專利名稱：在一個ip分組支持網(wǎng)絡(luò)上為諸如語音等數(shù)據(jù)信號的傳輸而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源使用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在一個IP分組支持網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)單元之間為諸如語音幀等數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)資源使用進(jìn)行優(yōu)化的方法。這些數(shù)據(jù)幀由格式化后的數(shù)據(jù)抽樣添加一個數(shù)據(jù)幀首部得到。每個編碼器有一個不同的口-耳傳輸延遲估算，以用于其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)幀。
背景技術(shù)：
在一個IP支持網(wǎng)絡(luò)上分細(xì)數(shù)據(jù)信號的傳輸需要一個很大部分的網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)數(shù)據(jù)信號是語音信號和當(dāng)一起到達(dá)的大量用戶流需要在網(wǎng)絡(luò)路由器之間、例如在通用移動電信系統(tǒng)[MTS]的兩個多媒體網(wǎng)關(guān)[MGW]之間傳輸時，這是尤其真實(shí)的。如已知所述，在入網(wǎng)路由器(ingress router)的等級上收集的所有用戶語音流不需來自相同類型的編解碼器，并且某些編解碼器具有比其它編解碼器更長的允許口-耳傳輸延遲，定義為“延遲估算”，以取得高質(zhì)量的通信。特別地，對于語音編碼的自適應(yīng)多速率[AMR]和自適應(yīng)多速率寬帶[AMR-WB]的使用是通過UMTS標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP選擇的，因此產(chǎn)生大量不同離散的編解碼器速率的編解碼器被認(rèn)可。在考慮了空中鏈路上的語音傳輸質(zhì)量的改變和用于帶寬的優(yōu)化參數(shù)后，可以預(yù)知在呼叫期間編解碼器速率的動態(tài)改變。如已知所述，鏈路上可用帶寬的充分共享是非常重要的。
一種已知的減少用于傳輸所需帶寬的方法，其隱含了基于因特網(wǎng)協(xié)議IP的數(shù)據(jù)幀傳輸中，在一個相同分組或信元中復(fù)用(multiplexing)幾個數(shù)據(jù)幀，這在由3GPP發(fā)起的UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)UTRAN標(biāo)準(zhǔn)化過程中提倡。出于這個目的，在IP上例如復(fù)合因特網(wǎng)協(xié)議的復(fù)用協(xié)議被建議，它也可以應(yīng)用到有效負(fù)荷的復(fù)用是可能的其它的電信網(wǎng)絡(luò)。
假如在同一個IP信元中被復(fù)用的數(shù)據(jù)幀是包含不同延遲請求的語音幀，用于該IP信元的延遲請求是最低的延遲邊界。更嚴(yán)格的延遲邊界意味著在IP網(wǎng)絡(luò)中更高的資源預(yù)留以及網(wǎng)絡(luò)資源的低有效使用和對于終端用戶來說較高成本。
該發(fā)明的一個目的是在一個互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議[IP]支持網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)單元之間對于諸如語音幀等數(shù)據(jù)幀的傳輸提供一個優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源使用的方法。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，該目的通過該方法包括的下述步驟達(dá)到的-根據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)取樣的編解碼器，為所述每一個數(shù)據(jù)幀劃分編解碼器類別，每一個編解碼器類別對應(yīng)于用于所述幀的一個不同的口-耳延遲估算范圍；-按照它們的編解碼器類別選出數(shù)據(jù)幀；-從相同編解碼器類別的數(shù)據(jù)幀中產(chǎn)生復(fù)用的信元，每一個復(fù)用的信元通過將一個預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)取樣復(fù)用集合(multiplex aggregation)而獲得；和-在所述因特網(wǎng)協(xié)議[IP]支持網(wǎng)絡(luò)中從入網(wǎng)路由器傳輸所述復(fù)用的信元到一個出網(wǎng)路由器。
在這種情況下，具有不同延遲請求、例如不同的編解碼器種類的分組的不同處理允許一個更有效的帶寬使用?，F(xiàn)在如果沒有作出這種分化，更嚴(yán)格的延遲估算邊界意味著在IP網(wǎng)絡(luò)中需要用于終端用戶的更高的資源預(yù)留和網(wǎng)絡(luò)資源的低有效使用和較高的成本。
本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)從結(jié)合附圖的隨后描述中變得非常明顯。


圖1是按照本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)的部分通信系統(tǒng)的功能圖；圖2是在預(yù)定的條件下，被為所提供的一個恒定載荷預(yù)留的帶寬的曲線圖，它與傳輸延遲和在信元或合成分組中復(fù)用的分組數(shù)目有關(guān)；圖3是一個被保留的帶寬的曲線圖，該帶寬是每個信元的語音幀的數(shù)目的函數(shù)，這里傳輸延遲是給定的，并且所有的語音抽樣使用相同的編解碼器速率產(chǎn)生。
具體實(shí)施例方式
圖1中描述了按照本發(fā)明的方法中用到的電信系統(tǒng)的一個實(shí)例。示出的電信系統(tǒng)包括一個網(wǎng)絡(luò)1和多個語音發(fā)射終端或設(shè)備，這里上述終端或設(shè)備被認(rèn)為是發(fā)射部分2的元件。網(wǎng)絡(luò)1假定是一個一個因特網(wǎng)協(xié)議[IP]分組支持網(wǎng)絡(luò)。它包括節(jié)點(diǎn)或單元以及作為進(jìn)入、出去和/或核心路由器的特定單元，例如入網(wǎng)路由器3和出網(wǎng)或核心路由器4，這兩個路由器3和4例如是UMTS網(wǎng)絡(luò)部分的兩個多媒體網(wǎng)關(guān)[MGW]。
編解碼器，例如5A和5B是與用戶終端或設(shè)備相關(guān)的以便在傳輸?shù)饺刖W(wǎng)路由器之前取樣和數(shù)字化編碼數(shù)據(jù)信號，這里最好是語音信號。語音取樣按照預(yù)定的時間幀在編解碼器的輸出獲得，這通常是標(biāo)準(zhǔn)化的。
在編解碼器的輸出產(chǎn)生的語音取樣流不必具有相同的編解碼器速率。如眾所周知的，自適應(yīng)多速率[AMR]編解碼器和自適應(yīng)多速率寬帶[AMR WB]編解碼器能夠按照編解碼器模式在不同的信源率下產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，例如從4.75到12.2kb/s。
通過編解碼器產(chǎn)生的語音取樣流被發(fā)射到分組器(packetizer)，例如6C和6D，以使它們的格式化成為可能。
如從本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的，編解碼器和/或分組器既是獨(dú)立地也是共用設(shè)備，同時它們也可以被集成在包括具有至少一個分組器的一個或多個編解碼器的單元內(nèi)。這將不再進(jìn)一步披露，因?yàn)樵撛O(shè)備不直接涉及到本發(fā)明的目的。
從分組器6C、6D獲得的幀的集合(aggregation)在一個組合單元中實(shí)現(xiàn)，例如單元7，在進(jìn)一步傳輸之前，單元7提供一個輔助分組化過程(supplementary packetization)以產(chǎn)生復(fù)合分組(composite packet)，復(fù)合分組進(jìn)一步稱作信元，并且單元7是被設(shè)置在入網(wǎng)路由器3中，其也可以設(shè)置在入網(wǎng)路由器外部。要解決的問題是如何借助于在兩個網(wǎng)絡(luò)路由器之間的復(fù)用的信元、特別是在一個確定的鏈路上和借助于一個確定的接口，處理并發(fā)送通過編解碼器從數(shù)字語音信號中提供的話音有效負(fù)荷。
分組的復(fù)用將基于一個IP上的復(fù)用協(xié)議，諸如例如定義在UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)[UTRAN]的框架內(nèi)復(fù)合網(wǎng)際協(xié)議[CIP]。這種CIP協(xié)議具有集合功能，其允許把可變尺寸的不同CIP分組復(fù)用到一個容器(container)中以形成一個復(fù)合分組，這里稱為信元。這種一個集合功能可以擴(kuò)展到允許IP有效負(fù)荷復(fù)用的其它網(wǎng)絡(luò)，特別是可以在UMTS網(wǎng)絡(luò)的兩個多媒體網(wǎng)關(guān)的接口層次上預(yù)知。
使用CIP作為一個非限定的實(shí)例，應(yīng)該提醒一個CIP容器或復(fù)合分組具有使用IP首部的通用格式，和一個用于該容器的用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議[UDP]首部。該容器包括一個CIP容器首部和一個CIP容器有效負(fù)荷。后者包括CIP分組負(fù)荷并伴有它們各自的CIP分組首部。CIP首部包括一個內(nèi)容識別符CID、一個有效負(fù)荷長度部分和一個序列號部分。內(nèi)容識別符包括校正碼CRC和用于復(fù)用的標(biāo)記。有效負(fù)荷長度部分定義了CIP分組有效負(fù)荷的長度，同時它被用于集合(aggregation)。序列號部分包括一個當(dāng)大量幀協(xié)議分組數(shù)據(jù)單元[FP PDU]被分割時的一個結(jié)束標(biāo)記和用于重新組合該分割分組的序列號。
一個IP上的簡化CIP協(xié)議或功能等效的協(xié)議可以被用作話音幀的傳輸。
分組復(fù)用允許減少開銷，但是它也可能導(dǎo)致延遲，例如假如復(fù)用的分組太長，這種長分組例如當(dāng)太多數(shù)據(jù)流被復(fù)用時獲得。
因?yàn)闆]有強(qiáng)迫不同的編解碼器具有相同的特性，它們不必須具有相同的口-耳傳輸延遲估算。如已知的，例如TM2E的總口-耳(M2E)延遲可以被看作由隨后的不同部分組成TM2E＝Twait+Tser+Tprop具有Twait＝Tqueue+Tblock+Tpack該排隊(duì)延遲Tqueue是排定一個語音隊(duì)列的時間，它依靠語音隊(duì)列的語音分組尺寸、提供的負(fù)荷和服務(wù)時間。阻塞延遲Tblock是由對前述正在進(jìn)行的分組服務(wù)引起的。分組化延遲Tpack是在IP/CIP數(shù)據(jù)包發(fā)出之前之前實(shí)時分組必須等待的時間，該時間被建議是可以忽略的。分組的順序化延遲Tser相當(dāng)于傳輸分組的第一比特和最后比特之間的時間，傳播延遲Tprop是5μs/km，這兩個延遲都被認(rèn)為是可以忽略的。
一次傳輸?shù)目?耳延遲估算，例如用于高質(zhì)量通信的最大容許延遲是由失真決定的，從而是由編解碼器類型和模式?jīng)Q定的[編解碼器速率]。如上面已經(jīng)指出的，使用高編解碼器速率的編解碼器模式比使用較低速率的編解碼器模式具有更大的口-耳傳輸延遲估算。因此，在同一個分組中復(fù)用編解碼器提供的具有不同的編解碼器速率的有效負(fù)荷，從而產(chǎn)生不同延遲請求，這不能產(chǎn)生一個最佳的解決方案。
因此，按照本發(fā)明，語言幀按照它們的編解碼器的類型和模式或編解碼器(類型和)模式組被復(fù)用以在通過至少一部分支持IP復(fù)用的網(wǎng)絡(luò)以及通過入網(wǎng)路由器到另一個路由器之前，形成復(fù)合語音分組，該復(fù)合語音分組包括具有相同延遲請求的語音幀。
當(dāng)具有高編解碼器速率的編解碼器類型和模式比具有較低編解碼器速率的編解碼器類型和模式有更大的口-耳傳輸延遲估算時，具有相同延遲請求的語音幀的傳輸可以通過對每IP信元的分組數(shù)目的調(diào)節(jié)而最優(yōu)化。具有大M2E延遲估算的編解碼器類別的一個編解碼器提供分組和具有較小M2E延遲估算的編解碼器類別的一個編解碼器提供分組比較，前者的每IP信元的分組數(shù)目可以增加。
如圖2所舉例的，所需用于傳輸?shù)膸捯约皩⒈槐Ａ舻娜萘恳蕾囉贛2E延遲估算。這通過仿真圖指出，其涉及的容量被保留在kb/s，相對的容許隊(duì)列延遲保留在ms。按照不同的復(fù)用方案，對由某個特定的編碼碼器類型和模式所產(chǎn)生的相同的有效載荷的處理也是不同的，分別對應(yīng)于該圖中的各個曲線，其中提供的有效負(fù)荷被稱為OP。
曲線A對應(yīng)于異步傳輸模式/ATM適配層2/幀協(xié)議或ATM/AAL2/FP堆棧。B1和B2分別對應(yīng)于復(fù)合因特網(wǎng)協(xié)議/幀協(xié)議(CIP/FP)堆棧，以分別用于復(fù)用50個和10個語音幀。曲線C對應(yīng)于不使用復(fù)用的因特網(wǎng)協(xié)議/幀協(xié)議堆棧。
曲線A、B1和B2示出了使用ATM/AAL2/FP堆棧或IP/CIP/FP堆棧的被保留的帶寬容量遠(yuǎn)不及對應(yīng)于曲線C的使用IP/FP堆棧的被保留帶寬容量重要。它們指出帶寬請求按照容許延遲的類似指數(shù)函數(shù)減少。當(dāng)延遲是短的例如是小于30ms時，一個大容量被請求，對于更長的延遲請求則要小的多，而且趨近于常數(shù)。如通過箭頭F1和F2指出在曲線B1和B2之間存在的差異，當(dāng)口-耳傳輸延遲估算低于一個25ms的可選低容許延遲值時，這個差異是比較重要的，而當(dāng)延達(dá)估算較長時變得不怎么重要?？紤]曲線A時這也同樣正確。
大的延遲估算比更小的延遲允許復(fù)用更多的分組，這里是更多語音幀，但可以在與圖2相同的條件下作出的仿真中得出一個極限，對于最壞情況下的方案，依照在UMTS核心干線的兩個多媒體網(wǎng)關(guān)之間考慮21ms這樣一個非常小的延遲估算。如圖3所示，依照圖D在上述提及的情況下被保留的帶寬隨著每信元的有效負(fù)荷量顯著地增加，當(dāng)負(fù)荷量是在六到十個有效負(fù)載之間時，具有更好的值。當(dāng)在路由器之間大于21ms的延遲估算被考慮時，這個數(shù)目會增加，同時相對不同的延遲估算可得到不同的最優(yōu)復(fù)用數(shù)目。
因此，依照本發(fā)明，屬于相同編解碼器類別的所有屬于相同口-耳延遲估算范圍的語音幀被一起復(fù)用，以形成包含一個確定數(shù)目的復(fù)用的語音幀的信元，該數(shù)目是根據(jù)在該信元中包含的幀的口-耳延遲選出的。
在實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選形式中，通過編解碼器提供的語音取樣被格式化并被添加一個幀協(xié)議(FP)首部，并按照它們各自的類別進(jìn)行標(biāo)記，其中一個涉及相同的編解碼器或是一個或多個確定類型和模式的編解碼器的確定類別具有一個相同或幾乎相同的延遲估算。某一確定類別的編解碼器包括例如在確定的范圍內(nèi)具有連續(xù)比特率的編解碼器。
每個從語音幀得到的信元都包含一個首部，該首部包含一個識別標(biāo)記，該識別標(biāo)記涉及該信元中的所有語音采樣共有的編解碼器類別。這種識別標(biāo)記例如是從按照在語音幀中使用的幀協(xié)議定義的編解碼器類型字段中獲得。因此，當(dāng)應(yīng)用按照本發(fā)明的方法時所需帶寬的減少對于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來說是成本的減少。
按照語音抽樣各自的初始編解碼器類型和模式來對語音取樣進(jìn)行辨別在分組化之前通過集合實(shí)現(xiàn)。例如，它是基于語音采樣傳輸使用的幀協(xié)議所提供的標(biāo)記，它們也可以從幀結(jié)構(gòu)中得到。
例如，集合是在邊緣路由器的層次上實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種在因特網(wǎng)協(xié)議(IP)支持網(wǎng)絡(luò)(1)的兩個網(wǎng)絡(luò)單元(3、4)之間為數(shù)據(jù)幀傳輸優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源使用的方法，所述數(shù)據(jù)幀從格式化后的數(shù)據(jù)取樣中獲得，同時一個數(shù)據(jù)幀首部被加入，所述數(shù)據(jù)取樣通過編解碼器(5A、5B)產(chǎn)生，所述編解碼器具有不同的口-耳傳輸延遲估算以用于其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)幀，特征在于所述方法包括-按照產(chǎn)生數(shù)據(jù)取樣的編解碼器為所述每一個數(shù)據(jù)幀劃分編解碼器類別，每一個編解碼器類別與用于該數(shù)據(jù)幀的一個不同的口-耳傳輸延遲估算范圍相對應(yīng)；-按照它們的編解碼器類別挑選出數(shù)據(jù)幀；-從具有一個相同的編解碼器類別的數(shù)據(jù)幀中產(chǎn)生復(fù)用的信元，每一個復(fù)用的信元通過對一個預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)取樣進(jìn)行復(fù)用集合獲得；和-在因特網(wǎng)協(xié)議(IP)支持網(wǎng)絡(luò)(1)中從入網(wǎng)路由器(3)傳輸所述復(fù)用的信元到出網(wǎng)路由器(4)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，特征在于所述數(shù)據(jù)取樣的預(yù)定數(shù)目對應(yīng)于用于所述復(fù)用信元傳輸?shù)南鄬Φ偷膸掝A(yù)留請求，同時是諸如所述編解碼器類別、可用資源、延遲估算、網(wǎng)絡(luò)有效負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的函數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1的方法，特征在于所述編解碼器類別是所述數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容的函數(shù)。
4.按照權(quán)利要求1的方法，特征在于所述編解碼器類別是所述數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的函數(shù)。
5.按照權(quán)利要求1、2、3中任一權(quán)利要求，特征在于所述方法進(jìn)一步包括一個根據(jù)其所屬的編解碼器類別來標(biāo)記每個數(shù)據(jù)幀的步驟。
6.按照權(quán)利要求1的方法，特征在于每一個所述的復(fù)用的信元具有一個首部，按照屬于所述復(fù)用信元的數(shù)據(jù)幀的編解碼器類別來標(biāo)記所述首部。
7.按照權(quán)利要求1的方法，特征在于數(shù)據(jù)幀是語音幀，同時所述數(shù)據(jù)取樣是語音取樣。
全文摘要
一種在因特網(wǎng)協(xié)議(IP)支持網(wǎng)絡(luò)(1)的兩個網(wǎng)絡(luò)單元(3、4)之間為優(yōu)化數(shù)據(jù)幀、特別是語音幀傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)用的方法。所述數(shù)據(jù)幀借助于編解碼器從數(shù)據(jù)取樣、特別是語音取樣中獲得，該數(shù)據(jù)取樣是數(shù)據(jù)化的、同時一個數(shù)據(jù)幀首部被加入，數(shù)據(jù)取樣通過編解碼器(5A、5B)產(chǎn)生，所述編解碼器具有用于其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)幀的不同的口－耳傳輸延遲估算，該方法包括步驟－按照產(chǎn)生數(shù)據(jù)取樣的編解碼器為所述每一個數(shù)據(jù)幀劃分編解碼器類別，每一個編解碼器類別對應(yīng)于用于數(shù)據(jù)幀的口－耳傳輸延遲估算范圍；－按照它們的編解碼器類別中挑選出數(shù)據(jù)幀；－從具有一個相同的編解碼器種類的數(shù)據(jù)幀中產(chǎn)生復(fù)用的信元，每一個復(fù)用的信元通過對一個預(yù)定量的數(shù)據(jù)取樣進(jìn)行復(fù)用集合獲得；和－在因特網(wǎng)協(xié)議(IP)支持網(wǎng)絡(luò)(1)中從入網(wǎng)路由器(3)傳輸所述復(fù)用的信元到出網(wǎng)路由器(4)。
文檔編號G10L19/00GK1441571SQ0216110
公開日2003年9月10日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者威·萬德伯克, 克里斯蒂安·J·H·G·萬肯 申請人:阿爾卡塔爾公司