專利名稱：用于分組交換通信系統(tǒng)的選擇動態(tài)語音抖動緩沖大小的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及因特網(wǎng)協(xié)議語音(VoIP)網(wǎng)絡(luò)，并且更具體地，涉及VoIP網(wǎng)絡(luò)上非周期分組接收的減少。
背景技術(shù)：
用于公共安全與軍事應(yīng)用的現(xiàn)代雙向無線系統(tǒng)為基于分組的系統(tǒng)，其使用因特網(wǎng)協(xié)議(IP)路由器互連多個移動交換局和基站。這種系統(tǒng)的示例是摩托羅拉X-ZONE無線系統(tǒng)，其使用因特網(wǎng)和IP語音技術(shù)互連聯(lián)網(wǎng)的基站。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，一個IP分組通常由至少14個字段構(gòu)成。該IP分組中使用的分組中的一個是生存時間(TTL)字段。當分組從計算機發(fā)出時，其具有某一TTL值。如本領(lǐng)域所公知，每次分組通過路由器，該值減一，直到該值為零，此時丟棄該分組。此技術(shù)確保帶寬不會被永遠在網(wǎng)絡(luò)上循環(huán)的丟失分組用盡。由于該字段的大小是8比特，因而可設(shè)置的最大跳數(shù)為255。
盡管分組交換網(wǎng)絡(luò)對于電路交換網(wǎng)絡(luò)具有大量的優(yōu)點，使用分組系統(tǒng)的一個缺點是分組在去往終點的途中穿過IP網(wǎng)絡(luò)時引起的延遲與語音抖動。當分組通過各種網(wǎng)絡(luò)路由器傳播，去往目標時，在每個路由器處會產(chǎn)生少量的延遲。隨著延遲不斷積累，其在目標點導致分組的非周期接收。此現(xiàn)象通常成為“抖動”。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知，這些是當使用因特網(wǎng)電話和任何基于語音的分組系統(tǒng)時的常見問題，這是由于如果需要進行實時通信，需要從源點到終點的最小延遲。由于分組通常由源設(shè)備以周期性的60ms間隔生成，它們也需要以同樣的60ms周期速率接收，以防止音頻流中的不連續(xù)和紊亂。以這樣的非周期方式接收信息的語音合成器將保持靜默或具有不希望的其它異常，例如失真或嘯叫。
一種減輕以此方式接收的IP語音(VoIP)分組業(yè)務(wù)的非周期性質(zhì)的方法是通過使用語音抖動緩沖。該語音抖動緩沖為預定大小的存儲器。該語音緩沖用于存儲或緩沖進來的VoIP分組，使得進來的分組的非周期接收最小化。將這些分組存儲預定時間，以產(chǎn)生平滑效果，最小化分組間的時間延遲。由于該延遲最小化，可降低或消除分組間的間隔，使得出現(xiàn)周期的分組接收流。一個或多個抖動緩沖的實現(xiàn)提供優(yōu)勢，在于其可提供產(chǎn)生更好的分組信息連續(xù)流的方法。可存儲這些分組，并當能夠產(chǎn)生周期的分組信息流時從該語音抖動緩沖中釋放。
使用語音抖動緩沖的缺點在于其在這些音頻通信的接收中產(chǎn)生了不可接受的延遲。通常在無線通信中，所有信息有必要以盡可能接近實時的方式傳遞。該抖動緩沖越大，進入的延遲就將越大，由于分組將在緩沖中保持排隊較長的時間段。從而，有必要使該語音抖動緩存保持盡量小，以便降低延遲。這在公共安全/緊急任務(wù)環(huán)境中特別重要，其中，由于延遲造成的任何錯誤通信都將危及生命。
為了克服緩沖的分組數(shù)據(jù)的長延遲，有時使用動態(tài)抖動緩沖調(diào)整存儲緩沖的大小，僅產(chǎn)生最少量的音頻滯后和延遲。通過確定從前一接收的分組需要的延遲量操作動態(tài)抖動緩沖，并且然后基于提供一致的數(shù)據(jù)分組流所需的最少量的延遲，調(diào)整該緩沖大小。從而，該動態(tài)抖動緩沖在VoIP呼叫開始時，此時該緩沖為空，填充靜態(tài)數(shù)量。當該緩沖下溢時，即它變?yōu)榭諘r，再次將其填充至較高容量。這就是目前常用于VoIP業(yè)務(wù)的調(diào)整技術(shù)類型，但此方法僅在問題已經(jīng)出現(xiàn)后，對于防止由于抖動造成的信息丟失有效。僅當采用動態(tài)抖動緩沖的VoIP系統(tǒng)識別出存在一些延遲超過了預定限制，才產(chǎn)生較大的緩沖，以補償該延遲。如上所述，在緊急任務(wù)情況下，任何語音信息的丟失都是不可接受的，因此必須實現(xiàn)確保不會丟失信息的方法?，F(xiàn)有的動態(tài)調(diào)整語音抖動緩沖大小的方法是不可接受的，因為僅在已經(jīng)發(fā)生問題后進行校正。
從而，存在對于能夠在VoIP網(wǎng)絡(luò)中在發(fā)起語音流接收時動態(tài)調(diào)整抖動緩沖大小以防止信息丟失或不必要的延遲的系統(tǒng)與方法的需要。該新的解決方案應(yīng)能夠用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，使得現(xiàn)有VoIP分組交換通信網(wǎng)絡(luò)不需要重新配置，以從這些進步中受益。

發(fā)明內(nèi)容
簡言之，根據(jù)本發(fā)明，提供一種利用位于端點設(shè)備的動態(tài)語音抖動緩沖的系統(tǒng)與方法，其利用通過IP分組傳遞的公共信息調(diào)整動態(tài)抖動緩沖大小。如果IP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量大，具有一個或多個低速鏈路，或其結(jié)構(gòu)包括在長距離上傳送的語音業(yè)務(wù)，其中，路由器間的連接在速度上有所降低，則本發(fā)明提供一種方法，通過該方法，IP可用于向端點目標的語音抖動緩沖傳遞擁塞信息。該端點目標然后可使用來自分組字段的此信息以設(shè)置最小的靜態(tài)抖動緩沖大小，以防止進來的語音數(shù)據(jù)的下溢。更具體地，生存時間(TTL)字段或IP分組中的其它特定字段可用于設(shè)置在端點目標設(shè)備讀取的參數(shù)值。然后在該端點映射該值，以設(shè)置該抖動緩沖的靜態(tài)大小，并且防止和/或減弱VoIP分組的非周期接收，其導致在端點目標接收的紊亂的和不連續(xù)的音頻。
附圖簡介我們認為新穎的本發(fā)明的特征在所附權(quán)利要求中詳細列出。通過參考下面的說明，并結(jié)合附圖，可最好地理解本發(fā)明及其另外的目標與優(yōu)越性，在多個圖中，相同的參考標號表示相同的元件，并且其中

圖1為表示具有多個路由器的IP網(wǎng)絡(luò)配置的框圖。
圖2為表示用于接收VoIP分組的目標的操作的框圖。
圖3為表示具有生存時間(TTL)分組字段設(shè)置的IP語音分組源站操作的流程圖。
圖4為在VoIP網(wǎng)絡(luò)中使用的路由器的操作的流程圖，其中，TTL字段隨著經(jīng)過每一個路由器而遞減。
圖5為表示IP語音分組目標站操作的流程圖，其中，映射用于根據(jù)TTL字段所選的抖動緩沖大小。
圖6為表示本發(fā)明替換實施例的流程圖，其中，路由器確定鏈路速度，并設(shè)置VoIP分組頭部的擁塞位。
圖7為表示目標處的擁塞位操作的流程圖，其中，可基于擁塞位的存在與否調(diào)整該抖動緩沖的容量。
具體實施例方式
盡管本說明書以認為是新穎的本發(fā)明的權(quán)利要求為結(jié)束，但相信通過考慮到下述說明并結(jié)合附圖，將能更好地理解本發(fā)明，在這些附圖中，采用了相同的參考標號。
在圖1可以看出，用于發(fā)送和接收因特網(wǎng)協(xié)議語音(VoIP)分組的分組交換通信系統(tǒng)100包括VoIP分組源101。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，該VoIP分組源可發(fā)送語音和數(shù)據(jù)分組，其通過一個或多個位于IP網(wǎng)絡(luò)103中的路由器路由至最終節(jié)點。其中，該IP網(wǎng)絡(luò)103包括多個用于從源101向目標引導分組的路由器。這些路由器作用于分組的可讀地址字段，以沿預定傳輸路徑路由該分組。圖1表示路由器(1)105、路由器(2)107以及路由器(N)109，其向分組提供去往VoIP分組目標111的路徑。在圖2中可以看出，該目標111包括接收機201、抖動緩沖203、和語音合成器205，其用于解碼進來的IP分組，以提供在該分組中傳送的可聽消息。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，圖3至5表示分組中的生存時間(TTL)用于控制該分組目標處的抖動緩沖大小的流程圖。具體地，圖3表示將TTL字段設(shè)置為預定數(shù)字的步驟，其中，該源構(gòu)建VoIP分組301，并且該分組中的TTL字段被設(shè)置303為預定數(shù)字，例如64。然后，該源將該分組發(fā)送或傳送305至網(wǎng)絡(luò)，其終止307該源的需求，直至發(fā)送下一個分組。在圖4中，路由器從源接收401該VoIP分組，并當該分組通過該路由器時將TTL值至少減少一。為了使舊分組丟棄，不在分組通信網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)傳輸，如果該TTL值等于零405，則可丟棄該分組，因為其在通過路由器的最大的數(shù)量中沒有到達它的目標。然而，如果TTL值還沒有降低至零，它被路由通過該路由器，去往其目標。如本領(lǐng)域所公知，該路由器使用該分組中的地址字段，沿著下一路徑或鏈路向其目標路由該分組。這終止411了該路由器的操作，直到接收到下一個VoIP分組語音流，其中，該抖動緩沖可重設(shè)為不同的容量。應(yīng)當進一步明白，盡管作為示例在TTL字段使用了具體值，但可選擇任何值，以提供優(yōu)化的系統(tǒng)操作。
圖5表示初始或第一個VoIP分組到達其目標的步驟。由于TTL值在該分組去往其目標的路徑上遞減，最終的TTL值可用于確定在分組交換通信系統(tǒng)中的分組傳播。然后該目標將解釋501該TTL字段并計算503該分組在去往目標的途中經(jīng)過的路由器個數(shù)。例如，由于該TTL字段在源被初始設(shè)置為64，因此64與當前TTL字段的差將表明該分組在到達其目標之前躍過或“跳過”的路由器數(shù)。如果跳數(shù)小于某個預定數(shù)，例如4，在該抖動緩沖的大小將設(shè)置為較小的緩沖大小。接下來，然后將該分組轉(zhuǎn)發(fā)517至該抖動緩沖。類似地，如果該跳數(shù)小于第二預定數(shù)，例如8，然后將需要較大的緩沖減弱較大的延遲。將設(shè)置中等大小的緩沖513，然后將該分組轉(zhuǎn)發(fā)517至該抖動緩沖。最后，如果確定分組經(jīng)過的數(shù)量是更大的路由器數(shù)，并且該跳數(shù)大于第二預定量，則將設(shè)置515更大的抖動緩沖大小。
在圖5中說明的示例，該值為8，并且如果計算得到多于8跳，可選擇最大的抖動緩沖大小。對于其它分組，分組順序地轉(zhuǎn)發(fā)517至語音合成器使用的用于排隊分組的抖動緩沖。這終止519了此替換實施例的操作，其中，基于路由器跳數(shù)，即距該分組發(fā)起位置的距離，選擇該抖動緩沖的容量。在某個預定時間到期后，或在接收新VoIP分組語言流之前，可重新發(fā)起這些步驟。這時，有必要降低或增加該抖動緩沖的大小，這是由于通信系統(tǒng)上的傳輸鏈路和/或路由器的擁塞或延遲造成。
在本發(fā)明的替換實施例中，可使用第二方法基于VoIP分組中預定字段的設(shè)置，設(shè)置目標處抖動緩沖的大小。圖6表示路由器中使用的步驟，其中，路由器接收601分組，并且該路由器確定603該目標鏈路的鏈路速度。路由器或其它設(shè)備確定在其上發(fā)送該VoIP分組的目標通信鏈路的速度605。如此處所討論，然后使用鏈路速度或鏈路擁塞設(shè)置該分組字段中的擁塞位。如本領(lǐng)域所公知，利用以鏈路速度每秒種發(fā)送的比特數(shù)除以在目標處可用速度計算鏈路擁塞。
如果該通信鏈路的速度高于某個預定的閾值，則該分組被轉(zhuǎn)發(fā)609至其目標。另外，如果計算得到該鏈路的擁塞低于預定閾值，則將該分組轉(zhuǎn)發(fā)609至其目標。然而，如果該鏈路速度由于小于優(yōu)化目標鏈路速度造成低于閾值，或計算的擁塞由于擁塞鏈路造成高于閾值水平，則設(shè)置607VoIP分組的擁塞字段和/或位。可基于路由器確定的擁塞或鏈路速度，將該位設(shè)置位具體的數(shù)值，稱為擁塞值。當路由器將該VoIP分組向其目標轉(zhuǎn)發(fā)時，這終止611了該路由器設(shè)置此擁塞字段的必要，直到接收到下一個分組。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，盡管在此示例中使用目標鏈路速度，但也可以知道緊接著的前一個路由器的鏈路速度。從而，緊接著的前一鏈路上的速度也可能用于設(shè)置該擁塞位。
圖7表示在替換實施例中使用的步驟，其中，該目標接收呼叫流中的第一個VoIP分組?；诖诵畔?，該目標然后可確定703是否已經(jīng)設(shè)置該擁塞字段。如果已經(jīng)設(shè)置該擁塞位，這表明在目標處需要大的抖動緩沖尺寸，然后選擇其705。然后接下來向該抖動緩沖轉(zhuǎn)發(fā)709該分組。然而，如果沒有檢測到擁塞位，這表明存在比某個預定水平小的延遲，這并不需要較大的抖動緩沖大小。在這種情況下，可能設(shè)置707小于較大抖動緩沖大小的抖動緩沖，然后將該分組轉(zhuǎn)發(fā)709至該抖動緩沖。當通過該呼叫流中的第一個分組設(shè)置了該抖動緩沖大小時，這終止711了在該目標處設(shè)置該抖動緩沖的操作。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，在其它替換實施例中，分組頭部中的該擁塞字段可設(shè)置為不同的值。從而，可基于該分組交換通信網(wǎng)絡(luò)的分組業(yè)務(wù)擁塞和延遲，將該擁塞位設(shè)置為許多不同的擁塞值。例如，如果沒有擁塞，可將擁塞字段或位設(shè)置為第一預定值，如存在中等程度的擁塞，可設(shè)置為第二預定值。如果系統(tǒng)正在經(jīng)受重度業(yè)務(wù)負載，則可能將其設(shè)置為第三預定值。這使得目標處的抖動緩沖能夠設(shè)置為任意適當?shù)拇笮。韵蚴章犝咛峁┳钜恢碌姆纸M信息流。這在目標處實現(xiàn)了平滑的、一致的和相對周期的音頻流，以降低語音合成器生成的音頻流中語音抖動和紊亂的影響。
總而言之，本發(fā)明可使用兩個實施例中的一個操作，以設(shè)置該抖動緩沖的靜態(tài)大小。這實現(xiàn)了VoIP分組最一致的和周期的接收，同時引入由抖動緩沖大小造成的最少延遲。這些實施例包括1)對所有分組設(shè)置已知的TTL值，同時結(jié)束點目標檢測接收到的第一個分組的TTL值，并選擇該抖動緩沖的靜態(tài)值；或者2)如果該分組經(jīng)過低速或擁塞的鏈路，設(shè)置VoIP分組中的擁塞字段或位。該目標然后利用第一個接收到的分組中的擁塞位，以確定該抖動緩沖的靜態(tài)值大小。
盡管已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)當明白，本發(fā)明并不限制于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可進行許多修改、變化、變形、替代和等效，而不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有用于因特網(wǎng)協(xié)議語音(VoIP)分組的動態(tài)語音抖動緩沖的分組交換通信系統(tǒng)，包括發(fā)送至少一個VoIP分組的源；至少一個用于向指定目標路由該VoIP分組的路由器；用于接收該至少一個VoIP分組的目標；以及其中，該VoIP分組操作以向至少一個位于該目標的緩沖傳遞關(guān)于該分組交換通信系統(tǒng)的擁塞信息。
2.權(quán)利要求1所述的分組交換通信系統(tǒng)，其中，該VoIP分組傳遞擁塞信息包括以下步驟將VoIP分組中的生存時間(TTL)字段設(shè)置為預定值；當其通過分組交換通信系統(tǒng)中的每一個路由器時，將該TTL值降低一；基于在目標處確定的最終TTL值，計算該VoIP分組已經(jīng)經(jīng)過的路由器數(shù)量；以及基于該最終TTL值調(diào)整目標處的該至少一個緩沖的容量，以便減弱目標處的進來的VoIP分組的非周期接收。
3.權(quán)利要求2所述的分組交換通信系統(tǒng)，進一步包括以下步驟基于該最終的TTL值選擇該至少一個緩沖的第一、第二或第三容量。
4.權(quán)利要求1所述的分組交換通信系統(tǒng)，其中，該VoIP分組傳遞擁塞信息包括以下步驟確定在該至少一個路由器上接收該VoIP分組的速度；設(shè)置VoIP分組中的至少一個字段，以表明該分組是否已經(jīng)通過低于預定速度的至少一個前面的路由器；以及基于至少一個字段的識別，調(diào)整目標處至少一個緩沖的容量，以便減弱目標處進來的VoIP分組的非周期接收。
5.權(quán)利要求1所述的分組交換通信系統(tǒng)，還包括以下步驟選擇該至少一個擁塞值的第一、第二或第三容量。
6.權(quán)利要求1所述的分組交換通信系統(tǒng)，其中，該VoIP分組傳遞擁塞信息包括以下步驟在至少一個路由器處確定是否在至少一個擁塞的路由器處遇到接收的分組；設(shè)置該VoIP分組中的至少一個字段，表明目標鏈路的通信速度是否在預定閾值之下；以及基于至少一個字段的識別，調(diào)整目標處至少一個緩沖的容量，以便減弱目標處進來的VoIP分組的非周期接收。
7.一種用于調(diào)整抖動緩沖大小的方法，該緩沖用于因特網(wǎng)協(xié)議語音(VoIP)分組交換通信系統(tǒng)，該方法包括在源處將VoIP分組中的生存時間(TTL)字段調(diào)整為預定值；當每次該VoIP分組通過該VoIP分組系統(tǒng)中的路由器時，將該TTL字段至少降低一；在目標處讀取該TTL字段；以及基于該TTL值調(diào)整抖動緩沖的大小，以便消弱目標處非周期VoIP分組的接收的影響。
8.如權(quán)利要求7所述的調(diào)整該抖動緩沖大小的方法，還包括以下步驟比較該TTL字段的預定值和在目標處讀取的值，以生成比較值；將該比較值映射至預定的抖動緩沖容量，以從該抖動緩沖提供基本連續(xù)的VoIP分組流；以及基于該比較值，將該抖動緩沖的容量設(shè)置為第一、第二或第三預定容量。
9.一種基于傳輸路徑延遲的調(diào)整抖動緩沖大小的方法，該緩沖用于傳輸因特網(wǎng)協(xié)議語音(VoIP)分組的分組網(wǎng)絡(luò)，該方法包括以下步驟基于該分組網(wǎng)絡(luò)中的至少一個路由器的接收，確定VoIP分組經(jīng)歷的傳輸路徑的傳輸延遲量；當用于VoIP的鏈路的傳輸速率低于預定閾值時，設(shè)置該VoIP分組中的字段；識別在該VoIP分組的目標處的該字段；以及基于該字段的識別，調(diào)整抖動緩沖的大小，以減弱目標處非周期VoIP分組的接收的影響。
10.一種基于傳輸路徑延遲調(diào)整抖動緩沖大小的方法，該緩沖用于傳輸因特網(wǎng)協(xié)議語音(VoIP)分組的分組網(wǎng)絡(luò)，該方法包括以下步驟基于該分組網(wǎng)絡(luò)中的至少一個路由器的接收，確定VoIP分組經(jīng)歷的傳輸路徑的傳輸延遲量；當鏈路擁塞超過預定閾值時，設(shè)置該VoIP分組中的字段；識別在該VoIP分組的目標處的該字段；以及基于該字段的識別，調(diào)整抖動緩沖的大小，以減弱目標處非周期VoIP分組的接收的影響。
全文摘要
一種利用動態(tài)語音抖動緩沖(203)和因特網(wǎng)協(xié)議語音(VoIP)分組的分組交換通信系統(tǒng)(100)包括發(fā)送至少一個VoIP分組的源(101)、一個或多個用于路由該VoIP分組的路由器(105，107，109)以及用于接收該至少一個VoIP分組的目標(111)。該VoIP分組操作以向位于目標處的至少一個緩沖傳遞關(guān)于該分組交換通信系統(tǒng)(100)的擁塞信息，以動態(tài)控制位于目標處的該抖動緩沖的容量，以向VoIP通信提供消除抖動和最小延遲。
文檔編號H04L12/66GK1830186SQ200480021998
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者大衛(wèi)·P·赫爾姆, 斯文·弗蘭德森 申請人:摩托羅拉公司