CN101547144A - 一种提高数据传输质量的方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高数据传输质量的方法，装置和系统，本发明的方法包括：根据传输数据的分类，对传输报文进行冗余处理；对传输报文进行冗余处理具体为：所述传输报文携带该传输报文之前的传输报文的内容。本发明通过对传输数据进行分类，并根据传输数据的分类情况，对传输报文进行冗余处理，不但可以在出现丢包的情况下，实现对已丢失数据包的重组和恢复，并且可以在丢包率一定的情况下，进一步的保证数据传输的质量和传输效率。

Description

一种提高数据传输质量的方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其是一种提高数据传输质量的方法、装置和系统。
背景技术
基于网际互联协议(IP，Internet Protocol)的分组交换网络在近几十年来得到了蓬勃的发展，成为覆盖全球的通信网络。IP网络具有低成本等优势。随着通信的发展，包括语音业务在内的传统的电信业务也越来越多的使用IP网络承载。
基于IP的语音(VoIP，Voice over IP)是实时性要求较高的业务，一般使用实时传输协议(RTP，real time protocol)作为承载协议。RTP是针对IP网络上多媒体数据流的一个传输协议。RTP被定义为一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和媒体流同步。RTP的典型应用是建立在用户数据报协议(UDP，User Datagram Protocol)之上，典型的VoIP语音报文协议栈如图1所示，为VoIP协议栈示意图。
但是由于IP网络最初是为传输异步且非实时的数据业务以及它自身具有不稳定性，所以用来承载实时的语音业务会带来不可避免的传输错误(包括时延、抖动、丢包以及乱序)，从而造成语音质量的下降。
一般的传输协议，如RTP本身只保证实时数据的传输，不能为按顺序传送数据包提供可靠的传输机制，同时IP网络是面向无线接的不可靠网络，但实时业务又要求网络服务质量QoS达到一定的要求。例如：典型要求为丢包率小于1％、延时小于100ms、网络抖动小于20ms。因此，在IP网络上承载语音等实时业务时，为减少IP网络中实时业务的报文丢包率，除了优化IP承载网络外，还可以通过冗余机制抵抗网络丢包。冗余即为额外传输的除业务信息以外的信息，可以用来抵抗传输中出现的错误，冗余信息在总的传输信息中的比例称为冗余度。
发明人在实现本发明的过程中发现，冗余机制虽然可以用来抵抗传输中出现的错误，但是由于冗余机制携带了多余的信息，会造成网络带宽的浪费；并且增加的带宽和冗余的数据报文长度和个数有关，由此带来较低的传输效率，增加了运营商的运营成本。
发明内容
本发明实施例解决了现有的冗余机制携带多余的信息，造成网络带宽的浪费，并由此带来较低的传输效率，增加了运营商的运营成本的问题，提供一种提高数据传输质量的方法，所述方法包括：根据传输数据的分类，对传输报文进行冗余处理；
所述对传输报文进行冗余处理具体为：所述传输报文携带该传输报文之前的传输报文的内容。
本发明还提供了一种数据接收方法，所述方法包括步骤：按数据帧的顺序接收数据；并且，所述数据接收方法在发生网络丢包时，使用前一帧或者几帧的相对重要比特和当前帧的非重要比特来恢复前一帧或者几帧的数据。
本发明还提供了一种提高数据传输质量的数据发送装置，所述装置包括数据分类模块和数据冗余模块；
所述数据分类模块用于确定传输数据的分类情况或者对传输数据进行分类；所述数据冗余模块用于根据所述数据分类模块确定的传输数据的分类，对传输报文进行冗余处理；
最后，本发明还提供了一种提高数据传输质量的数据传输系统，所述系统包含数据接收装置以及上述提到的数据发送装置；
本发明实施例通过对传输数据进行分类，并根据传输数据的分类情况，对传输报文进行冗余处理，不但可以在出现丢包的情况下，实现对已丢失数据包的重组和恢复，并且可以在丢包率一定的情况下，进一步的保证数据传输的质量和传输效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的方法流程示意图；
图2为现有技术中VoIP语音报文协议栈的示意图；
图3为现有技术中普通AMR语音帧格式定义的示意图；
图4为现有技术中RTP报文格式示意图；
图5为本发明实施例二中冗余前一个报文时报文发送流程示意图；
图6为本发明实施例二中冗余前多个报文时报文发送流程示意图；
图7为本发明实施例二方案仿真结果示意图；
图8为本发明实施例四系统示意图。
具体实施方式
如前所述，本发明实施例根据传输数据的分类，对传输报文进行冗余处理，不但可以在出现丢包的情况下，实现对已丢失数据包的重组和恢复，并且可以在丢包率一定的情况下，进一步的保证数据传输质量和传输效率。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下以具体实施例的方式，结合附图，对本发明提供的技术方案进行详细描述。
实施例一
本发明实施例一提供了一种提高数据传输质量的方法，如图1所示，包括下面的步骤：
步骤101：对传输数据进行分类；
传输数据可能是语音数据，也可能是其他业务数据；而对传输数据进行的分类，也可能有许多方法，一般在数据传输领域，可以根据数据的优先级进行分类，也可以根据数据的重要程度进行分类，或者根据数据类型的不同等进行分类，上述分类方式一般都有一定的关联，例如重要性比较高的数据一般优先级就会比较高。
在某些传输编码格式中，已经对传输数据进行了分类，例如对于对某些特定的数据比特进行标识和分类等。
步骤102：根据传输数据的分类，对传输报文进行冗余处理；
所述对传输报文进行冗余处理，是指通过冗余机制抵抗传输过程中的丢包。冗余即为额外传输除业务信息以外的信息，可以用来抵抗传输中出现的错误，冗余信息在总的传输信息中的比例称为冗余度。在采用冗余机制的传输中，传输报文一般携带其前一个或几个报文的内容，以便在丢包的网络环境下，接收方可以从后续包中获取相关数据，实现对已丢失数据包的重组和恢复，解决由于网络丢包所导致的传输质量问题。
由于传输数据已经进行过分类，在对传输报文进行冗余处理的时候，可以根据传输数据的分类情况进行，具体的，可以根据网络传输情况，优先对那些数据分类中，对提高传输质量益处较大的数据分类进行冗余，对于其他分类可以视网络拥塞情况进行冗余或者不冗余，即在传输报文中，优先携带前一个或者多个报文中的对提高传输质量益处较大的数据分类；类似的，也可以只对数据分类中，对相对重要的数据分类，例如对提高传输质量益处最大的的数据分类进行冗余，即在传输报文中，只携带前一个或者多个报文中的对提高传输质量益处最大的数据分类。
上述提高数据传输质量的方法可以动态触发也可以静态配置。
如果是动态触发，则可以依据丢包率或拥塞指示来设置触发门限，当丢包率或者拥塞指示超出预定门限时，则启动本发明实施例提高数据传输质量的方法。
本发明实施例一通过对传输数据进行分类，并根据传输数据的分类情况，对传输报文进行冗余处理，不但可以在出现丢包的情况下，实现对已丢失数据包的重组和恢复，并且可以在丢包率一定的情况下，进一步的保证数据传输的质量和传输效率。
实施例二
下面以利用RTP的冗余机制传输自适应多速率(AMR，AdaptiveMulti-Rate)语音数据包为例，详细说明本发明实施例的技术方案。
VoIP是实时性要求较高的业务，一般使用RTP协议作为承载协议。RTP是针对IP网络上多媒体数据流的一个传输协议。RTP被定义为一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和媒体流同步。RTP的典型应用是建立在UDP之上，典型的VoIP语音报文协议栈如图2所示。
步骤201：对传输的语音数据进行分类；
在3GPP TS 26.101中，普通AMR语音帧格式定义如图3所示，包含AMR头(AMR Header)，AMR辅助信息(AMR Auxiliary Information)，AMR核心帧(AMR Core Frame)，从图3中可以看出，普通AMR语音帧中包含A、B、C三类比特。其中A类比特是最重要的比特，对错误最敏感，任何A类比特的错误都会导致语音质量严重失真。B类和C类比特的错误只是降低语音质量。
在8种AMR语音帧中，A、B和C类比特数如表1所示：
 
Frame Type AMRcodec mode Total numberof bits Class A Class B Class C
0 4.75 95 42 53 0
1 5.15 103 49 54 0
2 5.90 118 55 63 0
3 6.70 134 58 76 0
4 7.40 148 61 87 0
5 7.95 159 75 84 0
6 10.2 204 65 99 40
7 12.2 244 81 103 60
表1 各种AMR编码模式下A、B、C类比特数
步骤202：根据语音数据的分类情况，对传输报文进行冗余处理；
从上述表1中可以看出，A类比特在整个语音帧中所在比例小于50％，所以在本发明实施例的方案中，RTP报文中可以仅冗余对语音质量有重要影响的比特类型，比如普通AMR编码模式中的A类比特，这样，可以在保持语音质量的同时，节省传输开销，提高传输效率，节省运营商的OPEX；当然，也可以仅冗余B类比特，但是效果会比A类差。
RTP报文格式如图4所示。
在RTP报文中冗余前一或者前几帧的对语音质量有重要影响的比特，在发生网络丢包时候，使用前一帧或者几帧的重要比特和当前帧的非重要比特来恢复前一帧或者几帧的语音数据。
具体的，当前报文对前一个报文进行冗余时，报文发送流程如图5所示：(假设接收报文的时间间隔为T，报文处理时延为t)。
1.本实施例的冗余方案可以按事件触发，即有报文就冗余，没有报文不冗余。比如依次收到报文1、2，3、4，假设报文的处理时延为t。在T+t时刻发送报文1(没有冗余)，在2T+t时刻中发送RTP报文1/2，2是当前报文，1是冗余报文，其内容是报文1的对语音质量影响重要的比特，如A类比特，以此类推。
2.从每个报文接收时刻算起，往后一个T时间内没有收到新报文，那么当前的报文不冗余。(如图4中的报文4就没有进行冗余，只发当前报文)。
3.冗余报文里面的时间戳偏移是带符号数值，可正可负，根据接收到的报文实际情况计算，这样可以标示是否乱序。
该方案可以动态触发也可以静态配置。
该方案的动态触发可以依赖于丢包率，用户依据丢包率或拥塞指示来设置触发门限，当丢包率超出预定门限时，启动本发明实施例的RTP报文冗余方案。
触发门限也可以支持用户手工配置，在此不再赘述。
当前报文对之前多个报文进行冗余时，采用本发明实施例方法的具体流程如图6所示，与前述流程类似，在此不再赘述。
本发明实施例二的方案仅对语音质量有重要影响的A类比特进行RTP冗余，这样既能保证语音质量，又能节省带宽，从而节省运营商的OPEX。
发明人经过仿真，使用本发明实施例二的方法对普通AMR 12.2K的语音进行冗余，其IP层的效率为41/(41+11+12+8+20)＝51.25％。和现有的RTP冗余方案比效率提升了17.64％。大大降低了运营商的OPEX。
利用本发明实施例二的方法针对普通AMR 12.2K的语音，其仿真效果如图7所示，图7中，A为本发明实施例方案的主观平均得分值(MOS，MeanOpinion Score)，B为没有采用冗余方案的MOS值，C为采用现有的冗余方案的MOS值。
从图7可以看出，在丢包率达到10％的时候，本发明实施例方案的MOS值还能达到3.45972。根据通信行业标准YD/T 1071-2000《IP电话网关设备技术要求》得到的表2中的VoIP语音质量定义，仍能够达到中等偏上的级别。
 
级别 MOS值 用户满意度
优 4.0-5.0 很好，听得清楚，延迟很小，交流通畅
良 3.5-4.0 稍差，听得清楚，延迟小，交流欠缺顺畅，有点杂音
中 3.0-3.5 还可以，听不太清楚，有一定延迟，可以交流
差 1.5-3.0 勉强，听不太清，延迟较大，交流重复多次
劣 0-1.5 极差，听不懂，延迟大，交流不通畅
表2 VoIP语音质量定义
本领域技术人员可以理解，本发明实施例也可以根据网络拥塞情况，优先对A类比特进行冗余，例如，在网络较为拥塞时，优先冗余A类比特，在网络拥塞状况改善时，再视情况继续冗余优先级较低的的B类和/或C类比特，从而能根据网络拥塞状况，动态的进行冗余，最大限度的保证语音质量。
实施例三
本发明实施例三与实施例二的区别在于，本发明实施三可以根据数据的分类情况，同时对两类或者两类以上的分类数据进行冗余处理；例如，普通AMR语音帧中包含A、B、C三类比特，在AMR CODEC MODE为10.2或者12.2时，本实施例可以优先对A类和B类的比特进行冗余，即当前报文中优先包含前一个或者几个报文中的A类和B类的比特，或者只对A类和B类的比特进行冗余，对C类比特不进行冗余处理，即当前报文中只包含前一个或者几个报文中的A类和B类的比特；具体处理方式和流程和前述实施例类似，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：
根据传输数据的分类，对传输报文进行冗余处理；所述对传输报文进行冗余处理具体为：所述传输报文携带该传输报文之前的传输报文的内容。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
实施例四
如图8所示，本发明实施例四提供了一种提高传输质量的数据发送装置81，所述装置包含数据分类模块811和数据冗余模块812；
所述数据分类模块811用于确定传输数据的分类情况或者对传输数据进行分类；所述数据冗余模块812用于根据所述数据分类模块811确定的传输数据分类，对传输报文进行冗余处理；具体的，所述数据冗余模块812只对传输数据中相对重要分类的数据进行冗余处理；或者，所述数据冗余模块优先对传输数据中相对重要的分类的数据进行冗余处理。
本发明实施例四中的数据发送装置，通过对传输数据进行分类，并根据传输数据的分类情况，对传输报文进行冗余处理，不但可以在出现丢包的情况下，实现对已丢失数据包的重组和恢复，并且可以在丢包率一定的情况下，进一步的保证数据传输的质量和传输效率。
另外，本发明还提供了一种数据传输的系统，如图8所示，所述系统包括前述实施例四中的数据发送装置81，同时，本实施例中的数据传输系统还包括数据接收装置82，所述数据接收装置包含数据恢复模块821，所述数据恢复模块821在发生网络丢包时，使用前一帧或者几帧的相对重要比特和当前帧的非重要比特来恢复前一帧或者几帧的数据。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1、一种提高数据传输质量的方法，其特征在于，包括：
根据传输数据的分类，对传输报文进行冗余处理；
所述对传输报文进行冗余处理具体为：所述传输报文携带该传输报文之前的传输报文的内容。
2、如权利要求1中所述的提高数据传输质量的方法，其特征在于，所述传输报文携带的之前的传输报文的内容中，只包含传输数据中相对重要分类的数据。
3、如权利要求1中所述的提高数据传输质量的方法，其特征在于，所述传输报文携带的之前的传输报文的内容中，优先包含传输数据中相对重要分类的数据。
4、如权利要求1中所述的提高数据传输质量的方法，其特征在于，所述传输报文携带该传输报文之前的传输报文内容具体为，所述传输报文携带其相邻的前一个或多个传输报文的内容。
5、如权利要求1至4中所述的提高数据传输质量的方法，其特征在于，所述传输是使用RTP协议作为承载协议进行的数据传输；所述传输数据为AMR语音数据；所述冗余处理为利用RTP报文冗余机制进行的冗余处理。
6、一种数据接收方法，所述方法包括步骤：
按数据帧的顺序接收数据；
其特征在于，所述数据接收方法在发生网络丢包时，使用前一帧或者几帧的相对重要比特和当前帧的非重要比特来恢复前一帧或者几帧的数据。
7、一种数据发送装置，其特征在于，所述装置包括数据分类模块和数据冗余模块；
所述数据分类模块用于确定传输数据的分类情况或者对传输数据进行分类；
所述数据冗余模块用于根据所述数据分类模块确定的传输数据的分类，对传输报文进行冗余处理。
8、如权利要求7中所述的的数据发送装置，其特征在于，所述数据冗余模块对传输报文进行冗余处理，具体包括，所述数据冗余模块只对传输数据中相对重要分类的数据进行冗余处理；或者，所述数据冗余模块优先对传输数据中相对重要的分类的数据进行冗余处理。
9、一种数据传输的系统，其特征在于，所述系统包含数据接收装置如权利要求7或者8中所述的数据发送装置；所述数据接收装置用于接收所述数据发送装置发送的数据。
10、如权利要求9中所述的数据传输的系统，其特征在于，所述数据接收装置进一步包括数据恢复模块，所述数据恢复模块在发生网络丢包时，使用前一帧或者几帧的相对重要比特和当前帧的非重要比特来恢复前一帧或者几帧的数据。
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