CN103813339A - 频宽管理系统及管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种频宽管理系统及管理方法，该系统在客户端设备有新网络电话的通话请求时，通过计算新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽，在所加频宽大于最大支持频宽的情况下控制直接经由基站进行该新网络电话的SIP negotiation及实时监控所有还未成功SIP negotiation的网络电话，若监控的网络电话中有一网络电话的SIP negotiation成功，计算更新后的频宽实际使用量，只有该频宽实际使用量超过最大支持频宽，才终止所监控网络电话；否则，控制该SIP negotiation成功的网络电话通话及继续监控直至所有监控电话成功或被终止，从而实现客户端设备在新网络电话建立之前依据当前WiMAX网络的运行状况管理所有网络电话的频宽，使得充分利用网络资源建立多通网络电话。

Description

频宽管理系统及管理方法
技术领域
本发明涉及一种频宽管理系统，尤其涉及一种基于网络电话的频宽管理系统及频宽管理方法。
背景技术
网络电话（Voice over Internet Protocol，VoIP）作为全球微波互联接入（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX）系统重要的技术之一已经非常流行。如今，WiMAX系统的一客户端设备(Customer Premises Equipment，CPE)可同时支持多通网络电话的建立。在建立一新网络电话之前，客户端设备需跟WiMAX 基站取得较宽松频宽才能成功建立该新网络电话，一旦确定好通话成功所用的codec，才更新实际的频宽使用。
然而，当有多通网络电话同时建立或是某些网络电话尚来不及更新实际的频宽使用，会因为超过WiMAX 基站所允许的最大频宽限制而导致无法建立新的网络电话。因此，建立新网络电话欲占用较大频宽，占用较多网络资源，而实际使用的频宽较小，从而使得难以建立新的网络电话及网络资源得不到合理的利用。
发明内容
鉴于以上情况，有必要提供一种频宽管理系统，该频宽管理系统应用于WiMAX网络中的客户端设备，该WiMAX网络包括基站、客户端设备及网元管理系统，客户端设备与基站建立无线双向通信，基站及网元管理系统之间通过互联网实现彼此相互通信，客户端设备通过基站与网元管理系统建立通信，该频宽管理系统包括：自陷请求发送模块，用于通过客户端设备所连接基站向网元管理系统发送的一自陷消息请求网元管理系统查询客户端设备所连接基站的UGS/ertps服务流所设定的最大支持频宽；最大支持频宽接收模块，用于接收来自网元管理系统的该最大支持频宽及存储该最大支持频宽；通话请求发送模块，用于发送一新网络电话的通话请求到客户端设备所连接基站并确定新网络电话需要的频宽；频宽判断模块，用于判断新网络电话需要的频宽加上客户端设备原有网络电话需要的频宽是否大于最大支持频宽，其中，所述原有网络电话包括客户端设备已经成功通话的网络电话和还未成功SIP negotiation的网络电话需要的频宽；通话执行模块，用于当频宽判断模块判断新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽大于最大支持频宽时，控制直接经由基站传送SIP Invite至被呼叫端以进行该新网络电话的SIP negotiation及实时监控所有还未成功SIP negotiation的网络电话；及频宽计算模块，用于当频宽判断模块判断所有还未成功SIP negotiation的网络电话中有一网络电话的SIP negotiation成功时，计算更新后的频宽实际使用量；当频宽判断模块判断该频宽实际使用量不超过最大支持频宽时，所述通话执行模块还用于控制该SIP negotiation成功的网络电话进行通话及继续监控还在等待SIP negotiation成功的网络电话。
另，还有必要提供一种应用于WiMAX网络的频宽管理方法，该WiMAX网络包括基站、客户端设备及网元管理系统，客户端设备与基站建立无线双向通信，基站及网元管理系统之间通过互联网实现彼此相互通信，客户端设备通过基站与网元管理系统建立通信，该频宽管理方法包括步骤：通过客户端设备所连接基站向网元管理系统发送的一自陷消息请求网元管理系统查询客户端设备所连接基站的UGS/ertps服务流所设定的最大支持频宽；接收来自网元管理系统的该最大支持频宽及存储该最大支持频宽；发送一新网络电话的通话请求到客户端设备所连接基站并确定新网络电话需要的频宽；判断新网络电话需要的频宽加上客户端设备原有网络电话需要的频宽是否大于最大支持频宽，其中，所述原有网络电话包括客户端设备已经成功通话的网络电话和还未成功SIP negotiation的网络电话需要的频宽；如果新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽大于最大支持频宽，控制直接经由基站传送SIP Invite至被呼叫端以进行该新网络电话的SIP negotiation及实时监控所有还未成功SIP negotiation的网络电话；如果所有还未成功SIP negotiation的网络电话中有一网络电话的SIP negotiation成功，计算更新后的频宽实际使用量；及如果该频宽实际使用量不超过最大支持频宽，控制该SIP negotiation成功的网络电话进行通话及继续监控还在等待SIP negotiation成功的网络电话。
本发明的频宽管理系统在客户端设备有新网络电话的通话请求时，通过计算新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽来判断所加频宽是否大于最大支持频宽，在所加频宽大于最大支持频宽的情况下控制直接经由基站进行该新网络电话的SIP negotiation及实时监控所有还未成功SIP negotiation的网络电话，若监控的网络电话中有一网络电话的SIP negotiation成功，计算更新后的频宽实际使用量，只有该频宽实际使用量超过最大支持频宽，才终止该SIP negotiation成功的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话；否则，控制该SIP negotiation成功的网络电话进行通话及继续监控直至所有监控电话成功或被终止，从而实现客户端设备在新网络电话建立之前依据当前WiMAX网络的运行状况管理所有网络电话的频宽，使得充分利用网络资源建立多通网络电话。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的频宽管理系统的网络应用模块图。
图2为图1所示频宽管理系统的网络架构图。
图3为图1所示频宽管理系统的模块图。
图4及图5为图1所示频宽管理系统管理频宽的方法流程图。
主要元件符号说明
WiMAX网络 1
基站 10
动态主机设置协议服务器 20
客户端设备 30
频宽管理系统 31
存储器 32
处理器 33
通信单元 34
网元管理系统 40
话机 200
自陷请求发送模块 310
最大支持频宽接收模块 320
通话请求发送模块 330
频宽判断模块 340
通话执行模块 350
频宽计算模块 360
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1及图2，为本发明WiMAX网络1的架构图。该WiMAX网络1包括基站10、动态主机设置协议服务器(Dynamic Host Configuration Protocol server，DHCP)20、客户端设备30及网元管理系统(Element Management System，EMS)40。该客户端设备30包括频宽管理系统31、存储器32、处理器33及通信单元34。该频宽管理系统31用于实现客户端设备30在新网络电话建立之前依据当前WiMAX网络1的运行状况管理所有网络电话的频宽，使得充分利用网络资源建立多通网络电话。该存储器32存储有每个基站10的profile等数据。处理器33用于处理数据。通信单元34用于接收及发送无线信号。
客户端设备30通过通信单元34与基站10建立无线双向通信，基站10、动态主机设置协议服务器20及网元管理系统40之间通过互联网（Internet）实现彼此相互通信。客户端设备30通过基站10与动态主机设置协议服务器20和网元管理系统40建立通信。
该基站10用于与信号覆盖范围内的客户端设备30相互通信，同时该基站10用于处理网元管理系统40发送的信息，并将处理后的结果反馈回网元管理系统40。
该动态主机设置协议服务器20用于通过网络连接获取网元管理系统40的IP地址或全称域名(Fully Qualified Domain Name，FQDN)，并在客户端设备30的触发下向客户端设备30分配IP地址，同时一并向客户端设备30传送该网元管理系统40的IP地址或FQDN。
该客户端设备30通过扫描当前使用频段（如2.3GHz、2.5GHz等）获取基站10的WiMAX信道，并依据信道的载波干扰噪声比(Carrier to Interference plus Noise Ratio，CINR)对信道进行排序。该客户端设备30选择与CINR值最高的信道建立连接，以进入WiMAX网络。当该客户端设备30与基站10建立通信连接后，该客户端设备30通过基站10发送DHCP请求信息至动态主机设置协议服务器20，以请求动态主机设置协议服务器20为客户端设备30分配IP地址。
另一方面，动态主机设置协议服务器20在给客户端设备30分配IP地址的同时也会把网元管理系统40的IP地址通知给客户端设备30，当该客户端设备30分配到IP地址且获得网元管理系统40的IP地址或FQDN后，与网元管理系统40相互交换相关的认证信息并从网元管理系统40下载并处理初始引导程序（bootstrap基站），并经解析、更新后上传至网元管理系统40，进而与网元管理系统40建立通信。
如图3所示，该频宽管理系统31包括自陷请求发送模块310、最大支持频宽接收模块320、通话请求发送模块330、频宽判断模块340、通话执行模块350及频宽计算模块360。
在客户端设备30与网元管理系统40建立通信的情况下，自陷请求发送模块310控制通信单元34通过客户端设备30所连接基站10向网元管理系统40发送一个预先定义的自陷消息请求网元管理系统40查询客户端设备30所连接基站10 sector中的UGS（主动授予服务）/ertps（实时轮询服务）服务流所设定的最大支持频宽(maximum sustained rate，亦称为最大维持速率)，同时，网元管理系统40响应该自陷消息获取客户端设备30所连接之基站10 sector中UGS/ertps服务流所设定之最大支持频宽(以下简称为最大支持频宽)回复给客户端设备30。最大支持频宽接收模块320从通信单元34接收来自网元管理系统40的该最大支持频宽并存储该最大支持频宽于存储器32。
当客户端设备30欲建立一新网络电话连接时，客户端设备30的通话请求发送模块330控制通信单元34发送一新网络电话的通话请求到其所连接基站10并确定新网络电话需要的频宽。频宽判断模块340判断新网络电话需要的频宽加上客户端设备30原有网络电话需要的频宽是否大于最大支持频宽，所述原有网络电话包括客户端设备30已经成功通话的网络电话和还未成功SIP（Session Initiation Protocol，会话发起协议）negotiation的网络电话需要的频宽。
若频宽判断模块340判断新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽不大于最大支持频宽，说明客户端设备30所连接之基站10目前的频宽很宽裕，通话执行模块350按照现有正常流程建立该新网络电话，正常流程的具体过程为：客户端设备30传送上行DSA-REQ(request)至基站10，并从基站10接收上行DSA-RSP(response)，以建立上行服务流；客户端设备30还传送下行DSA-REQ至基站10，并从基站10接收下行DSA-RSP，以建立下行服务流；客户端设备30再经由基站10传送SIP Invite至被呼叫端以进行SIP negotiation；及当客户端设备30从经由基站10从被呼叫端接收到200 OK时，则SIP negotiation成功，即成功建立该新网络电话。
若频宽判断模块340判断新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽大于最大支持频宽，说明客户端设备30所连接之基站10目前的频宽比较紧张，通话执行模块350控制直接经由基站10传送SIP Invite至被呼叫端以进行该新网络电话的SIP negotiation，并启动频宽管理方法以监控进行SIP negotiation的新网络电话与原有的还未成功SIP negotiation的网络电话，为了方便描述，所述进行SIP negotiation的新网络电话与原有的还未成功SIP negotiation的网络电话统称为awaiting网络电话，即为所有还未成功SIP negotiation的网络电话。
该频宽管理方法具体过程为：若频宽判断模块340判断awaiting网络电话中一网络电话的SIP negotiation成功，频宽计算模块360计算更新后的频宽实际使用量，若该频宽实际使用量超过最大支持频宽，通话执行模块350终止该SIP negotiation成功的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话；若该频宽实际使用量不超过最大支持频宽，通话执行模块350控制该SIP negotiation成功的网络电话进行通话及频宽管理系统31继续监控还在等待SIP negotiation成功的网络电话；若awaiting网络电话中一网络电话因超时而SIP negotiation失败，通话执行模块350终止该SIP negotiation失败的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话；当所有awaiting 网络电话不存在时，即所有awaiting 网络电话已SIP negotiation成功或被终止，频宽计算模块360通过DSC（Dynamic Service change，动态服务改变）一次更新频宽实际使用量。
因此，本发明的频宽管理系统31在客户端设备30有新网络电话通话请求时，通过计算新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽来判断所加频宽是否大于最大支持频宽，在所加频宽大于最大支持频宽的情况下控制直接经由基站10传送SIP Invite至被呼叫端以进行该新网络电话的SIP negotiation及实时监控所有还未成功SIP negotiation的网络电话，若监控的网络电话中有一网络电话的SIP negotiation成功，计算更新后的频宽实际使用量，只有该频宽实际使用量超过最大支持频宽，通话执行模块350才终止该SIP negotiation成功的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话；否则，控制该SIP negotiation成功的网络电话进行通话及继续监控直至所有监控电话成功或被终止，从而实现客户端设备30在新网络电话建立之前依据当前WiMAX网络1的运行状况管理所有网络电话的频宽，使得充分利用网络资源建立多通网络电话。
图4及图5为图1所示频宽管理系统管理频宽的方法流程图，即频宽管理系统41管理频宽的方法包括如下步骤：
S1：客户端设备30开机后扫描工作频段内的WiMAX信道，并与CINR值最高的WiMAX信道建立通信。
S2：客户端设备30通过基站10向动态主机设置协议服务器20发送DHCP请求信息，动态主机设置协议服务器20为客户端设备30分配IP地址，同时一并向客户端设备30传送网元管理系统40的IP地址或FQDN。
S3：客户端设备30初始化，首先通过基站10与网元管理系统40交换认证信息，并从网元管理系统40下载bootstrap基站.xml文件，并经解析、更新后上传至网元管理系统40。网元管理系统40接收更新后的bootstrap基站.xml文件并与客户端设备30建立正常通信。
S4：自陷请求发送模块310控制通信单元34向网元管理系统40发送预先定义的自陷消息请求网元管理系统40查询客户端设备30所连接基站10 sector中的UGS/ertps服务流所设定的最大支持频宽。
S5：最大支持频宽接收模块320从通信单元34接收来自网元管理系统40的该最大支持频宽并保存该最大支持频宽。
S6：当客户端设备30欲建立一新网络电话连接时，通话请求发送模块330控制通信单元34发送一新网络电话的通话请求到其所连接基站10并确定新网络电话需要的频宽。
S7：频宽判断模块340判断新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽是否大于最大支持频宽，所述原有网络电话包括客户端设备30已经成功通话的网络电话和还未成功SIP negotiation的网络电话需要的频宽。
S8：若频宽判断模块340判断新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽不大于最大支持频宽，通话执行模块350建立新网络电话连接，新网络电话通话成功。
S9：若频宽判断模块340判断新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽大于最大支持频宽，通话执行模块350控制直接经由基站10传送SIP Invite至被呼叫端以进行新网络电话的SIP negotiation及监控所有awaiting网络电话。
S10：若频宽判断模块340判断awaiting 网络电话中一网络电话的SIP negotiation成功，频宽计算模块360计算更新后的频宽实际使用量。
S11：频宽判断模块340判断该频宽实际使用量是否超过最大支持频宽。
S12：若该频宽实际使用量不超过最大支持频宽，通话执行模块350控制该SIP negotiation成功的网络电话通话进行及继续监控还在等待SIP negotiation成功的网络电话，则步骤回到S9。
S13：若该频宽实际使用量超过最大支持频宽，通话执行模块350终止该SIP negotiation成功的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话。
S14：若awaiting 网络电话中一网络电话因超时而SIP negotiation失败，通话执行模块350终止该SIP negotiation失败的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话。
S15：当所有awaiting 网络电话不存在(即所有awaiting 网络电话已SIP negotiation成功或被终止)时，频宽计算模块360通过DSC一次更新频宽实际使用量。
尽管对本发明的优选实施方式进行了说明和描述，但是本领域的技术人员将领悟到，可以作出各种不同的变化和改进，这些都不超出本发明的真正范围。因此期望，本发明并不局限于所公开的作为实现本发明所设想的最佳模式的具体实施方式，本发明包括的所有实施方式都有所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种频宽管理系统，该频宽管理系统应用于WiMAX网络中的客户端设备，该WiMAX网络包括基站、客户端设备及网元管理系统，客户端设备与基站建立无线双向通信，基站及网元管理系统之间通过互联网实现彼此相互通信，客户端设备通过基站与网元管理系统建立通信，其特征在于，该频宽管理系统包括：
自陷请求发送模块，用于通过客户端设备所连接基站向网元管理系统发送的一自陷消息请求网元管理系统查询客户端设备所连接基站的UGS/ertps服务流所设定的最大支持频宽；
最大支持频宽接收模块，用于接收来自网元管理系统的该最大支持频宽及存储该最大支持频宽；
通话请求发送模块，用于发送一新网络电话的通话请求到客户端设备所连接基站并确定新网络电话需要的频宽；
频宽判断模块，用于判断新网络电话需要的频宽加上客户端设备原有网络电话需要的频宽是否大于最大支持频宽，其中，所述原有网络电话包括客户端设备已经成功通话的网络电话和还未成功SIP negotiation的网络电话需要的频宽；
通话执行模块，用于当频宽判断模块判断新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽大于最大支持频宽时，控制直接经由基站传送SIP Invite至被呼叫端以进行该新网络电话的SIP negotiation及实时监控所有还未成功SIP negotiation的网络电话；及
频宽计算模块，用于当频宽判断模块判断所有还未成功SIP negotiation的网络电话中有一网络电话的SIP negotiation成功时，计算更新后的频宽实际使用量；
当频宽判断模块判断该频宽实际使用量不超过最大支持频宽时，所述通话执行模块还用于控制该SIP negotiation成功的网络电话进行通话及继续监控还在等待SIP negotiation成功的网络电话。
2.如权利要求1所述的频宽管理系统，其特征在于：当频宽判断模块判断该频宽实际使用量超过最大支持频宽时，所述通话执行模块还用于终止该SIP negotiation成功的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话。
3.如权利要求1所述的频宽管理系统，其特征在于：当所有还未成功SIP negotiation的网络电话中有一网络电话因超时而SIP negotiation失败时，所述通话执行模块还用于终止该SIP negotiation失败的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话；及当所有还未成功SIP negotiation的 网络电话已SIP negotiation成功或被终止时，所述频宽计算模块还用于通过DSC一次更新频宽实际使用量。
4.如权利要求1所述的频宽管理系统，其特征在于：所述WiMAX网络还包括动态主机设置协议服务器，其用于为客户端设备分配IP地址，同时用以获取网元管理系统的IP地址或全称域名，并将其一并传送至客户端设备。
5.如权利要求1所述的频宽管理系统，其特征在于：该客户端设备通过扫描当前使用频段获取基站的WiMAX信道，并依据信道的载波干扰噪声比对信道进行排序，该客户端设备选择与载波干扰噪声比值最高的信道建立连接，以进入WiMAX网络。
6.一种应用于WiMAX网络的频宽管理方法，该WiMAX网络包括基站、客户端设备及网元管理系统，客户端设备与基站建立无线双向通信，基站及网元管理系统之间通过互联网实现彼此相互通信，客户端设备通过基站与网元管理系统建立通信，其特征在于，该频宽管理方法包括步骤：
通过客户端设备所连接基站向网元管理系统发送的一自陷消息请求网元管理系统查询客户端设备所连接基站的UGS/ertps服务流所设定的最大支持频宽；
接收来自网元管理系统的该最大支持频宽及存储该最大支持频宽；
发送一新网络电话的通话请求到客户端设备所连接基站并确定新网络电话需要的频宽；
判断新网络电话需要的频宽加上客户端设备原有网络电话需要的频宽是否大于最大支持频宽，其中，所述原有网络电话包括客户端设备已经成功通话的网络电话和还未成功SIP negotiation的网络电话需要的频宽；
如果新网络电话需要的频宽加上原有网络电话需要的频宽大于最大支持频宽，控制直接经由基站传送SIP Invite至被呼叫端以进行该新网络电话的SIP negotiation及实时监控所有还未成功SIP negotiation的网络电话；
如果所有还未成功SIP negotiation的网络电话中有一网络电话的SIP negotiation成功，计算更新后的频宽实际使用量；及
如果该频宽实际使用量不超过最大支持频宽，控制该SIP negotiation成功的网络电话进行通话及继续监控还在等待SIP negotiation成功的网络电话。
7.如权利要求6所述的频宽管理方法，其特征在于：还包括步骤：
如果所有还未成功SIP negotiation的网络电话中一网络电话因超时而SIP negotiation失败，终止该SIP negotiation失败的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话；及
当所有还未成功SIP negotiation的 网络电话已SIP negotiation成功或被终止，通过DSC一次更新频宽实际使用量。
8.如权利要求6所述的频宽管理方法，其特征在于：还包括步骤：
如果该频宽实际使用量超过最大支持频宽，终止该SIP negotiation成功的网络电话及所有还在等待SIP negotiation成功的网络电话。
9.如权利要求6所述的频宽管理方法，其特征在于：所述WiMAX网络还包括动态主机设置协议服务器，其用于为客户端设备分配IP地址，同时用以获取网元管理系统的IP地址或全称域名，并将其一并传送至客户端设备。
10.如权利要求6所述的频宽管理方法，其特征在于：该客户端设备通过扫描当前使用频段获取基站的WiMAX信道，并依据信道的载波干扰噪声比对信道进行排序，该客户端设备选择与载波干扰噪声比值最高的信道建立连接，以进入WiMAX网络。
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