CN1281045C - 通信*** - Google Patents

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Abstract

公开了一种在电路交换连接(当这样的连接是可用的时)上承载已分组语音和不容忍延迟业务例如在“因特网”上传输的语音呼叫的***。来自于分组数据网络(52)的输入分组被网关节点(60)识别为具有语音特性并通过桥(61)传输到电路交换网络(28，24，23)上的而不是分组网络(50)转移到终端(21)。这减轻了分组网络(50)的负担，分组网络与电路交换网络相比对语音类呼叫不太适合。在相反方向，在网关节点(60)的控制下或自主地，由终端(21)产生的合适的分组可受终端(21)自身的控制，或受网络与终端的接口(23)的控制，经由电路交换网络(24，28)被寻路由到网关节点(60)。

Description

通信***
本发明涉及通信***，尤其是能同时承载语音和数据的通信***。
通信***被开发用来承载许多种不同类型的业务。对本发明来说，这些业务可以被分为电话***的两种基本类型，即“电路交换”与“分组交换”。
在电路交换***中，源和目的之间的连接在呼叫开始的时候被建立，并在呼叫期间一直保持连接为那次呼叫所专用。这些被保持的资源可以是一条完全的物理电话线路，但对该***的绝大部分来说，它可能是一个时分复用***的一个时隙，和/或一个(无线)频分或(光)波分复用***中的频谱的分配的一部分。
在分组交换***中，从一点传输到另一点的数据被组合成每个被单独处理的短单元(即分组)，并根据传输每个分组时的网络资源可用程度选定路由。这允许大量独立的数据消息通过网络的任一特定支路以在那个支路中对不同呼叫的分组进行交错排列的方式被同时发送出去。如果没有一条路由具有足够的容量来传送整个消息，也可能通过网络的不同部分对数据(也就是不同的分组)的不同部分寻路由。每个数据分组携带一独立的信令开销来指示该分组的目的地，使得在网络的每个节点处，该分组可以被寻路由一直到达最终目的地。分组也携带一个序列号，来标识其在整个消息中的位置，使得接收方在接收端可以按正确的顺序将分组重新组装起来，并能标识哪些分组没有到达。
现在有多种处理协议，如图11所示的“TCP/IP”(传输控制协议/因特网协议)，它示出了单个分组的头部。初始的因特网协议(IP)头部110(典型地为20个字节)定义了目的、源和诸如所使用的传输协议等一些信息。后面跟着进一步的头部信息111(根据所指示的传输协议)，在这种情况下是“TCP”(传输控制协议)。它由另外20个字节组成，其中包括指示哪种传输协议(例如SMTP(小消息传输协议)、FTP(文件传输协议)或HTTP(超文本传输协议))被使用的信息。接下来的是头部信息112，专用于所指示的协议。分组的其余部分由被传送的信息组成，即“有效负载”115。
现在知道，例如国际专利申请WO95/31060和美国专利5729544，根据在TCP头部111中指示的消息传输协议，为每个被分组的消息选择电路交换方式寻路由或分组交换方式寻路由。这允许使用“SMTP”协议的短消息采用分组交换，反之对于长消息如使用“FTP”协议的大的计算机文件可以通过电路交换路由被发送。与传输单个分组所需的处理相反，建立电路交换连接所需要的大量处理被电路交换连接的处理仅需一次完成这一事实所弥补。
然而，这种方案没有考虑被传输数据的信息内容。特定的信息类型固有地更适合于电路交换，另外一些则更适合于分组交换。特别地，这些信息可被分成两大基本类型，在这里相当于“不容忍延迟”型业务和“不容忍故障”型业务。
传统的语音电话是“不容忍延迟”的。这种类型也包括如实况视频连接等业务类型。对于这类呼叫重要的是业务从源到目的所需的时间保持恒定，并且尽可能地短。这种要求比数据的完整性更重要。例如，在数字化的语音信号中，从听者的角度来看，存在大量的冗余，所以在接收端始终能提供可接受的信号质量时，语音信号中可以容忍丢失一些数字信息。然而，传输中的延迟，尤其是它是非恒定时，将非常分散注意力并使通话非常困难。
相反，表示文本、数值数据、图等的数字数据信号，在把数据的不同部分从源传输到目的过程中，时间长度的变化可以非常大。在某些情况下，信号的不同部分可能被延迟不同的时间，使得数据可能不按照被传输时的顺序到达，但是如果在传输时顺序能够确定的话，原始数据可以被重新组装出来。这通过在每个分组上标注位置标签，以指示其在序列中的位置来实现。在这样的传输过程中，数据的完整性比它到达目的地所需要的时间更加重要，故在本说明书中被称作为“不容忍故障”型。
不容忍故障型的数据更适合于通过分组交换***来承载。该***将每个分组作为自包含的整体来传输，并且传输的可靠性要比速度优先，所以单个数据分组的丢失是不太可能的。如果出现数据分组的丢失，可通过位置标签序列中的一个缺口来识别，并要求重传。
然而，分组交换不适合于不容忍延迟型的呼叫业务。首先这是因为每个分组不一定通过同一条路径，因而不一定占用相同的时间。此外，这类业务更倾向于具有连续性，与分组交换***的断续特征不相适合。将呼叫分割成多个分组(要求每个分组拥有它自己的地址开销)，在该呼叫中加入了可观的数据开销。这也加重了***中对每个分组进行寻路由操作处理的开销。对于这类呼叫业务传统电话类型的点对点“电路交换”***更为合适，因为这类***在整个呼叫过程中***资源在端到端之间是被保持的。
电路交换***不能提供高效的非连接型分组交换传输。同样，在基于分组的***中提供象传统电路交换电话***那样相当水平的服务质量来支持不容忍延迟型的应用是很困难的。从网络操作者的观点来看，通过分组交换***来对不容忍故障(可容忍延迟)型的呼叫寻路由，以及在电路交换***中对不容忍延迟型的呼叫寻路由是更高效的。然而，某一用户可能希望将一个终端连接用于两种类型的传输。此处讨论的已有***中仅在主要用于大尺寸文件(例如HTTP和FTP)和那些小文件(SMTP)的协议之间进行区分。这些并不涉及那些文件的信息内容。尤其是，可能在计算机上产生语音信号或其他不容忍延迟的位流，并将它作为数据流通过数据终端进行传输。特例是在“因特网”上承载语音和视频消息。如果通信***象对待常规数据呼叫那样处理该呼叫，则分组交换方式中远程终端处所感受到的语音或图象质量将比电路交换方式遭受更大的损害。相反地，在电路交换***上处理数据时的资源利用率和可靠性都比不上分组交换方式。
从用户的角度来看，希望能在同样的***上承载所有类型的业务，而不管其是不容忍延迟型或是不容忍故障型的应用。这就允许语音消息可能伴随有支持文本(数据)。它还允许用户使用同样的通信连接来处理所有类型的业务，从而避免需要例如两种不同类型的连接。然而，如果呼叫是分组交换方式的，所感受到的不容忍延迟型的呼叫质量可能被严重地削弱，反之也是如此。
当前存在着一些建议允许不容忍延迟型的应用在因特网协议上运行。一种这类的应用如“IP上的语音(VoIP)”，它使用人所周知的“用户数据报协议(UDP)，如图12所示。它使用在图11中讨论的相同的初始IP头部110，但在该情况下后跟一个5字节的UDP头部113。后面也可以跟着一些其他头部信息114用于控制负载115被处理的方式。这不同于TCP协议112(图11)，后者指示数据如何被格式化(例如压缩)。该头部信息114指示该分组的优先级。例如，“保留协议(RSVP)”可被包括，它在实际中在IP路由器中保留缓冲空间并优先处理这些分组，从而使它们被首先执行。为避免过度的拥挤和延迟，“实时协议”(RTP)也被提议。它包括一“时间戳”，用来指示任何承载该协议的分组，当它超过由“时间戳”指定的时间后的一预定时间段外到达目的地时，应当被丢弃而不再被处理。将这两种协议结合使用可以在一分组交换***中对修改后的延迟和数据完整性之间做出平衡，从而更适合于不容忍延迟的消息。对数据的完整性比传输速度要求更为优先的不容忍故障的UDP消息来说则不受影响，因为它们不承载这些协议。
尽管这些协议的应用避免了在语音信号或其他不容忍延迟信号中带来过度的延迟，它们需要很大的额外处理开销，与使用电路交换的***相比也会引起一些质量上的损失。由此希望在电路交换***上承载这样的呼叫，如果这类***对于所有的或部分端到端连接都可用的话。
根据本发明，提供了一种在终端和分组交换网关之间对不容忍故障或不容忍延迟呼叫类型选择路由的方法，这样在来往于分组交换网关之间的业务中，不容忍故障型的呼叫由分组交换***来寻路由，不容忍延迟型呼叫由电路交换***来寻路由，其中与某种呼叫类型相对应的数据协议的存在与否被识别出来并且该网关和终端之间的路由被相应地选择。
根据本发明的第二方面，提供一种用于在终端和分组交换网关之间为不容忍故障型和不容忍延迟型呼叫寻路由的设备，这样在来往于分组交换网关之间的业务中，不容忍故障型呼叫由分组交换***寻路由，不容忍延迟型呼叫由电路交换***寻路由，该设备包括用于识别包含于该呼叫数据分组中的数据协议的存在与否的装置，和用于在网关和终端之间对该呼叫相应地选择路由的装置。
更优地，所述设备包括用于截取已分组的呼叫建立数据并识别上述的一种协议是否合并到基于分组的呼叫的装置，和用于将合并有这样的协议的呼叫从基于分组的***切换到电路交换***的装置。
因此，在分组交换***之上接收到的、适合于电路交换的传输信息，可通过一可用的电路交换路由被发送。这种寻路由方式降低了分组***中路由器所要求的复杂性，也减少了在该分组路由上建立会话所必须的寻呼数量。尤其是，在一蜂窝无线分组呼叫中，每个分组需要一独立的请求来定位该移动单元，而没有电路交换蜂窝呼叫中那样的连续位置更新。
更优地，该方法包括了截取被分组的呼叫建立数据的步骤，来标识一个上述的协议是否被结合到基于分组的呼叫中去，若它已经被结合，将该呼叫从一基于分组的***切换到一电路交换***。如果在电路交换***上被分组交换网关接收到的分组向前传输到由同一个电路交换***服务的另一个目的地的话，该呼叫可能被重定向目的地，而不经过该分组交换网关，这样使得该呼叫完全为电路交换。
该网关可以用于检测该呼叫被传输到的目的终端类型，并能根据目的地的类型选择第一种操作模式(在该模式协议在传输过程中被保留)，或第二种操作模式(在该模式协议被删除)。
从呼叫的第一个分组的地址头部中，该呼叫的目的地可被标识出来，所以一交换电路可在网关和目的地之间被打开，并且具有同样头部的后续分组接下来在同一电路上以类似的方式寻路由，并一直保持到消息的结束。
该设备可以形成为通信终端的一部分，或分组交换网关自身的一部分。
本发明可以形成对蜂窝无线***(已知为GSM，移动电话全球***)所提议的改进的一部分，将被安排同时支持语音和数据业务。在这个被提议的改进中，被固定无线基站通过“空中接口”从移动单元接收到的信号被移动单元标识到基站的操作***中，并根据它们是常规的数字电话信号或“移动IP”(因特网协议)数据信号来寻路由。如果它们是电话信号，则在常规的蜂窝无线电路交换***上被承载。如果它们是因特网协议，它们经由分组交换***，特别是所提议的通用分组无线***(GPRS)来寻路由。类似地，指向于一移动节点的语音呼叫采用与那些基于分组的呼叫所采用的路由不同的至基站的路径。这允许GSM网络对基于分组的和电路交换的数据，都可通过以合适的传输机制将其发送出去来实现高效的传输。某些资源对于两种机制可共享，两者都通过空中接口和GSM的基站控制器，且两种机制都可查询包含用户个人信息和标识的本地位置寄存器。
本发明的一优选实施例在这个***中引入了一个网关节点。这个网关节点截取了分组中的建立代码，并标识RTP或RSVP是否出现。如果这些协议中的一个出现在分组中，该网关节点则从基于分组的GPRS切换到GSM的电路交换***中，以允许被分组的语音呼叫在电路交换***上被承载。
当使用VolP时，该网关节点允许使用电路交换的GSM***，这样在GPRS***中不需要支持RSVP和RTP协议，并允许不容忍延迟型的呼叫在呼叫寻路由的GSM部分中是电路交换的。
通过在这两个***之间提供桥接，在对网络作最小改动的前提下，GSM操作者现在能支持正常的电路交换式的讲话、数据(电路交换和分组交换)和VolP。
参考附图，本发明的一个实施例将被进一步叙述。
图1示意性地描述了常规的电路交换数字电话网络。
图2示意性地描述了一典型的分组交换数据网络。
图3示意性地描述了一GSM蜂窝无线网络。
图4示意性地描述了通用分组无线***(GPRS)。
图5示意性地描述了在GSM蜂窝无线***和通用分组无线***(GPRS)网络之间已存在的接口。
图6示意性地描述了对图5中的根据本发明的接口的修改。
图7是图6中网关节点60的功能要素示意图；
图8、9和10是表示网关和相关网络要素操作的流程图。更具体地，
图8示出了对被网关节点60从分组数据网络52中接收到的分组数据的处理步骤。
图9示出了当网关节点60从网关信令节点51处接收分组数据时的操作过程。
图10示出了当分组数据从移动交换中心28处被接收时该网关节点的操作过程。
图11和12针对IP/TCP和IP/UDP描述了分组头部协议，这已经讨论过。
图1示出了一个简化的电路交换电话***。电话话机1被模拟连接31连接到数字本地交换机(DLE)2上，并从该本地交换机2通过一数字网络32连接到一数字主交换单元(DMSU)3上，后者可通过其他线路操作员(OLO)4提供到另一条电话线路的连接33。典型地连接到其他线路上的该连接33将经由其他的DMSU、DLE和电话话机(未示出)。在特殊情况下，该呼叫中的两部话机被附属到同一个DLE、或附属到同一个DMSU上的不同DLE处，连接可以在适当的层次上被建立，而不需要经过该层次结构中的更高层。同时附属到DMSU3上的是提供增值服务平台(VASP)6的另一数字本地交换机5。这支持如数码翻译功能，根据VASP6中的数码翻译程序指导DMSU3来翻译和对呼叫寻路由。
在这个传统的电路交换结构中，当一个话机发起一个呼叫时，专用电路32、33等在DLE2(连接第一个话机1)和连接接到第二个话机的DLE之间，通过中间的DMSU3被提供。该“电路”可以典型地包括时分复用的一个时隙。如图1所示，该电路交换***也可以支持其他类型的话机，例如连接到电话线31a上的无绳电话(即话机7通过无线连接32被连接到基站8上)，或通过调制解调器11连接到电话线31b上的计算机终端10。调制解调器11将由计算机终端10产生的数字信息翻译成适合于通过模拟连接31b传输到DLE2上的声音信号。在DLE2处所有的模拟信号，包括表示数字信息(如来自调制解调器11)的信号，被数字化以便于在核心网络上传输。
尽管通过使用调制解调器11，传统的电话网络可用来承载计算机产生的脉冲，但这种使用不是优选的。现在，传统的电话网络融入了很多用来优化声音信号传输的特点。由计算机调制解调器和传真机产生的音调必须在这样的网络上传输。所以它们和人类讲话一样处于300Hz到4000Hz频率之间，使得它们可以被传输而不会被通常用来对语音进行数字化的8kHz的采样频率所破坏。而且，***正在被开发以消除来自话音信号的非话音类的听觉干扰，这使得在语音电路上传输数据更加困难。
当用来传输计算机数据时，电话网络的另一个问题是计算机数据倾向于以非连续的方式被传输，更适合于分组交换技术。然而在电路交换***中线路32、33需要在整个呼叫过程中保持打开状态。此外，电路交换呼叫被优化的语音呼叫需要相对窄的带宽，如果承载在为话音而优化的***上时，要求数据以相对低的速率传输。分组交换***通常具有较宽的频带，能承载更高的瞬间数据速率。
根据IPv4(因特网协议版本4)标准，图2是一分组数据网络的示意图。象图1中的电路交换那样，用户10具有到数字本地交换机2的一固定接入模拟线路31。用户可以对因特网服务器12a拨号。DLE通过对来自于调制解调器的模拟信号进行数字化，对呼叫进行通常处理，即将它作为通常的语音呼叫来处理。这些数据位在因特网PSTN节点12a处被分组。此操作将该数据消息分成多个独立的分组，每个分组都有一个指示该消息的最终目的地的地址头部。(由于这些分组是单个传输的，每个分组都需要地址)。每个分组被依次传输到路由器13处，根据给定的地理、拓扑和网络能力考虑，根据该分组的最终目的地选择最适合的路由。不是所有的分组都必须通过同一路由被发送。每个分组从一个路由器被传送到下一个(13，14，15)。对于接收到的每个分组，每个路由器根据该分组的地址头部和存储在其路由表中的信息如连接到其他路由器的线路当前能力，来决定下一步将它发送到何处。分组可寻路由到专用的因特网租用线路17(可直接处理分组的数据)上的终端19b处。或者，这些分组也可以寻路由到达另一个因特网PSTN节点12b处，在那里将分组转换成PCM格式，并作为正常的数字化语音呼叫寻路由至为目的终端19a服务的数字化本地交换机(DLE)18处。在这种情况下，在DLE18处数字格式必须被转换回模拟形式，如为话音，并发送到终端19a处。在终端19a处，调制解调器将模拟信号重新转换成数字形式，且这个分组被处理，包括它的IP地址。如果一个分组接收失败，或不能被缓冲，它可以要求在对等的层次上，通过更高层协议如已提到的传输控制协议(TCP)来重新传输。
图3示出了典型的蜂窝无线体系结构。为语音(20)或数据(21)配置的无线终端可能与提供到基站控制器(BSC)23的连接的基站收发站22进行无线通信。基站控制器23控制与移动终端20、21之间的无线接口30，并通过固定连接29与移动交换中心24(被称作“访问用户移动交换中心”，即VMSC)连接。与移动交换中心24相联系的是访问用户位置寄存器(VLR)25。寄存器25存储当前正由移动交换中心24提供服务的蜂窝话机相关的数据。VLR25接收来自本地位置寄存器(HLR)26(该寄存器永久存储与每一在HLR26注册的蜂窝无线用户相关的数据)的数据。当MSC24与相应的蜂窝话机20建立连接时，该数据被传送到VLR25。HLR26与VLR25间的通信是通过被称作移动应用部分MAP(27)的一种应用协议实现的。与其它操作者和其它网络的互联，进行移动到固定，以及移动到其它移动的呼叫，由网关MSC(GMSC)28来实现。
由于可用无线资源是有限的，并且鉴于终端是移动的这一事实，网络可能会因拥塞或因终端移动到一发射机的范围之外而改变分配给终端的信道。这种强制改变信道被称作切换。对于分组交换***和电路交换***，切换稍有不同。对于基于分组的***可能出现切换延迟，如果所有的分组最终到达其正确的目标，应用不能觉察到连接的中断。对于语音和其它不容忍延迟的应用，这类中断必须被限制到一个无法觉察的最小值，以便切换表现为无缝切换。
对于数据消息，每个发送到移动单元的分组导致一个短小蜂窝呼叫的建立，包括必要的寻呼和需用于建立移动单元当前位置的其它功能。(在多数情况下，当前位置与该消息的上一个分组的位置相同)。在每个分组之后，呼叫消除，当另一个分组将被发送时，一个新的呼叫必须被建立。这样增加了每个分组发送的延迟，但释放了分组与分组之间的资源。第二个分组可能在与第一个分组不同的信道上发送，且，如果在前一个分组之后移动单元已经移动，位置更新进程将自动在新的位置为新的分组建立呼叫。相比之下，在电路交换呼叫中，需进行不同位置的切换，以便在与第一个基站失去联系之前与第二个基站建立连接，从而保持连接的完整性。
如图4所示，移动因特网协议版本4(MIPv4)允许重定向封装着原始IP地址的分组。它是基于“半永久”移动情况，在此情况下，终端34可在会话间由一个位置移动到另一个位置，不需要切换或资源管理控制。这由与目标DLE18a(由地址定义)相关的“本地代理”12b完成。本地代理12b给终端34分配一个被访问服务器12c的临时“转发”地址(CoA)，并安排到达本地代理12b的分组被转发到“外部”服务器12c。当分组到达外部服务器12c，其头部被去掉，分组被发送到终端34。应当理解，在发送节点12a和“外部”接收节点12c之间有比经由本地节点12b更直接的路由：如果终端10和21当前由同一个DLE服务，发送节点和外部节点(12a和12c)甚至可能是一个相同的节点。这可能导致“长线连接”：建立不必要的经由特定用户中间点(在本例中为服务器12b)的电路端对端路径。为避免这类情况，可安排本地代理12b一接收到第一个分组就将当前转发地址回送到对应(发送)节点12a。这使后续分组在原始对应节点12a处被封装上CoA，由此避免经由归属代理12b发送分组(第一个分组除外)。
当终端34移到新的外部代理12c的领域时，在来自终端21的请求下，一个新的CoA被分配给该终端。该终端是通过分析由外部代理12c所广播的“广告”信号来完成这一操作的。如果该信号与终端34当前所注册的不同，终端34自动要求一个来自外部代理12c的新的CoA，并将其回送到归属代理12b。该广告信号是以最大1Hz的频率广播的，且在作出判决之前允许3个连续的错误，(由此在注册成功之前可占用时间长达3秒)。
在上述情况下，当移动终端34处于本地代理12b时，IP地址不变，它用常态方式接收和发送分组。如果终端移动出此区域，而到达另一处于网络18b的外部代理12c所属的区域，移动单元34注册到网络18b，以获得CoA，CoA被报告到本地代理12b上。一旦注册发生，终端34就能够接收到分组，(或通过本地代理12b转发，或重定向以避免如上所述“长线连接”的发生)，仿佛它仍处于其自身的本地网络18a.
自移动终端发送分组比由这类终端接收分组更为直接，这是由于所的路由器都可以识别IP地址，因而不论当前服务于终端的是路由器12b还是12c，它都具备将呼叫发送到正确目标的能力。
GPRS利用类似于移动IP的机制，实际上是如图5所示的GSM电路交换机制的覆盖网络。它包括两个专用GPRS IP路由器50，51和IP骨干网52。服务GPRS支持节点(SGSN)50经由基站控制器23以与VMSC 24同样的连接方式被连接到移动单元21。服务GPRS支持节点50在其路由表中包含终端的身份，它是当终端注册到网络上时被***的。第二个节点，即网关GPRS支持节点(GGSN)51，包含SGSN的身份，来为终端21(由终端的IP地址识别)对来自其它分组数据网络(OPDN)的分组封装头部。它基本上完成类似上文所描述的移动IP的本地代理/外部代理路由器12a，12b，12c的功能。
图5也示出GSM蜂窝无线***与通用分组无线***(GPRS)的联系。在该***中对于发送到分组***50和发送到电路交换***24的消息分别给予不同的身份。来自VMSC24的信息通过移动应用部分(MAP)协议27被发送到本地位置寄存器26，以向HLR通知移动单元的位置。对于分组机制来说，任何位置变化都在SGSN50和GGSN51之间直接更新。
GPRS机制的引入为数据传输提供了无连接支持，仅在有数据要被传输时才分配资源。它也根据需要(在资源允许的条件下)提供可变带宽，最大可达76.8kbit/s。GPRS基本上是一个覆盖无连接网络，并基于因特网协议，它与GSM网络24，25，28共享基站和控制器22，23网络。它通过MAP协议27与GSM节点(VMSC24和HLR26)互连。节点VMSC 24和SGSN 50之间的选择性互连为两***间提供了一些公用性，优化可在两***中重复的功能，如位置更新和寻呼。GPRS建议不要求GPRS网络在网关GPRS(GGSN)51和HLR26之间具有连接，(它允许网络启动环境控制)。如果这类控制不被提供，当终端还没有进行GPRS注册时，到达GPRS网络的分组只是被丢弃。经由电路连接***4接收的面向连接的语音和数据利用标准的GSM功能24，25，28。经由分组数据网络52接收的无连接数据将利用GPRS功能。安全和移动过程在SGSN50和VMSC24中执行，任何所需的额外信息将通过进一步与HLR26交互来提供。
GPRS为文件和消息数据类型提供高效的传输机制，它只是通过在有需求时在空中接口分配资源。这样为迎合更多用户，或更持续地利用资源，并由此产生更多的收入在理论上提供了潜力。实际上，GSM操作者将两个子网络置于一个网络，即分组专用网络(GPRS)50，51，52和电路交换专用网络(传统的GSM)24，25，28，29，共享诸如基站网络22，23和本地寄存器26等资源。
在因特网上发送语音呼叫方面目前正在取得进展。这些工作之所以能得以进行主要归功于“保留协议”(RSVP)(RSVP用类似于电路交换呼叫所采用的方式保留资源)的引入。其它因特网协议也在“IP上的语音”呼叫中出现，如“RTP”协议。RTP协议对单个分组进行“时间标记”，以允许接收终端判断如果该分组在发送过程中被延迟的时间超过预定时间，就将其丢弃，由此使后续分组能够被更迅速地被处理。上述任何协议均可被用于对语音呼叫进行识别，但优先选择RSVP协议，因为IP路由器已经需要识别RSVP协议来保留资源。它们无需识别RTP协议，该协议仅在终端使用。(可以安排路由器识别这两种协议，作为检查以避免只发送RSVP协议而不发送RTP协议，并由此打破“不容忍延迟”与“不容忍故障”之间的平衡而造成的***滥用。)
基于分组的***固有地对于传输语音效率低下。当既可接入电路交换***(传输语音高效)又可接入分组交换***(传输数据高效)时，本发明使语音切换到电路交换***。
如图6和7所示，本发明提供了上述***的接口，以使这类语音呼叫在因特网和电路交换连接之间切换。图6示出了对根据本发明的图5所示***的改进，其中网关节点60被***到网关GPRS支持节点(GGSN)51，图7示出了如图6所示网关节点60的功能单元。节点60提供到桥61的接入，该桥处于分组数据网络50，51，52与蜂窝交换***24，28之间。对于传输到蜂窝用户20，21的分组数据呼叫，网关节点60标识保留资源请求(采用RSVP协议)，指明因特网上的类似语音的不容忍延迟型呼叫。如果该协议被网关节点60识别，该呼叫通过桥61被传送到网关移动交换中心(GMSC)28处以通过蜂窝语音网络28的固定部分传输，。如果是电路交换数据或因特网语音，HLR将被查询，并且该呼叫像通常的电路交换呼叫那样建立。该呼叫将被寻路由到VMSC24，然后到BSC23，BTS22，最后到达话机21。
头部协议将被保持用于以被在IP上传播语音(VolP)的移动数据话机21接收，如常规的对于分组交换消息那样。或者，本发明可允许***直接发送到通常的语音终端20。在此情况下，检测目标类型的网关节点60，被安排去除分组的头部(包括IP地址)(在用IP地址识别目标之后)，并在BSC23调用语音编码。由此，它可以将语音消息以能够被语音终端20处理的方式发送。
对于采用RSVP源于终端的数据呼叫，封装了RSVP协议的数据呼叫被产生。路由的控制可由终端21、基站23、或网关节点60来实现。
如果寻路由是由终端21实现的，终端21将该呼叫发送到BSC23上，就好象它是一个使用根据ITU标准E.164的该网关节点的点代码地址(目录号或相当项)，被发送到网关节点60的正常电路交换呼叫一样。BSC23将该呼叫作为正常的电路交换呼叫对VMSC24、同样还对GMSC28和网关节点60寻路由。网关节点60将这个点代码地址翻译成GGSN的IP地址。该分组接着被转发给GGSN51上。GGSN将这个被封装的IP头部移走以显露想要的IP目的地址。GGSN51接下来将这个分组发送到IP网络52中按正常方式进行寻路由和处理。GGSN/GN的关系被加入到GGSN的路由表中，以便当其他分组到达时转发它们。通过给定移动单元21给出的向何处发送该分组的决定后，则不需要再为BSC23、VMSC24、SGSN50和GGSN51增加功能。
或者，BSC23本身可被配置来识别RSVP协议，截取包含它们的分组并将其作为电路交换呼叫经由VMSC24而不是经由SGSN50向网关节点60寻路由。这允许标准的移动数据终端可以用来传送包含RSVP协议的分组，但要求在BSC层次上对网络基础设施进行修改。
在第三种可能的方案中，网关节点60被安排来截取通过分组网络(SGSN50)接收到的数据分组，并指示基站通过电路交换网络(24，28)转移任何来自于同一个源的后续分组。这在网关节点60中添加了附加功能(用于返回路径的功能也存在于其中)，也与标准的VolP终端和基站控制器兼容，但要求该网关节点对分组进行反编译以读取原始的地址数据。也应当注意到，网关节点60不能经由电路交换路径29、24、28、61来转移呼叫，直到至少一个分组已经经由分组交换路径50、51被传输完为止。
图7是详细地示出了网关节点60的各功能要素之间关系的示意图。所示出的该网关节点60包括了重定向从终端21经由SGSN50接收到的分组交换语音呼叫(如上所述)，以及来自于其他网络52的输入的装置。
象常规的基于处理器的技术一样，不同的功能要素可以被嵌入到通常计算机的软件中去。而且，在***的多于一个点处出现某些特定功能，没有必要嵌入到不同的物理器件中。
网关节点60能处理来往于分组数据网络52(图6)的已分组信号，并将它们适合地导向网关支持节点51，并由此经由分组交换***50，或者导向到移动交换中心28处。它也可以将来自于网关支持节点51和移动交换中心28的信号反馈到该分组数据网络52中去。
从分组数据网络52到达的分组信号从输入70进入到网关节点，并首先被头部识别器件71所检查。承载RSVP协议的分组被该头部识别器件71识别，后者控制寻路由器件72将任何具有这个协议的分组转移到输出73处。没有RSVP协议的分组被直接导向到输出74处，在那里它们被供给网关GPRS支持节点51以常规的GPRS方式向前传输。
寻路由到输出73处的分组接下来被地址监视器75所监视。该地址监视器75读取第一个分组的地址，并将头部用最近的GMSC28的点代码封装起来。该GMSC接下来象对正常的电路交换呼叫那样查询HLR26。初始分组中可能含有辨别终端设备能力的信息，用来识别该目的终端是语音终端20还是数据终端21。或者，地址监视器75可以利用HLR26中与目的地址(用户号码)相对应的设备标识(EIN)，从HLR26处检索这类信息。如果终端设备被地址监视器75确定为语音能力的应用在运行(如VolP)，或需要一电路交换的数据设置，该地址监视器75将该设置标为“数据的”且该设置象正常的GSM电路交换数据呼叫一样被安排。如果终端设备仅具有传统的GSM语音应用能力，则地址监视器75将该设置标为“话音的”，并且在传输前由头部删除单元77将头部信息删除。在这种情况下，分组接下来在BSC23处象正常的GSM话音呼叫一样进行话音编码。
对同一个地址的后续分组无需与HLR26进行进一步的交互。该地址被地址监视器75识别，这些分组经过已经建立的电路交换连接被传输，并根据需要保留或删除它们的头部信息。
图7中示出的网关60也可被配置来处理来自网关移动交换中心28处的输入分组。接收来自于GMSC的分组后，网关节点60在翻译单元76中将网关节点的点代码翻译成GGSN51上的形式，比将该地址放到头部。它对这些信息进行高速缓存，以便于更快地翻译。GGSN51接收分组，去掉封装的头部，识别出由终端发送的原始目的IP地址，并将它转发到IP网络上，据此进行寻路由操作。
如果一个分组被寻址定位于它到达时的同一个移动交换中心28服务的目的处，地址监视器件75a向第二路由选择器件78传送一条指令对该分组重寻路由回到该移动交换中心28处。如果这是第一个这样的分组，在第一个地址监视器75的指令下，要求生成一条到该目的处的电路交换连接，同时如果合适的话在头部删除单元77中将头部信息删除。地址监视器75a也可以使重定向单元79指示移动交换中心28建立一条从该分组到达的电路到该分组被指向的电路之间的直接连接。这可以避免特定连接上后续分组的“长线连接”，简而言之，就是从移动交换中心28寻路由到网关节点61，仅被返回到移动交换中心28。该重定向功能仅在地址监视器75a标识该目的终端为不需要删除头部信息时才被执行，由于需要这种删除的分组一定还要经由头部删除单元77。
本发明的操作现在将被详细地描述。首先被描述的是当在因特网上承载语音呼叫时使用的标准因特网协议头部。为减轻由于***的分组交换特性所带来的困难，两个协议被提供以用于因特网上的语音传输。首先提供了保留协议(RSVP)。它向分组交换网络指示应当为那个呼叫识别一路径，以使所有的分组都走同样的路径。典型地是仅给这些呼叫以优先级，而不是给它们以绝对的保留。然而，这并不能保证所有的分组将走同样的路径，并因此具有相似的延迟。其次是时间戳或“实时协议”(RTP)。其方案是如果任何给定的分组在一特定的有限时间框架内没有被传输，则它应该在终端处被丢弃。对于一个语音呼叫它是可以接受的，因为特定分组的丢失其重要性远远低于正常的数据呼叫中丢失数据分组的重要性，后一情况下如果数据不出现故障则所有的分组必须被接收。为保证适当质量的语音信号在特定的延迟限制内在分组网络上被传输，两种协议可以被同时使用。在当前的实施例中RSVP协议被使用。
图6所示的方案中，网关节点60读取通过另一个分组交换网络52接收的单独的输入分组，从中检查RSVP协议，并将这些分组寻路由至蜂窝网络电路交换边的一条电路交换连接上。如此呼叫中的第一个分组也可导致本地位置寄存器26识别该呼叫的目的地，并在网关MSC 28和用户21之间打开一条交换电路(包括无线信道30)。接着所有具有同样头部的后续分组在同一条电路上进行相似地寻路由，该电路一直保持着，直到该消息的末端被事先确定的“结束”协议或者在预定时间段内任何分组的丢失所识别出来为止。
如图8所示，当一个分组被从分组数据网络52处接收时(步骤80)，网关节点60首先读取信息的头部(步骤81)，并识别是否出现RSVP协议。如果未出现，该分组象常规的GSM/GPRS***中那样被传输到GPRS节点50(步骤83)。
如果相关的协议被识别出来，则该分组被寻路由至地址监视器75，后者读取头部中的地址信息(步骤84)。接下来转发该分组到移动交换中心28。接下来在网关节点60中指定其关联，以便任何到达那个地址的其他分组将被自动地交换到分配给该‘呼叫’的电路上。GMSC28处理该呼叫，就象它是一个电路交换的呼叫(数据或者话音)。
关于应用类型和终端能力的信息在初始分组中可以得到，且终端的特性信息被存储于HLR中。此处呼叫被归类成数据(无需改变头部信息，即用于运行VolP的终端)或者话音(头部信息将被删除且话音在BSC中被编码)。
一旦电路交换连接已经被建立起来(步骤86)，且目的设备序列号(ESN)从归属位置寄存器26中被调入(步骤87)，该目的ESN被存储。这允许对后续分组作出是否删除头部信息(步骤89)的判断(步骤88)，不需再参考本地寄存器26。对于发自于终端的分组，终端21可以根据RSVP协议的出现与否来确定该请求是电路交换的还是分组交换的机制。或者当RSVP协议被检测到时，基站控制器23可以被安排用于经由电路交换路径被定向的数据呼叫。图9描述了第三种可能性，当分组信息经由GMSC28从终端21处被接收时，它由网关节点60实现，这允许网关节点自身建立一条从终端21到该网关节点60之间的电路交换连接。这允许使用常规的终端和蜂窝基础设施。
当从SGSN 50处接收一分组(步骤91)，头部信息被头部识别单元71a读取(步骤92)，且最近的GGSN地址51被加入(翻译器76)。该分组接着被转发到GGSN51处，在那里删除它的GGSN地址，接着以正常方式传输该分组到正确的目的分组数据网络52(步骤94)。
然而，如果分组识别单元71a识别出有RSVP请求(步骤93)，它从IP头部中读取起始IP地址。利用此信息，它利用该IP源地址从HLR 26中检索源终端的MSISDN(目录号)的等同项，并将该地址封装到分组上。这使电路交换***的各部分23、24、28象正常电路交换的GSM呼叫一样来处理呼叫的建立(步骤95)。该起始分组接着以正常的方式经由GGSN51被转发，但后续分组从电路交换路径经过桥链路61到达，并且象图10中所叙述的那样被处理。
图10描述了从网关移动交换中心28处接收一个分组时网关节点60的功能。应该理解任何在此路径上接收的分组将形成不容忍延迟型电路交换消息的一部分。这些是将经由电路交换***和链路61寻路由的仅有类型的分组，这些消息响应消息的起始分组被转移(被刚才在图9中讨论的处理过程)，或经BSC 23或终端21。一旦分组已经经链路61接收(步骤101)，第二个地址监视器75a从分组头部信息中读取地址(步骤102)。如果该分组的目的地址当前没有由同一移动交换中心28(网关节点与该移动交换中心经桥61连接)提供，该分组只是传输到分组数据网络52(步骤104)。然而，如果同一移动交换中心28提供该地址，则该呼叫被寻路由回到移动交换中心28。对于由分组数据网络52接收到的分组，在继续传输该分组之前大量处理过程被执行。这些步骤与图8中的相同之处用同样的号码来引用。首先地址监视器75从本地位置寄存器26检索目的终端的序列号(步骤87)。如果该序列号与语音终端的序列号相对应(步骤88)，头部信息被头部删除单元77删除(步骤89)，并且该分组此后被传输到移动交换中心28(步骤90)用于继续传输到语音终端20。后续分组也要求头部信息被删除，并因此需要由步骤101、102、103、87、88、89的进程处理。或者可以使网关节点60适用于在来自HLR 26的指令下，使头部信息从所有到指定目的地的分组中删除。
如果设备序列号未被识别为属于语音终端20，网关节点通过移动应用部分27可指令GMSC28直接寻路由到目的移动单元21(步骤105)。这就使整个呼叫为电路交换的，避免了呼叫的“长线连接”(即桥链接61上信号的路由仅为节点60而重新在同一桥链接61上传输回去)。第一个分组此后被传输回移动交换中心28用以继续传输到数据终端21(步骤105，90)。然而后续分组不涉及网关节点60，因为移动交换中心28被指令直接将它们寻路由到目的终端(步骤105)。

Claims (12)

1、一种在终端(21)和分组交换网关(51)之间为不容忍故障的或不容忍延迟的呼叫类型选择路由的方法，使得进出分组交换网关(51)的不容忍故障型呼叫由分组交换***(50)寻路由，不容忍延迟型呼叫由电路交换***(24，28)寻路由，其中一种类型呼叫所专用的数据协议的存在与否被识别，且在网关(51)和终端(21)之间的路由相应地被选择。
2、根据权利要求1的方法，包括截取已分组的呼叫建立数据、识别上述的一种协议是否合并到基于分组的呼叫的步骤，并且如果它已经被合并，则将该呼叫从基于分组的***(50，52)切换到电路交换***(24，28)。
3、根据权利要求1或2的方法，其中如果被分组交换网关(51)通过电路交换***(24，28)接收到的分组向前传输到由同一个电路交换***所服务的另一个目的地时，该呼叫被重新定向到该目的地而不经过分组交换网关(52)，这样该呼叫始终都是电路交换的。
4、根据权利要求1或2的方法，其中网关(51)检测呼叫被传输到的目的终端(20，21)的类型，并且根据目的终端的类型选择协议在传输过程中保持的第一种操作模式或协议被删除的第二种模式。
5、根据权利要求1或2的方法，其中呼叫的目的地(21)从呼叫的第一个分组的地址头部中识别出来，在网关(51)和目的地(21)之间打开一交换电路(61，28，24，29，23)，且具有同样头部的后续分组接着以类似的方式在同一电路(61，28，24，29，23)上被寻路由，并保持到消息的结束。
6、一种在终端(21)和分组交换网关(51)之间为不容忍故障的和不容忍延迟的呼叫寻路由的设备(60)，使出入分组交换网关(51)的不容忍故障型呼叫由分组交换***(50)寻路由、不容忍延迟型呼叫由电路交换***(24，28)寻路由，该设备(60)包括用于识别包含于该呼叫数据分组中数据协议的存在与否的装置，和用于相应地在网关(51)和终端(21)之间为该呼叫选择路由的装置。
7、根据权利要求6中的设备，包括用于截取已分组的呼叫建立数据并识别上述的一种协议是否合并到基于分组的呼叫的装置(71)，和用于将合并有这样的协议的呼叫从基于分组的***(50)切换到电路交换***(24，28)的装置(72)。
8、一种包括根据权利要求6或7的寻路由设备的通信终端。
9、一种包括根据权利要求6或7的寻路由设备(60)的分组交换网关(51)。
10、根据权利要求9的分组交换网关(51)，其中该寻路由设备(60)还包括一装置(75a)，用于识别通过电路交换***(24，28)接收的其目的地为同一电路交换***(24，28)服务的其他目的地的分组；及包括一重新定向装置(78)，用于将这些分组传输到目的地而不经过分组交换网关(52)，这样该呼叫始终都是电路交换的。
11、根据权利要求9的分组交换网关(51)，还包括用于检测呼叫被传输到的目的终端(20，21)类型的装置(75)，和根据被检测的目的终端类型来选择协议在传输过程中被保持的第一种操作模式或协议被删除的第二种操作模式的装置(77)。
12、根据权利要求9的分组交换网关(51)，其中该寻路由设备(60)包括用于从呼叫的第一个分组的地址头部中识别呼叫的目的地的装置(71)；用于在网关(51)和目的地(21)之间打开一交换电路(61，28，24，29，23)的装置(72)；用于在消息传送过程中保持该电路的装置；和用于在同一条电路上对具有相同头部的后续分组寻路由的装置(71，72)。
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