專利名稱：話音分組交換系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電信設(shè)備，并且更具體而言，本發(fā)明涉及話音分組交換系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電信網(wǎng)發(fā)展的當(dāng)前趨勢集中在利用新興的基于分組的數(shù)據(jù)網(wǎng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的公共交換電話網(wǎng)(PSTN)。存在多個對于這一趨勢的貢獻因素。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量大大超過話音業(yè)務(wù)量并且這個差距繼續(xù)增加而沒有衰減。研究表明話音將只構(gòu)成總電信業(yè)務(wù)量的非常小的一部分。此外，數(shù)據(jù)網(wǎng)固有地對于支持各種話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)更靈活并且具有支持目前通過PSTN傳送的所有業(yè)務(wù)的技術(shù)潛能。
需要幾年時間來解決技術(shù)問題，從而數(shù)據(jù)網(wǎng)能夠具有PSTN的較高質(zhì)量和可靠性。同時，PSTN與快速發(fā)展的數(shù)據(jù)網(wǎng)將繼續(xù)共存。為了便于話音技術(shù)從PSTN向分組網(wǎng)移動并且使兩種網(wǎng)絡(luò)對于話音業(yè)務(wù)互操作，網(wǎng)絡(luò)運營商正在采用話音媒體網(wǎng)關(guān)。話音媒體網(wǎng)關(guān)將話音信號在時分復(fù)用(TDM)脈沖編碼調(diào)制(PCM)和數(shù)據(jù)分組格式之間轉(zhuǎn)換，所述數(shù)據(jù)分組格式或者是異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)或者是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議上的話音(VoIP)。因此，話音媒體網(wǎng)關(guān)目前用于將數(shù)據(jù)網(wǎng)與PSTN橋接，但是不執(zhí)行必要的交換功能。盡管是必要的，但是這種類型的轉(zhuǎn)接網(wǎng)是不經(jīng)濟的，這是因為它引入了加倍的網(wǎng)元并且增加了操作和維護網(wǎng)絡(luò)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，話音分組交換機提供端到端話音交換，而與主叫和被叫方使用的編碼、復(fù)用或者傳輸協(xié)議以及沿著話音連接路徑的交換機間中繼線無關(guān)。話音分組交換還利用所有的話音編碼和壓縮方案、物理層傳輸協(xié)議、接入?yún)f(xié)議和中繼協(xié)議來進行操作。本發(fā)明的一個重要方面是分離在分組交換網(wǎng)上交換話音中的三個關(guān)鍵功能分組處理、數(shù)字信號處理和交換。本發(fā)明的話音分組交換允許以對于高密度應(yīng)用最成本有效的方式來實現(xiàn)每個關(guān)鍵功能，諸如在中央局中。此外，可以利用互相獨立的最先進水平的技術(shù)來實現(xiàn)每個功能。從話音分組交換機中除去回波消除和話音壓縮/解壓縮功能所帶來的另一個優(yōu)點是提高的話音保真度和回波消除質(zhì)量。此外，還消除了在話音傳輸中與抖動緩存相關(guān)的嚴重的端到端延遲。關(guān)鍵在于消除沿著話音連接路徑的中間交換機上的話音壓縮/解壓縮循環(huán)。
在本發(fā)明的一個實施例中，交換系統(tǒng)包括與至少一條分組傳輸鏈路接口的至少一個分組處理電路。該交換系統(tǒng)還包括一個耦合到所述至少一個分組處理電路的交換結(jié)構(gòu)，從而該分組交換結(jié)構(gòu)可操作來在通過至少一條分組傳輸鏈路接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的信道與通過由所述交換結(jié)構(gòu)接口的至少一條非分組傳輸鏈路接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的信道之間交換。
在本發(fā)明的另一個實施例中，交換系統(tǒng)包括至少一個與第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量接口的分組處理電路，所述第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量是被使用第一傳輸協(xié)議接收和發(fā)送的以第一協(xié)議的形式。所述交換系統(tǒng)還包括一個耦合到至少一個分組處理電路的交換結(jié)構(gòu)，從而該交換結(jié)構(gòu)可操作來在耦合到第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的信道與耦合到第二數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的信道之間交換，所述第二數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量是被使用由所述交換結(jié)構(gòu)接口的第二傳輸協(xié)議接收和發(fā)送的以第二協(xié)議的形式。
在本發(fā)明的另一個實施例中，話音分組交換機包括多個可操作來通過多條ATM傳輸鏈路接收和發(fā)送數(shù)據(jù)分組并且可操作來從ATM數(shù)據(jù)分組中提取數(shù)據(jù)并且將所提取的數(shù)據(jù)插入到預(yù)定協(xié)議的數(shù)據(jù)幀中的多個ATM分組處理電路。所述話音分組交換機還包括一個耦合到所述多個ATM分組處理電路并且可操作來交換從中接收的數(shù)據(jù)幀以及通過多條PCM傳輸鏈路接收和發(fā)送的復(fù)用的PCM數(shù)據(jù)的時隙交換機。
在本發(fā)明的另一個實施例中，話音分組交換機包括可操作來通過多條IP傳輸鏈路接收和發(fā)送數(shù)據(jù)分組并且可操作來從IP數(shù)據(jù)分組中提取數(shù)據(jù)并且將所提取的數(shù)據(jù)插入到預(yù)定協(xié)議的數(shù)據(jù)幀中的多個VoIP分組處理電路。所述話音分組交換機還包括一個耦合到所述多個VoIP分組處理電路并且可操作來交換從中接收的數(shù)據(jù)幀以及通過多條PCM傳輸鏈路接收和發(fā)送的復(fù)用的PCM數(shù)據(jù)的一個時隙交換機。
在本發(fā)明的另一個實施例中，一種交換話音分組的方法包括步驟接收通過至少一條分組傳輸鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)分組，處理所述數(shù)據(jù)分組，并且將所述數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)換成為預(yù)定數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的數(shù)據(jù)幀。該數(shù)據(jù)幀被在一個交換結(jié)構(gòu)的一個輸入信道中接收，并且被輸出到該交換結(jié)構(gòu)的輸出信道。然后，數(shù)據(jù)幀被轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)分組，并且被通過至少一條分組傳輸鏈路來發(fā)送。


為了更完整地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點，現(xiàn)在參考附圖來描述本發(fā)明，在附圖中圖1是采用本發(fā)明的話音分組交換系統(tǒng)的演化電信網(wǎng)的簡化框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的話音分組交換系統(tǒng)的實施例的簡化結(jié)構(gòu)框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的話音分組交換系統(tǒng)的替代實施例的簡化框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的話音分組交換系統(tǒng)的另一個實施例的簡化框圖；并且圖5是所述話音交換系統(tǒng)的一對一(any-to-any)功能以及利用相同的話音壓縮編碼方案對業(yè)務(wù)量進行分組的方法的圖示。
具體實施例方式
通過參考附圖1到5來最好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其優(yōu)點，類似的編號用于各圖中類似和相應(yīng)的部分。
圖1是采用本發(fā)明的話音分組交換系統(tǒng)12-14的演化電信網(wǎng)10的簡化框圖。演化網(wǎng)絡(luò)10是操作在用于話音業(yè)務(wù)的公共交換電話網(wǎng)(PSTN)16以及用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的異步轉(zhuǎn)移模式網(wǎng)絡(luò)(ATM)18和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)(IP)20中的當(dāng)前和下一代設(shè)備的聚結(jié)。ATM是高帶寬、低延遲、面向連接的類似分組的交換和復(fù)用技術(shù)，用于支持數(shù)據(jù)、話音數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的傳輸。ATM網(wǎng)絡(luò)18采用諸如ATM交換機22、數(shù)字用戶線接入復(fù)用器(DSLAM)24和綜合接入設(shè)備(IAD)26的設(shè)備。ATM網(wǎng)絡(luò)18還包括本發(fā)明的一個或多個話音分組交換機12用于在ATM網(wǎng)絡(luò)中交換單獨的復(fù)用的話音流。這里將話音流定義為在相同的話音連接中從一方到另一方的單向連續(xù)話音信號。
ATM網(wǎng)絡(luò)18經(jīng)由話音媒體網(wǎng)關(guān)(MG)30和31耦合到PSTN 16。PSTN采用諸如類型5交換機32、類型4交換機(未示出)、數(shù)字回路載波34和信道處理單元(CB)36的設(shè)備來路由選擇和遞送話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量。PSTN 16還經(jīng)由話音媒體網(wǎng)關(guān)40耦合到IP網(wǎng)絡(luò)20以便在TDMPCM與IP之間轉(zhuǎn)換話音信號。除了本發(fā)明的話音分組交換系統(tǒng)14之外，IP網(wǎng)絡(luò)20還采用諸如路由器42、DSLAM 44和IAD 46的設(shè)備。使用本發(fā)明的話音分組交換系統(tǒng)，話音業(yè)務(wù)量能夠被通過諸如目前被支持的IP和ATM協(xié)議的任何數(shù)據(jù)分組協(xié)議(VoX)傳送。
可以看到話音分組交換機可以作為兩種完全不同形式的網(wǎng)絡(luò)之間的接口設(shè)備，諸如ATM和IP網(wǎng)18和20之間的話音分組交換機14。話音媒體網(wǎng)關(guān)在演化網(wǎng)絡(luò)10中的存在是由于它們集成到電信網(wǎng)中來解決引入話音分組交換系統(tǒng)之前的話音-數(shù)據(jù)接口問題。在配置話音分組交換系統(tǒng)的情況下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)配置邏輯以及資金設(shè)備調(diào)度允許時，話音媒體網(wǎng)關(guān)最終可以被逐步淘汰。
本發(fā)明的話音分組交換系統(tǒng)可操作來執(zhí)行一對一交換，以便能夠在任何編碼和傳輸方案之間交換話音流。話音分組交換機可操作來終接入站信道，提取其中傳送的話音信號并且將它放回到匹配出站信道中，而與入站和出站信道使用相同還是不同的編碼和傳輸方案無關(guān)。此外，甚至在很大程度上經(jīng)濟地執(zhí)行這些功能。因為在各話音流被復(fù)用在一條單獨連接上的方式中，TDM(時分復(fù)用)到AAL1(ATM適配層類型1)與AAL2(ATM適配層類型2)到VoIP(IP上的話音)之間存在基本的差別，所以本發(fā)明的話音分組交換機區(qū)分它們并且對于它們執(zhí)行不同的操作。每個TDM信道或者AAL1連接只傳送一個話音流，而每個AAL2連接可以傳送240個同時的話音流，并且每條VoIP連接甚至可以傳送更多。本發(fā)明的話音分組交換系統(tǒng)可操作來對于話音流進行解復(fù)用并且根據(jù)每個話音對話的路徑來將它們單獨地交換到其相應(yīng)的出站信道，然后將共享相同的下一個中繼交換機的所有出站話音流再復(fù)用到相同的出站AAL2或者VoIP連接。這樣，可以將話音應(yīng)用從對于最終用戶關(guān)系很小或者很不重要的編碼和傳輸方案中分離。最后，作為用于網(wǎng)絡(luò)通信公司的中央局交換機，本發(fā)明的話音分組交換機可操作來隨著話音端口密度的增加而經(jīng)濟地按比例增加。
技術(shù)的當(dāng)前發(fā)展水平不包括滿足以上列舉的需求的任何設(shè)備。例如，媒體網(wǎng)關(guān)只執(zhí)行或者TDM與ATM之間的話音轉(zhuǎn)換或者TDM與VoIP之間的話音轉(zhuǎn)換，而很少執(zhí)行以上兩種轉(zhuǎn)換。此外，媒體網(wǎng)關(guān)不執(zhí)行交換功能。目前，沒有IP路由器或者ATM交換機在話音流被復(fù)用時執(zhí)行單獨的話音流交換。目前的所有ATM交換機都只執(zhí)行ATM格式的交換，并且IP路由器只在不同的IP端口之間交換IP分組。不執(zhí)行話音流的復(fù)用。此外，IAD與DLC只在IP或者ATM與TDM之間轉(zhuǎn)換話音流，并且典型地不執(zhí)行任何交換功能。下面參考附圖2-5可以看到，本發(fā)明的話音分組交換系統(tǒng)和方法提供了將話音和數(shù)據(jù)通信聚合到未來的以數(shù)據(jù)為中心的電信網(wǎng)中的唯一解決方案。
圖2是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的話音分組交換系統(tǒng)60的實施例的簡化基本結(jié)構(gòu)框圖。話音分組交換系統(tǒng)60包括TDM交換結(jié)構(gòu)62，它經(jīng)由TDM網(wǎng)絡(luò)接口控制器(NIC)64耦合到TDM傳輸鏈路。TDM交換結(jié)構(gòu)62是具有DS0或者64Kbps帶寬的信道尺寸的時隙交換機。ATM/IP交換結(jié)構(gòu)66可操作來交換可變長度分組。耦合到ATM/IP交換結(jié)構(gòu)66的網(wǎng)絡(luò)接口控制器68可操作來終接IP或者ATM鏈路。諸如VoIP 70、AAL1和AAL2的話音服務(wù)模塊是可操作來執(zhí)行接口、分組處理和可選地話音壓縮和回波消除的電路或者芯片。AAL1支持類型A業(yè)務(wù)量，類型A業(yè)務(wù)量是面向連接的固定比特率(CBR)的依賴于時間的業(yè)務(wù)量，諸如未壓縮的數(shù)字化話音和視頻數(shù)據(jù)。AAL2支持類型B業(yè)務(wù)量，類型B業(yè)務(wù)量是面向連接的可變比特率(VBR)的需要信源和信宿之間的精確定時的同步業(yè)務(wù)量，諸如被壓縮的話音和視頻業(yè)務(wù)量。盡管這些話音業(yè)務(wù)模塊被在圖2中示為單獨的邏輯塊，但是它們也可以被集成和實現(xiàn)在一個單獨的電路板或者各種配置中。交換機60可操作來執(zhí)行話音和數(shù)據(jù)格式與速度之間的一對一交換。
圖3是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的話音分組交換系統(tǒng)80的實施例的簡化框圖。話音分組交換系統(tǒng)80是圖2所示基本結(jié)構(gòu)的簡單易懂的實現(xiàn)。話音分組交換系統(tǒng)80包括分別接口和處理AAL1、AAL2和VoIP分組的AAL1分組處理(PP)電路或者芯片82、AAL2分組處理電路或者芯片84和VoIP分組處理電路或者芯片86。AAL1分組處理電路82被經(jīng)由回波消除電路或者芯片90和脈沖編碼調(diào)制鏈路92耦合到時隙交換機88或者TDM交換結(jié)構(gòu)。AAL2分組處理電路84經(jīng)由回波消除電路94、話音壓縮電路或者芯片96和脈沖編碼調(diào)制/高級數(shù)據(jù)鏈路控制(PCM/HDLC)鏈路98耦合到時隙交換機88。HDLC是用于點到點和點到多點通信的鏈路層協(xié)議標準。HDLC將分組數(shù)據(jù)封裝到一個幀中，該幀具有包括諸如錯誤控制機制的各種控制信息的幀頭部和尾部。HDLC變體包括幀中繼、平衡型鏈路接入規(guī)程(LAP-B)、鏈路接入過程數(shù)據(jù)信道(LAP-DC)、點到點協(xié)議(PPP)和同步數(shù)據(jù)鏈路控制(SDLC)。
使用數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，每條話音連接一個比特流HDLC信道被用于通過時隙交換機88來互連兩個AAL2和VoIP分組處理電路。封裝在AAL2信元或者VoIP分組中的已編碼話音幀(或者小分組)被提取并且被放到HDLC幀中以便通過時隙交換機88交換。交換之后，這些話音幀被放回到出站AAL2信元或者VoIP分組中。用于寂靜檢測的寂靜插入描述符(SID)消息可以使用不同的用戶到用戶指示(UUI)透明地傳送通過標準ATM接口和時隙交換機88之間的AAL2分組處理電路84，以便傳播通過網(wǎng)絡(luò)。AAL2分組處理電路84不執(zhí)行業(yè)務(wù)特定會聚子層(SSCS)功能，所以SID消息和話音分組被同樣對待。HDLC信道開銷包括用于AAL2頭的兩個字節(jié)、用于HDLC頭的兩個字節(jié)以及比特填充，同時總的HDLC信道原始帶寬被限制為64kbps。如果PCM被用于通過AAL1傳送話音流，則PCM流能夠在它們自己的DSOTDM格式中傳送通過來代替使用HDLC信道。在這個實施例中選擇HDLC協(xié)議，這是因為它被廣泛實現(xiàn)并且許多商業(yè)現(xiàn)貨供應(yīng)的硬件和軟件都是容易獲得的。如果額外的利益能夠被給予，則其它恰當(dāng)?shù)膮f(xié)議也可以被使用。在壓縮之后，話音流不高于40Kbps。話音有效負荷、HDLC開銷和AAL2/VoIP開銷的總和在64Kbps之下。這個至關(guān)緊要的觀察資料迫使使用時隙交換機88作為統(tǒng)一的交換結(jié)構(gòu)來滿足所有的話音流交換需求。
在操作中，最好是在PCM中進行一對TDM業(yè)務(wù)量之間的交換。一對ATM AAL1之間的交換最好是在PCM中進行。具有相同的自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)編碼子類型的任何AAL2/VoIP到AAL2/VoIP交換的組合都可以被使用直接PCM或HDLC來交換。如果直接PCM被選擇，則只有在已編碼話音抽樣的每個字節(jié)中的固定子集的比特被填充、處理和用于播放。這個選項需要抖動緩存的激活。如果HDLC被選擇，則不需要抖動緩存。抖動緩存被用于在分組逐段通過電信網(wǎng)傳播時消除隨機分組延遲變化。因為來自同一話音對話的兩個連續(xù)信元或分組的到達之間的時間間隔的隨機變化，所以需要每個交換機設(shè)想最壞情況的延遲并且提供大的抖動緩存器。結(jié)果，累積的傳輸延遲對于跨越許多中繼段的話音連接是非常重大的，對于收費的長途呼叫典型地就是這樣。此外，這個大延遲使得難以進行滿意的回波消除，并且嚴重削弱話音對話的主觀質(zhì)量或者逼真度。因此，HDLC路徑優(yōu)于PCM。具有相同的非ADPCM壓縮編碼的任何AAL2/VoIP到AAL2/VoIP的組合都最好被使用HDLC來交換。最好在交換之前首先將業(yè)務(wù)量轉(zhuǎn)換到PCM來執(zhí)行具有不同的壓縮編碼的AAL2/VoIP到AAL2/VoIP的任何組合。對于具有話音壓縮的AAL1/TDM到AAL2/VoIP，還最好在交換之前首先轉(zhuǎn)換到PCM。如果話音壓縮根本未被使用，則交換最好在PCM中進行。目標是通過使用任何一個標準化的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議來封裝和通過時隙交換機88在統(tǒng)一PCM信道上傳送被壓縮的話音流來如果可能則避免在中間中繼段中到PCM的重復(fù)轉(zhuǎn)換。被選擇的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的優(yōu)選的屬性包括可變長度話音小分組的接受、不超過64Kbps的總帶寬以及錯誤檢測和恢復(fù)能力，諸如HDLC和類似的協(xié)議。
如果不能獲得使用標準化數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議來在統(tǒng)一PCM信道上傳送被壓縮的話音流這一選項，則必須在每個中繼段上執(zhí)行到PCM的轉(zhuǎn)換，從而在每個中繼段都需要抖動緩存。此外，每個壓縮和解壓縮循環(huán)引入了某個量的失真。隨著話音連接通過多個交換機的這種失真的積累對于話音質(zhì)量的額外損害是相當(dāng)大的。另一個缺點是非常高的成本或者在與集成分組處理、回波消除和話音壓縮芯片或模塊相關(guān)的熱消散上的限制。一個集成芯片也幾乎不適合于中央局應(yīng)用，這是因為高單元成本、低密度以及熱消散。
考慮到朝向用于下一代網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)量的AAL2/VoIP的優(yōu)勢的當(dāng)前趨勢，本發(fā)明甚至更恰當(dāng)。在所述網(wǎng)絡(luò)中，在每個網(wǎng)絡(luò)中繼段執(zhí)行重復(fù)的回波消除和話音壓縮/解壓縮的過程是非常無效率、不必要和不利的(歸因于質(zhì)量降低)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的被從數(shù)字信號處理中分離的話音分組交換系統(tǒng)120的另一個實施例的簡化框圖。話音分組交換系統(tǒng)120不包括昂貴的數(shù)字信號處理電路或者芯片，并且因此不執(zhí)行回波消除或者話音壓縮。一條話音連接路徑包括一個始發(fā)交換機、一個終接交換機和中間交換機。當(dāng)話音壓縮被使用時，它只是必須在始發(fā)交換機和終接交換機中進行而不必要在中間交換機中進行。對于從話音分組交換機中移出數(shù)字信號處理的另外促動因素是壓縮話音的降低的經(jīng)濟和技術(shù)動機，這是因為網(wǎng)絡(luò)帶寬的驚人和繼續(xù)的增加、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的爆炸性增長以及話音在整個業(yè)務(wù)混合中逐漸縮小的百分比。許多強制的數(shù)字信號處理功能以及可選擇的話音壓縮功能可以移動到用戶端設(shè)備(CPE)中，這是因為包含分組處理、回波消除和話音壓縮功能的集成芯片設(shè)備是容易獲得的。這些芯片設(shè)備雖然不適合于中央局交換機，但是對于其中高集成功能是有價值的但是密度不是一個重要考慮事項的CPE應(yīng)用則是理想的。
如圖4所示，話音分組交換系統(tǒng)120包括AAL1分組處理電路122、AAL2分組處理電路124和VoIP分組處理電路126。AAL1分組處理電路122經(jīng)由PCM數(shù)據(jù)鏈路130耦合到時隙交換機128。AAL2分組處理電路124經(jīng)由PCM/HDLC數(shù)據(jù)鏈路132耦合到時隙交換機128。VoIP分組處理芯片126經(jīng)由PCM/HDLC數(shù)據(jù)鏈路來134耦合到時隙交換機128。業(yè)務(wù)量被以用于未壓縮話音流的自然的PCM格式或者用于被壓縮話音流的諸如HDLC的標準數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議而呈現(xiàn)給時隙交換機128并且被該時隙交換機128交換。TDM時隙交換機128是話音分組交換系統(tǒng)120的整體結(jié)構(gòu)的組成部分以便于實現(xiàn)必要的類型5功能，諸如會議通話橋接、用于法律實施行動的通信援助(CALEA)、操作員強插、音調(diào)產(chǎn)生、數(shù)字通告以及帶內(nèi)話音信令終接和撥號數(shù)字。
通過提供和/或配置網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)運營商可以在接入鏈路和中繼線上建立獨立的AAL2或者VoIP連接的組，每個組被為一個單獨概況的話音信道而規(guī)定。一個概況是管理話音如何能夠通過IP分組和ATM AAL2信元傳送的方案。所述概況定義使用什么壓縮編碼、話音抽樣或者幀的格式以及這些抽樣或者幀如何被封裝到IP/RTP(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議/實時傳送協(xié)議)分組或者ATM AAL2信元中。一個話音連接建立請求將傳送一個規(guī)定概況的選擇的參數(shù)。在建立話音連接路徑中，沿著所述路徑的每個話音分組交換機上的控制軟件將從具有與來自入站信道的那些相同概況的組中選擇一個恰當(dāng)?shù)钠ヅ涑稣拘诺?。結(jié)果，話音連接的整個路徑將使用相同的概況或者相同的壓縮編碼。圖5示出了這個規(guī)定概念。
注意所建議的利用概況的劃分不需要網(wǎng)絡(luò)拓撲改變，它也不會必然影響話音呼叫的路由選擇。分離或者劃分只在邏輯連接等級上進行。在連接兩個相鄰的話音分組交換機的物理鏈路上，例如可以在接受話音呼叫之前提供兩個或多個用于不同編碼的AAL2/VoIP連接。
因為較少DSP的話音分組交換結(jié)構(gòu)帶來減少的腳印尺寸和/或增加的端口密度，所以與用于交換機的外殼和熱消散相關(guān)的成本被大大降低。對于網(wǎng)絡(luò)運營商的純利益是在不動產(chǎn)、功耗以及空調(diào)費用方面的低得多的資本支出和正在進行的運營成本。大大簡化的硬件結(jié)構(gòu)還驚人地提高了整個交換系統(tǒng)的固有可靠性。因為與DSP相關(guān)的成本大大高于與分組處理和交換相關(guān)的成本，所以本發(fā)明的話音分組交換機獲得以任何給定密度的最大的經(jīng)濟節(jié)約。
本發(fā)明的話音分組交換機獲得端到端話音交換，而與主叫方和被叫方使用的編碼、復(fù)用或者傳輸方案以及沿著話音連接路徑的交換機間中繼線無關(guān)。話音分組交換機還可利用所有話音編碼和壓縮方案、物理層傳輸協(xié)議、接入?yún)f(xié)議以及中繼協(xié)議來操作。
本發(fā)明的一個重要方面是在分組交換網(wǎng)上交換話音中的三個主要功能的分離分組處理、數(shù)字信號處理(回波消除和話音壓縮)以及交換。在這樣做時，本發(fā)明的話音分組交換機允許每個關(guān)鍵功能被以最成本有效的方式而為高密度應(yīng)用來實現(xiàn)，諸如在中央局中。此外，每個功能可以被利用最先進水平的技術(shù)而相互獨立地實現(xiàn)。從話音分組交換機中消除DSP功能的另一個優(yōu)點是提高的話音保真度和回波消除質(zhì)量。此外，還消除了與抖動緩存相關(guān)的話音傳輸中的顯著的端到端延遲。
本發(fā)明提供的成本利益可以被量化或者估計。對于一個具有N個端口的交換機，有N-端口的接口電路和N2-端口的交換交叉點。業(yè)務(wù)提供商最關(guān)心的每個端口的成本是總成本除以N。因此，每個端口成本是每端口接口成本和N個交叉點成本的總和。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，TDM交換結(jié)構(gòu)可以被以非常低的成本實現(xiàn)，這是因為它是簡單和成熟技術(shù)的縮放。本發(fā)明首先減少了對于話音壓縮/解壓縮和回波消除的需要，然后提供了另一個替代，其中數(shù)字信號處理接口部件被拆除到只剩下分組處理，無需更昂貴的話音壓縮和回波消除電路。通過將二次復(fù)雜度放置到低成本TDM交換機中并且將線性復(fù)雜度放置在高成本部件中，本發(fā)明獲得與高端口密度成比例的非常好的經(jīng)濟性。
雖然利用上面的詳細描述特別示出了描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在不偏離本發(fā)明精神和范圍的條件下在形式和細節(jié)上作出各種改變、修改、變更、變化和派生。
權(quán)利要求
1.一種交換系統(tǒng)，包括與至少一條分組傳輸鏈路接口的至少一個分組處理電路；以及耦合到所述至少一個分組處理電路的交換結(jié)構(gòu)，從而該交換結(jié)構(gòu)可操作來在通過所述至少一條分組傳輸鏈路接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的信道與通過由所述交換結(jié)構(gòu)接口的至少一條非分組傳輸鏈路接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的信道之間交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取通過所述至少一條分組傳輸鏈路接收的數(shù)據(jù)并且使用一個數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議發(fā)送到所述交換結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取通過所述至少一條分組傳輸鏈路接收的已壓縮話音數(shù)據(jù)并且使用一個數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議發(fā)送到所述交換結(jié)構(gòu)進行交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取通過所述至少一條分組傳輸鏈路接收的AAL2話音數(shù)據(jù)并且使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議發(fā)送到所述交換結(jié)構(gòu)進行交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取通過所述至少一條分組傳輸鏈路接收的VoIP話音數(shù)據(jù)并且使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議發(fā)送到所述交換結(jié)構(gòu)進行交換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取從所述交換結(jié)構(gòu)接收的數(shù)據(jù)并且將所提取的數(shù)據(jù)插入到分組中以便通過所述至少一條分組傳輸鏈路發(fā)送。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取從所述交換結(jié)構(gòu)接收的話音數(shù)據(jù)并且將所提取的話音數(shù)據(jù)插入到AAL2信元中以便通過所述至少一條分組傳輸鏈路發(fā)送。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取從所述交換結(jié)構(gòu)接收的話音數(shù)據(jù)并且將所提取的話音數(shù)據(jù)插入到VoIP分組中以便通過所述至少一條分組傳輸鏈路發(fā)送。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述交換結(jié)構(gòu)是時隙交換機交換結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述交換結(jié)構(gòu)可操作來交換復(fù)用的未壓縮話音數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述交換結(jié)構(gòu)可操作來交換PCM數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述交換結(jié)構(gòu)可操作來交換TDM數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路包括可操作來與至少一條ATM傳輸鏈路接口的至少一個AAL1分組處理電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路包括可操作來與至少一條ATM傳輸鏈路接口的至少一個AAL2分組處理電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路包括可操作來與至少一條IP傳輸鏈路接口的至少一個VoIP分組處理電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，還包括耦合在所述至少一個分組處理電路和所述交換結(jié)構(gòu)之間的至少一個數(shù)字信號處理電路，該電路可操作來在所述至少一條分組傳輸鏈路上的數(shù)據(jù)與在所述至少一條非分組傳輸鏈路上的數(shù)據(jù)之間轉(zhuǎn)換。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換系統(tǒng)，還包括耦合在所述至少一個分組處理電路與所述交換結(jié)構(gòu)之間的至少一個數(shù)字信號處理電路，該電路可操作來在所述至少一條分組傳輸鏈路上的已壓縮數(shù)據(jù)與在所述至少一條非分組傳輸鏈路上的未壓縮數(shù)據(jù)之間轉(zhuǎn)換。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個數(shù)字信號處理電路包括至少一個回波消除電路。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個數(shù)字信號處理電路包括至少一個話音壓縮電路。
20.一種交換系統(tǒng)，包括與被使用第一傳輸協(xié)議接收和發(fā)送的以第一協(xié)議形式的第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量接口的至少一個分組處理電路；以及耦合到所述至少一個分組處理電路的一個交換結(jié)構(gòu)，從而該交換結(jié)構(gòu)可操作來在耦合到所述第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的信道與耦合到被使用第二傳輸協(xié)議發(fā)送和接收的以由所述交換結(jié)構(gòu)接口的第二協(xié)議形式的第二數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的信道之間交換。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來從所述第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量中提取數(shù)據(jù)并且使用一個數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議發(fā)送到所述交換結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來從所述第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量中提取已壓縮話音數(shù)據(jù)并且使用一個數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議發(fā)送到所述交換結(jié)構(gòu)進行交換。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來從所述使用AAL2發(fā)送的第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量中提取話音數(shù)據(jù)并且使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議發(fā)送到所述交換結(jié)構(gòu)進行交換。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來從所述使用VoIP發(fā)送的第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量中提取話音數(shù)據(jù)并且使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議發(fā)送到所述交換結(jié)構(gòu)進行交換。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取從所述交換結(jié)構(gòu)接收的數(shù)據(jù)并且將所提取的數(shù)據(jù)插入到分組中以便通過接收和發(fā)送所述第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的至少一條分組傳輸鏈路發(fā)送。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取從所述交換結(jié)構(gòu)接收的話音數(shù)據(jù)并且將所提取的話音數(shù)據(jù)插入到AAL2信元中以便通過接收和發(fā)送所述第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的至少一條分組傳輸鏈路發(fā)送。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路可操作來提取從所述交換結(jié)構(gòu)接收的話音數(shù)據(jù)并且將所提取的話音數(shù)據(jù)插入到VoIP分組中以便通過接收和發(fā)送所述第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的至少一條分組傳輸鏈路發(fā)送。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述交換結(jié)構(gòu)包括時隙交換機交換結(jié)構(gòu)。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述交換結(jié)構(gòu)可操作來交換復(fù)用的未壓縮話音數(shù)據(jù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述交換結(jié)構(gòu)可操作來交換復(fù)用的PCM數(shù)據(jù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述交換結(jié)構(gòu)可操作來交換TDM PCM數(shù)據(jù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路包括可操作來與至少一條ATM傳輸鏈路接口的至少一個AAL1分組處理電路。
33.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路包括可操作來與至少一條ATM傳輸鏈路接口的至少一個AAL2分組處理電路。
34.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個分組處理電路包括可操作來與至少一條IP傳輸鏈路接口的至少一個VoIP分組處理電路。
35.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，還包括耦合在所述至少一個分組處理電路和所述交換結(jié)構(gòu)之間的至少一個數(shù)字信號處理電路，該電路可操作來在所述第一數(shù)據(jù)協(xié)議和第二數(shù)據(jù)協(xié)議之間轉(zhuǎn)換。
36.根據(jù)權(quán)利要求20所述的交換系統(tǒng)，還包括耦合在所述至少一個分組處理電路與所述交換結(jié)構(gòu)之間的至少一個數(shù)字信號處理電路，該電路可操作來在所述第一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的已壓縮數(shù)據(jù)與所述第二數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的未壓縮數(shù)據(jù)之間轉(zhuǎn)換。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個數(shù)字信號處理電路包括至少一個回波消除電路。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個數(shù)字信號處理電路包括至少一個話音壓縮電路。
39.一種話音分組交換機，包括多個ATM分組處理電路，可操作來通過多條ATM傳輸鏈路接收和發(fā)送數(shù)據(jù)分組并且可操作來從ATM數(shù)據(jù)分組中提取數(shù)據(jù)并且將所提取的數(shù)據(jù)插入到預(yù)定協(xié)議的數(shù)據(jù)幀中；以及一個時隙交換機，該時隙交換機耦合到所述多個ATM分組處理電路并且可操作來交換從中接收的數(shù)據(jù)幀以及通過多條PCM傳輸鏈路接收和發(fā)送的復(fù)用的PCM數(shù)據(jù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的話音分組交換機，其中所述多個ATM分組處理電路包括可操作來接收和發(fā)送AAL1信元的AAL1分組處理電路。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的話音分組交換機，其中所述多個ATM分組處理電路包括可操作來接收和發(fā)送AAL2信元并且可操作來從AAL2信元中提取數(shù)據(jù)并且將所提取的數(shù)據(jù)插入到HDLC數(shù)據(jù)幀中以便由時隙交換機交換的AAL2分組處理電路。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的話音分組交換機，其中所述多個IP分組處理電路包括可操作來接收和發(fā)送VoIP數(shù)據(jù)分組并且可操作來從VoIP數(shù)據(jù)分組中提取數(shù)據(jù)并且將所提取的數(shù)據(jù)插入到HDLC數(shù)據(jù)幀中以便由時隙交換機交換的VoIP分組處理電路。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的話音分組交換機，還包括耦合在所述多個分組處理電路與可操作來在ATM數(shù)據(jù)分組與復(fù)用的PCM數(shù)據(jù)之間轉(zhuǎn)換的時隙交換機之間的至少一個數(shù)字信號處理電路。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的話音分組交換機，其中所述至少一個數(shù)字信號處理電路包括至少一個回波消除電路。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的交換系統(tǒng)，其中所述至少一個數(shù)字信號處理電路包括至少一個話音壓縮電路。
46.一種交換話音分組的方法，包括接收通過至少一條分組傳輸鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)分組；處理所述數(shù)據(jù)分組，并且將所述數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)換成為預(yù)定數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的數(shù)據(jù)幀；在一個交換結(jié)構(gòu)的輸入信道上接收所述數(shù)據(jù)幀；將所接收的數(shù)據(jù)幀輸出到所述交換結(jié)構(gòu)的輸出信道上；在所述輸出信道上將所述數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)分組；以及通過至少一條分組傳輸鏈路發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中接收所述數(shù)據(jù)幀包括在一個時隙交換機的輸入信道上接收所述數(shù)據(jù)幀。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中接收所述數(shù)據(jù)分組包括接收ATM信元。
49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中接收所述數(shù)據(jù)分組包括接收AAL1信元。
50.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中接收所述數(shù)據(jù)分組包括接收AAL2信元。
51.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中接收所述數(shù)據(jù)分組包括接收VoIP分組。
52.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中轉(zhuǎn)換所述數(shù)據(jù)分組包括從所述數(shù)據(jù)分組中提取話音數(shù)據(jù)；以及將所提取的話音數(shù)據(jù)插入到HDLC數(shù)據(jù)幀中。
53.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，還包括在所述交換結(jié)構(gòu)的一個輸入信道上接收未壓縮話音數(shù)據(jù)；復(fù)用和輸出所述未壓縮話音數(shù)據(jù)到所述交換結(jié)構(gòu)的輸出信道上；以及通過至少一條數(shù)據(jù)傳輸鏈路來發(fā)送所述復(fù)用的未壓縮話音數(shù)據(jù)。
54.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，還包括在所述交換結(jié)構(gòu)的一個輸入信道上接收未壓縮的話音數(shù)據(jù)；將所述未壓縮的話音數(shù)據(jù)輸出到所述交換結(jié)構(gòu)的一個輸出信道上；將所述未壓縮的話音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)分組；以及通過至少一條分組數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組。
55.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，還包括在一個時隙交換機的一個輸入信道上接收PCM數(shù)據(jù)；將所述PCM數(shù)據(jù)輸出到所述時隙交換機的一個輸出信道上；將所述PCM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為ATM信元；以及通過至少一條分組數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送所述ATM信元。
56.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，還包括在一個時隙交換機的一個輸入信道上接收PCM數(shù)據(jù)；將所述PCM數(shù)據(jù)輸出到所述時隙交換機的一個輸出信道上；以及通過至少一條數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送所述PCM數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種交換系統(tǒng)包括與至少一條分組傳輸鏈路接口的至少一個分組處理電路。所述交換系統(tǒng)還包括耦合到所述至少一個分組處理電路的交換結(jié)構(gòu)，從而該交換結(jié)構(gòu)可操作來在通過所述至少一條分組傳輸鏈路接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的信道與通過由所述交換結(jié)構(gòu)接口的至少一條非分組傳輸鏈路接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的信道之間交換。
文檔編號H04L12/56GK1504039SQ02808634
公開日2004年6月9日 申請日期2002年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者S·-Q·李, S·R·巴內(nèi)斯, J·葉, S -Q 李, 巴內(nèi)斯 申請人:桑特拉系統(tǒng)有限公司