专利名称：Ip语音网络架构的制作方法
技术领域：
本发明涉及电信领域，更特别地涉及一种用于下一代网络的包括至少两个网域的网络架构，并涉及一种在至少两个网域上使用IP语音技术传送呼叫的方法。
背景技术：
尽管在较长的时间里公共电话网络全部都基于电路交换技术而构建，但是随着公知作为下一代网络(Next Generation NetworkNGN)的网络的出现，将会向分组传输(即IP语音(Voice over IPVoIP))方向发展。
在定义网络模型和新网络的架构的若干标准化团体中描述了NGN和VoIP网络。这些标准化团体包括支持IP多媒体子系统(IPMultimedia SubsystemIMS)的3GPP、支持电信和互联网融合业务及高级网络协议(Telecoms & Internet Converged Service & Protocolsfor Advanced NetworksTISPAN)的ETSI、以及正定义架构方面的MFS。
通过观察该架构和网络模型，越来越明显的是，标准化行动聚焦在单个网络上，而基本上忽略了任何对等模型。
NGN主要基于两个关键方面，即一方面是信令和媒体的分离，并且另一方面是分组传输(IP语音)。会话边界控制器(Session BordercontrollerSBC)是NGN网络中的新元件，其通常用来互连两个对话的IP网络。会话边界控制器用作例如用户的住所IP域和运营商的域之间的划分点，以克服由于在住所域中使用网络地址和端口转换(Network Address and Port TranslationNAPT)而引起的某些限制。另一方面，会话边界控制器在两个运营商之间的互连处用作某种分组到分组的网关，以避免解分组TDM、使用TDM互连和重新分组的(昂贵)需要，因为后者将导致感知的语音质量降低和延时增加。换句话说，会话边界控制器可以安装在接入中并且然后被称作接入网关，该接入网关将表示私有IP域与运营商域之间的划分点，并且另一个会话边界控制器可以安装在核心(Core)中，表示两个独立运营商域之间的划分点。
这里举例示出2005年4月Chris Daniel做出的标题为“IMSReconciliation White Paper”的MFS技术报告，其在图4中示出了物理网络架构，其中在到用户的划分点处使用会话边界控制器，并且在到第二IP网络服务提供商的互连点处使用会话边界控制器。
上述类型的会话边界控制器还在以下出版物中描述J.Hardwick的“Session Border Controllers-Enabling the VoIP Revolution”，ETSI标准TISPAN；NGN第1版“Functional architecture for PSTN/ISDNEmulation”，以及G.Camarillo在互联网草案中的“Functionality ofExisting Session Border Controller(SBC)”。
会话/边界控制功能还由K.Sohel等人在互联网草案“ConceptualDeployment Scenarios of Session/Border Control(S/BC)Functions”中，以及M.Bhatia等人在互联网草案“SIP Session Border ControlRequirements”中描述。
G.Otfried的文本书籍“Telekommunikationstechnik，Handbuch fürPraxis und Lehre”一般地描述了不同的网络结构和路由，还包括分层结构，其通常用于公共电话和数据网络，或者用于在骨干网上耦合LAN。
EP 1113619描述了宽带电缆IP电话网络架构，其包括中央控制器，连接到与例如IP网络、标准的PSTN和SS7网络以及互联网的不同网络进行接口连接的多个外围网关。
DE 102 45 643描述了集成控制单元，其包含与支持不同的传输协议的不同网络进行接口连接的网关模块。
然而，在所有已知的NGN/VoIP架构中，会话边界控制器仅适于并用于提供网络之间或网域之间的点对点互连。随着NGN网络的增长，点对点连接的数目将很快超过可管理的尺度。此外，使用针对各个点对点连接的专用SBC是低效率且不灵活的。
因此，本发明的目的是提供一种包括至少两个网域的可升级的网络架构，和一种对应的传送呼叫的方法，二者都不受已知方案的限制。
发明内容
通过用于下一代网络的包含至少两个域的网络架构，以及通过在至少两个网域上使用IP语音技术传送呼叫的方法，来实现以下出现的这些和其他目的，其中提供互连域来代替两个网域之间的点对点连接，该互连域包含多个会话边界控制器和至少一个用于提供所选择的所述会话边界控制器之间的连接的软交换。
现在将参考附图描述本发明的优选实施例，其中，图1表示与传统的电路交换TDM网络进行接口连接的现有技术的NGN；图2表示与第二NGN进行接口连接的现有技术的NGN；图3表示与多个其他NGN进行接口连接的现有技术的NGN；图4表示连接到互连网络的NGN，根据本发明该互连网络接口连接多个其他NGN；以及图5表示运营商A所拥有的NGN的第二实施例，该NGN由经由互连网络与运营商B的另一NGN进行接口连接。
具体实施例方式
下一代网络是用于描述涌现的基于分组的网络的通用术语。这种网络具有例如语音、视频和数据的混合业务类型的特征，并且每一个业务类型接收合适的服务分类。
在NGN模型中，存在例如住所网关、接入网关、中继网关或信令网关的网关功能。软交换，也已知为媒体网关控制器，用于呼叫控制功能。信令网关还可以集成到软交换中。
随着IMS(IP多媒体子系统)的出现，已开发了专用模型，其通过定义封闭的功能块而将核心和接入网络标准化。本发明提供对等模型，在该对等模型上，基于IMS或“遗传”NGN的网络适当地交互操作。通常在封闭区域中定义遗传NGN网络。接入网关、住所网关或会话发起协议(Session intiation ProtocolSIP)电话连接到NGN“云(cloud)”，并且在中继网关处将网络退出到“其他部分”。这在图1中示意性地示出。
电话机100经由电话线(例如ISDN)连接到接入网关105，接入网关105将TDM信号从电话线转换为IP分组，并使用H.248信令协议将信令信息发送到软交换103。已知为Megaco(见RFC 3015)的H.248是用于处理在多媒体会议期间所需的多媒体信令和会话管理的标准协议。另一选择是在RFC 2885中定义的媒体网关控制协议(Media Gateway Control ProtocolMGCP)。
软交换103确定通过IP网络101的路由，由于在该例子中是对连接到IP网络101之外的电路交换公共电话网络110的用户的呼叫，所以该路由导向中继网关107。然后软交换103通过沿所选择的路由(未示出)请求接入网关105、中继网关107以及任何中间的IP路由器，来提供实时传输协议(Real-time Transport ProtocolRTP)连接，以储备用于分组语音信号的特定容量。RTP是用于传输包括音频和视频的实时数据的互联网标准协议。它是基于分组的通信协议，其向每一个分组增加定时和序列信息，以允许分组的重新组装，从而复制实时音频和视频信息。此外，软交换使用SIGTRAN协议，即例如由互联网工程任务组(Internet Engineering Task ForceIETF)的SIGTRAN工作组所定义的SCTP的协议堆栈，来将信令信息转发给信令网关109，所述SCTP是以提供ETSI第7IP协议(见2000年10月公布的RFC 2960)为目的的协议。另一选择是M2UA信令协议。
信令网关109将信令信息转换为SS7(7号信令系统)，即公共协议，在公共交换电话网络(PSTN)中的网络元件通过该公共协议在数字信令网络120上交换信息，以便于处理呼叫建立、路由和控制。中继网关107将进入和来自IP网络101的VoIP信号转换为具有公共IMT格式的TDM信号，并将这些信号发送给承载网络110，所谓的用户处于该承载网络中。然后通过该PSTN 110及其SS7信令网络120以传统方式处理并建立呼叫。
将来，电路交换PSTN域将由NGN域逐渐代替。图2示出了承载PSTN 110及其SS7网络120被具有其自己的软交换213的IP网络B 210所代替的情况。取代图1的信令网关109和中继网关107，会话边界控制器(SBC)207与IP网络A 201和IP网络B 210互连。如果用户200希望呼叫位于IP网络B中的另一个用户，则在软交换A 203的控制下建立从他的接入网关205到SBC 207的RTP连接，并在软交换B 213的控制下，建立从SBC 207经由IP网络B到被叫方(未示出)的接入网关的另一个RTP连接。针对该目的，软交换A 203使用SIP/SIP-I协议(SIP会话发起协议)将信令信息经由SBC 207传送到软交换B 213，SIP/SIP-I协议即由IETF所开发的用于互联网会议、电话、话席、事件通知和即时消息传递的信令协议。
会话边界控制器的架构可以遵从已分解的模型的NGN方法，具有信令和媒体的分离，或可以将SBC设计作为组合箱(box)。在接入处，SBC通常出现在集成模型中，在该集成模型中信令和媒体部分集成在同一物理设备上。同时在网络核心中，SBC是具有信令SBC和媒体SBC的分解的SBC，其也称作媒体代理。
SBC的关键特征如下被分为媒体代理控制器功能和这样的媒体代理功能。但是，必须注意，取决于实际应用，不是这些特征的全部，而仅是这些特征的子集可以被实现在实际网络实现中。
媒体代理高级功能
-带宽分配和CAC功能-管制(policing)和标记(DSCP)-防火墙(媒体针孔控制)-网络地址和端口转换(NAPT)以及NAT/FW穿越-DSP服务-质量和SLA监控-支持合法的拦截-DOS保护媒体代理控制器高级功能-信令协议转换和互通-针对终端用户身份的消息净化和地址隐藏-拓扑和基础设施隐藏-验证、授权和记帐(AAA)-防火墙(媒体针孔控制)-保密-基于会话的路由-加载相关服务(共享和平衡)-DSP服务控制-呼叫统计维持-支持合法的拦截-DOS保护然而，当增长的网络数目向NGN发展时，更多NGN提供商将要求对等接口，并且网络将很快变得难以管理。这种情况在图3中示意地示出，其中八个邻近网络320b-320i经由各自的SBC 307b-307i连接到IP网络A 301。安全问题将是在若干提供商之间共享SBC的主要障碍。将引起SBC是否必须知道网络拓扑以及该SIP/SIP-I消息必须转发给哪一个软交换的问题。对于寻址媒体代理也有同样的问题。
因此，本发明的基本思想是提供一种用于与其他运营商互连的新的网络，代替多个点对点连接。这种互连网络可以用作归属网络(受信区域)和外部网络(不受信区域)之间的安全线。该新的互连网络将用作停火区域(De-Militarized ZoneDMZ)。
一方面，本发明基于对于SBC的分解模型，即，将会话边界控制器划分为负责RTP中继的媒体代理(Media ProxyMP)以及媒体代理控制器(控制该媒体代理)。另一方面，本发明引入了在受信归属域和不受信外部域之间的新网络。
在图4中，第一IP网络A 401在三个点经由各自的SBC 406、406’和406”连接到互连网络410。在互连网络410中，存在八个SBC407b-407i，其每一个分别与另外的IP网络C-I 420b-420i进行接口连接。该SBC 407b-407i由共有的媒体代理控制器所控制，该媒体代理控制器用作互连网络410的软交换。
如果位于IP网络A中的用户从他的电话机400向位于另一个IP网络中的另一个用户发出呼叫，则软交换403提供从接入网关405到SBC之一(即SBC 406)的RTP连接，并将该信令信息转发给互连网关411的软交换411。软交换411依次提供对于SBC的连接，该SBC连接到所呼叫的用户的对应IP网络，并且所寻址的网络(未示出)的软交换提供到所呼叫的用户的RTP连接。
在图5中示意地示出了本发明的另一个实施例。POTS用户(普通常规电话系统)500经由接入网关505连接到运营商A的IP网络501。在IP网络501中，还示出了软交换503和SBC 506，它们构建了到运营商B 520的网络的接口。网络运营商B 520具有IP网域521和自身的互连网络510。该互连网络510包含用于呼叫控制的软交换511以及五个SBC 507、508a-508d。四个SBC 508a-508d连接到IP网域B 521中的相应四个SBC 509a-509d，同时SBC 507连接到IP网域A 501中的SBC 506。软交换522控制在IP网域B 521中的呼叫建立。用户设备550、551连接到网络，即用户的住所网关550和SIP电话551。
如果用户500希望向位于IP网域B 521中的用户551发出呼叫，则软交换503提供到SBC 506的RTP连接，软交换511提供从SBC507到例如SBC 508d的RTP连接，并且软交换522提供从SBC 509d到所呼叫的用户的住所处的住所网关550的连接。
如可以从图5可见，在互连网络510之间存在到受管理的IP域B 521的四个并行连接。这使得允许使用到所呼叫的用户的最短路径。因此，软交换511安装有智能数据库512。
增强这种具有更多路由智能的网络使得能够进行最小成本路由、拥塞控制、近路探测、根据网络资源限制、带宽可用性、成本等进行配对，这向国际VoIP提供商提供了新的网络模型，并开发出该网络中的新应用，例如带宽经纪(bandwidth broker)、出售IP链路的使用时间、重新定义全球“最小成本路由”、以及共享全球服务。
智能数据库512是在与若干网域互连的NGN中优化路由的关键。可以由网络自身利用最近的更新进行反馈，并能够以最优化方式路由。
互连网络的一个应用将是买卖时间，而不论是否需要，并且因此用作带宽经纪。在NGN/VoIP区域内，对于不同的用户可以进行不同的处理。例如，针对较低服务质量付出较少费用的十多岁的人将与为较高服务付费的其他用户群体以不同方式路由。智能路由能力将使得能够不仅使用E164电话数字而且使用“sipto:”、alias、ENUM以及其他标识符类型来几乎实时地较快地进行提供，以适当地路由呼叫。
媒体代理自身可以实现信令防火墙，检查用于校正内容、淹没(flood)DOS攻击、速率控制和其他安全威胁的信令消息。媒体代理自身仅允许承载(基于RTP流)进入媒体代理。
本发明的另一个重要方面是新的互连网络允许与多个“外部”网络进行接口连接。这种需要进行接口连接的网络也称作其他许可运营商(Other Licensed OperatorOLO)。该互连网络的软交换目前对于所有OLO用作缺省的软交换，从而该本地域的软交换不再需要“外部”用户的任何知识。新的互连网络将执行信令转换(SIP到SIP-I，等等)和媒体转换(例如从G.711-20ms到G.729的编码转换)。该架构非常适合于国家的以及国际的独立网域之间的互连。
该互连网络可以提供一个或多个以下功能●防火墙○媒体(RTP、RTCP、UDP、IP等)○信令((SIP、SIP-I、H248等)○TCP/UDP速率控制○信令速率控制(SIP，SIP-I等)○媒体速率控制(RTP，RTCP)○对于源/目的和跳越的地址过滤●调解和互通○传输互通■IPv4-2-IPv6的适应■NAPT-网络地址和端口转换■QoS适应●ToS，RSVP■虚拟网络适应●MPLS、VPN、VLAN○信令互通■SIP-2-SIP-I，反之亦然■SIP-2-H323■MGCP和H248■M3UA-2-M2UA○媒体互通■编解码器转换和适应●G711-2-G729、G729-2-AMR等■编解码器特征适应●G711；10ms-2-G711；20ms等
●运营商控制○用于商业收入保证(避免控制器旁路)○QoS水平保证(没有不受控的网络业务量)○挂起呼叫的检测和终止●安全代理和经纪○对于外部网络来屏蔽内部的(架构的)信息(秘密和拓扑隐藏)○变化影响的分离○简化用户活动性○呼叫路由(基于源)■网络(类型)选择■新的域(其他软交换)选择(基于被叫方ID)○服务解析■软交换类型○位置解析○身份解析○在将由核心域中的(不同OLO的)不同BGC/SX控制的集中接入域中的虚拟BGW●QoS/SLA管理器○初始的同意检查■请求什么？■是根据SLA吗？■网络可以提供吗？(网络实际能力)○SLA实现■QoS水平标记(ToS、VLAN、MPLS...)○SLA执行■检测SLA侵害
■反应(终止、速率限制...)●监控和监督○呼叫统计■呼叫的数目■成功的/不成功的■呼叫持续时间■在呼叫时间内发送的分组数目■静噪抑制-有声时间比○服务统计■所使用的服务类型■容量○SLA监控■接入(用户)■窥视(对于OLO)○QoS监控(基于统计的被动语音测量)○QoV监控(主动语音测量信号)○网络(业务量，BW，)监控●安全○加密■SIP■H.248■SNMP■RTP■RTCP○加密方法■TLS■SSL■IPSec
○密钥管理●合法的截取○信令○Y-GW功能●记帐支持○CDR相关的信息产生○耦合SLA的统计●效率提高○RTP复用○头部压缩已经详细描述了本发明的实施例，本领域技术人员应该清楚的是，在不偏离本发明的概念的情况下，将可以进行各种修改、置换和增强。应清楚的是，本发明不限于终端用户之间的语音通信，而是可以等同地应用于任何种类用户之间的任何种类多媒体会话。
权利要求
1.一种下一代公共电话网络，包括至少两个网域(401、420b-i；501、521)，所述网域(401、420b-i；501、521)的每一个包括软交换(403；503、522)，所述软交换用于在相对应的网域内提供用于用户会话的分组传输的连接，其中所述至少两个网域(401、420b-i；501、521)使用至少一个会话边界控制器(406、406’、406”；506)进行互连，所述会话边界控制器用作所述至少两个网域(401、420b-i)之间的分组到分组网关，其特征在于，互连网络(410；510)包括多个会话边界控制器(406、406’、406”、407b-i；507、508a-d)，其中所述会话边界控制器的至少第一会话边界控制器(406、406’、406”；506)连接到所述至少两个网域的第一网域(401；501)，并且所述会话边界控制器的至少第二会话边界控制器(407b-i；508a-d)连接到所述至少两个网域的第二网域(420b-i；521)，所述互连网络(410；510)还包括专用的软交换(411；511)，所述软交换用于在所选择的所述会话边界控制器(406、406’、406”、407b-i；507、508a-d)之间提供连接。
2.根据权利要求1所述的下一代公共电话网络，其中所述专用的软交换(411；511)被配置为用于位于不同网域内的用户(500；551)之间的会话的默认软交换。
3.根据权利要求1所述的下一代公共电话网络，其中所述互连网络(510)的所述专用的软交换(511)包括存储路由数据的智能数据库(512)，该路由数据考虑了最低成本路由、拥塞控制、近路探测、网络资源的限制、带宽可用性和/或带宽成本。
4.根据权利要求1所述的下一代公共电话网络，其中所述互连网络(410；510)的所述专用的软交换(411；511)适于支持以下功能的至少之一-信令协议转换和互通，-针对终端用户身份进行消息净化以及地址隐藏，-拓扑和基础设施隐藏，-验证、授权和记帐，-防火墙功能，-保密功能，-基于会话的路由，-加载相关服务，包括共享和平衡，-DSP服务控制，-呼叫统计维持，-支持合法的拦截，以及-DOS保护。
5.根据权利要求1所述的下一代公共电话网络，其中所述互连网络(410；510)的所述第一和第二会话边界控制器(406、406’、406”、407b-i；507、508a-d)适于支持以下功能的至少之一-带宽分配和CAC功能，-管制和标记，-防火墙功能，-网络地址和端口转换以及NAT/FW穿越，-DSP服务，-质量和SLA监控，-支持合法的拦截，以及-DOS保护。
6.一种在下一代公共电话网络的至少两个网域(501、521)上建立从呼叫用户(500)到被叫用户(551)的呼叫的方法，其中，所述呼叫用户(500)位于所述至少两个网域的第一网域(501)内，并且其中所述被叫用户(551)位于所述至少两个网域的第二网域(521)内，所述方法包括以下步-从所述呼叫用户向分配给所述第一网域(501)的第一软交换(503)发送信令信息，-在所述第一软交换(503)的控制下，提供通过所述第一网域(501)从所述呼叫用户(500)到第一会话边界控制器(506)的连接，-将信令信息从所述第一软交换(503)传送到第二软交换(511)，-在所述第二软交换(511)的控制下，提供从所述第一会话边界控制器(506)到第二会话边界控制器(508a-d)的连接，-将信令信息从所述第二软交换(511)传送到分配给所述第二网域(521)的第三软交换(522)，以及-在所述第三软交换(522)的控制下，提供通过所述第二网域(521)从所述第二会话边界控制器(508a-d)到所述被叫用户(551)的连接。
全文摘要
提供了一种用于下一代网络的包含至少两个域的网络架构以及一种在至少两个网域上使用IP语音技术传送呼叫的方法，其中提供一种互连域代替两个网域之间的点对点连接，所述互连域包含多个会话边界控制器和至少一个用于提供所选择的所述会话边界控制器之间的连接的软交换。
文档编号H04L29/06GK1913472SQ200610110698
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月8日 优先权日2005年8月9日
发明者赖纳·贝德 申请人:阿尔卡特公司