用于監測分組網絡的系統及方法

專利名稱：用于監測分組網絡的系統及方法
技術領域：
本發明總地涉及一種通信網絡，并且更具體而言，涉及分組網絡中信號傳輸質量的監測和管理。
背景技術：
最初建立電纜網是為了向家庭和辦公室傳輸電視信號。電纜網提供了優于傳輸電視網絡的優點，包括提供更清晰的信號和更多的頻道選擇。這些網絡由在通往客戶地點的樹形和分支結構中路由的同軸電纜組成，并且僅僅用來為用戶提供模擬電視信號。
近年來，電纜網已經被轉變為在光纜和同軸電纜混合式結構中傳輸數字信號。這些轉變的網絡不僅適于常規的模擬電視信號，還適于數字電視信號、數字數據信號和電話信號。這些電纜網擁有利用分組交換技術在分組網絡上傳遞的信息(數據)。
數字電視信號提供了一種更明晰的(crisper)、更詳細的圖片，連同有增強的聲語音。由于具有傳輸數字數據信號的能力，電纜網現在可以被耦合到互聯網，由此而提供家庭和辦公室到互聯網的接入。這種互聯網的接入通常要比由其他技術提供的接入快得多。此外，電纜網現在可以用來以分組化數據的形式傳輸電話話音信號。由于一根同軸電纜現在能夠載送模擬、數字和話音信號，這就大大節省了在房屋和辦公室周圍布線的量。
為了監測分組化數據形式的電話信號的傳輸質量，可以使用依據國際電信聯盟(ITU)P.861標準的感知語音質量測量(PSQM)。可以在http//www.itu.ch獲得關于ITU以及ITU標準的其他信息。確定PSQM得分通常包括以下步驟a)從家庭設備向遠程設備發送PSQM文件，b)由家庭設備從遠程設備接收返回的PSQM文件，以及c)基于PSQM和返回的PSQM計算PSQM分值(score)。PSQM分值是介于1和6之間的數字。當PSQM分值高于4時，通常認為信號傳輸的質量是不可接受的。
通過通常稱為服務質量(QoS)的另一個準則也可以測定分組化數據形式的電話或話音信號的傳輸質量。QoS是信號傳輸中的分組丟失、抖動、延遲等的量的測定。PSQM和QoS都是確定分組化網絡中信號傳輸質量的重要準則。
應當指出，由于PSQM值隨著測量的時間和地點的變化而變化，所以PSQM比QoS分值更難獲得。因此，通過測量用于相同信號傳輸的PSQM分值和QoS分值，使PSQM分值與相應的QoS分值相關聯將是所期望的。這將允許分組網絡的用戶(或者管理員)利用QoS分值來預測相應的PSQM分值。當預測的PSQM分值升高超過指示網絡問題的最大值時，管理員將被通知來決定是否需要對網絡的服務以恢復信號傳輸質量。
然而，存在與現有技術系統關聯的問題，它們使得PSQM分值和QoS分值的相關(correlation)復雜而且昂貴。首先，即使是對于小區域，在任何給定的時間也要進行數千的電話呼叫，這使得追蹤特定的測試電話呼叫來允許計算PSQM分值和QoS分值十分困難。其次，由于分組網絡的呼叫模式以及業務量狀況的變化，PSQM分值隨著位置的不同而變化，并且對于相同的位置，PSQM分值也是隨著時間的不同而變化。
因此，一直以來需要一種更經濟且簡單的監測方法和系統，其將監測和計算分組網絡上信號傳輸的PSQM和QoS分值，并且提供PSQM分值的精確預測。

發明內容
本發明提供了一種用于監測分組網絡中信號傳輸質量的方法和系統。
本發明還提供一種用于計算分組網絡上信號傳輸的PSQM和QoS分值的經濟且簡單的方法和系統。
本發明還提供一種方法和系統，用于提供在分組網絡上信號傳輸的PSQM和QoS分值之間的相關，從而允許用戶利用QoS分值來預測信號傳輸的相應PSQM分值。
本發明提供了一種分組網絡，該分組網絡具有電纜調制解調器端接系統(CMTS)；與CMTS耦合的話音頻段測試器(VBT)；與CMTS耦合的電纜調制解調器測試器；以及與CMTS和話音頻段測試器耦合的、互聯網分組上的話音(VoIP)監測裝置。話音頻段測試器位于第一位置，而電纜調制解調器測試器位于遠離該第一位置的第二位置。電纜調制解調器測試器適于產生經CMTS到話音頻段測試器的第一通信信號，監測經CMTS從話音頻段測試器到電纜調制解調器測試器的第一返回通信信號，并基于第一通信信號和第一返回通信信號計算第一感知語音質量測量(PSQM)分值。VoIP監測裝置適于監測第一通信信號和第一返回通信信號，并基于第一通信信號和第一返回通信信號計算第一服務質量(QoS)分值。電纜調制解調器測試器還適于提供第一PSQM分值給VoIP監測裝置。
本發明還提供一種用于監測分組網絡中的信號傳輸質量的方法。分組網絡具有電纜調制解調器端接系統(CMTS)，和互聯網分組上的話音(VoIP)監測裝置。該方法包括步驟(a)產生從位于第一位置的電纜調制解調器測試器、經CMTS到位于遠離第一位置的第二位置的話音頻段測試器(VBT)的第一通信信號；(b)識別第一通信信號并開始監測從VBT經CMTS到電纜調制解調器測試器的信號傳輸；(c)識別并接收經CMTS從VBT到電纜調制解調器測試器的第一返回通信信號；(d)基于第一通信信號和第一返回通信信號計算第一感知語音質量測量(PSQM)分值；(e)基于第一通信信號和第一返回通信信號計算第一服務質量(QoS)分值；以及(f)向VoIP監測裝置提供第一PSQM分值。
結合附圖閱讀下面的詳細描述，本發明的上述和其他的優點對本領域的技術人員將是顯而易見的。
附圖的簡要說明

圖1是依據本發明構建的分組網絡組織的框圖；以及圖2A和2B是說明根據本發明、通過利用如圖1所示的分組網絡組織100來確定測試電話呼叫的PSQM分值和QoS分值的方法的流程圖；圖3A示出了作為QoS函數的正向PSQM的分值的曲線圖；以及圖3B示出了作為QoS函數的反向PSQM的分值的曲線圖。
實現本發明的最佳模式現在參照圖1，在那里示出了依據本發明構造的通信網絡(例如，分組網絡)組織100的框圖。
網絡組織100包括多個寬帶終端接口(BTI)102a和102b、電纜調制解調器端接系統(CMTS)104、互聯網服務提供商(ISP)106、電纜調制解調器(CM)測試器108、互聯網分組上的話音(VoIP)監測裝置110、網關112、電話交換機114以及話音頻段測試器(VBT)116。CMTS 104經由同軸電纜118a和118b分別被耦合到BTI 102a和102b。為了簡化說明，僅示出了兩個BTI(102a和102b)。應當理解，CMTS 104可以與大量的BTI相連。
CMTS 104通過同軸電纜120與電纜調制解調器測試器108耦合，并且通過常規的主干線122與ISP 106耦合。CMTS 104還通過同軸電纜124與網關112耦合。BTI 102a與電視126a、個人計算機(PC)128a和電話130a耦合。類似地，BTI 102b與電視126b，PC 128b和電話130b耦合。
VoIP監測裝置110被耦合到同軸電纜124的端點132，以便于它可以監測CMTS 104與VBT 116之間通過網關112的通信。網關112通過同軸電纜128與電話交換機114耦合。電話交換機114通過電話線134與VBT 116耦合。
BTI 102a和102b通常位于客戶地點。CMTS 104、VoIP監測裝置110、電話交換機114、VBT 116以及VoIP監測裝置110通常位于中心站。電纜調制解調器測試器108通常位于客戶地點，并且可以被用于替換客戶地點的BTI。替換地，電纜調制解調器測試器108可以與客戶地點的BTI(102a或102b)集成。
BTI 102a和102b的每個將來自于CMTS 104的寬帶信號轉換為電視、分組化數據、以及視頻/話音信號以供電視126a和126b、PC128a和128b及電話130a和130b的每個使用。BTI 102a和102b的每個還將來自于每個PC128a和128b以及電話130a和130b的分組化數據和視頻/話音信號轉換為寬帶信號，并為CMTS 104提供該寬帶信號。
CMTS 104作為路由器使用，路由器是一種能夠通過確定網絡業務量(或信號)傳送的最優路徑來加快消息遞送的網間互通裝置。CMTS 104可以可選地包括計算機和用于數據存儲的存儲器(未示出)。
電纜調制解調器測試器108執行感知語音質量測量(PSQM)，并確定電纜調制解調器測試器108和VBT 116之間的電話呼叫的PSQM分值。PSQM分值被用作依據ITU標準P.861的語音信號傳輸質量的度量。
ISP 106是一個常規的互聯網服務提供商，它為網絡組織100的用戶提供互聯網服務。
VoIP監測裝置110管理網絡質量，包括監測和評估網絡中用于每個連接的服務質量(QoS)。QoS結果通常包括對分組丟失、等待時間以及抖動這些影響例如話音的實時應用的最常見問題的計算。分組丟失經常隨著業務量和擁塞的增加而增加。緩沖要求導致等待。網絡節點的不等同的排隊和路由導致抖動。QoS的探討在請求評論(RFC)188文檔中可以找到，該文檔在http//www.pasteur.fr/infosci/RFC下可以獲得。RFC是互聯網的官方出版物，并且自從1969年以來就已經被用于描述和獲得關于應用于互聯網的協議、過程以及程序的評論。RFC 1889文檔定義了一種實時傳輸協議，它包括兩個緊密鏈接的部分。第一部分包含帶有實時特性(RTP)的數據。RTP為例如交互式音頻和視頻的、具有實時特性的數據提供端到端的遞送服務。第二部分是RTP控制協議(RTCP)，它被用來監測服務質量并傳達關于正在進行的會話的參與者的信息。
VoIP監測裝置110適于提供每個呼叫的QoS結果。QoS結果提供了診斷一個網絡和診斷該網絡對實況轉播(live)應用的影響所需要的細節。VoIP監測裝置110提供了對分組不規則性的實時監測和識別，這可導致大大節省解決網絡問題的費用。
這樣的VoIP監測裝置的一個例子是可以從Sunrise Teleccom of San Jose，California獲得的VoIP探測器協議和QoS分析器。
VoIP監測裝置110監測CMTS 104和網關112之間的通信。VoIP監測裝置110確定電纜調制解調器測試器108(經CMTS 104)與VBT 116之間的呼叫的QoS，并且對于任何具體的測試電話呼叫，把QoS分值與它相應的PSQM分值相關起來。
VoIP監測裝置110可以通過利用基于內容的信息(諸如基于G..711標準的RTP分組)的檢測，或者基于信令的信息的檢測(例如，通過添加在分組電纜網絡基本呼叫信號(NCS)協議中使用的代碼“X”命令)，來追蹤電話呼叫。NCS協議允許用戶創建特殊的命令，如果該命令前有“X”的話。在一個實施例中，代碼“XTST”意思是“測試”。
在一個實施例中，電話交換機114是在辦公室和家庭中通常使用的常規的5ESS交換機。
現在參照圖2A和2B，在那里示出了依據本發明、通過利用如圖1中所示的分組網絡組織100來確定測試電話呼叫的PSQM和QoS分值的方法的流程圖。
在一個實施例中，方法開始于步驟200，電纜調制解調器測試器108產生第一測試電話呼叫，所述呼叫帶有依照分組網絡基本呼叫信號(NCS)協議被格式化的唯一模式的信號。所述信號包括第一PSQM文件。電纜調制解調器測試器108經CMTS 104發送第一PSQM文件到位于中心站的VBT 116。在該實施例中，電纜調制解調器測試器108位于客戶地點，并且取代了客戶地點所使用的寬帶終端接口。替換地，電纜調制解調器測試器108可與客戶地點的寬帶終端接口集成。在一個實施例中，所述信號還包括例如，在命令前有“X”的特殊代碼。例如，術語“XTST”表示“測試”。
在步驟202中，VoIP監測裝置110基于它的信號的唯一模式(例如，包括在命令前的“X”的特殊代碼的出現)來識別測試電話呼叫，。該特殊代碼還可以包括識別該電纜調制解調器測試器108的識別符。VoIP監測裝置110開始追蹤信號傳輸，也就是，從VBT 116到CMTS 104的返回呼叫。
在步驟204中，VoIP監測裝置110識別并接收包含來自于VBT 116的第一返回的PSQM文件的第一返回的信號傳輸。響應于由電纜調制解調器測試器108發送的第一PSQM文件，VBT116提供第一返回的信號傳輸。
在步驟206中，電纜調制解調器108接收經CMTS 104、來自VBT 116的第一返回的PSQM文件。電纜調制解調器測試器108基于第一返回的PSQM文件計算第一PSQM分值(或者如后面將描述的前向PSQM分值)。
在步驟208中，電纜調制解調器測試器108為VoIP監測裝置110提供第一PSQM分值。
在與步驟206同時或者并行執行的步驟210中，VoIP監測裝置110對第一返回的PSQM文件執行第一QoS測量，并計算第一QoS分值。
在步驟212中，VoIP監測裝置110記錄第一測試電話呼叫的時間、第一PSQM的分值以及第一QoS分值。在一個實施例中，VoIP監測裝置110提供第一測試電話呼叫的時間、第一PSQM分值以及第一QoS分值給CMTS 104用于存儲。
在步驟214中，VBT 116產生第二測試電話呼叫，該呼叫具有依照分組網絡基本呼叫信號(NCS)協議被格式化的唯一模式的、經CMTS 104到達位于客戶地點的電纜調制解調器測試器108的信號。該信號包括第二PSQM文件。在一個實施例中，該信號還包括一個特殊代碼，該代碼包括例如在命令前的“X”。
在步驟216中，VoIP監測裝置110基于其可能包括特殊代碼的信號的唯一模式來識別該測試電話呼叫。該特殊代碼可以使用在在命令前的“X”。該特殊代碼還可以包括識別VBT 116的識別符。VoIP監測裝置110開始追蹤信號傳輸，也就是，從電纜調制解調器測試器108到VBT 116的返回呼叫。
在步驟218中，VoIP監測裝置110識別并接收包含來自于電纜調制解調器測試器108的第二返回PSQM文件的第二返回的信號傳輸。響應于由VBT 116發送的第二PSQM文件，電纜調制解調器測試器108提供第二返回的信號傳輸。
在步驟220中，VBT 116接收來自于電纜調制解調器108、經CMTS 104的第二返回的PSQM文件。VBT 116基于第二返回的PSQM文件來計算第二PSQM分值(或者如后面將描述的反向PSQM分值)。
在步驟222中，VBT 116提供第二PSQM分值至VoIP監測裝置110。
在與步驟220同時執行的步驟224中，VoIP監測裝置110對第二返回PSQM文件執行第二QoS測量，并計算第二QoS分值。
在步驟226中，VoIP監測裝置110記錄第二測試電話呼叫的時間、第二PSQM分值和第二QoS分值。在一個實施例中，VoIP監測裝置110提供第二測試電話呼叫時間、第二PSQM分值和第二QoS分值至CMTS104以便存儲。
在步驟228中，電纜調制解調器測試器108決定是否到了產生第三測試電話呼叫的時間。如果是，方法返回到步驟200。否則，方法結束。
在第二實施例中，僅電纜調制解調器測試器被用來產生測試電話呼叫。在這種情況下，方法將從步驟200執行到212，然后執行步驟228。
現在參照圖3A，在那里示出了作為相應的QoS分值的函數的前向PSQM分值的曲線圖300。如這里所使用的，前向PSQM分值指的是PSQM文件的PSQM分值，該PSQM文件是由電纜調制解調器測試器108產生的，由電纜調制解調器測試器108發送到VBT 116，以及由VBT 116返回給電纜調制解調器測試器108。例如，在圖2A和2B中描述的第一PSQM分值是前向PSQM分值。當QoS分值減小時，前向PSQM分值增大。曲線圖300可以利用如圖2A和2B所描述的依據本發明的方法，通過在不同的時間產生從電纜調制解調器測試器108到VBT 116的許多測試電話呼叫，并獲得前向PSQM分值和相應的QoS分值，而作出。
P1是在分組化網絡中對可接受的信號傳輸所允許的前向PSQM分值的最大值。Q1是相應于P1的QoS值。因此，曲線圖300允許用戶通過追蹤可被用來預測相應PSQM分值的QoS分值來監測分組化網絡中的信號傳輸。當QoS分值下降到Q1或者更低時，這意味著所預測的前向PSQM分值是不可接受的，這指示了網絡問題。消息可被發送到用戶來通知用戶可能需要網絡組織100的服務，以恢復信號傳輸質量。
現在參照圖3B，在那里示出了作為相應QoS分值的函數的反向PSQM分值的曲線圖302。如這里所使用的，反向PSQM分值指的是PSQM文件的PSQM分值，該PSQM文件是由VBT 116產生，由VBT 116發送到電纜調制解調器測試器108，并由電纜調制解調器測試器108返回給VBT 116。例如，圖2A和2B中描述的第二PSQM分值是反向PSQM分值。當QoS減小時，反向PSQM分值增大。曲線圖302可以利用如圖2A和2B所描述的、依照本發明的方法、通過在不同的時間產生從VBT 116到電纜調制解調器測試器108的許多測試電話呼叫，并獲得反向PSQM分值和相應的QoS分值，而作出。
P2是分組化網絡中對可接受信號傳輸所允許的反向PSQM分值的最大值。Q2是相應于P2的QoS值。因此，曲線圖302允許用戶通過追蹤QoS來監測分組化網絡中的信號傳輸。當QoS下降到Q2或者更低時，這意味著反向PSQM值是不能接受的，這指示了網絡問題。消息可被發送給用戶來通知用戶可能需要網絡組織100的服務，以恢復信號傳輸質量。
因此，本發明提供了一種用于監測分組化網絡的傳輸質量的方法和系統。具體地，QoS能夠被用來預測相應的前向或反向PSQM分值，并且允許用戶追蹤分組化網絡中信號傳輸的質量。
盡管已經結合特定的最佳模式對本發明進行了描述，但應當理解，依據前面的說明，多種替換、修改和變動對本領域的技術人員將是顯而易見的。因此，本發明旨在包括所有落入權利要求的精神和范圍內的所有這樣的替換、修改以及變動。在此提出的或者附圖中所示的所有內容是在說明的、而非限制的意義上進行解釋的。
權利要求
1.一種分組網絡，包括電纜調制解調器端接系統(CMTS)[104]；與該CMTS[104]耦合的話音頻段測試器(VBT)[116]，該話音頻段測試器位于第一位置；與該CMTS[104]耦合的電纜調制解調器測試器[108]，該電纜調制解調器測試器[108]位于遠離所述第一位置的第二位置，所述電纜調制解調器測試器[108]適于產生經該CMTS[104]到所述話音頻段測試器的第一通信信號，監測從該話音頻段測試器經該CMTS[104]到該電纜調制解調器測試器[108]的第一返回的通信信號，并基于所述第一通信信號和所述第一返回的通信信號來計算第一感知語音質量測量(PSQM)分值；以及與所述CMTS[104]和所述話音頻段測試器耦合的互聯網分組上的話音(VoIP)監測裝置[110]，所述VoIP監測裝置[110]適于監測所述第一通信信號和所述第一返回的通信信號，并基于所述第一通信信號和所述第一返回的通信信號來計算第一服務質量(QoS)分值；其中所述電纜調制解調器測試器[108]還適于為所述VoIP監測裝置[110]提供所述第一PSQM分值。
2.如權利要求1中所要求的分組網絡，其中所述VBT還適于產生經所述CMTS[104]到所述電纜調制解調器測試器[108]的第二通信信號，監測從所述電纜調制解調器測試器[108]經所述CMTS[104]到所述VBT的第二返回的通信信號，基于所述第二通信信號和所述第二返回的通信信號來計算第二PSQM分值，并為所述VoIP監測裝置[110]提供該第二PSQM分值；以及所述VoIP監測裝置[110]還適于監測所述第二通信信號和所述第二返回的通信信號，并基于所述第二通信信號和所述第二返回的通信信號來計算第二QoS分值。
3.如權利要求2中所要求的分組網絡，其中所述第一通信信號、所述第一返回的通信信號、所述第二通信信號、以及所述第二返回的通信信號是話音信號。
4.如權利要求2中所要求的分組網絡，其中所述第一通信信號、所述第一返回的通信信號、所述第二通信信號、以及所述第二返回的通信信號中的每個信號都包含基于內容的信息或者基于信令的信息。
5.如權利要求2中所要求的分組網絡，其中基于從在所述第一通信信號和所述第一返回的通信信號之間的分組丟失、抖動和延遲中選出的因素來確定所述第一QoS分值；以及基于從在所述第二通信信號和所述第二返回的通信信號之間的分組丟失、抖動和延遲中選出的因素來確定所述第二QoS分值。
6.如權利要求1中所要求的分組網絡，其中所述第一通信信號包含可由所述VoIP監測裝置[110]檢測到的特殊代碼，并且一旦檢測到該特殊代碼，所述VoIP監測裝置[110]就開始監測從所述電纜調制解調器測試器[108]經所述CMTS[104]到VBT的信號傳輸。
7.如權利要求6中所要求的分組網絡，其中所述特殊代碼包括識別所述電纜調制解調器測試器[108]的識別符。
8.如權利要求1中所要求的分組網絡，其中所述VoIP監測裝置[110]適于為所述CMTS[104]提供所述第一PSQM分值和所述第一QoS分值以便存儲。
9.如權利要求1中所要求的分組網絡，還包括與所述CMTS[104]耦合的寬帶終端接口(BTI)，所述BTI適于轉換從包括電視、分組化數據、視頻、話音信號以及其組合的組中選擇出的寬帶信號。
10.如權利要求9中所要求的分組網絡，其中所述電纜調制解調器測試器[108]與所述BTI集成。
全文摘要
提供了一種方法和系統，用于通過計算服務質量(QoS)分值和相應的感知語音質量測量(PSQM)分值，然后監測QoS分值以預測相應的PSQM分值，來監測分組網絡中信號傳輸的質量。當預測的PSQM分值高于最大值時，分組網絡的管理員能夠確定是否需要服務來恢復信號傳輸質量。分組網絡可以包括電纜調制解調器端接系統(CMTS)[104]；與該CMTS[104]耦合的話音頻段測試器(VBT)[116]；與該CMTS[104]耦合的電纜調制解調器測試器[108]；以及與該CMTS[104]和所述話音頻段測試器耦合的互聯網分組上的話音(VoIP)監測裝置[110]。上述電纜調制解調器測試器[108]位于遠離所述VBT的位置。
文檔編號H04M3/22GK1643388SQ03806388
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月19日 優先權日2002年3月20日
發明者R·L·荘 申請人:日出電訊公司