基于终端感知业务的WIMAX动态QOS实现方法

[技术领域]本发明涉及无线城域网技术，特别涉及基于终端感知业务的WIMAX动态QOS实现方法。

[背景技术]Internet历史上只提供一种级别的服务，这就是“最尽力”服务。在此，所有的数据分组都被平等对待。但是，事实上Internet不能保证统一的服务质量。在网络的一些区域，当出现高度拥塞时，服务质量就很低。而且，现在“最尽力”的Internet服务已不能很好地满足用户需求。不论是儿童使用Web作为一个延伸的学校图书馆、公司保持最及时的报表数据库，还是顾客寻求更方便的网上购物，“最尽力”服务已经不能适应新的基于Internet的话音、视像应用。与此同时，ISP也希望能够提供满足不同需求的服务，并且收取不同的费用。对于这种满足用户不同需求提出的解决方法是Quality of Service(服务质量)，是指网络通信过程中，允许用户业务在丢包率、延迟、抖动和带宽等方面均可获得可预期的服务水平。IP QOS要解决的技术问题包括：①避免并管理IP网络拥塞；②减少IP报文的丢失率；③调控IP网络的流量；④为特定用户或特定业务提供专用带宽；⑤支撑IP网络上的实时业务。

与现有的其他BWA(宽带无线接入)技术相比，基于802.16标准的WiMAX(世界微波接入互操作性协调组织)在技术标准上解决了物理层环境(室外射频传输)和QOS两方面的问题，使WiMAX产品能够在室外和室内应用，能够进行数据接入和实时性要求比较高的话音和视频业务，是满足“最后一英里”接入的无线城域网技术，既能够满足固定的无线宽带接入，也能够满足中低速的便携式接入。

WIMAX系统中数据传输是面向连接的，上行或者下行的任何数据都是在某一个连接中传输。业务流承载一类单向数据流，业务流有很多相关的属性和三种状态，当业务流状态成为Admitted状态或者Active状态时，该业务流也称之为连接。802.16x定义了四种业务流类型，不同的业务流类型有不同的带宽调度特点、带宽申请方式、QOS参数集。SFID为业务流标识号，32bits，由基站BS分配。业务类型包括：UGS、Rt-polling、Nrt-polling、BE。

UGS业务类型：基站(BS)会周期性通知用户站(SS)可以使用的时隙带宽，不需用户站(SS)发送带宽申请，其带宽是有保证的。主要用于包长固定的实时业务，如T1/E1，VoIP，ATM专线。

Rt-polling业务：基站(BS)为用户站(SS)分配定时带宽申请时隙，用于用户站(SS)向基站(BS)申请带宽。带宽有保证，但是需要申请。主要用于支持实时的视频业务。

Nrt-polling业务：基站BS为用户站(SS)分配不定时的带宽申请时隙，或者竞争申请时隙；如果分配申请时隙，其间隔会很短，保证在网络拥塞的情况下，该业务也有发送的机会。

BE业务：尽力发送业务，使用基站(BS)分配的竞争申请时隙，申请到带宽就发送。没有带宽保证。

其中，话音业务对带宽和时延要求很高，而UGS业务或Rt-polling业务类型的带宽和时延是有保证的，所以话音业务的业务类型都定义为UGS或Rt-polling业务。UGS或Rt-polling业务是预留带宽的，即：用户站(SS)和基站(BS)直接为UGS连接预留带宽，由基站(BS)直接分配空口带宽给用户站(SS)，而且带宽是独占不共享的。如果一部IAD(综合接入设备)能够接入8路话音，这8路话音业务流类型都是UGS或Rt-polling业务，那么不论话路是否建立，在空口都要为这8路话音业务流预留带宽，这样空口带宽利用率就会非常低。

[发明内容]本发明的目的在于提供一种不再预留带宽，而是在有业务需求情况下动态申请带宽的基于终端感知业务的WIMAX动态QOS实现方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于终端感知业务的WIMAX动态QOS实现方法，包括以下步骤：101、由媒体网关感知业务流，然后通知用户站与基站之间建立连接；102、用户站向基站申请分配带宽，建立从媒体网关到用户站到基站的业务通道。

步骤102进一步包括：所述用户站向基站申请带宽，如果申请成功，基站向用户站分配带宽，用户站通知媒体网关带宽已经分配，完成业务通道的建立；如果申请不成功，基站拒绝向用户站分配带宽，用户站通知媒体网关申请被拒绝，建立业务通道失败。

所述媒体网关为主叫媒体网关MG1，步骤101之前进一步包括以下步骤：301，主叫用户端拨号；302，主叫媒体网关收到主叫用户端的拨号信息后，向媒体网关控制器上报主叫用户端拨号信息。

本发明还进一步包括以下步骤：如果带宽申请成功，媒体网关控制器通知被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送提示信号；并同时通知主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送提示信号；媒体网关控制器收到被叫用户端的摘机信息后，主、被叫用户端开始业务交流。

如果带宽申请不成功，主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送遇忙信号；用户端挂机后向媒体网关控制器上报挂机信息，同时媒体网关控制器通知主叫媒体网关MG1释放资源。

所述媒体网关为被叫媒体网关MG2，步骤101之前进一步包括：媒体网关控制器向被叫用户端发送提示信号。

本发明进一步包括以下步骤：如果带宽申请成功，被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送提示信号，同时，媒体网关控制器通知主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送回提示信号；媒体网关控制器收到被叫用户端的摘机信息后，主、被叫用户端开始业务交流。

如果带宽申请不成功，主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送遇忙信号；主叫端挂机后被叫媒体网关MG2向媒体网关控制器上报挂机信息，同时媒体网关控制器通知主叫媒体网关MG1释放资源。

本发明还进一步包括：所述媒体网关是综合接入设备、接入媒体网关、接入网关、机顶盒、中继网关、通用媒体网关和IP可视电话中的一种，用于接入数据和话音，并对媒体数据流进行处理。

本发明还进一步包括：所述媒体网关内置于用户站中。

本发明的有益效果是：①在真正存在业务需求时业务流才被激活并占用空口带宽(基站和用户站之间的接口称为空口)，业务流没有被激活的情况下，不占用空口带宽，提高空口带宽利用率。②业务不预留带宽，就会涉及到感知业务的问题，本发明通过由媒体网关(MG)来感知业务，然后通知SS与BS建立连接，获得带宽，这样，SS不用感知业务，降低了SS实现的复杂程度，降低了成本，便于WIMAX设备互连互通。③SS与MG合二为一，可以消除SS与MG之间的交互信息，同时减少了呼叫建立的时间。

[附图说明]图1是本发明第一个实施例的组网图。

图2是本发明第一个实施例第一种情况的申请资源成功流程图。

图3是本发明第一个实施例第一种情况的申请资源失败流程图。

图4是本发明第一个实施例第二种情况的申请资源成功流程图。

图5是本发明第一个实施例第二种情况的申请资源失败流程图。

图6是本发明第一个实施例第三种情况的申请资源成功流程图。

图7是本发明第一个实施例第三种情况中被叫用户站申请资源失败流程图。

图8是本发明第二个实施例的组网图。

图9是本发明第二个实施例中申请资源成功的流程图。

图10是本发明第二个实施例中申请资源失败的流程图。

[具体实施方式]

下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步的阐述。

下面以VOIP业务为例进行描述。业务类型包括但不限于：VOIP、VOD、视频会议等对QOS要求很好的业务。

实施例一：图1所示为一种基于终端感知业务的WIMAX动态QOS实现系统，包括顺次连接的用户端、媒体网关(MG)、用户站(SS)、基站(BS)和宽带接入服务器(BAS)，还包括和宽带接入服务器相联接的媒体网关控制器(MGC)。

其中，媒体网关(MG)可以是综合接入设备(IAD)、接入网关(AG)、接入媒体网关(AMG)、机顶盒(STB)、中继网关(TG)、通用媒体网关(UMG)和IP可视电话中的一种。用于接入数据和话音，并对媒体数据流进行处理。

宽带接入服务器(BAS)用于完成宽带接入用户终端的管理。

媒体网关控制器(MGC)，用于控制MG完成呼叫处理过程，软交换设备(SOFTSWITH)也是一种MGC。

AG主要提供窄带和宽带业务综合接入功能。通过媒体流变换把用户线数据，如语音、Modem、Fax等数据在NGN(下一代网络)核心网上传送。AG通过H.248/MGCP协议与软交换设备交互，接受软交换设备的控制，上报用户线状态，完成用户的呼叫处理功能。

AMG是NGN中重要组成部分。它在软交换设备的控制下，完成媒体流转换，主要用于终端用户语音业务接入。

TG主要实现NGN核心网与传统PSTN的互通。PSTN侧接口为TDM方式，NGN核心网侧接口为IP/ATM方式，TG设备完成TDM到IP/ATM媒体流的转换。TG设备与软交换之间通过H.248/MGCP协议交互，接受软交换设备的控制，实现呼叫的建立、拆除以及其它业务。

UMG设备配置灵活，可以作为NGN中接入层的多种业务网关进行组网，包括TG应用、AG应用、内嵌SG(Signaling Gateway)应用、RSM(Remote SwitchingModule)应用等。

软交换设备是NGN中的呼叫处理中心，支持SS7(Signal system Number 7)、DSS1(Digital Subscriber Signal No.1)、V5、H.323、SIP(Session InitiationProtocol)等多种窄带和宽带呼叫控制信令。软交换设备通过H.248/MGCP(MediaGateway Control Protocol)协议控制TG(Trunk Gateway)、AG(Access Gateway)、IAD(Integrated Access Device)/E-Phone/MRS(Media Resource Server)等网关设备完成相关的呼叫业务处理。软交换设备与业务管理层的各种应用服务器之间采用标准、开放的接口，可以灵活实现并快速引入各种新业务。

下面是动态QOS呼叫的过程。

第一种情况：主叫用户端为无线用户端，被叫用户端为有线用户端，如图2所示。

首先，主叫用户端向主叫媒体网关MG1发送摘机信号，主叫媒体网关MG1感知业务后，向MGC上报主叫用户端摘机。然后，MGC要求主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送拨号音，主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送拨号音，通知主叫用户端可以开始拨号。

感知业务的含义就是指：设备可以知道是什么业务流。要想设备知道是什么业务流，首先要进行流分类(例如按ip地址或MAC地址进行分类)，然后要分析协议类型。例如，基于IP的语音(VOIP)呼叫是采用H.248协议，它是靠UDP端口号来区分的，所以要设备能够分析每个报文的UDP端口号。

然后，主叫用户端开始拨号，向主叫媒体网关MG1发送拨号信息。主叫媒体网关MG1收到拨号信息后向MGC上报，同时通知SS与BS建立UGS连接，申请带宽。SS收到通知后向BS发送动态业务增加(DSA)信号请求建立连接，连接建立后才可分配带宽——BS进行连接接纳控制(CAC)，分配资源或者拒绝请求。如果获得资源，MG和MGC会话继续。否则，会话结束。

BS和SS间业务流状态的变化通过DSA、DSC、DSD管理报文交互来实现。DSA、DSC、DSD分别是指业务流增加、改变、删除管理报文，资源申请和资源释放是指DSA、DSC、DSD基于业务(例如：VOIP等)的触发机制，通过业务来触发BS和SS之间发送DSA或DSD来建立连接或拆除连接。以保证在业务触发的前提下才会占用带宽资源。

如果资源申请成功，BS向SS分配带宽，SS通知主叫媒体网关MG1带宽已经分配；同时，MGC要求被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送振铃音，通知其有用户终端要求建立连接；并同时要求主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送回铃音。之后，主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送回铃音，同时被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送振铃音。这时，如果被叫用户端摘机的话，MGC就会收到被叫用户端的摘机信息，主、被叫用户端就开始通话。

如果资源申请失败，如图3所示，BS拒绝向SS分配带宽，则SS通知主叫媒体网关MG1申请被拒绝。主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送忙音信号，在主叫端挂机后向MGC上报挂机信息，最后MGC要求主叫媒体网关MG1释放资源。

在本实施例中MG采用综合接入设备(IAD)，MGC采用软交换设备(SOFTSWITH)。

综上所述，在进行业务的时候，BS不必再预留资源，只有在呼叫发生后，才由MG感知业务类型，然后通知SS同BS建立连接，申请分配带宽。如果申请成功，业务流继续进行，否则终止业务流。即：只有在真正存在业务需求时业务流才被激活并占用空口带宽，业务流没有被激活的情况下，不占用空口带宽，提高空口带宽利用率。同时，通过MG感知业务，然后通知SS激活业务流。SS和BS都是二层设备，不对高层协议进行解析。由于BS和SS不需要感知业务，降低了软件实现复杂程度和成本，而且有利于不同厂商WIMAX设备互连互通。

第二种情况：主叫用户端为有线用户端，被叫用户端为无线用户端，如图4所示，感知业务的媒体网关(MG)为被叫媒体网关MG2。

首先，主叫用户端向主叫媒体网关MG1发送摘机信号，主叫媒体网关MG1向MGC上报主叫用户端摘机。然后，MGC要求主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送拨号音，主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送拨号音，通知主叫用户端可以开始拨号。

然后，主叫用户端开始向主叫媒体网关MG1发送拨号信息。主叫媒体网关MG1收到拨号信息后向MGC上报主叫用户端的拨号信息。MGC收到主叫用户端的拨号信息后要求被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送振铃音。感知业务的被叫媒体网关MG2立刻通知SS与BS建立UGS连接，申请带宽。SS收到通知后向BS发送动态业务增加(DSA)来请求建立连接，BS进行连接接纳控制(CAC)，分配资源或者拒绝。如果获得资源，MG和MGC会话继续。否则，会话结束。

同理，资源申请和资源释放是指DSA、DSC、DSD基于业务(例如：VOIP等)的触发机制，通过业务来触发SS和BS之间发送DSA或DSD来建立连接或拆除连接。以保证在有业务触发的前提下才会占用带宽资源。

如资源申请成功，BS向SS分配带宽，SS通知被叫媒体网关MG2带宽已经分配。被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送振铃音，同时，MGC要求主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送回铃音。主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送回铃音。这时，如果被叫用户端摘机的话，MGC就会收到被叫用户端的摘机信息，主、被叫用户端就可以开始通话了。

如图5所示，如资源申请失败，BS拒绝向SS分配带宽，则SS通知被叫媒体网关MG2申请被拒绝。被叫媒体网关MG2向MGC上报被叫用户端久不摘机信号。MGC要求主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送忙音信号，要求被叫媒体网关MG2释放资源。主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送忙音信号。

在本实施例中MG采用综合接入设备(IAD)，MGC采用软交换设备(SOFTSWITH)。

第三种情况：主叫用户端和被叫用户端均为无线用户端，主叫媒体网关MG1和被叫媒体网关MG2均要感知业务。在这种情况下，只有主叫用户站和被叫用户站都成功申请资源后，通话才能进行，如果其中一方失败，业务通道就无法建立。其中，主叫用户站申请带宽失败的情况与本实施例中第一种情况申请带宽失败的流程相同，如图3所示。因此，下面只阐述双方申请资源成功的流程，和被叫用户站申请资源失败的流程。

成功流程：首先，主叫用户端向主叫媒体网关MG1发送摘机信号，主叫媒体网关MG1向MGC上报主叫用户端摘机。然后，MGC要求主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送拨号音，主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送拨号音，通知主叫用户端可以开始拨号。

然后，主叫用户端开始向主叫媒体网关MG1发送拨号信息。主叫媒体网关MG1收到拨号信息后向MGC上报主叫用户端的拨号信息，同时通知主叫方SS与主叫方BS建立UGS连接，申请带宽。主叫方SS收到通知后向主叫方BS发送动态业务增加(DSA)来请求建立连接，主叫方BS进行CAC，分配资源或者拒绝。

同理，资源申请和资源释放是指DSA、DSC、DSD基于业务(例如：VOIP等)的触发机制，通过业务来触发SS和BS之间发送DSA或DSD来建立连接或拆除连接。以保证在有业务触发的前提下才会占用带宽资源。

如图6所示，申请成功，主叫方BS向主叫方SS分配带宽，主叫方SS通知主叫媒体网关MG1带宽已经分配；同时，MGC要求被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送振铃音，同时要求主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送回铃音。

然后，被叫方开始申请带宽：媒体网关MG2收到向被叫用户端发送振铃音的要求后立刻通知被叫方SS与被叫方BS建立UGS连接，申请带宽。被叫方SS收到通知后向被叫方BS发送动态业务增加(DSA)来请求建立连接，被叫方BS进行连接接纳控制(CAC)，分配资源或者拒绝。

申请成功，被叫方BS向被叫方SS分配带宽，被叫方SS通知被叫媒体网关MG2带宽已经分配。被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送振铃音，之后主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送回铃音。这时，如果被叫用户端摘机的话，MGC就会收到被叫用户端的摘机信息，主、被叫用户端就可以开始通话了。

失败流程：如图7所示，主叫用户站申请带宽成功后，MGC要求被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送振铃音，同时要求主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送回铃音。然后，被叫方开始申请带宽：媒体网关MG2收到向被叫用户端发送振铃音的要求后立刻通知被叫方SS与被叫方BS建立UGS连接，申请带宽。被叫方SS收到通知后向被叫方BS发送动态业务增加(DSA)来请求建立连接，被叫方BS进行连接接纳控制(CAC)，分配资源或者拒绝。

申请失败，被叫方BS拒绝向被叫方SS分配带宽，则被叫方SS通知被叫媒体网关MG2申请被拒绝。被叫媒体网关MG2向MGC上报被叫用户端永不摘机信号。MGC要求主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送忙音信号，要求主叫媒体网关MG1和被叫媒体网关MG2释放资源。主叫媒体网关MG1向主叫用户端发送忙音信号。

在本情况中，MGC采用软交换设备(SOFTSWITH)。MG采用综合接入设备(IAD)。主叫用户端和被叫用户端可以使用同一个SS和BS，也可以分别使用不同的SS和BS。如果不同，则有主叫方SS、被叫方SS和主叫方BS、被叫方BS之分。如果相同就使用相同的SS和BS。

实施例二：如图8、图9和图10所示，本实施例与实施例一的不同仅在于：媒体网关(MG)内置于用户站(SS)中，WIMAX用户站(SS)本身就是媒体网关(MG)，具有实施例一中MG的一切功能。

同样，本实施例与实施例一相同：要分三种情况。由于本实施例与实施例一的不同仅在于MG内置于SS中，因此下面只阐述一种情况：主叫用户端为无线用户端，被叫用户端为有线用户端，感知业务的内置媒体网关(MG)内置于主叫方SS中。

下面是动态QOS呼叫的过程：首先，主叫用户端向SS发送摘机信号，SS向MGC上报主叫用户端摘机。MGC要求SS向主叫用户端发送拨号音，SS向主叫用户端发送拨号音，通知主叫用户端可以开始拨号。

然后，主叫用户端开始向SS发送拨号。SS收到拨号信息后向MGC上报主叫用户端拨号信息，同时向BS发送DSA来请求建立连接，BS进行CAC，分配资源或者拒绝。

如图9所示，申请成功，BS向SS分配带宽；同时，MGC要求被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送振铃音、要求SS向主叫用户端发送回铃音。之后，被叫媒体网关MG2向被叫用户端发送振铃音，SS向主叫用户端发送回铃音。这时，如果被叫用户端摘机的话，MGC就会收到被叫用户端的摘机信息，主、被叫用户端就可以开始通话了。

如图10所示，申请失败，BS拒绝向SS分配带宽。SS向主叫用户端发送忙音信号，主叫端挂机后向MGC上报挂机信息。MGC要求SS释放资源。

在本实施例中MGC采用软交换设备(SOFTSWITH)。MG采用综合接入设备(IAD)，内置于SS中。

综上，本实施例中SS与MG合二为一，克服了实施例一中SS与MG之间要通过私有协议交互信息的缺点(例如，IAD要通知SS申请资源，SS要通知IAD资源已经分配或资源申请被拒绝)，并且减小了呼叫建立的时间。由于SS和MG都能做成标准化，不存在不兼容的问题。