专利名称：监控rtp/rtcp流以提高多媒体通信质量的设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种提高多媒体通信服务质量(QoS)的设备及其方法，特别涉及一种使用分段方式对RTP/RTCP流进行监视的设备，以及利用该设备的监视结果有针对性地采取措施，提高多媒体通信服务质量的方法。本发明属于通信技术领域。
背景技术：
当前，随着语音、数据、多媒体三类业务逐渐在IP网上实现融合，VoIP(Voice over Internet Protocol)技术和软交换(soft switch)技术的使用正变得日益广泛。在采用现有VoIP技术或者软交换技术的网络中，如图1所示，媒体网关、多媒体通信终端会根据软交换/呼叫服务器/关守之类的呼叫控制设备发出的信令，彼此之间直接传送RTP(Real-Time Transport Protocol，实时传输协议)/RTCP(Real-TimeTransport Control Protocol，实时传输控制协议)流，从而进行多媒体信息的交换。
上述媒体网关、多媒体通信终端之间直接通过RTP/RTCP流来交换多媒体信息的做法容易导致一个问题，就是软交换/呼叫服务器/关守等呼叫控制设备并不了解RTP/RTCP流的实际传送状况。如果网络的传输质量比较差，导致RTP/RTCP流的传输出现障碍，软交换/呼叫服务器/关守等设备根本无法了解，因此也就不可能根据实际情况采取对应的措施，从而无法有针对性地提高多媒体通信的服务质量。
发明内容
本发明的目的在于根据上述现有技术的不足，提供一种RTP流分段传输设备。该设备用于对RTP/RTCP流进行监视，从而便于有关控制设备了解通信服务的质量。
本发明的另外一个目的是提出了一种使用上述分段传输设备对RTP/RTCP流进行监视，根据其传输的实际情况有针对性地采取措施，从而提高多媒体通信服务质量的方法。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案
一种监视RTP/RTCP流以提高多媒体通信质量的RTP流分段传输设备，其特征在于所述分段传输设备至少包括RTP处理模块、RTCP处理模块、通信处理模块、会话质量监视模块和会话质量改善模块；所述RTP处理模块和RTCP处理模块内部分别建有用于缓冲RTP流和RTCP流的缓冲池，每个缓冲池中包含至少一对缓冲队列；所述会话质量监视模块分别与所述RTP处理模块和RTCP处理模块进行连接，并从中获取RTP质量参数和RCTP质量参数，经分析后一方面将会话质量监控结果输出给与之连接的所述会话质量改善模块；另一方面向与之连接的所述通信处理模块输出所述结果；所述通信处理模块与外部呼叫控制设备相连接。
所述分段传输设备还具有统计模块和设备管理模块。
所述分段传输设备的输入和输出均为RTP/RTCP流。
一种使用上述RTP流分段传输设备来监视RTP/RTCP流以提高通信质量的方法，其特征在于在媒体网关和多媒体终端之间的RTP/RTCP流传输路径上设置所述RTP流分段传输设备，由所述RTP流分段传输设备对它们之间传送的RTP/RTCP流进行实时监控；所述RTP流分段传输设备与呼叫控制设备建立连接，一方面接收来自其的信令，另一方面将监控RTP/RTCP流获得的会话质量信息传送给所述呼叫控制设备；所述呼叫控制设备和所述RTP流分段传输设备根据所述会话质量信息有针对性地采取改善RTP/RTCP流传输质量的措施。
一旦所述呼叫控制设备建立了一个新的会话，所述RTP流分段传输设备就在所述RTP缓冲池和RTCP缓冲池中为该会话分别分配一对RTP缓冲队列和一对RTCP缓冲队列。
所述RTP流分段传输设备中的RTP处理模块接收RTP流，分别提取包括数据分组序号、时间戳、同步源、分信源在内的内容，然后分别计算出包括分组丢失率、会话延迟、平均抖动在内的会话质量参数，并将该参数报告给所述会话质量监视模块。
所述改善RTP/RTCP流传输质量的措施包括由所述RTP处理模块对RTP流进行流量整形以减少抖动。
所述改善RTP/RTCP流传输质量的措施包括所述RTP处理模块通过调整缓冲池来控制媒体流的延迟时间。
所述改善RTP/RTCP流传输质量的措施包括在会话质量不佳的情况下，所述呼叫控制设备停止在媒体网关和多媒体终端之间建立新的会话。
所述RTP/RTCP流基于UDP或TCP或ATM协议中的一种进行传送。
本发明所述的监控RTP/RTCP流以提高多媒体通信质量的方法通过引入RTP流分段传输设备，利用分段方式建立对RTP/RTCP流的监控，从而实现对多媒体通信质量的实时监控。同时，本RTP流分段传输设备还可以自动改善RTP/RTCP流的有关参数，从而提高多媒体通信的服务质量。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
图1为现有的网络中，媒体网关、多媒体通信终端之间直接传送RTP/RTCP流的示意图。
图2为本发明所述的RTP流分段传输设备的组成结构框图。
图3显示了本RTP分段传输设备在整个IP网络系统中的位置。
图4为本发明所述使用分段方式监视RTP/RTCP流以提高通信质量的方法的示意图。
具体实施例方式
RTP/RTCP是人们针对实时视音频传输的需要而开发出的一种传输层协议，它并不具有任何传输可靠性的保证和流量的拥塞控制机制，从而无法保障实时视音频传输的质量。RTP协议位于UDP协议之上，在功能上独立于下面的传输层(UDP)和网络层，但不能单独作为一个层次存在，通常是利用低层的UDP协议对实时视音频数据进行组播或单播，从而实现多点或单点视音频数据的传输。UDP是一种不面向连接的数据包投递服务，它无法保证实时视音频传输业务的服务质量(QoS)，需要RTCP实时监控数据传输和服务质量。RTP本身并不具有独立传输的能力，它必须与低层网络协议结合才能完成数据的传输服务。由于视频和音频在时间轴上的相关性不强，而数据的实时性要求要高于其可靠性要求，所以在UDP之上利用RTP/RTCP协议对媒体流进行封装、打包和同步，可以使数字视音频信号的网络传输延时达到最小。这也就是人们在实时多媒体通信业务中广泛使用RTP/RTCP协议的原因所在。
本发明鉴于现有技术缺乏对RTP/RTCP流进行实时监控的机制，从而无法保障多媒体通信服务质量的缺陷，在RTP/RTCP流的传输路径中引入了RTP流分段传输设备。该设备利用RTP/RTCP流是底层的UDP协议对多媒体数据进行组帧(Framing)操作后形成的特点，对UDP分组进行实时监控，并提取其中的数据分组序号、时间戳、同步源、分信源等内容，分别计算出分组丢失率、会话延迟、平均抖动等网络传输参数，以便有关网络控制设备能够实时掌握网络服务质量(QoS)的有关信息，及时采取改进措施。
图2为本发明所述的RTP流分段传输设备的组成结构框图。该设备包括RTP处理模块、RTCP处理模块、通信处理模块、会话质量监视模块和会话质量改善模块，另外，还具有对其本身进行管理的统计模块和设备管理模块(图2中未示)。RTP处理模块和RTCP处理模块内部分别建有用于缓冲RTP分组和RTCP分组的缓冲池。每个缓冲池中包含至少一对缓冲队列。RTP流在网络传输的过程中经过上述的RTP缓冲池，同样，RTCP流在网络中传输时也要经过上述的RTCP缓冲池。RTP缓冲池/RTCP缓冲池中要成对设立缓冲队列的原因在于其中的一个缓冲队列专门用来传送由信源(或者主叫)到信宿(或者被叫)的数据流，而另一个缓冲队列要专门用来传送反方向的从信宿(或者被叫)到信源(或者主叫)的数据流。每当呼叫控制设备建立了一个会话，RTP流分段传输设备就在RTP缓冲池和RTCP缓冲池中为该会话分别分配一对RTP缓冲队列和一对RTCP缓冲队列。如图2所示，会话质量监视模块从RTP处理模块和RTCP处理模块中分别获取RTP质量参数和RCTP质量参数，经分析后一方面将结果输出给会话质量改善模块，以便会话质量改善模块有针对性地采取改善措施，提高网络通信的服务质量(QoS)；另一方面向通信处理模块输出结果，该通信处理模块向外部的呼叫控制设备传送会话质量监控结果，以便呼叫控制设备根据网络通信质量及时调整有关信令。统计模块用于对有关数据进行统计，而设备管理模块负责对整个设备进行管理。
需要说明的是，本RTP流分段传输设备可以基于现有的计算机系统实现，其实现形式类似于媒体网关或者媒体终端的IP处理部分。但是与媒体网关或者媒体终端不同的是，媒体网关或者媒体终端一般将RTP流转换为TDM(Time Division Multiplexing，时分多路复用)信号，而本发明所述的分段传输设备的输入和输出均为RTP/RTCP流。另外，本分段传输设备的模块划分也不完全是硬件意义上的，还包括从逻辑角度进行的划分。这些模块的功能可以嵌入整个IP网络的其他设备中，即各个功能模块可以分散分布，只要通过软件配置使各模块在整体上执行对RTP/RTCP流的实时监控即可视为实现了本RTP流分段传输设备。
图3显示了本RTP分段传输设备在整个IP网络系统中的位置。从图中可以看出，本分段传输设备由于采用RTP协议，其应用模块位于UDP协议之上，即RTP/RTCP流是基于UDP协议进行传输的。与现有的媒体网关或者媒体终端类似，在UDP协议之下是IP层，这就意味着本设备所进行的传输是基于IP协议的。IP层之下是底层驱动程序，底层驱动程序用于对硬件提供驱动，以便硬件识别并接受基于上层协议的指令。
图4为本发明所述使用分段方式监视RTP流以提高通信质量的方法的示意图。如图4所示，RTP流分段传输设备设置在媒体网关和多媒体终端之间，对它们之间传送的RTP/RTCP流进行实时监控，该分段传输设备与软交换/呼叫服务器/关守等呼叫控制设备建立连接，一方面接收来自其的信令，另一方面将监控RTP/RTCP流获得的会话质量信息传送给上述呼叫控制设备，以便呼叫控制设备有针对性地采取对策。在多媒体通信建立时，软交换/呼叫服务器/关守等设备通过信令要求媒体网关和多媒体终端分别与本RTP流分段传输设备之间建立RTP/RTCP流。RTP/RTCP流的内容与图1中的RTP/RTCP流完全相同，唯一的不同是需要经过分段传输设备。
在RTP流分段传输设备对RTP/RTCP流进行实时监控的过程中，RTP处理模块负责接收来自媒体网关或者媒体终端的RTP流，分别提取其中的数据分组序号、时间戳、同步源、分信源等内容，然后分别计算出分组丢失率、会话延迟(delay)、平均抖动(jitter)等会话质量的相关参数，并将该参数报告给会话质量监视模块；RTCP处理模块负责接收来自媒体网关或者媒体终端的RTCP流，以获得从分段设备到达媒体网关或者媒体终端等设备的会话质量信息，报告给会话质量监视模块。会话质量监视模块综合上述参数，判定会话质量是否达到系统预先设定的质量最低限，如果没有达到质量最低限就将信息传递给会话质量改善模块。会话质量改善模块则根据会话质量监视模块给出的信息，依据系统指定的策略，调整和改善会话质量。
上述的会话质量改善策略主要体现在以下几方面首先，会话质量监视模块给出的信息会通过通信处理模块报告给软交换/呼叫服务器/关守等呼叫控制设备，这样可以避免通信质量不佳的情况下媒体网关和多媒体终端建立更多的会话，使通信质量进一步下降。
其次，一般认为，影响通信质量的三个主要因素依次为分组丢失率、抖动和延迟。从本发明实现的机制来分析，本发明所述方法及其设备无力解决分组丢失率的问题。因此，上述会话质量改善模块对通信质量的改善主要体现在解决其抖动问题。该会话质量改善模块可以控制RTP处理模块，对系统输出的RTP流进行流量整形(shaping)，减少抖动。
再次，本RTP流分段传输设备还可以通过在其内部建立的RTP/RTCP缓冲池等功能模块来改善通信质量。这一改善过程体现在如果媒体流的延迟比较小，但抖动比较大，上述分段传输设备可以通过缓冲池适当增加媒体流的延迟，并对媒体流配合进行适当的流量整形(shaping)以减少抖动对通信质量的影响。
本RTP流分段传输设备可以实时监视多媒体通信的质量，并在必要时加以改善。在这一过程中，它不必进行理解媒体信息编码和解码等操作，所以实现的代价要小很多。利用主流的计算机平台，可以很轻松地实现对几百上千个RTP/RTCP流的实时监视。
需要指出的是，在上述的实施例中，RTP流使用UDP协议来传送数据，但是，RTP流也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。在这种情况下，本发明所述方法及其设备同样能够发挥作用。
上面虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
权利要求
1.一种监视RTP/RTCP流以提高多媒体通信质量的RTP流分段传输设备，其特征在于所述分段传输设备至少包括RTP处理模块、RTCP处理模块、通信处理模块、会话质量监视模块和会话质量改善模块；所述RTP处理模块和RTCP处理模块内部分别建有用于缓冲RTP流和RTCP流的缓冲池，每个缓冲池中包含至少一对缓冲队列；所述会话质量监视模块分别与所述RTP处理模块和RTCP处理模块进行连接，并从中获取RTP质量参数和RCTP质量参数，经分析后一方面将会话质量监控结果输出给与之连接的所述会话质量改善模块；另一方面向与之连接的所述通信处理模块输出所述结果；所述通信处理模块与外部呼叫控制设备相连接。
2.如权利要求1所述的RTP流分段传输设备，其特征在于所述分段传输设备还具有统计模块和设备管理模块。
3.如权利要求1所述的RTP流分段传输设备，其特征在于所述分段传输设备的输入和输出均为RTP/RTCP流。
4.一种使用如权利要求1所述的RTP流分段传输设备来监视RTP/RTCP流以提高通信质量的方法，其特征在于在媒体网关和多媒体终端之间的RTP/RTCP流传输路径上设置所述RTP流分段传输设备，由所述RTP流分段传输设备对它们之间传送的RTP/RTCP流进行实时监控；所述RTP流分段传输设备与呼叫控制设备建立连接，一方面接收来自其的信令，另一方面将监控RTP/RTCP流获得的会话质量信息传送给所述呼叫控制设备；所述呼叫控制设备和所述RTP流分段传输设备根据所述会话质量信息有针对性地采取改善RTP/RTCP流传输质量的措施。
5.如权利要求4所述的使用RTP流分段传输设备来监视RTP流以提高通信质量的方法，其特征在于一旦所述呼叫控制设备建立了一个新的会话，所述RTP流分段传输设备就在所述RTP缓冲池和RTCP缓冲池中为该会话分别分配一对RTP缓冲队列和一对RTCP缓冲队列。
6.如权利要求4所述的使用RTP流分段传输设备来监视RTP流以提高通信质量的方法，其特征在于所述RTP流分段传输设备中的RTP处理模块接收RTP流，分别提取包括数据分组序号、时间戳、同步源、分信源在内的内容，然后分别计算出包括分组丢失率、会话延迟、平均抖动在内的会话质量参数，并将该参数报告给所述会话质量监视模块。
7.如权利要求4所述的使用RTP流分段传输设备来监视RTP流以提高通信质量的方法，其特征在于所述改善RTP/RTCP流传输质量的措施包括由所述RTP处理模块对RTP流进行流量整形以减少抖动。
8.如权利要求4所述的使用RTP流分段传输设备来监视RTP流以提高通信质量的方法，其特征在于所述改善RTP/RTCP流传输质量的措施包括所述RTP处理模块通过调整缓冲池来控制媒体流的延迟时间。
9.如权利要求4所述的使用RTP流分段传输设备来监视RTP流以提高通信质量的方法，其特征在于所述改善RTP/RTCP流传输质量的措施包括在会话质量不佳的情况下，所述呼叫控制设备停止在媒体网关和多媒体终端之间建立新的会话。
10.如权利要求4所述的使用RTP流分段传输设备来监视RTP流以提高通信质量的方法，其特征在于所述RTP/RTCP流基于UDP或TCP或ATM协议中的一种进行传送。
全文摘要
本发明公开了一种监控RTP/RTCP流以提高多媒体通信质量的设备及其方法。该RTP流分段传输设备设置在媒体网关和多媒体终端之间，对它们之间传送的RTP/RTCP流进行实时监控，并与呼叫控制设备建立连接，一方面接收来自其的信令，另一方面将监控RTP/RTCP流获得的会话质量信息传送给呼叫控制设备，呼叫控制设备和RTP流分段传输设备根据会话质量信息有针对性地采取改善RTP/RTCP流传输质量的措施。本发明可以实现对多媒体通信质量的实时监控，并且自动改善RTP/RTCP流的有关参数，从而提高多媒体通信的服务质量。
文档编号H04L1/24GK1750503SQ20041007395
公开日2006年3月22日 申请日期2004年9月17日 优先权日2004年9月17日
发明者吕东风, 鞠秀芳, 李朝举, 李凯原 申请人:大唐高鸿数据网络技术股份有限公司