專利名稱：控制網(wǎng)絡(luò)上的音頻通信的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制網(wǎng)絡(luò)上的音頻通信的方法，具體地說，涉及VoIP系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基于因特網(wǎng)協(xié)議的語(yǔ)音傳輸(VoIP)的特征在于如下事實(shí)發(fā)送方編譯連續(xù)音頻流(PCM每125微秒1字節(jié))，然后將此音頻流打包成分組，并通過局域網(wǎng)(LAN)接口發(fā)送這些分組，但是不限于在LAN中使用。根據(jù)編碼方式，存在對(duì)分組大小的不同最小值要求(G.7111字節(jié)；G.723.1240字節(jié)；G.729A80字節(jié))。為減少所需的帶寬，發(fā)送方還可發(fā)送包含多個(gè)此最小長(zhǎng)度的分組。
接收方依次接收經(jīng)過LAN接口的分組，并將它們重新轉(zhuǎn)換為連續(xù)音頻流。音頻流的這種轉(zhuǎn)換(以及如果合適的壓縮)一般由稱為數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的器件來執(zhí)行，而在DSP與LAN接口之間的分組傳輸由中央處理器(CPU)來執(zhí)行。
CPU上的負(fù)荷不取決于分組類型，而僅取決于這些分組到達(dá)的速率。分組大小越小，分組速率越高，因此CPU負(fù)荷以及帶寬要求也越高。另一方面，分組速率越高，嘴到耳的延遲越小，因此用戶的通話質(zhì)量也越好。
在具有大量信道的網(wǎng)關(guān)的情況下，現(xiàn)在的問題是，為了獲得理想的通話質(zhì)量，終端以高分組速率發(fā)送分組，導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)上的CPU負(fù)荷較高，可能太高而使CPU無法應(yīng)付。
目前，沒有用于控制呼入話音分組的速率的設(shè)施，因?yàn)樵趨f(xié)議中只有一個(gè)用于最大分組大小的字段，該最大分組大小對(duì)應(yīng)于最小分組速率。因此，終端的分組速率取決于折衷速率，一方面不使網(wǎng)關(guān)過載，另一方面在兩個(gè)終端直接連接的情況下使通話質(zhì)量盡可能地高。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，一種網(wǎng)絡(luò)包括至少兩個(gè)端點(diǎn)，其中至少一個(gè)端點(diǎn)用作源，而至少一個(gè)端點(diǎn)用作目標(biāo)，控制所述網(wǎng)絡(luò)上的音頻通信的方法包括在源上設(shè)置所需的最大和最小分組大??；在目標(biāo)上設(shè)置所需的最大和最小分組大?。淮_定最小發(fā)送分組大小為源設(shè)置的所需最小值與目標(biāo)設(shè)置的所需最小值中較大的值；在目標(biāo)中將抖動(dòng)緩沖器設(shè)置為針對(duì)所確定的最小發(fā)送分組大小的適當(dāng)大小；以及發(fā)送大小大于或等于所確定的最小發(fā)送分組大小的音頻分組。
本發(fā)明在語(yǔ)音編碼的協(xié)商期間在源和目標(biāo)中都設(shè)置最大分組大小和最小分組大小，并將設(shè)定結(jié)果用信號(hào)通知給發(fā)送音頻通信的源。最大分組大小符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)以確保最小分組速率，此外，確定最小分組大小，以便得到以嘴到耳延遲的形式表示的通話質(zhì)量與資源需求之間的平衡關(guān)系。對(duì)于IP端點(diǎn)，這意味著達(dá)到了可接受的CPU負(fù)荷，以及在網(wǎng)絡(luò)中滿足帶寬要求。用于發(fā)送的最小分組大小不得小于目標(biāo)所設(shè)置的用于接收的最小值。
在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)通知源最小分組大小的增大；以及發(fā)起抖動(dòng)緩沖器的容量的相應(yīng)增大。
如果CPU負(fù)荷看來變得過高，則目標(biāo)在呼叫期間可將此變化通知給源，并在通話中斷期間，增大抖動(dòng)緩沖器的容量。
或者，源通知目標(biāo)最小分組大小的增大；以及目標(biāo)發(fā)起抖動(dòng)緩沖器的容量的相應(yīng)增大。
源也可選擇增大最小分組大小，并將此增大通知目標(biāo)。
源的最小分組大小最好設(shè)置在目標(biāo)所設(shè)置的最小分組大小與最大分組大小之間。
源和目標(biāo)最好包括IP網(wǎng)絡(luò)中的終端、服務(wù)器以及網(wǎng)關(guān)中的任何一個(gè)。
可能存在各種各樣的組合，包括終端用作源而網(wǎng)關(guān)用作目標(biāo)；或者兩個(gè)終端，一個(gè)用作源而另一個(gè)用作目標(biāo)，或者它們的其它組合。
通常，網(wǎng)絡(luò)采用基于因特網(wǎng)協(xié)議的語(yǔ)音傳輸(VoIP)，包括載波VoIP系統(tǒng)。


下面參照

控制包括至少兩個(gè)端點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)上的音頻通信的提供的方法的例子，其中圖1說明采用本發(fā)明的方法在兩個(gè)端點(diǎn)之間消息往來的例子；圖2說明作為分組大小的函數(shù)的主處理器的CPU的利用率；以及圖3說明對(duì)于三種不同編解碼器、作為分組大小的函數(shù)的每個(gè)信道的帶寬要求。
具體實(shí)施例方式
每個(gè)端點(diǎn)(EP)具有兩個(gè)參數(shù)。這些參數(shù)中的第一個(gè)參數(shù)是端點(diǎn)可接收分組的最小分組大小，第二個(gè)參數(shù)是端點(diǎn)可發(fā)送分組的最小分組大小。發(fā)送分組大小不得小于目標(biāo)EP所設(shè)定的最小值，而源EP不得超出它自己的性能極限。因此，源EP則可選擇發(fā)送這樣的分組，其大小范圍是從源EP用于發(fā)送的最小分組大小與目標(biāo)EP用于接收的最小分組大小中較大的值到目標(biāo)EP的用于接收的最大分組大小。
傳統(tǒng)H.323系統(tǒng)通過UDP/IP傳送作為RTP流的音頻數(shù)據(jù)。音頻流的特性經(jīng)由作為終端能力交換程序的一部分的H.245消息、在為音頻流開通邏輯信道的過程中被交換。音頻流參數(shù)之一是每個(gè)分組的最大幀數(shù)。該值表示一個(gè)分組所傳送的最大時(shí)間間隔，因此，也表示分組大小以及音頻源發(fā)送分組的分組速率。源不得超過此參數(shù)所規(guī)定的分組大小，但是可以更頻繁地發(fā)送較小的分組。例如，對(duì)于G.711流，可能已經(jīng)協(xié)商好20毫秒的最大間隔(160幀/分組)，但是源可以選擇每隔10毫秒(80幀/分組)或者甚至更頻繁地發(fā)送分組。
出于QoS的原因，希望較高的分組速率(較小的分組大小)，因?yàn)樵诖饲闆r下，音頻幀以較低延遲發(fā)送，且丟失分組的影響不太嚴(yán)重?？墒?，較小的凈荷大小意味著相對(duì)較高的分組開銷以及較低的帶寬效率。更頻繁的分組到達(dá)還將增加接收機(jī)的處理負(fù)荷。一種實(shí)現(xiàn)必須考慮效率和QoS要求之間的這種權(quán)衡。對(duì)于大型網(wǎng)關(guān)，在高業(yè)務(wù)負(fù)荷期間，分組到達(dá)速率可能變得至關(guān)重要。如果在這種情況下，發(fā)射機(jī)通過加大分組大小來降低分組速率，那么網(wǎng)關(guān)的性能可得到改善，使網(wǎng)關(guān)可以維持較高數(shù)量的呼叫，但存在個(gè)別呼叫的QoS有所下降的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明引入了作為兩個(gè)實(shí)體之間VoIP信令的一部分的最小分組大小表示。在本發(fā)明的一個(gè)例子中，將最小分組大小(最小幀數(shù)/分組)添加到H.245消息中。然后，要求發(fā)送側(cè)發(fā)送分組的頻率不高于此參數(shù)所確定的頻率?？勺鳛榻K端能力的一部分并在邏輯信道信令期間規(guī)定該參數(shù)。另一個(gè)特征是分組大小(即分組速率)對(duì)業(yè)務(wù)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)適應(yīng)的規(guī)定。例如，如果網(wǎng)關(guān)中達(dá)到臨界負(fù)荷，則將以10毫秒/分組的分組大小開始的呼叫提高到30毫秒/分組的大小。對(duì)于這種適應(yīng)，網(wǎng)關(guān)需要一種告知發(fā)送側(cè)暫時(shí)降低其分組速率的裝置，類似于H.245中現(xiàn)有的流量控制機(jī)制。
圖1中，通過舉例說明針對(duì)采用本發(fā)明的方法的VoIP系統(tǒng)中的凈荷來控制接收分組速率。圖1表示了VoIP分組網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)VoIP端點(diǎn)之間用于控制發(fā)送分組大小的典型消息流。端點(diǎn)A1(此例中是網(wǎng)關(guān))向端點(diǎn)B3(此例中是個(gè)人計(jì)算機(jī))發(fā)送呼叫建立消息2。端點(diǎn)B發(fā)回呼叫建立確認(rèn)消息4。VoIP端點(diǎn)可包括網(wǎng)關(guān)、IP電話、PC或服務(wù)器端點(diǎn)上的軟件客戶機(jī)。可使用各種VoIP信令協(xié)議，例如標(biāo)準(zhǔn)H.323[ITU-T建議H.323-基于分組的多媒體通信系統(tǒng)]、標(biāo)準(zhǔn)SIP[RFC3261 SIP-會(huì)話發(fā)起協(xié)議]或者專有VoIP協(xié)議。采用RFC 1889RTP/RTCP-實(shí)時(shí)協(xié)議/實(shí)時(shí)控制協(xié)議通過分組網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。
在圖1的例子中，端點(diǎn)A1是接收方向上的端點(diǎn)(EP)，對(duì)于例如G.711編解碼器，要求具有20毫秒的最小分組大小的音頻媒體流。這在呼叫建立消息(G711PSRvMaxA＝60，G711PSRvMinA＝20)中指明，對(duì)于G.711編解碼器，該EP在接收方向還要求60毫秒的最大分組大小。最小分組大小使EP-A能確保在EP-A中每單位時(shí)間的呼入實(shí)時(shí)協(xié)議(RTP)語(yǔ)音分組的數(shù)量可保持相對(duì)較少，例如在EP-A中為了性能，這樣做可能是必要的。EP-A可以是必須能同時(shí)處理幾個(gè)包括音頻流的呼叫的網(wǎng)關(guān)(每單位時(shí)間要處理的分組越多，對(duì)EP的性能要求就越苛刻)。
對(duì)于本例，EP-B3是具有H.323軟件客戶機(jī)的PC。該P(yáng)C具有足夠的能力，并且通常僅需要能一次處理一個(gè)呼叫(媒體流)。因此，EP-B也提供接收方向上的60毫秒的最大分組大小，但是對(duì)于G.711編解碼器提供10毫秒的最小分組大小，這是相對(duì)較小的分組大小，因?yàn)镋P-B每單位時(shí)間能處理相對(duì)較大數(shù)量的接收分組，這一事實(shí)例如對(duì)端到端延遲有正面影響。在呼叫建立2和呼叫建立確認(rèn)4消息期間，端點(diǎn)1、3將用于G.711編解碼器(但也可以是其它所支持的編解碼器，諸如G.723.1或G.729)的相關(guān)的最小和最大接收分組大小發(fā)信號(hào)通知給對(duì)方端點(diǎn)1、3。本例的呼叫建立確認(rèn)消息是G711PSRvMaxB＝60，G711PSRvMinB＝10。例如，在SIP標(biāo)準(zhǔn)的情況下，例如通過在SIP INVITE或者200-OK消息中的SDP[RFC 2327SDP-會(huì)話描述協(xié)議]中擴(kuò)展的方式，發(fā)信號(hào)通知新參數(shù)。在H.323的情況下，例如通過在H.245標(biāo)準(zhǔn)[ITU-T建議H.245-多媒體通信的控制協(xié)議]中單元音頻能力或一般能力擴(kuò)展的方式，發(fā)信號(hào)通知新參數(shù)。在H.323和SIP標(biāo)準(zhǔn)中，只公開了最大分組大小的細(xì)節(jié)。在SIP標(biāo)準(zhǔn)中，有關(guān)于推薦的分組大小的要素，但這不是強(qiáng)制的。也沒有任何標(biāo)準(zhǔn)包含了最小分組大小的詳細(xì)說明。
本發(fā)明的另一個(gè)特征在于，如果諸如在呼叫建立時(shí)導(dǎo)致定義并發(fā)送初始最小和最大分組大小值的EP中性能情況、網(wǎng)絡(luò)中帶寬等標(biāo)準(zhǔn)在呼叫期間發(fā)生改變，則可能出現(xiàn)包括隨后修改的最小或最大值的能力的重復(fù)交換。這些修改后的值必須受到對(duì)方端點(diǎn)尊重。在SIP系統(tǒng)中，這可以例如通過利用擴(kuò)展的參數(shù)的RFC 3264 SDP提供/應(yīng)答模型[RFC 3264 SDP提供/應(yīng)答模型]發(fā)信號(hào)通知。在H.323系統(tǒng)中，這可以例如通過H.245終端能力設(shè)置消息(具有擴(kuò)展的參數(shù)集)的重復(fù)交換或者在H.460.6標(biāo)準(zhǔn)[ITU-T建議H.460.6-擴(kuò)展的快速連接]中通過擴(kuò)展的快速連接來進(jìn)行。如果接收方在呼叫期間請(qǐng)求發(fā)送方增大分組大小，則為了避免話音中斷，在發(fā)送增大分組大小的請(qǐng)求之前，也必須在通話暫停時(shí)將抖動(dòng)緩沖器增加此增量。或者，發(fā)送方可以通知接收方分組大小在輸出方向上正被增大。此通知隨后被用來在通話暫停時(shí)將抖動(dòng)緩沖器增加此值。
另一種選擇是，為了在服從資源限制的同時(shí)設(shè)置最佳語(yǔ)音質(zhì)量，源EP1、3將從它自己的用于發(fā)送的最小大小以及由對(duì)方EP設(shè)定的用于接收的最小大小中選出的最大可能值選擇作為發(fā)送方向上的分組大小，即，從這兩個(gè)值中選擇較大的值。在一個(gè)示例中，網(wǎng)關(guān)可考慮到通話質(zhì)量來配置，即，用于G.711的分組大小可以被例如從240字節(jié)減少到80字節(jié)，在這種情況下，僅僅支持信道的1/3。此時(shí)，僅能控制自己的發(fā)送方向。
圖2和圖3說明分組速率對(duì)資源的影響。圖2表示了作為分組大小的函數(shù)的主處理器的CPU的利用率。CPU能力利用率不取決于所選的編解碼器。CPU工作負(fù)荷與分組大小成反比，即，如果分組大小減半，則在兩個(gè)分組之間的時(shí)間減半，分組速率以及CPU工作負(fù)荷加倍。
在圖3中，表示了作為分組大小和所選的編解碼器的函數(shù)的以太網(wǎng)中每個(gè)信道的帶寬要求。在壓縮后實(shí)際凈荷數(shù)據(jù)所用的帶寬，在G.711的情況下由曲線5表示為64千比特/秒，在G.729A的情況下由曲線6表示為8千比特/秒，在G.723.1的情況下由曲線7表示為6.4千比特/秒。然而，對(duì)于每個(gè)分組需要如下協(xié)議首標(biāo)RTP 12字節(jié)、UDP 8字節(jié)、IP 20字節(jié)、以太網(wǎng)(包括前同步碼和幀校驗(yàn)序列，但沒有VLAN標(biāo)記)26字節(jié)。該首標(biāo)組成部分增加了根據(jù)分組速率實(shí)際所需的帶寬。
然而，由于編解碼器本身的限制，因此不是所有的分組大小都是可行的。G.729A僅允許10毫秒的倍數(shù)，而G.723.1允許30毫秒的倍數(shù)。因此，圖2中關(guān)于G.729A和G.723.1的曲線6、7是理論上計(jì)算的，因?yàn)槭聦?shí)上只有以方塊或三角表示的離散值可以實(shí)際出現(xiàn)。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了低成本IP網(wǎng)關(guān)解決方案，而不會(huì)喪失在IP電話之間呼叫的高通話質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種控制網(wǎng)絡(luò)上音頻通信的方法，所述網(wǎng)絡(luò)包括至少兩個(gè)端點(diǎn)，其中至少一個(gè)端點(diǎn)作為源，而至少一個(gè)端點(diǎn)作為目標(biāo)，所述方法包括在所述源上設(shè)置所需的最大和最小分組大??；在所述目標(biāo)上設(shè)置所需的最大和最小分組大??；確定最小發(fā)送分組大小為所述源設(shè)置的所述所需最小值與所述目標(biāo)設(shè)置的所述所需最小值中較大的值；在所述目標(biāo)中將抖動(dòng)緩沖器設(shè)置為針對(duì)所述確定的最小發(fā)送分組大小的適當(dāng)大??；以及發(fā)送大小大于或等于所述確定的最小發(fā)送分組大小的音頻分組。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)通知所述源所述最小分組大小的增加；以及發(fā)起所述抖動(dòng)緩沖器的大小的相應(yīng)增加。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述源通知所述目標(biāo)所述最小分組大小的增加；以及所述目標(biāo)發(fā)起所述抖動(dòng)緩沖器的大小的相應(yīng)增加。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述源的所述最小分組大小設(shè)置在所述目標(biāo)所設(shè)置的最小分組大小與最大分組大小之間。
5.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述源包括IP網(wǎng)絡(luò)中的終端、服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)其中之一。
6.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)包括IP網(wǎng)絡(luò)中的終端、服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)其中之一。
7.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)采用基于因特網(wǎng)協(xié)議的語(yǔ)音傳輸(VoIP)。
8.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述音頻通信包括話音通信。
全文摘要
一種控制網(wǎng)絡(luò)上音頻通信的提供的方法，該網(wǎng)絡(luò)包括至少兩個(gè)端點(diǎn)(1、3)，其中至少一個(gè)端點(diǎn)作為源，至少一個(gè)端點(diǎn)作為目標(biāo)，所述方法包括在源上設(shè)置所需的最大和最小分組大小；在目標(biāo)上設(shè)置所需的最大和最小分組大小；確定最小發(fā)送分組大小為源設(shè)置的所需最小值和目標(biāo)設(shè)置的所需最小值中較大的值；在目標(biāo)中把抖動(dòng)緩沖器設(shè)置為針對(duì)所確定的最小發(fā)送分組大小的適當(dāng)大??；以及發(fā)送音頻分組，其大小大于或等于所確定的最小發(fā)送分組大小。
文檔編號(hào)H04L12/64GK1592276SQ200410076930
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月2日
發(fā)明者E·霍爾瓦斯, K·克拉霍菲, G·-D·施帕爾 申請(qǐng)人:西門子公司