CN1441571A - 在一个ip分组支持网络上为诸如语音等数据信号的传输而优化网络资源使用的方法 - Google Patents

Abstract

一种在因特网协议(IP)支持网络(1)的两个网络单元(3、4)之间为优化数据帧、特别是语音帧传输的网络资源应用的方法。所述数据帧借助于编解码器从数据取样、特别是语音取样中获得，该数据取样是数据化的、同时一个数据帧首部被加入，数据取样通过编解码器(5A、5B)产生，所述编解码器具有用于其产生的数据帧的不同的口－耳传输延迟估算，该方法包括步骤：－按照产生数据取样的编解码器为所述每一个数据帧划分编解码器类别，每一个编解码器类别对应于用于数据帧的口－耳传输延迟估算范围；－按照它们的编解码器类别中挑选出数据帧；－从具有一个相同的编解码器种类的数据帧中产生复用的信元，每一个复用的信元通过对一个预定量的数据取样进行复用集合获得；和－在因特网协议(IP)支持网络(1)中从入网路由器(3)传输所述复用的信元到出网路由器(4)。

Description

在一个IP分组支持网络上为诸如语音等 数据信号的传输而优化网络资源使用的方法

技术领域

本发明涉及一种在一个IP分组支持网络中的网络单元之间为诸如语音帧等数据帧传输的网络资源使用进行优化的方法。这些数据帧由格式化后的数据抽样添加一个数据帧首部得到。每个编码器有一个不同的口-耳传输延迟估算，以用于其产生的数据帧。

背景技术

在一个IP支持网络上分细数据信号的传输需要一个很大部分的网络资源。当数据信号是语音信号和当一起到达的大量用户流需要在网络路由器之间、例如在通用移动电信系统[MTS]的两个多媒体网关[MGW]之间传输时，这是尤其真实的。如已知所述，在入网路由器(ingress router)的等级上收集的所有用户语音流不需来自相同类型的编解码器，并且某些编解码器具有比其它编解码器更长的允许口-耳传输延迟，定义为“延迟估算”，以取得高质量的通信。特别地，对于语音编码的自适应多速率[AMR]和自适应多速率宽带[AMR-WB]的使用是通过UMTS标准化组织3GPP选择的，因此产生大量不同离散的编解码器速率的编解码器被认可。在考虑了空中链路上的语音传输质量的改变和用于带宽的优化参数后，可以预知在呼叫期间编解码器速率的动态改变。如已知所述，链路上可用带宽的充分共享是非常重要的。

一种已知的减少用于传输所需带宽的方法，其隐含了基于因特网协议IP的数据帧传输中，在一个相同分组或信元中复用(multiplexing)几个数据帧，这在由3GPP发起的UMTS陆地无线接入网UTRAN标准化过程中提倡。出于这个目的，在IP上例如复合因特网协议的复用协议被建议，它也可以应用到有效负荷的复用是可能的其它的电信网络。

假如在同一个IP信元中被复用的数据帧是包含不同延迟请求的语音帧，用于该IP信元的延迟请求是最低的延迟边界。更严格的延迟边界意味着在IP网络中更高的资源预留以及网络资源的低有效使用和对于终端用户来说较高成本。

该发明的一个目的是在一个互联网协议[IP]支持网络的网络单元之间对于诸如语音帧等数据帧的传输提供一个优化网络资源使用的方法。

发明内容

按照本发明，该目的通过该方法包括的下述步骤达到的：

-根据产生数据取样的编解码器，为所述每一个数据帧划分编解码器类别，每一个编解码器类别对应于用于所述帧的一个不同的口-耳延迟估算范围；

-按照它们的编解码器类别选出数据帧；

-从相同编解码器类别的数据帧中产生复用的信元，每一个复用的信元通过将一个预定数目的数据取样复用集合(multiplex aggregation)而获得；和

-在所述因特网协议[IP]支持网络中从入网路由器传输所述复用的信元到一个出网路由器。

在这种情况下，具有不同延迟请求、例如不同的编解码器种类的分组的不同处理允许一个更有效的带宽使用。现在如果没有作出这种分化，更严格的延迟估算边界意味着在IP网络中需要用于终端用户的更高的资源预留和网络资源的低有效使用和较高的成本。

本发明的上述和其它目的、优点和特点从结合附图的随后描述中变得非常明显。

附图说明

图1是按照本发明的方法实现的部分通信系统的功能图；

图2是在预定的条件下，被为所提供的一个恒定载荷预留的带宽的曲线图，它与传输延迟和在信元或合成分组中复用的分组数目有关；

图3是一个被保留的带宽的曲线图，该带宽是每个信元的语音帧的数目的函数，这里传输延迟是给定的，并且所有的语音抽样使用相同的编解码器速率产生。

具体实施方式

图1中描述了按照本发明的方法中用到的电信系统的一个实例。示出的电信系统包括一个网络1和多个语音发射终端或设备，这里上述终端或设备被认为是发射部分2的元件。网络1假定是一个一个因特网协议[IP]分组支持网络。它包括节点或单元以及作为进入、出去和/或核心路由器的特定单元，例如入网路由器3和出网或核心路由器4，这两个路由器3和4例如是UMTS网络部分的两个多媒体网关[MGW]。

编解码器，例如5A和5B是与用户终端或设备相关的以便在传输到入网路由器之前取样和数字化编码数据信号，这里最好是语音信号。语音取样按照预定的时间帧在编解码器的输出获得，这通常是标准化的。

在编解码器的输出产生的语音取样流不必具有相同的编解码器速率。如众所周知的，自适应多速率[AMR]编解码器和自适应多速率宽带[AMR WB]编解码器能够按照编解码器模式在不同的信源率下产生数据流，例如从4.75到12.2kb/s。

通过编解码器产生的语音取样流被发射到分组器(packetizer)，例如6C和6D，以使它们的格式化成为可能。

如从本领域普通技术人员所知的，编解码器和/或分组器既是独立地也是共用设备，同时它们也可以被集成在包括具有至少一个分组器的一个或多个编解码器的单元内。这将不再进一步披露，因为该设备不直接涉及到本发明的目的。

从分组器6C、6D获得的帧的集合(aggregation)在一个组合单元中实现，例如单元7，在进一步传输之前，单元7提供一个辅助分组化过程(supplementary packetization)以产生复合分组(composite packet)，复合分组进一步称作信元，并且单元7是被设置在入网路由器3中，其也可以设置在入网路由器外部。要解决的问题是如何借助于在两个网络路由器之间的复用的信元、特别是在一个确定的链路上和借助于一个确定的接口，处理并发送通过编解码器从数字语音信号中提供的话音有效负荷。

分组的复用将基于一个IP上的复用协议，诸如例如定义在UMTS陆地无线接入网[UTRAN]的框架内复合网际协议[CIP]。这种CIP协议具有集合功能，其允许把可变尺寸的不同CIP分组复用到一个容器(container)中以形成一个复合分组，这里称为信元。这种一个集合功能可以扩展到允许IP有效负荷复用的其它网络，特别是可以在UMTS网络的两个多媒体网关的接口层次上预知。

使用CIP作为一个非限定的实例，应该提醒：一个CIP容器或复合分组具有使用IP首部的通用格式，和一个用于该容器的用户数据报协议[UDP]首部。该容器包括一个CIP容器首部和一个CIP容器有效负荷。后者包括CIP分组负荷并伴有它们各自的CIP分组首部。CIP首部包括一个内容识别符CID、一个有效负荷长度部分和一个序列号部分。内容识别符包括校正码CRC和用于复用的标记。有效负荷长度部分定义了CIP分组有效负荷的长度，同时它被用于集合(aggregation)。序列号部分包括一个当大量帧协议分组数据单元[FP PDU]被分割时的一个结束标记和用于重新组合该分割分组的序列号。

一个IP上的简化CIP协议或功能等效的协议可以被用作话音帧的传输。

分组复用允许减少开销，但是它也可能导致延迟，例如假如复用的分组太长，这种长分组例如当太多数据流被复用时获得。

因为没有强迫不同的编解码器具有相同的特性，它们不必须具有相同的口-耳传输延迟估算。如已知的，例如T_M2E的总口-耳(M2E)延迟可以被看作由随后的不同部分组成：

T_M2E＝Twait+Tser+Tprop

具有Twait＝Tqueue+Tblock+Tpack

该排队延迟Tqueue是排定一个语音队列的时间，它依靠语音队列的语音分组尺寸、提供的负荷和服务时间。阻塞延迟Tblock是由对前述正在进行的分组服务引起的。分组化延迟Tpack是在IP/CIP数据包发出之前之前实时分组必须等待的时间，该时间被建议是可以忽略的。分组的顺序化延迟Tser相当于传输分组的第一比特和最后比特之间的时间，传播延迟Tprop是5μs/km，这两个延迟都被认为是可以忽略的。

一次传输的口-耳延迟估算，例如用于高质量通信的最大容许延迟是由失真决定的，从而是由编解码器类型和模式决定的[编解码器速率]。如上面已经指出的，使用高编解码器速率的编解码器模式比使用较低速率的编解码器模式具有更大的口-耳传输延迟估算。因此，在同一个分组中复用编解码器提供的具有不同的编解码器速率的有效负荷，从而产生不同延迟请求，这不能产生一个最佳的解决方案。

因此，按照本发明，语言帧按照它们的编解码器的类型和模式或编解码器(类型和)模式组被复用以在通过至少一部分支持IP复用的网络以及通过入网路由器到另一个路由器之前，形成复合语音分组，该复合语音分组包括具有相同延迟请求的语音帧。

当具有高编解码器速率的编解码器类型和模式比具有较低编解码器速率的编解码器类型和模式有更大的口-耳传输延迟估算时，具有相同延迟请求的语音帧的传输可以通过对每IP信元的分组数目的调节而最优化。具有大M2E延迟估算的编解码器类别的一个编解码器提供分组和具有较小M2E延迟估算的编解码器类别的一个编解码器提供分组比较，前者的每IP信元的分组数目可以增加。

如图2所举例的，所需用于传输的带宽以及将被保留的容量依赖于M2E延迟估算。这通过仿真图指出，其涉及的容量被保留在kb/s，相对的容许队列延迟保留在ms。按照不同的复用方案，对由某个特定的编码码器类型和模式所产生的相同的有效载荷的处理也是不同的，分别对应于该图中的各个曲线，其中提供的有效负荷被称为OP。

曲线A对应于异步传输模式/ATM适配层2/帧协议或ATM/AAL2/FP堆栈。B1和B2分别对应于复合因特网协议/帧协议(CIP/FP)堆栈，以分别用于复用50个和10个语音帧。曲线C对应于不使用复用的因特网协议/帧协议堆栈。

曲线A、B1和B2示出了使用ATM/AAL2/FP堆栈或IP/CIP/FP堆栈的被保留的带宽容量远不及对应于曲线C的使用IP/FP堆栈的被保留带宽容量重要。它们指出：带宽请求按照容许延迟的类似指数函数减少。当延迟是短的例如是小于30ms时，一个大容量被请求，对于更长的延迟请求则要小的多，而且趋近于常数。如通过箭头F1和F2指出在曲线B1和B2之间存在的差异，当口-耳传输延迟估算低于一个25ms的可选低容许延迟值时，这个差异是比较重要的，而当延达估算较长时变得不怎么重要。考虑曲线A时这也同样正确。

大的延迟估算比更小的延迟允许复用更多的分组，这里是更多语音帧，但可以在与图2相同的条件下作出的仿真中得出一个极限，对于最坏情况下的方案，依照在UMTS核心干线的两个多媒体网关之间考虑21ms这样一个非常小的延迟估算。如图3所示，依照图D在上述提及的情况下被保留的带宽随着每信元的有效负荷量显著地增加，当负荷量是在六到十个有效负载之间时，具有更好的值。当在路由器之间大于21ms的延迟估算被考虑时，这个数目会增加，同时相对不同的延迟估算可得到不同的最优复用数目。

因此，依照本发明，属于相同编解码器类别的所有属于相同口-耳延迟估算范围的语音帧被一起复用，以形成包含一个确定数目的复用的语音帧的信元，该数目是根据在该信元中包含的帧的口-耳延迟选出的。

在实现的优选形式中，通过编解码器提供的语音取样被格式化并被添加一个帧协议(FP)首部，并按照它们各自的类别进行标记，其中一个涉及相同的编解码器或是一个或多个确定类型和模式的编解码器的确定类别具有一个相同或几乎相同的延迟估算。某一确定类别的编解码器包括例如在确定的范围内具有连续比特率的编解码器。

每个从语音帧得到的信元都包含一个首部，该首部包含一个识别标记，该识别标记涉及该信元中的所有语音采样共有的编解码器类别。这种识别标记例如是从按照在语音帧中使用的帧协议定义的编解码器类型字段中获得。因此，当应用按照本发明的方法时所需带宽的减少对于网络运营商来说是成本的减少。

按照语音抽样各自的初始编解码器类型和模式来对语音取样进行辨别在分组化之前通过集合实现。例如，它是基于语音采样传输使用的帧协议所提供的标记，它们也可以从帧结构中得到。

例如，集合是在边缘路由器的层次上实现。

Claims (7)

1.一种在因特网协议(IP)支持网络(1)的两个网络单元(3、4)之间为数据帧传输优化网络资源使用的方法，所述数据帧从格式化后的数据取样中获得，同时一个数据帧首部被加入，所述数据取样通过编解码器(5A、5B)产生，所述编解码器具有不同的口-耳传输延迟估算以用于其产生的数据帧，特征在于所述方法包括：

-按照产生数据取样的编解码器为所述每一个数据帧划分编解码器类别，每一个编解码器类别与用于该数据帧的一个不同的口-耳传输延迟估算范围相对应；

-按照它们的编解码器类别挑选出数据帧；

-从具有一个相同的编解码器类别的数据帧中产生复用的信元，每一个复用的信元通过对一个预定数目的数据取样进行复用集合获得；和

-在因特网协议(IP)支持网络(1)中从入网路由器(3)传输所述复用的信元到出网路由器(4)。

2.按照权利要求1的方法，特征在于：所述数据取样的预定数目对应于用于所述复用信元传输的相对低的带宽预留请求，同时是诸如所述编解码器类别、可用资源、延迟估算、网络有效负荷和网络拓扑结构的函数。

3.按照权利要求1的方法，特征在于：所述编解码器类别是所述数据帧的内容的函数。

4.按照权利要求1的方法，特征在于所述编解码器类别是所述数据帧结构的函数。

5.按照权利要求1、2、3中任一权利要求，特征在于所述方法进一步包括一个根据其所属的编解码器类别来标记每个数据帧的步骤。

6.按照权利要求1的方法，特征在于每一个所述的复用的信元具有一个首部，按照属于所述复用信元的数据帧的编解码器类别来标记所述首部。

7.按照权利要求1的方法，特征在于数据帧是语音帧，同时所述数据取样是语音取样。