通信网络的制作方法

专利名称：通信网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及对通信网络进行操作的方法，更具体地讲，涉及一种确定无线通信 网络的性能的方法。
背景技术：
现在的发展趋势是语音和数据通信更易实现并利用更大范围内的设备来进行。 其中一个例子是利用多种设备(例如移动电话、PDA、膝上型计算机等)进行IP语音 (VoIP)呼叫的能力。这种呼叫可以经由家庭无线接入点(WAP)或经由公共可接入的 WAP (例如作为申请人的BTOpenzone 服务的一部分而提供的WAP)，例如采用WiFi技 术(在IEEE802.il标准族中作了标准化)来进行路由。对于任何无线通信系统，可用容量必须在希望使用它的所有人之间共享，而过 量的用户、业务量或业务类型可导致较差的服务质量。例如，WiFi采用免冲突载波检测 多址接入(CSMACA)协议希望发送数据包的移动终端会在预定时段内监视无线信道， 如果该信道未被其他终端或WAP使用，则该终端将发送数据包。接着该终端等待接收来 自WAP的指示数据包被接收的确认信号。如果没有接收到确认信号，则该终端会在发送 后续数据包之前等待较长的时段。可见，如果多个终端发送稳定的数据包流，则和采用 基于WiFi的VoIP时情况一样，数据包之间可能会产生大量的冲突。这会使得所有终端
“后退(back-of)”更长时间，从而导致网络效率更低，并且VoIP会话的语音质量降低。"AnAdaptive IEEE 802.11 Scheme for Voice and Data Service in Wireless LANs", C Li et al， IEEE Fifth Annual Conference on Communication Networks and Services Research(CNSR，07))公开了解决该问题的一种提议，其中对802.11标准进行改动使之 包括自适应算法，使得实时业务(如VoIP)能够以不同于非实时浏览(如网上冲浪、下载 等)的方式进行处理，从而提高了整体网络性能。EP-A-1836066公开了一种抖动缓冲器控制器，其测量接收到的语音数据包的抖 动，将抖动值与抖动值的统计分布进行比较，并确定抖动缓冲器是否能够吸收所接收的 语音数据包的测得抖动。US2004/0073690公开了一种通信设备，其能够收集一个或多个带宽相关的能与
语音通信会话的音频质量相关联的度量值或参数。如果该度量值或参数没有超出预定阈 值，则不会建立语音通信会话。

发明内容
本发明的第一方面提供了一种对无线通信网络进行操作的方法，该方法包括以 下步骤a)从连接到所述无线通信网络的网络节点接收多个数据包；b)确定多个数据 包时段参数值，该数据包时段参数值是基于接收到一个数据包与接收到下一个数据包之 间的时间段而确定的；C)基于一个以上的数据包时段参数值的变化来确定多个抖动参数 值；以及d)根据抖动参数与数据包时段参数的比值来确定所述无线通信网络的性能。优
4选地，该方法还包括步骤e)如果在步骤d)中确定的所述抖动参数与所述数据包时段参 数的比值超过预定比值，则采取校正措施。在本发明的一个实施方式中，从连接到所述无线通信网络的多个网络节点接收 多个数据包，并且针对与所述多个网络节点中的每一个相关联的通信会话来确定所述抖 动参数与所述数据包时段参数的比值。在此情况下，步骤e)可包括以下步骤不再接受 通信会话，直至在步骤d)中确定的所述抖动参数与所述数据包时段参数的比值小于可接 受的比值为止；并且/或者步骤e)可包括终止与所述多个网络节点中的一个或多个相 关联的通信会话。本发明的第二方面提供了一种用在无线通信网络中的设备，所述设备被设置 为在使用中，从所述无线通信网络接收多个数据包；确定多个数据包时段参数值，该 数据包时段参数值是基于接收到一个数据包与接收到下一个数据包之间的时间段而确定 的；基于一个以上的数据包时段参数值的变化来确定多个抖动参数值；以及根据抖动参 数与数据包时段参数的比值来确定所述无线通信网络的性能。该设备还被设置为用于 在所述抖动参数与所述数据包时段参数的比值超过预定比值的情况下采取校正措施。本发明的第三方面提供了一种无线接入点，该无线接入点包括无线接口和到另 一网络的接口，所述无线接入点被设置为在使用中i)从无线通信网络接收一个或多个 会话，每个会话均包括多个数据包；并且对于每个会话ii)确定多个数据包时段参数 值，该数据包时段参数值是基于接收到一个数据包与接收到下一个数据包之间的时间段 而确定的；iii)基于一个以上的数据包时段参数值的变化来确定多个抖动参数值；以及 iv)根据所述抖动参数与所述数据包时段参数的比值来确定所述无线通信网络的性能。本发明的第四方面提供了一种计算机产品，其包括用于执行上述方法的计算机 可执行代码。


下面仅以举例的方式，结合附图来描述本发明的实施方式，图中图1示出了可采用根据本发明的方法的通信网络的示意图；图2示出了无线接入点的示意图；图3示出了 VoIP会话中抖动随时间变化的图；图4示出了描述根据本发明的方法的操作的流程图的示意图；图5示出了参照图4所描述方法的替代方法；图6示出了根据本发明第二方面的方法的示意图；图7示出了从无线接入点所执行的监视程序上截取的屏幕快照。
具体实施例方式图1示出了可采用根据本发明的方法的通信网络100的示意图。该通信网络包 括核心节点10、数字用户线接入复用器(DSLAM) 20、无线接入点(WAP) 30，以及能够 利用例如WiFi与WAP30进行无线通信的多个移动终端40。在使用中，一个或多个移动 终端与WAP进行主动(active)实时通信会话；这些通信会话通过从WAP到DSLAM 20 之间的DSL链路来进行，并且DSLAM将数据发送到核心节点10。核心节点将数据路由到另一核心节点(未示出)或另一 DSLAM (未示出)，从而使通信会话到达它们的预定目 的地。当一个或多个移动终端想要开始VoIP会话时，就会建立一个会话(例如采用 会话发起协议(SIP))。此外，在会话建立期间，还会确定发送数据包的频率。通常每 10-40ms发送一个VoIP数据包，然而在后续数据包之间也可采用更长或更短的时间来发 送数据包。由于VoIP会话将采用UDP而不是TCP作为传输层协议，所以当数据包未能按 正确顺序接收时，不能请求重新发送数据包。如果采用了实时传输协议(RTP)，则RTP 提供的序号理论上可用于对未按顺序发送的数据包进行重新排序。图2示出了无线接入点(WAP) 30从移动终端接收VoIP数据包并将数据包转发到 DSLAM 20的示意性描述。WAP 30包括用于从移动终端接收数据包的天线31。数据包 被天线31从无线域转换到电域，然后传送到WiFi接口 32、WAP操作系统33和第一 IP 栈34。VoIP数据包在应用层被接收，然后可被转发到DSLAM。VoIP数据包经由第二 IP栈36、WAP操作系统37、DSL接口 38和缆线39进行发送。通过测量收到的VoIP数据包的时间变化可以得知WiFi网络运行情况的指示一如 果没有网络拥塞，则在终端每IOms生成一个VoIP数据包的情况下，WAP也应每IOms接 收到一个数据包。人们已经认识到通过测量数据包间时段、数据包间时段的变化和数据 包递送方式，可以推断出WiFi网络承受负载的级别。如果确定网络负载过高，则可采取 措施来减轻网络负载。在下面的讨论中，一个VoIP数据包与下一个VoIP数据包之间的时间段被称为数 据包时段。一个数据包时段值与下一个数据包时段值之差的模数(modulo)被称为抖动。图3示出了 VoIP会话中抖动随时间变化的图，该VoIP会话采用了支持多个其它 VoIP会话的WAP。从图3可以看出有五个事件，其中抖动值有明显的增长，在事件B、 C、D、E处也会有数据包丢失。理想情况下，可以响应于这种抖动的增大来改变对网络 的操作，从而降低数据包丢失的概率。再次参照图2，根据本发明的WAP还包括具有第一和第二缓冲器52、54的定时 模块50。第一和第二缓冲器52、54优选包括环形缓冲器。在使用中，对于每个在WAP 的应用层接收到的VoIP数据包，定时模块采用recv call来打上时间戳。后续的时间戳呗 用于生成数据包时段值，这些数据包时段值被写入第一环形缓冲器。后续的数据包时段 值呗用于计算抖动值，该抖动值被写入第二环形缓冲器。图4示出了描述根据本发明第一方法的操作的流程图的示意图。在步骤S400 中，在应用层接收数据包并打上时间戳。在步骤S410中，使用时间戳的值来计算数据包 时段值，然后将数据包时段值写入第一环形缓冲器。在步骤S420中，使用数据包时段值 来计算抖动值，然后将抖动值写入第二环形缓冲器。在步骤S430中，通过确定平均抖动 值(根据保存在第二环形缓冲器中的所有值而求得)与平均数据包时段值(根据保存在第 一环形缓冲器中的所有值而求得)的比值来计算压力因子(stress factor)。如果压力因子 小于等于预定阈值(例如1)，则认为网络性能可接受，然后流程返回步骤S400等待下一 个数据包。如果压力因子大于预定阈值，则网络性能不足，将在步骤S440中采取某种形 式的措施来减轻网络负载(见下文)。应当理解，对于最初收到的几个数据包不能计算数 据包时段或抖动值，但此状况的持续时间短得难以察觉。
应当理解，上文参照图4描述的方法的两个方面可以分开。图5示出了参照图 4所描述方法的替代方法，其中在步骤S500中，在应用层接收数据包并打上时间戳。在 步骤S510中，使用时间戳值来计算数据包时段值，然后将其写入第一环形缓冲器。在步 骤S520中，使用数据包时段值来计算抖动值，然后将抖动值写入第二环形缓冲器，接着 处理返回步骤S500，使得到达第一和第二环形缓冲器的数据包被更新。分开地，在步骤 S530中，计算平均数据包时段值和平均抖动值并确定压力因子。如果压力因子小于等于 预定阈值，则处理在重新计算平均数据包时段值和平均抖动值之前暂停预定的时段。如 果压力因子大于预定阈值，则处理转到步骤S540，采取某些矫正或校正措施(见下文)来 提高网络性能，然后处理返回步骤S530。应当理解，上文参照图5描述的方法可用于移动终端(例如移动电话)，其处理 能力受限，并且每当接收到VoIP数据包时计算压力因子也许不可行或不实际。在此情况 下，可在预定时段(VoIP数据包发送时段的倍数)内确定压力因子。在上文参照图4-5描述的方法中，使用数据包时段和抖动的平均值来消除少量 数据包所引起的变化。现已发现，可以通过进一步增加减小平均抖动值的短期变化的步 骤来提高这些方法的性能。图6示出了根据本发明第二方面的方法的示意图。在步骤S600中，在应用层接 收VoIP数据包并打上时间戳。然后在步骤S610和S620中，利用时间戳数据分别计算数 据包时段值和抖动值。在步骤S612中，将数据包时段值写入第一环形缓冲器并计算平均 数据包时段值。在步骤S622中，将步骤S620中计算出的抖动值与预定阈值相比较；如 果计算出的抖动值小于等于预定阈值抖动值，则将计算值写入第二环形缓冲器，然后在 步骤S624中计算平均抖动值。如果计算出的抖动值大于预定阈值，则将该预定阈值写入 第二环形缓冲器，然后计算平均抖动值(S624)。在步骤S626中，将步骤S624中计算出 的平均抖动值与在先平均抖动值相比较。如果新的平均抖动值小于在先平均抖动值的预 定比率(fraction)，则将新的平均抖动值调整为与在先平均抖动值的预定比率相等；否则 就保留步骤S624中计算出的平均抖动值。在步骤S630中，使用从S626获得的平均抖动 值和在S612中计算出的平均数据包时段值来计算压力因子。如果压力因子小于等于预定阈值，则该方法返回S600，以等待下一个将会在应 用层接收的VoIP数据包。如果压力因子大于预定阈值，则该方法在返回S600之前，在 S640中采取某些校正措施来减小压力因子(见下文)。容易理解，上文参照图6描述的 方法的各个方面可采用与上文参照图4-5讨论的类似方式而分离。第一和第二环形缓冲器的大小不必相等。优选地，这些缓冲器的大小可由网络 运营商或用户来设置，不过目前已经发现，在第一环形缓冲器中存储数据包时段数据200 秒并在第二环形缓冲器中存储抖动数据3秒，可提供足够的检测性能。通过在第二环形 缓冲器中进行3秒的缓冲，可以使得无线网络中出现的随机尖峰(nrndom spike)得到平 衡。应当理解，该值仅可改变，而3秒表示了检测响应与掩盖随机事件之间的合理折 发。在上文的步骤S622中引用的抖动值预定阈值可以是根据第二环形缓冲器中保存 的值而计算出来的平均抖动值的倍数，例如是平均抖动值的3倍。另选的是，初次建立 VoIP会话时，可以进行训练会话。在训练会话(根据其持续时间或接收到的VoIP数据包
7的数量来定义)期间，如上所述地确定抖动值，并确定平均训练抖动值。抖动值预定阈 值可以基于平均训练抖动值来确定。一些设备表现出数据包时段随时间的飘移(drift)， 因此，每IOms发送数据包的会话可能上下飘移数秒。同时，这对于每40ms发送数据包 的会话来说则不太明显，而对于数据包时段为IOms的会话来说，在经过飘移后采用固定 的训练值会造成问题。此外，当WiFi网络压力非常大时，可能出现1秒以上的延时。因 此，在实际抖动值超出相当于训练抖动值2-4倍的最大抖动值时，采用该最大抖动值(步 骤S622)。这种限制有助于确保从压力如此大的状况可预期地过渡到更为正常的运行。 当检测到数据包丢失时，也可采用初始训练抖动值。上文引用的针对步骤S626的在先平均抖动值的预定比率优选为较大比率以减小 抖动值的变化率。现已发现95%是合适的值。现已发现限制单个抖动值和平滑平均抖动 值能够改善本发明的操作。上文讨论的本发明的所有实施方式都生成了表示WiFi网络负载等级的压力因 子。该压力因子可用于改变使用WiFi网络的一个或多个终端或节点的行为。折衷改变 的确切本质取决于执行本发明的方法的设备的性质。应当理解，根据本发明的方法可以基于从WAP收到的VoIP数据包的时间戳而 在移动终端内实施。如果终端检测到高压力因子，则表示网络负载重，或者终端缺乏 在处理其它任务的同时支持VoIP会话的资源。如果终端检测到高压力因子，则在发起 VoIP呼叫之前向用户报警，或者尝试将现有VoIP会话切换到不同类型的会话，例如采用 UMTS (或另一无线协议)的VoIP，或切换到交换GSM会话。如果其它移动终端也报告 了高压力因子，则该移动终端也可将检测到高压力因子的事件报告给网络管理系统。根据本发明的方法也可在无线接入点中实现。应当理解，无线接入点通常会处 理多个同时进行的VoIP会话，并且根据本发明的方法可用于为每个会话确定压力因子。 如果一个或两个VoIP会话报告了高压力因子，同时其它会话报告了低压力因子，则导致 压力因子的原因很可能是无线终端，而不是WiFi网络过载。在此情况下，针对这些终端 的压力因子的增长，接入点可以不采取任何措施。然而，如果绝大多数VoIP会话都指示 了增长的压力因子，则WAP适于采取措施以将网络性能维持在可接受的等级。例如可以 包括拒绝接受任何新的VoIP连接、终止一个当前VoIP连接等。图7示出了取自无线接入点所执行的监视程序的屏幕快照70。该屏幕快照示出 了针对与无线接入点进行通信的7个不同移动终端而计算出的参数范围。如图7所示， 与4个移动终端的会话表现出压力因子的增长等级，并采用深色阴影(72)表示。其它3 个会话74显示了压力因子的可接受等级，并采用浅色阴影表示。可接受压力因子的阈值 为55%，并且可见具有可接受压力因子等级的3个会话靠近该阈值。该压力因子显示于 栏76，而历史压力因子值显示于栏78。无线接入点可以决定采取措施以防止网络性能进一步恶化。该决定可基于具有 超出预定阈值的压力因子的会话数量(或比例)、超出预定阈值(或在预定阈值以上保持 预定时间)的压力因子平均值等而做出。如果无线接入点决定终止一个或多个会话，则 可基于在特定时间点具有压力因子最高值、历史压力因子最高值等的那些会话来选择需 要终止的会话。有理由相信，根据本发明的方法可以在网络节点内实现。由于核心节点与无线
8接入点之间存在固定延迟，移动终端与WAP之间的无线连接会导致数据包从移动终端传 输到核心节点所用时间的变化。借助公共源MAC地址，核心节点能够识别来自特定WAP 的所有数据流。由于核心节点能够监视特定WAP处的所有会话，因此在压力因子增大时 可以提供一致的响应，例如退出会话或重新协商会话特征(如选择编解码器)。当压力因子与预定阈值相比较时，应当理解该比较可以针对具有多等级的阈值 来进行。例如，大于1的压力因子可表示“红色”状态，应立即采取措施来改善网络性 能(如退出VoIP会话)；0.33-1之间的压力因子可表示“琥珀色”状态，不再采取进一 步措施，但可能导致压力因子增大；而小于0.33的压力因子可表示“绿色”状态，其中 的压力因子值符合要求。应当理解，这些特征可与上文参照图4-6所述的任意方法结合使用。还应当理 解，上文公开的任何预定值可根据需要而改变或配置。应当理解，本发明可使用在一个或多个移动终端、无线接入点或网络节点上运 行的软件来实现。应当理解，这种软件可通过下载(例如通过互联网)或某些物理介质 (例如DVD、CD-ROM、USB记忆棒)来配置。
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权利要求
1.一种对无线通信网络进行操作的方法，该方法包括以下步骤a)从连接到所述无线通信网络的网络节点接收多个数据包；b)确定多个数据包时段参数值，数据包时段参数基于接收到一个数据包与接收到下 一个数据包之间的时间段；c)基于一个以上的数据包时段参数值的变化来确定多个抖动参数值；以及d)根据抖动参数与数据包时段参数的比值来确定所述无线通信网络的性能。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤e)如果在步骤d)中确定的所述抖动参数与数据包时段参数的比值超过了预定比值， 则采取校正措施。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，从连接到所述无线通信网络的多个网络节 点接收多个数据包，并且针对与所述多个网络节点中的每一个相关联的通信会话来确定 所述抖动参数与数据包时段参数的比值。
4.根据权利要求3所述的方法，当其引用权利要求2时，其中，步骤e)包括以下步 骤不再接受任何其它通信会话，直至在步骤d)中确定的所述抖动参数与数据包时段参 数的比值小于可接受比值为止。
5.根据权利要求3所述的方法，当其引用权利要求2时，其中，步骤e)包括以下步 骤终止与所述多个网络节点中的一个或多个相关联的通信会话。
6.—种用在无线通信网络中的设备，该设备被设置为在使用中执行以下操作从所述无线通信网络接收多个数据包；确定多个数据包时段参数值，数据包时段参数基于接收到一个数据包与接收到下一 个数据包之间的时间段；基于一个以上的数据包时段参数值的变化来确定多个抖动参数值；以及根据抖动参数与数据包时段参数的比值来确定所述无线通信网络的性能。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，该设备还被设置为在使用中执行以下操作 如果所述抖动参数与数据包时段参数的比值超过了预定比值，则采取校正措施。
8.—种无线接入点，该无线接入点包括无线接口和到另一网络的接口，该无线接入 点被设置为在使用中执行以下操作i)从无线通信网络接收一个或多个会话，每个会话均包括多个数据包；并且对于每 个会话执行以下操作ii)确定多个数据包时段参数值，数据包时段参数基于接收到一个数据包与接收到下 一个数据包之间的时间段；iii)基于一个以上的数据包时段参数值的变化来确定多个抖动参数值；以及iv)根据抖动参数与数据包时段参数的比值来确定所述无线通信网络的性能。
9.根据权利要求8所述的无线接入点，其中，该接入点还被设置为在使用中执行以下 操作ν)如果所述抖动参数与数据包时段参数的比值超过了预定比值，则采取校正措施。
10.根据权利要求9所述的无线接入点，其中，该接入点被设置为执行以下操作终 止所述会话中的一个或多个。
11.根据权利要求9所述的无线接入点，其中，该接入点被设置为执行以下操作 不再接受任何其它会话，直至所述第二参数与所述第一参数的比值小于所述预定比值为止。
12.根据权利要求8-11中任意一项所述的无线接入点，其中，该接入点还包括第一环 形缓冲器，该接入点被设置为将第一参数数据存储在第一环形缓冲器中。
13.根据权利要求12所述的无线接入点，其中，所述数据包时段参数值是保存在第一 环形缓冲器中的数据包时段参数数据的平均值。
14.根据权利要求8-13中任意一项所述的无线接入点，其中，该接入点还包括第二环 形缓冲器，该接入点被设置为将抖动参数数据存储在第二环形缓冲器中。
15.根据权利要求14所述的无线接入点，其中，抖动参数值是保存在第二环形缓冲器 中的所述抖动参数数据的平均值。
16.一种计算机产品，该计算机产品包括用于执行根据权利要求1-5中任意一项所述 的方法的计算机可执行代码。
17.—种移动终端，该移动终端被设置为在使用中执行根据权利要求1-5中任意一项 所述的方法。
18.—种网络节点，该网络节点被设置为在使用中执行根据权利要求1-5中任意一项 所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种对无线通信网络进行操作的方法，该方法包括以下步骤从网络节点接收多个数据包；基于接收到一个数据包与接收到下一个数据包之间的时间段来确定第一参数；基于第一参数的变化来确定第二参数；以及根据第二参数与第一参数的比值来确定无线通信网络的性能。
文档编号H04L12/26GK102017523SQ200980114830
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月24日 优先权日2008年4月28日
发明者尼古拉斯·威廉·法罗 申请人:英国电讯有限公司