专利名称：用于网络分析的方法和网络分析器模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在与具有多条用户线路的数据传输网络特别是xDSL(各种类型的数字用户线路的总称)网络有关的接入网中进行网络分析的方法，该方法包括收集关于至少一条用户线路的物理层运行参数的数据的步骤。
本发明还涉及一种网络分析器模块，其用于与具有多条用户线路的数据传输网络特别是xDSL网络有关的接入网，该网络分析器模块包括用于收集关于至少一条用户线路的物理层运行参数的数据的装置。
此外，本发明涉及一种包括本发明的网络分析器模块的xDSL网络分析器、集成电路以及接入复用器线路卡，并且涉及一种用于网络分析的可操作为将本发明方法付诸实践的计算机程序产品。
背景技术：
由于宽带技术的快速引入和扩张，并且响应于增加的竞争压力和消费者需求，正在开发富媒体服务领域中的大量新应用，例如视频传送、VoIP(基于IP(网际协议)的语音)或者游戏之类。这种类型的其他服务称为三重服务(triple-play service)(语音、视频和数据)，并且(除了总体上增加了带宽之外)需要稳定的高质量宽带连接，以便在诸如DSL(数字用户线路)网络和ADSL(非对称数字用户线路)网络之类的数据传输(或通信)网络上进行有效且可靠的服务传送。在本上下文中，通信系统的性能通常以QoS(服务质量)来表示。根据所讨论的通信系统，QoS有可能涉及服务性能、SNR(信噪比)、BER(误码率)、吞吐率、可靠性、优先级、延迟、分组丢失、每小时的视觉扰动数以及每一服务特有的其他因素。对于上述高带宽视频和多媒体信息的连续传输，QoS受到特别关注，并且可以以例如平均延迟、传输单元(比特、信元、帧或分组)的丢失或传输错误率来度量QoS。然而，网络运营商一般都不知道新开发的应用是否会以所推荐的QoS值在其网络(核心网和接入网)上运行。此外，网络运营商一般不可能确定应用(例如视频、VoIP、游戏等)级别上的错误率。
DLM(动态线路管理)是一种已知的现有技术方法，其旨在在通信网络中使得数据速率最大化并维持质量和稳定性(参见阿尔卡特技术白皮书“Dynamic Line Management for Digital Subscriber Lines”(用于数字用户线路的动态线路管理))。DLM使得可以基于MTBE(错误事件之间的平均时间)或MTBR((自发)重同步之间的平均时间)的物理层测量值来对用户/服务特征文件进行切换。为此，在网络运行于不稳定的噪声环境下期间，收集运行数据，以便确定物理线路条件。然后，基于线路的物理质量，为被识别为稳定的线路分配具有可能的最高比特率的特征文件。根据物理层运行参数的测量值，DLM模块会将给定的线路切换到不同的特征文件，以尝试提供更高的比特率，确保改善的质量和稳定性，或减小因传输PSD(功率谱密度)减小而引起的串扰。
然而，由于只考虑了物理层参数，因此DLM没有提供对上述涉及每种类型的应用的QoS要求(例如延迟、错误等)的问题的解决方案。
发明内容
本发明的目的是设计一种方法和设备，其为网络运营商提供关于给定服务应用是否会以针对所述应用(特别是高带宽富媒体服务类型的应用，例如三重服务)而推荐的QoS值在相应的数据传输网络(核心网和接入网)上运行的问题的信息。
根据本发明的第一方面，该目的通过一种上述类型的方法来实现，该方法进一步包括步骤当在所述用户线路上部署至少一个应用时，基于所述所收集的数据来对较高网络层的行为进行仿真；针对所述应用生成关于较高层性能参数的仿真数据；以及生成建议信号，该建议信号基于所述仿真数据并表明了物理层/应用对(physicallayer/application couple)与所述应用的预定服务质量(QoS)要求的兼容性。
根据本发明的第二方面，该目的还通过一种上述类型的网络分析器模块来实现，该网络分析器模块进一步包括用于当在所述用户线路上部署至少一个应用时，基于所述所收集的数据来对较高网络层的行为进行仿真的装置；用于针对所述应用生成关于较高层性能参数的仿真数据的装置；以及用于生成建议信号的装置，所述建议信号基于所述仿真数据并表明了物理层/应用对与所述应用的预定服务质量(QoS)要求的兼容性。
本发明的目的还通过一种用于与数据传输网络特别是xDSL网络有关的接入网的xDSL网络分析器、集成电路和接入复用器线路卡来实现，所有这些设备都包括根据本发明的网络分析器模块，并且本发明的目的还通过一种可操作为执行本发明方法的计算机程序产品来实现。
由于本发明的总体思想是利用仿真的较高层行为来明确表达给定应用或应用混合在给定网络或给定传输线路的情况下的可行性的建议。在本上下文中，物理层定义了运行于网络中的设备的所有电的和物理的规范。物理层所执行的主要功能是建立和终止到通信媒介的连接，参与在用户之间共享通信资源，以及在用户数据表示与已传送的通信信号之间进行转换。较高层特别地包括网络层、传输层、会话层、表示层和实际应用层，该实际应用层直接接口连接到应用处理。
注意，本发明并不仅限于通过在物理(最低的)层上执行测量来收集数据(在此情况下，必须对上至(最高的)应用层的层级结构的所有较高层进行仿真)。相反，对仿真数据的收集同样可以通过附加地测量来自较高层(上至应用层下面的一个特定层)的参数来执行。在此情况下，通过在该特定层处或该特定层之下执行这种测量，并通过对所有较高层的行为进行仿真，可以预测应用层的行为。然而，完全不执行测量(只依赖于仿真)的方法是不实际的，因此无论如何，至少必须测量物理层的运行参数。
根据测量到的“实际情况”，即与来自高层的仿真的数据有关的至少物理层参数的运行数据，计算不同服务应用(视频、VoIP、游戏、......)的QoS参数，并将其与预定的门限值相比较以便确定所述QoS参数是否满足特定类型的服务的特定要求，这些特定要求例如关于VoIP服务情况下的可容许的帧或分组丢失、延迟和抖动，其可以通过R值或MOS(平均意见得分，范围从1.0(完全不满意)到5.0(完全满意))来量化。实际情况的物理层数据和仿真的较高层值的所述组合使得可以得出关于应用在网络上的可行性的精确的与QoS有关的建议。
此外，由于本发明的组合，可以将物理层的配置参数设置为符合所述特定QoS要求。因此，在根据本发明的方法的优选实施例中，所述方法还包括步骤生成修改建议信号，其表明了根据所述建议信号(即依赖于所述建议信号)达到所述应用的至少一个预定服务质量(QoS)要求所需的对所述用户线路的至少一个物理层配置参数的修改。以这种方式，可以确定，如果不符合相应的延迟要求，例如如果测量到的延迟时间上升至预定的延迟门限值之上，则应当将用户切换到使用不同的交织器深度的特征文件，这将通过修改建议信号来表明。相应地，在本发明的网络分析器模块的优选实施例中，还包括一种装置，该装置用于生成修改建议信号，其表明了根据所述建议信号达到所述应用的至少一个预定服务质量(QoS)要求所需的对所述用户线路的至少一个物理层配置参数的修改。
以上对照物理层运行参数参考了物理层配置参数，以下对这些术语进行简短的说明配置参数是可以直接控制的物理层参数，诸如所请求的最小比特率和所容许的最大比特率、最小噪声裕度和最大噪声裕度、线路上所发送的最大功率、最大容许延迟、可修正的最小脉冲噪声长度等。事实上，仍然为DSL调制解调器对(DSL modem pair)提供了很大的自由度，以便在这些给定的约束内建立物理层连接。与此相反，物理层运行参数是可以直接测量的用户线路的“实际情况”参数，包括两种类型(a)所选的配置参数，包括实际的比特率、实际的噪声裕度、实际的线路上的功率、实际的延迟、实际的脉冲噪声长度等；以及(b)性能参数，包括实际BER、实际MTBE(错误之间的平均时间)、实际MTBR等。那些性能参数仅可以间接地由配置参数控制。因此，用户线路的运行参数代表了待测量的量，而配置参数代表了待控制的量。
更加优选的变型包括进一步的步骤用所述修改建议信号来替代所述所收集的数据，并重复执行上述仿真步骤和生成步骤，直到至少一个物理层配置参数达到了所述至少一个预定服务质量(QoS)要求为止。然后，使用修改建议信号在似乎已经修改的物理层上对给定应用的行为进行再次仿真，得出一个新的修改建议信号。这一过程可以重复很多次，直到达到配置参数的QoS要求为止。
有利地，在本发明方法的进一步发展中，本发明方法还包括步骤自动地根据所述修改建议信号来调整所述用户线路的至少一个物理层配置参数，以便达到所述类型的应用的至少一个预定服务质量(QoS)要求。以这种方式，所述修改建议信号可以用于直接控制物理层的设置，以实现特定应用的期望QoS。相应地，根据进一步发展，本发明的网络分析器模块优选地包括一种装置，该装置用于自动地根据所述修改建议信号来调整所述一条用户线路的至少一个物理层配置参数，以便达到所述应用的至少一个预定服务质量(QoS)要求。由于物理层配置参数对物理层运行参数的间接影响，建议如有必要则通过多次重复上述步骤(包括收集关于物理层运行参数的数据的步骤)来检查是否真正符合QoS要求，直到符合QoS要求为止。
因此，以组合的方式将实际情况的物理层参数值和仿真的较高层行为(以及可选地，涉及任一所述层的专用运营商输入)用于预测给定应用或应用混合相对于QoS要求的可行性，以“应用仿真建议”的形式作为给网络运营商的合适的输出。作为替代或作为补充，可以提出关于对物理线路参数进行适当改变的建议，以便达到QoS要求。最后，可以自动地调整物理线路配置参数，以便满足QoS推荐(“应用敏感的DLM”(application-aware DLM))。
可以从以下参考附图对优选实施例的描述中总结出本发明的另外的优点和特征。可以根据本发明单独地或结合地使用上述特征以及下述特征。所提及的实施例不应理解为穷举，而应理解为关于本发明的根本概念的示例。
图1是包括根据本发明的网络分析器模块的接入网的示意性框图；并且图2是示出根据本发明的方法的不同步骤的流程图。
具体实施例方式
图1示出了xDSL(例如ADSL)接入网1形式的数字数据传输系统，其中数以百计或数以千计的DSL调制解调器2.1-2.3(又称用户/订户)连接到接入复用器DSLAM 3(又称DSL中心局(CO))。为了说明本发明的工作原理，为清楚起见仅示出了三个这种调制解调器2.1-2.3。调制解调器2.1-2.3通过双绞铜传输线路4.1-4.3(通常又称用户线路)耦合到CO 3。各用户线路4.1-4.3上的数据传输的物理层配置参数(表示为{φci}，其中i是索引号，表示特定的用户线路)可以通过CO 3中包括的专用物理层控制装置5.1-5.3来控制。括号{...}表示集合，即多个物理层参数。
网络1配置为对多个服务应用6.1-6.3特别是诸如VoIP、基于网络的游戏、视频或富媒体三重服务之类的高带宽应用进行部署，这些服务应用要求相应的服务质量(QoS)(例如以延迟、分组丢失或抖动表示)，以便可在网络上部署以满足用户要求。这些应用由用户2.1-2.3经由相应的用户线路4.1-4.3、使用物理层配置参数的特定集合(φci}来要求和/或访问。特别地，经由所述相应的用户线路4.1-4.3将应用数据发送给用户2.1-2.3。以这种方式，给定的应用和发出要求的用户(线路)4.1-4.3形成了物理层/应用对，其必须符合预定的QoS标准。如图1中所示，应用6.1-6.3可以包括在接入网1本身中。作为替代或作为补充，应用还可以包括在与接入网1可操作地连接并且在图1中以虚线示出的另外的数据传输网络1’(例如核心网)中。这种应用在图1中已经标有参考标号6.1’-6.3’。
为了分析和/或控制所示QoS标准，CO 3还包括根据本发明的网络分析器模块7，其可以设计为集成电路或设计为接入复用器(DSLAM)线路卡，采取与合适的数据处理和存储装置(图1中未示出)有关或者在互连到DSLAM(但并非集成在其中)的例如UnixSUN之类的单独设备中的软件的形式，正如本领域的普通技术人员所知。网络分析器模块7包括用于收集关于用户线路4.1-4.3的“实际情况”物理层运行参数{φoi}的数据的装置8。在上述的应用还包括在另外的网络1’中的情况下，到所述另外的网络1’的连接的物理层参数也将必须被考虑在内，在此不对其进行详细描述。此外，网络分析器模块7包括用于当在所述一条用户线路上部署至少一个应用时，对较高网络层的行为进行仿真的装置9。
例如，可以生成给定应用的数据业务表示，或者在VoIP应用的情况下可以回放预先录制的语音对话。同样，对于具有特定编码方式的特定视频应用，可以通过对经较高层的故障传播进行仿真而将由用于从物理层收集数据的装置8收集的BER数据转换为TV(电视)屏幕上的视觉伪像。作为替代，在VoIP应用中，可以通过仿真将由装置8收集的延迟数据转换为声学回声噪声。仿真中包括位于实际应用与物理层之间的其他网络层(参见标准的开放系统互连参考(OSI)模型)的行为。本发明的网络分析器模块7还包括用于针对所述应用生成关于较高层性能参数的仿真数据的装置10。在VoIP应用的情况下，这可以包括计算R值(用户满意得分，范围从1(最差)到100(最好))，然后将R值与MOS相关。在视频应用的情况下，这可以包括每小时的视觉伪像数目，或者图像质量(标准TV质量、VCR(录像机)质量、HDTV(高清晰度电视)质量、DVD(数字视频光盘)质量等)。
此外，本发明的网络分析器模块7包括用于生成建议信号AS的装置11，该建议信号基于所述仿真数据并优选地通过将所述数据与预定的门限值相比较而表明了物理层/应用对与所述应用6.1-6.3的上述预定服务质量(QoS)要求的兼容性。例如，如果确定计算出的MOS值低于2.0或另一预定门限值，则建议信号AS可以表明给定的物理层/应用对不符合VoIP应用的QoS要求。对于视频应用，如果计算出的每小时的视觉扰动数目高于2，则建议信号AS可以例如表明给定的物理层/应用对不符合视频应用的QoS要求。在所示的实施例中，将建议信号AS发送给例如显示屏或登录单元之类的输出设备12，从而为网络运营商提供关于给定服务应用相对于网络性能的可行性的信息。
所述用于生成建议信号AS的装置11与用于生成修改建议信号AS’的装置13可操作地连接，该修改建议信号AS’表明了对所讨论的用户线路4.1-4.3的至少一个物理层配置参数φci的修改。这种修改是根据所述建议信号AS达到所述类型的应用的至少一个预定QoS要求所需的。为了向例如网络运营商提供关于这种修改的信息，用于生成所述修改建议信号AS’的装置13还与所述输出设备12连接，从而为网络运营商提供关于物理层的所需修改的信息，以便实现给定应用的可行性，随后可以通过网络维护将该给定应用付诸实践。
在所示的实施例中，用于生成所述修改建议信号AS’的装置13还与仿真装置9连接，以便在似乎已经修改的物理层之上对给定应用的行为进行再次仿真，得到改变的修改建议信号AS’。可以根据需要以迭代的方式多次重复该过程，以便达到QoS要求。
此外，用于生成所述修改信号的装置13还与用于自动地调整所讨论的用户线路的至少一个物理层配置参数φci的装置14相连接。这根据建议信号AS来完成，以便达到所述类型的应用的至少一个预定服务质量(QoS)要求。为此，所述参数调整装置14与上述物理层控制装置5.1-5.3可操作地连接，以便直接影响给定用户线路4.1-4.3的物理层配置参数{φoi}。
图2示出了用于在与具有多条用户线路的数据传输网络特别是xDSL网络有关的接入网中进行网络分析的本发明方法的流程图，该方法通过上述网络分析器模块7而付诸实践。该方法开始于步骤S1中，当网络运营商希望收集关于对新开发的服务应用或应用混合的部署的信息时。在随后的步骤S2中，收集关于至少一条用户线路的物理层运行参数的数据，从而在步骤S3中，当在至少一条用户线路上部署至少一个这种应用时，执行对较高网络层的行为的仿真。作为其结果，在随后的步骤S4中，针对所述应用生成关于较高层性能参数的仿真数据，以上已经对此进行了描述。在步骤S5中，将所述仿真数据与预定的QoS度量相联系，以便例如通过与预定的门限值相比较来确定给定的应用/线路对是否符合所讨论的应用的QoS要求。随后的步骤S6包括关于在步骤S4中生成的数据是否应当用于深入修改建议和/或自动的物理层参数调整的判断。如果在步骤S4中生成的数据不需要用于深入修改建议和/或自动的物理层参数调整，则在步骤S7中，如同以上参考图1所详细描述的那样生成并输出建议信号AS(图1)“应用仿真建议”，并且该方法终止于步骤S11中。
否则，在步骤S8中，生成修改建议信号AS’(图1)“物理外推建议”，可以通过将该修改建议信号AS’提供为仿真步骤S3的输入来执行仿真的重复迭代，直到符合QoS要求为止。在步骤S9中，进行关于是否应当执行物理层参数的自动调整的另一判断。如果不需要执行物理层参数的自动调整，则如同以上结合图1所详细描述的那样输出修改建议信号，并且该方法同样终止于步骤S11中。否则，在步骤S10中，对网络的物理层配置参数执行自动参数调整(“应用敏感的DLM”)，使得对于给定的应用符合QoS要求。同样，该发明方法终止于步骤S11中。
通过本发明的这些特征，为运营商提供了关于应用“X”或应用混合“X/Y”是否将在给定的传输线路上运行的信息，或者关于是否必须改变物理层参数值以便符合给定应用/应用混合的QoS要求的信息。以这种方式，网络运营商将预先知道其是否能够部署给定的应用或应用混合同时又确保其运行的稳定性。这使得运行支出(OPEX)减少，原因是运营商将能够在短时间内部署新的应用。同时，本发明方法使得可以定制增加数目的传输线路(特别是DSL线路)。
因此，本发明为网络运营商提供了关于给定服务应用是否会根据针对所述应用(特别是高带宽富媒体服务类型的应用，例如三重服务)而推荐的QoS值而在相应的数据传输网络(核心网和接入网)上运行。应当理解，尽管结合xDSL类型的数据传输网络进行了描述，但本发明还可以有利地结合例如同轴网络或光纤网络之类的其他网络类型而使用。
权利要求
1.用于在与具有多条用户线路(4.1-4.3)的数据传输网络特别是xDSL网络有关的接入网(1)中进行网络分析的方法，所述方法包括收集关于至少一条用户线路(4.1-4.3)的物理层运行参数({φoi})的数据的步骤，其特征在于，所述方法还包括步骤(a)当在所述用户线路(4.1-4.3)上部署至少一个应用(6.1-6.3)时，基于所述所收集的数据来对较高网络层的行为进行仿真；(b)针对所述应用(6.1-6.3)生成关于较高层性能参数的仿真数据；以及(c)基于所述仿真数据生成建议信号(AS)，所述建议信号(AS)表明了物理层/应用对与所述应用(6.1-6.3)的预定服务质量(QoS)要求的兼容性。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤(d)生成修改建议信号(AS’)，其表明了根据所述建议信号(AS)达到所述应用(6.1-6.3)的至少一个预定服务质量(QoS)要求所需的对所述用户线路(4.1-4.3)的至少一个物理层配置参数(φci)的修改。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于进一步包括如下步骤用所述修改建议信号(AS’)来替代所述所收集的数据，并重复执行所述仿真步骤和生成步骤(a)-(d)，直到所述至少一个物理层配置参数(φci)达到了所述至少一个预定服务质量(QoS)要求为止。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括步骤自动地根据所述修改建议信号(AS’)来调整所述用户线路(4.1-4.3)的所述至少一个物理层配置参数(φci)，以便达到所述类型的应用(6.1-6.3)的至少一个预定服务质量(QoS)要求。
5.网络分析器模块(7)，其用于与具有多条用户线路(4.1-4.3)的数据传输网络特别是的xDSL网络有关的接入网(1)，所述网络分析器模块(7)包括用于收集关于至少一条用户线路(4.1-4.3)的物理层运行参数({φoi})的数据的装置(8)，其特征在于，所述网络分析器模块(7)还包括-用于当在所述用户线路(4.1-4.3)上部署至少一个应用(6.1-6.3)时，基于所述所收集的数据来对较高网络层的行为进行仿真的装置(9)；-用于针对所述应用(6.1-6.3)生成关于较高层性能参数的仿真数据的装置(10)；以及-用于基于所述仿真数据生成建议信号(AS)的装置(11)，所述建议信号(AS)表明了物理层/应用对与所述应用(6.1-6.3)的预定服务质量(QoS)要求的兼容性。
6.根据权利要求5所述的网络分析器模块(7)，还包括用于生成修改建议信号(AS’)的装置(13)，所述修改建议信号(AS’)表明了根据所述建议信号(AS)达到所述应用(6.1-6.3)的至少一个预定服务质量(QoS)要求所需的对所述用户线路(4.1-4.3)的至少一个物理层配置参数(φci)的修改。
7.根据权利要求6所述的网络分析器模块(7)，还包括装置(14)，所述装置(14)用于自动地根据所述修改建议信号(AS’)来调整所述用户线路(4.1-4.3)的至少一个物理层配置参数(φci)，以便达到所述应用(6.1-6.3)的至少一个预定服务质量(QoS)要求。
8.xDSL网络分析器，其特征在于，所述xDSL网络分析器包括根据权利要求5所述的网络分析器模块(7)。
9.集成电路，其特征在于，所述集成电路包括根据权利要求5所述的网络分析器模块(7)。
10.接入复用器线路卡，其用于与具有多条用户线路(4.1-4.3)的数据传输网络特别是xDSL网络有关的接入网(1)，所述接入复用器线路卡的特征在于包括根据权利要求5所述的网络分析器模块(7)。
11.计算机程序产品，用于在与具有多条用户线路(4.1-4.3)的数据传输网络特别是xDSL网络有关的接入网(1)中进行网络分析，所述计算机程序产品可操作为-收集关于至少一条用户线路(4.1-4.3)的物理层运行参数({φoi})的数据；-当在所述用户线路(4.1-4.3)上部署至少一个应用(6.1-6.3)时，基于所述所收集的数据来对较高网络层的行为进行仿真；-针对所述应用(6.1-6.3)生成关于较高层性能参数的仿真数据；以及-生成建议信号(AS)，所述建议信号基于所述仿真数据并表明了物理层/应用对与所述应用(6.1-6.3)的预定服务质量(QoS)要求的兼容性。
全文摘要
一种用于在与具有多条用户线路(4.1－4.3)的数据传输网络有关的接入网(1)中进行网络分析的方法。该方法包括如下步骤收集关于至少一条用户线路的物理层运行参数({φ
文档编号H04B3/46GK1933432SQ200610126499
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年9月16日
发明者费兰克·德富尔特, 马格丽塔·拉福西, 保罗·范埃斯布罗克, 乔基姆·范利乌韦 申请人:阿尔卡特公司