CN1215276A - 一种用于在数据网络中控制业务质量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种网络端接单元,它被配置去接收跟一个分级电话系统有关的诸通信信号并修改所述诸信号,以便将一个与该分组电话系统有关的数据网络的业务质量保持在等于或低于某个与该数据网络的通信负荷无关的业务质量水平上。

Description

一种用于在数据网络中控制业务质 量的装置和方法

本发明针对一种用于在一个数据通信系统中控制业务质量的装置和方法，特别是针对一个网络端接单元，用于将该数据通信网络的业务质量保持在一个等于或低于与网络业务量无关的水平上。

典型地通过众所周知的公共交换电话网络(PSTN)提供传统的和改进的电话业务(例如，语音呼叫，传真，语音信箱)的通信网络操作员，正在日益普遍地使用数据网络来传送他们的诸通信信号。一种特别地为人们所熟知而且普及的数据网络通常被称为因特网。一个数据通信网络是这样一种通信网络，在其中各种通信信号以数字形式通过遍布整个网络的各种通信装置(例如，有线电话，无线电话，计算机，调制解调器，传真机，视频发射机和接收机，终端适配器)来传输。

跟一个数据通信网络(或者任何其他通信网络)有关的各种通信信号按照一个协议进行传输。该协议代表一组特定的规则，在一个数据网络(以及其他类型的各种通信网络)之内的全部或某些通信装置都按照该协议来开始通信、传输信息和结束通信。因此，作为一个数据通信网络的一部分的全部或某些通信装置都应当按照一种协议来发送和接收诸通信信号。在许多数据网络中，代表信息的某些类型(例如，数字数据，数字化语音，数字化视频，传真数据，协议信息)的这些通信信号都采用具有分组形式的结构。诸分组典型地包括报头和/或报尾位加上待传输的用户数据。在每一个分组中的报头和/或报尾位包括为数据网络诸协议所需的信息，例如源地址和目的地址，控制信息，检错和/或纠错位等。在一个分组中的用户信息通常被称为它的载荷。通过一个使用一种称为分组交换的众所周知的技术的分组网络来发送诸分组。

分组网络有许多类型，包括被称为帧或单元网络的各种变体，例如，帧中继网络、异步传输模式(ATM)网络等。分组网络这个名词指的是，在诸分离单元(即，分组、帧、单元等)的诸端点之间发送、接收、交换以及处理信息的所有类型的数据通信网络。

在一个分组交换数据网络中，每一个分组都在该数据通信网络的范围内从一个点按路由传送到另一个点。代表一组通信信号的一部分的一个分组所经由的路径可以不同于同一组通信信号的其他分组所经由的路径。因此，可以由含有至少一个分组的一组通信信号来表示信息。使用一个数据网络来传输其通信信号的一种特定类型的通信系统被称为分组电话。

分组电话是将语音压缩和数据网络技术加以整合，以便在分组交换数据网络上，而不是在PSTN或某些其他电话系统上，提供传统的和改进的各种电话业务。这样一种分组系统包括至少一个基本的数据网络，借助于该网络来传输与该分组电话系统有关的各种通信信号。例如，若该PSTN的两个用户(个人A和个人B)正在进行电话交谈，来自A的话筒的模拟语音信号由一个模拟/数字转换器进行数字化，典型地采用8000采样点/秒，8位/采样点，共计64千位/秒。然后，该数字语音采样点被压缩，以便减少为表示它们所需的位数。该压缩比典型地处于8∶1到10∶1的范围之内，产生一个处于6400位/秒到8000位/秒范围之内的位速率。随后，该压缩器的输出被形成诸分组，通过一个分组交换数据通信网络送往服务于个人B的那个分组电话系统。当个人B的系统接收到诸分组时，诸分组被解分组，即，去掉该报头和报尾位，剩下的压缩信息位(即，经过压缩的数字化语音)被送到一个解压缩器那里。该解压缩器的输出被连接到一个数字/模拟转换器，后者驱动个人B的扬声器。对于一次典型的两用户电话呼叫来说，在其每一端的分组电话端接设备同时实施发送与接收功能。

图1表示一个分组电话通信系统的示例性配置。为了简明起见，仅示出两部电话(100,116)，它们经由分组电话端接设备104和112被连接到一个基础的数据网络108。在一个实际的分组电话通信系统中，经由分组电话端接设备(例如，104,112)被连接到数据通信网络108的电话和其他通信装置可以多达数百部甚至数千部。而且，一个实际的分组电话通信系统可以使用一个以上的数据通信网络去传输它的各种通信信号。

仍然参看图1，诸电话(100,116)经由诸通信链路102和114被连接到分组电话端接设备(104,112)。诸通信链路102和114还有106和110可以是典型地用以传输各种通信信号的任何介质(例如，成对的双绞线，同轴电缆，光缆，大气)。可以用众所周知的标准的通信设备，例如用诸网关和诸路由器实现的分组电话端接设备，来接受标准的模拟信号或者恒定位速率的数字语音信号(以及其他各种信号)，使用语音压缩技术对这些信号进行编码，并且从所得到的比特(位)流生成诸分组。诸分组被送往数据通信网络108，后者将它们按路由传送到其他分组电话端接设备。该端接设备从诸分组中抽取诸信息位，对诸信息位进行解压缩，将所述各信息位转换为诸模拟信号，然后将它们送往诸电话机(例如，100,116)或其他通信装置。因此，对于如图1所示的一次两用户分组电话呼叫来说，在该呼叫的每一端，该分组电话网络端接设备(104,112)对在一个分组电话系统中传输的诸语音信号和其他类型的通信信号同时进行压缩、分组、解压缩、和解分组。一次分组电话呼叫被定义为一次介于一个分组电话系统中的至少两个用户之间的电话呼叫，在其中按照该分组电话系统所遵循的诸协议来发出呼叫；该分组电话呼叫包括语音呼叫、传真通信、语音信箱和其他业务。

在将分组交换用于通信网络之前，许多通信网络使用一种被称为电路交换的不同的方案。与分组交换相对比，电路交换分配各种网络资源以定义一个特定的通信路径或信道，各种通信信号通过它们在该网络以内的两点之间进行传输。电路交换广泛地用于各种电话系统，例如众所周知的普通老式电话业务(POTS)网络或者公共交换电话网络(PSTN)的设计之中，在其中，一个特定的通信路径或者信道或者电路被专门地分配于希望互相进行通话的诸特定用户。由于各种电路交换网络分配其资源的方式，各种电路交换网络，例如PSTN，相对于分组交换网络来说，通常被视为低效的，特别是在零星的或突发的通信的情况下。

与电路交换不同，使用分组交换方案的数据通信网络典型地不为每一个活动的用户保留各种资源，这就提高了具有突发性业务量的数据通信网络基础设施的利用效率，但使得该端点到端点性能高度地依赖于(通常是无法控制的)该数据通信网络的全部用户的业务量图型。

一个分组电话系统所提供的业务质量(正如该分组电话系统的诸用户或诸话务员所感受的那样)取决于该基础的数据通信网络的几个众所周知的网络参数，例如分组丢失、位误码、延迟、延迟变化(通常称为晃动)，这些参数都会影响一次分组电话呼叫的质量。名符其实地，许多数据通信网络都能改变业务质量的水平。当在数据通信网络上同时传送分组电话呼叫和改变着的数据业务量时，由于诸参数数值越出可接受的范围，使得诸呼叫的质量受到通话中的停顿、失落以及其他不能接受的中断的影响。数据通信系统可以被设计成能在最坏条件的负荷状态下提供可接受的(如同诸用户和/或诸网络操作员所定义的那样)分组电话呼叫的业务质量。例如，这样一种设计方案可以被用于一个接近于PSTN的业务质量的分组电话系统中。

一个包括一个分组电话系统的通信系统的业务质量由诸网络参数的一个或多个数值的集合来规定。例如，一个网络操作员可以将一个特定的分组电话系统的可接受的业务质量规定为：在任何1秒钟时间间隔内平均为10％的位误码率、每发送10000个分组中丢失1个分组的分组丢失率、以及对任何分组来说的25毫秒的传播延迟。还可以将每一个参数表征为一个数值范围。例如，一种可接受的分组丢失率可以是每发送10000个分组丢失1-5个分组，一种可接受的分组传播延迟可以是25-30毫秒。因此，对于最后一个例子来说，(每10000个分组中丢失)1或2或3或4个分组的分组丢失率是可接受的。对另一个网络来说，可接受的业务质量可以由或多或少的网络参数或者甚至仅由一个网络参数来规定。用以规定任何特定的通信系统(含有一个分组电话系统)的可接受的业务质量的诸网络参数及其诸数值(或诸数值的范围)的集合，可以由一个网络操作员、该系统的诸用户或者二者的统一体加以制定。

许多网络操作员都希望用分组电话系统来提供“等外的”或“第二流的”业务，即其质量和价格二者都低于PSTN的业务；这些操作员可能不希望通过提供一种具有可比拟的质量和较低价格的新业务来取代他们传统的有利的PSTN业务。当然，这种第二流的或等外的业务应当在可接受的水平上进行，即，提供由诸网络操作员和/或诸用户所规定的业务质量。然而，由于在该基础的数据通信网络中不可预测的业务量负荷(即，网络负荷)的影响，在低网络负荷期间，这些第二流的业务质量(对诸用户和/或诸网络操作员来说)可能是可以接受的，并且随着负荷的增加，降低到所期望的较低的质量水平。另一方面，若该分组电话系统被设计为在轻通信负荷期间能提供所期望的低于PSTN的业务质量，则在重负荷下将使得该项业务完全不能使用。该网络负荷可以被定义为在任何一段时间内通过一个分组电话系统传送的诸用户的通信业务量。该网络负荷也可以被定义为在任何一段时间内包含在该分组电话系统内的正在被使用的资源的百分比。因此，该网络负荷应当反映出对潜在的被连接的诸用户来说是可用的该分组电话系统的容量。由网络负荷引起的该分组电话呼叫质量的变化在该分组电话系统的性能上产生可以被诸入网用户(或诸网络操作员)所感知的随机变化，导致顾客投诉以及管理失当的用户和操作员的期待。

因此，对诸网络操作员来说，需要提供一种具有可接受的并且与网络负荷无关的业务质量的分组电话系统。对网络操作员来说，还需要将该分组电话系统的业务质量保持在低于与网络负荷无关的一种传统的电话系统(例如，PSTN)的业务质量的水平上。对网络操作员来说，再需要提供一种分组电话系统，在其中该基础的数据网络的诸参数可以被保持在与网络负荷无关的某些数值或数值范围之内。

本发明提供一种网络端接单元，该单元被这样配置，使之能接收与一个能改变其业务质量水平的数据通信网络有关的诸通信信号。该网络端接单元包括至少一个模块，或者能修改已接收的诸通信信号，以便将该数据通信网络的业务质量保持在等于或低于一个与网络负荷无关的阈值水平上。

在以下的说明中，将详细描述这些和其他的特征。在附图中：

图1表示一个分组电话系统的示例性配置；

图2描述本发明的一个网络端接单元，它位于例如图1所示的一个分组电话系统中的一个端点上。

现在参看诸附图，在其中，用相同的参考数字来标识相似的或相同的诸元件，图2描述了本发明的一个实施例(网络端接单元200)，它经由通信链路106被连接到基础的数据通信网络108以及分组电话网络端接设备104，并由此形成一个分组电话系统的一个端点的一部分。

网络终端模块200被这样配置，使之能修改与数据通信网络108有关的诸通信信号，或者能改变其业务质量的水平，使得数据通信网络108的业务质量被保持在等于或低于与网络负荷无关的一个阈值水平上。数据通信网络108的业务质量水平被至少一个测量所得的网络参数数值或由该网络操作员或诸用户或他们二者所确认的各种网络参数数值的一个集合来定义，并因而它是后者的函数。该业务质量水平可用被该网络操作员或诸用户或他们二者所制定的任何方案来定量地加以规定，因此，它由至少一个数字或一个数字范围来表示。该网络操作员或诸用户或他们二者可用随意地或有目的地为一个分组电话系统设置一个业务质量的阈值水平。当(从测量所得的参数数值导出的)业务质量水平高于由该网络操作员或诸用户或他们二者所设置的该阈值水平时，本发明，即网络端接单元200，就修改已接收的诸通信信号，使得测量所得的业务质量水平等于或低于该阈值水平，这一步是在跟网络负荷无关的情况下完成的。因此，例如，当该网络负荷较轻时，某些网络参数可能越出可接受的数值范围，使得测量所得的业务质量水平上升到高于该阈值水平。在这种情况下，网络端接单元200将修改已接收的诸通信信号，使得该测量所得的水平等于或低于该阈值水平。当由该网络供应商和/或诸用户所设置的阈值水平对应于一种低于该传统的电话系统(例如，PSTN)的业务质量时，与数据通信网络108有关的该分组电话系统就可用被表征为一个第二流的或等外的电话系统。

诸通信信号(例如，诸分组)经由通信链路110从其他分组电话设备(未示出)进入数据通信网络108。按照一个特定的分组交换方案，该已接收的诸通信信号按路由在数据网络108中被传送，并经由通信链路106被网络端接单元200所接收。诸分组首先被分组接收机模块202接收，该模块202根据某些参数的测量方法抽取该报头和/或报尾中的某些字段或部分。分组接收机202分别经由路径214和216将诸分组载荷送往综合误差注入器模块204以及参数测量模块206。在许多数据通信网络中，为测量各种网络参数的数据所需的数据可以被定位于诸分组的报头和/或报尾部分。在这样的情况下，分组接收机模块202可以被这样配置，以便将到来的测量数据传送到参数测量模块206。

参数测量模块206被这样配置，以便观察诸分组载荷，并测定跟每一个分组载荷有关的各种参数的瞬时值(例如，分组丢失率，分组延迟，晃动)。参数测量模块206还可以在较长的时间段内保持对某些参数的测量，例如，在某些时间段内计算分组丢失率的平均值。参数测量模块206还被这样配置，以便将测量所得的参数数值跟存储在目标参数数值模块208中的所期望的诸数值进行比较。经由路径210，通过从目标参数数值模块208中取出所期望的诸数值，参数测量模块206能够将测量所得的参数数值跟所期望的诸数值加以比较。存储在模块208中的所期望的参数数值典型地由该网络操作员(或诸用户)来设置，并且能够被用来为该分组电话系统导出该阈值水平。参数测量模块206根据测量所得的诸参数数值跟所期望的诸参数数值的比较结果产生诸控制信号。诸控制信号经由路径212被送往综合误差注入器模块204，并指示模块204如何去修改已接收的诸分组，使得数据通信网络108的业务质量水平被保持在等于或低于跟网络负荷(即，数据通信网络108的通信负荷)无关的阈值水平上。

综合误差注入器模块204根据来自参数测量单元206的诸控制信号，通过将适当的误差加入到分组载荷流中去修改已接收的诸分组载荷。诸误差模拟在数据通信网络108上诸参数的影响并且可以用各种众所周知的技术来实现。例如，通过随机地按照一种特定的比率丢弃一些分组，可使分组丢失率提高。在将接收到的诸分组送往分组电话网络端接设备104之前，通过引入随机的延迟，就能实现网络延迟和晃动。将有这样一些实例，在其中某些已接收的分组具有已经处于可接受的数值范围之内的诸参数。在这些实例中，由参数测量模块206所产生的诸控制信号将相应地指示综合误差注入器模块204不去修改该分组流。

仍然参看图2，网络终端模块200监测所测得的诸网络参数，其方法是由分组接收机单元202对每一个分组进行比较，并且必要时允许误差注入器模块204根据参数测量模块206所产生的诸控制信号去修改所述已接收的诸分组。对已测量的诸网络参数的监测可以在连续的、周期性的或非周期性的基础上进行。使用众所周知的分组误差测量技术，该参数测量模块206就能测量诸网络参数。例如，使用分组序列编号和定时标记，就能测量诸如分组定时、分组延迟以及分组延迟的变化(晃动)。分组序列编号和定时标记都是众所周知的技术，在其中每一个分组在被按照路由送往数据通信网络108以及该加上标记的分组到达其目的地所经历的时间段被测量以前，都被加上一个时间数值(例如，一天中的实际时间)以及一个顺序号作为标记。该标记可以由存储在该分组的报头或报尾部分的一组比特(位)来表示。典型地，诸数据通信网络(以及其他各种通信网络)还包括遍布于整个网络的各种监测设备(未示出)，用以测量诸网络参数，并使得这些数据对该网络中的其他设备来说是可用的。因此，参数测量模块206能够利用这些数据(这些数据可以被存储在诸分组的报头或报尾)去产生适当的诸控制信号，以便送往综合误差注入器模块204。

在综合误差注入器模块204已经对该分组载荷进行修改之后，它们经由通信链路106被送往分组电话端接设备104以便进行协议处理(模块118)以及分组电话处理(例如，由模块120进行的解压缩以及数字/模拟转换)。模块104的输出经由通信链路102被送往用户100。

像这样，本发明可以被用来将诸分组电话呼叫的质量保持在等于或低于一个网络操作员或诸用户所规定的业务质量的阈值水平，后者低于例如PSTN那样的传统电话系统的业务质量水平。诸分组电话呼叫依赖于一个或多个网络参数，并因而具有各种业务质量水平。

例如，在一个分组电话系统中，其业务质量是存储于模块208中的下列网络参数数值范围的函数：

(a)分组丢失率=每10000个分组中丢失25-100个分组；

(b)分组传播延迟=100-200毫秒；

(c)位误码率=在任何1秒的时间间隔内平均为15-17％；

(d)分组延迟的变化(晃动)=50-100毫秒。

若测量所得的分组丢失率为每发送10000个分组丢失1个分组，测量所得的分组传播延迟为25毫秒，在任何1秒钟内的位误码率(平均值)为12％以及晃动为2毫秒，则业务质量水平可能上升到高于由这些数值所定义的阈值水平。该阈值水平被这样选择，使得它所代表的业务质量低于PSTN或者某些其他传统的电话系统的业务质量。

跟数据网络108的通信负荷(网络负荷)无关，综合误差注入器模块204可以从参数测量模块206那里接收诸控制信号，该参数测量模块206指示模块204在所接收到的每10000个分组中丢弃2个分组，将测量所得的传播延迟增加至少10毫秒，令输入的诸载荷恶化使位误码率增加到在任何1秒时间间隔内(平均值)至少为15％，并使所接收的诸载荷增加至少2毫秒的晃动。响应于诸网络参数的测量并与所存储的诸目标数值相比较，该注入的综合误差的严重性被连续地改变。

可以创建各种方法来测定一次分组电话呼叫的业务质量何时上升到高于一个已规定的阈值水平。例如，一种可以(由该网络操作员和/或诸用户)设计的方法就是，当测量所得的所有4个网络参数都处于所存储的目标数值的范围以内时，参数测量单元206将相应地产生诸控制信号，指示综合误差注入器模块204停止加入误差。另一种方法可以是，当(测量所得的诸网络参数中的)一个显著的百分比(例如，4个当中的3个)达到诸目标数值时，该参数测量模块206被设计成能指示模块204去停止加入各种误差。此外还可以设计与实施其他适当的方法，这对本发明所属领域的普通专业人士来说是显而易见的。所使用的特定方法依赖于特定的网络操作员和/或诸用户。

应当指出，本发明的诸模块202、204、206和208可以用软件、固件、硬件或者它们的组合来实现。本发明的诸模块不需要安装在同一个地方，这些模块可以被定位于遍布该数据通信网络和该电话系统的不同设备之内。诸路径210、212、214和216可以是各种线缆、各种通信链路或者在电子或电气线路中所使用的任何一种众所周知的连接路径的实施方法。在诸模块之间传送的各种数据、信息和控制信号可以被表示为诸数字信号、诸模拟信号、诸光学信号、在存储器电路中的诸内容或诸存储单元的位置、作为固件或软件程序的组成部分的诸寄存器的诸内容。

还有，本发明所属领域的普通专业人士都懂得，本发明(即，网络端接单元200)可以被定位于数据通信网络108中的任何位置，也可以被集成到分组电话网络端接设备104或者甚至用户设备100里面。

Claims (12)

1．一个网络端接单元(200)，其特征在于：

至少有一个模块被配置去接收跟一个能改变业务质量水平的数据通信网络有关的诸通信信号，该至少一个模块进一步地被配置去修改诸通信信号，使得该数据通信网络的业务质量能够被保持在等于或低于一个与网络负荷无关的已定义的阈值水平上。

2．权利要求1所述该网络端接单元中，该至少一个模块包括一个分组接收机模块(202)。

3．权利要求1所述该网络端接单元中，该至少一个模块包括一个综合误差注入器模块(204)。

4．权利要求1所述该网络端接单元中，该至少一个模块包括一个参数测量模块(206)。

5．权利要求1所述该网络端接单元中，该至少一个模块包括一个目标参数模块(208)。

6．权利要求1所述该网络端接单元中，该至少一个模块被配置为通过向诸信号加入各种误差来修改诸通信信号。

7．一个网络端接单元，其特征在于：

一个分组接收机模块(202)被配置去接收跟一个能改变业务质量水平的数据通信网络有关的诸分组，该分组接收机模块被进一步地配置从所接收的诸分组中抽取载荷信息；

一个目标参数模块(208)，它被配置去存储所期望的诸网络参数数值；

一个参数测量模块(206)，它被配置从该分组接收机模块接收诸载荷，测定与每一个载荷有关的网络参数数值，将诸网络参数数值跟存储在目标参数模块中的所期望的参数数值进行比较，并基于该比较结果产生诸控制信号；以及

一个综合误差注入器模块(204)，它被配置从该分组接收机模块接收诸分组载荷，并根据来自该参数测量模块的诸控制信号修改诸分组载荷，使得该数据通信网络的业务质量被保持在等于或低于一个与网络负荷无关的阈值水平上。

8．一个网络端接单元(200)，其特征在于：

一个分组接收机模块(202)，它被配置去接收与具有改变着的业务质量水平的诸分组电话呼叫有关的诸分组，该分组接收机模块进一步地被配置从已接收的诸分组中抽取载荷信息；

一个目标参数模块，它被配置去存储所期望的网络诸参数数值；

一个参数测量模块(206)，它被配置从该分组接收机模块接收诸分组载荷，测定跟每一个载荷有关的网络诸参数数值，将网络诸参数数值跟存储在该目标参数模块中的所期望的诸参数数值进行比较，并根据该比较结果产生诸控制信号；以及

一个综合误差注入器模块(204)，它被配置从该分组接收机模块接收诸载荷，并从该参数测量模块接收诸控制信号，该综合误差注入器模块进一步地被配置根据诸控制信号去修改诸分组载荷，使得诸分组电话呼叫的业务质量被保持在等于或低于一个与网络负荷无关的阈值水平上。

9．一种用于将一个数据通信网络的业务质量水平保持在一个与网络负荷无关的阈值水平上的方法，本方法的特征在于以下诸步骤：

从该数据通信网络接收诸分组；

从已接收的诸分组中抽取信息以及网络测量数据；

将该网络测量数据跟存储的数据数值进行比较；

根据该比较结果产生诸控制信号；以及

根据诸控制信号修改该信息。

10．在权利要求9所述方法中，该比较网络测量数据的步骤还包括取出存储的网络测量数据的步骤。

11．在权利要求9所述的方法中，根据诸控制信号对该信息进行修改的步骤包括将各种误差加入到该信息的步骤。

12．在权利要求9所述方法中，抽取信息和网络测量参数的步骤包括从该数据通信网络中接收网络测量数据的步骤。

Images