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带宽分配方法、装置及系统
技术领域
本发明实施例涉及网络领域，尤其涉及一种带宽分配方法、装置及系统。
背景技术
自20世纪90年代以来，互联网业务由于提供了大量且丰富的业务内容而得到了飞速的发展，与此同时，移动通信业务也迅速崛起，能够随时随地进行通信成为人们日常生活的迫切需求。在此背景下，提出了下一代网络(Next Generation Network，以下简称：NGN)的构想。NGN的基本特征是：提供大量宽带业务，用以增长业务收入；融合各种网络业务，诸如数据、电话、多媒体以及各种正在兴起的互联网业务，包括即时消息、视频点播等流媒体业务。
NGN体系及标准采用因特网协议(Internet Protocol，以下简称：IP)技术作为NGN业务的承载网。NGN业务种类繁多，包括语音、数据、视频等多媒体业务，这些业务对服务质量(Quality of Service，以下简称：QoS)的要求各不相同，例如语音和视频等实时业务，对时延很敏感，要求尽可能小的时延，而允许有一定的丢包率；数据文件和静止图片等业务对时延不敏感，但却要求较低的丢包率。不仅如此，NGN可能由若干个运营商的区域组成，这些异质网络的传输性能也各不相同。因此，在NGN中，对端到端的QoS有更为严格的要求，须更好地对NGN的QoS进行有效的控制，以保证NGN通信的质量。但是传统的IP技术难以满足NGN业务多样性、实时性和安全性的要求，现有的公共IP网络还不能为软交换网络提供大规模的具有QoS保证的承载服务。
由于网络带宽不断增加，运营商在解决网络拥塞和QoS的问题时，最简单的方法就是“将问题扔给带宽”，导致网络容量不断增加。资源管理的目标是在有限资源的条件下，灵活分配和动态调整系统的可用资源，最大限度地提高系统资源利用率，防止网络拥塞，同时又为用户通信终端提供业务的服务质量保证。因此，QoS和带宽管理方法之间有密切的联系，带宽管理能力是运营商解决QoS问题的基石。
现有技术提供了一种在IP网络中采用价格策略分配网络带宽的方法，当网络不能同时满足所有正在通信的用户的QoS要求时，运营商会有所损失，在这种情况下，运营商可以采用价格策略分配网络带宽，从而保证通信服务运营收益最大化。所谓价格策略是指线性价格策略，其服务性能参数为数据包时延。假定用i，j(i，j＝1，2，...，n)来表示用户通信终端的服务等级(也可称为优先级)，用d_i来表示服务等级为i的用户通信终端的数据包时延，用r_i(d_i)来表示价格函数，所述价格函数定义为网络提供商提供的QoS和用户所付价格之间的函数关系，其表达式为：
r_i(d_i)＝b_i-k_id_i    (1.1)
其中b_i和k_i为价格函数的参数，b_i＞0，k_i＞0。通常，若服务等级i高于服务等级j，则有b_i＞b_j，k_i＞k_j。在该价格策略下，服务等级较高的用户将支付较高的费用，同时，当运营商不能满足较高服务等级用户的QoS要求时，也将支付较多的赔偿金。
假定用Cbit/s来表示网络的总带宽，用λ₁，λ₂，...，λ_n来表示n个服务等级的业务流的到达率，业务流的到达率满足泊松(Poisson)分布，业务流的数据包长度呈指数分布，用L_i(bits)表示服务等级i的平均包长，用ω_iC表示分配给服务等级i的业务流的带宽，其中ω_i表示分配给服务等级i的业务流的带宽占总带宽的比例，对这些比例的约束条件为：
Σi=1nωi=1,ωi≤1,ωi∈(0,1]]]>
假定分配带宽和分配处理能力及缓存容量相匹配(即分配带宽不受分配处理能力的限制而能得到充分利用，系统也不会因缓存溢出而丢包)，则基于排队理论，在无丢包情况下平均数据包延时d_i可以表示为：
d_i＝1/(ω_ic/L_i-λ_i)＝L_i/(ω_ic-λ_iL_i)
上式的约束条件为ω_ic＞λ_iL_i。由于采用的通信服务运营收益度量为单位时间内的通信服务运营收益，在代入上述线性价格函数后，网络提供商获得的通信服务运营收益REV可以表示为：
REV=Σi=1nλiri(di)=Σi=1nλi(bi-kiLi‾ωic-λiLi‾)---(1.2)]]>
则在线性价格策略下的通信服务运营收益最大化的带宽分配问题可以用下面的最优化求解方程来表示：
maxREV=maxΣi=1nλi(bi-kiLi‾ωic-λiLi‾)---(1.3)]]>
其中在最优化点上满足以下约束条件：
Σi=1nωi=1,ωi∈(0,1]---(1.4)]]>
ω_ic＞λ_iL_i(1.5)
利用拉格朗日最优化算法，根据式(1.3)和(1.4)，构造如下拉格朗日方程：
p=Σi=1nλi(bi-kiLi‾ωic-λiLi‾)+σ(1-Σi=1nωi)---(1.6)]]>
取P的偏微分并使之等于0，便可得到ω_i，从而得到运营商的通信服务运营收益。当式(1.6)的二阶偏导数在(0，1)内严格大于0或严格小于0时，ω_i在(0，1)内有唯一的最优解。
在实现本发明过程当中，发明人发现上述现有技术存在如下缺陷：
(1)该技术方案能够保证运营商的利益最大化，但不能保证带宽资源得到整体最优化利用，进而不能保证网络服务质量；
(2)该技术方案仅以数据包时延作为网络服务性能参数，无法综合反映实时视频通信服务质量。
发明内容
本发明实施例提供的带宽分配方法、装置及系统，能够保证带宽资源得到整体最优化利用，从而保证网络服务质量。
本发明实施例提供了一种带宽分配方法，包括：
当监测到网络带宽资源减少时，根据预设的带宽最小值，将各通信链路的带宽调整为与所述各通信链路对应的带宽最小值；
若调整后网络带宽资源提高，则根据各通信链路的带宽最大值以及视频主观质量，获取各通信链路需要的带宽增量；
根据所述带宽增量，按照各通信链路的优先级从高到低的顺序，将网络剩余带宽依次分配给各通信链路。
本发明实施例提供了一种带宽分配装置，包括：
监测模块，用于监测网络带宽资源，确定当前网络带宽资源状况；
最小值设置模块，用于获取监测模块的当前网络带宽资源状况，当网络带宽资源减少时，根据预设的带宽最小值，将各通信链路的带宽调整为与所述各通信链路对应的带宽最小值；
第一获取模块，用于获取监测模块的当前网络带宽资源状况，在最小值设置模块调整后的网络带宽资源提高时，根据各通信链路的带宽当前值、带宽最大值以及视频主观质量，获取各通信链路需要的带宽增量；
第一分配模块，用于根据所述第一获取模块的带宽增量，按照各通信链路的优先级从高到低的顺序，将网络剩余带宽依次分配给各通信链路。
本发明实施例提供了一种带宽分配系统，包括：发送方媒体网关、接收方媒体网关以及媒体网关控制器；所述媒体网关控制器包括：
监测模块，用于监测所述发送方媒体网关和所述接收方媒体网关之间的网络带宽资源，确定当前网络带宽资源状况；
最小值设置模块，用于获取监测模块的当前网络带宽资源状况，当网络带宽资源减少时，根据预设的带宽最小值，将各通信链路的带宽调整为与所述各通信链路对应的带宽最小值；
第一获取模块，用于获取监测模块的当前网络带宽资源状况，在最小值设置模块调整后的网络带宽资源提高时，根据各通信链路的带宽当前值、带宽最大值以及视频主观质量，获取各通信链路需要的带宽增量；
第一分配模块，用于根据所述第一获取模块的带宽增量，按照各通信链路的优先级从高到低的顺序，将网络剩余带宽依次分配给各通信链路。
本发明实施例提供的带宽分配方法、装置及系统，当监测到网络带宽资源减少时，首先将各通信链路的带宽调整为与所述各通信链路对应的带宽最小值，然后再根据能够提供的带宽资源情况，按照各通信链路的优先级从高到低的顺序，将网络剩余带宽依次分配给各通信链路，从而能够保证带宽资源整体分配最优化，进而保证网络服务质量。
附图说明
图1为本发明带宽分配方法实施例的流程图；
图2为本发明带宽分配方法实施例用户通信终端接入的流程图；
图3为本发明带宽分配装置实施例的示意图；
图4为本发明带宽分配系统实施例的结构图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。
本发明实施例提出了保证带宽资源整体分配最优化的方案，当监测到发送方和接收方(例如两个媒体网关)之间的带宽资源突然减少而导致网络状况恶化时，首先根据预设的带宽最小值，将各通信链路的带宽调整为与各通信链路对应的带宽最小值；其次若调整后能够提供的带宽资源提高，则根据所述各通信链路的带宽最大值以及视频主观质量，获取各通信链路所需的带宽增量；根据带宽增量，按照各通信链路的优先级从高到低的顺序，将网络剩余带宽依次分配给各通信链路。
进一步的，在本发明实施例中引入视频主观质量客观化模型。所谓主观质量是指用户使用产品后的主观体验，视频主观质量是由随机选定的若干用户在特定的环境下对所看到的视频画面进行评比而得到的，目前视频质量划分为以下5种主观质量，见表1，为5个等级的视频主观质量。
表1.5个等级的视频主观质量

  5  Excellent  4  Good  3  Fire  2  Poor  1  Bad
但是，每一段视频都通过实验的方法获取视频主观质量是耗时且不可行的，因此，本发明实施例中通过引入视频主观质量客观化模型解决该问题。视频主观质量客观化模型利用网络质量统计参数和编码参数，如丢包率、帧率和比特率等，通过计算得到视频主观质量。视频主观质量客观化模型如下：
Vq=1+Icoding·exp(-PplvDPplv)---(2.1)]]>
其中，V_q表示视频主观质量；I_coding表示基本视频质量(受编码失真影响)，由视频编码比特率(用Br_V来表示)和视频帧率(用Fr_V来表示)来确定；表示与丢包率相关的视频质量健壮度；P_plv表示丢包率；其中，V_q的值域范围为1≤V_q≤5。
I_coding可由下式表示：
Icoding=IOfrexp{-(ln(FrV)-ln(Ofr))2}2DFrV2}---(2.2)]]>
其中，Ofr表示特定视频编码比特率下的最优化帧率，
Ofr＝v₁+v₂Br_V，1≤Ofr≤30，v₁，v₂是常数；(2.3)
当视频帧率等于最优化帧率时，即Fr_V＝Ofr时，I_coding＝I_Ofr，I_Ofr表示特定视频编码比特率下可获得的最大视频质量，其表达式为：
IOfr=v3-v31+(BrVv4)v5---(2.4)]]>
上式中0≤I_Ofr≤4，v₃，v₄，v₅为常数；
表示与Fr_V相关的视频质量健壮度，其表达式为：
DFrV=v6+v7BrV---(2.5)]]>
上式中0<DFrV,]]>v₆，v₇是常数。
的表达式为：
DPplV=v10+v11exp(-FrVv8)+v12exp(-BrVv9)---(2.6)]]>
上式中0<DPplV,]]>v₉，v₉，…，v₁₂是常数。
以上所述参数v₁，v₂，…，v₁₁，v₁₂的选取与编码类型、视频格式、帧刷新间隔以及视频显示尺寸等因素相关，可以根据上述公式，通过实验确定v₁，v₂，…，v₁₁，v₁₂。例如，首先，针对M(M为自然数)个不同的帧率Fr_V，通过实验的方法得出不同帧率下的视频主观质量V_q，得到表2；
表2.Br_V、Fr_V、V_q三个参数之间的关系
  Br_V  Fr_V  V_q  b_n  f₁  V_q(b_n，f₁)  b_n  f₂  V_q(b_n，f₂)  …  …  …  b_n  f_m  V_q(b_n，f_m)  …  …  …  b_n  f_M  V_q(b_n，f_M)
然后，将表2中的数据代入(2.1)式，对于每一个b_n，I_Ofr、Ofr、三个参数的值可以通过使用最小二乘法(LST)算法得到，从而得到表3；
表3.B_rV、I_Ofr、Ofr、之间的关系

之后，将表3中得到的b_n、0_n(n＝1，2，…，N)代入式(2.3)，使用LST算法可以得到v₁，v₂的估计值；将表3中得到的b_n、I_n(n＝1，2，…，N)代入式(2.4)，使用LST算法可以得到v₃，v₄，v₅的估计值；将表3中得到的b_n、D_n(n＝1，2，...，N)代入式(2.5)，使用LST算法可以得到v₆，v₇的估计值；
将表3中的值代入式(2.2)，可以得到I_coding的取值，将I_coding和视频主观质量V_q代入式(2.1)，则针对不同的帧率和码率，使用LST算法可以得到一组的估计值，如表4；
表4.Br_V、Fr_V之间的关系

将f_m和DPplv=Db1fm(m=1,2,...,M)]]>代入式(3.1)，使用LST算法可以计算得到参数a、b和v₈的估计值；
DpplV=a+b&CenterDot;exp(-FrVv8)---(3.1)]]>
将b_n和DPplv=Dbnf1(n=1,2,...,N)]]>代入式(3.2)，使用LST算法可以计算得到参数c、d和v₉的估计值；
DpplV=c+d&CenterDot;exp(-BrVv9)---(3.2)]]>
将v₈，v₉，DPplv=Dbnfm,]]>Br_V＝b_n以及Fr_V＝f_m(n＝1，2，，N；m＝1，2，，M)代入式(2.6)，使用LST算法，得到v₁₀，v₁₁，v₁₂的估计值；
使用以上所示方法，H.264标准对应参数v₁，v₂，…，v₁₁，v₁₂的取值结果如下所示：v₁＝23.840，v₂＝0.003，v₃＝4.685，v₄＝231.652，v₅＝0.913，v₆＝1.957，v₇＝0.001，v₈＝0.373，v₉＝481.597，v₁₀＝49.73，v₁₁＝46.257，v₁₂＝82.30。
如图1所示，为本发明带宽分配方法实施例的流程图。在本实施例中，发送方和接收方(例如两个媒体网关)之间有n路不同的信号，按照优先级从高到低的顺序用编号i(i＝1，2，...，n)来对不同的通信链路进行标识。不同的编号表示发送方和接收方之间不同优先级信号的通信链路，其中，通信链路编号越小，优先级越高，例如通信链路i的优先级高于通信链路i+1，通信链路i＝1的优先级最高。
步骤101、当监测到网络带宽减少时，根据预设的带宽最小值，将分配给各用户通信终端所使用的通信链路的带宽调整为与各通信链路对应的带宽最小值；网络的状态是随着时间变化的，比如最典型的变化是网络的瞬时带宽发生波动，例如带宽突然下降或上升，因此，媒体网关控制器(MediaGateway Controller，以下简称：MGC)根据各通信链路的统计信息，可以监测发送方与接收方之间的带宽，当监测到各路通信质量的变化是由于发送方与接收方之间的带宽减少而引起的，例如，用户的通信链路需要的带宽没有下降，但是发送方与接收方之间能够提供的带宽较小，不能满足通信链路的带宽需要，从而使通信链路的可用带宽减小，影响通信链路的质量，则将分配给各用户通信终端所使用的通信链路的带宽降为带宽最小值；
步骤102、经过步骤101的调整后，判断网络状况是否得到改善，若是，则针对优先级最高的通信链路，例如通信链路1，执行步骤103；否则，执行步骤110；其中，判断网络状况是否得到改善可以是，当调整之后如果发送方与接收方之间的能够提供的带宽提高，可以认为网络得到了改善，可以通过网络动态监测、报告机制对网络状况进行监测，两种可行方法：(1)发送探测报文，(2)根据某种报告协议比如RTCP(Real Time Control Protocol)反馈的报告信息，利用设置的估算模型来确定；
步骤103、针对一条通信链路，计算网络剩余带宽；其中，网络剩余带宽为，网络剩余的可用带宽，即用网络总的带宽减去已用带宽，已用带宽包括新分配给链路的带宽和链路已经占用进行通信的带宽；
步骤104、判断所针对的通信链路的带宽当前值是否达到带宽初始值，若是，执行步骤108；否则，执行步骤105；
本步骤中，若该条通信链路的带宽已经达到其通信链路带宽初始值，则可以认为该条通信链路所需的带宽增量为零，即该条通信链路不需要进行带宽增量的分配，可以直接执行步骤108；
步骤105、根据所针对的通信链路的带宽当前值、带宽最大值以及视频主观质量，获取所针对的通信链路所需的带宽增量；其中，可以根据所针对的通信链路的丢包率、视频帧率和视频编码比特率等参数，确定视频主观质量；
本步骤中，该条通信链路的带宽未达到其通信链路带宽初始值，则可以先通过最优化策略表达式计算得出该条通信链路所需的带宽，然后根据该条通信链路当前的带宽，确定带宽增量；
步骤106、判断所针对的通信链路所需的带宽增量是否小于或等于网络剩余带宽，若是，则执行步骤107；否则，结束；
步骤107、给所针对的通信链路分配所需的带宽增量；调整所针对的通信链路的带宽为，原带宽和带宽增量之和；
步骤108，判断优先级次低于所针对的通信链路的下一条通信链路是否存在；若存在，则针对该下一条通信链路执行步骤103，例如如果所针对的通信链路是i，则其下一条通信链路为比i优先级低的通信链路i+1；若下一条通信链路不存在，则执行步骤109，例如所针对的通信链路已经是通信链路n，即优先级最低的最后一条通信链路；
步骤109、判断经过调整后，接收方的接收速率是否得到改善，例如接收速率是否得到了提高，若是，则针对优先级最高的通信链路，例如通信链路1，执行步骤103；否则，结束；
步骤110、按照价格策略分配带宽。
经过上述步骤，MGC完成对带宽资源的重新分配，针对发送方和接收方之间的多路视频传输链路，在发送方到接收方之间的带宽减少时，上述技术方案保证了多路视频传输带宽资源分配整体最优化，进而保证多路视频QoS的最优化。
进一步的，步骤105中可以通过最优化策略表达式计算所针对的一条通信链路所需的带宽，其中最优化策略表达式可以为：
Bi=Binormal+(Bimax-Binormal)exp(-Vq-1s)---(2.7)]]>
其中，B_i表示MGC需重新分配给通信链路i的带宽，B_inormal表示通信链路i当前的带宽，B_imax表示通信链路i的带宽最大值，s表示正数常量，V_q表示前述定义的视频主观质量，参考(2.1)式；由于1≤V_q≤5，由(2.7)式可知，V_q越小，需重新分配给通信链路i的带宽越大，当V_q＝1时，需重新分配给通信链路i的带宽为通信链路i的带宽最大值。
MGC采用上述最优化策略表达式进行带宽调整，需首先根据通信链路i的接收方上报的该路数据信号当前的丢包率、时延等参数以及发送方上报的视频帧率、视频编码比特率等参数，计算得到视频主观质量，进一步根据带宽最大值和当前带宽值，计算得到需重新分配给通信链路i的带宽。
当经过步骤101的调整后，还不能改善发送方和接收方之间的网络状况，在这种情况下，网络运营商不能同时满足所有用户通信终端的QoS需求，则执行步骤110，按照通信服务运营收益最大化的价格策略来分配带宽，包括：
步骤1100、根据丢包率、视频帧率和视频编码比特率等参数，建立视频主观质量与通信链路带宽的函数关系式；
步骤1101、根据视频主观质量与价格函数的关系式，建立通信服务运营收益与通信链路带宽的函数关系式；
步骤1102、根据所述通信服务运营收益与通信链路带宽的函数关系式，获得通信服务运营收益最大化时通信链路的带宽。
在步骤1100中，可以通过如下方式建立视频主观质量与通信链路带宽的函数关系式：用Cbit/s来表示网络的总带宽，用λ₁，λ₂，...，λ_n来表示n个优先级的业务流的到达率，业务流的到达率满足泊松分布，用ω_iC表示分配给通信链路i的带宽，其中ω_i表示分配给通信链路i的带宽占总带宽的比例，对这些比例的约束条件为：Σi=1nωi=1,]]>ω_i≤1，ω_i∈(0，1]；用V_qii表示通信链路i的视频主观质量，由(2.1)～(2.7)式，将(2.2)式带入(2.1)式可得V_qi的表达式为：
Vqi=1+IOfri&CenterDot;exp{-[ln(FrVi)-ln(Ofri)]22DFrVi2}&CenterDot;exp(-PPlViDPplVi)---(2.8)]]>
其中，(2.8)式中的下标i表示通信链路i对应的参数；设视频帧率Fr_Vi等于特定视频编码比特率下的最优化帧率Ofr_i，并将(2.3)～(2.6)式代入(2.8)式可得：
Vqi=1+[v3-v31+(BrViv4)v5]&CenterDot;exp[-PPlViv10+v11&CenterDot;exp(-v1+v2BrViv8)+v12&CenterDot;exp(-BrViv9)]---(2.9)]]>
在不考虑底层传输方式的情况下，Br_Vi可以看作为通信链路i的带宽，即：
Br_Vi＝ω_iC    (2.10)
将式(2.10)代入式(2.9)可得：
Vqi=1+[v3-v31+(ωiCv4)v5]&CenterDot;exp[-PplViv10+v11&CenterDot;exp(-v1+v2ωiCv8)+v12&CenterDot;exp(-ωiCv9)]---(2.11)]]>
由此建立视频主观质量与通信链路带宽的函数关系式。
本实施例中，采用线性价格函数表达式，以视频主观质量为服务性能参数，获取通信服务运营收益最大化前提下的带宽。假设用r_i(V_qi)表示价格函数，则视频主观质量与价格函数的关系式可以为：
r_i(V_qi)＝b_i-k_i/V_qi    (2.12)
其中b_i和k_i为价格函数的参数，b_i＞0，k_i＞0。通常若通信链路i的优先级高于通信链路j，则有，b_i＞b_j，k_i＞k_j，在该价格策略下，优先级越高的用户将支付越高的费用，同时，当网络运营商不能满足优先级越高的用户的QoS需求时，则将支付越高的赔偿金。
其中，通信服务运营收益是采用单位时间的通信服务运营收益来度量的，用REV来表示网络运营商获得的通信服务运营收益，则通信服务运营收益与价格函数的关系式可以表示为：
REV=Σi=1nλiri(Vqi)---(2.13)]]>
将式(2.11)代入式(2.12)中得到价格函数与通信链路带宽的函数关系式，然后将价格函数与通信链路带宽的函数关系式代入式(2.13)中，可以建立通信服务运营商收益与通信链路带宽的函数关系式。
利用式(2.13)，得到最优化求解方程为：
maxREV=maxΣi=1nλiri(Vqi)---(2.14)]]>
其中在最优点上满足：
Σi=1nωi=1,ωi≤1,ωi&Element;(0,1]---(2.15)]]>
利用基于拉格朗日乘子的最优化算法，根据式(2.14)和(2.15)，构造拉格朗日方程如下：
p=Σi=1nλiri(Vqi)+σ(1-Σi=1nωi)---(2.16)]]>
在式(2.16)中，对于每一个ω_i，取p的偏微分并使p等于0，计算得到ω_i和通信服务运营收益。当式(2.16)的二阶偏导数在(0，1)内严格大于0或严格小于0时，ω_i在(0，1)内有唯一的最优解。因为ω_i确定了在各个通信链路之间分配带宽的比例，所以根据确定的最优解可以进行带宽分配，进而设置通信链路的带宽，完成带宽分配。
除了上述当监测到网络带宽资源减少时的带宽分配方案，在其他实施例中还可以包括用户通信终端接入时的带宽分配方案，如图2所示，为本发明带宽分配方法实施例用户通信终端接入的流程图，具体包括如下步骤：
步骤201、当有新的用户通信终端请求接入网络时，接收用户通信终端的接入请求；
步骤202、根据用户通信终端的优先级，查询保存的接入控制表，得到需要分配给用户通信终端的带宽最小值、带宽最大值和带宽初始值；
步骤203、根据网络带宽资源确定是否接受用户通信终端的接入请求；当网络剩余带宽不能满足用户通信终端的带宽需要时，则拒绝接入请求，当能够满足时，则允许接入请求，具体地说，当网络剩余带宽大于或等于需要分配给用户通信终端的带宽初始值时，允许接入请求。
对于不同优先级的用户通信终端，需要不同的带宽资源，因此，在MGC中预先保存有接入控制表，MGC根据该接入控制表进行接入控制，上述步骤202包括：
步骤2021、根据接入请求，通过应用层查询用户通信终端的优先级；
步骤2022、从接入控制表中，根据用户通信终端的优先级获取对应的网络层的QoS参数，并根据QoS参数获取传输层参数；
步骤2023、根据传输层参数，获取需要分配给用户通信终端的带宽最小值、带宽最大值和带宽初始值。
上述MGC中预先保存的接入控制表包括用户通信终端优先级与网络层QoS参数的映射表(如表5所示)、网络层参数与传输层参数映射表(如表6所示)以及传输层参数与带宽值映射表(如表7所示)。
表5.通信终端优先级与网络层QoS参数的映射表

表6.网络层参数与传输层参数映射表

表7.传输层参数与带宽值映射表

例如，MGC在接收到用户通信终端的接入请求后，首先通过应用层查询用户通信终端的优先级，应用层中保存了用户通信终端的优先级信息；根据用户通信终端的优先级，查询表5获取用户通信终端的优先级所对应的网络层QoS参数(L_nD_nC_n)；根据网络层参数，查询表6获取对应的传输层参数(CO_n)；根据传输层参数，查询表7获取所需分配给用户通信终端的带宽最小值(B_nmin)、带宽最大值(B_nmax)和带宽初始值(B_ninit)，其中，用户通信终端的带宽最小值(B_nmin)、带宽最大值(B_nmax)和带宽初始值(B_ninit)可以是根据用户等级等用户信息进行配置设定的。
本实施例中，用户通信终端接入时的带宽分配方案利用MGC控制媒体网关(Media Gateway，MG)，并给MG分配用户通信终端所需的带宽最小值、带宽最大值和带宽初始值，便于MG执行MGC的分配策略，实现MG的带宽分配。
在用户通信终端接入网络之后的通信过程中，MGC对用户通信终端的通信质量进行监测，当监测到某个用户通信终端的优先级较高，或者用户通信终端所使用的通信链路的丢包率较高，而该通信链路上的业务流的接收速率没有下降时，MGC判断出QoS的降低并不是带宽不足所造成的，则采用保证单路服务质量的策略分配带宽。具体地说，MGC可以要求发送方为该通信链路使用前向纠错(Forward Error Correction，以下简称：FEC)保护算法，用以提高用户的视频质量。由于发送方给每个通信链路分配的带宽是一定的，使用FEC保护算法会导致视频编码码率有所下降，即存在如下关系式：
每路视频分配到的带宽＝视频编码码率+FEC保护冗余码率
综上所述，本实施例在用户通信终端接入网络时，利用MGC控制MG，并给MG分配用户通信终端所需的带宽最小值、带宽最大值和带宽初始值，便于实现MG的自适应带宽分配；为了保证用户通信终端的QoS且保证网络带宽资源的分配整体最优化，在用户通信终端接入网络之后，MGC还要对用户通信终端的通信质量进行监测，当MGC监测到网络状况发生变化，特别是监测到因网络带宽资源不足而导致接收方的接收速率下降时，提供了保证带宽资源整体分配最优化的方案，即首先将各通信链路所占用的带宽降到用户通信终端所需带宽最小值，然后通过一定的策略逐步改变通信链路的带宽当前值，保证带宽资源的有效利用，为用户通信终端提供稳定的服务，从而保证用户通信终端的服务质量；进一步地说，本实施例以视频主观质量为服务性能参数，考虑了丢包率、视频帧率以及视频编码比特率等参数的影响，能综合反映实时视频通信服务质量；此外，当MGC判断出QoS的降低并不是带宽不足所造成的，则采用保证单路服务质量的策略分配带宽。本实施例的带宽分配方法广泛应用于各种分组网络环境下保证视频通信的QoS的情况。
如图3所示，为本发明带宽分配装置实施例的示意图，具体包括：监测模块1，用于监测网络带宽资源，确定当前网络带宽资源状况；最小值设置模块2，用于获取监测模块1的当前网络带宽资源状况，当网络带宽资源减少时，根据预设的带宽最小值，将各通信链路的带宽调整为与各通信链路对应的带宽最小值；第一获取模块3，用于获取监测模块1的当前网络带宽资源状况，在最小值设置模块2调整后的网络带宽资源提高时，根据各通信链路的带宽当前值、带宽最大值以及视频主观质量，获取各通信链路需要的带宽增量；第一分配模块4，用于根据第一获取模块3的带宽增量，按照各通信链路的优先级从高到低的顺序，将网络剩余带宽依次分配给各通信链路。
其中第一获取模块3可以包括：判断单元31，用于判断通信链路的带宽当前值是否达到带宽初始值；增量单元32，用于根据所述判断单元31的结果，如果通信链路的带宽当前值未达到带宽初始值，根据通信链路的带宽当前值、带宽最大值以及视频主观质量，获取未达到带宽初始值的通信链路需要的带宽增量。
本实施例还可以包括：第二获取模块5，用于获取监测模块1的当前网络带宽资源状况，在最小值设置模块2调整后的网络带宽资源没有提高时，按照价格策略，根据丢包率、视频帧率、视频编码比特率以及价格函数，确定通信服务运营收益最大化时通信链路的带宽；第二分配模块6，用于根据所述第二获取模块5确定的通信服务运营收益最大化时通信链路的带宽进行带宽分配。
本实施例还可以包括：接收模块7，用于接收用户通信终端的接入请求；参数获取模块8，用于根据所述请求接入的用户通信终端的优先级，查询保存的接入控制表，获取所述用户通信终端的带宽最小值、带宽最大值和带宽初始值；接入模块9，用于根据所述带宽最小值、带宽最大值、带宽初始值以及网络带宽资源确定是否接受所述用户通信终端的接入请求。
其中参数获取模块8可以包括：应用层获取单元81，用于根据所述接入请求，通过应用层查询所述用户通信终端的优先级；网络层获取单元82，用于根据所述用户通信终端的优先级获取对应的网络层的服务质量参数；传输层获取单元83，用于根据服务质量参数获取传输层参数；带宽获取单元84，用于根据所述传输层参数，获取需要分配给所述用户通信终端的带宽最小值、带宽最大值和带宽初始值。
综上所述，本实施例在用户通信终端接入网络时，通过参数获取模块8给用户通信终端分配其所需的带宽最小值、带宽最大值和带宽初始值，便于实现MG的自适应带宽分配；为了保证用户通信终端的QoS且保证网络带宽资源的分配整体最优化，在用户通信终端接入网络之后，还要对用户通信终端的通信质量进行监测，当监测到网络状况发生变化，特别是监测到因网络带宽资源不足而导致接收方的接收速率下降时，通过第一获取模块3和第一分配模块4能保证带宽资源整体分配最优化，保证带宽资源的有效利用，为用户通信终端提供稳定的服务，从而保证用户通信终端的服务质量；进一步的，本实施例以视频主观质量为服务性能参数，考虑了丢包率、视频帧率以及视频编码比特率等参数的影响，能综合反映实时视频通信服务质量。本实施例的带宽分配装置广泛应用于各种分组网络环境下保证视频通信的QoS的情况。
如图4所示，为本发明带宽分配系统实施例的结构图，该系统包括：发送方媒体网关MG41、接收方媒体网关MG42以及媒体网关控制器MGC43，其中MGC43可以包括：监测模块431，用于监测发送方MG与接收方MG之间的网络带宽资源，确定当前网络带宽资源状况；最小值设置模块432，用于获取监测模块431的当前网络带宽资源状况，当网络带宽资源减少时，根据预设的带宽最小值，将发送方MG41与接收方MG42之间的各通信链路的带宽调整为与各通信链路对应的带宽最小值；第一获取模块433，用于获取监测模块431的当前网络带宽资源状况，在最小值设置模块432调整后的网络带宽资源提高时，根据各通信链路的带宽当前值、带宽最大值以及视频主观质量，获取各通信链路需要的带宽增量；第一分配模块434，用于根据第一获取模块433的带宽增量，按照各通信链路的优先级从高到低的顺序，将网络剩余带宽依次分配给各通信链路。
本实施例中的MGC可以为本发明实施例带宽分配装置中所描述的任一带宽分配装置。
本实施例中，当监测模块监测到网络带宽资源减少时，首先将各通信链路的带宽调整为与所述各通信链路对应的带宽最小值，然后再根据能够提供的带宽资源情况，按照各通信链路的优先级从高到低的顺序，将网络剩余带宽依次分配给各通信链路，从而能够保证带宽资源整体分配最优化，进而保证网络服务质量。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。