CN1885830A - 在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法及网关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,其核心思想是将语音帧网际传输协议层封装/解封装操作的全部或部分放到无线分组网络侧进行。本发明还提供适用于本发明方案的网关。采用本发明技术方案,有效减少了协议开销对空口的占用,使得有限的空中接口资源能够尽量被用于有效负荷的传输,同时,由于终端无需或仅需进行部分封装操作,降低了终端处理的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域,具体涉及在无线分组网中传输基于网络承载的语音流(VOIP:Voice Over Internet Protocol)的方法及相应的网关。
背景技术
VOIP是指将声音讯号经过一定格式的压缩与封装之后,以数据包的形式在IP网络环境中进行传输,也称网络电话。随着通信技术的发展,尤其是网际协议多媒体子系统(IMS:Internet Protocol Multimedia Subsystem)技术的引入,使得VOIP成为未来网络的发展方向。
在移动网络中VOIP的实现包括如下过程:终端(UE:User Equipment)通过IMS域完成呼叫建立请求,IMS域通知无线分组网络为呼叫建立相应承载连接,承载建立后,主、被叫UE间的语音即通过无线分组网络进行基于IP的传递。
通常在语音传送过程中,UE采集到语音后,需要将语音帧依次承载在实时传送协议(RTP:Real-time Transport Protocol)/用户数据报协议(UDP:User Datagram Protocol)/IP协议上,再将封装后的数据帧通过无线接入网(RAN:Radio Access Network)传送到无线分组网络中,再由无线分组网络连接IP网络的网关(GW:Gate Way)接入IP网络进行传输。承载协议结构如图1所表示。以ITU-T G.729定义的8kbps语音为例,语音帧的大小为20字节,而各协议封装所额外增加的开销字节长度依次为,RTP:12字节,UDP:8字节,IP(按IPV4):20字节。显然,按照这种VOIP承载方式,语音IP包的有效净荷比为:20/60=33%。在无线承载方式下,上述未进行任何优化的承载技术将导致空口资源的大量浪费,使本就稀缺的无线资源无法获得最有效的利用。
为了缓解语音封装带来的净荷比低下的状况,业界提出了头压缩技术来减少IP语音包中非有效净荷的占用。例如采用健壮报头压缩(ROHC:RobustHeader Compression)技术可以把RTP/UDP/IP头压缩到原来的1/4左右,即10字节,此时语音IP包的有效净荷比为:20/30=66%。这使得空口效率相比不作任何优化处理的情况有了一定的提高,但依然有不小的头开销,并且ROHC等头压缩技术也会消耗不小的终端和网络系统处理能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高空口资源利用率,降低终端处理复杂度的在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法以及相应的网关。
为达到本发明的目的,所采取的技术方案是:一种在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,包括:主、被叫终端通过网际协议多媒体子系统完成呼叫建立请求;网际协议多媒体子系统通知主、被叫终端所在的无线分组网络为呼叫双方建立相应承载连接;发送方终端将采样获得的语音帧,不进行或只进行部分网际传输协议层封装后,发送到发送方无线分组网络侧;发送方无线分组网络侧完成语音帧的网际传输协议层封装后,通过发送方网关将语音数据包发送给接收方网关;接收方无线分组网络侧将接收方网关收到的语音数据包全部或者部分解封装后发送给接收方终端。
优选的是,发送方终端将采样获得的语音帧,以不经网际传输协议层封装的裸帧的形式,经过链路层发送到发送方无线分组网络侧;发送方无线分组网络侧在发送方网关对裸语音帧依次进行实时传送协议、用户数据报协议、网际协议封装。
发送方终端也可将采样获得的语音帧,进行实时传送协议封装后,经过链路层发送到发送方无线分组网络侧;发送方无线分组网络侧在发送方网关对已部分封装的语音帧依次进行用户数据报协议、网际协议封装。
优选的是,接收方无线分组网络侧将接收方网关收到的语音数据包解除实时传送协议、用户数据报协议、网际协议封装后发送给接收方终端。
接收方无线分组网络侧也可将接收方网关收到的语音数据包解除用户数据报协议、网际协议封装后发送给接收方终端。
所述网际协议多媒体子系统通知主、被叫终端所在的无线分组网络为呼叫双方建立相应承载连接可采用:网际协议多媒体子系统通过承载请求消息将主、被叫终端的网络地址、端口号以及使用协议类型发送给主、被叫终端所在的无线分组网络的网关,主、被叫终端所在的无线分组网络的网关分别为所请求的承载建立上下文并分配资源;发送方无线分组网络侧接收到发送方终端未完全封装的语音帧后,根据对应的上下文完成语音帧的网际传输协议层封装;接收方无线分组网络侧将全部或者部分解封装后的语音数据包,按照所匹配的上下文及对应的链路层信息发送给接收方终端。
本发明还提供一种无线分组网网关,包括无线接入网连接模块、网络连接模块、封装模块和解封装模块;所述无线接入网连接模块,接收从无线接入网发送来的未完全封装的语音帧,转发给所述封装模块;并从所述解封装模块接收部分或全部解封装后的语音数据包,发送到无线接入网中;所述封装模块完成语音帧的网际传输协议层封装后,将语音数据包发送给网络连接模块;所述网络连接模块将所述语音数据包发送到网络中;并从网络中接收语音数据包,转发给所述解封装模块;所述解封装模块部分或全部解除所接收语音数据包的网际传输协议层封装后,发送给无线接入网连接模块。
采用上述技术方案,本发明有益的技术效果在于:
1)本发明采用在终端与无线分组网络之间的空中接口,对VOIP的语音帧以不封装或不完全封装的形式进行传输,而在进入IP网络传输前作封装的完成或解除的方法,使得有限的空中接口资源能够尽量被用于有效负荷的传输,同时,由于终端无需或仅需进行部分封装操作,降低了终端处理的复杂度。
2)采用本发明提供的优选方案,即,终端仅处理裸语音帧的发送和接收,封装包头的再生和剥除均在网络侧完成,最大限度的利用了空口资源,而网络侧只需要根据流上下文进行数据包封装/解封装,处理负荷不大,使得无线分组网络承载VOIP的方式达到了最优。
附图说明
下面通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是VOIP承载协议结构示意图;
图2是本发明实施例一在无线分组网中传输VOIP的方法流程示意图;
图3是实施例一方法的信令流程示意图;
图4是本发明实施例二在无线分组网中传输VOIP的方法流程示意图;
图5是实施例二方法的信令流程示意图;
图6是本发明实施例三无线分组网网关模块结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,其核心思想是,将语音帧网际传输协议层封装/解封装操作的全部或部分放到无线分组网络侧进行,以尽量减少协议开销对空口资源的浪费,同时简化了终端的处理流程。在网络侧进行的封装/解封装操作可选择由网关设备进行,本发明还提供适用于本发明方案的网关。以下分别对本发明方法和设备进行详细说明。
实施例一、一种在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,流程如图2所示,包括:
A1、主、被叫UE通过IMS域完成呼叫建立请求;此步骤可采用现有VOIP的建立过程来进行,包括:
A11、主叫UE向IMS域设备发送呼叫建立请求;
A12、IMS域设备进行呼叫控制,将主叫UE的呼叫建立请求转发给被叫UE;
A2、IMS在处理上述呼叫建立请求时,还通知主、被叫UE所在的无线分组网络为呼叫双方建立相应承载连接;此步骤也可采用现有VOIP中的承载连接建立过程来进行,包括:
A21、IMS向主叫UE所在的无线分组网络请求该呼叫的专用承载,将需要被建立的呼叫承载的IP5元组信息带给主叫方无线分组网络的GW,IP5元组信息包括,主叫UE的IP地址/端口号、被叫UE的IP地址/端口号、协议类型;
A22、主叫UE所在无线分组网络的GW接收到该请求后就采用收到的IP5元组信息建立一个IP流上下文,并为这个IP流分配相应的网络资源,当然,还可同时进行确定服务质量(QOS:Quality Of Service)策略以及计费策略等操作;
A23、IMS同样也向被叫UE所在的无线分组网络请求该呼叫的专用承载,将需要被建立的呼叫承载的IP5元组信息带给被叫方无线分组网络的GW;
A24、被叫UE所在无线分组网络的GW接收到该请求后也同样采取相同的处理,为呼叫建立相应的承载;
A3、承载连接建立后,主、被叫UE均可作为发送方或接收方通过无线分组网络进行基于IP的语音传递,语音流的传递过程包括:
A31、发送方UE获得用户语音的采样并形成语音帧后,进行RTP协议封装,然后将RTP封装的语音帧经过链路层发送到发送方无线分组网络侧;
A32、发送方无线分组网络侧在接收到上述RTP封装的语音帧后,在进行到IP网络的传输前,完成该语音帧的网际传输协议封装过程,即,对RTP封装的语音帧再依次进行UDP/IP协议封装;为尽量减少协议开销在无线分组网络中的传输,UDP/IP头的再生可选择在GW进行,GW接收到部分封装的数据包后根据该链路对应的IP流上下文,恢复UDP/IP层封装,然后即通过IP承载网将封装好的语音数据包发送给接收方UE所在的无线分组网络的GW;
本文中所称的GW,是无线分组网连接IP承载网的接入设备,以通用分组无线业务(GPRS:General Packet Radio Service Serving)系统为例,可以是网关GPRS支持节点(GGSN:Gateway GPRS Support Node),也可以是服务GPRS支持节点(SGSN:Serving Gateway GPRS Support Node)。
A33、接收方UE所在的无线分组网络的GW收到语音数据包后,在IP流上下文中找到和该数据包匹配的上下文以及对应的链路层信息,然后将该数据包进行部分解封装,即剥离语音帧的UDP/IP层封装,将剩下的RTP封装语音帧通过RAN发送给接收方UE;UE在收到语音帧后,即可进行进一步的解封装以及语音还原等操作。
上述方法的信令实现流程如图3所示,图3中UE1、RAN1、GW1为主叫方终端、无线接入网及网关,UE2、RAN2、GW2为被叫方终端、无线接入网及网关。为清楚起见,图3中只表示出了一个发送、接收过程的信令流程,并以主叫UE作为发送方UE,被叫UE作为接收方UE;图3中的信令流程为:
a1、UE1发送呼叫请求消息给IMS域设备;
a2、IMS转发呼叫请求消息到UE2;
a3、IMS发送承载建立请求消息到GW1,该消息中包含IP5元组;
a4、IMS发送承载建立请求消息到GW2,该消息中包含IP5元组;
a5、GW1根据IP5元组建立IP流上下文;
a6、GW2根据IP5元组建立IP流上下文;
a7、UE1采样形成语音帧;
a8、UE1对语音帧进行RTP封装;
a9、UE1将RTP封装的语音帧通过RAN1发送给GW1;
a10、GW1根据IP流上下文再生语音帧的UDP/IP头;
a11、GW1通过IP承载网将语音IP包发送给GW2;
a12、GW2根据IP流上下文去掉语音帧的UDP/IP头;
a13、GW2通过RAN2将还剩下RTP头的语音帧发送给UE2。
在本实施例中语音帧以部分封装的形式在空口中进行传输,按照ITU-TG.729定义的8kbps语音规范,语音帧的大小为20字节,RTP协议增加的开销字节长度为12字节,因此,按照本例中提供VOIP承载方式,语音IP包的有效净荷比为:20/32=62.5%,近似于ROHC压缩后语音数据包的承载效率,与无优化情况相比,大大减少了空口资源的浪费,并且在本实施例中无需进行繁琐的头压缩运算和处理,减轻了终端和网络侧的处理负荷,有利于优化服务质量。
实施例二、一种在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,流程如图4所示,包括:
B1、主、被叫UE通过IMS域完成呼叫建立请求;此步骤与实施例一中的呼叫建立请求过程相同;
B2、IMS对呼叫建立请求进行处理,通知主、被叫UE所在的无线分组网络为呼叫双方建立相应承载连接;此步骤也与实施例一中的承载连接建立过程相同;
B3、承载连接建立后,主、被叫UE均可作为发送方或接收方通过无线分组网络进行基于IP的语音传递,语音流的传递过程包括:
B31、发送方UE获得用户语音的采样并形成语音帧后,直接将裸语音帧经过链路层发送到发送方无线分组网络侧;
B32、发送方无线分组网络侧在接收到上述裸语音帧后,在进行到IP网络的传输前,完成该语音帧的网际传输协议封装过程,即,对裸语音帧依次进行RTP/UDP/IP协议封装;本实施例中,RTP/UDP/IP头的再生选择在GW进行,GW接收到裸语音帧后根据该链路对应的IP流上下文,恢复RTP/UDP/IP层封装,然后即通过IP承载网将封装好的语音数据包发送给接收方UE所在的无线分组网络的GW;
B33、接收方UE所在的无线分组网络的GW收到语音数据包后,在IP流上下文中找到和该数据包匹配的上下文以及对应的链路层信息,然后将该数据包进行解封装,即剥离语音帧的RTP/UDP/IP层封装,直接将裸语音帧通过RAN发送给接收方UE;UE在收到裸语音帧后,即可进行语音还原等操作。
上述方法的信令实现流程如图5所示,图5中UE1、RAN1、GW1、UE2、RAN2、GW2的含义与实施例一中相同;图5中的信令流程为:
b1、UE1发送呼叫请求消息给IMS域设备;
b2、IMS转发呼叫请求消息到UE2;
b3、IMS发送承载建立请求消息到GW1,该消息中包含IP5元组;
b4、IMS发送承载建立请求消息到GW2,该消息中包含IP5元组;
b5、GW1根据IP5元组建立IP流上下文;
b6、GW2根据IP5元组建立IP流上下文;
b7、UE1采样形成语音帧;
b8、UE1将裸语音帧通过RAN1发送给GW1;
b9、GW1根据IP流上下文再生语音帧的RTP/UDP/IP头;
b10、GW1通过IP承载网将语音IP包发送给GW2;
b11、GW2根据IP流上下文去掉语音帧的RTP/UDP/IP头;
b12、GW2通过RAN2将裸语音帧发送给UE2。
在本实施例中语音帧以未封装的裸帧的形式在空口中进行传输,因此其语音IP包的有效净荷比为100%,最大限度的利用了有限的空口资源,并且网络侧只需要根据流上下文进行数据包封装/解封装,处理负荷不大,而终端更是无需进行网际传输协议开销的处理,使得无线分组网络承载VOIP的方式达到了最优。
此外,在上述两个实施例中,发送、接收方终端及无线分组网络对语音帧的封装采用了对称的处理方式。实际上,分别在上、下行采用不同的处理机制,也是可行的,例如,在发送时,由终端进行RTP封装,在网络侧进行UDP/IP头的再生;而在接收时,由网络侧将RTP/UDP/IP头完全剥离,终端只进行裸语音帧的处理等。
实施例三、一种无线分组网网关,如图6所示,包括无线接入网连接模块1、网络连接模块2,封装模块3、解封装模块4;
无线接入网连接模块1,接收从无线接入网发送来的未完全封装的语音帧,转发给封装模块3;并从解封装模块4接收部分或全部解封装后的语音数据包,发送到无线接入网中;
封装模块3完成语音帧的网际传输协议层封装后,将语音数据包发送给网络连接模块2;
网络连接模块2将封装完成的语音数据包发送到网络中;并从网络中接收语音数据包,转发给解封装模块4;
解封装模块4部分或全部解除所接收语音数据包的网际传输协议层封装后,发送给无线接入网连接模块1。
本实施例中所提供的网关可适用于实施例一或二的VOIP承载方法中。
以上对本发明所提供的在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法以及相应的网关进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1、一种在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,其特征在于,包括:
主、被叫终端通过网际协议多媒体子系统完成呼叫建立请求;
网际协议多媒体子系统通知主、被叫终端所在的无线分组网络为呼叫双方建立相应承载连接;
发送方终端将采样获得的语音帧,不进行或只进行部分网际传输协议层封装后,发送到发送方无线分组网络侧;
发送方无线分组网络侧完成语音帧的网际传输协议层封装后,通过发送方网关将语音数据包发送给接收方网关;
接收方无线分组网络侧将接收方网关收到的语音数据包全部或者部分解封装后发送给接收方终端。
2、根据权利要求1所述的在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,其特征在于:
发送方终端将采样获得的语音帧,以不经网际传输协议层封装的裸帧的形式,经过链路层发送到发送方无线分组网络侧;
发送方无线分组网络侧在发送方网关对裸语音帧依次进行实时传送协议、用户数据报协议、网际协议封装。
3、根据权利要求1所述的在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,其特征在于:
发送方终端将采样获得的语音帧,进行实时传送协议封装后,经过链路层发送到发送方无线分组网络侧;
发送方无线分组网络侧在发送方网关对已部分封装的语音帧依次进行用户数据报协议、网际协议封装。
4、根据权利要求2或3所述的在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,其特征在于:接收方无线分组网络侧将接收方网关收到的语音数据包解除实时传送协议、用户数据报协议、网际协议封装后发送给接收方终端。
5、根据权利要求2或3所述的在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,其特征在于:接收方无线分组网络侧将接收方网关收到的语音数据包解除用户数据报协议、网际协议封装后发送给接收方终端。
6、根据权利要求1~3任意一项所述的在无线分组网中传输基于网络承载的语音流的方法,其特征在于:
所述网际协议多媒体子系统通知主、被叫终端所在的无线分组网络为呼叫双方建立相应承载连接采用,
网际协议多媒体子系统通过承载请求消息将主、被叫终端的网络地址、端口号以及使用协议类型发送给主、被叫终端所在的无线分组网络的网关,
主、被叫终端所在的无线分组网络的网关分别为所请求的承载建立上下文并分配资源;
发送方无线分组网络侧接收到发送方终端未完全封装的语音帧后,根据对应的上下文完成语音帧的网际传输协议层封装;
接收方无线分组网络侧将全部或者部分解封装后的语音数据包,按照所匹配的上下文及对应的链路层信息发送给接收方终端。
7、一种无线分组网网关,包括无线接入网连接模块、网络连接模块,其特征在于:还包括封装模块、解封装模块;
所述无线接入网连接模块,接收从无线接入网发送来的未完全封装的语音帧,转发给所述封装模块;并从所述解封装模块接收部分或全部解封装后的语音数据包,发送到无线接入网中;
所述封装模块完成语音帧的网际传输协议层封装后,将语音数据包发送给网络连接模块;
所述网络连接模块将所述语音数据包发送到网络中;并从网络中接收语音数据包,转发给所述解封装模块;
所述解封装模块部分或全部解除所接收语音数据包的网际传输协议层封装后,发送给无线接入网连接模块。
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