專利名稱：在ip多媒體子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)提高用戶服務(wù)質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及IP( Internet Protocol)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS, Quality of Service) 技術(shù)，尤其涉及在IP多媒體子系統(tǒng)(IMS, IP Multimedia System)中，對于 會話邊界控制器(SBC， Session Boundary Controller)、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能 實(shí)體(MGF, Media Gateway Function)、邊界網(wǎng)關(guān)(BGW, Border Gateway) 等網(wǎng)元在4某體層面實(shí)現(xiàn)提高用戶服務(wù)質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
隨著IMS的興起與高速發(fā)展，IMS希望在任何地方與任何時間利用蜂 窩技術(shù)提供因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的優(yōu)勢得到了極大的推廣，分組交換技術(shù)以其高效率 的優(yōu)勢逐漸取代電路交換技術(shù)。但是，分組交換技術(shù)提供實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)的 同時，也經(jīng)受著極大的安全性風(fēng)險及服務(wù)質(zhì)量(QoS， Quality of Service)的 挑戰(zhàn)。IMS主要在分組域創(chuàng)造一個這樣的環(huán)境任何業(yè)務(wù)在進(jìn)行過程中都有 很大的靈活性，這種靈活性也給安全機(jī)制的保障帶來了巨大的挑戰(zhàn)。IMS結(jié) 構(gòu)是一個通過標(biāo)準(zhǔn)化接口連接的功能的集合，應(yīng)用者可以自由地將兩種功能 結(jié)合在一個節(jié)點(diǎn)中，也可以把一種功能拆分在多個節(jié)點(diǎn)中。其中，IMS中i某 體網(wǎng)關(guān)以及邊界會話控制器這類網(wǎng)元在實(shí)現(xiàn)會話級流量控制上的均衡策略， 逐漸引起了人們的關(guān)注。IMS中SBC提供電路交換(CS, Circuit Switch)網(wǎng)絡(luò)和IMS之間的用 戶平面連接，它的終結(jié)來自CS網(wǎng)絡(luò)的承載信道和來自各骨干網(wǎng)(例如，IP 網(wǎng)絡(luò)中的RTP流或者ATM骨千網(wǎng)中的AAL2/ATM連接)的媒體流；SBC 就是用于執(zhí)行這些終結(jié)之間的轉(zhuǎn)換，并且在需要時為用戶平面進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換 和信號處理。IMS選擇會話初始協(xié)議(SIP， Session Initial Protocol)作為會 話控制協(xié)議，是因?yàn)镾IP很容易創(chuàng)建一個新的具有更大承載能力的業(yè)務(wù)，故 將其應(yīng)用于IMS-SBC上。IMS-SBC利用動態(tài)甄別技術(shù)，在會話建立初期為
呼叫會話動態(tài)分配資源，建立呼叫端到被呼叫端的信道資源，該資源一旦被 分配，便不被其它會話分享，且具有唯一性，直到該會話釋放。呼叫過程中分配的端口資源固定不能動態(tài)變化，且每路會話上沒有流量控制的概念；在 呼叫結(jié)束后動態(tài)釋放為該會話分配的資源，使得這些資源可以循環(huán)再裙—新的 呼叫利用。信道建立后呼叫端的媒體報文依照該信道的資源模式被進(jìn)行相應(yīng) 的轉(zhuǎn)發(fā)或者是丟棄處理， 一條信道唯一映射一路呼叫方與被呼叫方，其它媒 體報文一旦發(fā)送到該信道上便被予以丟棄；信道被釋放后，原來呼叫兩側(cè)的 終端繼續(xù)按照原來的路徑發(fā)送的媒體報文亦被予以丟棄。每個設(shè)備(或網(wǎng)元)都有自己的容量。IMS-SBC的最大容量從注冊用 戶方面講，支持最大的呼叫路數(shù)；從設(shè)備網(wǎng)口媒體包的轉(zhuǎn)發(fā)方面講，網(wǎng)口有 最大的轉(zhuǎn)發(fā)容量?；谀壳皹I(yè)界的SBC在實(shí)現(xiàn)過程中沒有考慮到流量的分 配問題，如果當(dāng)前的注冊用戶數(shù)到達(dá)一定值M,即M路用戶，若每路用戶 一起發(fā)媒體的流量為N，則當(dāng)M*N的流量值超過了設(shè)備網(wǎng)口的最大流量時， 會出現(xiàn)有部分媒體包被丟棄而不能被轉(zhuǎn)發(fā)的情況。被丟棄的媒體包存在一定 的隨機(jī)性，如果前面注冊的用戶其媒體報文已經(jīng)占滿的整個設(shè)備的處理帶 寬，可能會導(dǎo)致后來注冊的用戶的一個媒體包也不能被轉(zhuǎn)發(fā)，即該路用戶雖 然在線，但此時在線的是語音，而視頻流不通，即出現(xiàn)用戶在線但得不到充 分服務(wù)的情況。如果希望所有在線用戶都得到服務(wù)，由于一些用戶流量增大， 會導(dǎo)致其他一些用戶流量減小；而因?yàn)槟壳懊襟w報文的包在轉(zhuǎn)發(fā)時沒有優(yōu)先 級的規(guī)定，故對所有的媒體包一視同仁。這樣會造成在信令注冊時是高優(yōu) 先級用戶，在實(shí)際的服務(wù)中卻沒有得到相應(yīng)的服務(wù)待遇，其優(yōu)先級資源被普 通用戶搶占。如圖l所示，是現(xiàn)有的IMS-MGW的組網(wǎng)示意圖。從信令層面上看，注 冊的信令流量并不很大，故信令包一般不會超過設(shè)備的處理包的容量；而從 媒體層面上看，媒體包的流量則是巨大的。由于IMS-MGW對于媒體報文沒 有優(yōu)先級的規(guī)定，這樣，如果注冊的所有用戶終端ITM的媒體流量超過了 IMS-MGW的處理能力，則會發(fā)生媒體流擁塞，使得一些用戶雖然注冊在線 卻又得不到應(yīng)享有的服務(wù)。因此，現(xiàn)有技術(shù)亟待解決IMS網(wǎng)元能夠在4某體層面按用戶優(yōu)先級將用
戶帶寬管理和流量均衡控制細(xì)化，從而有效地實(shí)現(xiàn)按用戶優(yōu)先級為用戶提供 服務(wù)，并為服務(wù)計費(fèi)提供更精確的處理依據(jù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供在IP多媒體子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)提高用戶 服務(wù)質(zhì)量的方法，能夠支持各種方式下的帶寬控制及流量均衡的功能，使用 戶服務(wù)層面細(xì)化，從而有效地實(shí)現(xiàn)按用戶優(yōu)先級對用戶進(jìn)行H務(wù)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種在IP多媒體子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)提高用戶服務(wù)質(zhì)量的方法，適用于IMS網(wǎng)元，包括如下步驟(a) 依據(jù)IMS用戶優(yōu)先級在現(xiàn)有機(jī)制上增加單路呼叫的帶寬資源管理 及^ 某體流量控制機(jī)制；(b) 對呼叫兩側(cè)的帶寬進(jìn)行協(xié)商，并依照協(xié)商的帶寬值和協(xié)議生成的 通道信息，對呼叫兩側(cè)的媒體報文進(jìn)行過濾，以確保每路媒體流中實(shí)際入網(wǎng) 的流量特性參數(shù)符合帶寬協(xié)商值；(c) 將在帶寬協(xié)商值范圍的所述媒體報文進(jìn)行分類，對不符合匹配規(guī) 則的媒體報文直接發(fā)送；對符合匹配規(guī)則的媒體報文依據(jù)三級令牌桶約定訪 問速率CAR算法進(jìn)行限流處理。進(jìn)一步地，在步驟(a)前包括步驟在IMS用戶的終端^ 某體層面上引 入用戶優(yōu)先級^f既念。進(jìn)一步地，步驟(b)依據(jù)用戶自定義的帶寬值或是媒體類型當(dāng)前的打 包信息對帶寬進(jìn)行協(xié)商。進(jìn)一步地，打包信息包括打包周期、打包時長或打包類型。進(jìn)一步地，步驟(b)過濾是使用參數(shù)控制功能，設(shè)立對每路々某體流的 監(jiān)測機(jī)制，通過監(jiān)測對屬于超出帶寬協(xié)商值范圍的4某體報文打上非法標(biāo)記， 作為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時首先要丟棄的信元。進(jìn)一步地，步驟(c)不符合匹配規(guī)則的媒體報文為用戶優(yōu)先級別最高 的媒體報文，符合匹配規(guī)則的媒體報文為用戶優(yōu)先級次高級及普通級的媒體 報文。
進(jìn)一步地，步驟(c)限流處理還包括步驟(cl)進(jìn)一步依據(jù)用戶優(yōu)先級別將媒體報文置入相應(yīng)的令牌桶；(c2)根據(jù)令牌桶當(dāng)前的CAR參數(shù)，更新處理媒體報文時刻的令牌桶 當(dāng)前的令牌個數(shù)，若判斷媒體報文長度小于或等于當(dāng)前的令牌個數(shù)，則將媒 體報文從令牌桶轉(zhuǎn)發(fā)，并從當(dāng)前的令牌個數(shù)中減去媒體報文長度；若判斷媒 體報文長度大于當(dāng)前的令牌個數(shù)，則將媒體報文置入下一級令牌桶并返回執(zhí) 行步驟(c2)，或者將媒體報文丟棄。進(jìn)一步地，在步驟(cl)前還包括配置各級令牌桶參數(shù)及CAR參數(shù)的 步驟(cl-l)配置各級令牌桶的最大流量限制根據(jù)IMS網(wǎng)元當(dāng)前流量的最 大媒體處理能力及當(dāng)前并發(fā)的最大呼叫數(shù),確定第三級令牌桶的最大流量 值；根據(jù)第三級令牌桶的最大流量及用戶需求，確定第二級令牌桶的最大流 量值；根據(jù)第二級令牌桶的最大流量和所述用戶需求確定第 一級令牌桶的最 大流量值5(cl-2 )根據(jù)協(xié)商的帶寬值計算獲得令牌桶的令牌添加速率TokenRate;(cl-3)根據(jù)TokenRate，計算獲得令牌桶深度Tokenmax;(ci_4 )根據(jù)TokenRate和Tokenmax計算獲得最大時間粒度Tokenmax。進(jìn)一步地，步驟(c2)更新令牌桶當(dāng)前的令牌個數(shù)包括以下流程步驟 (c2-l)根據(jù)當(dāng)前媒體報文到達(dá)的時刻與上次處理的媒體報文的時刻， 計算時間粒度DdtaTick;(c2-2)若DeltaTick大于Tickmax,則將令牌桶當(dāng)前的令牌個數(shù) TokenNew更新為Tokenmax，并結(jié)束流程；(c2-3 )若DeltaTick小于或等于Tickmax,則計算TokenNew等于當(dāng)前新增加的令牌數(shù)與當(dāng)前累積的令牌數(shù)相加；(c2-4)若計算出的TokenNew大于Tokenmax，則更新TokenNew等于 Tokenmax,并結(jié)束流程；若計算出的TokenNew小于或等于Tokenmax,則 保持計算出的TokenNew不變。進(jìn)一步地，協(xié)議生成的通道信息包括轉(zhuǎn)發(fā)信息、該路用戶的優(yōu)先級、
協(xié)商的帶寬值、是否限制速率、是否經(jīng)過三級令牌桶以及從各級令牌桶進(jìn)入 其下一級牌桶的策略。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，將媒體的QoS引入了單路呼叫，即在媒體層面上引入用戶優(yōu)先級概念，并據(jù)此在單路呼叫引入帶寬控制及對媒體報文流量進(jìn)行分類處理，將符合匹配規(guī)則的媒體報文通過三色令牌桶CAR算法 進(jìn)行突發(fā)流量的平整及緩沖，使受控的粒度縮小，因而能夠根據(jù)用戶優(yōu)先級 來識別用戶配置，以此提供相應(yīng)的服務(wù)。再有，可以實(shí)現(xiàn)更精確的數(shù)據(jù)采集 與數(shù)據(jù)的實(shí)時轉(zhuǎn)發(fā)，特別是對于以流量進(jìn)行計費(fèi)的服務(wù)模式下，為IMS以 具體流統(tǒng)計服務(wù)方面提供依據(jù)。


圖1是現(xiàn)有的IMS-MGW組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明對現(xiàn)有的IMS-MGW組網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)的示意圖；圖2a是利用三色令牌桶CAR算法對媒體報文進(jìn)行限流控制的示意圖；圖3是本發(fā)明的方法根據(jù)三色令牌桶原理進(jìn)行媒體限流操作流程圖；圖4是本發(fā)明的方法進(jìn)行更新當(dāng)前令牌個數(shù)操作流程圖；圖5是本發(fā)明的方法進(jìn)行更新時間粒度操作流程圖。
具體實(shí)施方式
由于IMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流量集中于用戶媒體層面上的媒體包流量，故本發(fā) 明在用戶終端的媒體層面上引入用戶優(yōu)先級概念，使高優(yōu)先級用戶可以得到 大流量的媒體帶寬服務(wù)，并將最大注冊的用戶數(shù)所并發(fā)的媒體流限定在設(shè)備 的最大容量上。因此，本發(fā)明在現(xiàn)有的機(jī)制上增加單路呼叫的帶寬資源管理 及媒體流量控制，以及是否實(shí)現(xiàn)該帶寬資源管理或是否實(shí)現(xiàn)該流量控制的開 關(guān)。IMS中的網(wǎng)元設(shè)備可以根據(jù)用戶的需求打開或者是關(guān)閉這些開關(guān)。該路 帶寬可以協(xié)商，并依協(xié)商后的帶寬將對呼叫兩端的單方向的媒體報文進(jìn)行過 濾、分類，對符合匹配規(guī)則的媒體報文進(jìn)行流量緩沖、整平及限制操作。由 此使得用戶的服務(wù)層面被細(xì)化，從而有效地實(shí)現(xiàn)按用戶優(yōu)先級對用戶進(jìn)行服
務(wù)，并為服務(wù)計費(fèi)提供了更精確的依據(jù)。下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明在用戶終端的^某體層面上引入用戶優(yōu)先級概念，使高優(yōu)先級用戶 可以得到大流量的媒體帶寬服務(wù)，如圖2所示，并將最大注冊的用戶數(shù)所并 發(fā)的媒體流限定在設(shè)備的最大容量上。本發(fā)明提供的在IP多媒體子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)提高用戶服務(wù)質(zhì)量的方法，適用于IMS中的網(wǎng)元，包括步驟(a) 在用戶終端的媒體層面上引入用戶優(yōu)先級概念，并依用戶優(yōu)先級 在現(xiàn)有機(jī)制上增加單路呼叫的帶寬資源管理和及媒體流量控制機(jī)制；(b) 對呼叫兩側(cè)的帶寬進(jìn)行協(xié)商，并依照協(xié)商的帶寬值和協(xié)議生成的 通道信息，對所述呼叫兩側(cè)的媒體報文進(jìn)行過濾，以確保每路媒體流中實(shí)際 入網(wǎng)的流量特性參數(shù)符合帶寬協(xié)商值；(c) 將過濾合法的媒體報文再進(jìn)行分類，對不符合匹配規(guī)則的媒體報 文直接發(fā)送；對符合匹配規(guī)則的媒體報文依據(jù)三級令牌桶約定訪問速率 CAR算法進(jìn)行限流處理。目前在業(yè)界動態(tài)甄別技術(shù)， 一般是地址到地址的映射，IMS中的網(wǎng)元， 譬如IMS-MGW作為單邊會話方的發(fā)啟者與終結(jié)者，動態(tài)地為創(chuàng)建的會話分 配相關(guān)的地址信息，依據(jù)基本5元組信息將呼叫端與被呼叫端綁定，包括 呼叫端(ip地址+端口 port) \ IMS-MGW入口 ( ip + port) \ IMS-MGW出 口 (ip + port) V陂呼叫端(ip + port) \protocol 。呼叫^皮綁定后的士某體流， 只有完全符合上述基本5元組信息的才可以通過，而只要其中有一項(xiàng)不符合 都不予轉(zhuǎn)發(fā)。 一路呼叫的映射關(guān)系建立后，?；畹綍捊Y(jié)束。本發(fā)明在上述基本5元組信息的基礎(chǔ)上，增加對呼叫兩側(cè)的帶寬資源管 理和是否實(shí)現(xiàn)該帶寬資源管理開關(guān)，并增加々某體流量控制以及是否實(shí)現(xiàn)該流 量控制的開關(guān)。IMS-MGW根據(jù)用戶的優(yōu)先級或用戶服務(wù)級別，來確定進(jìn)行 帶寬管理和流量控制的策略，即選擇打開或者是關(guān)閉這些開關(guān)。對呼叫兩側(cè) 的帶寬可以進(jìn)行協(xié)商，該協(xié)商依據(jù)用戶自定義的帶寬值或是媒體類型當(dāng)前的 打包周期PACKED PERID、打包時長PACKED CYCLE或打包類型PACKE TYPE進(jìn)行。IMS-MGW依照協(xié)商的帶寬，對于該帶寬下要通過的媒體報文進(jìn)行過 濾，具體來講，就是運(yùn)用UPC (Using Parameter Control使用參數(shù)控制)功 能，對每路媒體流設(shè)立監(jiān)測與限制機(jī)制，以確保每路媒體流中實(shí)際入網(wǎng)的流 量特性參數(shù)符合協(xié)商值。目前UPC中的限制措施主要是對屬于超越協(xié)商值 的那部分流量的信元打上非法標(biāo)記，表示這部分信元的服務(wù)質(zhì)量不能保證， 一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞首先丟棄這類信元，譬如直接將其置入PCR。關(guān)于媒體流的監(jiān)測，不同的媒體包由于打包類型與編碼格式不一樣， 導(dǎo)致流量的計算公式不一致，媒體類型有語音流、視頻流、還支持?jǐn)?shù)據(jù)流； 語骨流 因?yàn)椴煌慕K端設(shè)備也會不同的編碼格式，譬如用g.729編碼，并在 ethernet網(wǎng)上傳輸。以下舉例說明々某體包的流量計算法則以下對一路媒體(譬如話音)需要多大帶寬進(jìn)行計算，以估計各種不同 編碼方式下的媒體所需要的帶寬閥值g.729每路話音是8kbit/s,那么開始轉(zhuǎn)換，8kbps x 1000 = 8000bps;g.729每秒需要帶寬8000bps / 8 = 1000 bytes/s;如果默認(rèn)都是每20ms的話音封成一個包(packet)，則可以算出每秒 內(nèi)發(fā)送多少個packet: ls/20ms-50個；即g.729每20ms需要的帶寬為1000bytes/s / 50 = 20bytes/s;之后以太網(wǎng)幀頭為6-byte, ip包頭20-byte， udp包頭8-byte, rtp包頭 12-byte，這樣，再加上g.729的payload (即媒體數(shù)據(jù)載荷)為20bytes,亦 即每20ms就要產(chǎn)生一個6 + 20 + 8 + 12 + 20 = 66-byte長度的幀，那么每秒 就要發(fā)送50個66-byte,等于3300-byte;轉(zhuǎn)成kbit/s: 3300byte/s * 8/1000 = 26.4kbit/s，最終得出g.729 —路話音占用帶寬(包括layer2 header)為 26.4kbps 。根據(jù)預(yù)設(shè)的匹配規(guī)則再對媒體報文進(jìn)行分類，不符合匹配規(guī)則的報文 (譬如優(yōu)先級別很高的用戶)直接發(fā)送；符合匹配規(guī)則的報文(譬如一般優(yōu)
先級別的用戶)經(jīng)三色令牌桶CAR算法進(jìn)行流量緩沖、整平及限制處理。關(guān)于用戶優(yōu)先級別，通常有優(yōu)先級最高級、次高級以及普通級之分。其中，優(yōu)先級最高級適合緊急呼叫用戶、貴賓級(VIP, Very Important Person) 用戶等；優(yōu)先級次高級適用于白名單用戶等，優(yōu)先級普通級則適用于普通白 名單用戶等。在此，有必要首先對三色令牌桶算法原理進(jìn)行介紹。所謂令牌桶是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的內(nèi)部存儲池，而令牌則是以給定速率填充令牌 桶的虛擬信息包。每個到達(dá)的令牌都會從數(shù)據(jù)隊列領(lǐng)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā) 送，發(fā)送完數(shù)據(jù)后令牌被刪除。假設(shè)一有限容量的漏桶(桶的深度對應(yīng)某種流量參數(shù)，譬如令牌的產(chǎn)生 速率等)，到達(dá)的信元(報文)進(jìn)入漏桶，經(jīng)漏桶滲漏后輸出到網(wǎng)絡(luò)。該漏 桶以每單位時間一個容量單位的連續(xù)速率向外滲漏(該速率對應(yīng)于某種業(yè)務(wù)的信元速率參數(shù)，譬如令牌的產(chǎn)生速率、峰值信息速率等)，同時每當(dāng)一個 信元到達(dá)時，則桶容量加l。當(dāng)信元到達(dá)速率超過漏桶滲漏速率時，連續(xù)累 積的信元會使漏桶充滿，這時如果還有信元到達(dá)該漏桶，則該信元就會溢出 漏桶(即進(jìn)行漏桶溢出處理)，該信元即是違約信元。三色令牌桶，實(shí)質(zhì)為三級漏桶處理，如圖2a所示。第一級漏桶為紅色 令牌桶(PCR),第二級漏桶為黃色令牌桶(SCR),第三級漏桶為綠色令 牌桶(TCR)。三色令牌桶算法，是一種通過采用三級令牌桶約定訪問速率(CAR, Conformed Access Rate)的算法處理，來達(dá)到限制媒體流量的貝的。先根據(jù) 預(yù)設(shè)的匹配規(guī)則先對媒體報文進(jìn)行分類，不符合匹配規(guī)則的報文不需要經(jīng)過 令牌桶的處理,直接發(fā)送；符合匹配規(guī)則的報文，則需要經(jīng)三色令牌桶處理。 當(dāng)桶中有足夠的令牌，則報文可以被繼續(xù)發(fā)送下去，同時令牌桶中的令牌量 按報文的長度相應(yīng)地減少；當(dāng)令牌桶中的令牌不足時，報文就不能被發(fā)送， 只有等到桶中生成了新的令牌，報文才可以發(fā)送。這就可以限制報文的流量 只能是小于等于令牌生成的速度，達(dá)到限制報文流量的目的。紅、黃、綠每個令牌桶有自己的令牌大小，即桶深(最大令牌數(shù)Tokenmax),其限定了每次媒體包能通過的最大數(shù)據(jù)長度。根據(jù)一路帶寬 的帶寬值與當(dāng)前處理芯片的性能(譬如運(yùn)行速度)可以計算該桶深，依此對 報文的流量進(jìn)行均衡控制。對于進(jìn)入不同令牌桶的媒體報文分別做不同的處理(1) 紅色令牌桶(PCR)處理對于進(jìn)入紅色令牌桶的報文，根據(jù)用 戶配置進(jìn)行違約報文的定時丟包處理，定時器的長度取決于該路用戶的優(yōu)先 級與分配的服務(wù)等級；(2) 黃色令牌桶(SCR)處理對于進(jìn)入黃色令牌桶的報文，根據(jù)用 戶配置將違約報文定時轉(zhuǎn)移到紅色令牌桶，定時器的長度取決于該路用戶的 優(yōu)先級與分配的服務(wù)等級；(3) 綠色令牌桶(TCR)處理對于進(jìn)入綠色令牌桶的信元，根據(jù)用 戶配置將違約報文定時轉(zhuǎn)移到黃色令牌桶，定時器的長度取決于該路用戶的 優(yōu)先級與分配的服務(wù)等級。每種不同的處理方式均可以提供人機(jī)命令接口，即系統(tǒng)通過人工干預(yù)的 方式提供對處理的靈活配置，譬如根據(jù)用戶優(yōu)先級別來配置是否經(jīng)過三色令 牌桶處理，以及是直接置入PCR,還是分別先置入TCR或SCR。這種機(jī)制 對于單路用戶根據(jù)其服務(wù)特性及優(yōu)先級，作為未來IMS實(shí)現(xiàn)QoS細(xì)化的一 種手段，可以精確地為每一路媒體進(jìn)行不同的配置，從而為々某體多元化服務(wù) 提供了平臺，有效解決了目前的無法在J 某體層面區(qū)分用戶優(yōu)先級的問題。本 發(fā)明借鑒三色標(biāo)簽實(shí)施的三級令牌桶機(jī)制，能夠有效地限制溢出帶寬，平整 突發(fā)流量，且算法流程簡單，靈活地適應(yīng)于各種網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境與用戶的要求。本發(fā)明提供的IP多媒體子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對單路用戶限流訪問的方法，用于 根據(jù)用戶的優(yōu)先級為用戶提供服務(wù)，其基本思想是以分級(三級)流量為控 制目標(biāo)，每級的流量運(yùn)算以該級令牌桶的CAR算法為核心。(a)分類媒體包；對于每路呼叫收到的媒體包，首先按照協(xié)議生成的 通道信息對媒體包進(jìn)行分類，確定是否需要對其實(shí)行限流控制，若需要則再 對其進(jìn)行過濾，以確保每路媒體流中實(shí)際入網(wǎng)的流量特性參數(shù)符合協(xié)商值； 通過過濾合法的i某體報文才允許進(jìn)入相應(yīng)的令牌桶入口 ； 協(xié)議帶下來的通道信息不僅攜帶轉(zhuǎn)發(fā)信息，同時還攜帶該路媒體的優(yōu) 先級，協(xié)商的帶寬，是否限制速率、是否經(jīng)過TCR、 SCR及PCR,從TCR 進(jìn)入SCR的策略，以及從SCR進(jìn)入PCR的策略。(b) 配置各級令牌桶CAR參數(shù)，即最大流量限制、桶深(Tokenmax， 最大令牌數(shù))等；對于綠色令牌桶(TCR),該桶的最大流量限制值為設(shè)備當(dāng)前流量的 最大媒體處理能力/當(dāng)前并發(fā)的最大呼叫數(shù)；黃色令牌桶(SCR)的最大流 量限制值為綠色令牌桶最大流量限制值*化紅色令牌桶(PCR)的最大流 量限制值為黃色令牌桶最大流量限制值申M; N與M的值應(yīng)用在不同的場 景下，可以根據(jù)用戶的需求(譬如，用戶的服務(wù)特性等)來配置，并根據(jù)用 戶配置的帶寬值生成具體執(zhí)行的參數(shù)。根據(jù)媒體包協(xié)商的帶寬值(一般以bps為單位)計算CAR參數(shù)(1) 每個桶的令牌添加速率TokenRate=帶寬值/(8*1000 * G); 其中，G:0.8為調(diào)整系數(shù)；(2) 再根據(jù)TokenRate,來計算每個桶深(Tokenmax):Tokenmax (Byte)=間隔時間(s) *設(shè)定的速率(byte/s ),其限定了每 次數(shù)據(jù)包能通過的最大數(shù)據(jù)長度，建議采用下面的公式計算Tokenmax=1.5 (s) * TokenRate (byte/s);(3 )計算最大時間粒度Tickmax= Tokenmax / TokenRate。(c) 對需要進(jìn)行限流控制的媒體流依據(jù)令牌桶CAR算法進(jìn)行處理；受控的該路媒體包到達(dá)相應(yīng)的令牌桶入口 ，根據(jù)該令牌桶當(dāng)前的參數(shù)， 即最大流量限制值、令牌添加速率(TokenRate)以及CAR算法判斷對該媒 體包的處理，如果該媒體包沒有超過該令牌桶深度則走轉(zhuǎn)發(fā)流程，如果該媒 體包超過令牌桶深度，則走進(jìn)入下 一級令牌桶或被丟棄流程。上述三色令牌桶CAR的算法流程應(yīng)用于各種不同硬件時，具體參數(shù)不 同。圖3所示的CAR的算法流程是以IQ族(IQ2000, IQ2200 )的網(wǎng)絡(luò)處理
器為應(yīng)用實(shí)例加以i兌明，該流程包括以下步驟301: CAR適應(yīng)適配，即根據(jù)預(yù)設(shè)的匹配規(guī)則先對々某體報文進(jìn)行分類， 不符合匹配規(guī)則的報文不需要經(jīng)過令牌桶的處理，直接發(fā)送；符合匹配規(guī)則 的報文，則需要經(jīng)令牌桶算法處理；302:讀出CAR內(nèi)容，包括上次媒體包限流時間、當(dāng)前令牌桶內(nèi)令牌 個數(shù)以及該令牌桶的令牌添加速率TokenRate;利用這些參數(shù)可以更新處理 媒體包時刻的令牌桶當(dāng)前的令牌個數(shù)(TokenNew,參見圖4);303:判斷當(dāng)前的媒體報文(媒體包長)是否小于令牌桶當(dāng)前的令牌個 數(shù)(即Token-媒體包長^));若是，執(zhí)行步驟304;若否執(zhí)行步驟306;304:表明該媒體報文在當(dāng)前時刻是順行流量，則更新當(dāng)前媒體包經(jīng)過 流量限制后的相關(guān)CAR參數(shù)(令牌桶轉(zhuǎn)發(fā)計數(shù))；305:根據(jù)該路媒體信息轉(zhuǎn)發(fā)該媒體包，流程結(jié)束；306:表明該媒體報文在當(dāng)前時刻是溢出限制流量的，則回退當(dāng)前的令 牌數(shù)目；307:更新當(dāng)前媒體報文經(jīng)過流量限制后的相關(guān)CAR參數(shù)(令牌桶溢出 計數(shù))；308:將該報文進(jìn)行流量溢出處理(媒體包在綠色令牌桶時進(jìn)入黃色令 牌桶以限制流量，4某體包在黃色令牌桶時進(jìn)入紅色令牌桶以限制流量，J 某體 包在紅色令牌桶時則進(jìn)行丟包處理)。本發(fā)明方法的CAR算法流程中更新當(dāng)前令牌桶內(nèi)令牌個數(shù)(即圖3流 程步驟302 )的流程，如圖4所示，即圖3所示流程步驟302的詳細(xì)流程， 包括以下步驟401:根據(jù)當(dāng)前媒體包到達(dá)的時刻與上次處理的媒體包的時刻計算更新 時間粒度DeltaTick,并讀取最大時間粒度Tickmax;402:判斷DeltaTick是否大于Tickmax,若是，執(zhí)行步驟403;若否執(zhí) 行步驟404;403:更新令牌桶的即時令牌數(shù)TokenNew等于該令牌桶深度Tokenmax，
結(jié)束流程；404:更新當(dāng)前新增令牌數(shù)Token為當(dāng)前的時間粒度乘以該桶的令牌添 加速率TokenRate (每個令牌桶由于深度不同，添加令牌的速率也不同)；405:更新當(dāng)前包處理時的即時令牌值TokenNew為當(dāng)前新增令牌數(shù) Token加上當(dāng)前累積的令牌數(shù)TokenOld;406:判斷當(dāng)前TokenNew是否小于桶深度Tokenmax,若是結(jié)束流程； 若否則返回步驟403執(zhí)行。如圖5所示，表示的是更新時間粒度流程圖，即圖4所示流程中步驟 401的詳細(xì)流程，包括以下步驟501:從硬件時鐘上讀取當(dāng)前媒體包進(jìn)行限流處理的時刻(在網(wǎng)絡(luò)處理 器上從硬件時鐘獲得的值取反，因?yàn)樵摃r鐘是遞減的)，再讀取當(dāng)前軟件時 鐘(自己維護(hù))，一般該軟件時鐘值為64位不會溢出，分高32位NewTick—H32 與低32位NewTick—L32;502:判斷如果軟件時鐘NewTick一L32是否大于硬件時鐘，若是執(zhí)行步 驟503;若否，保持軟件時鐘不變，并執(zhí)行步驟504;503:將軟件時鐘NewTick—H32加1;504:求當(dāng)前包處理時刻N(yùn)ewTick與上次處理時刻OldTick的時間間隔 DteltaTick=NewTick-01dTick;505:判斷該時間間隔DteltaTick高位是否大于1 是則執(zhí)行506;否則 執(zhí)行507;506:更新該時間間隔DteltaTicl^Tickmax,而后執(zhí)行步驟510; 507:判斷該時間間隔DteltaTick是否為正值？是則是執(zhí)行508;否則執(zhí) 行509;508:判斷該時間間隔DteltaTick是否等于O 是則執(zhí)行510,否則返回 506執(zhí)行；509:將該時間間隔DteltaTick取反變?yōu)檎担?10:保持該時間間隔DteltaTick值為當(dāng)前時間粒度；511:判斷是否需要更新軟件時鐘？是則執(zhí)行512,否則結(jié)束流程; 512:更新軟件時鐘，結(jié)束流程。綜上所述，由于本發(fā)明能夠在士某體層面上引入用戶優(yōu)先級概念，并據(jù)此 在單路呼叫引入帶寬控制，以及對媒體報文流量按用戶優(yōu)先級進(jìn)行分類處 理，將符合匹配規(guī)則的媒體報文通過三色令牌桶CAR算法進(jìn)行突發(fā)流量的 平整及緩沖，使得用戶的服務(wù)層面被細(xì)化，從而能夠有效地實(shí)現(xiàn)按用戶優(yōu)先 級為用戶提供服務(wù)，并為服務(wù)計費(fèi)提供了更精確的依據(jù)。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的 形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種在IP多媒體子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)提高用戶服務(wù)質(zhì)量的方法，適用于IP多媒體子系統(tǒng)IMS網(wǎng)元，所述方法包括如下步驟(a)依據(jù)IMS用戶優(yōu)先級在現(xiàn)有機(jī)制上增加單路呼叫的帶寬資源管理及媒體流量控制機(jī)制；(b)對所述呼叫兩側(cè)的帶寬進(jìn)行協(xié)商，并依照協(xié)商的帶寬值和協(xié)議生成的通道信息，對所述呼叫兩側(cè)的媒體報文進(jìn)行過濾，以確保每路媒體流中實(shí)際入網(wǎng)的流量特性參數(shù)符合帶寬協(xié)商值；(c)將在所述帶寬協(xié)商值范圍的所述媒體報文進(jìn)行分類，對不符合匹配規(guī)則的所述媒體報文直接發(fā)送；對符合所述匹配規(guī)則的所述媒體報文依據(jù)三級令牌桶約定訪問速率CAR算法進(jìn)行限流處理。
2、 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(a)前包括步驟
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(b)依據(jù)用戶 自定義的帶寬值或是纟某體類型當(dāng)前的打包信息對所述帶寬進(jìn)行協(xié)商。
4、 按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述打包信息包括打包 周期、打包時長或打包類型。
5、 按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(b)所述過濾 是使用參數(shù)控制功能，設(shè)立對所述每路々某體流的監(jiān)測機(jī)制，通過所述監(jiān)測對 屬于超出所述帶寬協(xié)商值范圍的所述媒體報文打上非法標(biāo)記，作為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生 擁塞時首先要丟棄的信元。
6、 按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(c)所述不符 合匹配規(guī)則的所述媒體報文為用戶優(yōu)先級別最高的所述媒體報文，所述符合 匹配規(guī)則的所述媒體報文為用戶優(yōu)先級次高級及普通級的所述媒體報文。
7、<按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(c)所述限流 處理還包括步驟(cl)進(jìn)一步依據(jù)用戶優(yōu)先級別將所述媒體報文置入相應(yīng)的令牌桶；(c2)根據(jù)所述令牌桶當(dāng)前的所述CAR參數(shù)，更新處理所述媒體報文 時刻的所述令牌桶當(dāng)前的令牌個數(shù)，若判斷所述媒體報文長度小于或等于所 述當(dāng)前的令牌個數(shù)，則將所述媒體報文從所述令牌桶轉(zhuǎn)發(fā)，并從所述當(dāng)前的 令牌個數(shù)中減去所述》某體報文長度；若判斷所述媒體報文長度大于所述當(dāng)前 的令牌個數(shù)，則將所述媒體報文置入下一級令牌桶并返回執(zhí)行步驟(c2), 或者將所述媒體報文丟棄。
8、 按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟(cl)前還包括 配置各級所述令牌桶參數(shù)及所述CAR參數(shù)的步驟(cl-l )配置各級所述令牌桶的最大流量限制根據(jù)所述IMS網(wǎng)元當(dāng)前 流量的最大媒體處理能力及當(dāng)前并發(fā)的最大呼叫數(shù)，確定第三級令牌桶的最 大流量值；根據(jù)所述第三級令牌桶的最大流量及用戶需求，確定第二級令牌 桶的最大流量值；根據(jù)所述第二級令牌桶的最大流量和所述用戶需求確定第 一級令牌桶的最大流量值；(cl-2 )根據(jù)所述協(xié)商的帶寬值計算獲得所述令牌桶的令牌添加速率 TokcnRate;(cl-3)根據(jù)所述TokenRate，計算獲得所述令牌桶深度Tokenmax;(cl-4)根據(jù)所述TokenRate和所述Tokenmax計算獲得最大時間粒度 Tokenmax。
9、 按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(c2)所述更新令 牌桶當(dāng)前的令牌個數(shù)包括以下流程步驟(c2-l)根據(jù)當(dāng)前所述媒體報文到達(dá)的時刻與上次處理的所述媒體報文 的時刻，計算時間粒度DeltaTick;(c2-2 )若所述DeltaTick大于所述Tickmax,則將所述令牌桶當(dāng)前的令 牌個數(shù)TokenNew更新為所述Tokenmax，并結(jié)束流程；(c2_3 )若所述DeltaTick小于或等于所述Tickmax,則計算所述 TokenNew等于當(dāng)前新增加的令牌數(shù)與當(dāng)前累積的令牌數(shù)相加；(c2-4)若計算出的所述TokenNew大于所述Tokenmax,則更新所述TokenNew等于所述Tokenmax,并結(jié)束流程；若計算出的所述TokenNew小 于或等于所述Tokenmax,則保持計算出的所述TokenNew不變。
10、按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述協(xié)議生成的通道信 息包括轉(zhuǎn)發(fā)信息、該路用戶的優(yōu)先級、協(xié)商的帶寬值、是否限制速率、是 否經(jīng)過所述三級令牌桶以及從各級所述令牌桶進(jìn)入其下 一級所述令牌桶的 策略。
全文摘要
一種IMS網(wǎng)元用于提高用戶服務(wù)質(zhì)量的方法，包括步驟(a)依據(jù)IMS用戶優(yōu)先級在現(xiàn)有機(jī)制上增加單路呼叫的帶寬資源管理及媒體流量控制機(jī)制；(b)對呼叫兩側(cè)的帶寬進(jìn)行協(xié)商，并依協(xié)商的帶寬值和協(xié)議生成的通道信息，對呼叫兩側(cè)的媒體報文進(jìn)行過濾，以確保每路媒體流中實(shí)際入網(wǎng)的流量特性參數(shù)符合帶寬協(xié)商值；(c)將在帶寬協(xié)商值范圍的媒體報文進(jìn)行分類，對不符合匹配規(guī)則的媒體報文直接發(fā)送；對符合匹配規(guī)則的媒體報文依據(jù)三色令牌桶CAR算法進(jìn)行限流處理。本發(fā)明能夠有效地實(shí)現(xiàn)按用戶優(yōu)先級為用戶提供服務(wù)，并為服務(wù)計費(fèi)提供更精確的處理依據(jù)。
文檔編號H04L12/56GK101159675SQ20071016657
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者勤 任 申請人:中興通訊股份有限公司