专利名称：用于监测分组网络的系统及方法
技术领域：
本发明总地涉及一种通信网络，并且更具体而言，涉及分组网络中信号传输质量的监测和管理。
背景技术：
最初建立电缆网是为了向家庭和办公室传输电视信号。电缆网提供了优于传输电视网络的优点，包括提供更清晰的信号和更多的频道选择。这些网络由在通往客户地点的树形和分支结构中路由的同轴电缆组成，并且仅仅用来为用户提供模拟电视信号。
近年来，电缆网已经被转变为在光缆和同轴电缆混合式结构中传输数字信号。这些转变的网络不仅适于常规的模拟电视信号，还适于数字电视信号、数字数据信号和电话信号。这些电缆网拥有利用分组交换技术在分组网络上传递的信息(数据)。
数字电视信号提供了一种更明晰的(crisper)、更详细的图片，连同有增强的声语音。由于具有传输数字数据信号的能力，电缆网现在可以被耦合到互联网，由此而提供家庭和办公室到互联网的接入。这种互联网的接入通常要比由其他技术提供的接入快得多。此外，电缆网现在可以用来以分组化数据的形式传输电话话音信号。由于一根同轴电缆现在能够载送模拟、数字和话音信号，这就大大节省了在房屋和办公室周围布线的量。
为了监测分组化数据形式的电话信号的传输质量，可以使用依据国际电信联盟(ITU)P.861标准的感知语音质量测量(PSQM)。可以在http//www.itu.ch获得关于ITU以及ITU标准的其他信息。确定PSQM得分通常包括以下步骤a)从家庭设备向远程设备发送PSQM文件，b)由家庭设备从远程设备接收返回的PSQM文件，以及c)基于PSQM和返回的PSQM计算PSQM分值(score)。PSQM分值是介于1和6之间的数字。当PSQM分值高于4时，通常认为信号传输的质量是不可接受的。
通过通常称为服务质量(QoS)的另一个准则也可以测定分组化数据形式的电话或话音信号的传输质量。QoS是信号传输中的分组丢失、抖动、延迟等的量的测定。PSQM和QoS都是确定分组化网络中信号传输质量的重要准则。
应当指出，由于PSQM值随着测量的时间和地点的变化而变化，所以PSQM比QoS分值更难获得。因此，通过测量用于相同信号传输的PSQM分值和QoS分值，使PSQM分值与相应的QoS分值相关联将是所期望的。这将允许分组网络的用户(或者管理员)利用QoS分值来预测相应的PSQM分值。当预测的PSQM分值升高超过指示网络问题的最大值时，管理员将被通知来决定是否需要对网络的服务以恢复信号传输质量。
然而，存在与现有技术系统关联的问题，它们使得PSQM分值和QoS分值的相关(correlation)复杂而且昂贵。首先，即使是对于小区域，在任何给定的时间也要进行数千的电话呼叫，这使得追踪特定的测试电话呼叫来允许计算PSQM分值和QoS分值十分困难。其次，由于分组网络的呼叫模式以及业务量状况的变化，PSQM分值随着位置的不同而变化，并且对于相同的位置，PSQM分值也是随着时间的不同而变化。
因此，一直以来需要一种更经济且简单的监测方法和系统，其将监测和计算分组网络上信号传输的PSQM和QoS分值，并且提供PSQM分值的精确预测。
发明内容
本发明提供了一种用于监测分组网络中信号传输质量的方法和系统。
本发明还提供一种用于计算分组网络上信号传输的PSQM和QoS分值的经济且简单的方法和系统。
本发明还提供一种方法和系统，用于提供在分组网络上信号传输的PSQM和QoS分值之间的相关，从而允许用户利用QoS分值来预测信号传输的相应PSQM分值。
本发明提供了一种分组网络，该分组网络具有电缆调制解调器端接系统(CMTS)；与CMTS耦合的话音频段测试器(VBT)；与CMTS耦合的电缆调制解调器测试器；以及与CMTS和话音频段测试器耦合的、互联网分组上的话音(VoIP)监测装置。话音频段测试器位于第一位置，而电缆调制解调器测试器位于远离该第一位置的第二位置。电缆调制解调器测试器适于产生经CMTS到话音频段测试器的第一通信信号，监测经CMTS从话音频段测试器到电缆调制解调器测试器的第一返回通信信号，并基于第一通信信号和第一返回通信信号计算第一感知语音质量测量(PSQM)分值。VoIP监测装置适于监测第一通信信号和第一返回通信信号，并基于第一通信信号和第一返回通信信号计算第一服务质量(QoS)分值。电缆调制解调器测试器还适于提供第一PSQM分值给VoIP监测装置。
本发明还提供一种用于监测分组网络中的信号传输质量的方法。分组网络具有电缆调制解调器端接系统(CMTS)，和互联网分组上的话音(VoIP)监测装置。该方法包括步骤(a)产生从位于第一位置的电缆调制解调器测试器、经CMTS到位于远离第一位置的第二位置的话音频段测试器(VBT)的第一通信信号；(b)识别第一通信信号并开始监测从VBT经CMTS到电缆调制解调器测试器的信号传输；(c)识别并接收经CMTS从VBT到电缆调制解调器测试器的第一返回通信信号；(d)基于第一通信信号和第一返回通信信号计算第一感知语音质量测量(PSQM)分值；(e)基于第一通信信号和第一返回通信信号计算第一服务质量(QoS)分值；以及(f)向VoIP监测装置提供第一PSQM分值。
结合附图阅读下面的详细描述，本发明的上述和其他的优点对本领域的技术人员将是显而易见的。
附图的简要说明
图1是依据本发明构建的分组网络组织的框图；以及图2A和2B是说明根据本发明、通过利用如图1所示的分组网络组织100来确定测试电话呼叫的PSQM分值和QoS分值的方法的流程图；图3A示出了作为QoS函数的正向PSQM的分值的曲线图；以及图3B示出了作为QoS函数的反向PSQM的分值的曲线图。
实现本发明的最佳模式现在参照图1，在那里示出了依据本发明构造的通信网络(例如，分组网络)组织100的框图。
网络组织100包括多个宽带终端接口(BTI)102a和102b、电缆调制解调器端接系统(CMTS)104、互联网服务提供商(ISP)106、电缆调制解调器(CM)测试器108、互联网分组上的话音(VoIP)监测装置110、网关112、电话交换机114以及话音频段测试器(VBT)116。CMTS 104经由同轴电缆118a和118b分别被耦合到BTI 102a和102b。为了简化说明，仅示出了两个BTI(102a和102b)。应当理解，CMTS 104可以与大量的BTI相连。
CMTS 104通过同轴电缆120与电缆调制解调器测试器108耦合，并且通过常规的主干线122与ISP 106耦合。CMTS 104还通过同轴电缆124与网关112耦合。BTI 102a与电视126a、个人计算机(PC)128a和电话130a耦合。类似地，BTI 102b与电视126b，PC 128b和电话130b耦合。
VoIP监测装置110被耦合到同轴电缆124的端点132，以便于它可以监测CMTS 104与VBT 116之间通过网关112的通信。网关112通过同轴电缆128与电话交换机114耦合。电话交换机114通过电话线134与VBT 116耦合。
BTI 102a和102b通常位于客户地点。CMTS 104、VoIP监测装置110、电话交换机114、VBT 116以及VoIP监测装置110通常位于中心站。电缆调制解调器测试器108通常位于客户地点，并且可以被用于替换客户地点的BTI。替换地，电缆调制解调器测试器108可以与客户地点的BTI(102a或102b)集成。
BTI 102a和102b的每个将来自于CMTS 104的宽带信号转换为电视、分组化数据、以及视频/话音信号以供电视126a和126b、PC128a和128b及电话130a和130b的每个使用。BTI 102a和102b的每个还将来自于每个PC128a和128b以及电话130a和130b的分组化数据和视频/话音信号转换为宽带信号，并为CMTS 104提供该宽带信号。
CMTS 104作为路由器使用，路由器是一种能够通过确定网络业务量(或信号)传送的最优路径来加快消息递送的网间互通装置。CMTS 104可以可选地包括计算机和用于数据存储的存储器(未示出)。
电缆调制解调器测试器108执行感知语音质量测量(PSQM)，并确定电缆调制解调器测试器108和VBT 116之间的电话呼叫的PSQM分值。PSQM分值被用作依据ITU标准P.861的语音信号传输质量的度量。
ISP 106是一个常规的互联网服务提供商，它为网络组织100的用户提供互联网服务。
VoIP监测装置110管理网络质量，包括监测和评估网络中用于每个连接的服务质量(QoS)。QoS结果通常包括对分组丢失、等待时间以及抖动这些影响例如话音的实时应用的最常见问题的计算。分组丢失经常随着业务量和拥塞的增加而增加。缓冲要求导致等待。网络节点的不等同的排队和路由导致抖动。QoS的探讨在请求评论(RFC)188文档中可以找到，该文档在http//www.pasteur.fr/infosci/RFC下可以获得。RFC是互联网的官方出版物，并且自从1969年以来就已经被用于描述和获得关于应用于互联网的协议、过程以及程序的评论。RFC 1889文档定义了一种实时传输协议，它包括两个紧密链接的部分。第一部分包含带有实时特性(RTP)的数据。RTP为例如交互式音频和视频的、具有实时特性的数据提供端到端的递送服务。第二部分是RTP控制协议(RTCP)，它被用来监测服务质量并传达关于正在进行的会话的参与者的信息。
VoIP监测装置110适于提供每个呼叫的QoS结果。QoS结果提供了诊断一个网络和诊断该网络对实况转播(live)应用的影响所需要的细节。VoIP监测装置110提供了对分组不规则性的实时监测和识别，这可导致大大节省解决网络问题的费用。
这样的VoIP监测装置的一个例子是可以从Sunrise Teleccom of San Jose，California获得的VoIP探测器协议和QoS分析器。
VoIP监测装置110监测CMTS 104和网关112之间的通信。VoIP监测装置110确定电缆调制解调器测试器108(经CMTS 104)与VBT 116之间的呼叫的QoS，并且对于任何具体的测试电话呼叫，把QoS分值与它相应的PSQM分值相关起来。
VoIP监测装置110可以通过利用基于内容的信息(诸如基于G..711标准的RTP分组)的检测，或者基于信令的信息的检测(例如，通过添加在分组电缆网络基本呼叫信号(NCS)协议中使用的代码“X”命令)，来追踪电话呼叫。NCS协议允许用户创建特殊的命令，如果该命令前有“X”的话。在一个实施例中，代码“XTST”意思是“测试”。
在一个实施例中，电话交换机114是在办公室和家庭中通常使用的常规的5ESS交换机。
现在参照图2A和2B，在那里示出了依据本发明、通过利用如图1中所示的分组网络组织100来确定测试电话呼叫的PSQM和QoS分值的方法的流程图。
在一个实施例中，方法开始于步骤200，电缆调制解调器测试器108产生第一测试电话呼叫，所述呼叫带有依照分组网络基本呼叫信号(NCS)协议被格式化的唯一模式的信号。所述信号包括第一PSQM文件。电缆调制解调器测试器108经CMTS 104发送第一PSQM文件到位于中心站的VBT 116。在该实施例中，电缆调制解调器测试器108位于客户地点，并且取代了客户地点所使用的宽带终端接口。替换地，电缆调制解调器测试器108可与客户地点的宽带终端接口集成。在一个实施例中，所述信号还包括例如，在命令前有“X”的特殊代码。例如，术语“XTST”表示“测试”。
在步骤202中，VoIP监测装置110基于它的信号的唯一模式(例如，包括在命令前的“X”的特殊代码的出现)来识别测试电话呼叫，。该特殊代码还可以包括识别该电缆调制解调器测试器108的识别符。VoIP监测装置110开始追踪信号传输，也就是，从VBT 116到CMTS 104的返回呼叫。
在步骤204中，VoIP监测装置110识别并接收包含来自于VBT 116的第一返回的PSQM文件的第一返回的信号传输。响应于由电缆调制解调器测试器108发送的第一PSQM文件，VBT116提供第一返回的信号传输。
在步骤206中，电缆调制解调器108接收经CMTS 104、来自VBT 116的第一返回的PSQM文件。电缆调制解调器测试器108基于第一返回的PSQM文件计算第一PSQM分值(或者如后面将描述的前向PSQM分值)。
在步骤208中，电缆调制解调器测试器108为VoIP监测装置110提供第一PSQM分值。
在与步骤206同时或者并行执行的步骤210中，VoIP监测装置110对第一返回的PSQM文件执行第一QoS测量，并计算第一QoS分值。
在步骤212中，VoIP监测装置110记录第一测试电话呼叫的时间、第一PSQM的分值以及第一QoS分值。在一个实施例中，VoIP监测装置110提供第一测试电话呼叫的时间、第一PSQM分值以及第一QoS分值给CMTS 104用于存储。
在步骤214中，VBT 116产生第二测试电话呼叫，该呼叫具有依照分组网络基本呼叫信号(NCS)协议被格式化的唯一模式的、经CMTS 104到达位于客户地点的电缆调制解调器测试器108的信号。该信号包括第二PSQM文件。在一个实施例中，该信号还包括一个特殊代码，该代码包括例如在命令前的“X”。
在步骤216中，VoIP监测装置110基于其可能包括特殊代码的信号的唯一模式来识别该测试电话呼叫。该特殊代码可以使用在在命令前的“X”。该特殊代码还可以包括识别VBT 116的识别符。VoIP监测装置110开始追踪信号传输，也就是，从电缆调制解调器测试器108到VBT 116的返回呼叫。
在步骤218中，VoIP监测装置110识别并接收包含来自于电缆调制解调器测试器108的第二返回PSQM文件的第二返回的信号传输。响应于由VBT 116发送的第二PSQM文件，电缆调制解调器测试器108提供第二返回的信号传输。
在步骤220中，VBT 116接收来自于电缆调制解调器108、经CMTS 104的第二返回的PSQM文件。VBT 116基于第二返回的PSQM文件来计算第二PSQM分值(或者如后面将描述的反向PSQM分值)。
在步骤222中，VBT 116提供第二PSQM分值至VoIP监测装置110。
在与步骤220同时执行的步骤224中，VoIP监测装置110对第二返回PSQM文件执行第二QoS测量，并计算第二QoS分值。
在步骤226中，VoIP监测装置110记录第二测试电话呼叫的时间、第二PSQM分值和第二QoS分值。在一个实施例中，VoIP监测装置110提供第二测试电话呼叫时间、第二PSQM分值和第二QoS分值至CMTS104以便存储。
在步骤228中，电缆调制解调器测试器108决定是否到了产生第三测试电话呼叫的时间。如果是，方法返回到步骤200。否则，方法结束。
在第二实施例中，仅电缆调制解调器测试器被用来产生测试电话呼叫。在这种情况下，方法将从步骤200执行到212，然后执行步骤228。
现在参照图3A，在那里示出了作为相应的QoS分值的函数的前向PSQM分值的曲线图300。如这里所使用的，前向PSQM分值指的是PSQM文件的PSQM分值，该PSQM文件是由电缆调制解调器测试器108产生的，由电缆调制解调器测试器108发送到VBT 116，以及由VBT 116返回给电缆调制解调器测试器108。例如，在图2A和2B中描述的第一PSQM分值是前向PSQM分值。当QoS分值减小时，前向PSQM分值增大。曲线图300可以利用如图2A和2B所描述的依据本发明的方法，通过在不同的时间产生从电缆调制解调器测试器108到VBT 116的许多测试电话呼叫，并获得前向PSQM分值和相应的QoS分值，而作出。
P1是在分组化网络中对可接受的信号传输所允许的前向PSQM分值的最大值。Q1是相应于P1的QoS值。因此，曲线图300允许用户通过追踪可被用来预测相应PSQM分值的QoS分值来监测分组化网络中的信号传输。当QoS分值下降到Q1或者更低时，这意味着所预测的前向PSQM分值是不可接受的，这指示了网络问题。消息可被发送到用户来通知用户可能需要网络组织100的服务，以恢复信号传输质量。
现在参照图3B，在那里示出了作为相应QoS分值的函数的反向PSQM分值的曲线图302。如这里所使用的，反向PSQM分值指的是PSQM文件的PSQM分值，该PSQM文件是由VBT 116产生，由VBT 116发送到电缆调制解调器测试器108，并由电缆调制解调器测试器108返回给VBT 116。例如，图2A和2B中描述的第二PSQM分值是反向PSQM分值。当QoS减小时，反向PSQM分值增大。曲线图302可以利用如图2A和2B所描述的、依照本发明的方法、通过在不同的时间产生从VBT 116到电缆调制解调器测试器108的许多测试电话呼叫，并获得反向PSQM分值和相应的QoS分值，而作出。
P2是分组化网络中对可接受信号传输所允许的反向PSQM分值的最大值。Q2是相应于P2的QoS值。因此，曲线图302允许用户通过追踪QoS来监测分组化网络中的信号传输。当QoS下降到Q2或者更低时，这意味着反向PSQM值是不能接受的，这指示了网络问题。消息可被发送给用户来通知用户可能需要网络组织100的服务，以恢复信号传输质量。
因此，本发明提供了一种用于监测分组化网络的传输质量的方法和系统。具体地，QoS能够被用来预测相应的前向或反向PSQM分值，并且允许用户追踪分组化网络中信号传输的质量。
尽管已经结合特定的最佳模式对本发明进行了描述，但应当理解，依据前面的说明，多种替换、修改和变动对本领域的技术人员将是显而易见的。因此，本发明旨在包括所有落入权利要求的精神和范围内的所有这样的替换、修改以及变动。在此提出的或者附图中所示的所有内容是在说明的、而非限制的意义上进行解释的。
权利要求
1.一种分组网络，包括电缆调制解调器端接系统(CMTS)[104]；与该CMTS[104]耦合的话音频段测试器(VBT)[116]，该话音频段测试器位于第一位置；与该CMTS[104]耦合的电缆调制解调器测试器[108]，该电缆调制解调器测试器[108]位于远离所述第一位置的第二位置，所述电缆调制解调器测试器[108]适于产生经该CMTS[104]到所述话音频段测试器的第一通信信号，监测从该话音频段测试器经该CMTS[104]到该电缆调制解调器测试器[108]的第一返回的通信信号，并基于所述第一通信信号和所述第一返回的通信信号来计算第一感知语音质量测量(PSQM)分值；以及与所述CMTS[104]和所述话音频段测试器耦合的互联网分组上的话音(VoIP)监测装置[110]，所述VoIP监测装置[110]适于监测所述第一通信信号和所述第一返回的通信信号，并基于所述第一通信信号和所述第一返回的通信信号来计算第一服务质量(QoS)分值；其中所述电缆调制解调器测试器[108]还适于为所述VoIP监测装置[110]提供所述第一PSQM分值。
2.如权利要求1中所要求的分组网络，其中所述VBT还适于产生经所述CMTS[104]到所述电缆调制解调器测试器[108]的第二通信信号，监测从所述电缆调制解调器测试器[108]经所述CMTS[104]到所述VBT的第二返回的通信信号，基于所述第二通信信号和所述第二返回的通信信号来计算第二PSQM分值，并为所述VoIP监测装置[110]提供该第二PSQM分值；以及所述VoIP监测装置[110]还适于监测所述第二通信信号和所述第二返回的通信信号，并基于所述第二通信信号和所述第二返回的通信信号来计算第二QoS分值。
3.如权利要求2中所要求的分组网络，其中所述第一通信信号、所述第一返回的通信信号、所述第二通信信号、以及所述第二返回的通信信号是话音信号。
4.如权利要求2中所要求的分组网络，其中所述第一通信信号、所述第一返回的通信信号、所述第二通信信号、以及所述第二返回的通信信号中的每个信号都包含基于内容的信息或者基于信令的信息。
5.如权利要求2中所要求的分组网络，其中基于从在所述第一通信信号和所述第一返回的通信信号之间的分组丢失、抖动和延迟中选出的因素来确定所述第一QoS分值；以及基于从在所述第二通信信号和所述第二返回的通信信号之间的分组丢失、抖动和延迟中选出的因素来确定所述第二QoS分值。
6.如权利要求1中所要求的分组网络，其中所述第一通信信号包含可由所述VoIP监测装置[110]检测到的特殊代码，并且一旦检测到该特殊代码，所述VoIP监测装置[110]就开始监测从所述电缆调制解调器测试器[108]经所述CMTS[104]到VBT的信号传输。
7.如权利要求6中所要求的分组网络，其中所述特殊代码包括识别所述电缆调制解调器测试器[108]的识别符。
8.如权利要求1中所要求的分组网络，其中所述VoIP监测装置[110]适于为所述CMTS[104]提供所述第一PSQM分值和所述第一QoS分值以便存储。
9.如权利要求1中所要求的分组网络，还包括与所述CMTS[104]耦合的宽带终端接口(BTI)，所述BTI适于转换从包括电视、分组化数据、视频、话音信号以及其组合的组中选择出的宽带信号。
10.如权利要求9中所要求的分组网络，其中所述电缆调制解调器测试器[108]与所述BTI集成。
全文摘要
提供了一种方法和系统，用于通过计算服务质量(QoS)分值和相应的感知语音质量测量(PSQM)分值，然后监测QoS分值以预测相应的PSQM分值，来监测分组网络中信号传输的质量。当预测的PSQM分值高于最大值时，分组网络的管理员能够确定是否需要服务来恢复信号传输质量。分组网络可以包括电缆调制解调器端接系统(CMTS)[104]；与该CMTS[104]耦合的话音频段测试器(VBT)[116]；与该CMTS[104]耦合的电缆调制解调器测试器[108]；以及与该CMTS[104]和所述话音频段测试器耦合的互联网分组上的话音(VoIP)监测装置[110]。上述电缆调制解调器测试器[108]位于远离所述VBT的位置。
文档编号H04M3/22GK1643388SQ03806388
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月19日 优先权日2002年3月20日
发明者R·L·荘 申请人:日出电讯公司