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CN111093000B - 一种基于g.shdsl的保证话音优先实时发送方法 - Google Patents

一种基于g.shdsl的保证话音优先实时发送方法 Download PDF

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CN111093000B CN201911187732.5A CN201911187732A CN111093000B CN 111093000 B CN111093000 B CN 111093000B CN 201911187732 A CN201911187732 A CN 201911187732A CN 111093000 B CN111093000 B CN 111093000B
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张中华
卿昱
李鉴
杨宏
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CETC 30 Research Institute
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Abstract

本发明公开了一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，功能模块包括发送仲裁模块、参数配置模块、话音包发送队列、数据包发送队列和G.SHDSL接口，所述话音包发送队列和数据包发送队列分别与话音包产生模块和数据包产生模块连接，所述发送仲裁模块包括话音包发送控制模块和数据包发送控制模块，所述话音包发送控制模块和数据包发送控制模块分别与计时器和令牌桶连接。与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明可有效解决话数同传时，可能出现的话音掉包、延迟发送等异常问题，确保话音优先、实时发出，从而保证通信设备的话音质量。本发明设计简单、灵活，可支持多种参数配置。

Description

一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法
技术领域
本发明涉及一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法。
背景技术
G.SHDSL是由ITU-T定义的在单对双绞线上提供传输双向对称带宽数据业务的一种技术，符合国际电联G991.2推荐标准，由于采用性能优越的电平网格编码脉冲幅度调制(TC-PAM)技术，具有抗噪性能强、传输距离长等优点，因此在通信设备中应用广泛。
可进行话数同传的通信设备(如多媒体终端等)通过G.SHDSL接口接入网络时，电话通信与文件传输等数据通信往往会同时进行，此时话音与文件传输、图片等数据会同时从G.SHDSL接口上发出，形成实时的话音与文件、图片等非实时的数据抢占、竞争接口的局面。若G.SHDSL接口速率足够高，能同时保证话音和数据在时延不明显的情况下都发出，就不会导致明显的话音抖动，但若数据量较大、接口速率不够高，不能保证所有数据实时发出，在G.SHDSL接口上就可能会出现话音掉包或延迟发送等情况。由于文件传输为非实时数据，文件数据传输掉包可通过数据重传来弥补，不会明显影响用户体验，但话音为实时数据，话音掉包或延迟则会影响通话质量，降低用户体验。特别是出于安全保密的考虑，话音数据往往是经过加密等特殊处理，话音延迟或掉包都可能会导致通信对端听到的话音为大面积噪音等严重后果，通信质量和用户体验都严重下降，所以保证话音优先、实时发出，不在发送端引入明显的抖动是通信设备保证话音质量的必要手段之一。
目前常用的缓解话音发送抖动的方法是为话音和数据分别建立发送队列，当话音队列不为空时，先发送话音队列中的包，只有话音队列为空时，才发送数据队列中的数据，该方法可从一定程度上缓解话音的发包抖动，保证话音包的优先、实时发送，但若在发送数据包的过程中有话音包需要发送，由于G.SHDSL的传输特性，此时不能中止数据包的传输，话音包只能等待数据包发完后再发出。在一些极端情况下，如数据包较长且G.SHDSL速率较低，那么该数据包占用G.SHDSL接口的时间就较长，话音包在发送时就产生了明显的抖动。比如，G.SHDSL接口速率为1Mbps，发送一个长度为1400字节的数据包，G.SHDSL需要约10ms的时间才能发送完，那么话音包至少要延迟10ms后才能发出，此时产生了明显的发送延迟。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，可应用于通过G.SHDSL接入网络并有话数同传需求的通信设备中，解决话数同传时，可能出现的数据挤占传输接口，话音掉包、延迟发送等问题，确保话音优先、实时发出，优先保证通信设备的话音质量。考虑到话音的传输速率和包长是不固定的(取决于话音的编码方式)，G.SHDSL的带宽也是不固定的(取决于距离、线路质量等)，为兼顾各种情况，本发明支持对话音速率和包长、G.SHDSL带宽等参数进行灵活配置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，功能模块包括发送仲裁模块、参数配置模块、话音包发送队列、数据包发送队列和G.SHDSL接口，所述话音包发送队列和数据包发送队列分别与话音包产生模块和数据包产生模块连接，所述发送仲裁模块包括话音包发送控制模块和数据包发送控制模块，所述话音包发送控制模块和数据包发送控制模块分别与计时器和令牌桶连接。其中：所述参数配置模块为发送仲裁模块配置话音包的发送频率及包长、数据包的最大包长及G.SHDSL的接口速率；所述话音包产生模块为话音包添加自定义头部，并放入话音包发送队列中；所述数据包产生模块为数据包添加自定义头部，并放入数据包发送队列中；所述发送仲裁模块用于控制话音包和数据包的发送。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明可有效解决话数同传时，可能出现的话音掉包、延迟发送等异常问题，确保话音优先、实时发出，从而保证通信设备的话音质量。本发明设计简单、灵活，可支持多种参数配置。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的功能模块划分示意图；
图2为本发明的发送仲裁模块内部功能划分示意图；
图3为本发明的话音包发送控制逻辑图；
图4为本发明的数据包发送控制逻辑图。
具体实施方式
一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，包括如下内容：
(1)基本工作原理
1)话音包的业务特征和发送要求：话音包速率恒定，确定编码方式后，话音包的速率和每包的包长都是固定的。话音对实时性要求较高，应尽可能保证话音包按一定的时间间隔被匀速发出(如VOIP环境下，话音包的发送间隔一般为20ms/包)。
2)数据包的业务特征和发送要求：数据包具有突发、长度不固定的特点。允许数据包的发送出现延迟、丢包等情况，不保证数据包被实时发出，数据包的重传由上层应用程序保证。
3)为保证话数同传时，话音能被实时、优先发出，必须确保在应该发送话音包的时刻G.SHDSL接口一定处于空闲状态，也即必须确保在数据包发送过程中不会出现有话音包需要等待发送的情况。
本发明依据以上预设条件实现在话数同传情况下对话音的发送特征进行预测、计算，以确保话音的优先实时发送。
(2)具体实施方法
本发明主要解决通过G.SHDSL接入网络并有话数同传需求的通信设备中，话数同传时，可能出现的数据挤占传输接口，导致话音掉包、延迟发送等问题。本发明实施方法中涉及到的具体功能模块的划分如图1所示。
1)参数配置模块
该模块用于为核心的发送仲裁模块配置话音包的发送频率、包长、数据包最大包长、G.SHDSL的接口速率等参数信息。参数配置模块配置的参数实时生效，即配置给发送仲裁模块后，发送仲裁模块按照最新的配置参数进行处理，可应对G.SHDSL线路速率会动态变化等情况。
2)话音包产生模块
话音包可由通信设备本地的A/D采样转换获取，采样频率固定，如20ms/包，且包长固定。本发明不限定具体的话音编码方式，设定话音包确定的包长和采用频率即可。话音包产生模块为话音包添加自定义头部，头部中包含包类型、包长度、包的频率特征等信息，然后将其放入话音包发送队列。
3)话音包发送队列
话音包的包长固定、产生速率和发包速率也是比较稳定的，所以为话音包发送队列分配定长的存储空间，同时将该存储空间划分为等长的四个分区，每个分区可缓存一个话音包，这样既能支持话音包采样产生的抖动，也能保障线路定时发送时有足够的待发送数据。
4)数据包产生模块
数据包可由通信设备上层的文件传输等业务模块产生，数据包产生模块为其添加自定义头部，头部中包含包类型、包长度等信息，然后将其放入数据包发送队列。
5)数据包发送队列
数据包的速率和包长都是随机的，数据包发送队列依据业务特征设置队列深度，每个队列中数据包的长度单独存储，以便于进行发送控制，队列缓存设置最大值，超过缓存阈值后丢弃新数据包，即当数据包的发送频率过快，数据包发送队列缓存不下时，会将该包丢弃。
6)发送仲裁模块
发送仲裁模块是本发明的核心模块，用于控制话音包和数据包的发送，该模块的内部可进一步划分为两个主要部分：话音包发送控制和数据包发送控制。模块划分示意如图2所示。
话音包发送控制：
话音包发送由计数器或定时器控制，计数器或定时器的计时周期为话音包的发送间隔，由于对计数器要求较高，计数器采用温补的高精度晶振产生。计数器到达特定值时读取话音包发送队列中的话音包并由G.SHDSL接口发出。为了保证每次发送发送队列中都有待发送的话音包，计数器需要等待话音发送队列存储话音包个数大于等于2时才能启动。话音包发送控制逻辑如图3所示。
数据包的发送控制：
当话音包没有占用G.SHDSL线路发送时数据包才可以发送。数据包的发送由令牌桶控制，本发明中令牌桶采用的是速率可配置令牌桶，根据参数配置模块配置的G.SHDSL接口速率产生令牌桶，令牌桶的单位是Bit，产生令牌桶的时钟是高精度温补晶振以保障限制速率的精度，假如当前配置的G.SHDSL接口速率为8Mbps，则每1us令牌桶数值加1。
数据包发送队列若有包待发送，取出首数据包的长度，然后获取当前令牌桶的数值与数据包长度相比较，如果数据包长度大于令牌桶数值则说明发送当前数据包后线路速率超过带宽限制，当前数据包不发送；如果数据包长度小于令牌桶数值，则获取下次话音包发送时间，如果当前数据包长度大于下次话音包发送时间间隔，则说明发送当前数据包会导致话音包延时，当前数据不发送；如果当前数据包长度小于下次话音发送距离则发送当前数据包，并将令牌桶数值减去当前发送数据包的长度。数据包发送控制逻辑如图4所示。

Claims (8)

1.一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，其特征在于：功能模块包括发送仲裁模块、参数配置模块、话音包发送队列、数据包发送队列和G.SHDSL接口，所述话音包发送队列和数据包发送队列分别与话音包产生模块和数据包产生模块连接，所述发送仲裁模块包括话音包发送控制模块和数据包发送控制模块，所述话音包发送控制模块和数据包发送控制模块分别与计时器和令牌桶连接；其中：所述参数配置模块为发送仲裁模块配置话音包的发送频率及包长、数据包的最大包长及G.SHDSL的接口速率；所述话音包产生模块为话音包添加自定义头部，并放入话音包发送队列中；所述数据包产生模块为数据包添加自定义头部，并放入数据包发送队列中；所述发送仲裁模块用于控制话音包和数据包的发送，其中：
所述发送仲裁模块采用如下方式控制数据包的发送：当数据包发送队列中有包待发送时，取出首数据包的长度，然后判断数据包长度是否大于当前令牌桶的数值：若是，则不发送当前数据包；若否，则获取下次话音包发送时间，然后判断当前数据包长度是否大于下次话音包发送时间间隔：若是，则不发送当前数据包；若否，则从数据包发送队列中取出当前数据包发送，同时将令牌桶的数值减去当前发送数据包的长度。
2.根据权利要求1所述的一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，其特征在于：所述话音包的自定义头部包括包类型、包长度、包的频率特征。
3.根据权利要求1所述的一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，其特征在于：所述话音包发送队列分配有定长的存储空间，所述存储空间划分为等长的四个分区，每个分区可缓存一个话音包。
4.根据权利要求1所述的一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，其特征在于：所述数据包的自定义头部包括包类型、包长度。
5.根据权利要求1所述的一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，其特征在于：所述数据包发送队列依据业务特征设置队列深度，每个队列中数据包的长度单独存储，且队列缓存设置最大值，当超过缓存最大值后则丢弃新数据包。
6.根据权利要求1所述的一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，其特征在于：所述发送仲裁模块采用如下方式控制话音包的发送：当计时器到达设定的计时周期时，先判断话音包是否为首包：若是，则等待缓存满2包；若否，则从话音包发送队列中取出话音包并由G.SHDSL接口发出。
7.根据权利要求1所述的一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，其特征在于：所述计时器的计时周期由高精度温补晶振产生。
8.根据权利要求1所述的一种基于G.SHDSL的保证话音优先实时发送方法，其特征在于：所述令牌桶为速率可配置的令牌桶，所述令牌桶根据参数配置模块配置的G.SHDSL接口速率产生，单位是Bit，产生令牌桶的时钟为高精度温补晶振。
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