CN1653795B - 用于端接直接通向ip网络的调制解调器中继信道的设备 - Google Patents

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Abstract

一种调制解调器数据聚集网关，支持调制解调器中继功能，以允许调制解调器流量在VoIP网络与例如因特网的数据分组交换因特网协议(IP)网络之间的可靠交换。调制解调器中继聚集器可以接收按照简单可靠协议传输(SPRT)机制被封装为IP语音(VoIP)数据分组的调制解调器数据。数据分组被重打包用于向最终目标转发之前，可以被纠错和/或解压缩。在目标自身是IP设备的情况中，调制解调器中继聚集器可以直接在IP网络上转发分组。结果，如果调制解调器呼叫的目标是IP设备(例如万维网站点或其他使能因特网的设备)，则该技术从处理路径中消除了两个点，否则在路径中中数字处理(DSP)将必须进行调制解调器协议处理。否则，可以在聚集点进行最小的调制解调器重格式化。

Description

用于端接直接通向IP网络的调制解调器中继信道的设备 
背景技术
大多数家庭计算机用户现在以这样或那样的方式连接到例如因特网的网络。最普遍的连接技术仍然是使用公共交换电话网络(PSTN)和被称作调制解调器的设备。如现在普通人群也相当熟悉的，调制解调器通过拨因特网服务提供商(ISP)的电话号码来进行连接，该ISP维护连接到因特网的设备。由用户计算机生成的数字信号被调制解调器转换为模拟信号，反之亦然，使得信号可以正确地在电话线上运送。 
多数公众较不熟悉的是ISP设备的配置以及它是如何提供到因特网的连接的。诸如美国在线(AOL)之类的ISP维护非常大量的拨号接入点。这些接入点允许用户拨本地电话号码，然后将呼叫连接至本地中央局。中央局交换机(可以是所谓的5类(Class 5)交换机)然后将该呼叫引导至拨号端接点。拨号端接点可以位于中央局中或其后，例如在计算机网络存在点(POP)处。在POP处，被称作远程访问服务器(RAS)的设备对连接进行端接。RAS处的端接调制解调器(Terminating Modem，TM)在那里经常被聚集在一起。具体地说，RAS含有大量调制解调器设备，它们被用于连接以向用户始发调制解调器(Originating Modem，OM)发送调制解调器信号和接收来自用户OM的调制解调器信号。 
从将信号转换回数字形式的RAS，信号可以被运送通过基于分组的网络，例如因特网协议(IP)网络，以到达因特网。在某些情况中，诸如AOL之类的大的服务提供商与诸如Genuity或者UUNet之类的网络服务提供商签订合同，以在高速数字线路上将流量从本地中央局交换机运送到远程访问服务器位置。 
但是，其他的范例导致了电话网络属性的根本变化。最显著的变化是：在使用最初用于运送数据流量(例如因特网协议(IP))的技术的数字传输网络上，从中央局运送语音流量。所谓的IP语音(VoIP)分组网络被预见为是用于语音传输的体系结构的未来选择。 
如图1中在高层次中所示出的，在这种体系结构中，中央局(CO)12可以聚集普通老式电话业务(POTS)型语音连接10，将它们复用为数字时分复用(TDM)传输14格式，例如T1或E1载波。这允许使用数字技术来将语音信号传输到其中安装有语音网关(VoIP GW)20的转接位置。VoIP GW将TDM信号转换为分组交换传输格式，将它们转发到IP网络30。在IP网络的另一侧，第二VoIP GW 40接收这些信号，将它们转换回TDM格式，并将它们转发到远端中央局(CO)42，该远端中央局42然后进一步将信号转发到个人远端POTS连接44。 
随着电信网络向VoIP体系结构转变，支持用户希望在TDM网络上作出的各种类型的呼叫变得重要。目前，有多种标准用于在IP连接上运送语音、按键音(双音多频(DTMF))拨号数字和传真信号。虽然仍旧努力在开发用于在TDM连接上运送调制解调器流量的标准，但是迄今还没有用于在IP连接上可靠传输调制解调器信号的标准被采用。 
一种试图解决该问题的努力是所谓的调制解调器中继传输。调制解调器中继正在被国际电信联盟(ITU)和因特网工程任务组(IETF)考虑，并积极地计划在不远的将来批准该标准。 
该体系结构背后的基本想法是将“调制解调器中继”能力加入VoIPGW中。图2中示出了这样的体系结构。这里，拨号调制解调器14担当向目标点的呼叫的始发点，该目标点可以是因特网服务提供商(ISP)60。调制解调器呼叫一般首先在电路交换PSTN 18上以标准方式被转发到5类交换机或者其他中央局交换机。5类交换机(图2中未示出)通过PSTN18将呼叫连接到支持调制解调器中继的始发语音网关(OGW)20。 
OGW 20实现某种程度的调制解调器智能(即，在模拟和数字形式之间转换数据)，以便在IP网络30上进行向端接网关(TGW)40的运送。这可以包括例如调制(解调)调制解调器协议数据(例如V.34)，应用纠错协议(V.42)以及将得到的调制解调器数据封装成简单分组中继传输(SPRT)分组。 
TGW 40接收该“IP调制解调器”(MoIP)格式的分组，然后将其转换回TMD格式，以便它能够在另一PSTN 49连接上被传输到远程访问服务器(RAS)50。这涉及剥除SPRT格式化、进行纠错V.42以及数据调制协议(例如V.90、V.34、V.32、V.22等)格式化。然后从远程访问服务器，数组在纯TDM网络44上被传到ISP 60。这里，数据通过端接调制解调器(RAS)被调制(解调)并被纠错。 
在这种调制解调器中继体系结构中，OGW 20和TGW 40都必须包括某种程度的调制解调器智能，以便允许调制解调器信号在IP网络上的正确传输。具体地说，它们应当执行调制解调器协议栈处理的基本部分，如所示的那样。位于RAS 50处与网关20和40的每个中的数字信号处理器(DSP)执行所要求的协议翻译。在协议栈的最低层，这包括物理层，该层根据调制解调器标准(V.90、V.34、V.32、V.22等)执行调制/解调或者数据“调制解调器泵(modem pump)”功能。有调制解调器能力的网关20和40还执行第二物理层功能，诸如由例如V.42或V.44所规定的检错和纠错。 
网关20和40还执行与网络层任务相关联的任务。这例如可以包括形成UDP上的简单分组中继传输(SPRT)层，以格式化数据信号，以便它们可以在IP网络30上被正确地传输。注意，SPRT分组当被如此转发时，仍旧是被压缩的(经V.42bis或者V.44)。 
发明内容
基本上，本发明来源于实现人们能够消除调制解调器中继呼叫的多段PSTN中的一个，并从而消除调制解调器过程中的大部分。考虑到只有物理层调制解调器处理的某些部分需要被端接网关(TGW)执行，以便使得信号适于在因特网上传输。具体地，在一个始发点，用户的数据被格式化为调制解调器信号，并被传输到始发网关(OGW)，如使用现有技术调制解调器中继操作一样。但是，我们注意到，调制解调器信号当到达端接网关时已经被格式化为数字信号了。因而，最后的PSTN段可以被消除，并且调制解调器调制/解调数字处理完全不需要执行。端接网关(TGW)因此可以简单地将分组转发给目标IP网络，并且使用少量的处理，可以取代与现有技术TGW和RAS相关联的其他调制解调器中继功能。 
利用这种体系结构，使用了被称作调制解调器中继聚集器的新设备。OGW功能如其在调制解调器中继(MR)呼叫中的一样，将MoIP分组转发到TGW位置。但是，调制解调器中继聚集器(MRA)取代了端接网关和RAS两者的功能性，进行解压缩以及所要求的任何应用层处理，例如PPP端接。 
MRA因此取代了端接网关，并直接与目标IP设备通信。这种技术为调制解调器中继方案提供了简单得多的端接。 
结果，MRA为跨过分组网络的调制解调器流量提供了可靠的传输。它避免了为向接口的PSTN侧传输而对调制解调器信号解调，然后简单地将被封装的数据发送到分组网络，消除了最后的PSTN段，其他系统部件不必完成传统调制解调器中继呼叫处理的各方面。 
使用本发明，因特网服务提供商(ISP)可以端接在使用MR的VoIP网络上传输的订户调制解调器会话。在始发站点处的语音网关只需被修改，只要它支持例如数据调制、检错和纠错的能力。 
作为结果还出现了若干其他的优点。例如，如果调制解调器呼叫的目标是例如万维网站点的IP设备，则这种技术消除了在至少两个位置(即TGW和RAS)实现用于调制或解调信号的数字信号处理(DSP)的需要。这为更有效的网络体系结构创造了机会。 
附图说明
从下面对如附图所图示的本发明优选实施例的更详细的说明，本发明的前述和其他目的、特征和优点将变得清楚，附图中，贯穿不同的示图，类似的参考标记是指相同的部分。附图不一定是成比例的，而是将重点放在对本发明原理的说明上。 
图1是用于处理调制解调器流量的现有技术电信网络的框图； 
图2是现有技术调制解调器中继网络的框图； 
图3是根据本发明的调制解调器中继聚集器体系结构的示图； 
图4是调制解调器中继聚集器(MRA)的更详细的示图；
图5是由MRA执行的操作的流程图； 
具体实施方式
下面描述本发明的优选实施例。 
图3是在因特网协议语音(VoIP)网络中实现调制解调器中继的电信网络的框图。在这样的网络中，客户具有电话机，该电话机接收来自另一电话机27的语音呼叫和向另一电话机27发出语音呼叫。语音信号被引发在公共交换电话网络(PSTN)18上传播经过一个或多个本地中央局(未示出)。中央局包括诸如5类(C5)交换机之类的交换设备，用于以本领域公知的方式，将这些呼叫聚集到例如T1载波信号的数字时分复用(TDM)载波上。 
根据公知的电话VoIP语音呼叫控制信令技术，通过提供经由例如时分复用(TDM)传输网络19的传输网络到始发VoIP网关20的连接，建立语音呼叫。IP语音(VoIP)网关(VoIP GW)一般被用于运送语音流量。在这种情况中，TDM语音信号被转换为分组格式，以便它们可以在IP网络30上被运送到端接网关24。端接网关24又将调制解调器信号转换回TDM格式(PCM)，成为经由PSTN26向远方中央局传输的馈送信号。这又提供了到目标电话机27的连接。这样，语音流量可以以本领域公知的方式在IP网络30上被运送。 
本发明涉及调制解调器信号通过VoIP网络的传送或者所谓的IP调制解调器(MoIP)传送。在客户调制解调器14处始发的计算机调制解调器信号例如被馈送通过载波IP转接网络30，经过调制解调器中继聚集器55，到达例如通过因特网服务提供商(ISP)60可用的因特网连接。ISP60又提供到例如因特网的计算机网络70的连接，以获得数据、浏览全球万维网站点等。 
根据本发明，端接网关设备(在这种情况中是调制解调器中继聚集器(MRA)55)不需要如图2的现有技术调制解调器中继体系结构中的情况那样，为在第二PSTN连接上的传输而向时分复用(TDM)格式转换。而是，本发明利用了在同一设备中实现调制解调器中继功能性和因特网网关功能性的优点。MRA 55因而是一种位于载波IP转接网络30的目标端处的新类型的电信设备。这里，MRA 55完成调制解调器协议栈的端接，并担当到因特网70的网关，而不需要再次经过PSTN。 
在调制解调器呼叫建立的时候，控制信令将呼叫识别为调制解调器呼叫，并使呼叫的目标是有调制解调器中继聚集器(MRA)能力的VoIPGW 20，而不是远程访问服务器(RAS)(如在图2中所示的现有技术调制解调器中继网络的情况)。实践中，调制解调器功能性220在OGW中被支持，尤其是用于执行物理层调制/解调处理(数据调制解调器泵)的能力。因而，当调制解调器信号在始发网关(OGW)20处从客户调制解调器14被接收时，只执行解调功能。类似地，要被发送到客户调制解调器14的从IP网络30始发的信号被重新调制，并在TDM网络19上被发送。不管怎样，这是OGW 20必须执行的所有过程。 
OGW 20从而进行向调制解调器中继聚集器55的呼叫，通过IP网络30建立连接。可以以本领域公知的方式，通过标准呼叫控制信令(例如，经由H.323网络31)进行连接。在开启到MRA 55的呼叫连接之后，调制解调器数据然后可以在IP网络30上以压缩形式被传输，到达MRA 55。 
除了对调制解调器信号进行解调以及执行检错和纠错之外，OGW 20不需要完成传统调制解调器端接的其他方面。例如，不需要由始发网关20中的调制解调器功能性220提供压缩和PPP或者其他传输层协议。IP网络30然后在IP网络30上将压缩的且固定帧格式的数据运送到MRA 55。应当注意，单个MRA 55可以对许多不同的连接进行调制解调器聚集。 
目标IP设备70可以是任何使能IP的设备，例如因特网网关、路由器、IP交换机或者其他可进行IP寻址的因特网联网设备。 
调制解调器中继聚集器(MRA)55一般可以在调制解调器中继状态中一次执行许多功能。例如，在与OGW 20协商MR会话之后，MRA 55可以去除通过在始发网关(OGW)20添加的简单分组中继传输协议(SPRT)实现的基于IP的封装。在接着的步骤中，数据被解压缩，并且如果需要的话，可以执行例如PPP处理的任何应用层处理。 
然后可以创建所得到的具有IP设备70目标地址的新IP分组。一旦完 成，MRA 55然后可以在例如由ISP 60表示的分组交换网络上将分组转发到目标设备70，其中在网络上分组被路由。 
图4是MRA 55的一个实施例的概括的框图。MRA 55包括至少一个执行软件62的处理器60、至少一个被连接到(一个或多个)处理器60上的接口64、至少一个被连接到(一个或多个)接口64和(一个或多个)处理器60上的存储器单元68，以及被连接到(一个或多个)处理器60上的显示驱动器70。(一个或多个)接口64包括代码66，用于支持物理层通信。 
(一个或多个)接口64从自始发网关22输入IP分组65a和向其输出IP分组65a。(一个或多个)接口64还向/从本地或远程计算机(未示出)传输IP分组65b。 
由处理器60执行的软件62提供对在前向和反向的两个方向上(即，从始发网关22到端点计算机，或者反之)的IP分组65a、65b的处理。该软件有效地提供了现有技术的远程访问服务器和端接网关的功能性。这样，由于不需要在MRA 55中进行物理层(Layer 1)的调制/解调处理，所以MRA 55不需要包括数字信号处理器(DSP)来进行其操作。图5中示出了概括的软件的流程图。 
参考图5，MRA 55当以被封装的数据的形式，在PPP会话中从始发网关22接收到IP分组65a时(步骤72)，执行过程71，该过程71是软件62(图4)的一部分。过程71去除封装(步骤74)，并且如果需要的话，对数据解压缩(步骤76)。过程71以通常在本领域中公知的方式端接PPP会话(步骤78)。一旦所有数据被收集到，则过程71将经压缩或未压缩的数据封装在具有端点IP设备目标地址的新IP分组中(步骤80)。当新的IP分组中的数据已经被输送到数据网络(步骤82)用于端点IP设备接收时，过程71结束。 
虽然已经参考本发明的优选实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以对其作出形式和细节上的各种变化，而不脱离由所附权利要求所包含的本发明的范围。 

Claims (15)

1.一种用于通过传输网络从始发调制解调器向目标点转发调制解调器信号的方法，包括：
在始发网关处，
接收调制解调器电话技术信号，
从所述调制解调器电话技术信号中去除调制解调器协议信息，
将得到的数据封装在传输协议分组中，以及
在因特网协议网络中的VoIP分组交换数据网络连接上转发所述被封装的数据；
在位于因特网协议网络中远离所述始发网关的地点处的调制解调器中继聚集器装置处，
端接调制解调器中继会话，以及
通过分组数据网络网关将所述得到的数据分组转发到所述目标点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传输协议是简单分组中继传输。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调制解调器协议信息包括纠错协议信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调制解调器协议信息包括数据压缩信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在端接步骤之后并且在转发步骤之前，分组在所述调制解调器中继聚集器装置处直接被重新封装。
6.一种用于处理作为被封装的分组从分组交换数据网络接收的调制解调器信号的调制解调器中继聚集器装置，所述装置包括：
耦合到分组传输网络的分组接收器，用于接收已经被封装在数据分组中的调制解调器电话技术信号，以及用于通过从所接收的被封装的数据分组中去除分组传输协议信令来端接调制解调器会话；和
用于在数据网络连接上将所述得到的数据分组转发到由所述调制解调器信号指定的目标的装置。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述分组传输协议是简单分组中继传输协议。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，调制解调器协议信息包括纠错协议信息。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，调制解调器协议信息包括数据压缩信息。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，在端接步骤之后并且在转发步骤之前，所述分组在调制解调器中继聚集器装置处直接被重新封装。
11.一种用于通过传输网络从始发调制解调器向目标点转发调制解调器信号的装置，包括：
始发网关，用来与位于因特网协议网络中远离所述始发网关的地点处的调制解调器中继聚集装置通信，所述始发网关自身包括：
用于接收调制解调器电话技术信号的机构；
用于从所述调制解调器电话技术信号中去除调制解调器协议信息的机构；
用于将得到的数据封装在传输协议分组中的机构；
用于在所述因特网协议网络中的VoIP分组交换数据网络连接上转发所述被封装的数据的机构；和
调制解调器中继聚集装置，包括；
用于端接调制解调器中继会话的机构；和
用于通过分组数据网络网关将所述得到的数据分组转发到所述目标点的机构。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述传输协议是简单分组中继传输。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述调制解调器协议信息包括纠错协议信息。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述调制解调器协议信息包括数据压缩信息。
15.根据权利要求11所述的装置，其中，在端接步骤之后并且在转发步骤之前，所述分组在调制解调器中继聚集装置处直接被重新封装。
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