JP2008104196A - パケット・トランシーバー・システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、ネットワークのトラヒックを効果的に下げて、ネットワーク音声の音声品質を確保することができるパケット・トランシーバー・システム及び方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るパケット・トランシーバー・システムは、ネットワークの輻輳状況を検出することに用いられる検出モジュールと、前記ネットワークの輻輳状況に基づいて、パケット放棄率を確定することに用いられる放棄率確定モジュールと、前記パケット放棄率に基づいて、伝送しようとする複数の音声パケットの中の部分な音声パケットを均一に放棄し、且つ放棄されなかった音声パケットを伝送することに用いられる伝送モジュールと、放棄されなかった音声パケットを受信し、且つ放棄された音声パケットを推算することに用いられる推算モジュールを備える。本発明は、さらにパケット・トランシーバー方法を提供する。
【選択図】図2

Description

本発明は、ネットワーク通信に関するものであり、特にパケット・トランシーバー・システム及び方法に関するものである。
VoIP(Voice over Internet Protocol)は、新興の音声伝送標準であって、それはリアルタイム伝送プロトコル(Realtime Transport Protocol,RTP)を利用して音声を伝送する。前記RTPは、ユーザー・データグラム・プロトコル(User Datagram Protocol,UDP)に基づく。
しかし、前記UDPは、フィードバック・メカニズム(feedback mechanism)を欠いており、ネットワークが輻輳(congest)している場合、前記RTPパケットは、ランダムに紛失され易く、従って音声品質に影響を与える可能がある。図1に示すように、ネットワークが輻輳している場合、送信機10は、受信機20に複数の音声パケットを伝送し、音声パケット100bは、グループで紛失されるため、正常な音声パケット100aから紛失された音声パケット100bを推算し難しく、従ってVoIPの音声品質に影響を与える可能がある。
従って、ネットワークが輻輳している場合に、ネットワークのトラヒック(traffic)を効果的に下げる方法や、VoIPの音声品質を確保することは、現在、VoIP設計者の大きい挑戦の対象になっている。
本発明の第一の目的は、前記課題を解決し、ネットワークのトラヒックを効果的に下げて、VoIP(Voice over Internet Protocol)の音声品質を確保することができるパケット・トランシーバー・システムを提供することである。
本発明の第二の目的は、前記課題を解決し、ネットワークのトラヒックを効果的に下げて、VoIPの音声品質を確保することができるパケット・トランシーバー方法を提供することである。
前記第一目的を達成するため、本発明に係るパケット・トランシーバー・システムは、検出モジュールと、放棄率確定モジュールと、伝送モジュール及び推算モジュールを備える。前記検出モジュールは、ネットワークの輻輳状況を検出することに用いられる。前記放棄率確定モジュールは、ネットワークの輻輳状況に基づいて、パケット放棄率を確定することに用いられる。前記伝送モジュールは、前記パケット放棄率に基づいて、伝送しようとする複数の音声パケットの中の部分な音声パケットを均一に放棄し、且つ放棄されなかった音声パケットを伝送することに用いられる。前記推算モジュールは、放棄されなかった音声パケットを受信し、且つ放棄された音声パケットを推算することに用いられる。
前記第二目的を達成するため、本発明に係るパケット・トランシーバー方法は、受信端と送信端を提供するステップと、前記受信端により、ネットワークの輻輳状況を検出するステップと、前記送信端により、ネットワークの輻輳状況に基づいて、パケット放棄率を確定するステップと、前記送信端により、パケット放棄率に基づいて、伝送しようとする複数の音声パケットの中の部分な音声パケットを均一に放棄し、且つ放棄されなかった音声パケットを伝送するステップと、前記受信端により、放棄されなかった音声パケットを受信し、且つ放棄された音声パケットを推算するステップとを備える。
本発明の受信端は、ネットワークの輻輳状況を検出し、送信端は、ネットワークの輻輳状況に基づいて、パケット放棄率を確定し、前記パケット放棄率に基づいて、音声パケットを均一に放棄し、従ってネットワークのトラヒックを効果的に下げることができる。前記受信端は、放棄されなかった音声パケットを受信し、且つ放棄された音声パケットを推算し、従って音声品質を確保することができる。
図2は、本発明の実施形態に係わるパケット・トランシーバー・システムの構成を示すブロック図である。本実施形態において、パケット・トランシーバー・システムは、管理を受けるネットワーク上に位置し、例えば、電信業者が有する閉鎖型ネットワークである。パケット・トランシーバー・システムは、送信端100及び受信端200を備える。前記送信端100と受信端200は、ネットワーク音声(Voice over Internet Protocol,VoIP)通信を行う。
本実施形態において、前記送信端100は、前記受信端200に複数の先行音声パケットを伝送する。前記受信端200は、複数の先行音声パケットを受信し、且つネットワークの輻輳状況を検出する。前記送信端100は、再びネットワークの輻輳状況に基づいて、パケット放棄率(packet dropped rate)を確定し、パケット放棄率に基づいて、伝送しようとする複数の音声パケットの中の一部の音声パケットを均一に放棄し、且つ放棄されなかった音声パケットを伝送する。それから前記受信端200は、放棄されなかった音声パケットを受信し、且つ放棄された音声パケットを推算する。従って、ネットワークのトラヒックを効果的に下げることができるばかりでなく、受信端200と送信端100との間のVoIPの音声品質を確保することができ、更にネットワーク効能を効果的に昇格させる。
前記送信端100は、放棄率確定モジュール110及び伝送モジュール120を備える。前記伝送モジュール120は、前記受信端200に複数の先行音声パケットを伝送することに用いられる。
前記受信端200は、検出モジュール210と、報告モジュール220及び推算モジュール230を備える。
前記検出モジュール210は、複数の先行音声パケットを受信し、且つネットワークの輻輳状況を検出することに用いられる。本実施形態において、ネットワークの輻輳状況とは、パケット紛失率(packet lost rate)を示し、即ち前記送信端100から前記受信端200に伝送した先行音声パケットの紛失率を示す。前記送信端100から前記受信端200に伝送した各先行音声パケットは、皆1つの序列番号(Sequence Number)を持つことにより、前記受信端200が先行音声パケットの前後順序を区別することにする。前記検出モジュール210は、前記先行音声パケットの序列番号に基づいて、パケット紛失率を知ることができ、即ちネットワークの輻輳状況を知ることができる。
前記報告モジュール220は、前記送信端100の放棄率確定モジュール110にネットワークの輻輳状況を報告することに用いられる。本実施形態において、前記報告モジュール220は、リアルタイム伝送プロトコル(Realtime Transport Protocol,RTP)パケットの拡張フィールド(header extension field)を介して、前記送信端100にネットワークの輻輳状況を報告し、従ってよけいなプロトコル修正コストを増加する必要がない。前記拡張フィールドは、RTPパケットのRTPヘッダーの中に設置される。
図3は、本発明の実施形態に係わるRTPヘッダー1000を示す図である。RTPヘッダー1000は、バージョン(Version,V)フィールド1001と、パディング識別子(Padding,P)フィールド1002と、拡張識別子(Extension,X)フィールド1003と、寄与ソース識別子(Contributing Source Indentifier,CSRC)カウント(CSRC Count,CC)フィールド1004と、マーカー(Marker,M)フィールド1005と、ペイロードタイプ(Payload Type,PT)フィールド1006と、序列番号(Sequence Number)フィールド1007と、タイムスタンプ(Timestamp)フィールド1008と、同期源識別子(Synchronization Source Identifier,SSRC)フィールド1009と、CSRCフィールド1010及び拡張フィールド1011を備える。
本実施形態において、前記報告モジュール220は、RTPヘッダー1000の拡張識別子フィールド1003と拡張フィールド1011を設定することにより、ネットワークの輻輳状況を伝送する。
前記拡張識別子フィールド1003は、前記拡張フィールド1011を設けるかどうかを明示することに用いられる。本実施形態において、前記拡張識別子フィールド1003が1に設定されると、前記拡張フィールド1011が設けられたことを表示する。
前記拡張フィールド1011は、ネットワークの輻輳状況を伝送することに用いられる。本実施形態において、前記拡張フィールド1011は、プロトコル・イニシャル(Protocol Initial)・フィールド1011aと、プロトコル・ヘッダー(Protocol Header)・フィールド1011b及び輻輳程度フィールド1011cを備える。
前記プロトコル・ヘッダー・フィールド1011bは、前記輻輳程度フィールド1011cに載せた情報のタイプを明示することに用いられる。前記輻輳程度フィールド1011cは、ネットワークの輻輳状況、即ちパケット紛失率を明示することに用いられる。本実施形態において、前記プロトコル・ヘッダー・フィールド1011bが101に設定されると、前記輻輳程度フィールド1011cに載せた情報のタイプは、ネットワーク輻輳状況、即ちパケット紛失率であることを表示する。
前記プロトコル・イニシャル・フィールド1011aは、前記拡張フィールド1011を埋め合わせること(padding)に用いられる。本実施形態において、前記拡張フィールド1011の長さは、32ビット(bit)であって、前記プロトコル・イニシャル・フィールド1011aの長さは、16ビットであって、前記プロトコル・ヘッダー・フィールド1011bの長さは、3ビットであって、前記輻輳程度フィールド1011cの長さは、13ビットである。前記プロトコル・イニシャル・フィールド1011aは、16個の連続した0に設定され、前記拡張フィールド1011を全部埋め合わせることに用いられる。
他の実施形態において、異なる需要に基づいて、前記拡張フィールド1011を他のフィールドに分けることができる。
前記送信端100の放棄率確定モジュール110は、ネットワークの輻輳状況に基づいて、パケット放棄率を確定することに用いられる。本実施形態において、前記放棄率確定モジュール110は、先ず前記報告モジュール220からRTPパケットを受信することにより、ネットワークの輻輳状況、即ちパケット紛失率を獲得し、且つ前記パケット紛失率に基づいてパケット放棄率を決める。本実施形態において、確定されたパケット放棄率は、パケット紛失率と等しい。
前記伝送モジュール220は、又パケット放棄率に基づいて、伝送しようとする複数の音声パケットの中の部分な音声パケットを均一に放棄し、且つ放棄されなかった音声パケットを伝送する。
例えば、もしパケット紛失率が10%であるならば、前記放棄率確定モジュール110は、パケット放棄率も10%だと確定することができ、前記伝送モジュール220は、10%の比例に従って音声パケットを均一に放棄する。換言すると、10個の音声パケット毎に、1つの音声パケットを放棄する。図4に示すように、放棄された音声パケット1000bは、10%の放棄比率に従って、正常な音声パケット1000aの中に均一に分布される。
前記受信端200の推算モジュール230は、放棄されなかった音声パケットを受信し、且つ放棄された音声パケットを推算することに用いられる。本実施形態において、前記推算モジュール230は、先ず前記送信端100の伝送モジュール120から正常な音声パケット1000aを受信してから、数学計算方法に基づいて、放棄された音声パケット1000bを推算する。前記推算モジュール230は、また推算出した音声パケットを受信した音声パケットに加入することに用いられる。
本実施形態において、前記推算モジュール230は、デジタル信号プロセッサー(Digital Signal Processor,DSP)であることができ、補間法(Interpolation)功能を有する。音声パケットが均一に放棄されるため、前記推算モジュール230は、補間法を利用して放棄された音声パケットを推算することができ、従って音声品質を維持する。
例えば、図5に示すように、正常な音声パケットAと正常な音声パケットBのリニア補間(Linear Interpolation)に基づいて、放棄された音声パケットCを推算することができる。注意すべきことは、放棄されたパケットを推算する方法は、リニア補間法に限定されるものではなく、他の数学計算方法であることができ、例えば、多項式補間法(Polynomial Interpolation)、スプライン補間法(Spline Interpolation)、有理補間法(Rational Interpolation)などである。
図6は、本発明の実施形態に係わるパケット・トランシーバー方法を示すフロー・チャートである。本実施形態において、送信端100と受信端200は、ネットワーク音声通信を行う。
ステップS600において、送信端100は、受信端200に複数の先行音声パケットを伝送する。
ステップS602において、前記受信端200は、複数の先行音声パケットを受信し、且つネットワークの輻輳状況を検出する。本実施形態において、ネットワークの輻輳状況とは、パケット紛失率を示す。前記送信端100から前記受信端200に伝送した各先行音声パケットが皆1つの序列番号を持つことにより、前記受信端200が先行音声パケットの前後順序を区別することを可能にする。検出モジュール210は、前記先行音声パケットの序列番号に基づいて、パケット紛失率、即ちネットワークの輻輳状況を知ることができる。
ステップS604において、前記受信端200は、前記送信端100にネットワークの輻輳状況を報告する。本実施形態において、報告モジュール220は、RTPパケットの拡張フィールドを介して、前記送信端100にネットワークの輻輳状況を報告する。前記RTP拡張フィールドは、RTPパケットのRTPヘッダーの中に設置される。
本実施形態において、報告モジュール220は、図3に示すRTPヘッダー1000の拡張識別子フィールド1003と拡張フィールド1001を設定することにより、ネットワークの輻輳状況を伝送する。
前記拡張識別子フィールド1003は、前記拡張フィールド1011を設けるかどうかを明示することに用いられる。本実施形態において、前記拡張識別子フィールド1003が1に設定されると、前記拡張フィールド1011が設けられたことを表示する。
前記拡張フィールド1011は、ネットワークの輻輳状況を伝送することに用いられる。本実施形態において、前記拡張フィールド1011は、プロトコル・イニシャル・フィールド1011aと、プロトコル・ヘッダー・フィールド1011b及び輻輳程度フィールド1011cを備える。
前記プロトコル・ヘッダー・フィールド1011bは、前記輻輳程度フィールド1011cに載せた情報のタイプを明示することに用いられる。前記輻輳程度フィールド1011cは、ネットワークの輻輳状況、即ちパケット紛失率を明示することに用いられる。本実施形態において、前記プロトコル・ヘッダー・フィールド1011bが101に設定されると、前記輻輳程度フィールド1011cに載せた情報のタイプは、ネットワーク輻輳状況、即ちパケット紛失率であることを表示する。
前記プロトコル・イニシャル・フィールド1011aは、前記拡張フィールド1011を埋め合わせることに用いられる。本実施形態において、前記拡張フィールド1011の長さは、32ビットであって、前記プロトコル・イニシャル・フィールド1011aの長さは、16ビットであって、前記プロトコル・ヘッダー・フィールド1011bの長さは、3ビットであって、前記輻輳程度フィールド1011cの長さは、13ビットである。前記プロトコル・イニシャル・フィールド1011aは、16の連続した0に設定され、前記拡張フィールド1011を全部埋め合わせることに用いられる。
他の実施形態において、異なる需要に基づいて、前記拡張フィールド1011を他のフィールドに分けることができる。
ステップS606において、前記送信端100は、ネットワークの輻輳状況に基づいて、パケット放棄率を確定する。本実施形態において、前記放棄率確定モジュール110は、先ず前記報告モジュール220からRTPパケットを受信することにより、ネットワークの輻輳状況、即ちパケット紛失率を獲得し、且つ前記パケット紛失率に基づいてパケット放棄率を決める。本実施形態において、確定されたパケット放棄率は、パケット紛失率と等しい。
ステップS608において、送信端100は、パケット放棄率に基づいて、伝送しようとする複数の音声パケットの中の一部の音声パケットを均一に放棄し、且つ放棄されなかった音声パケットを伝送する。
例えば、もしパケット紛失率が10%であるならば、前記放棄率確定モジュール110は、パケット放棄率も10%だと確定することができ、前記伝送モジュール220は、10%の比例に従って音声パケットを均一に放棄する。換言すると、10毎の音声パケットは、1つの音声パケットを放棄する。図4に示すように、放棄された音声パケット1000bは、10%の放棄比率に従って、正常な音声パケット1000aの中に均一に分布される。
ステップS610において、前記受信端200は、放棄されなかった音声パケットを受信し、且つ放棄された音声パケットを推算する。本実施形態において、前記推算モジュール230は、先ず前記送信端100の伝送モジュール120から正常な音声パケット1000aを受信してから、数学計算方法に基づいて、放棄された音声パケット1000bを推算する。
本実施形態において、前記推算モジュール230は、デジタル信号プロセッサーであることができ、補間法功能を有する。音声パケットが均一に放棄されるため、前記推算モジュール230は、補間法を利用して放棄された音声パケットを推算することができ、従って音声品質を維持する。
ステップS612において、受信端200は、推算出した音声パケットを受信した音声パケットの中に加入する。本実施形態において、前記推算モジュール230は、推算出した音声パケット1000bを受信した音声パケット1000aの中に加入する。
本発明の実施形態において、前記受信端200は、RTPパケットの拡張フィールドを介して、ネットワークの輻輳状況を伝送し、従って余計なプロトコル修正コストを増加する必要がない。前記送信端100は、パケット放棄率に基づいて、音声パケットを均一に放棄し、従ってネットワークの輻輳状況を改善して、音声パケットの成功伝送確率を増加することができる。前記受信端200は、補間法を介して、放棄された音声パケットを推算し、従って音声品質を確保することができる。
だから、管理を受けるネットワークにおいて、あらゆる送信端100とあらゆる受信端200が皆本発明のパケット・トランシーバー方法を支持すると、ネットワークの効能を大幅に昇格させることができる。
音声パケットがランダムに紛失されることを示す図である。 本発明の実施形態に係わるパケット・トランシーバー・システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係わるリアルタイム伝送プロトコル・ヘッダーを示す図である。 本発明の実施形態に係わる音声パケットが均一に紛失されることを示す図である。 本発明の実施形態に係わる音声パケットが推算されることを示す図である。 本発明の実施形態に係わるパケット・トランシーバー方法を示すフローチャートである。
符号の説明
10、100 送信端
20、200 受信端
100a、100b、1000a、1000b 音声パケット
110 放棄率確定モジュール
120 伝送モジュール
210 検出モジュール
220 報告モジュール
230 推算モジュール
1000 RTPヘッダー
1001 バージョン
1002 パディング識別子
1003 拡張識別子
1004 CSRCカウント
1005 マーカー
1006 ペイロードタイプ
1007 序列番号
1008 タイムスタンプ
1009 SSRC
1010 CSRC
1011 拡張
1011a プロトコル・イニシャル
1011b プロトコル・ヘッダー
1011c 輻輳程度

Claims (16)

  1. ネットワークの輻輳状況を検出することに用いられる検出モジュールと、
    前記ネットワークの輻輳状況に基づいて、パケット放棄率を確定することに用いられる放棄率確定モジュールと、
    前記パケット放棄率に基づいて、伝送しようとする複数の音声パケットの中の部分な音声パケットを均一に放棄し、且つ放棄されなかった音声パケットを伝送することに用いられる伝送モジュールと、
    放棄されなかった音声パケットを受信し、且つ放棄された音声パケットを推算することに用いられる推算モジュールと、
    を備えることを特徴とするパケット・トランシーバー・システム。
  2. 前記放棄率確定モジュールにネットワークの輻輳状況を報告することに用いられる報告モジュールを更に備えることを特徴とする請求項1に記載のパケット・トランシーバー・システム。
  3. 前記伝送モジュールは、又序列番号を有する複数の先行音声パケットを伝送することに用いられ、前記検出モジュールは、これらの先行音声パケットを受信し、且つ受信した先行音声パケットの序列番号に基づいて、前記ネットワークの輻輳状況を知ることに用いられることを特徴とする請求項2に記載のパケット・トランシーバー・システム。
  4. 前記報告モジュールは、リアルタイム伝送プロトコル・パケットの拡張フィールドを介して、前記ネットワークの輻輳状況を報告することを特徴とする請求項2に記載のパケット・トランシーバー・システム。
  5. 前記リアルタイム伝送プロトコル・パケットの拡張フィールドは、プロトコル・イニシャル・フィールドと、プロトコル・ヘッダー・フィールド及び輻輳程度フィールドを備え、前記プロトコル・イニシャル・フィールドは、前記拡張フィールドを埋め合わせることに用いられ、前記プロトコル・ヘッダー・フィールドは、前記輻輳程度フィールドに載せた情報のタイプを明示することに用いられ、前記輻輳程度フィールドは、前記ネットワークの輻輳状況を明示することに用いられることを特徴とする請求項4に記載のパケット・トランシーバー・システム。
  6. 前記ネットワークの輻輳状況は、1つのパケット紛失率を備え、前記放棄率確定モジュールは、前記パケット紛失率に基づいて、前記パケット放棄率を決めることを特徴とする請求項1に記載のパケット・トランシーバー・システム。
  7. 前記推算モジュールは、補間法に基づいて、放棄された音声パケットを推算することを特徴とする請求項1に記載のパケット・トランシーバー・システム。
  8. 前記推算モジュールは、又推算出した音声パケットを受信した音声パケットに加入することに用いられることを特徴とする請求項1に記載のパケット・トランシーバー・システム。
  9. 受信端と送信端を提供するステップと、
    前記受信端により、ネットワークの輻輳状況を検出するステップと、
    前記送信端により、前記ネットワークの輻輳状況に基づいて、パケット放棄率を確定するステップと、
    前記送信端により、前記パケット放棄率に基づいて、伝送しようとする複数の音声パケットの中の部分な音声パケットを均一に放棄し、且つ放棄されなかった音声パケットを伝送するステップと、
    前記受信端により、放棄されなかった音声パケットを受信し、且つ放棄された音声パケットを推算するステップと、
    を備えることを特徴とするパケット・トランシーバー方法。
  10. 前記受信端は、前記送信端にネットワークの輻輳状況を報告するステップを更に備えることを特徴とする請求項9に記載のパケット・トランシーバー方法。
  11. 前記ネットワークの輻輳状況を検出するステップは、
    前記送信端は、前記受信端に序列番号を有する複数の先行音声パケットを伝送するステップと、
    前記受信端は、これらの先行音声パケットを受信し、且つ受信した先行音声パケットの序列番号に基づいて、前記ネットワークの輻輳状況を知るステップと、
    を備えることを特徴とする請求項10に記載のパケット・トランシーバー方法。
  12. 前記受信端は、リアルタイム伝送プロトコル・パケットの拡張フィールドを介して、前記ネットワークの輻輳状況を報告することを特徴とする請求項10に記載のパケット・トランシーバー方法。
  13. 前記リアルタイム伝送プロトコル・パケットの拡張フィールドは、プロトコル・イニシャル・フィールドと、プロトコル・ヘッダー・フィールド及び輻輳程度フィールドを備え、前記プロトコル・イニシャル・フィールドは、前記拡張フィールドを埋め合わせることに用いられ、前記プロトコル・ヘッダー・フィールドは、前記輻輳程度フィールドに載せた情報のタイプを明示することに用いられ、前記輻輳程度フィールドは、前記ネットワークの輻輳状況を明示することに用いられることを特徴とする請求項12に記載のパケット・トランシーバー方法。
  14. 前記ネットワークの輻輳状況は、1つのパケット紛失率を備え、前記パケット放棄率は、前記パケット紛失率と等しいことを特徴とする請求項9に記載のパケット・トランシーバー方法。
  15. 前記放棄された音声パケットを推算するステップは、補間法に基づいて、放棄された音声パケットを推算するステップを更に備えることを特徴とする請求項9に記載のパケット・トランシーバー方法。
  16. 前記受信端は、推算出した音声パケットを受信した音声パケットに加入するステップを更に備えることを特徴とする請求項9に記載のパケット・トランシーバー方法。
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