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CN1426198A - 用于经由网际协议的话音网络的拥塞控制系统 - Google Patents

用于经由网际协议的话音网络的拥塞控制系统 Download PDF

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CN1426198A
CN1426198A CN02156546A CN02156546A CN1426198A CN 1426198 A CN1426198 A CN 1426198A CN 02156546 A CN02156546 A CN 02156546A CN 02156546 A CN02156546 A CN 02156546A CN 1426198 A CN1426198 A CN 1426198A
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Abstract

一种根据本发明的系统执行拥塞控制，用于监视通过一个VoIP网络中的一个中继路由器而且其中的分组以一个预定优先级传输的分组流，并且当由一个新分组流的产生而引起拥塞时，保持在该新分组流产生之前建立的并且以预定优先级传输的一个分组流的分组的传输状态。

Description

用于经由网际协议的话音网络的拥塞控制系统
技术领域
本发明涉及一种所谓的VoIP(经由网际协议的话音)技术，其通过使用一个IP网络来传输音频(声音或者话音)数据，本发明还涉及一种最小化由在一个中继路由器中的拥塞产生的诸如分组损失或者抖动的音频质量退化因素的技术。
背景技术
近年来，从通过STM交换机的音频通信到通过使用一个IP网络(IPNW)的VoIP技术的音频通信的过渡正快速地进行。图22是一个显示了VoIP网络的框图。在图22中，VoIP网络由一个VoIP网关(VoIP-GW)、一个CA(呼叫代理：也称为“门管理器”)、以及一个中继路由器构成。VoIP-GW通常位于一个PSTN(公用交换电话网)和一个IPNW之间。该VoIP-GW把通过对来自PSTN的PCM(脉冲编码调制)音频数据打包获得的音频分组(话音分组)发送到IPNW侧，或者把来自IPNW的分组转换成为PCM音频数据并且把该PCM音频数据发送到PSTN。RTP/UDP被用作一个音频分组的IP层的一个上层。呼叫用户和被叫用户通过使用一个UDP-端口号彼此鉴别。CA执行与PSTN的呼叫等等的出局/入局的控制。如图22所示，当IP电话直接包含在一个IP网络中时，CA基于H.323执行该IP电话的呼叫控制(在这种情况下，IP电话经由一个边沿路由器与IP网络相连)。在基于H.323的呼叫控制中，CA指定目的地的VoIP-GW的IP地址、UDP-端口、编解码格式(例如，G.711，G.723，G729)、等等。另一方面，CA通过使用例如Megaco(介质网关控制)来控制VoIP-GW。该中继路由器执行由VoIP-GW和边沿路由器发送与接收的一个音频分组以及其它数据的一个IP分组的中继(转发)操作。
当通过使用一个IP网络传输音频数据时，重要的是如何减少由分组丢失、抖动等等所引起的音频退化同时保持实时性质。在一个传统的IP网络中，通常执行通过用于带宽预约控制的RSVP(资源预约协议)使用IP-ToS(服务类型)或者QoS(服务质量)控制的分化服务(Diff-serv)。
图23是一个显示了由Diff-serv执行的优先级控制的框图。在Diff-serv中，中继路由器具有多个指派了预定优先级(例如“高优先级”、“中优先级”、以及“低优先级”)的队列。中继路由器参考在接收的分组的首部中设置的ToS值并且依据对应于该ToS值的优先级把接收的分组分配给队列。此后，中继路由器依据优先级执行读取控制。在这时候，设置为“高优先级”的分组被优先读出和传输到下一个中继段。以此方式，具有“高优先级”的分组的延迟被限制了。当应用VoIP技术时，在音频分组中设置对应于“高优先级”的ToS，以便音频分组具有一个比数据分组高的优先级。
然而，Diff-serv是一种为了基于优先级从其它数据流中鉴别出一个音频分组流的技术(例如，向音频分组给与一个高优先级，而向其它数据分组给与低优先级)。Diff-serv不保证每个电话通信的电话通信(音频通信)所需要的音频流带宽。为此，如图24所示，当在一个被分配了高优先级的流中产生拥塞时，在每个音频流中产生分组丢失(由队列溢出所引起的废弃或者丢弃一个音频分组)。质量退化可能由相互影响所引起。
另一方面，RSVP通过IPNW在端点(端对端)之间预约诸如带宽和缓存的资源以实现QoS控制。为此，如图25所示，在端点(端对端)之间设置一个连接。在所有用于中继在这个连接上传输的分组的中继路由器中执行由RSVP执行的带宽预约控制以执行流辨别、带宽监视等等。
然而，VoIP是一种具有许多低带宽流而且经常执行呼叫连接/断开的应用。为此，当由RSVP处理VoIP时，中继路由器必须经常执行RSVP并且必须基于RSVP执行带宽监视等等。因此，增加了在中继路由器上的负载。此外，如果网络的规模增加而且在一个IP连接上的中继路由器增加，则由RSVP进行的QoS控制增加并且变得复杂。如上所述，由RSVP执行的QoS控制在可升级性中具有一个问题。由RSVP进行的QoS控制不能由诸如载波网络的大规模网络实际应用。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于VoIP网络的拥塞控制系统，其可以由一种比传统方法更简单的方法提供具有期望质量的音频通信。
本发明使用下列配置来解决上述问题。
更具体地说，根据本发明的第一方面，一种用于VoIP网络的拥塞控制系统包括：一个监视单元，用于监视一个分组流，该分组流通过一个VoIP网络中的中继路由器并且其中被传输的分组具有预定优先级；以及一个拥塞控制单元，用于当由一个新分组流的产生引起拥塞时，执行拥塞控制，该拥塞控制用于保持一个被设置了预定优先级并且在引起拥塞之前已经建立的分组流的状态。
第一个方面优选地是具有这样一个配置，其中新分组流的优先级由该拥塞控制转变为比预定优先级低的一个优先级。
第一个方面优选地是具有这样一个配置，其中新分组流被拥塞控制所断开。
依据第一个方面，当通过一个中继路由器并且具有一个预定优先级的新分组流被设置时，如果引起了拥塞，则执行拥塞控制以降低或者断开该新分组流的优先级。以此方式，该新的分组流不会影响已经建立的并且具有预定优先级的分组流(分组的积累、由溢出所引起的分组废弃、等等)。为此，对于早已建立的分组流，以一个优选状态执行分组传送。因此，使用在该分组流中传输的音频分组的电话通信被给予期望的音频质量。
第一个方面优选地是具有这样一个配置，其中监视单元保持通过该中继路由器并且设置了预定优先级的至少一个分组流的使用带宽的总和，并且当该总和由于一个新分组流的产生而超过一个预定的允许值时，确定造成了拥塞。
第一个方面优选地是具有这样一个配置，其中该拥塞控制系统进一步包括：一个流指定信息存储单元，用于存储用于指定一个通过该中继路由器并且设置了该预定优先级的分组流的流指定信息；一个总和存储单元，用于存储具有保存在流指定信息存储单元中的该流指定信息的至少一个分组流的使用带宽的总和；以及一个允许值存储单元，用于存储由具有预定优先级的分组流使用的使用带宽的允许值，当中继路由器接收一个分组时，监视单元指定该分组的一个优先级，当指定的优先级是预定优先级时，监视单元参考该流指定信息存储单元，以及当该分组的流指定信息没有保存在该流指定信息存储单元中时，该监视单元计算该分组的分组流的使用带宽，把计算的带宽值添加到保存在总和存储单元中的总和中，以及确定添加的结果是否超过了保存在允许值存储单元中的允许值。
第一个方面优选地是具有这样一个配置，其中以预定优先级传输分组的所有分组流是音频分组流，而且当该中继路由器接收一个新产生的音频分组流的一个音频分组时，该监视单元基于包括在音频分组中的RTP有效负载类型以及IP分组长度，计算该音频分组的音频分组流的使用带宽。
本发明的第二方面是一种用于在VoIP网络中的音频分组流的设置系统。这个系统包括：一个呼叫VoIP网关，用于在呼叫VoIP网关和被叫VoIP网关之间设置一个从呼叫侧延伸到被叫侧的第一方向的音频分组流，以通过该VoIP网络建立一个电话通信呼叫；一个被叫VoIP网关，用于在被叫VoIP网关和呼叫VoIP网关之间设置一个从被主叫侧延伸到呼叫侧的第二方向的音频分组流，以建立一个电话通信呼叫；以及一个中继路由器，用于中继在第一和第二方向的音频分组流上传输的音频分组；而且其中，在设置第一和第二方向的音频分组流之前，呼叫VoIP网关把一个具有一个为该音频分组流设置的预定优先级并且在该音频分组流上传输的测试分组发送到该被叫VoIP网关；中继路由器监视通过该中继路由器并且以预定优先级传输的一个分组流，在第一和第二方向中接收该测试分组直到该测试分组通过被叫VoIP网关返回到呼叫VoIP网关为止，使用接收的测试分组来确定是否由在第一和第二方向设置该音频分组流而引起拥塞，并且当引起了拥塞时，把为该测试分组设置的预定优先级改变为一个比该预定优先级低的优先级；当为该返回到呼叫VoIP网关的测试分组设置的优先级被改变了时，呼叫VoIP网关把在第一方向中的音频分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级或者断开在第一方向中的该音频分组流，而且当在第一方向中的音频分组流的优先级被改变为一个比预定优先级低的优先级时，被叫VoIP网关把在第二方向中的音频分组流的优先级改变成为一个为在第一方向中的音频分组流设置的优先级，或者当在第一方向中的音频分组流被断开时，被叫VoIP网关断开在第二方向中的音频分组流。
本发明的第三方面是一种用作呼叫VoIP网关的VoIP网关。该VoIP网关设备包括：一个设置单元，用于在呼叫VoIP网关和被叫VoIP网关之间设置一个从呼叫侧延伸到被叫侧并且具有一个预定优先级的新音频分组流，以建立一个通过VoIP网络的电话通信呼叫；一个查询单元，用于当由设置该新音频分组流所引起的拥塞由一个中继路由器检测到时，向该电话通信呼叫的用户查询有关该新音频分组流的控制内容，其中该中继路由器用于中继在该新音频分组流上传输的一个音频分组；以及一个控制单元，用于依据来自该用户的答复把为该新音频分组流设置的优先级改变成为一个比预定的优先级低的优先级或者断开该新音频分组流。
本发明的第四方面是一种用作呼叫VoIP网关的VoIP网关。该VoIP网关设备包括：一个发送单元，用于当在一个呼叫VoIP网关和一个被叫VoIP网关之间设置一个在从呼叫侧延伸到被叫侧的第一方向中的音频分组流以及在从该被叫侧延伸到呼叫侧的第二方向中的一个音频分组流以建立一个通过一个VoIP网络的电话通信呼叫时，发送具有一个为在第一和第二方向中的音频分组流设置的预定优先级并且在这些音频分组流上传输的测试分组；一个接收单元，用于接收通过被叫VoIP网关返回到该呼叫VoIP网关的测试分组；以及一个控制单元，用于当为该接收的测试分组设置的预定优先级被改变成为另一个优先级时，把在第一方向中的音频分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级，或者断开该在第一方向中的音频分组流。
本发明的第五方面是一种中继路由器。该中继路由器包括：一个监视单元，用于监视通过在一个VoIP网络中的中继路由器并且其中以一个预定优先级传输分组的分组流；以及一个拥塞控制单元，用于当由一个新分组流的产生引起拥塞时，执行拥塞控制，该拥塞控制用于保持一个被设置了预定优先级并且在引起拥塞之前已经建立的分组流的状态。
根据本发明，通过一种比传统方法更简单的方法给出具有期望质量的音频通信。
附图说明
图1是一个框图，其显示了第一种方法，其中检测到拥塞的中继路由器通知CA拥塞产生了，而且接到了通知的CA控制一个VoIP-GW；
图2是一个显示了如图1所示的第一种方法的一个序列的框图；
图3是一个框图，显示了如图1所示的第一种方法的一个序列(优先级改变序列)；
图4是一个框图，显示了如图1所示的第一种方法的一个序列(断开序列)；
图5是一个显示了第二种方法的框图，其中检测到拥塞的中继路由器通知CA拥塞产生了，而且接到了通知的CA断开一个呼叫；
图6是一个框图，显示了如图5所示的第二种方法的一个序列(优先级改变序列)；
图7是一个框图，显示了如图1所示的第二种方法的一个序列(断开序列)；
图8是一个显示了第三种方法的框图，其中检测到拥塞的中继路由器通过VoIP-GW通知CA产生了一个拥塞，而且接到了通知的CA控制该VoIP-GW；
图9是一个框图，显示了如图8所示的第三种方法的一个序列(优先级改变序列)；
图10是一个框图，显示了如图8所示的第三种方法的一个序列(断开改变序列)；
图11(A)是一个显示了一个RTP分组格式的框图，图11(B)是一个显示了一个PPP帧格式的框图，以及图11(C)是一个显示了一个以太网帧格式的图；
图12是一个显示了在一个中继路由器中的拥塞控制方法的框图；
图13是一个显示了这样一种方法的框图，当改变一个分组传输优先级或者执行断开时，该方法在每个中继路由器中取消一个高优先级分组流的登记；
图14(A)和(B)是显示了这样一种方法的框图，其中中继路由器自主地确定优先级改变和断开；
图15是一个框图，其显示了一个依据呼叫用户的选择执行优先级改变或者断开的序列；
图16是一个框图，其显示了一个依据呼叫用户的选择执行优先级改变或者断开的序列；
图17是一个框图，其显示了由在CA和VoIP-GW中的拥塞通知接收计数执行的一种拥塞确定方法；
图18是一个框图，其显示了由在CA和VoIP-GW中的双向拥塞通知接收执行的一种拥塞确定方法；
图19是一个显示了这样一种方法的框图，其通过在呼叫连接之前使用一个测试分组来执行拥塞确定；
图20是一个显示了根据本发明、在一个中继路由器中的VoIP传输操作的框图；
图21是一个显示了根据本发明、在一个VoIP网络中的拥塞生成的框图；
图22是一个显示了VoIP网络配置的框图；
图23是一个显示了由传统Diff-serv执行的VoIP优先级控制的框图；
图24是一个显示了在由传统Diff-serv执行的VoIP优先级控制中的问题的框图；以及
图25是一个在一个传统VoIP网络中的QoS控制的框图。
具体实施方式
将在下面描述本发明的实施例。这些实施例的配置是示例。本发明不局限于这些实施例的配置。
图1是一个显示了第一种方法的框图，其中在一个应用本发明的VoIP网络中，检测到拥塞的中继路由器通知CA产生了一个拥塞，而且接到了通知的CA控制一个VoIP-GW。图2、3、和4是显示了如图1所示的第一种方法的序列的框图。
如图1所示，应用了本发明的VoIP网络包括多个VoIP-GW(在下文中称为“GW”)、多个中继路由器、以及一个CA。此外，VoIP网络可以通过一个边沿路由器容纳一个IP电话。图1显示了GW 1到4、中继路由器11到16、CA 5、以及一个包括多个IP电话31和32的边沿路由器6。
除与一个音频分组的优先级控制相关的配置之外，该VoIP网络具有和一个传统VoIP网络相同的功能。更具体地说，一个在用户电话之间、在电话和IP电话之间、以及在IP电话之间建立电话通信(呼叫：音频线)的功能，一个其中每个GW把来自一个PSTN的PCM音频数据转换为音频分组以把该音频分组发送到一个IPNW、或者把来自IPNW的一个音频分组转换成为PCM音频数据以把PCM音频数据发送到PSTN的功能，一个其中中继路由器依据一个音频分组的目的地转发该音频分组的功能，等等功能与传统VoIP网络的那些功能相同。
当在电话之间、在电话和IP电话之间或者在IP电话之间执行电话通信时，产生两个用于传输用于电话通信的音频分组的音频分组流。原则上(缺省时)，每一个GW在每一个音频分组流上传输的音频分组的IP首部的ToS(服务类型：参见图11(A))中设置一个表示最高优先级的值(高优先级(H))。每一中继路由器基于为该音频分组设置的优先级(ToS值)，由Diff-serv执行优先级控制。以此方式，可以获得音频通信的实时性质。
此外，在应用了本发明的VoIP网络中，执行下列的QoS控制。例如，如图1所示，当分别在电话21和IP电话32之间、在电话22和电话23之间、在电话26和电话24之间、以及在IP电话31和电话28之间执行电话通信时，执行如图2中的序列所示的一个处理过程(呼叫控制和GW控制)以便建立一个或多个电话通信呼叫。
通过在PSTN和CA 5之间的呼叫控制、在CA 5和IP电话32之间的呼叫控制、以及由CA 5对VoIP-GW 1的控制，在电话21和IP电话32之间建立电话通信呼叫。在这时候，在该VoIP网络中，产生在正向和反向方向(第一和第二方向)遵循“GW 1-中继路由器11-中继路由器13-中继路由器14-中继路由器16-边沿路由器6”的路由的两个音频分组流(VoIP)(参见图1)。
而且，当在电话22和电话23之间建立电话通信呼叫时，产生两个在正向和反向方向遵循“GW 1-中继路由器11-GW 2”的路由的音频分组流(参见图1)。
更进一步，当在电话26和电话24之间建立电话通信呼叫时，产生两个在正向和反向方向遵循“GW 3-中继路由器15-中继路由器14-中继路由器13-中继路由器12-GW 2”的路由的音频分组流(参见图1)。
更进一步，当在IP电话31和电话28之间建立电话通信呼叫时，在该VoIP网络中产生两个在正向和反向方向遵循“边沿路由器6-GW 4”的路由的音频分组流(参见图1)。
中继路由器11到16中的每一个计算和保持由一个或多个被设置了一个预定优先级并且通过相应路由器(本身)的音频分组流使用的带宽的总和。预定的优先级是，例如，最高优先级“高优先级(H)”。所希望的是仅仅为该音频分组流设置“高优先级(H)”。然而，可以为音频分组流和数据分组流都设置该“高优先级(H)”。为了简单描述起见，在下面描述中，仅仅为音频分组流设置预定的优先级(“高优先级(H)”)，而且中继路由器11到16中的每一个计算和保持由一个或多个设置了该“高优先级(H)”的分组流使用的带宽的总和。
例如，当关注中继路由器14时，中继路由器14保持用于在电话21和IP电话32之间的电话通信(音频分组流)的一个带宽、以及用于在电话26和电话24之间的电话通信(音频分组流)的一个带宽的总和。
此后，如图3所示，当电话25呼叫电话27时，在电话25和PSTN之间、在PSTN和CA 5之间、以及在PSTN和电话27之间执行用于把电话25和电话27彼此连接(建立电话通信)的呼叫控制。
此外，CA 5向GW 3和4中的每一个通知一个相对的GW的IP地址和UDP端口号。以此方式，在GW 3和4之间产生通过中继路由器15、14、13、和12的两个新音频分组流。然后，GW 3和4中的每一个都为相应的新音频分组流设置“高优先级(H)”。
当检测到在每一个新音频分组流上传输的音频分组(来自GW 3的音频分组或者来自GW 4的音频分组)时，中继路由器12、13、14、和15中的每一个执行每一个音频分组的拥塞确定。通过检查由“高优先级(H)”分组流使用的带宽总和是否超过一个由每个中继路由器事先设置的值(该拥塞确定的阈值)来执行该拥塞确定。
在这时候，假定由于产生一个新的“高优先级(H)”分组流，导致由该“高优先级(H)”分组流使用的带宽总和超过了在该中继路由器14中的拥塞确定阈值。
在这种情况下，中继路由器14通知CA 5导致了拥塞。在这时候，中继路由器14从在该对应于拥塞起因的新音频分组流上传输的音频分组的首部中提取源IP地址(源IP地址)、目的地IP地址(目的地IP地址)、源UDP端口号(源UDP端口)、以及目的地UDP-端口号(目的地UDP端口)，并且向CA 5给出一个包括源和目的地IP地址和源和目的地UDP端口号的拥塞通知。以此方式，CA 5能够指定对应于拥塞起因的新音频分组流。
当CA 5接收该拥塞通知时，执行一个优先级改变序列(参见图3)或者一个断开序列(参见图4)。CA 5能够选择优先级改变序列或者断开序列，例如依据事先为该CA 5设置的一个预定设置(配置)，CA 5选择优先级改变序列或者断开序列中的任何一个。此外，CA 5能够事先具有用于设置对应于该优先级改变序列的目标的音频分组流的一个优先级信息，当执行该优先级改变序列时，为该目标音频分组流设置由CA 5具有的优先级。
如图3所示，当执行该优先级改变序列时，CA 5向与从该中继路由器14中通知的音频分组流相关的GW(GW 3以及4)指示改变该音频分组流的优先级。该指令可以包括优先级(改变的优先级)，其在执行该优先级改变序列之后为该目标音频分组流进行设置。另一方面，GW(而不是CA 5)可以事先具有改变了的优先级。
当从CA 5接收优先级改变指令时，GW 3和4中的每一个都向用户(电话25和27)给出由于拥塞改变了优先级的通知(拥塞消息(优先级改变通知))。此后，每一个GW 3和4把对应于来自CA 5的指令的目标音频分组流的优先级改变成为由CA 5指示的优先级。例如，GW 3和4中的每一个都把“高优先级(H)”改变成为“中间优先级(M)”。更具体地说，GW 3和4中的每一个为目标音频分组流中的音频分组的ToS字段设置表示比“高优先级(H)”低的“中间优先级(M)”(或者“低优先级(L)”)的ToS值。
通过上述优先级改变序列，与在电话25和电话27之间的电话通信相关的音频分组流的优先级低于该“高优先级(H)”。为此，在中继路由器14中，减少分配给“高优先级(H)”的分组流的带宽。由此，解除该高优先级音频分组流的拥塞。因此，它避免了该拥塞的影响扩展到与在该拥塞发生之前已经建立的电话通信有关的一个或多个高优先级音频分组流。从另一个角度，在导致拥塞之前已经建立的每一个高优先级电话通信保持优选状态。
另一方面，如图4所示，当执行该断开序列时，CA 5向与从该中继路由器14中通知的音频分组流相关的GW(GW 3以及4)指示断开该音频分组流。
当从CA 5接收断开指令时，GW 3和4中的每一个都向用户(电话25和27)给出由该拥塞断开该音频分组流的通知(拥塞消息(断开通知))。此后，GW 3和4中的每一个都执行相应音频分组流的一个断开处理过程，并且通知CA 5断开处理过程已经完成了。当接收了该通知时，CA 5执行用于断开在电话25和电话27之间的电话通信呼叫的呼叫控制。
通过上述断开序列，断开与在电话25和27之间的电话通信相关的音频分组流。由此，如在优先级改变中那样，在中继路由器14中，高优先级分组流的带宽的总和值减小到低于阈值并且解除拥塞。因此，它避免了该拥塞的影响扩展到与在该拥塞发生之前已经建立的电话通信有关的高优先级音频分组流。
为此，对于该VoIP网络中传输的每个呼叫连接，不执行诸如一个RSVP的带宽预约协议以及使用一个诸如在该中继路由器中的带宽监视的复杂过程，通过使用一个相对简单的方法实现其音频质量与由STM(同步转送模式)交换执行的传输的音频质量接近的VoIP传输。
作为到一个用户的通知(通知一个拥塞消息的方法)，可以应用一种通过一个音频消息执行通知的方法或者通过使用一个诸如DTMF(双音多频)的信号执行通知的方法。
图5是一个显示了第二种方法的框图，其中检测到拥塞的中继路由器通过VoIP-GW通知CA产生了一个拥塞，而且接到了通知的CA控制该VoIP-GW。图6和7是显示了如图5所示的第二种方法的序列的框图。
例如，通过如图2所示的呼叫控制和GW控制，如图5所示，当分别在电话21和IP电话32之间、在电话22和电话23之间、在电话26和电话24之间、以及IP电话31和电话28之间执行电话通信时，假定在电话25和电话27之间建立一个新的电话通信呼叫以及假定在GW 3和GW 4之间产生新的音频分组流。
在这时候，例如假定中继路由器14检测到与来自GW 4或者GW 3的新音频分组流有关的一个音频分组，执行和第一种方法相同的拥塞确定，以及确定“高优先级”的带宽的总和超过阈值(新的音频分组流不能被添加为一个“高优先级”音频分组流)。
在这种情况下，中继路由器14从在拥塞确定中检测到的音频分组(在图6和7示例中，来自GW 4的音频分组)中提取一个源IP地址、一个目的地IP地址、以及一个源UDP端口号、以及一个目的地UDP端口号，作为用于指定一个导致拥塞的音频分组流的信息。
中继路由器14向GW(在图6和7的示例中是GW 4)给出一个包括源/目的地IP地址和源/目的地UDP端口号的拥塞通知，该GW起音频分组源的作用，而不同于第一种方法。
GW 4把来自中继路由器14的拥塞通知传送到CA 5。当CA 5接收到该拥塞通知时，如第一种方法那样，依据事先在CA 5中进行的设置执行一个优先级改变序列或者一个断开序列。图6显示了通过中继路由器14进行的拥塞确定和优先级改变序列。图7显示了通过中继路由器14进行的拥塞确定和断开序列。
在第二种方法中，当中继路由器检测到拥塞时，中继路由器仅仅把该拥塞通知发送到与被使用用于拥塞确定的音频分组的目的地IP地址对应的GW。第二种方法不需要中继路由器事先保持CA 5或者GW的IP地址作为该拥塞通知的目的地。
图8是一个显示了第三种方法的框图，其中检测到拥塞的中继路由器通知VoIP-GW产生了一个拥塞，而且接收该通知的VoIP-GW自主地进行控制。图9和10是显示了如图8所示的第三种方法中的序列的框图。
例如，通过如图2所示的呼叫控制和GW控制，如图8所示，当分别在电话21和IP电话32之间、在电话22和电话23之间、在电话26和电话24之间、以及IP电话31和电话28之间执行电话通信时，假定在电话28和电话27之间建立一个新的电话通信呼叫以及假定在GW 3和GW 4之间产生新的音频分组流。
在这时候，例如假定中继路由器14检测到与来自GW 4或者GW 3的新音频分组流有关的一个音频分组，执行和第一种方法相同的拥塞确定、以及确定“高优先级”的带宽的总和超过阈值(新的音频分组流不能被添加为一个“高优先级”音频分组流)。
在这种情况下，中继路由器14从在拥塞确定中检测到的音频分组(在图9和10示例中，来自GW 4的音频分组)中提取一个源IP地址、一个目的地IP地址、以及一个源UDP端口号、以及一个目的地UDP端口号，作为用于指定一个导致拥塞的音频分组流的信息。
中继路由器14向GW(在图9和10的示例中的GW 3和4)给出一个包括源/目的地IP地址和源/目的地UDP端口号的拥塞通知，这些GW起音频分组的源和目的地的作用，这不同于第一种和第二种方法。中继路由器14通过使用保存在检测到的音频分组的首部中的信息指定对应于该源和目的地的GW的IP地址。
当接收到拥塞通知时，GW 3和4中的每一个依据事先对相应GW进行的设置，自主地对音频分组流执行一个优先级改变处理过程(优先级改变序列)或者一个断开处理过程(断开序列)。如图9所示，当自主地改变优先级时，GW 3和4中的每一个向用户(电话25和27)给出一个由于拥塞改变了优先级的通知(拥塞消息)，执行该优先级改变处理过程，以及通知CA 5优先级被改变了。
另一方面，如图10所示，当自主地执行断开时，GW 3和4中的每一个向用户(电话25和27)给出一个由于拥塞执行断开的通知(拥塞消息)，执行该断开处理过程，以及通知CA 5断开处理过程完成了。当CA 5从GW 3和4接收了一个断开处理过程的完成通知时，CA 5执行用于断开在电话25和电话27之间的电话通信呼叫的呼叫控制。
在第三个实施例中，事先在每一个GW中设置是改变该优先级还是断开该音频电话通信。当改变优先级时，事先在每一个GW中设置该优先级被改变成的一个特定优先级。此外，在第二和第三实施例中，可以应用在第一个实施例中应用的通知一个拥塞消息的方法。在第一到第三实施例中向一个用户给出一个拥塞消息(优先级改变/断开通知)的过程不是一个必要的过程。
在第三种方法中，如在第二实施例中那样，中继路由器不需要事先把VoIP-GW和CA的IP地址保持为用于该拥塞通知的目的地址。此外，第三种方法不需要用于由CA 5执行的拥塞控制的VoIP-GW控制。
图11(A)是一个显示了作为在本发明中的一个音频分组的一个RTP分组的格式的框图。通过使用一个RTP(实时协议)传输该音频分组。如图11A所示，与一个UDP/IP首部一起传输一个RTP分组。此外，在数据链路层中使用在图11(B)中显示的PPP帧，并且在物理层中使用在图11(C)中显示的一个以太网帧(以太帧)。
图12是一个显示了在一个中继路由器中的一种拥塞控制方法的框图，其中当执行该第一到第三实施例时执行该方法。在VoIP网络中的每个中继路由器中执行该拥塞控制方法。可以实现下列处理过程，以便安装在该中继路由器上的一个处理器(CPU)执行一个预定的程序。
通过使用图20，将在下面描述用于执行中继路由器的Diff-serv的一个配置的概述。如图20所示，每个中继路由器都具有多个输入接口(输入IF)用于从多个音频分组流中接收分组以及多个输出接口(输出IF)用于发送通过该输入IF接收的分组。每一个输出IF都包括一个ToS确定/分配单元、多个依据优先级准备的队列(三个取决于优先级的队列，即在图2中说明的“高优先级”、“中间优先级”、以及“低优先级”)以及一个读取控制单元。在图20中，说明了一个用于该高优先级的读取控制单元以及一个用于该中间优先级和低优先级的读取控制单元。
ToS确定/分配单元基于通过多个输入IF输入的相应分组中的ToS字段的值，确定分组(分组流)的优先级，以及把分组分配到具有优先级的队列。读取控制单元执行具有优先级的读取控制。例如，当在“高优先级”队列中积累一个分组时，读取控制单元立即读取该分组并且把该分组传输到下一个中继段。以此方式，读取控制单元执行来自相应队列的分组的读取控制，以便高优先级的分组总是在中间和低优先级分组之前传输(参见图20)。
返回到图12，当中继路由器接收一个音频分组(包括一个数据链路/物理层的帧)时(S1)，中继路由器基于ToS值确定一个分组传输的优先级(S2)。更具体地说，当由该输入IF接收了一个音频分组时，该中继路由器的ToS确定/分配单元从该音频分组中提取一个ToS值(保存在该IP首部的ToS字段中)并且从一个ToS-优先级对应表41中读取一个对应于该ToS值的优先级。该读取的优先级被用作一个到该音频分组的优先级。在一个安装在该中继路由器上的存储设备上事先准备该ToS-优先级对应表41。
当读取的优先级是“中间优先级(M)”(S2；M)或者“低优先级(L)”(S2；L)时，在对应于该优先级的队列中积累该音频分组，在对应于该优先级的读取时间由该读取控制单元从该队列中读取，并且传输到下一个中继段(参见图20)。另一方面，当优先级是“高优先级(H)”(S2；H)时，该分组流被确定为一个应当计算其带宽值的分组流(“高优先级使用流”)，并且处理过程转入步骤S3。
在步骤S3中，中继路由器确定其中传输音频分组的音频分组流是否已经被登记为一个高优先级使用流。更具体地说，中继路由器从该音频分组中提取一个源IP地址(S-IP)、一个目的地IP地址(D-IP)、一个源UDP端口号(S-Port)、以及一个目的地UDP端口号(D-Port)。该信息起用于指定一个分组流的流指定信息的作用。
随后，中继路由器确定所获取的流指定信息是否被保存在一个用于流指定信息的登记表42中，该表在该中继路由器中的一个存储设备上产生。
登记表42是一个其中存储了当前在该VoIP网络中产生并且通过该中继路由器的一个“高优先级”分组流(在这个示例中，一个音频分组流)的流指定信息的表(存储区域)。可以通过使用，例如，一个CAM(内容可寻址存储器)构造该登记表42。以此方式，可以以高速查询该流指定信息。该登记表42对应于本发明中的一个流指定信息存储装置。
从音频分组中获取的流指定信息已经被保存在该登记表42中(S3：YES)，则在对应于“高优先级(H)”的队列中积累该音频分组、在对应于该优先级的读取时间从该队列中读取该音频分组、并且把该音频分组传输到下一个中继段(参见图20)。
当从该音频分组中获取的流指定信息没有被保存在该登记表42中时(S3；NO)，中继路由器识别出产生了该音频分组的一个新音频分组流，并且计算该音频分组流的一个使用带宽。
更具体地说，中继路由器在步骤S4中，从在该音频分组的RTP首部中的一个PT(有效负载类型)字段中导出一个音频数据速率(r0)(鉴别出该音频数据的带宽)。例如，当有效负载类型的值为“0”(PT＝0)时，则该PCM音频数据的编解码类型是G.711，而且音频数据带宽是64kbit/s。
中继路由器通过使用下列等式计算该音频分组流的一个使用带宽r[bit/s](S5)。
<等式>
使用带宽r＝r0*(L IP+L H0)/(L IP-L H1)
在这个等式中，“L IP[字节]”是在该音频分组的IP首部中的总和长度(IP分组长度)的值，“L H0[字节]”是数据链路层和物理层帧的首部长度+尾部长度的总和，而且“L H1[字节]”是RTP/UDP/IP首部长度的总和。
“(L IP+L H0)”指示包括数据链路层/物理层的首部和尾部的一个帧长度。“(L IP-L H1)”指示通过从该音频分组(IP分组)中减去RTP/UDP/IP首部长度获得的一个音频数据长度。
例如，当由下列给定该音频分组时：
PT＝0(64kbit/s)；
L IP＝200字节
L H0＝10(当数据链路层是PPP帧)；而且
L H1＝40(当IP是IPv4)，
则满足
r＝64*(200+10)/(200-40)＝84[kbit/s]
当计算一个新音频分组流的使用带宽时，中继路由器从一个带宽值保持表43中读出当前使用带宽值“R”以及最大允许带宽值“R max”，并且确定使用带宽“r”和当前使用带宽“R”的总和(R+r)是否超过最大的允许带宽“R max”。
在安装在中继路由器上的存储设备上形成该带宽值保持表43，并且其存储起已经产生的“高优先级”音频分组流的使用带宽总和作用的当前使用带宽“R”的值，以及起一个“高优先级”使用带宽的最大允许值作用的最大允许带宽“R max”。如此确定“R max”的值，使得被传输的“高优先级(H)”音频分组与通过STM的音频电话通信具有相同的质量。该带宽值保持表43对应于根据本发明的一个总和存储装置和一个允许值存储装置。
当中继路由器确定带宽总和(R+r)不超过最大允许带宽R max时(S6；NO)，则中继路由器在该带宽值保持表43中存储带宽的总和(R+r)作为一个新的当前使用带宽R(更新当前使用的带宽值R)(S7)。
接下来，中继路由器在该登记表42中登记该音频分组流的流指定信息(S8)。此后，把该音频分组流的音频分组分配给“高优先级(H)”的队列，在一个取决于“高优先级(H)”的“读取时间”读取该音频分组，并且把该音频分组传输到下一个中继段。
另一方面，当中继路由器在步骤S6中确定带宽的总和(R+r)超过最大允许带宽R max时(S6；NO)，中继路由器把一个拥塞通知发送到一个预定目的地(S10)。
此后，中继路由器改变该音频分组流的音频分组的优先级或者废弃(或者丢弃)该音频分组(S11)。例如，当执行该优先级改变序列时，中继路由器改变该音频分组的ToS字段的值，使得该音频分组被分配给“中优先级(M)”或者“低优先级(L)”，并且把该音频分组插入到相应的队列中。另一方面，例如，执行断开序列的话，中继路由器废弃该音频分组。断开序列可以连同优先级改变一起由该中继路由器执行，而且优先级改变序列可以连同分组的废弃一起由该中继路由器执行。
向由中继路由器接收的音频分组流中的音频分组执行在步骤S11中的处理过程，直到用于该音频分组流的设置通过执行该优先级改变或者该断开序列而改变为止。
当应用第一种方法时，中继路由器获取事先在该中继路由器中设置的CA 5的地址，并且把该拥塞通知发送到CA 5。与这相比，当应用第二种方法时，中继路由器提取该音频分组的源IP地址(该音频分组的源GW的IP地址)，并且发送以该提取的IP地址作为目的地的拥塞通知。与此相比，当应用第三种方法时，中继路由器提取该音频分组的源/目的地IP地址(该音频分组的源和目的地GW的IP地址)，并且发送以提取的源IP地址和目的地IP地址作为目的地的拥塞通知。
以此方式，执行依据应用的方法(第一种到第三种方法中的一个)的优先级改变序列和断开序列。
此后，当执行断开序列时，中继路由器不接收该音频分组流的音频分组。另一方面，当执行该优先级改变序列时，中继路由器从该音频分组流中接收具有“中优先级(M)”或者“低优先级(L)”的音频分组而不是具有“高优先级(H)”的音频分组。因此，基于在步骤S2中的确定来根据优先级传输音频分组。
如上所述，通过执行在步骤S1到S9中的处理过程，中继路由器起一个根据本发明、具有一个监视装置的设备的作用。中继路由器至少执行在步骤S10中的处理过程。
当该中继路由器执行在步骤S1到S11中的处理过程时，中继路由器可以自主地知道该音频分组流的使用带宽而不用执行诸如RSVP的带宽预约控制。因为中继路由器可以监视所有“高优先级”音频分组流的带宽总和，所以例如不需要执行诸如一种使用Leaky Bucket算法的方法(其中该方法是一种监视各个分组流的使用带宽的方法)的复杂带宽监视控制。以此方式，减小了在拥塞控制(QoS控制)中在中继路由器上的负载。
当由于一个“高优先级”音频分组流的产生导致一个高优先级音频分组流的使用带宽超过一个预定值(R max)时，通过第一到第三种方法中的一种方法执行该音频分组流的优先级改变或者该音频分组流的断开。
以此方式，可以防止由于从该“高优先级”队列的溢出而导致具有“高优先级”的音频分组保留在该“高优先级”队列中(该音频分组被延迟)及/或具有“高优先级”的音频分组丢失。为此，已经在导致该拥塞之前产生的高优先级音频分组流可以逃离拥塞的影响。
因此，可以保持其中已经登记的高优先级音频分组流被优选地传输到下一个中继段的状态，而且可以优选地保持在一个新音频分组流产生之前建立的一个电话通信呼叫的质量(QoS)。
图13是一个显示了这样一种方法的框图，当改变分组传输的优先级或者断开分组传送时，该方法在每个中继路由器中删除该高优先级音频分组流的登记。在图13的示例中，在电话25和电话27之间建立一个电话通信呼叫，而且中继路由器14把从GW 3到GW 4的音频分组流登记为一个“高优先级”音频分组流。然而，图13显示了检测到一个从GW 4到GW 3的音频分组流的拥塞的示例。
通过第一到第三种方法中的一种，执行该音频分组流的优先级改变或者断开的GW 3和4中的每一个向相对的GW(对于GW 3的GW 4和对于GW 4的GW 3)发送一个用于通知分组传送优先级改变或者断开完成的分组(通知分组)。
当中继路由器14检测到从GW 3到GW 4的通知分组时，中继路由器14从高优先级音频分组登记(登记表42)中删除对应于该通知分组的高优先级音频分组流，并且从保持在带宽值保持表43中的当前使用带宽“R”值中去除在该高优先级分组流中使用的带宽(从当前使用的带宽“R”中减去该带宽)。
当中继路由器14检测到拥塞时从GW 4到GW 3的音频分组流不被登记为一个“高优先级”音频分组流，并且该音频分组流的优先级从“高优先级(H)”改变成为一个比“高优先级(H)”低的优先级(例如，“低优先级(L)”)(当执行该优先级改变序列时)。在这种情况下，中继路由器14、13、和12不把该音频分组流登记为一个“高优先级”音频分组流。
然而，当另一个音频分组流被断开直到GW 4在随后执行的优先级改变序列(拥塞控制)中改变优先级为止时，以及当在该中继路由器14中使该带宽空闲时，该音频分组流可以被登记为一个“高优先级”音频分组流。
因此，当中继路由器14、13、和12中的每一个接收从GW 4到GW 3的通知分组时，以及如果对应于该通知分组的音频分组流在该登记表42中被登记为一个“高优先级”音频分组流的话，则删除该音频分组流的登记。此外，从该当前使用的带宽“R”中减去该音频分组流的带宽。
以此方式，当由对应于一个电话通信的任何一个音频分组流导致拥塞时，中继路由器12、13和14中的每一个都可以释放用于与从GW 3到GW 4的音频分组流和从GW 4到GW 3的音频分组流有关的高优先级的带宽。
图14(A)和14(B)是显示了这样一种方法的框图，其中中继路由器自主地确定优先级改变和断开。将作为如图13所示的方法(其中中继路由器根据一个通知分组删除登记并且改变当前使用的带宽的方法)的一个修改在下面描述这个方法。
如图14(A)所示，中继路由器具有一个登记表42A代替登记表42，作为一个其中登记至少一个“高优先级”音频分组流的地方。登记表42A为每一个音频分组流保持一个表示与该音频分组流相关的一个音频分组由该中继路由器连续地接收的标志以及“高优先级”音频分组流的流指定信息。该登记表42A对应于根据本发明的流指定信息存储装置。
当接收的分组已经被登记为一个高优先级音频分组流(S3；在图14(A)中的YES)、而且因为有空闲的带宽被登记为一个高优先级音频分组流(在图14(A)中的S8)时，中继路由器把对应于“高优先级”音频分组流的连续标志设置为ON(S8A)。
另一方面，中继路由器以一个预定周期执行下列处理过程(步骤S12到S15)。
更具体地说，中继路由器定期检查在登记表42A中的每一个连续标志(S12)。当该标志是在“ON”状态中时(S12；ON)，则中继路由器把该标志转换为“OFF”。
中继路由器对所有在该登记表42A上登记的高优先级音频分组流执行该处理过程(在步骤S12和S13中的循环处理过程)。在一个具有大于分组接收间隔(例如，20毫秒)的间隔的周期(例如，1秒)中为每一个高优先级音频分组流执行该循环处理过程。
在步骤S12中，当要被检查的连续标志的状态是一个“OFF”状态(S12；OFF)时，中继路由器从该高优先级音频分组登记(登记表42A)中删除该高优先级音频分组流(S14)，并且从该带宽值保持表43中的当前使用带宽值R中减去该高优先级音频分组流使用的带宽值(S15)。图14(B)是一个显示了某一个音频分组流的连续标志的状态的图。
以此方式，即使中继路由器没有从GW中接收到表示优先级改变或者断开完成(结束)的通知(通知分组)，当检测到该音频分组流具有“OFF”状态的连续标志时，中继路由器可以知道对该音频分组流执行了优先级改变序列或者断开序列。中继路由器可以基于该确定，自主地执行音频分组流登记的删除以及当前使用的带宽“R”的改变。
图15是一个框图，其显示了一个依据呼叫(呼叫侧)用户的选择的优先级改变序列。图16是一个框图，其显示了一个依据呼叫(呼叫侧)用户的选择的断开序列。在图15和16中显示的方法对应于其中呼叫用户执行优先级控制的第四种方法。
在图15和16中，由于在中继路由器14检测到拥塞之前所执行的处理过程与在图2和3中的那些相同，将省略它们的描述。在图15和16中，当一个“高优先级”音频分组流的使用带宽超过“R max”(在该中继路由器(例如，中继路由器14)中检测到拥塞)时，一个呼叫GW(在示例中的GW 3)直接从中继路由器14接收拥塞通知、或者通过CA 5接收该拥塞通知。这个拥塞通知包括经受优先级改变或者断开的音频分组流的流指定信息。
当该呼叫GW(GW 3)接收到该拥塞通知时，在执行优先级改变或者断开之前该呼叫GW向一个呼叫用户(在说明示例中，是电话25的用户)通知正在产生拥塞(拥塞消息)，并且询问该呼叫用户是选择优先级改变还是断开。
当呼叫用户接收到该拥塞消息时，该呼叫用户选择优先级改变和断开电话通信中的一个。此外，当呼叫用户选择优先级改变时，呼叫用户可以选择一个改变的优先级。向呼叫GW(GW 3)给予通过呼叫用户的选择获得的答复。
呼叫GW(GW 3)依据来自呼叫用户的答复(选择结果)执行优先级改变序列(图15)或者断开序列(图16)。图15显示了在优先级改变序列中的两种方法。在第一种方法中，GW 3通过在该音频分组流上的中继路由器向一个被叫GW(GW4)给予一个优先级改变通知。在第二种方法中，GW 3向CA 5给予一个优先级改变通知，而且CA 5基于该优先级改变通知向被叫GW(GW 4)给予一个优先级改变指令。该优先级改变通知/指令包括由该用户选择的改变的优先级(例如，“低优先级(L)”)。呼叫和被叫GW把对应于该优先级改变序列目标的音频分组流的音频分组的ToS值改变成为对应于一个比该高优先级低的优先级的替换值。
图16显示了在该断开序列中的两种方法。在第一种方法中，GW 3通过在该音频分组流上的中继路由器向被叫GW(GW4)给予一个断开通知。在第二种方法中，GW 3向CA 5给予一个断开通知，而且CA 5基于该断开通知向被叫GW(GW 4)给予一个断开指令。呼叫和被叫GW执行对应于该断开处理过程(序列)目标的音频分组流的断开处理过程。在该断开处理过程完成时，呼叫和被叫GW向CA 5给出断开处理过程的完成。CA 5执行用于断开在电话25和电话27之间、对应于断开的音频分组流的电话通信呼叫的呼叫控制。
依据第四种方法，当与该电话通信有关的拥塞引起时，呼叫用户可以选择他或者她是否用低优先级继续该电话通信或者停止该电话通信。如图15和16所示的GW 3起一个根据本发明的包括设置装置、查询装置、以及控制装置的VoIP网关设备的作用。
图17和18是显示了在CA或者VoIP-GW中的一种拥塞确定方法的框图。图17显示了通过CA或者VoIP-GW的第一种拥塞确定方法。图18显示了通过CA或者VoIP-GW的第二种拥塞确定方法。
在第一种拥塞确定方法中，在CA 5或者VoIP-GW从中继路由器接收到预定次数(一次或多次)拥塞通知的条件下，控制VoIP-GW的CA 5或者VoIP-GW执行该优先级改变处理过程或者断开处理过程。
在图17所示的示例中，对于在电话25和电话27之间的一个电话通信呼叫，中继路由器14检测与从GW 4到GW 3的音频分组流相关的拥塞，并且每当接收该音频分组时发送一个检测到拥塞的拥塞通知。在图17所示的示例中，中继路由器14利用拥塞的检测来改变该音频分组流的优先级。
从中继路由器14发送的拥塞通知被传输到一个预定的目的地，即CA5或者GW 3。当关于某一音频分组流的拥塞通知的接收次数是一个预定次数或更多时，CA 5或者GW 3在GW 3的控制下执行优先级改变或者断开序列。在这种情况下，当控制该GW的主体是CA 5时，执行第一种方法中的优先级改变或者断开序列。另一方面，当控制该GW的主体是GW时，执行第二或者第三方法中的优先级改变或者断开序列。
以此方式，当该主体(CA或者GW本身)接收预定次数的、高优先级的某一音频分组流的拥塞通知时，可以执行该优先级改变或者断开序列。因此，接收预定次数的拥塞通知变为执行该优先级改变或者断开序列的触发信号(机会)。
以此方式，当由CA和VoIP-GW(控制主体)接收拥塞通知的次数被设置为2或更多时，可以调整在该控制主体中的拥塞确定的灵敏度。更具体地说，没有执行通过一个新音频分组流中的第一个分组的确定，可以试着把该中继路由器中的一个高优先级带宽保留一个预定的时间段。
在第二种拥塞确定方法中，在接收到表示由于拥塞而使从呼叫侧到被叫侧的音频分组流不能用一个高优先级传输的拥塞通知、以及由于拥塞而导致从被叫侧到呼叫侧的音频分组流不能用一个高优先级传输的拥塞通知的条件下，控制VoIP-GW的CA或者控制本身的VoIP-GW控制该VoIP-GW，以执行优先级改变或者断开。
在图18所示的示例中，对于在电话25和电话27之间的电话通信呼叫，中继路由器14基于来自GW 3(呼叫GW)的音频分组，向对应于目的地(该GW的控制主体)的CA 5和GW 3给予该拥塞通知，并且基于来自GW 4(被叫GW)的音频分组、给予CA 5或者GW 3该拥塞通知。
当CA 5或者GW 3接收到基于在呼叫侧和被叫侧的音频分组的拥塞通知时，如在图17中的示例所示，CA 5或者GW 3依据一个预定的设置执行优先级改变序列和断开序列中的一个。
依据第二种拥塞确定方法，当一个新产生的音频分组流(例如，从呼叫侧到被叫侧的一个音频分组流)可以在该中继路由器中保留一个高优先级带宽，而且当另一个音频分组流(例如，从被叫侧到呼叫侧的一个音频分组流)不能保留一个高优先级带宽时，直到与另一个音频分组流(从被叫侧到呼叫侧的音频分组流)相关的拥塞被检测到为止，中继路由器可以一直试图获取对该音频分组流的一个高优先级带宽。例如，当与另一个电话通信有关的另一个音频分组流被断开时，可以保留该另一个音频分组流的高优先级带宽。因此不需要执行优先级改变或者断开。
图19(A)、19(B)、和19(C)显示了一种通过恰在呼叫连接之前使用一个测试分组来确定拥塞的方法。一个呼叫VoIP-GW(在图19(A)、(B)和(C)示例中的GW3)产生一个具有对应于一个设置目标的音频分组流的源IP地址、目的地IP地址、源UDP立端口号、和目的地UDP端口号的测试分组。此外，呼叫VoIP-GW向该测试分组设置“高优先级(H)”。此外，呼叫VoIP-GW把该测试分组发送到一个被叫VoIP-GW(在图19(A)、(B)和(C)中的GW 4)。
中继该设置目标的音频分组流的音频分组的每一个中继路由器(在图19(A)、(B)和(C)的示例中的中继路由器12、13、14、和15)接收该测试分组、并且试图把该测试分组的分组流登记为“高优先级”。然后，如果中继路由器中的每一个依据该测试分组的分组流检测到“高优先级”的拥塞，则该检测到拥塞的中继路由器把该测试分组的优先级改变成为较低的优先级(例如，参见图19(B)，“低优先级(L)”)。
当该被叫VoIP-GW接收到该测试分组时，该VoIP-GW把该测试分组返回到呼叫VoIP-GW。该测试分组返回到呼叫VoIP-GW。以此方式，该测试分组起在一个反向(被叫侧->呼叫侧)中的一个音频分组流的一个测试分组的作用。
当中继通过反向音频分组流的音频分组的每一个中继路由器(在图19(A)、(B)和(C)中的路由器12、13、14、和15)接收该测试分组并且检查在该测试分组中的ToS值是否对应于“高优先级”时。然后，如果该ToS值不对应于“高优先级”，则该中继路由器把该测试分组传输到下一个中继段。另一方面，如果该ToS值对应于“高优先级”，则该中继路由器确定测试分组流是否能够被登记为“高优先级”分组流(是否该“高优先级”的拥塞由该测试分组流的登记引起)。然后，如果该测试分组流能够被登记为“高优先级”，则该中继路由器把该测试分组传输到下一个中继段而不改变该测试分组的优先级。另一方面，如果该测试分组流不能被登记(引起拥塞)，则该中继路由器把该测试分组的ToS值改变成为一个对应于比该“高优先级”低的优先级(例如，“低优先级(L)”)的值，并且把该测试分组传输到下一个中继段(参见图19(C))。
该呼叫VoIP-GW接收该返回的测试分组。当返回的测试分组的优先级(ToS值)是“高优先级(H)”时，呼叫VoIP-GW向该设置目标的音频分组流设置“高优先级(H)”。与此相对，当返回测试分组的优先级(ToS值)是一个较低的优先级(“低优先级(L)”)时，呼叫VoIP-GW向设置目标的音频分组流设置一个预定的较低优先级(例如，“低优先级(L)”)(改变了优先级)，或者停止(或者断开)该设置目标的音频分组流，并且通知被叫VoIP-GW该音频分组流的设置停止。
在这时候，作为一种在呼叫VoIP-GW中决定改变一个分组传输优先级或者断开的方法，可以应用一种事先设置该确定的方法和一种图16所示、依据呼叫用户的选择的方法中的任何一个。
当从呼叫VoIP-GW接收该通知时，被叫VoIP-GW依据来自呼叫VoIP-GW的通知内容，把该设置目标的音频分组流的优先级改变成为一个预定的较低优先级或者停止(断开)设置该设置目标的音频分组流。
以此方式，在连接一个新电话通信呼叫之前，可以建立与该电话通信呼叫有关的音频分组流的优先级。此外，当不能获得一个期望的优先级时，还可以断开该音频分组流。在图19(A)、(B)和(C)中的呼叫GW 3起一个包括根据本发明的发送装置、接收装置、和控制装置的VoIP网关设备的作用。
在上述操作中，当每一个中继路由器向一个测试分组执行与用于一个新高优先级音频分组流的第一个分组相同的操作时，不需要用于该测试分组的特殊操作。
如上已经所述的那样，根据本发明，通过使用一种比传统方法更简单的方法，一个高优先级分组流的带宽由每一个中继路由器自主和分散地管理和保留。一个具有超过一个预定带宽的带宽的音频分组流的优先级被变成一个较低的优先级，或者断开该音频分组流。以此方式，防止在该中继路由器中一个用于高优先级音频分组流的队列的溢出(参见图20)。
图20说明了以下示例。也就是说，当已经建立了高优先级音频分组流Ha到He时，分别产生高优先级音频分组流Hf到Hj。当音频分组流Hf到Hj以高优先级传输时产生拥塞，则音频分组流Hf到Hi的优先级从高优先级改变为中或者小优先级，而且断开该音频分组流Hj。
因此，在已经建立的一个电话通信呼叫的音频分组流(在图20中的Ha到He)中不发生延迟或者分组丢失。因此，相对于这些音频分组流的电话通信呼叫，排除了在一个IP网络(VoIP网络)中的音频质量退化因素。
更具体地说，当已经连接的音频电话通信保持在一个高质量状态中时，即使一个中继路由器由于随后连接的音频电话通信而被拥塞的话，因为优先级改变或者断开，产生该拥塞的电话通信不影响该连接的音频电话通信的高质量状态。可以在VoIP传输中使用和在这样一个STM交换网络中的一个拥塞控制方法相同的概念。
使用这个方法的一个IP网络可以提供高质量的通信和取决于选择的尽力通信(参见图21)，该高质量的通信具有与作为在音频电话通信中的一种传统方法的使用STM交换的带宽保证通信相同的质量。

Claims (42)

1.一种用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，包括：
监视装置，用于监视通过一个VoIP网络中的中继路由器并且在其中设置了一个预定优先级的分组流；以及
拥塞控制装置，用于当由一个新分组流的产生引起拥塞时，执行拥塞控制，该拥塞控制用于保持一个被设置了预定优先级并且在引起拥塞之前已经建立的分组流的状态。
2.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：通过该拥塞控制，新分组流的优先级被改变为一个比预定优先级低的优先级。
3.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：通过该拥挤控制断开该新分组流。
4.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：该拥塞控制装置向一个VoIP网关的一个控制设备给予一个拥塞通知，以及
当该控制设备接收到拥塞通知时，该控制设备控制与新分组流相关的一个VoIP网关，并且使该VoIP网关把该新分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级。
5.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：该拥塞控制装置向一个VoIP网关的一个控制设备给予一个拥塞通知，以及
当该控制设备接收到拥塞通知时，该控制设备控制与新分组流相关的一个VoIP网关，并且让该VoIP网关断开该新分组流。
6.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：该拥塞控制装置向与该新分组流相关的一个VoIP网关给予一个拥塞通知，以及
当该VoIP网关接收到该拥塞通知时，VoIP网关向该VoIP网关的控制设备给予拥塞通知，并且该控制设备控制该VoIP网关以把该新分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级。
7.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：该拥塞控制装置向与该新分组流相关的一个VoIP网关给予一个拥塞通知，以及
当该VoIP网关接收到该拥塞通知时，VoIP网关向该VoIP网关的控制设备给予拥塞通知，并且当控制设备接收到该拥塞通知时，控制设备控制该VoIP网关以断开该新分组流。
8.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：该拥塞控制装置向与该新分组流相关的一个VoIP网关给予一个拥塞通知，以及
当该VoIP网关接收到该拥塞通知时，该VoIP网关把该新分组流的优先级改变成为一个比该预定优先级低的优先级。
9.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：该拥塞控制装置向与该新音频分组流相关的一个VoIP网关给予一个拥塞通知，以及
当该VoIP网关接收到拥塞通知时，该VoIP网关断开该新分组流。
10.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：该监视装置保持通过该中继路由器并且设置了预定优先级的至少一个分组流的使用带宽的总和，并且当该总和由于一个新分组流的产生而超过一个预定允许值时，确定引起了拥塞。
11.如权利要求10所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，进一步包括：
流指定信息存储装置，用于存储用于指定一个通过该中继路由器并且设置了预定优先级的分组流的流指定信息；
总和存储装置，用于存储具有保存在流指定信息存储装置中的流指定信息的至少一个分组流的使用带宽的总和；以及
允许值存储装置，用于存储一个由设置了预定优先级的分组流使用的带宽的允许值；以及
其中，当中继路由器接收一个分组时，监视装置指定该分组的一个优先级；当指定的优先级是预定优先级时，监视装置查看流指定信息存储装置；并且当该分组的流指定信息没有被保存在该流指定信息存储装置中时，该监视装置计算该分组的分组流的使用带宽，把计算的带宽值添加到存储在总和存储装置中的总和中，以及确定添加的结果是否超过了保存在允许值存储装置中的允许值。
12.如权利要求11所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当该监视装置确定添加结果没有超过保存在允许值存储装置中的允许值时，该监视装置在该流指定信息存储装置中登记该分组的流指定信息，并且把添加结果存储在总和存储装置中作为一个新的总和。
13.如权利要求10所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：其中的分组以预定优先级传输的所有分组流是音频分组流，以及
当该中继路由器接收一个新产生音频分组流的音频分组时，该监视装置基于包括在该音频分组中的RTP有效负载类型和IP分组长度、计算该音频分组的音频分组流的使用带宽。
14.如权利要求11所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当针对具有保存在该流指定信息存储装置中的流指定信息的一个分组流执行优先级改变或者断开时，该监视装置从该流指定信息存储装置中删除该分组流的流指定信息，并且从保存在总和存储装置中的总和中减去该分组流的使用带宽的值。
15.如权利要求11所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：该监视装置检查该中继路由器是否在一个预定时段内接收到来自一个具有保存在该流指定信息存储装置中的流指定信息的分组流的分组，从该流指定信息存储装置中删除其中没有在预定时段内接收到一个分组的分组流的流指定信息，并且从保存在该总和存储装置的总和中减去该分组流的使用带宽的值。
16.如权利要求1所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当引起拥塞时，向与该新分组流相关的一个VoIP网关给予一个拥塞通知，以及
该VoIP网关询问一个通过使用该新分组流执行电话通信的用户，并且基于来自该用户的一个答复，把该新分组流的优先级改变成为一个比该预定优先级低的优先级或者断开该新分组流。
17.如权利要求16所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：向使用该新分组流的电话通信的一个呼叫VoIP网关给予拥塞通知，
当基于来自该用户的一个答复改变新分组流的优先级或者断开该新分组流时，呼叫VoIP网关直接地或者通过该VoIP网关的一个控制设备把该VoIP网关的控制内容发送到该电话通信的被叫VoIP网关，以及
该被叫VoIP网关基于该呼叫VoIP网关的控制内容，把具有一个和对应于该电话通信的新分组流方向相反的方向的新分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级或者断开该相反方向的新分组流。
18.如权利要求4所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当该控制设备接收到预定次数的拥塞通知时，该控制设备控制与新分组流相关的一个VoIP网关以把该新分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级。
19.如权利要求5所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当该控制设备接收到预定次数的拥塞通知时，该控制设备控制与新分组流相关的一个VoIP网关以断开该新分组流。
20.如权利要求6所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当该VoIP网关接收到预定次数的拥塞通知时，该VoIP网关向该VoIP网关的控制设备给予该拥塞通知，以及
该控制设备控制该VoIP网关以把该新分组流的优先级改变成为一个比该预定优先级低的优先级。
21.如权利要求7所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当该VoIP网关接收到预定次数的拥塞通知时，该VoIP网关向该VoIP网关的控制设备给予该拥塞通知，以及
当该控制设备接收到拥塞通知时，该控制设备控制该VoIP网关以断开该新分组流。
22.如权利要求8所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当该VoIP网关接收到预定次数的拥塞通知时，该VoIP网关把该新分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级。
23.如权利要求9所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当该VoIP网关接收到预定次数的拥塞通知时，该VoIP网关断开该新分组流。
24.如权利要求4所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当该控制设备接收到针对与一个新电话通信有关的两个新音频分组流的拥塞通知时，该控制设备控制与该新分组流相关的一个VoIP网关以把该新分组流中的至少一个新分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级。
25.如权利要求5所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当该控制设备接收到针对与一个新电话通信有关的两个新音频分组流的拥塞通知时，该控制设备控制与该新分组流相关的一个VoIP网关以断开该新分组流中的至少一个新分组流。
26.如权利要求6所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：一个与新电话通信有关的VoIP网关分别接收针对与该新电话通信有关的两个新分组流的拥塞通知，并且向该VoIP网关的控制设备给予拥塞通知，以及
该控制设备控制该VoIP网关以把该新分组流中的至少一个新分组流的优先级改变成为一个比该预定优先级低的优先级。
27.如权利要求7所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：一个与新电话通信有关的VoIP网关分别接收针对与该新电话通信有关的两个新分组流的拥塞通知，并且向该VoIP网关的控制设备给予拥塞通知，以及
当该控制设备接收到拥塞通知时，该控制设备控制该VoIP网关以断开该新分组流中的至少一个新分组流。
28.如权利要求8所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当与一个新电话通信有关的VoIP网关分别接收到针对与该新电话通信有关的两个新分组流的拥塞通知并且向该VoIP网关的控制设备给予拥塞通知时，该VoIP网关把该新分组流中的一个新分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级。
29.如权利要求9所述用于一个VoIP网络的拥塞控制系统，其中：当与一个新电话通信有关的VoIP网关分别接收到针对与该新电话通信有关的两个新分组流的拥塞通知并且向该VoIP网关的控制设备给予拥塞通知时，该VoIP网关断开该新分组流中的一个新分组流。
30.一种用于一个VoIP网络的音频分组流的设置系统，包括：
呼叫VoIP网关，用于在呼叫VoIP网关和被叫VoIP网关之间设置一个从呼叫侧延伸到被叫侧的第一方向的音频分组流，以通过该VoIP网络建立一个电话通信呼叫；
被叫VoIP网关，用于在被叫VoIP网关和呼叫VoIP网关之间设置一个从被叫侧延伸到呼叫侧的第二方向中的音频分组流，以建立电话通信呼叫；以及
中继路由器，用于中继在第一和第二方向的音频分组流上传输的音频分组；以及
其中，在设置在第一和第二方向中的音频分组流之前，呼叫VoIP网关把一个具有一个为该音频分组流设置的预定优先级并且在该音频分组流上传输的测试分组发送到该被叫VoIP网关，
中继路由器监视通过该中继路由器并且以预定优先级传输的一个分组流，在第一和第二方向中接收该测试分组直到该测试分组通过被叫VoIP网关返回到呼叫VoIP网关为止，使用接收的测试分组来确定是否由在第一和第二方向设置该音频分组流而引起拥塞，以及当引起了拥塞时，把为该测试分组设置的预定优先级改变为一个比该预定优先级低的优先级；
当为该返回到呼叫VoIP网关的测试分组设置的优先级被改变了时，该呼叫VoIP网关把在第一方向中的音频分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级，或者断开该在第一方向中的音频分组流，以及
当在第一方向中的音频分组流的优先级被改变成为一个比预定优先级低的优先级时，被叫VoIP网关把在第二方向中的音频分组流的优先级改变成为一个为在第一方向中的音频分组流设置的优先级，或者当在第一方向中的音频分组流被断开时，被叫VoIP网关断开在第二方向中的音频分组流。
31.一种用作呼叫VoIP网关的VoIP网关，包括：
设置装置，用于在该呼叫VoIP网关和被叫VoIP网关之间设置一个从呼叫侧延伸到被叫侧并且具有一个预定优先级的新音频分组流，以通过VoIP网络建立一个电话通信呼叫；
查询装置，用于当由设置该新音频分组流所引起的拥塞由一个中继路由器检测到时，向该电话通信呼叫的用户查询有关该新音频分组流的控制内容，其中该中继路由器用于中继在该新音频分组流上传输的一个音频分组；以及
控制装置，用于依据来自该用户的答复把为该新音频分组流设置的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级或者断开该新音频分组流。
32.如权利要求31所述的VoIP网关，其中：当基于来自该用户的答复改变为该新音频分组流设置的优先级或者断开该新音频分组流时，直接或者通过该VoIP网关的一个控制设备把控制内容发送到该被叫VoIP网关。
33.一种用作呼叫VoIP网关的VoIP网关，包括：
发送装置，当在一个呼叫VoIP网关和一个被叫VoIP网关之间设置一个在从呼叫侧延伸到被叫侧的第一方向中的音频分组流以及在从该被叫侧延伸到呼叫侧的第二方向中的一个音频分组流以建立一个通过一个VoIP网络的电话通信呼叫时，发送具有一个为在第一和第二方向中的音频分组流设置的预定优先级并且在这些音频分组流上传输的测试分组；
接收装置，用于通过被叫VoIP网关接收返回到该呼叫VoIP网关的测试分组；以及
控制装置，用于当为该接收的测试分组设置的预定优先级被改变成为另一个优先级时，把在第一方向中的音频分组流的优先级改变成为一个比预定优先级低的优先级，或者断开该在第一方向中的音频分组流。
34.如权利要求33所述的VoIP网关，其中：当基于来自该用户的答复改变为该新音频分组流设置的优先级或者断开该新音频分组流时，直接或者通过该VoIP网关的一个控制设备把控制内容发送到该被叫VoIP网关。
35.一种中继路由器，包括：
监视装置，用于监视通过该中继路由器并且在其中设置了一个预定优先级的分组流；以及
拥塞控制装置，用于当由一个新分组流的产生引起拥塞时，执行拥塞控制，该拥塞控制用于保持一个被设置了预定优先级并且在引起拥塞之前已经建立的分组流的状态。
36.如权利要求35所述的中继路由器，其中：该拥塞控制装置输出一个拥塞通知，该拥塞通知用于把该新分组流的优先级改变成为一个比该预定优先级低的优先级或者断开该新分组流。
37.如权利要求35所述的中继路由器，其中：该监视装置保持通过该中继路由器并且设置了预定优先级的至少一个分组流的使用带宽的总和，并且当该总和由于一个新分组流的产生而超过一个预定允许值时，确定引起了拥塞。
38.如权利要求37所述的中继路由器，进一步包括：
流指定信息存储装置，用于存储用于指定一个通过该中继路由器并且被设置了预定优先级的分组流的流指定信息；
总和存储装置，用于存储具有保存在流指定信息存储装置中的流指定信息的至少一个分组流的使用带宽的总和；以及
允许值存储装置，用于存储一个由设置了预定优先级的分组流使用的带宽的允许值；以及
其中：当该中继路由器接收到一个分组时，该监视装置指定该分组的一个优先级，当指定的优先级是预定优先级时，该监视装置查看该流指定信息存储装置，并且当该分组的流指定信息没有被保存在该流指定信息存储装置中时，该监视装置计算该分组的分组流的使用带宽，把计算的带宽值添加到保存在总和存储装置中的总和中，并且确定添加的结果是否超过了保存在允许值存储装置中的允许值。
39.如权利要求38所述的中继路由器，其中：当该监视装置确定添加结果没有超过保存在允许值存储装置中的允许值时，该监视装置在该流指定信息存储装置中登记该分组的流指定信息，并且把添加结果存储在总和存储装置中作为一个新的总和。
40.如权利要求37所述的中继路由器，其中：其中的分组以预定优先级传输的所有分组流是音频分组流，以及
当该中继路由器接收一个新产生音频分组流的音频分组时，该监视装置基于包括在该音频分组中的RTP有效负载类型和IP分组长度、计算该音频分组的音频分组流的使用带宽。
41.如权利要求38所述的中继路由器，其中：当关于具有保存在该流指定信息存储装置中的流指定信息的一个分组流执行优先级改变或者断开时，该监视装置从该流指定信息存储装置中删除该分组流的流指定信息，并且从保存在总和存储装置中的总和中减去该分组流的使用带宽的值。
42.如权利要求38所述的中继路由器，其中：该监视装置检查该中继路由器是否在一个预定时段内接收到来自一个具有保存在该流指定信息存储装置中的流指定信息的分组流的分组，从该流指定信息存储装置中删除其中没有在预定时段内接收到一个分组的分组流的流指定信息，并且从保存在总和存储装置中的总和中减去该分组流的使用带宽的值。
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