专利名称：用于确保无线局域网中语音的服务质量的音频编解码器比特率控制方法
技术领域：
本发明涉及一种WLAN中的语音质量控制，且更具体地，涉及一种用于通过控制 WLAN中的音频编解码器比特率来确保语音的QoS的方法和设备。
背景技术：
随着用户关于使用因特网的多媒体服务(诸如，音频和视频服务)以及数据服务 的需求增加，需要用于稳定地供应多媒体服务的实时QoS。具体地，由于与数据和视频相比、 用于使用因特网来提供音频服务的因特网协议传输语音(VoIP)对延迟和抖动更加敏感， 所以实时QoS更加必要。其间，具有安装方便和移动性优点的WLAN从20世纪90年代中期开始得到广泛扩 展。当前，以与IOOMbps (兆比特每秒)的有线LAN相似的速度来广泛地使用WLAN。在对 WLAN和VoIP进行组合的情况下，WLAN还具有移动性和减少的价格的优点。然而，由于使用2. 4GHz (吉赫兹)的工业、科学和医学(ISM)频带的WLAN具有诸 如移动性、衰落、多径信号和信号干扰之类的信号衰减因素，所以可以灵活地改变无线终端 的传送速度。可以通过无线终端的传送速度和数据质量来确定WLAN中的信道占用率。随着传 送速度降低，信道占用率增加。因而，WLAN中的信道质量由于外部因素而恶化。如果降低 无线终端的传送速度，则尽管传送数据数量不存在改变，但是信道占用率增加。例如，最初通过使用G. 711编解码器和将无线终端的传送速度设置为54Mbps，来 提供语音服务。如果由于信道质量恶化而导致将无线终端的传送速度降低为低至54Mbps 或更小，则虽然全部传送了 G. 711编解码器的语音数据，但是信道占用率相对增加。如果在连接到一个接入点(AP)的多个无线终端中发生信道质量的恶化，则所述 多个无线终端的信道占用率增加。因此，因为信道占用率在服务开始点处超过无线终端所 预期的阈值，所以WLAN中的信道恶化可能发生。此外，基本服务集合(BSS)中的所有无线 终端可能无法正常地执行服务。在2006年5月，ITU-T对用于支持可变比特率的宽带音频编解码器G. 729. 1进行 了标准化。由于G. 729. 1与G. 729-附录A、B兼容，所以G. 729. 1支持窄带，并通过将50至 300Hz和3400至7000Hz的频带添加到现有的语音带宽来将人的语音再现为接近于自然语 音。G. 729. 1还具有能够取决于网络的状态来在14至32kbps (千比特每秒)的范围中将语 音数据的数量调整2kbps的可变比特率特性。另外，G. 729. 1具有能够在语音通信期间控 制编解码器之间的语音数据传送比特率、而无需用于单独地控制编解码器比特率的信令协 议的嵌入式信令功能。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种用于控制VoIP系统中的音频编解码器比特率的方法和设备， 其中在WLAN中控制G. 729. 1的比特率，由此阻止信道的恶化并确保语音的QoS。技术解决方案根据本发明的一方面，提供了一种用于控制VoIP系统中的语音质量的方法，该方 法包括收集用于确定连接到接入点(AP)的无线终端的信道占用时间的信道状态信息；基 于使用该信道状态信息而确定的、关于总信道容量的无线终端的信道占用率，来控制无线 终端的编解码器比特率；以及传送所控制的编解码器比特率。根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制VoIP系统中的语音质量的设备，该 设备包括信道状态收集器，用于收集用于确定连接到AP的无线终端的信道占用时间的信 道状态信息；比特率计算器，用于基于使用该信道状态信息而确定的、关于总信道容量的无 线终端的信道占用率、来控制无线终端的编解码器比特率；以及比特率传送器，用于传送所 控制的编解码器比特率。有益效果考虑到G. 729. 1和WLAN中信道的特性，大多数VoIP系统支持G. 711或G. 729编 解码器。在此情形下，如果将G. 729. 1应用于VoIP系统，则G. 729. 1与G. 729编解码器兼 容，并且使用G. 729. 1的可变比特率特性来控制语音数据的数量。相应地，可以确保语音的 QoS0
通过参考附图来详细描述本发明的示范实施例，本发明的上面以及其他特征和优 点将变得更加明显，其中图1是示意性地图示了根据本发明的应用了用于控制语音质量的方法的VoIP网 络的结构的视图；图2是图示了根据本发明实施例的用于控制语音质量的方法的流程图；图3是图示了根据本发明的应用了语音质量控制的VoIP系统的示例的视图；图4是图示了根据本发明实施例的用于控制图3所图示的VoIP系统中的语音质 量的方法的流程图；以及图5是图示了根据本发明实施例的用于控制WLAN中的语音质量的设备的框图。
具体实施例方式最佳模式根据本发明的一方面，提供了一种用于控制VoIP系统中的语音质量的方法，该方 法包括收集用于确定连接到接入点(AP)的无线终端的信道占用时间的信道状态信息；基 于使用该信道状态信息而确定的、关于总信道容量的无线终端的信道占用率，来控制无线 终端的编解码器比特率；以及传送所控制的编解码器比特率。根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制VoIP系统中的语音质量的设备，该 设备包括信道状态收集器，用于收集用于确定连接到AP的无线终端的信道占用时间的信 道状态信息；比特率计算器，用于基于使用该信道状态信息而确定的、关于总信道容量的无 线终端的信道占用率，来控制无线终端的编解码器比特率；以及比特率传送器，用于传送所控制的编解码器比特率。发明模式在下文中，将参考附图来详细地描述根据本发明的用于控制语音质量的设备和方 法。图1是示意性地图示了根据本发明的应用了用于控制语音质量的方法的VoIP网 络的结构的视图。参考图1，VoIP网络包括其每一个具有G. 729. 1编解码器嵌入在其中的有线/无 线终端(无线终端1至8和有线终端1至3)、接入点(AP) 112和122、QoS管理器100等。 VoIP网络包括接入网络，所述接入网络包括其每一个具有AP和连接到该AP的一些无线 终端的几个基本服务集合(在下文中，称为BSS) 110和120。例如，第一 BSS 110包括具有 G. 729. 1编解码器和WLAN功能嵌入在其中的终端(无线终端1至4)和第一 AP 112。第一 BSS的接入网络通过第一路由器140而连接到因特网150。有线终端1至3通过以太网集 线器130和第二路由器142而连接到因特网150。用于与属于第一 BSS 110的终端进行通信的相对(correspondent)终端可以位于 第一 BSS 110或另一 BSS 120中，或者可以是通过以太网而连接的终端(有线终端1至3)。 此时，相对终端应该具有G. 729. 1编解码器或至少G. 729编解码器嵌入在其中。QoS管理器 100管理用于经由AP 112和122而接收QoS控制所必须的信息、向每个终端传送用于QoS 控制的命令等QoS控制功能。图2是图示了根据本发明实施例的用于控制语音质量的方法的流程图。参考图2，AP 210测量属于由AP 210管理的BSS的无线终端200和202的帧传 送信息(S230)。这里，帧传送信息是用于计算无线终端200和202中每一个的信道占用时 间的信息，并且包括在无线终端200和202中的每一个与AP 210之间接收和传送的帧和 字节的数目、传送速度等。帧传送信息还包括用于标识无线终端的MAC地址和IP地址。AP 210向QoS管理器220传送所测量的帧传送信息，以计算信道容量(S235)。QoS管理器220 可以设置AP 210的帧传送信息的传送周期。优选地，确定传送周期，使得可以精确地计算 信道容量。已经从AP接收到关于每个终端的帧传送信息的QoS管理器220设置每时间(per time)(例如，1秒)的无线信道的总容量，并然后通过计算并比较由AP和相应无线终端占 用的无线信道的占用率来确定是否控制由所述终端占用的信道容量(S240)。如果不必控制 信道容量，则QoS管理器220维持当前状态。然而，如果必须控制信道容量，则QoS管理器 220向AP 210传送无线终端200和202中每一个的G. 729. 1比特率控制消息(S245)。虽然由QoS管理器220向AP 210传送的比特率控制消息是具有到AP210的目的 地的以太网帧，但是接收该比特率控制消息的对象实际上是在AP210的BSS中包括的无线 终端200和202。因此，AP 210在BSS内广播要由所有无线终端接收的G. 729. 1比特率控 制消息(S250)。如果仅仅向BBS的特定终端传送比特率控制消息，则QoS管理器220向AP 210传送包含了用于指定特定接收终端的多播地址的比特率控制消息，并且AP 210使用对 应的组地址来在BSS中对该比特率控制消息进行多播(S250)。此时，按照数据帧的类型来 执行所述广播/多播。优选地，向接收终端的MAC上层传送帧。已经从AP 210接收到G. 729. 1比特率控制消息的无线终端200和202中的每一个基于在所接收消息中包括的QoS管理器220的命令来控制G. 729. 1比特率(S255和S260)。 此时，通过比特率控制而控制的语音数据是双向数据，即无线终端的传送和接收语音数据。 可以使用支持的最大比特率(MBS)和帧类型(FT)字段来控制语音数据。即，QoS管理器220 最新设置MBS和FT字段的值，由此控制每个终端的信道占用率。相应地，QoS管理器220取决于WLAN中的信道状态来适当地调整具有嵌入式 G. 729. 1编解码器的无线终端的比特率，由此确保语音的实时QoS。图3是图示了根据本发明的应用了语音质量控制的VoIP系统的示例的视图。参考图3，VoIP系统包括BSS 1300和BSS2320，并且所述BBS中的每一个具有AP 310和330以及无线终端302至306和322至328。存在于每个BSS中的AP 310和330通 过交换机340和342以及路由器350和352而连接到因特网。用于控制AP和每个无线终 端的QoS管理器360位于因特网上。图4是图示了根据本发明实施例的用于控制图3所图示的VoIP系统中的语音质 量的方法的流程图。参考图4，假设第一 BBS 300的无线终端302、304和306中的大多数与第二 BSS 320的无线终端322、324和326进行通信，并且不执行语音通信的无线终端308和328分别 存在于第一 BSS 300和第二 BSS 320中。另外，假设所有无线终端都具有G. 729. 1宽带音 频编解码器嵌入在其中。首先，第一 BSS 300的AP 310周期性地向QoS管理器360报告关于WLAN中信道状 态的信息(S400)。QoS管理器360可以设置报告的周期。关于WLAN中信道状态的信息包 括诸如在无线终端302、304和306中的每一个与AP 310之间接收和传送的帧和字节的数 目、传送速度等之类的参数。该信息还包括各自用于标识无线终端的MAC地址和IP地址。不执行语音通信的新终端308向QoS管理器360传送语音通信会话请求消息 (S405)。可以将会话发起协议(SIP)的邀请(INVITE)消息用作会话请求消息。会话请求 消息包括用于在第一新终端308中嵌入的G. 729. 1编解码器的媒体类型注册的传送信息。 例如，会话请求消息可以包括诸如在对应的会话中支持编解码器的最大传送速度(最大比 特率(maxbitrate))、会话中相对终端的编码器的最大传送速度(mbs)和由存在于一个分 组中的媒体表达的时间长度(Ptime)之类的信息。当由第一新终端308生成会话请求时，QoS管理器360计算信道容量(S410)。QoS 管理器360根据由AP 310报告的信道状态信息来周期性地更新由已经执行了语音通信的 无线终端302、304和306占用的信道容量。由第一新终端308占用的信道容量依赖于为了 在会话请求中注册媒体类型而提供的会话请求消息的G. 729. 1媒体信息、和用于数据帧传 送的终端的WLAN传送速度信息。QoS管理器360基于所计算的信道容量来确定是否接受第一新终端的会话请求 (S415)。特别地，QoS管理器360考虑到向第一 BSS 300分配的总信道容量中用于信道质 量突然改变的空闲信道来设置阈值信道容量。例如，假设总信道容量是1秒，则考虑到10% 的信道裕度(margin)来将阈值信道容量设置为0. 9秒。将如上所述设置的阈值信道容量 与先前计算的信道容量进行比较。如果考虑到请求了会话的第一新终端308的信道占用率 低于阈值信道容量，则QoS管理器360接受该会话请求。如果该信道占用率是阈值信道容 量或更多，则QoS管理器360确定是否控制G. 729. 1比特率。执行G. 729. 1比特率控制，直到由第一 BSS 300中无线终端302、304和306以及AP 310占用的总信道占用率小于阈值 信道容量为止。如果尽管即使控制了 G. 729. 1编解码器的最小比特率、总信道占用率仍然 大于阈值信道容量，则拒绝该会话请求。当接受会话请求时，QoS管理器360向请求了该会话接受的第一新终端308的相 对终端(即，第二 BSS 320的第二新终端328)传送呼叫设立请求消息(S425)，并同时向第 一 BSS 300的无线终端302、304和306传送G. 729. 1比特率控制消息(S420)。已经接收到该比特率控制消息的无线终端302、304和306控制它们自己编解码器 (G. 729. 1)的比特率(S430)。即，无线终端302,304和306中的每一个根据该比特率控制 消息来调整编解码器的MBS或FT字段。当调整MBS字段时，调整从第二 BSS 320的相对无 线终端322、324和326接收的语音有效载荷尺寸。当调整FT字段时，调整向第二 BSS 320 的相对无线终端322、324和326传送的语音有效载荷尺寸。因而，可以使用MSB和FT字段 来控制双向语音数据的尺寸。从第一 BSS 300的无线终端302、304和306接收所控制的MBS的第二 BSS 320的 无线终端322、324和326取决于所接收的MBS值来校正编解码器的编码器设置，并且控制 向第一 BSS 300的无线终端302、304和306传送的语音有效载荷尺寸(S435和S440)。接下来，执行用于新终端308和328中每一个与QoS管理器360之间呼叫设立的 信令(S445)。用于通过SIP来设立呼叫的处理的示例如下。在所述新终端和QoS管理器之 间交换消息 SIP 100 尝试(trying)、SIP 180 振铃(ringing)、SIP 200 好的(OK)和 SIP 确认(ACK)。如果通过呼叫设立信令来接受呼叫，则打开媒体会话(S450)，使用实时协议 (RTP)分组来执行新终端之间的语音数据交换。当新终端308和328之间的呼叫结束时，第一 BSS 300的第一新终端308向QoS 管理器360请求呼叫结束(S455)。将消息SIP:再见(BYE)用作呼叫结束请求消息的一个 示例。QoS管理器360计算由于新终端的呼叫结束而导致的信道容量的改变(S460)。QoS 管理器360使在无线终端302、304和306的MBS/FT字段值最大化(S465)，所述无线终端 302、304和306在由第一 BSS 300的无线终端302、304和306以及AP 310占用的信道容量 小于阈值信道容量的范围内执行语音通信。新终端308和328与QoS管理器360执行用 呼叫结束的信令(S470)。例如，在 SIP呼叫结束信令中，在新终端和QoS管理器之间交换消息SIP 再见和SIP 200好的。在 新终端308和328之间不再存在语音数据交换。QoS管理器360向每个无线终端传送用于控制每个终端的比特率的比特率控制消 息(S475)。已经接收到该比特率控制消息的无线终端302、304和306控制它们自己的编解 码器比特率(S480)。S卩，无线终端302、304和306中的每一个根据该比特率控制消息来最 新设置用于控制从自身传送的语音有效载荷尺寸的FT字段、或用于控制由相对终端322、 324和326中的每一个传送的语音有效载荷尺寸的MBS字段，并且向相对终端322、324和 326通知所设置的值(S485)。第二 BSS 320的无线终端322、324和326从第一 BSS 300的无线终端302、304和 306接收所控制的MBS值(S485)。无线终端322、324和326取决于所接收的MBS值来校正编解码器的编码器设置，并然后取决于所校正的MBS字段值来控制向第一 BSS 300的终端 传送的语音有效载荷尺寸(S490)。图5是图示了根据本发明实施例的用于控制WLAN中的语音质量的设备的框图。参考图5，用于控制语音质量的设备包括信道状态收集器500、比特率计算器510、 比特率传送器520和呼叫控制器530。信道状态收集器500收集用于确定连接到每个AP的无线终端的信道占用时间的 信道状态信息。用于确定信道占用时间的信道状态信息包括在AP与AP所属的BSS中的 无线终端之间接收和传送的帧和字节的数目、传送速度等。帧传送信息还包括用于标识无 线终端的MAC地址和IP地址。信道状态收集器500可以在每个预定周期中从AP接收信道 状态信息。比特率计算器510基于所收集的信道状态信息来计算由无线终端和AP占用的信 道容量，并且计算关于向AP所属的BSS分配的总信道容量的、无线终端和AP的信道容量占 用率。比特率计算器510基于该信道占用率来控制每个无线终端的编解码器比特率。特别 地，比特率计算器510考虑到总信道容量中的空闲信道来设置阈值信道容量。如果无线终 端的信道占用率超过阈值信道容量，则比特率计算器51控制每个无线终端的编解码器比 特率。呼叫控制器530负责无线终端的呼叫设置和呼叫取消。由于在呼叫设置或呼叫取 消中应该最新地分配或取消信道，所以BSS中的总占用率被改变。因而，比特率计算器510 基于通过AP而收集的信道状态信息和在呼叫设置和呼叫取消中生成的信道占用率来重新 控制全部终端的编解码器比特率。比特率传送器520向每个无线终端传送所控制的编解码器比特率。特别地，比特 率传送器520向每个无线终端广播或多播其中最新设置了 MBS字段和/或FT字段的比特 率控制消息。无线终端取决于在该比特率控制消息中包含的MBS字段和/或FT字段来控 制它们自己的G. 729. 1编解码器的比特率。在本发明中，可以利用可由计算机读取的代码来实现可由计算机读取的记录介 质。可由计算机读取的记录介质包括其中存储了可由计算机系统读取的数据的所有类型的 记录装置。例如，可由计算机读取的记录介质是ROM、RAM、⑶-ROM、磁带、软盘、光学数据存 储装置等。另外，可以按照通过载波进行的显示(例如，因特网上的传送)的形式来实现可 由计算机读取的记录介质。在通过网络而连接的计算机系统中分布可由计算机读取的记录 介质，使得可以存储和实现可由计算机通过该分布方案而读取的代码。尽管已经参考本发明的示范实施例而具体示出并描述了本发明，但是本领域的普 通技术人员将理解，可以在其中做出形式和细节上的各种改变，而不脱离由以下权利要求 限定的本发明的精神和范围。考虑到G. 729. 1和WLAN中信道的特性，大多数VoIP系统支持G. 711或G. 729编 解码器。在此情形下，如果将G. 729. 1应用于VoIP系统，则G. 729. 1与G. 729编解码器兼 容，并且使用G. 729. 1的可变比特率特性来控制语音数据的数量。相应地，可以确保语音的 QoS0
权利要求
一种用于控制VoIP系统中的语音质量的方法，该方法包括收集用于确定连接到接入点(AP)的无线终端的信道占用时间的信道状态信息；基于使用该信道状态信息而确定的、关于总信道容量的无线终端的信道占用率，来调整无线终端的编解码器比特率；以及传送所调整的编解码器比特率。
2.根据权利要求1的方法，其中所述信道状态信息包括在AP和相应无线终端之间接 收和传送的帧和字节的数目、以及传送速度。
3.根据权利要求1的方法，其中所述接收信道状态信息的步骤包括在每个预定周期 中从AP接收信道状态信息。
4.根据权利要求1的方法，其中所述调整编解码器比特率的步骤包括设置每时间的 总信道容量。
5.根据权利要求1的方法，其中所述调整编解码器比特率的步骤包括考虑到总信道容量中的空闲信道来设置阈值信道容量；以及当信道占用率超过阈值信道容量时，调整无线终端的编解码器比特率。
6.根据权利要求1的方法，其中所述调整编解码器比特率的步骤包括确定取决于无线终端的呼叫设立请求或呼叫设立取消而改变的信道容量；以及基于考虑到所改变信道容量而确定的、关于总信道容量的无线终端的信道占用率，来 调整无线终端的编解码器比特率。
7.根据权利要求1的方法，其中所述调整编解码器比特率的步骤包括调整用于确定 由无线终端传送的语音有效载荷尺寸或从与所述无线终端执行语音通信的相对终端接收 的语音有效载荷尺寸的比特率。
8.根据权利要求1的方法，其中所述调整编解码器比特率的步骤包括调整G.729. 1 编解码器的比特率。
9.根据权利要求1的方法，其中所述传送所控制的编解码器比特率的步骤包括传送 包含了多播地址的比特率控制消息，该多播地址用于仅仅指定调整其编解码器比特率的无 线终端。
10.根据权利要求1的方法，其中所述传送所调整的编解码器比特率的步骤包括向连 接到AP的所有无线终端广播关于所调整的编解码器比特率的信息。
11.一种用于控制VoIP中的语音质量的设备，包括信道状态收集器，用于收集用于确定连接到AP的无线终端的信道占用时间的信道状 态信息；比特率计算器，用于基于使用该信道状态信息而确定的、关于总信道容量的无线终端 的信道占用率，来调整无线终端的编解码器比特率；以及比特率传送器，用于传送所调整的编解码器比特率。
12.根据权利要求11的设备，其中所述信道状态收集器收集包括在AP和相应无线终端 之间接收和传送的帧和字节的数目、以及传送速度的信道状态信息。
13.根据权利要求11的设备，其中所述信道状态收集器在每个预定周期中从AP接收信 道状态信息。
14.根据权利要求11的设备，其中所述比特率计算器设置每时间的总信道容量。
15.根据权利要求11的设备，其中所述比特率计算器考虑到总信道容量中的空闲信道 来设置阈值信道容量，并且当信道占用率超过阈值信道容量时，调整无线终端的编解码器 比特率。
16.根据权利要求11的设备，还包括呼叫控制器，用于取决于无线终端的呼叫设立请 求或呼叫设立取消来设置或取消无线终端的呼叫，其中所述比特率计算器确定取决于无线终端的呼叫设立请求或呼叫设立取消而改变 的信道容量，并且基于考虑到所改变的信道容量而确定的、关于总信道容量的无线终端的 信道占用率，来调整无线终端的编解码器比特率。
17.根据权利要求11的设备，其中所述比特率计算器调整用于确定由无线终端传送的 语音有效载荷尺寸或从与所述无线终端执行语音通信的相对终端接收的语音有效载荷尺 寸的比特率。
18.根据权利要求11的设备，其中所述比特率计算器调整G.729. 1编解码器的比特率。
19.根据权利要求11的设备，其中所述比特率传送器传送包含多播地址的比特率控制 消息，该多播地址用于仅仅指定调整其编解码器比特率的无线终端。
20.根据权利要求11的设备，其中所述比特率传送器向连接到AP的所有无线终端广播 关于所调整编解码器比特率的信息。
21.一种用于控制VoIP系统中的语音质量的方法，该方法包括从新终端接收呼叫设立请求；确定关于连接到与新终端相同的AP的现有终端的总信道容量的信道占用率；基于考虑到要由新终端占用的信道容量而确定的、关于总信道容量的新终端和现有终 端的总信道占用率来调整现有终端的编解码器比特率；以及传送所调整的编解码器比特率。
22.根据权利要求21的方法，其中根据由新终端使用的编解码器的媒体信息来确定要 由新终端占用的信道容量。
23.根据权利要求11的设备，还包括当使现有终端的编解码器比特率最小化的总信 道占用率大于先前设置的阈值时，取消呼叫设立请求。
全文摘要
提供了一种用于控制WLAN中的语音质量的方法和设备。无线终端的编解码器比特率是通过如下步骤来调整的收集用于确定连接到接入点的无线终端的信道占用时间的信道状态信息；基于使用该信道状态信息而确定的、关于总信道容量的无线终端的信道占用率，来调整无线终端的编解码器比特率；并且向每个无线终端传送所调整的编解码器比特率。
文档编号H04B7/26GK101946421SQ200880126949
公开日2011年1月12日 申请日期2008年7月9日 优先权日2007年12月17日
发明者丘奇琼, 李炳墡, 金度泳 申请人:韩国电子通信研究院