专利名称：传输流业务量的方法和网关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过IP网传输流业务量的网关，以及在IP网上通过网关传输流业务量的一种方法。
背景技术：
为了开发有效系统，从而在分组网上实现基于话音的通信，尤其是VoIP通信(VoIP＝基于因特网协议传输话音)，已经有了若干尝试。这些尝试采用了以下概念每个IP分组包含单相关话音信道(IP＝因特网协议)的话音数据。IP分组承载若干净荷字节，其中每个净荷字节分配给相关话音信道的一个音频帧。IP分组定期从发送方发给接收方。周期是话音信道音频帧间隔的倍数。发送方将例如40个字节打包成一个IP分组，这40个字节代表了话音信道的40个音频帧间隔信息。接收方通过将相应时延应用于各个字节，解包这40个字节，将该信息转换成连续的数据流。
例如，ITU-T建议H.232描述了通过分组网络提供多媒体通信业务的终端和其他实体，它们可能不提供业务质量保证。这些实体提供实时音频、视频和/或数据通信，可以用于点对点、点对多点或广播配置。此外，H.232描述了支持IP终端和电路交换终端，例如ISDN终端之间互连的网关的应用。转换功能提供了不同终端之间传输格式、控制、音频、视频和/或数据流的必要转换。
发明内容
本发明的一个目的是改进IP网络上的流业务量的传输。
该目的通过一种通过IP网传输流业务量的网关达成，该网关包括接收分配给不同流数据信道的流数据的第一通信单元；分配两个或多个流数据信道给流业务仿真管道(tunnel)的分配单元，前述流业务仿真管道由通过IP网络定期传送的IP分组提供；以及一个分组化单元，用以将分配的两个或多个流数据信道的流数据打包成指派到流业务仿真管道的IP分组，定期通过IP网络发送这些IP分组，其中这些IP分组包含两个或多个不同流数据信道的流数据。
该目的还通过一种在IP网上通过网关传输流业务量的方法达成，该方法包括以下步骤接收分配给不同流数据信道的流数据；分配两个或多个流数据信道给流业务仿真管道，前述流业务仿真管道由通过IP网络定期传送的IP分组提供；以及将分配的两个或多个流数据信道的流数据打包成指派到所述流业务仿真管道的IP分组，定期通过IP网络发送这些IP分组，其中这些IP分组包含两个或多个不同流数据信道的流数据。
流业务量由发送方和接收方之间的连续数据流形式的数据组成。典型的流业务量由发送方和接收方之间的实时音频或视频产生。例如，为了实现实时话音通信，每125μs交换一个数据字节。
本发明实现了若干优点降低了分组化时延和协议开销。在IP版本4中每个IP分组需要大约40个字节的协议头，后者包括RTP/UDP/IP(RTP＝实时协议，UDP＝用户数据包协议；IP＝因特网协议)。为了将协议开销降低到100％，每个分组至少要传输40个净荷字节，这导致了5ms分组化时延(每125μs帧一个字节x40)。按照本发明，每个IP分组传输两个或多个分配给不同流业务信道的流数据。例如，每125μs传送一个IP分组，后者包含100个字节净荷，每个净荷字节分配给一个不同的流业务信道。因此，分组化时延减少到125μs，每个信道的开销降低到0.4％。另一个例子是传输周期1.25ms，100字节净荷分配给10个不同的流业务量信道(每信道10个字节)。这种情况下，分组化时延降低到了1.25ms，每个信道的协议开销降低到4％。
因此，本发明可以同时降低传输时延和协议开销。
此外，本发明还使得IP路由寻址可以与层次网或多域IP网中的流交换结合使用。
本发明的基本原理，提供给流业务仿真管道两个或多个流数据信道的每个传输流数据，可以与许多种流业务量IP业务和VoIP业务结合使用，或者在这些业务中实现，从而改进前面提到的业务质量。此外，本发明还使得通过IP网络高效传输当前的电路交换电话网业务量成为可能。因此，它支持IP传输与当前传统网络节点的交换业务实现的综合使用。
通过相关权利要求所指示的实施例，可以实现其他优点。
按照本发明的一种优选实施例，网关提供了双向通信业务网关包括第二通信单元，用于接收分配给至少一个流业务仿真管道的IP分组；以及一个解包单元，用于分配这些IP分组所传送的流数据给两个或多个流数据信道。这样，该网关能够向多个终端提供所有流数据传输业务。
为了保持协议开销和分组时延之间的优化平衡，网关中可以实现以下属性之一分组化单元动态改变分配给流业务仿真管道的IP分组的传输周期。该分组化时延可以通过缩短传输周期来减小。但是，这种传输周期的缩短会导致的协议开销的增加。可以根据当前情况(分配给管道的流数据信道数量，协商的业务质量参数，网络负载等等)来调整传输周期，在最小的分组化时延和协议开销之间找到最佳的折中。
此外，该网关可以包含管道控制单元，用以动态建立和释放流业务仿真管道。根据流数据信道的数量和端点，建立、释放或者重新配置流业务仿真管道。此外，在建立或释放流业务仿真信道时，可以重新调整分配流数据信道给流业务仿真信道的分配方案。通过流业务仿真管道的这种动态建立和释放，可以减小协议开销和分组化时延。
此外，管道控制单元可以动态改变流分配方案。前面描述过，这种改变可以在建立或释放流业务仿真管道时是可行的。此外，可以通过重新调整管道分配方案，使该系统的特征适应业务质量参数的改变。
按照本发明的一种优选实施例，第一通信单元从电路交换网接收流数据，尤其是接收包含流数据的E1帧。本发明使得从电路交换网终端接收的流数据能够通过IP网高效传输。该网关可以是电路交换网的网络节点的一部分。例如，该网关是电路交换网的交换机或集线器。本发明使得IP网络能够用作传统网络节点的骨干网，同时不影响业务质量要求和带宽限制。
如果本发明应用于VoIP网关，例如H.323网关，则可以实现其他优点。已有的业务和框架可以重用，已有VoIP业务的业务质量得以改善。
此外，本发明还可以应用于从IP终端发出的流数据。在这种情况下，第一通信单元从IP终端接收流数据，例如接收IP分组序列，每个IP分组包含单个流数据信道的流数据。
通过下面对优选示例性实施例的详细描述，并结合附图，本发明的这些属性以及其他属性和优点将会更容易理解，在附图中图1的框图示出了一种具有若干通信网和若干网关的通信环境。
图2的功能框图表示了图1的网关之间的数据流。
图3的框图示出了按照本发明的网关的详细结构。
具体实施例方式
图1示出了通信系统具有若干通信网1、2、12和13，若干网关51到57，以及若干终端31到40。
网络2是电路交换网，例如ISDN或PSTN网(ISDN＝综合业务数字网；PSTN＝公共电话交换网)。通信网2包括分配给不同网络运营商的若干子网。例如，图2示出了三个子网21、22和23，它们分别分配给不同的网络运营商。
通信网1是一个IP网(IP＝因特网协议)。这类网络利用IP协议作为第三层通信协议。例如，通信网络1由多个物理网络组成，这些物理网络采用ATM协议、SDH协议或以太网协议作为传输协议。基于这些协议，通信网1支持通过TCP/IP协议栈的通信(ATM＝异步传输模式，SDH＝同步数字体协结构；TCP＝传输控制协议)。此外，通信网1可以支持RTP协议(RTP＝实时协议)或者MPLS协议(MPLS＝多协议标签交换)的使用。
通信网12和13是IP网，它们的构成可以与结合通信网1描述的网络类型相同。
终端31到36是能够通过电路交换网通信的终端。例如，网络31是PSTN电话，终端32是ISDN电话，终端33是DECT电话，它们通过空中接口与一个或若干个通过子网21连接的基站通信。此外，终端34到36是例如通过空中接口与子网23的基站通信的移动电话。子网23是蜂窝网，例如GSM或UMTS网(GSM＝全球移动通信系统；UMTS＝通用移动通信系统)。
终端37到40是IP终端。例如，终端37和39是分别连接通信网12和13的计算机。这些计算机配备有与通信网12和13通信的线路卡，其功能是操作通信网12和13的协议栈，并且处理VoIP信息。这些计算机可以通过不同接入技术，例如通过LAN，通过数字用户线或者通过无线LAN接口(LAN＝局域网)，连接到通信网12和13。
终端38和40是网络电话，通过上述接入技术中的一种与通信网12和13连接。
此外，终端31到40还可以是支持视频通信的终端。这些终端可以配备有视频摄像机和监视器。此外，终端31到40中的一些可以是向多个终端提供流数据的流服务器。提供的流数据可以是具有连续数据流特征的各种类型数据。这些流数据可以是例如实时话音通信数据，从流服务器发送给某个视频播放终端的视频通信或者视频点拨数据(例如电影)。
网关51、53和55是子网21、22和23的交换机或集线器，它们具有下面描述的网关功能。网关52和54是VoIP网关(VoIP＝基于IP的话音)，例如按照H.323标准的VoIP网关，它还具有下面描述的网关功能。
网关51和55通过一个或多个线路与子网21的终端和/或交换机连接。例如，网关51由于网21的本地交换机组成。本地交换机通过多根用户线与通信网2的终端连接。此外，它还通过一个或若干个物理连接与通信网1连接。网关55是移动交换中心，它通过若干基站与移动终端通信。此外，它通过一根或若干根线路与通信网1连接。此外，网关55也可以由子网23的中心网关服务器组成，它提供VoIP业务给所有连接到子网23的终端。
网关56和57是例如因特网业务提供商的流数据服务器，它向各个提供商的用户提供流数据传输业务。此外，网关56和57可以是公司或机构的IP网的中心流数据服务器。该服务器通过因特网传输该IP网产生的流数据。
网关51到57之间建立若干流业务仿真管道61到65。这些流业务仿真管道每一个都有一组通过IP网1定期发送的IP分组。
在网关51到57之间还可以安置其他流业务仿真管道。图1仅仅示出了网关51和网关53到57之间安置的若干流业务仿真管道的一个例子。其他流业务仿真管道可以安置在网关52和网关51、53到57之间，网关53和网关51、52、54到57之间等等。
网关51到57从终端31到40接收分配给不同流数据信道的流数据。例如，网关51服务于从终端31、32和33传送流数据到网关51的三个流数据信道。每个流数据信道通常分配给一个用于交换流数据的端点到端点通信。流数据信道可以是，例如话音信道或视频信道。此外，流数据信道也可以表示点到多点通信。
网关51到57分配两个或多个流数据信道给流业务仿真管道，它由通过IP网1定期传送的IP分组提供。例如，网关51分配网关51和终端31到33之间的流数据信道给流业务仿真管道63。
此外，网关51到57将分配的两个或多个流数据信道的流数据打包成分配给各个流业务仿真管道的IP分组，通过IP网定期发送这些IP分组，这些IP分组包含了两个或多个不同流数据信道的流数据。
例如，网关51将来自终端31到33的流数据打包成分配给流业务仿真管道63的IP分组。每个IP分组都定期从网关51传送到网关55，提供流业务仿真管道63，它包含每个终端31到33的流数据。
下面，通过网关51、53和55之间的通信，举例描述网关51到57的细节。
图2示出了网关51、53和55以及通信网1。此外，图2示出了控制功能7，若干帧81到82以及若干IP分组83和84。
网关51、53和55是电路交换通信网中的交换机。这些交换机还具有网关功能，能够通过IP网交换流数据。交换机51到53分别包括交换功能和打包/解包功能513、533和553。网关51、53和55服务于用于交换电路交换信息的多根线路，以及一根或多根用于交换分组交换信息的线路。
例如，图2示出了连接网关51的多根线路511到512，连接网关53的多根线路531到532，连接网关55的多根线路551到552。每个线路511到512，531到532以及551到552都用于发送和/或接收E1帧内容。例如，图2示出了通过线路511接收的E1帧81的一部分，以及通过线路512接收的E1帧82的一部分。帧81和82代表了从网关51接收的电路交换数据流。
每个帧81和82包括分配给8个不同流数据信道的流数据信息。帧81和82分别通过线路511和512定期传送，帧间隔是125μs。
网关51将从多根线路511到512接收的流数据信道分配给流业务仿真管道。例如，网关51访问流业务仿真管道61到65提供的5个流业务仿真管道池。网关51按照预定的管道分配方案，将流数据信道分配给该流业务仿真管道池中的流业务仿真管道。管道分配方案分配两个或多个流数据信道给流业务仿真管道池中的每个活跃流业务仿真管道。
例如，它首先分配帧81的第三和第七信道，帧82的第二和第五信道给流业务仿真管道65。此外，它分配帧81的第二、第六和第八信道，以及帧82的第三、第四和第七信道给流业务仿真管道83。帧81的第四和第五信道，以及帧82的第一、第六和第八信道包括空闲字节，不传输流数据。因此，网关81不分配这些信道给任何流业务仿真管道。
打包/解包功能513将分配给流业务仿真管道的流数据打包成分配给各个分配的流业务仿真管道的数据分组。例如，它将分配给流业务仿真管道65的帧81和82的流数据打包成IP分组83，将分配给流业务仿真管道63的帧81和82的流数据打包成IP分组84。IP分组83包括4字节流数据，每个流数据字节分配给不同的流数据信道。此外，IP分组83包括一个IP头831。
IP分组84包括5字节流数据，每个流数据字节分配给不同的流数据信道。此外，IP分组84包括一个IP头841。
每当通过多根线路511到512接收到新帧时，网关51重复这种分配过程。打包/解包功能513每125μs为每个活跃流业务仿真管道生成一个IP分组，后者包括分配给不同流数据信道的流数据。
网关53和55的打包/解包功能533和553分别解包接收的IP分组83和84。此外，它分配每个解包的流数据给相应的流数据信道。接着，网关53和55将接收的流数据作为电路交换帧的一部分，分别输出到多根线路531到532和551到552。
控制功能7提供了呼叫控制和承载控制功能。例如，它控制了流业务仿真管道的释放和建立，重新定义了网关51、53和55中可用的管道分配方案。控制功能7的呼叫控制功能可以通过一个中心呼叫控制服务器或者两个或多个交互作用的呼叫控制服务起来提供。
下面通过图3来描述网关51的细节。
图3示出了网关51。网关51由硬件平台和硬件平台执行的多个软件程序构成。网关51的不同单元的功能一般通过网关51的硬件平台执行这些软件程序来完成。因此，这些单元代表了网关51的硬件和软件部件交互作用所提供的功能部件。
网关51包括两个通信单元514和515，以及分配单元516，分组化单元517，去分组化单元518和管道控制单元519。
通信单元514处理与电路交换子网21的通信。它接收分配给不同流数据信道的流数据。例如，它从若干E1连接接收数据。
通信单元515处理与IP网络1的通信。它包括处理用于这些通信的TCP/IP协议栈的必要功能。
分配单元516分配两个或多个流数据信道给流业务仿真管道，后者通过在IP网1上定期发送的IP分组来提供。
分配单元516访问分配流信道给流业务仿真管道的流信道分配方案。例如，它访问类似于矩阵的数据结构，后者将流数据信道标识映射到流业务仿真管道的标识。
分配单元516在两个方向上都执行这种分配。它分配通信单元514接收的流数据给流业务仿真管道。此外，它将通信单元515接收的分配给流业务仿真管道的流数据，分配给通信单元514所服务的流数据信道。
此外，分配单元516识别通信单元514所处理的流数据信道的数量和标识。它将这些流数据信道的任何变化都报告给信道控制单元519。例如，它报告新的流数据信道的建立或者旧的流数据信道的释放。此外，它从管道控制单元519接收控制信息，该信息请求改变分配单元516所遵循的流信道分配方案。
分组化单元517将流数据信道的流数据打包成定期通过IP网1传送的IP分组。它包括若干子单元，每个子单元服务于一个流业务仿真管道。
例如，图3示出了3个子单元91、92和93，它们分别服务于流业务仿真管道61、63和65。
此外，它从管道控制单元519接收控制信息。该控制信息指示新的流业务仿真管道的建立，导致分组化单元517生成新的子单元，后者服务于新建的刘业务仿真管道。此外，这些控制信息可以指示流业务仿真管道的释放，导致分组化单元517删除相应子单元的处理。
下面通过子单元91的功能来说明子单元91到93的功能。
子单元91包括若干缓冲器，每个缓冲器指派给一个分配给该流业务仿真管道的流数据信道。图3示出了3个这样的缓冲器914、913和912。此外，子单元91包括一个控制单元911，它服务于缓冲器914、913和912。它将每一个缓冲器中的一个或多个流数据打包成一个IP分组，将该IP分组传送到通信单元515，后者通过IP网1发送IP分组。控制单元914定期执行这种分组化过程，例如每125ms或者125μs的倍数。从管道控制单元519接收的控制命令设置打包成IP分组的每个缓冲器的流数据数量，并且设置传输周期。
去分组化单元518分配流数据给两个或多个流数据信道。前面针对分组化单元517描述过，去分组化单元518包括若干子单元，每个子单元分配给不同的流业务仿真管道。这些子单元的创建和删除由管道控制单元519控制。图3示出了三个这样的子单元94、95和96。
子单元94包括一个缓冲器，用于每个分配给子单元94所服务的流业务仿真管道的流数据信道。图3示出了三个这样的缓冲器942、943和944。此外，子单元94包括一个控制单元941。通过分配单元516，控制单元941执行接收的流数据到缓冲器942、943和944的分配。
管道控制单元519控制流业务仿真管道的释放和建立。它检测新的流数据信道是否能由已建立的流业务仿真管道提供服务，它监控不同流业务仿真管道的负载，基于该信息建立或释放流业务仿真管道。此外，它还基于附加信息，例如IP网1的负载，业务量信息等等，做出这种决定。
流业务仿真管道的建立和释放通过与其他网关52到57的管道控制单元，或者由承载控制信令(参见按照图2的实施例)所指定的管道控制单元交换的信息实现。
此外，管道控制单元519动态改变用于分配流数据信道给流业务仿真管道的流信道分配方案。这些变化反映了流业务仿真管道的建立和/或释放，并且可能取决于建立和/或释放流业务仿真管道所考虑的信息。
此外，管道控制单元控制分配给流业务仿真管道的IP分组的传输周期的动态变化。它检测分配给各个流业务仿真管道的流数据信道数量。根据这些信道的数量和预置的业务质量限制，它改变定期发送的IP分组中每个流数据信道中打包的流数据的传输周期和/或数量。
例如，子单元92服务于流业务仿真管道，后者处理100个流数据信道。子单元92可以每125μs发送一个IP分组，后者包含100个流数据信道中每一个信道的流数据的一个字节。因此，该IP分组传输100字节净荷。但是，也可以是每125ms发送一个IP分组，后者包含每个分配的流数据信道的10个流数据字节，导致1000字节净荷。第一种情况的分组化时延是125μs，每第一字节信道的协议开销约为0.4％。与此不同，第二种情况的分组化时延是125ms，每信道的协议开销也是约0.4％，尽管通过流业务仿真管道传输的流信道的数量较少。
根据预置条件，管道控制单元519可以将分组时延或者协议开销保持在预定范围内。
权利要求
1.一种通过IP网(1)传输流业务量的网关(51到57)，其特征在于；该网关(51到57)包括接收分配给不同流数据信道的流数据(81、82)的第一通信单元(514)；分配两个或多个流数据信道给流业务仿真管道(61到65)的分配单元(516)，前述流业务仿真管道(61到65)由通过IP网(1)定期传送的IP分组(83、84)提供；以及一个分组化单元(517)，用以将分配的两个或多个流数据信道的流数据(81、82)打包成指派到流业务仿真管道(61到65)的IP分组(83、84)，定期通过IP网(1)发送这些IP分组(83、84)，其中这些IP分组(83、84)包含两个或多个不同流数据信道的流数据(81、82)。
2.按照权利要求1的网关，其特征在于，网关(51到57)还包括第二通信单元(515)，用于接收与至少一个流业务仿真管道(61到65)相关联的IP分组；以及一个解包单元(518)，用于分配这些IP分组所传送的流数据给两个或多个流数据信道。
3.按照权利要求1的网关，其特征在于，分组化单元(517)动态改变分配给流业务仿真管道(51到57)的IP分组(83、84)的传输周期。
4.按照权利要求1的网关，其特征在于，网关(51到57)还包含管道控制单元(519)，用以动态建立和释放流业务仿真管道(61到65)。
5.按照权利要求1的网关，其特征在于，网关(51到57)还包含管道控制单元(519)，用以动态改变分配流数据信道给流业务仿真管道时所用的流信道分配方案。
6.按照权利要求1的网关，其特征在于，第一通信单元(514)从电路交换网(2、21、22、23)接收流数据(81、82)，尤其是接收包含流数据的E1帧(81、82)。
7.按照权利要求6的网关，其特征在于，该网关是VoIP网关(52、54)。
8.按照权利要求6的网关，其特征在于，该网关(51、53、55)是电路交换网(2、21、22、23)的交换机。
9.按照权利要求1的网关，其特征在于，第一通信单元(514)通过IP终端(37到40)接收流数据。
10.一种在IP网(1)上通过网关(51到57)传输流业务量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤接收分配给不同流数据信道的流数据(83、84)；分配两个或多个流数据信道给流业务仿真管道(61到65)，前述流业务仿真管道(61到65)由通过IP网(1)定期传送的IP分组(83、84)提供；以及将分配的两个或多个流数据信道的流数据打包成指派到所述流业务仿真管道(61到65)的IP分组(83、84)，定期通过IP网(1)发送这些IP分组(83、84)，其中这些IP分组(83、84)包含两个或多个不同流数据信道的流数据。
全文摘要
本发明涉及通过IP网(1)传输流业务量的一种方法和一种网关(51、53、55)。网关接收分配给不同流数据信道的流数据(81、82)。该网关(51、53、55)分配两个或多个流数据信道给流业务仿真管道，前述流业务仿真管道由通过IP网(1)定期传送的IP分组(83、84)提供。分组化单元(513)将分配的两个或多个流数据信道的流数据打包成指派到所述流业务仿真管道的IP分组(83、84)。此外，它定期通过IP网(1)发送这些IP分组(83、84)，其中这些IP分组(83、84)包含两个或多个不同流数据信道的流数据(83、84)。
文档编号H04L29/06GK1514606SQ200310118259
公开日2004年7月21日 申请日期2003年12月8日 优先权日2002年12月9日
发明者卡尔·罗滕赫费尔, 卡尔 罗滕赫费尔 申请人:阿尔卡特公司