CN102100057A - 数字电信系统、用于管理此类系统的程序产品和方法 - Google Patents

Abstract

数字电信系统、管理此类系统中的通信网络的方法和用于管理数字通信系统中的音频传输的程序产品。软交换管理网络端点处的设备，例如会话发起协议（SIP）设备之间的通信并检测通信何时包括端点处的非人，例如音频系统。软交换选择用于语音设备之间的呼叫的对话式通信和具有用于与音频系统通信的较低开销的消息传送通信参数，所述音频系统例如为诸如语音邮件的消息传送系统。

Description

数字电信系统、用于管理此类系统的程序产品和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年7月17日提交的美国专利申请序号12/218,793的权益。2008年7月17日提交的美国专利申请序号12/218,793通过引用被结合就如同在此处被完全重写一样。

技术领域

本发明涉及降低数字电信系统和网络中的传输开销，更特别地，涉及减少基于因特网协议上语音（VoIP）的电信中的人机开销。

背景技术

现有技术水平的电信系统是数字的，并且常常使用基于因特网协议（IP）的通信。不同于具有连续模拟信号的模拟语音信道，IP通信系统对音频数据进行分段、将段编码并分组且以无连接传输在网络实体之间传输已编码IP分组。应记住人耳具有不超过20赫兹（20Hz）-20KHz的范围，并且典型的电信信道可能仅约为几百Hz，音频占据典型IP通信的非常小的一部分。由于用于信号避免混叠的最小采样率是最高信号频率分量的两倍，所以500Hz频率分量产生每秒1000个样本（例如，lKB字节，或者对于8比特样本而言8000比特）。如果每秒发送单个1K字节样本，则在接收端处至少有被进一步延长任何传输延迟的一秒（1s）等待时间。样本之间的延迟引起接收到的音频中的间隙，以及添加等待时间。因此，使用过大的分组和在传输中引起间隙的系统延迟（例如，使分组间距不一致）使接收端音频停止、不完整（fragmented）和/或突变（choppy），即，这是常常讨论的服务质量（QoS）问题。横渡大西洋的电视新闻报道提供这一点的常见示例。

因此，已经开发并发布了用于IP上语音（VoIP）通信的标准以保证典型的IP网络补偿传输延迟并解决QoS问题。这些标准选择用于音频段的足够小的尺寸以便编码为相对小的分组并选择以相对高的频率传输那些已编码小分组，使得解码和传输延迟是不显著的，或者至少是可容忍的。

G729是用于VoIP的一个此类标准音频数据压缩算法，其中，原始音频被分段成10毫秒段且每个段被压缩在IP分组中。RFC 3551定义用于具有8千比特/秒数据速率的G729编码/解码（编解码）的网络音频数据流。参见例如www.apps.ietf.org/rfc/rfc3551.html#sec-4.2。通常，使用G729编解码的VoIP设备被配置为默认具有50分组/秒的20字节/分组的有效负荷以实现此8千比特/秒数据速率（同前）。

实时传输协议（RTP）分组例如包括被IP网络用于识别和路由的报头。因此，无论分组大小如何，20还是1000字节，每个分组都具有固定的开销。由于分组报头在音频之外且不是其一部分且每个分组无论大小如何都包括相同大小的报头；所以较小的分组比较大的分组招致更高的开销。小的分组和高的传输频率要求更多的信道带宽和分组路由且去分割（de-segmentation）要求较高的处理能力，即更多的每秒机器指令（MIPS）。因此，VoIP通信要求相对高水平的系统资源。

诸如语音邮件的消息传送（messaging）系统是现代电信系统中的常见特征。通常，未答复的呼叫被路由到语音邮箱，在那里，以通告和/或语音记录器设备来问候呼叫者。虽然RFC 3551允许对诸如流式传输音频/视频、IP无线电、演讲（网研会）的非交互式应用（机器对机器或浏览器对浏览器）或对于具有严格带宽约束的链路而言接受较高的分组化延迟的放松的（relaxed）传输特性，但仍由例如流的源的发起设备来设置那些放松的传输特性。基于任何G7xx编解码的此类流使用非常大的RTP分组，并且可以在接收端处具有非常大的缓冲池（spooler）缓冲器，其可能缓冲（spool）几秒的媒体分组。

然而，现有技术水平的VoIP通信系统中的设备之间的正常VoIP电话通信几乎总是由人发起，例如某人从VoIP电话呼叫。VoIP电话选择用于语音呼叫的传输参数，即人到人。因此，这些人发起的呼叫消耗相同水平的资源，无论呼叫是在人之间还是与机器，例如语音邮件。然而，减少系统资源的总体消耗将允许一个人使用较低性能的系统来处理相同的容量，或针对该同一系统实现增加的系统容量。

因此，需要减少VoIP通信开销，使VoIP通信系统中的分组大小最优化，并使VoIP通信中的呼叫资源消耗最小化，尤其是对于人机VoIP通信而言。

发明内容

本发明的目的是减少VoIP通信开销； 

本发明的另一目的是使VoIP通信中的呼叫资源消耗最小化； 

本发明的仍另一目的是使人机VoIP通信中的VoIP通信分组大小最优化； 

本发明的仍另一目的是使人机VoIP通信中的VoIP通信分组对于减少的VoIP通信开销和最小化的呼叫资源消耗而言最优化。

本发明涉及数字电信系统、管理此类系统中的通信网络的方法和用于管理数字通信系统中的音频传输的程序产品。软交换（softswitch）管理网络端点处的设备、例如会话发起协议（SIP）设备之间的通信并检测通信何时包括端点处的非人、例如音频系统。软交换选择用于语音设备之间的呼叫的对话式通信和具有用于与音频系统通信的较低开销的消息传送通信参数，所述音频系统例如为诸如语音邮件的消息传送系统。

附图说明

参考附图，从本发明的优选实施例的以下详细说明将更好地理解前述及其它目的、方面和优点，在附图中： 

图1示出根据本发明的优选实施例的包括具有机器音频响应能力系统的能够进行数字呼叫的网络的因特网协议（IP）通信系统的示例； 

图2示出用于从端点到端点的呼叫、和例如语音邮件的人机通信的消息流的示例。

具体实施方式

现在转到附图，并且更特别地，图1示出根据本发明的优选实施例的包括具有音频系统104的能够进行数字呼叫的网络102（例如能够进行IP上语音（VoIP）通信）的因特网协议（IP）通信系统100的示例。该系统包括具有连接的数字电话设备（例如VoIP电话）和例如键盘或会话发起协议（SIP）电话的多媒体终端适配器（MTA）的端点（EP）106、108、110。由于网络设备定义EP，所以在本文中可互换地参照每个EP和EP处的（多个）设备。适当的代理服务器112向专用网络102提供路由器功能。例如现有技术水平的媒体网关的网关114例如将网络外部地连接到公共交换电话网/公共陆地移动网（PSTN/PLMN)。优选软交换116管理网络通信。

例如位于数据中心中的媒体网关控制器（MGC）的优选软交换 116管理到/来自键盘106、108、110相互之间、到/来自或通过网关114的呼叫，并管理与音频系统104的通信。音频系统104可以是具有音频响应能力的系统，例如用于通告和/或语音邮件（在下文中为了讨论的简化起见为语音邮件系统）。特别地，优选软交换116检测网络通信系统是用于实时人到人通信的对话式（conversational），诸如与数字电话设备106、108、110/数字电话设备106、108、110之间的呼叫；还是网络通信是一侧是机器（例如，语音邮件系统104）的消息传送。优选地，语音邮件系统104提供根据本发明的优选实施例的用于连接的传输特性（对话式或消息传送）以减少通信中的总开销。可选地，如果语音邮件系统104不包括用于指示消息传送传输特性的能力，则在检测到语音邮件系统104在通信的一侧且呼叫是人机呼叫时，软交换116基于该检测来选择适当的消息传送传输特性。

优选地，诸如网关114、语音邮件服务器104和通告机器（未示出）的任何提供网络的设备能够进行标准可用的G7xx编解码，例如GSM、G.723、G.729、G.711。此外，数字电话设备106、108、110可以是还具有此类标准编解码能力并被配置用于实时的对话式通信的基于复杂处理器的VoIP设备。然而，数字电话设备106、108、110可以是具有那些可用对话式编解码的子集的能力的消费者或用户设备。因此，该能力可能针对编解码选择而限制网络以使带宽使用最优化。

由于对话式通信在具有语音邮件系统104的情况下是不必要的（即，不间断、不停止（不突变）、无延迟的人到人对话的舒适感是不必要的），所以优选软交换116用信号通知用于与语音邮件系统104通信的消息传送传输特性。具体而言，优选软交换116选择消息传送传输特性以使开销最小化。特别地，根据本发明的优选实施例，优选软交换116选择具有较大分组大小和/或较低传输频率的消息传送传输特性以用于人机通信。可选地，优选软交换116还降低用于此类人机通信的分组优先级。

可选地，优选系统100可以通过在将音频解码并播放之前将输入分组缓冲到接收器处的缓冲器或本地存储器（例如110处的118）中来补偿传输抖动。虽然此缓冲可能本身引起重放中的附加延迟（例如，传输和缓冲延迟），有效地使通信延迟，但该延迟是可接受、可容忍、甚至可以是不显著的。被延迟的音频对于相互之间也具有直接可见接触的两个通信伙伴而言是最值得注意和无法忍受的。然而，已经发现对于以一定距离通信且不能彼此看到的两个伙伴而言，达到200ms的延迟是可容忍的。因此，关于传输和缓冲延迟，分组传输速率（每秒分组的数目）、分组大小、和接收机的缓冲池缓冲器大小被参数化并配置为用于最小音频延迟，并且更特别地，不超过200ms的音频延迟。

在例如具有所选用户数据报协议（UDP）传输的典型现有技术水平的IP网络中，有效负荷分组以实时传输协议（RTP）传输。RTP开销包括20字节的IP路由信息、8字节的UDP标识符和12字节的RTP描述。因此，RTP要求每分组40字节（Bpp）的传输报头来传输20字节的G729有效负荷。因此，将G729编解码用于系统端点处的数字电话设备106、108、110之间的对话式通信，效率是20Bpp（净）/ 60Bpp（毛）＝33%。相反，在不需要对话式通信的情况下，软交换116可以例如用信号通知以每个分组500字节的人机（h/m）消息传送传输和以每秒2个分组（500ms的时段）的传输速率。对于人机消息传送而言该效率猛增至93%，即500Bpp(h/m净)/(500Bpp + 40Bpp) = 500/540 = 93%。总效率增加60%、93%比33%。应注意的是以上分组大小和传输速率、以及对话式和消息传送编解码、传输特性和协议仅仅是为了示例而指出的且并不意图作为限制。

参考图1，图2示出根据本发明的优选实施例的用于从端点“A”110到端点“B”108的呼叫、随后伴随有人机通信（例如，语音邮件）的消息流120的示例。在正常的双向通信中，通信的两侧交换各自的会话描述协议（SDP）参数，例如在一个或多个SIP消息中。参见例如RFC4566“SDP：Session Description Protocol”www.apps.ietf.org/rfc/rfc4566.html。在任何通信的情况下，发起/传输设备选择一个或多个编解码器。该选择被包括在从设备发起的指示该设备支持一个/多个编解码器的SDP（在本示例中为SDP-A和SDP-B）中。接收设备、或通信伙伴指示其能够编码/解码哪些支持的编解码器。

因此，在本示例的实时通信部分中，端点“A”110通过向软交换116发送122 邀请（INVITE）消息来发起呼叫。邀请消息包括SDP-A信息，该SDP-A信息描述用于实时的语音到语音/人到人对话式通信的流媒体初始化参数，例如指示G729编解码器。软交换116将邀请消息转送124到被呼叫的端点“B”108。被呼叫的端点“B”108用还包括SDP-B信息的200 确认（OK）消息对软交换116进行响应126。SDP-B信息还指示用于正常对话式连接的G729编解码器。软交换116将200 确认消息转送128到呼叫端点“A”110，在该点处，端点108、110进入正常谈话状态130。在正常谈话状态130中，端点108、110例如以20Bpp的RTP使用G729编解码器来交换分组132。

然而，在本示例中，在一段时间的对话（谈话）130之后，端点“B”108处的被叫用户决定将对话的其余部分传输到语音邮件（VM）。例如，秘书/接待人员回答126并答复“Bond先生不在。您是否需要他的语音邮件？” 传输在被呼叫端点“B”108向软交换116发送参考消息134时开始，引导呼叫者查阅语音邮件。然后，软交换116将邀请消息转送136至语音邮件系统104并用202 & 再见（BYE）消息来终止138到被呼叫端点“B”108的连接。136处的邀请消息仍包括用于对话式通信的SDP-A信息。响应于邀请消息，语音邮件系统104 将200 确认消息发送140到软交换116，在本示例中包括SDP, VM信息。“,VM”是呼叫的性质从对话式变成消息传送的信号。可替换地，软交换116可以意识到端点104是语音邮件系统，并且因此，呼叫从对话式变成消息传送。在此替换示例中，来自语音邮件系统104的200 确认消息140可以省略“,VM”信号。

SDP,VM信息包括用于不要求对话式通信和QoS的人机连接的消息传送传输特性的指示。该消息传送传输特性将消息传送参数指定为选择用于语音邮件消息传送，例如用于比对话式通信少的带宽的较大的分组大小和较低的传输速率。软交换116将重新邀请（re-INVITE）消息转送142到呼叫端点“A”110。如果端点104省略了“,VM”信号，则软交换116插入该信号，并且总之，软交换 116转送142包括指示消息传送传输特性的SDP,VM信息的重新邀请消息。呼叫端点“A”110用包括SDP-A信息的200 确认消息对软交换116进行响应144，还指示用于人机连接的消息传送传输特性。

在接收到144 200 确认消息时，软交换 116开放呼叫端点“A”110与语音邮件系统104之间的已修改谈话状态146。在已修改谈话状态146下，呼叫端点“A”110和语音邮件系统104以更高效、较大的分组大小和较不频繁的传输速率来交换消息传送分组148，例如以500Bpp的RTP。因此，如上文针对本示例所述的，对话式人到人通信保持33%的效率；在人机消息传送通信选择应用于两个末端104、110的较大分组和较高h/m传输速率的情况下，对于语音邮件通信而言效率是93%。

有利地，本发明提供用于人和机器之间的通信的更高效的资源消耗。不同于无论端点通信如何都具有固定媒体传输参数（例如，分组大小和传输速率）的当前VoIP系统，本发明选择针对端点的通信需求和能力裁剪的媒体分组大小。要求较高QoS的连接（人到人连接）具有较高性能的传输参数；具有不那么苛求（demanding）的要求的连接（人机连接）具有更放松的传输参数。通过以呼叫处理信号用信号通知来实现此改善，所述呼叫处理信号向软交换指示连接是默认（人到人）连接还是不那么苛求（人机（例如，用于通告、语音邮件和/或应答机器））。替换地，软交换可以在检测到机器在连接的至少一侧处之后添加传输参数和信息。软交换可以基于接收到的信号或关于通信伙伴的管理数据来进行检测。系统端点将编解码器数据传输重配置为适合于特定情况。这有意于任何人机连接中的两个端点，即，人所使用的电话和语音邮件机器。

虽然已根据优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应认识到在所附权利要求的精神和范围内可以对本发明实施修改。意图在与所有此类变更和修改落在所附权利要求的范围内。因此，应将示例和附图视为说明性而不是限制性的。

Claims (10)

1.一种数字电信系统100，包括： 

每个在多个通信网络端点中的一个处的一个或多个语音通信设备106，108，110； 

在所述多个通信网络端点中的一个处的音频系统104；以及 

软交换116，所述软交换116管理所述多个通信网络端点处的设备之间的通信、具有被选择用于与语音通信设备106，108，110的呼叫的第一开销的对话式通信参数、以及具有被选择用于与所述音频系统104通信的比所述第一开销低的第二开销的消息传送通信参数。

2.如权利要求1所述的数字电信系统100，其中，所述数字电信系统100是因特网协议上语音（VoIP）系统，所述音频系统104是消息传送系统，所述语音通信设备106，108，110是VoIP通信设备，以及 

针对对话式通信132选择第一分组大小和第一传输速率，并针对与所述消息传送系统104的消息传送通信148选择第二分组大小和第二传输速率，所述第二分组大小大于第一分组大小且所述第二传输速率低于第一传输速率。

3.如权利要求1所述的数字电信系统100，其中，所述数字电信系统100是因特网协议上语音（VoIP）系统，所述音频系统104是消息传送系统，所述语音通信设备106，108，110是VoIP通信设备，并且所述软交换116选择性地识别语音通信设备106，108，110处的通信是否是与所述消息传送系统104进行的，并响应于识别所述消息传送系统104在连接146，148的一端处选择所述消息传送通信参数142。

4.如权利要求1所述的数字电信系统100，其中，所述语音通信设备106，108，110是会话发起协议（SIP）设备且所述音频系统104是SIP语音邮件设备，所述软交换根据来自SIP设备104，106，108，110的SIP消息来确定所述SIP语音邮件设备104是否对来自SIP电话106，108，110的邀请消息122，136进行响应140， 

每当所述SIP语音邮件设备104进行响应时，向所述SIP电话106，108，110发送具有消息传送会话描述协议（SDP）参数的SIP重新邀请消息142。

5.一种管理通信网络100的方法120，所述方法包括步骤： 

a）用信号通知从多个网络端点106，108，110的第一网络端点110到被连接到所述多个网络端点106，108，110中的另一个的数字通信设备108的呼叫122，124； 

b）确定对来自响应网络端点108，104的所述用信号通知的呼叫的响应126，128，140，142是否来自音频系统104； 

c）响应于所述确定选择用于所述第一网络端点110与所述响应网络端点108，104之间的通信132，148的通信参数126，128，140，142，144；以及 

d）开放所述第一网络端点110与所述响应网络端点108，104之间的谈话状态130，146，所述第一网络端点110与所述响应网络端点108，104之间的通信响应于所述选择的通信参数通过所述网络132，148传输。

6.如权利要求5所述的管理通信系统100的方法120，其中，通信系统100是因特网协议上语音（VoIP）系统，所述音频系统104是消息传送系统且选择通信参数的步骤（c）包括当语音通信设备108在所述响应网络端点处时选择具有用于呼叫的第一开销的对话式通信参数，并当所述消息传送系统104在所述响应网络端点处时选择具有比所述第一开销低的第二开销的消息传送通信参数。

7.如权利要求6所述的管理通信系统100的方法120，其中 

所述对话式通信参数指示用于对话式呼叫的第一分组大小和第一传输速率，所述消息传送通信参数指示用于与所述消息传送系统消息传送通信的第二分组大小和第二传输速率，所述第二分组大小大于所述第一分组大小且所述第二传输速率低于所述第一传输速率； 

用信号通知包括发送会话发起协议（SIP）消息，软交换116响应于来自端点104，106，108，110的SIP消息在步骤（b）中进行确定并且在步骤（c）中每当所述消息传送系统104在所述响应网络端点处时向所述第一网络端点110发送具有消息传送会话描述协议（SDP）参数的SIP重新邀请消息142；并且对于至少一个网络端点106，108，110而言， 

步骤（d）还包括将传输的通信148缓冲在所述第一网络端点处的VoIP通信设备110中的存储器中，在所述VoIP通信设备110处播放被缓冲的所述通信。

8.一种用于管理120数字通信系统100中的音频传输的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括具有存储在其上的计算机可读程序代码的计算机可用介质，所述计算机可读程序代码包括： 

计算机可读程序代码装置，所述计算机可读程序代码装置用于从网络端点104，106，108，110接收116会话发起协议（SIP）消息122； 

计算机可读程序代码装置116，所述计算机可读程序代码装置116用于向所述网络端点104，106，108，110转送SIP消息124，136； 

计算机可读程序代码装置，所述计算机可读程序代码装置用于确定116接收到的所述SIP消息是否是对转送的SIP消息124，136的响应126，128，140，142和所述响应140是否源自于网络端点处的音频系统104； 

计算机可读程序代码装置116，所述计算机可读程序代码装置116用于响应于所述确定选择用于通信端点的通信参数、当语音通信设备106，108，110在所述响应网络端点处时具有第一开销的对话式通信参数、以及当所述音频系统104在所述响应网络端点处时选择具有低于所述第一开销的第二开销的消息传送通信参数；以及 

计算机可读程序代码装置，所述计算机可读程序代码装置用于开放所述通信端点110，108，104之间的谈话状态130，146，所述通信端点之间的通信响应于所述选择的通信参数通过所述网络100传输132，148。

9.如权利要求8所述的计算机程序产品，其中，所述音频系统104是消息传送系统，所述对话式通信参数指示用于对话式通信的第一分组大小和第一传输速率，并且所述消息传送通信参数指示用于与所述音频系统104消息传送通信的第二分组大小和第二传输速率，所述第二分组大小大于所述第一分组大小且所述第二传输速率慢于所述第一传输速率；以及 

用于选择通信参数的所述计算机可读程序代码装置包括用于响应于确定所述响应源自于消息传送系统而发送具有消息传送会话描述协议（SDP）参数的重新邀请SIP消息142的计算机可读程序代码装置。

10.如权利要求9所述的计算机程序产品，其中，用于选择通信参数的所述计算机可读程序代码装置包括对于与所述响应网络端点处的所述音频系统104的通信选择比对于与所述响应网络端点处的语音通信设备106，108，110的通信低的优先级的计算机可读程序代码装置116；以及 

用于开放谈话状态132，148的所述计算机可读程序代码装置包括用于具有实时传输协议（RTP）有效负荷分组的用户数据报协议（UDP）传输的计算机可读程序代码装置。

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