用于提供端到端通信路径的通信质量反馈的装置和方法与流程

本发明涉及无线通信。更具体地说，本发明涉及用于提供端到端通信路径的通信质量反馈的装置和方法。

背景技术：
图1是简化的现有技术系统100，其示出了针对发射机101和接收机106的协议栈。这两个协议栈是基于开放式系统互联（OSI）参考模型的。这两个协议栈是针对发射机101和接收机106的简化的例子。针对发射机101的简化的协议栈（自上而下列出）包括应用层102、传输层103、数据链路层104和物理层105。针对接收机106的简化的协议栈（自上而下列出）包括应用层107、传输层108、数据链路层109和物理层110。这两个物理层105和物理层110与有线-无线网络113连接，且被配置用于（以单播和组播两种方式）传送流数据和实时多媒体数据。物理层105和110包括一组规则，该组规则规定在发射机101和接收机106之间的电连接和物理连接。在设备接口处，物理层105和110规定在时隙上正确传输数据的过程，例如：TDMA/FDMA、加密、交织、信道编码、FEC和反向功能。数据链路层104和109指示发射机101和接收机106如何获得对在物理层105和110中规定的介质的访问。数据链路层104和109也规定了数据格式，以包括所发送的消息中的数据成帧、错误控制过程和其它链路控制活动。根据包括用于更正传输错误的过程的规定数据格式，数据链路层104和109负责信息传送的可靠性。将数据链路层104和109分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）。传输层103和108包括用于从接收机106向发射机101提供标准化实时反馈的端到端实时传输协议（RTP）/实时控制协议（RTCP）。使用一个或多个信道111和112来发送控制信息。在传输控制协议（TCP）或用户数据报协议（UDP）上RTP和RTCP均可传送媒体数据流。RTP携带具有实时需求的数据，而RTCP传送参与者信息并监控RTP对话的质量。传输层103和108负责在已经通过网络113建立路由之后，确保信息传输正确地发生。传输层103和108用于错误控制、顺序检验和其它端到端的数据可靠性因素。应用层102和107起到窗口的作用，通过该窗口，应用获得对由下层协议提供的所有服务的访问。由于改变信道和干扰条件，无线网络中的数据链路本质上经历了短期数据速率的巨大变化。在支持突发数据的分组网络中，网络负载也可快速改变。对许多应用而言，可使用缓冲来使这些变化得到平衡。继而结合缓冲可使用较低速率适配，以追踪信道速率的长期变化。然而，缓冲导致了延迟，延迟在一些交互应用中是不可允许的。即，在严格的延迟限制的情况下，数据速率的短期下降会导致分组丢失。在这些情况下，具有数据通信损失的快速反馈对应用来说是有用的，以便应用能快速调整至较低速率并适当地补偿损失。在以下两个例子中，如此快的反馈是有用的：（1）交互式或对延迟敏感的视频和（2）多用户游戏视频。通过改变空间、时间或像素分辨率，通常可在很大的质量范围内对视频进行发送。瞬时信道速率上的反馈可用于适当地改变视频质量。此外，通常利用预测编码以使用时间相关性对高压缩视频进行发送。在预测编码中，任意一个时刻的帧以之前的视频帧为参考。因此，视频帧的丢失可传播至数个未来帧，直到下一次同步或帧内为止。因此，快速反馈有利于迅速检测到这些丢失以减少错误的传播。在多用户游戏视频中，通信丢失导致不同用户间的状态断开。例如，第一用户认为他已射击而第二用户没有意识到他已被击中了。在此例子中，在不同用户状态间的差异中为了使时间延迟最小化，快速检测到丢失是必要的。如上述例子所示，无线信道是不可靠的且易于出错，且根据无线信道丢失的端到端反馈可用在应用层102和107处。传输层103和108的通信协议（诸如RTP和RTCP）从接收机106向发射机101提供端到端反馈，反之亦然。RTCP分组包含服务质量（QoS）监测和无线信道拥塞控制的直接信息。例如，发送方报告（SR）和接收方报告（RR）交换关于分组丢失、抖动和无线信道的往返延迟统计的信息。发送端应用传送SR至接收端应用，接收端应用传送RR至发送端应用。发射机101使用端到端反馈来改变其信道速率以调节信道错误。另外，可在传输层103和108处完全实施端到端反馈，因此对于应用来说物理层105和110是透明的。然而，端到端反馈具有多个缺点。第一，端到端反馈具有端到端往返延迟成本。第二，在无线链路中，端到端反馈消耗空中链路资源，因此限制了反馈的频率。第三，接收机106可能不具有产生和/或发送反馈的能力。因此，本领域技术人员已经认识到：用于提供应用发射机和应用接收机之间的端到端通信路径的通信质量反馈的装置和方法是有必要存在的。

技术实现要素：
本文描述的装置和方法用于在包括无线链路的通信路径上传送多媒体内容或数据。装置和方法用于：减少反馈延迟、减少或避免空中链路资源的消耗、当接收机不能产生和/或发送反馈时产生反馈。本文描述的装置和方法用于提供应用发射机和应用接收机之间的端到端通信路径的通信质量反馈。一种方法包括经由端到端通信路径从应用发射机向应用接收机发送数据，端到端通信路径具有至少一个无线链路，该无线链路具有无线发射机和无线接收机，在无线发射机处，产生第一通信质量反馈消息，且以标准化格式从无线发射机向应用发射机发送第一通信质量反馈消息。一种装置用于向应用接收机提供端到端通信路径的通信质量反馈。该装置包括用于经由端到端通信路径向应用接收机发送数据的应用发射机，端到端通信路径具有至少一个无线链路，该无线链路具有无线发射机和无线接收机，无线发射机被配置为产生第一通信质量反馈消息，且以标准化格式从无线发射机向应用发射机发送第一通信质量反馈消息。附图说明当结合附图参考下面的详细描述，本发明的特征、目的和优点将变得更加显而易见，其中：图1是示出了针对发射机和接收机的协议栈的简化的现有系统。图2是根据多个实施例的示例性节点的框图。图3是根据多个实施例的、具有应用发射机、无线发射机、有线和/或无线网络、无线接收机和应用接收机的系统的简化框图。图4是示出根据多个实施例的、用于提供应用发射机和应用接收机之间的端到端通信路径的通信质量反馈的方法的流程图。图5是示出根据多个实施例的、用于提供应用发射机和应用接收机之间的端到端通信路径的通信质量反馈的示例性装置的部件和装置的模块的框图。具体实施方式现在将参照附图对实施本发明的各个特征的实施例的方法、装置和系统进行描述。提供所述附图和关联描述以说明本发明的实施例而不是限制本发明的范围。说明书中提及的“一个实施例”或“一实施例”意在指出结合实施例描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中各处出现的术语“在一个实施例中”或“一个实施例”不必全部指代同一实施例。遍及附图，重复使用附图标记以指示所引用的要素之间的对应关系。图2是根据各个实施例的示例性节点200（例如无线设备）的框图。将无线设备200配置为：在许可频谱和/或非许可频谱中或者使用许可频谱和/或非许可频谱来接收和发送信号与数据。数据可以是控制数据、多媒体数据、语音数据、视频数据、图像数据、流或静物视频数据、网页数据和其它类型的数据。无线设备200可包括处理器205、存储器210、调制解调器214、显示器或触摸屏215、键盘220、无线发射机225、无线接收机230、第一天线235、第二天线240和电源245（例如电池）。无线发射机225和/或无线接收机230可用于产生RTCP反馈。在印刷电路板250上可附加或制成芯片、部件或模组。印刷电路板250可以指的是无线设备200中的电介质基片、陶瓷基片、或携带用于携带信号电路和电子部件的结构的其它电路。使用硬件、软件、固件、中间件、微代码或其任意组合来实现处理器205。处理器205可以是先进RISC机器（ARM）、控制器、数字信号处理器（DSP）、微处理器、编码器、解码器、电路、处理器芯片、能够产生和处理数据的任何其它设备或其组合。处理器205可用于产生RTCP反馈。术语“电路”包括：处理器电路、存储器电路、RF收发机电路、电源电路、视频电路、音频电路、键盘电路和显示器电路。存储器210包括或存储了各种程序和数据。术语“存储器”和“机器可读介质”包括但不限于是随机存取存储器（RAM）、闪存、只读存储器（ROM）、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动硬盘、CD-ROM、DVD、无线信道、能够存储、包含或携带指令和/或数据的各种其它介质。机器可读指令可存储在存储器210中并由处理器205执行以使得处理器205执行如本公开内容中所描述的各种功能。使用软件、硬件、电路和其任意组合来实现调制解调器214。该调制解调器214可以是具有RTCP代理的无线调制解调器，且用于产生被代理的RTCP反馈。显示器215可以是LCD、LED、等离子显示屏或触摸屏，键盘220可以是具有字母和数字的标准键盘（例如QWERTY布局的键盘）。键盘220可实现在触摸屏上或使用触摸屏来实现。无线发射机225耦合至处理器205，且用于对数据进行编码和格式化以经由第一天线235和/或第二天线240进行传输。无线发射机225包括芯片、电路和/或软件，所述芯片、电路和/或软件用于向第一天线235和/或第二天线240发送从处理器205接收到的数据和/或信号以便在一个或多个信道上进行传输。无线接收机230耦合至处理器205，且用于在从第一天线235和/或第二天线240接收到数据之后对数据进行解码和解析。无线接收机230包括芯片、电路和/或软件，所述芯片、电路和/或软件用于从第一天线235和/或第二天线240接收数据和/或信号。将数据和/或信号发送至处理器205以便由处理器205计算和/或使用。第一天线235被安置在无线设备200的右下部分处，而第二天线240被安置在无线设备200的右上部分处。第一天线235可以是蜂窝天线、GSM天线、CDMA天线、WCDMA天线或能够操作使用许可频谱的任意其它天线。第二天线240可以是WiFi天线、GPS天线或能够操作使用非许可频谱的任意其它天线。电源245（例如电池）对如图2所示的部件或模组提供电力。图3是根据各个实施例的系统300的简化框图，系统300具有应用发射机305、无线发射机310、有线和/或无线网络315、无线接收机320和应用接收机325。无线发射机310可以是具有RTCP代理的无线调制解调器。应用发射机305用于向应用接收机325发送应用数据（例如，多个应用和关于多个应用中每个应用的信息）。应用发射机305可产生传输流，用于向应用接收机325发送多个应用和关于多个应用中每个应用的信息。例如，应用发射机305可产生具有MPEG-2传输流形式的多个应用和关于多个应用中每个应用的信息，继而，将MPEG-2传输流转换为对象轮播、数据轮播和MPEG-2数字存储介质命令和控制（DSM-CC）消息，并广播上述DSM-CC消息。可以用与图2所示的无线设备200类似的方式来实现无线发射机310和/或无线接收机320，或者可以使用图2所示的无线设备200的一个或多个部件或设备来实现无线发射机310和/或无线接收机320。也可使用其它配置来实现无线发射机310和/或无线接收机320。无线发射机310和/或无线接收机320均可以是能够发送和接收数据和/或信号的收发机。应用发射机305、无线发射机310、有线和/或无线网络315、无线接收机320和/或应用接收机325被配置为执行本文描述的算法、计算和方法。本文描述的算法、计算和方法可使用硬件、软件或其组合来实现。应用发射机305和无线发射机310可以是共址的，或者被放置在不同的区域中（即非共址的）。类似的，应用接收机325和无线接收机320可以是共址的，或者被放置在不同的区域中（即非共址的）。在各个实施例中，有线-无线网络315可包括一个或多个网络，诸如：局域网（LAN）、无线局域网（WLAN）、无线保真（WiFi）网络、非许可网络（即在非许可频谱中运行的网络）、许可网络（即在许可频谱中运行的网络）和/或载波监听多址访问/冲突避免（CSMA/CA）网络。图4是示出根据各个实施例的、用于提供应用发射机305和应用接收机325之间的端到端通信路径的通信质量反馈的方法400的流程图。参考图3和图4，应用发射机305经由端到端通信路径向应用接收机325发送数据304（框405）。数据304可以是应用数据、控制数据、多媒体数据、语音数据、视频数据、图像数据、流或静像视频数据、网页数据和其它类型的数据。举例而言，端到端通信路径是如图3所示的起始于应用发射机305并终止于应用接收机325的有线和/或无线通信路径。在其它例子中，端到端通信路径包括具有无线发射机310和无线接收机320的至少一个无线链路（框405）。在一个实施例中，至少一个无线链路可以是如图3所示的无线网络315。应用发射机305从应用接收机325接收端到端反馈。即，应用接收机325可向应用发射机305提供或发送以标准化分组格式（例如RTCP）压缩的端到端反馈（例如，诸如吞吐量、抖动和延迟的多个参数的估计）。通常，端到端反馈是代表沿着从源点（例如应用发射机305）到目的地（例如应用接收机325）的路线的所有链路（包括无线链路）的合并效果的反馈估计（例如一个值）。反馈估计决定了端到端通信路径的质量。在许多情况下，无线链路是端到端延迟的主要原因，它也是决定端到端吞吐量的瓶颈链路。使用来自无线接收机320的信息303，基于多个参数（例如吞吐量、抖动和延迟），无线发射机310估计无线链路的影响。例如，信息303可以是从无线接收机320接收的多个空中链路确认，或是从物理层实体接收的信息。在一个实施例中，无线发射机310从无线接收机320接收多个空中链路确认（框410）。无线发射机310使用信息303（例如多个空中链路确认）来产生第一通信质量反馈消息301（框415）。第一通信质量反馈消息301就所获得的端到端通信的质量提供反馈。在一个实施例中，第一通信质量反馈消息301可被称为低延时本地反馈（LLLF）。第一通信质量反馈消息301包括由无线发射机310确定的或由无线发射机310产生的吞吐量分量、抖动分量和/或延迟分量。通过监测与应用发射机305发送的应用相对应的分组队列或者通过监测被分配用于传送与应用发射机305发送的应用相对应的分组的多个空中链路资源，可在无线发射机310处（即在本地无线链路处）估计吞吐量分量。在一个实施例中，结合来自端到端反馈的相应吞吐量参数可估计吞吐量分量，其中，例如，通过第一通信质量反馈消息301（即LLLF）或在第一通信质量反馈消息301（即LLLF）中报告本地测量的吞吐量和来自端到端反馈的吞吐量的最小值。在一个实施例中，如在接下来的例子中所描述的，可计算或确定吞吐量分量。应用发射机305以速率R产生数据304，且以速率R从无线发射机310请求服务。通过以速率R’对数据304提供服务，系统300作出了响应。无线发射机310可以估计R’的值。一个估计的R’值是速率，在无线发射机310处以该速率从队列移除或发送与应用相对应的分组。如果系统100包括用于传输数据304的多个空中链路资源的明确分配，那么吞吐量R’可通过使用无线发射机310监测资源分配来进行估计。当无线链路是沿着从源点到目的地的路线的瓶颈链路时，可利用吞吐量分量的以上估计结果。如果可获得端到端的反馈估计结果，那么无线发射机310能监测来自端到端估计结果的吞吐量计算结果R”。如果吞吐量计算结果R”小于由无线发射机310估计的吞吐量估计结果R’，那么第一通信质量反馈消息301可选择向应用发射机305报告或发送吞吐量计算结果R”或不向应用发射机305提供任何消息或反馈。当无线链路不必是沿着从源点到目的地的路线的瓶颈链路时，可利用吞吐量分量的以上估计结果。结合来自端到端反馈的相应抖动参数可估计抖动分量，其中，例如，如果抖动参数高于在无线发射机310处本地测量的参数，则通过第一通信质量反馈消息301（即LLLF）或在第一通信质量反馈消息301（即LLLF）中报告来自端到端反馈的抖动参数。在一个实施例中，如在接下来的例子中所描述的，可计算或确定抖动分量。抖动分量包括在无线发射机310处由传输引起的抖动和由端到端反馈（即遍及系统300的反馈）引起的抖动。可通过监测与源自应用发射机305发送的应用的业务相对应的分组队列，在无线发射机310处测量由传输引起的抖动。如果由端到端反馈引起的抖动比在无线发射机310处由传输引起的抖动高，那么第一通信质量反馈消息301向应用发射机305报告或发送较高的抖动值，或者不产生消息或反馈或不向应用发射机305报告消息或反馈。结合来自端到端反馈的相应延迟参数来估计延迟分量，其中，例如，来自端到端反馈的延迟参数被用于估计与网络315相关联的延迟分量，随后将其加入到在无线发射机310处本地测量的延迟中，并通过第一通信质量反馈消息301（即LLLF）或在第一通信质量反馈消息301（即LLLF）中将其进行报告。在一个实施例中，如在接下来的例子中所描述的，可计算或确定延迟分量。延迟分量（即分组经历的往返延迟）包括在无线发射机310处由传输引起的延迟和由端到端反馈（即遍及系统300的反馈）引起的延迟。通过监测与源自应用发射机305发送的应用的业务相对应的分组队列，可测量在无线发射机310处由传输引起的延迟。如果无法获得端到端反馈，那么无线发射机310将固定偏移加入到无线发射机310测量的延迟中。在一个实施例中，固定偏移包括网络延迟。如果可获得端到端反馈，那么无线发射机310使用包括在端到端反馈中的往返延迟和无线发射机310测量的延迟来估计所述网络延迟。通过加入以较慢的时标估计的网络延迟和以较快的时标估计的无线传输延迟，无线发射机310产生延迟分量（即往返延迟估计）。第一通信质量反馈消息301向应用发射机305报告或发送延迟分量值，或者不产生消息或反馈或不向应用发射机305报告所述消息或反馈。无线发射机310可从应用接收机325接收第二通信质量反馈消息302（框420）。第二通信质量反馈消息302可以是端到端反馈估计。在一个实施例中，不从应用接收机325向无线发射机310发送第二通信质量反馈消息302。无线发射机310以标准化格式向应用发射机305发送第一和/或第二通信质量反馈消息301和/或302（框425）。相比发送来自应用接收机325的第二通信质量反馈消息302，向应用发射机305更加频繁地发送来自无线发射机310的第一通信质量反馈消息301。因此，通过经由来自无线发射机310的第一通信质量反馈消息301获取更快和更频繁的反馈，应用发射机305在无线链路上更频繁地接收反馈估计。应用发射机305以比端到端反馈估计小的延迟接收第一通信质量反馈消息301。第一通信质量反馈消息301有利地允许应用发射机305更快地调整或改变其编码速率以适应无线链路或介质中的变化。此外，在一个实施例中，其它应用不知道无线发射机310产生以及向应用发射机305传送第一通信质量反馈消息301，因此允许现有的应用使用本发明。应用发射机305可接收第一和第二通信质量反馈消息301和302二者，或可仅接收第一通信质量反馈消息301。可将第一和/或第二通信质量反馈消息301和/或302压缩成标准化分组格式。在一个实施例中，标准化格式是RTCP。标准化格式应是由应用发射机305识别的格式，和/或是与端到端反馈估计或机制使用的格式相同的格式。图5是个框图，该框图示出了用于根据多个实施例提供应用发射机和应用接收机之间的端到端通信路径的通信质量反馈的装置500的示例性部件和装置500的模块。装置500可包括用于经由端到端通信路径从应用发射机305向应用接收机325发送数据304的模块505。端到端通信路径包括具有无线发射机301和无线接收机320的至少一个无线链路。所述装置还包括：用于从无线接收机320接收多个空中链路确认303的模块510，用于使用多个空中链路确认来产生第一通信质量反馈消息301的模块515，用于从应用接收机325接收第二通信质量反馈消息302的模块520，和用于以标准化格式向应用发射机305发送第一和/或第二通信质量反馈消息301和/或302的模块525。本领域技术人员还应当明白，结合本文公开的实施例描述的各种示例性的逻辑框、模块、电路和算法均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了表示硬件和软件之间的可交换性，上面对各种示例性的部件、框、模块、电路和算法均围绕其功能进行了总体描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。用于执行本申请所述功能的通用处理设备、数字信号处理设备（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件部件或者其任意组合，可以实现或执行结合本文公开的实施例所描述的各种示例性的逻辑框图、模块和电路。通用处理设备可以是微处理设备，或者，该处理设备也可以是任何常规处理设备、处理设备、微处理设备或者状态机。处理设备也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理设备的组合、多个微处理设备、一个或多个微处理设备与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。结合本文公开的实施例所描述的装置、方法或者算法可直接体现为硬件、软件或其组合。在软件中，方法或算法可体现为由处理设备执行的一个或多个指令。指令可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理设备，从而使处理设备能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。或者，存储介质也可以是处理设备的组成部分。处理设备和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。或者，处理设备和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。为使本领域技术人员能够实现或者使用本发明，在上文提供了对所公开的实施例的描述。对于本领域技术人员来说，对这些实施例的各种修改都是显而易见的，并且，本申请定义的总体原理也可以在不脱离本发明的精神或保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本发明并不旨在限于本申请给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。在不脱离其精神或重要特征的基础上，本发明可体现为其它具体的形式。所描述的实施例在所有方面被认为仅仅是说明性的而非限制性的，因此，本发明的范围由所附权利要求书指出而非由前述说明书指出。在权利要求的等同项的含义和范围内的所有修改被包含在它们的范围内。