入控制(MAC)管理信息库(MIB)中，可以提供质量确定度量，但是这种度量并不是对于所有情况都能有效地确定最终的路径质量。例如，考虑在居住环境中的无线局域网语音(VoWLAN)中发生的VoIP呼叫。为了确定QoS，至少需要监视4个链路：从LAN接入点(AP)到通信终端的下行链路、从通信终端到AP的上行链路、从呼叫终止设备(例如，在VoIP服务提供商的网络处的媒体服务器)经过因特网骨干和线缆/DSL回程线路到AP的下行链路、以及从AP经过因特网骨干和线缆/DSL回程线路到呼叫终止设备的上行链路。通信终端可以使用本地可见的事件，例如分组丢失或信号强度，来监视这些链路中的至少前两个链路。然而，不存在对AP和终止设备之间的上行链路和下行链路的质量提供监视的已知机制。因此，需要一种用于在通信终端或AP处测量或确定从AP到终止设备的通信路径的至少一部分的QoS、尤其是携带实时业务的路径的QoS的机制。
发明内容
根据一个方面，公开了一种确定用于传输指定类型分组的通信链路的质量的方法。该方法包括配置或形成至少一个第一分组，该至少一个第一分组与该指定类型分组共有至少一个分组特性，使得该至少一个第一分组与该指定类型分组经历相似的通信链路对待。此外，该方法包括在该通信链路上向位于终止单元附近的质量监视服务器传输该至少一个第一分组，然后接收由该服务器响应于对应的第一分组而传输的至少一个第二分组。最后，该方法包括基于所接收的至少一个第二分组的特性，确定该通信链路的质量。
根据另一个方面，公开了一种用于确定通信链路的质量的装置。该装置包括用于配置至少一个第一分组的模块，该至少一个第一分组与指定类型分组共有至少一个分组特性，使得该至少一个第一分组与该指定类型分组经历相似的通信链路情况。该装置还包括用于在该通信链路上向位于终止单元附近的质量监视服务器传输该至少一个第一分组的模块、用于接收由该服务器响应于对应的第一分组而传输的至少一个第二分组的模块、以及用于基于所接收的至少一个第二分组的特性来确定该通信链路的质量的模块。
根据另一个方面，公开了一种可在无线系统中操作的通信设备。该通信设备包括处理器，该处理器具有该第一模块，用于配置至少一个第一分组，该至少一个第一分组与指定类型分组共有至少一个分组特性，使得该至少一个第一分组与该指定类型分组经历相似的通信链路情况。该处理器还包括第二模块，该第二模块用于在该通信链路上向位于终止单元附近的质量监视服务器传输该至少一个第一分组。该处理器还包括第三模块，该第三模块用于接收由该服务器响应于对应的第一分组而传输的至少一个第二分组。该处理器还包括第四模块，该第四模块用于基于所接收的至少一个第二分组的特性来确定通信链路的质量。
根据另一个方面，公开了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，该介质包括用于使计算机配置至少一个第一分组的代码，该至少一个第一分组与指定类型分组共有至少一个分组特性，使得该至少一个第一分组与该指定类型分组经历相似的通信链路情况。该介质还包括用于使计算机在该通信链路上向位于终止单元附近的质量监视服务器传输该至少一个第一分组的代码、用于使计算机接收由该服务器响应于对应的第一分组而传输的至少一个第二分组的代码。最后，该介质包括用于使计算机基于所接收的至少一个第二分组的特性来确定该通信链路的质量的代码。
附图说明
图1是用于实现采用了质量确定的VoIP通信的通信系统的图。
图2是示出了在通信系统中用于在其上执行质量确定和度量监视的级别的方框图；
图3是用于在通信系统中确定通信链路质量的方法的流程图；
图4是示出了用于路径质量监视功能的协议的方框图；
图5示出了采用在网络控制之下进行路径质量监视的示例性实现的通信系统；
图6示出了用于确定通信链路的路径质量的示例性装置。
具体实施方式
图1是采用了路径质量确定的示例性通信系统100的图。正如本文将要详述的，系统100可用于在两个端点(例如，两个通信终端或站)之间进行VoIP呼叫。系统100可以包括局域网102，例如无线局域网(WLAN)102，局域网102可以根据诸如Wi-Fi(IEEE标准802.11)的多个无线网络标准中的任意一个来操作。局域网102包括接入点(AP)104，AP104与诸如移动设备106的通信终端端点或诸如计算机108的其它电子设备通信。AP104还与回程链路110通信。
回程链路110可以包括诸如数字用户线路(DSL)或线缆宽带连接的多种类型的网络连接中的任意一种。回程链路110用于将局域网102与诸如因特网骨干112的广域网可通信地耦合。具体地，回程链路110在呼叫终止单元114处终止，呼叫终止单元114与因特网骨干112通信。在VoIP服务的实例中，呼叫终止单元114可以被配置为VoIP服务提供商的网络中的媒体服务器。例如，因特网骨干112用于经由另一个回程链路118和AP120，向端到端连接的另一端的最终终端设备116传输诸如VoIP分组的实时业务。
要注意，每个终端端点(例如，106、108)可以配置为仅监视LAN102所提供的质量。以AP104是Wi-FiAP为例，终端106可以监视已知的WLAN参数，例如接收信号强度指示符(RSSI)、信噪比(SNR)、失败帧接收、下行链路帧重传和网络负载，以估计Wi-Fi下行链路的质量。同样的，终端也可以监视例如上行链路帧重传和失败帧重传的参数，以估计Wi-Fi上行链路的质量。在确定了Wi-Fi上行链路和Wi-Fi下行链路中的任意一个或两者的降级之后，通信终端(106、108)可以采取适当的措施来改善呼叫质量，例如将呼叫从AP 104切换到另一个网络(未显示)，或者调整媒体编码特性。此外，如果不能找到具有合适QoS的网络，则终端可以终止该呼叫。
尽管希望每个终端端点监视本地WLAN接入链路并且检测任意降级，终端中的这种支持是依赖于具体实现的。除了以上WLAN度量之外，每个终端还可以监视其它WLAN参数，例如RTP层分组丢失、分组抖动、播放缓存统计和RTCP报告。尽管这些度量可用于识别端到端QoS的损失，但是它们不能用于表征WLAN本地访问之外的链路的质量降级。例如，考虑图1中的终端106和116之间的VoIP呼叫。106处的RTP分组丢失可能是由回程链路110或回程链路118的降级引起的，其中回程链路110是终端106的AP下行链路，回程链路118是终端116的AP上行链路。如果链路110降级，则终端106可以通过将呼叫切换到未使用该链路的网络(未显示)来改善呼叫质量。然而，如果链路118降级，则这种由终端106的切换将无助于改善呼叫质量。在这种情况下，终端116将需要采取适当的措施来改善呼叫质量。因此，例如仅基于所观察到的QoS降级来触发从WLAN到广域网WAN的切换这样的简单方法可能不会永远起作用，并且可以引入不必要的开销。
要注意，携带呼叫业务的核心网(例如因特网骨干112)一般配备完善并且支持QoS。因此，为了本公开说明的目的，假设LAN本地访问和宽带连接(即，回程链路110)是质量降级的主要原因。
因此，示例性系统100还可以包括质量监视服务器122，其用于辅助确定例如终端106与呼叫终止单元114之间的通信链路的QoS。如本申请的下文所详述，路径质量监视功能(在本申请中又被缩写为“PQMF”)可以由终端或站(例如，移动通信设备106)来实现，终端或站106在通信路径中的网络上向质量监视服务器112传输分组信息，质量监视服务器112作为响应向终端或站106返回分组信息以便确定路径质量。箭头124示出了图1的这个功能。此外，质量监视服务器112可以位于与呼叫终止单元114尽可能近的位置，并且如虚线126所示，甚至可以与单元114合并或集成在一起。因此，PQMF用于测量终端和呼叫终止单元114之间的上行链路和下行链路路径质量。要注意，服务器122可以实现为在处理器或模块上执行的算法，该处理器或模块用于接收PQMF分组、处理该分组、确定发送什么分组来作为响应、并且发送该响应。
此外，要注意，PQMF所使用的分组是模仿的，或者与对链路上的传输质量很关注的那些分组具有至少一个或多个共有的特性。更具体地，将PQMF分组配置为具有足够的共有特性，以确保网络以与所关注的数据分组得到的服务等级相同的服务等级来对待该分组。例如，VoIP分组或实时协议(RTP)分组比非实时分组得到更高的服务等级。因此，用于确定VoIP分组的QoS的PQMF分组被配置为具有相同的VoIP分组特性，该VoIP分组特性影响网络对待这些VoIP分组的服务等级。因此，使用与所关注的分组(例如，RTP或VoIP分组)具有共有特性的PQMF分组提高了监视功能的准确性，这是因为PQMF分组得到相同的网络对待(并且因此得到相同的QoS)。
仅作为实例而非限制性地，共有的特性可以是PQMF分组的IP分组头部中的服务类型(TOS)字段。该共有的特性可以在所关注的分组和PQMF分组之间造成相同的服务质量。还要注意，从实现的角度来看，PQMF分组的分组大小还可以进行大小调整，以匹配所关注分组的多个可能大小中的任意一个。例如，无论在分组的传输和接收期间使用了什么编码器/解码器(编解码器)，都可以将PQMF分组配置为与该分组的大小匹配。
基于发往和发自路径质量监视服务器112的分组的特性所做出的测量，例如分组往返时间，允许终端设备(例如，106、108)测量经过了LAN 102和回程链路110的整个路径(即，上行链路和下行链路)的质量。要注意，在示例性的实现中，通信终端106所发送的PQMF分组以及作为响应由服务器122返回终端106的那些PQMF分组可以被配置为是相同的，使得上行链路和下行链路的对待质量最接近地模仿所关注分组得到的网络对待。
终端设备(106或108)然后可以利用所确定的质量做出更准确的判决，例如是否触发到另一个网络的切换或者是否改变数据速率或编码速率，以改善呼叫质量。
系统100是单个简单网络配置的实例。然而，可以想到系统100的许多额外的、更复杂的配置，包括可替换的电子设备和各种无线的或有线的网络协议。此外，例如，系统100中的组件可被配置为便于移动通信终端106从终端106当前所利用的AP104无缝地切换到另一个网络。此外，尽管结合对实时业务(诸如语音数据(VoIP))的QoS确定具体描述了系统，但是可以想到，该QoS确定可用于回程线路上的其它分组传输，例如传输控制协议(TCP)或用户数据报协议(UDP)。
图2是示出了在诸如图1的系统100的通信系统中，用于在其上确定质量和监视度量的各个层的方框图。参与VoIP呼叫的端点终端202可以配置为在各个层上监视不同的QoS度量。如图所示，终端202监视终端202和AP204之间链路上的物理层(PHY)参数或度量，如层206和箭头208所示。PHY层度量可以包括例如接收信号强度指示符(RSSI)。此外，终端202可以包括对介质访问控制(MAC)层的监视，如层210和箭头212所示。在MAC层测量的度量可以包括例如，确认失败或帧检验序列(FCS)误差的数量。
为了确定在WLAN的情况下无线链路是否恶劣，例如，终端202可以使用MAC层度量和PHY层度量。然而，对于其它网络异常，高级别的监视可以辅助终端确定例如在回程中是否存在问题。因此，终端202还可以在示为“应用”层或RTP层214的更高级别上监视度量。例如，终端202可以在应用层中监视丢失的VoIP分组的数量。这由从VoIP呼叫终止单元216到终端202的箭头218在图中表示，指示在应用或RTP层中对来自呼叫终止单元216的丢失的下行链路分组的监视。
如前所述，仍然存在使用以上度量来帮助确定是否触发切换也无法改善QoS并且可能引入不必要的开销的情况。例如，假设质量问题的源头发生在远端(即，在VoIP呼叫终止单元216之后)，则即使本地LAN和回程链路良好，应用层度量也指示大的下载分组丢失。因此，这种检测所导致的从本地LAN到另一个网络的切换触发将不会得到QoS改善，因为问题出现在远端。这种切换引入不必要的开销，并且破坏了在LAN上保持该呼叫的潜在优势。用户可能由于费用和性能的原因而希望将该呼叫保持在LAN上。反之，应用层度量可能指示可忽略的下行链路分组丢失，而回程上行链路降级导致远端出现问题。因此，不会触发从本地LAN切换出去，将导致远端的QoS的持续恶化。在另一个实例，可以基于LAN上合适地检测的信号强度，指示从WAN到本地LAN的切换。然而如果回程质量降级，在这种情况下切换到本地LAN将导致切换之后具有差的呼叫质量。
考虑到以上实例，本申请所公开的方法和装置采用PQMF来修正这些以及类似的情况。如图2所示，终端202中的应用/RTP层214可以与路径质量监视服务器222交换PQMF分组220，如以上结合图1所述。PQMF220包括由终端202中的应用层241所配置和传输的第一分组(例如，RTP)，该第一分组匹配于与QoS确定有关的分组的类型，例如本申请所公开的实例中的VoIP分组的类型。服务器222然后响应于从终端202接收到第一分组，通过发出第二分组或返回所传输的分组来进行辅助。
在网络辅助的方法中，如图2所示，服务器222辅助PQMF，在终端(例如202)中检测路径质量降级，并且可以通过软件、硬件或它们的组合来实现该检测。终端202与位于呼叫终止单元216上游或附近的PQMF服务器222交换分组。PQMF服务器(例如，图1的服务器122或图2的服务器222)位于VoIP呼叫终止单元216的上游有助于有效的宽带监视(例如，回程监视)，并且从终端发出的所有业务(信令和承载)都保证经过该宽带终止单元。
图3是用于确定诸如图1或2所示系统的通信系统中的通信链路质量的方法300的流程图。方法300包括配置一个或多个第一分组，该第一分组与希望得到质量确定的分组类型具有共有的特性，如方框302所示。如前所述，根据一个方面，将PQMF分组配置为与所关注的数据分组具有相同的协议、服务类型(ToS)和大小，以确保在网络上具有相同的传输特性。
要注意，端点终端，例如终端202或通信设备106，可以实现方框302的过程(以及路径质量监视的发起)。此外，方框302的过程的可替换实现可以包括由AP或网络中的其它设备发起路径质量监视，或者与另一个端点终端相呼应地发起路径质量监视。例如，终端106可以从对等通信终端，例如设备116中指示恶劣路径质量的一个设备，接收报告。作为响应，该终端可以向PQMF服务器发送一个或多个第一PQMF分组，发起对于LAN202和回程110的QoS确定，以查看问题是否出现在终端106这一端。进一步根据该实例，如果通过PQMF分组的传输确定从终端106到呼叫终止单元114的通信链路的质量良好，则终端106可以进一步配置为向对等通信终端116发送用于指示通信链路质量良好的消息。
在配置完第一分组之后，如方框304所示，在通信链路或网络上，向位于终止设备(例如，终止单元114或216)附近的服务器(例如，PQMF服务器122或222)传输该分组。并且，端点终端(例如，106或202)可以实现该过程。此外，该服务器位于呼叫终止单元附近，以确保第一分组在LAN以及回程链路上的传输。在传输第一分组之后，如方框306所示，响应于所传输的每个相应的第一分组，该服务器传输一个或多个第二分组。就是说，服务器通过向终端返回对应的第二分组来对所接收的每个第一分组类型进行响应。要注意，根据一个方面，将第二分组配置为与第一分组类型具有相同的共有特性，以确保在下行链路路径中具有相同的服务对待等级。然而可以预见，第一和第二分组不一定需要彼此匹配。此外，可以将服务器配置为计算与第一分组的传输有关的统计值。在这种情况下，还可以将一个或多个第二分组配置为向终端携带这些计算的统计值。
如方框308所示，在第二分组的传输之后，基于与所传输的第一分组相对应的所接收的第二分组的传输特性，确定通信链路的路径质量。该特性包括在传输第一分组的设备处接收到第二分组的时间，提供了第一和第二分组的往返程时间，可以利用该往返程时间确定延迟。其它特性可以包括当分别发送和接收多个第一和第二分组时的分组丢失和抖动的确定。在一个实例中，从多个分组中，包括过去所交换的分组，计算分组丢失和抖动。在方框308的过程之后，要注意进一步的过程(未显示)可以包括基于路径质量确定结果来确定对终端的切换触发。
要注意，希望在短时间内(低延时)执行过程300，以提供路径质量估计的快速反馈。当有必要切换时，快速估计有助于更快地触发切换，并且不会在最终的切换中引入大的延时。相应地，快速切换将确保语言呼叫的QoS。例如，可以想到两种用于更好地确保低延时的方法。
首先，应该快速完成PQMF过程。快速完成PQMF过程将会降低确定路径QoS时的延时，并且有助于降低该确定所需要的开销。
其次，应该尽早开始PQMF程序。PQMF程序开始得越早，终端就可以越快地对质量降级做出响应。然而，用于启动PQMF程序的及早触发可能是错误肯定的，导致不必要的路径质量确定。这种错误肯定和相应的开销可以导致不希望的业务增加。此外，取决于协议的状态，可以较频繁或较不频繁地执行PQMF程序。例如，如果没有接收到返回的第二分组，则可以立即发送第一分组以再次对链路进行采样。当终端空闲时，可以较不频繁地执行PQMF过程，以便将网络负载最小化。
过程300还在网络中具有低开销。其中一个原因是，如果当路径质量恶化时执行PQMF过程，该过程不应该在网络中引入将该状况进一步恶化的大业务量。每个路径质量估计阶段(即，向PQMF服务器发送或接收分组)的传输数量应该少。并且，通过在连续的阶段之间引入足够的滞后量可以限制总阶段数量。
此外，过程300应该实现路径质量估计中的准确性。估计中的误差可以导致错误的切换判决，并且如前所述，不必要的切换将不会改善呼叫质量，并且将引起额外的开销，并且因此破坏通过将呼叫保持在局域网上所实现的任何优势。反之，当需要切换时不执行切换则可以不利地影响呼叫的QoS。
此外，可以基于各种不同的标准来启动图3的过程300。其中一个标准可以是响应于特定的检测条件来触发。实例可以包括但是不限于，在应用层检测到两个或更多个连续丢失的RTP帧、在预定数量的预期帧中有设定数量的丢失的RTP帧、在预定数量的连续RTP帧中观察到大的抖动、或者从其它端接收到对质量不满意的指示。可以使用RTCP报告或其它类型的报告。
用于执行过程300的另一个标准可以基于预定的周期或循环。更具体地，根据一个实例，可以在PQMF分组的传输之间设置大的时间段或时间间隔(这可以被称为“慢PQMF”)，以允许终端周期性地测量链路质量而不引入显著的网络开销。根据另一个实例，当慢PQMF过程指示出潜在的质量问题时，终端可以动态地切换到更小的时间间隔(称为“快PQMF”)，以更准确地测量链路质量统计值，例如分组丢失率。还可以由其他终端条件，例如Wi-Fi上的呼叫发起、下行链路分组丢失的突然增加等等，来触发快PQMF。这样，终端能够随时监视链路质量，同时保持低的网络开销。
此外，要注意，已知许多应用以不均匀的间隔发送分组。例如，诸如AMR、EVRC和EVRC-B的不连续语音编解码器可以在静默时期期间将分组间隔从20ms变成高达640ms。这种声音合成器的估计分组丢失可以产生链路质量的不准确的估计。例如，在静默期间每3个帧丢失一个帧将显示出过度悲观的33％的丢失率，并且可以触发不必要的切换。对于在静默期间完全停止传输帧的编解码器，例如G..711的特定实现，分组丢失度量将完全不更新。对于在分组丢失测量时间间隔期间观察到非常少的分组的情况，终端可以依靠PQMF来准确地指示链路质量。
在本文要注意，本领域的熟练技术人员将理解为网络辅助方法所设想的各种实现。在以下讨论中，讨论了这种用于定位PQMF服务器的实现的一些实例，类似于图2所示的服务器222。要进一步注意，该实现可以利用标准的或私有的协议，而不是实现专用PQMF分组协议。
在一个实例中，通信终端可以使用因特网控制消息协议(ICMP)来实现路径质量监视。在这种情况下，发起终端可以使用类似路由跟踪的功能来发现宽带终止，并且然后使用类似ICMP ping的功能来监视宽带所承担的质量。此外，第三代合作伙伴计划(3GPP)将分组数据网关(PDG)功能作为安全网关引入服务提供商的核心网中。对应的3GPP2功能被称为分组数据互通功能(PDIF)。终端使用因特网密钥交换(例如，IKEv2)协议与PDG建立安全的IPsec隧道。在这种情况下，可以将PQMF定位在PDG处，因为PDG位于VoIP呼叫终止端附近。
VoIP服务提供商通常管理PDG，并且因此在PDG处的PQMF部署会更容易。并且，IKEv2协议提供挂钩来帮助PQMF实现。运营商可以配置VoIP服务，使得去往和来自终端的信令和承载业务都经过IPsec隧道。在这种实现中，从终端到PQMF服务器的业务与共享网络路径上的VoIP业务具有相同的特性。
要注意，在SkypeTM类型网络的一个实例中，承载业务通常经由超级节点路由。将类似的技术方案标准化为，经由中间媒体中继器来路由去往和来自终端的所有业务。在具有这种媒体中继器的情况下，可以将PQMF“服务器”位于该媒体中继器处。路径质量监视(PQM)协议交换和对应的度量然后将指示共享网络路径向VoIP业务提供的质量。
此外，通用接入网(GAN)提出了一种结构，在该结构中，手机和GAN控制器(GANC)将GSM NAS信令和GSM编码语音封装到因特网协议安全(IPsec)隧道中。GANC与GSM核心网接口，并且执行必要的仿真以保持到移动交换中心MSC的接口和到服务GPRS支持节点(SGSN)的Gb接口。在GAN网络中，PQMF可以位于GANC处。所有信令和业务通过GANC路由。通过将PQMF放置在GANC处，PQMF“服务器”和终端可以协调以确定路径质量。因此，路径质量的降级可以作为用于执行从GAN到GSM的切换(漫游出)的必要的触发。可替换地，当检测到路径质量降级时，终端、媒体网关和GANC可以重新协商媒体特性，例如编码速率、冗余、打包等等。当WAN的覆盖范围不足以执行切换时，该重新协商可能有用。
图1和2当前所示的实例示出了网络辅助的方法，在该方法中，终端包含用于发起和检测路径质量的智能，同时位于呼叫终止端处或附近的服务器对终端发送的分组做出响应。要注意，本领域的熟练技术人员将理解，可以利用其它方法来实现本文所公开的路径质量监视功能。例如，可以改为利用网络控制的方法，在该方法中，用于发起和检测路径质量的智能位于网络中而不在终端中。在该实例中，网络将检测QoS降级并且如果批准了切换则通知终端。所设想的另一个方法是端到端的方法，在该方法中，用于检测路径质量降级的智能位于端点终端中。在QoS降级后，终端彼此协调以确定问题的源头，并且处于路径降级端的终端采取恰当的措施来改善呼叫质量。
图4是示出了用于路径质量监视功能示例性实现的协议的方框图。如图所示，质量受到监视的路径是终端402与PQMF服务器404之间的路径。如方框406所示，终端402与诸如无线LAN(WLAN)的局域网相关联。此外，在VoIP业务的实例中，终端402可以对那些特定的LAN网络基础架构进行VoIP注册，其中那些特定的LAN网络基础架构承担基于IP的基础架构上的数据、话音和移动网络技术的汇聚。
如方框408所示，在将终端与LAN相关联之后，然后可以发起PQMF发现。终端发现PQMF服务器或功能体404的IP地址。用于执行发现的具体过程取决于基层协议的选择。如方框410所示，当发现PQMF服务器或功能体时，可以执行路径质量监视校准。具体地，终端402可以通过发起路径质量监视交换来校准路径质量。例如，终端402可以在每个yc时长中向PQMF服务器404传输xc个路径质量测量请求消息。PQMF服务器404用路径质量测量响应消息来进行响应。终端402收集该响应并且确定度量，例如延迟、抖动和丢失率。例如，可以在VoIP呼叫期间或在空闲时执行校准过程。校准过程可以根据需要重复。此外，每个新的校准测量可用于过滤先前的校准测量。
无需每次注册时都执行校准过程410。终端可以存储上一次校准的结果，并且将这些结果与例如WLAN标识相关联。例如在Wi-Fi网络情况下，WLAN标识可以是AP的MAC地址。终端402可以在后续的关联中再次使用这些结果。可替换地，终端还可以将所需要的QoS参数的值写死，并且因此不需要校准过程。校准过程还可以用于确定是否在WLAN上进行VoIP呼叫。如果校准结果指示在涉及WLAN的路径上缺少足够的QoS，则终端可以决定在WAN而非LAN上进行呼叫。此外，终端可以在本地数据库中存储校准的结果。此外，反复地无法支持需要的QoS还可用于在以后的呼叫中将特定WLAN列入黑名单。
如方框412所示，在校准之后，执行路径质量评估。根据一个实例，终端402可以以预定义的时间间隔或在发生触发之后执行PQMF交换。终端402在每个yt时长中向PQMF服务器404传输xt个路径质量测量请求消息(例如，以上关于图3所述的第一分组)。应该对用于发送请求消息的时长和速率进行优化，以确保准确的测量，而又不会实质上影响被测量路径上的业务。PQMF服务器404用路径质量测量响应消息(例如，结合图3所述的第二分组)来进行响应。终端402可以收集该响应并且确定度量，例如延迟、抖动和丢失率。
在方框412中的路径质量评估之后，如方框414所示，终端420可以发起进一步的路径质量分析，并且基于分析结果确定切换判决。终端402将触发度量与先前定下的已校准度量进行比较。在检测到路径质量降级后，终端402可以发起到诸如WAN的另一个网络的切换，或者可替换地，可以调整它的数据速率和编码速率。
要注意，图4的其中一些功能块是可选的，例如注册和发现。并且方框408、410、412和414的功能没有必要按顺序执行，并且这些功能的其中两个或更多个可以并行地执行。
还要注意，可以通过使用分组/消息定制协议来实现上述的本文所公开的PQMF方法和装置。并且，本领域的熟练技术人员将理解，还可以重新使用或修改当前已知的协议，例如因特网控制消息协议(ICMP)和因特网密钥交换(IKE)，来实现本文所公开的路径质量监视。在图4的上下文中来描述这些可替换的协议。
关于ICMP，如果PQMF服务器404位于PDG/PDIF处，则发现程序408将识别PQMF服务器的IP地址，以便终端(例如，图4的402)发现PQMF服务器。通过使用ICMP，终端402可以使用ICMP回响请求分组作为路径质量测量请求消息。服务器404所执行的PQMF然后可以使用ICMP回响响应分组作为路径质量测量响应消息。重新使用ICMP过程来进行PQMF，使得不需要开发新的协议，因此将部署过程的延迟和复杂度最小化。
要注意，如果终端402试图用DSLAM或CMTS路由器来进行ICMP过程，则ICMP过程有可能失败，这是因为网络元件出于安全原因经常禁止ICMP过程。为了确保PQMF发现和评估的成功，PQMF服务器可以位于PDG/PDIF处。为此，VoIP服务提供商可以在PDG/PDIF处支持ICMP过程。终端然后可以通过IPsec隧道与PDG/PDIF执行ICMP过程。因为中间路由器类似于处理媒体业务(例如，VoIP业务)一样处理ICMP分组是有益的，所以终端402可以用与媒体业务相同的服务类型(TOS)字段(区分服务标记)来标记携带ICMP回响请求的IP数据报。PQMF还可以恰当地标记ICMP回响响应。
通常，仅标记ICMP分组的TOS字段是不够的，因为中间路由器可能查看额外的字段，例如协议类型，以调度分组处理。然而，由于使用IPsec隧道来路由ICMP分组，所以中间路由器不能检查内部分组。外部分组上所作的标记确保在终端和PQMF之间的网络路径上对ICMP分组和VoIP分组进行相同的处理，以确保对所关注媒体业务的准确的路径质量测量。
第二个可选项是使用IKE(例如，IKEv2)协议，其提供挂钩来辅助路径质量监视功能(PQMF)的实现。具体地，IKEv2支持信息交换，其中IKEv2信息交换中的请求消息可以不包含有效载荷。根据该协议，IKEv2对等端必须用响应消息来响应该请求。这种保持活跃(keep-alive)特征可以用于估计路径特性。设想终端402和PQMF服务器404可以将这些IKEv2消息用于路径质量测量请求和路径质量测量响应消息。并且，终端402用与VoIP业务相同的区分业务标记来标记IKEv2信息请求，以确保该请求的传输与网络对VoIP业务的传输相匹配，并且因此确保准确的测量。同样，PQMF服务器404还将恰当地标记IKEv2信息响应。
如前所述，还可以设想用于在通信系统中实现PQMF的由网络控制的方法。图5示出了在通信系统500中，网络控制方式的PQMF的示例性实现。具体地，这种方法将PQMF功能置于PDG/PDIF 502处，PDG/PDIF 502观察VoIP业务流。通过监视来自每个端点的流，PDG/PDIF 502处的PQMF可以辨别发生了质量降级的地方。当PQMF确定在终端504和PQMF之间的路径上(例如，AP 506和回程508)发生降级时，则PQMF可以与PCRF510和P-CSCF 512协调，以向终端502通知有关的质量降级和切换需要。位于PDG 502处的PQMF使用Diameter协议(Gx直径)来向PCRF 510报告任何质量降级。PCRF 510使用Diameter协议(Gx直径)，将该信息中继到P-CSCF 512。P-CSCF 512然后使用例如会话初始协议(SIP)信号514向终端502通知QoS不足。可替换地，PDG 502处的PQMF和终端504可以使用定制协议彼此直接通信，以向终端502通知需要执行切换。
由网络控制的PQMF实现的另一个实例可以包括使用毫微微蜂窝基站(femtocell)代替WLAN AP。毫微微蜂窝基站可以配置为执行PQMF过程、与PQMF服务器交换PQMF分组。毫微微蜂窝基站服务器然后将发起终端的切换。
图6示出了用于确定通信链路路径质量的示例性装置。要注意，装置600可被配置为通信终端或设备、或者在通信终端、设备或AP中使用的处理器或类似设备。如图所示，该装置包括模块602，用于配置一个或多个第一分组以使其与需要进行质量确定的分组类型具有共有的特性。
经由总线604或类似的通信耦合，将第一分组传递到模块606，模块606用于在到服务器(即图6中所示的PQMF服务器)的通信链路上传输一个或多个第一分组。如前所述，PQMF服务器返回一个或多个第二分组，模块608接收该第二分组。然后模块610评估所接收的第二分组的特性，以便基于所接收的第二分组的特性确定通信链路的质量。装置600还可以包括模块612，用于发起或触发该装置从与诸如WLAN的当前网络的连接切换到诸如WAN的另一个网络。此外，在装置600被配置为通信终端而非处理器的情况下，装置600可选地可以包括处理器614。在这种情况下，处理器614可以实现由这些模块所执行的过程的发起或调度。并且装置600还可以包括可选的计算机可读介质或存储器616，用于存储计算机可读指令和数据，该指令和数据用于实现本文所公开的模块或处理器(在装置600被配置为终端的情况下)或方法的过程和行为。
应该理解，上述过程中任意步骤的特定次序或层次只是示例性方法的一个例子。应该理解，根据设计要求，在不超出本发明的范围的情况下，可重新安排过程中步骤的特定次序或层次。方法权利要求以示例性的次序表述了各个步骤的要素，但并不是要限制于所表述的特定次序或层次。
本领域技术人员应当理解，信息和信号可以使用多种不同的技术和方法来表示。例如，在整个说明书中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者其任意组合来表示。
本领域技术人员还应当明白，结合本申请的实施例描述的各种示例性的逻辑框、模块、电路和算法步骤中的任意一个可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的可交换性，上文对各种示例性的部件、方框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了总体描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。本领域普通技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。
可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑设备、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或设计用于执行本文所述的功能的上述任意组合来实现或执行结合本申请的实施例所描述的各种示例性的逻辑框、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，可替换地，通用处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。
结合本申请的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质(未示出)耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。可替换地，存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
以上所述的实例仅仅是示例性的，并且本领域的熟练技术人员可以从上述的实例出发，在不脱离本发明所公开的发明性概念的前提下，做出各种使用。本领域的熟练技术人员可以容易地想到对于这些实例的各种修改，并且在不脱离本发明所公开的发明性概念的精神和范围的前提下，本文所定义的通用原理可以适用于其它实例，例如，在即时消息服务或任意通用无线数据通信应用的实例中。因此，本公开的范围并非意图限于本文所示的实例，而是要符合与此处公开的原理和新颖性特征相一致的最宽范围。要注意，本文所专门使用的词语“示例性的”意味着“作为实例、例子、例证”。本文所述的任意“示例性的”实例不一定解释为优选于或优于其它实例。因此，本文所述的新颖方面的范围仅是由附属的权利要求所定义的。

Claims (59)

1、一种用于确定对指定类型分组进行传输的通信链路的质量的方法，所述方法包括：
配置至少一个第一分组，所述至少一个第一分组与所述指定类型分组共有至少一个分组特性，使得所述至少一个第一分组与所述指定类型分组经历相似的通信链路情况；
在所述通信链路上向位于终止单元附近的质量监视服务器传输所述至少一个第一分组；
接收由所述服务器响应于对应的第一分组而传输的至少一个第二分组；以及
基于所接收的至少一个第二分组的特性，确定所述通信链路的质量。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述通信链路包括无线网络和有线网络中的至少一个。
3、如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二分组是相同类型的分组。
4、如权利要求1所述的方法，其中，将所述至少一个第二分组进一步配置为向所述终端携带在所述服务器处计算的统计值。
5、如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二分组的大小与所述指定类型分组的多个可能大小中的至少一个大小匹配。
6、如权利要求1所述的方法，其中，将所述第一和第二分组配置为标准化的分组类型或私有的分组类型。
7、如权利要求1所述的方法，其中，所述传输特性包括以下至少一个：
从传输所述第一分组到接收所述第二分组之间的时间；
根据一组经过所述通信链路的第一和第二分组计算的链路丢失率；以及
根据一组经过所述通信链路的第一和第二分组计算的分组抖动。
8、如权利要求1所述的方法，还包括以下其中之一：
基于所述质量的确定，发起通信终端到另一个通信链路的切换；
基于所述质量的确定，发起对所述通信终端的数据速率和编码速率中的至少一个的改变；以及
终止呼叫。
9、如权利要求8所述的方法，其中，到另一个通信链路的切换包括以下至少一个：
到另一个网络的切换、到相同网络中的另一个服务小区的切换和到相同网络中的另一个频率的切换。
10、如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一分组从通信终端和接入终端中的一个传输到所述服务器。
11、如权利要求1所述的方法，其中，用于传输多个第一分组的频率是可变的。
12、如权利要求1所述的方法，其中，用于传输多个第一分组的频率取决于以下至少一个：
通信终端活动、过去的测量结果和漫游位置。
13、如权利要求1所述的方法，其中，响应于从对等通信终端接收到指示差链路质量的报告，来传输所述至少一个第一分组。
14、如权利要求13所述的方法，还包括：
当所确定的所述通信链路的质量表明通信链路质量良好时，向所述对等通信终端发送指示通信链路质量良好的消息。
15、如权利要求1所述的方法，其中，所述指定类型分组是实时协议分组或非实时分组中的一个。
16、一种用于确定通信链路的质量的装置，所述装置包括：
配置模块，用于配置至少一个第一分组，所述至少一个第一分组与指定类型分组共有至少一个分组特性，使得所述至少一个第一分组与所述指定类型分组经历相似的通信链路情况；
传输模块，用于在所述通信链路上向位于终止单元附近的质量监视服务器传输所述至少一个第一分组；
接收模块，用于接收由所述服务器响应于对应的第一分组而传输的至少一个第二分组；以及
确定模块，用于基于所接收的至少一个第二分组的特性，确定所述通信链路的质量。
17、如权利要求16所述的装置，其中，所述通信链路包括无线网络和有线网络中的至少一个。
18、如权利要求16所述的装置，其中，所述第一和第二分组是相同类型的分组。
19、如权利要求16所述的装置，其中，将所述至少一个第二分组进一步配置为向所述终端携带在所述服务器处计算的统计值。
20、如权利要求16所述的装置，其中，所述第一和第二分组的大小与所述指定类型分组的多个可能大小中的至少一个大小匹配。
21、如权利要求16所述的装置，其中，将所述第一和第二分组配置为标准化类型的分组或私有类型的分组。
22、如权利要求16所述的装置，其中，所述传输特性包括以下至少一个：
从传输所述第一分组到接收所述至少一个第二分组之间的时间；
根据一组经过所述通信链路的第一和第二分组计算的链路丢失率；以及
根据一组经过所述通信链路的第一和第二分组计算的分组抖动。
23、如权利要求16所述的装置，还包括用于执行以下其中之一的模块：
基于所述质量的确定，发起通信终端到另一个通信链路的切换；
基于所述质量的确定，发起对所述通信终端的数据速率和编码速率中的至少一个的改变；以及
终止呼叫。
24、如权利要求23所述的装置，其中，到另一个通信链路的切换包括以下至少一个：
到另一个网络的切换、到相同网络中的另一个服务小区的切换和到相同网络中的另一个频率的切换。
25、如权利要求16所述的装置，其中，所述至少一个第一分组从通信终端或接入终端中的一个传输到所述服务器。
26、如权利要求16所述的装置，其中，用于传输多个第一分组的频率是可变的。
27、如权利要求16所述的装置，其中，用于传输多个第一分组的频率取决于以下至少一个：
通信终端活动、过去的测量结果和漫游位置。
28、如权利要求16所述的装置，还包括：
用于响应于从对等通信终端接收到指示差链路质量的报告来传输所述至少一个第一分组的模块。
29、如权利要求28所述的装置，所述处理器还用于：
当所确定的所述通信链路的质量表明通信链路质量良好时，向所述对等通信终端发送指示通信链路质量良好的消息。
30、如权利要求16所述的装置，其中，所述指定类型分组是实时协议分组或非实时分组中的一个。
31、一种在通信系统中操作的通信设备，所述通信设备包括：
处理器，其包括：
第一模块，用于配置至少一个第一分组，所述至少一个第一分组与指定类型分组共有至少一个分组特性，使得所述至少一个第一分组与所述指定类型分组经历相似的通信链路情况；
第二模块，用于在所述通信链路上向位于终止单元附近的质量监视服务器传输所述至少一个第一分组；
第三模块，用于接收由所述服务器响应于对应的第一分组而传输的至少一个第二分组；以及
第四模块，用于基于所接收的至少一个第二分组的特性，确定所述通信链路的质量。
32、如权利要求32所述的通信设备，其中，所述通信链路包括无线网络和有线网络中的至少一个。
33、如权利要求32所述的通信设备，其中，所述第一和第二分组是相同类型的分组。
34、如权利要求32所述的通信设备，其中，将所述至少一个第二分组进一步配置为向所述终端携带在所述服务器处计算的统计值。
35、如权利要求32所述的通信设备，其中，所述第一和第二分组的大小与所述指定类型分组的多个可能大小中的至少一个大小匹配。
36、如权利要求32所述的通信设备，其中，将所述第一和第二分组配置为标准化类型的分组或私有类型的分组。
37、如权利要求32所述的通信设备，其中，所述传输特性包括以下至少一个：
从传输所述第一分组到接收所述至少一个第二分组之间的时间；
根据一组经过所述通信链路的第一和第二分组计算的链路丢失率；以及
根据一组经过所述通信链路的第一和第二分组计算的分组抖动。
38、如权利要求32所述的通信设备，其中，所述处理器还包括第五模块，用于执行以下其中之一：
基于所述质量的确定，发起通信终端到另一个通信链路的切换；
基于所述质量的确定，发起对所述通信终端的数据速率和编码速率中的至少一个的改变；
终止呼叫。
39、如权利要求38所述的通信设备，其中，到另一个通信链路的切换包括以下至少一个：
到另一个网络的切换、到相同网络中的另一个服务小区的切换和到相同网络中的另一个频率的切换。
40、如权利要求32所述的通信设备，其中，用于传输所述一个或多个第一分组的频率是可变的。
41、如权利要求32所述的通信设备，其中，用于传输多个第一分组的频率取决于以下至少一个：
通信终端活动、过去的测量结果和漫游位置。
42、如权利要求32所述的通信设备，其中，所述第一模块还用于：响应于从对等通信终端接收到指示差链路质量的报告，来传输多个第一分组。
43、如权利要求42所述的通信设备，其中，所述第一模块还用于：
当所确定的所述通信链路的质量表明通信链路质量良好时，向所述对等通信终端发送指示通信链路质量良好的消息。
44、如权利要求32所述的通信设备，其中，所述指定类型分组是实时协议分组或非实时分组中的一个。
45、一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质包括：
配置代码，用于使计算机配置至少一个第一分组，所述至少一个第一分组与指定类型分组共有至少一个分组特性，使得所述至少一个第一分组与所述指定类型分组经历相似的通信链路情况；
传输代码，用于使计算机在所述通信链路上向位于终止单元附近的质量监视服务器传输所述至少一个第一分组；
接收代码，用于使计算机接收由所述服务器响应于对应的第一分组而传输的至少一个第二分组；以及
确定代码，用于使计算机基于所接收的至少一个第二分组的特性，确定所述通信链路的质量。
46、如权利要求45所述的计算机程序产品，其中，所述通信链路包括无线网络和有线网络中的至少一个。
47、如权利要求45所述的计算机程序产品，其中，所述第一和第二分组是相同类型的分组。
48、如权利要求45所述的计算机程序产品，其中，将所述至少一个第二分组进一步配置为向所述终端携带在所述服务器处计算的统计值。
49、如权利要求45所述的计算机程序产品，其中，所述第一和第二分组的大小与所述指定类型分组的多个可能大小中的至少一个大小匹配。
50、如权利要求45所述的计算机程序产品，其中，将所述第一和第二分组配置为标准化类型的分组或私有类型的分组。
51、如权利要求45所述的计算机程序产品，其中，所述传输特性包括以下至少一个：
从传输所述第一分组到接收所述第二分组之间的时间；
根据一组经过所述通信链路的第一和第二分组计算的链路丢失率；以及
根据一组经过所述通信链路的第一和第二分组计算的分组抖动。
52、如权利要求45所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读介质还包括用于使计算机执行以下其中之一的代码：
基于所述质量的确定，发起通信终端到另一个通信链路的切换；
基于所述质量的确定，发起对所述通信终端的数据速率和编码速率中的至少一个的改变；以及
终止呼叫。
53、如权利要求52所述的计算机程序产品，其中，到另一个通信链路的切换包括以下至少一个：
到另一个网络的切换、到相同网络中的另一个服务小区的切换和到相同网络中的另一个频率的切换。
54、如权利要求46所述的计算机程序产品，其中，所述至少一个第一分组从通信终端或接入终端中的一个传输到所述服务器。
55、如权利要求46所述的计算机程序产品，其中，用于传输多个第一分组的频率是可变的。
56、如权利要求46所述的计算机程序产品，其中，用于传输多个第一分组的频率取决于以下至少一个：
通信终端活动、过去的测量结果和漫游位置。
57、如权利要求46所述的计算机程序产品，其中所述计算机可读介质还包括：
用于使计算机响应于从对等通信终端接收到指示差链路质量的报告来传输所述至少一个第一分组的代码。
58、如权利要求58所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读介质还包括：
用于使计算机当所确定的所述通信链路的质量表明通信链路质量良好时，向所述对等通信终端发送指示通信链路质量良好的消息的代码。
59、如权利要求46所述的计算机程序产品，其中，所述指定类型分组是实时协议分组或非实时分组中的一个。
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