CN100496040C - 增强通过网际协议传输语音中的语音通道的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种在通过网际协议传输语音中增强语音通道的方法和系统，包括综合访问设备(IAD，Integrated Access Device)，该设备接收来自用户设备的语音数据，移去RTP/UDP标头和IP标头信息，并产生AAL2 CPS信元。注册、管理和状态(RAS)服务器接收AAL2 CPS信元，移去AAL2信息并添加RTP/IP标头和IP标头，从而为进行因特网传输输出IP包。RAS服务器还可以接收IP包并将该IP包转换成将被传输到IAD的AAL2 CPS信元。RAS根据从IAD接收的标头数据执行转换，即响应IAD发送的标头数据被存储到查询表或从查询表移出的标头数据。因此，非对称数字用户环路(ADSL)可处理的呼叫数量增加了，其效率也得以提高。

Description

增强通过网际协议传输语音中的语音通道的系统和方法
技术领域
本发明涉及增强通过网际协议(IP)传输语音中的语音通道传输的系统和方法，并且更具体地，涉及一种提供有效的标头传输的方法以增加数据有效载荷传输的带宽。
背景技术
在电信规章调整迅速改变的通信市场中，因特网服务提供者能够通过为寻求更可靠和更经济的通信服务的客户提供增值的服务来投资正在增长的商机。网络基础结构的巨大增长和网际协议业务的相应增长导致了IP被用做利用语音和数据集中的新通信服务的平台。通过网际协议传输语音(VOIP)技术就是这样的一种通信服务。
现有技术中的语音和数据集中(即在一根铜线上载有语音和数据)已经使得现有的电话服务从适用于电路网络转为适用于分组网络的环境。更具体地，各个业界集团正在通过关于VOIP的协议和标准(例如，ITU-T H.323，IETF SIP，H.248，etc.)。结果，用户目前可使用现有的VOIP服务以通过来自个人计算机(PC)或以太网IP电话(例如北电的i2004电话，思科的7960电话)的因特网电话服务使用VOIP，该服务包括通过高速访问网络(例如，xDSL，电缆调制解调器或WLL)的高速因特网通信。
但是由于基础结构的限制，现有的语音和数据的集中为CLEC(竞争局域交换载波)和ILEC(上层局域交换载波)提供VOIP提供了有限的机会。例如，CLEC仅具有数据线，并且希望最好仅传输数据；而ILEC仅具有语音线并且由于附加数据线的高损耗而希望最好提供语音传输。并且，语音和数据集中要求管理用户在家庭或小型办公室/家庭办公室中使用的多条电话线路的基础结构。在现有技术中，在IAD(综合访问设备Integrated Access Device上管理这些多条线路，IAD是其中语音和数据集中的终端，从而使得用户同时具有数据和语音服务。
除了基础结构的要求，还缺少VOIP的标准化。例如，在2000年8月，DSL论坛通过了现有技术和协议以在AAL5中通过DSL传输语音(称为VoDSL)，即所知的TR-036，而异步传输模式(ATM)论坛还没有通过AF-VMOA-0145.000，其中使用AAL2。因此，现有技术中存在一个缺点，即没有通过与通过DSL的VOIP有关的AAL2标准。
图1说明了现有技术的为电话用户配置的通过ADSL(非对称数字用户线)网络访问因特网的VOIP系统1，该系统包括具有用户数据设备3a...3n和调制解调器5的家庭网络、具有数字用户线访问多路复用器(DSLAM)11和注册、管理与状态(RAS)服务器13的访问网络、以及包括因特网17和VOIP服务器19的骨干网。用户数据设备3a，...3n可以是PC、因特网电话、传统电话或它们的任意组合。ADSL调制解调器(即，ATU-R)5通过现有技术的外部接口(例如10BaseT以太网、USB、家庭PNA)接收来自用户设备3a的语音数据，并将该语音数据通过铜线9发送到DSLAM11。接着将语音数据通过STM-1连接15发送到RAS服务器13，并最终发送到因特网17。连接到因特网17的VOIP服务器19提供在接收用户和发送用户之间的现有技术的接口(例如网站)以用于将语音数据送到接收端的RAS 13、DSLAM11和调制解调器5。
如图1所示，在现有技术方法中，用户可以连接到因特网服务，这需要启动调制解调器5，依次试图连接到DSLAM 11。在因特网17上对具体站点(例如www.dialpad.com)进行寻找之后，用户使用通过PPP服务器的现有技术RAS 13连接到VOIP服务器19，该VOIP服务器19试图与用户消息的接收器联系以产生一个链接。一旦用户点击因特网网站上的“发送”按钮发送电话号码，VOIP服务器就根据用户提供的电话号码搜索数据库(即，目录)，并试图将用户链接到目的端。
图2示出了现有技术的VOIP协议栈(stack)，其中ITU-T H.323用做VOIP协议以通过IP网络发送语音。H.323/H.323网关形成在末端之间的通信的多媒体/语音标准，并能用于VOIP协议，以及用于覆盖(cover)多媒体。传输层始终包括RTP/UDP协议信息，并且网络层始终包括IP标头信息。
图3说明根据H.323呼叫程序所产生的电话呼叫。在阶段A，H.225.0用于呼叫建立，而阶段B、阶段C和阶段E使用H.245，并且阶段E还使用H.255.0。在阶段C中建立通信之后，在阶段D中产生信息流，该信息流包括媒体流和媒体流控制流。注意，阶段D不在H.245中。阶段D是用于数据处理的最繁重和最紧张的阶段，而其他阶段没有这么重的载荷。因为除阶段D之外的各个阶段执行的是单一功能(shot)，这些阶段不向ADSL链路加载如此重的载荷。希望RTP将被用做传送语音信号的协议。因此，使用RTP阶段的阶段D将向网络加载最重的载荷。
在现有技术的VOIP系统1中，根据提供服务的公司可以改变链路速度。现有技术的VOIP系统1增强了现有技术的已使用了大约100年的铜线的带宽，从4KHZ的带宽提高到8.1M/0.8Mbps(下行/上行)，这是现有链接速度可能的最快速度。当现有的ADSL系统1被用做对称(例如语音)数据传输时，数据传输率是384/384Kbps，768/768Kbps，并且根据距离有所不同。而数据服务要求比上载速度更大的下载速度，而语音转换的连续属性使得语音服务要求基本相同的下载和上载速度。因此，采用ADSL的现有的IAD所提供的语音服务的限制取决于上载速度，而上载速度低于下载速度。
图4说明了现有的H.323数据传输结构21。当VOIP采用现有的H.323协议时，语音信号被变换成具有IAD中的RTP/UDP/IP标头的数字信号。如图4所示，在先于20字节有效载荷29的每一信元(cell)中发送后面跟随8字节UDP标头25和12字节RTP标头27的20字节IP标头23。而且，由G.726-32语音编解码器发送语音信号，并且语音编解码器每5ms(20字节/5ms＝4000字节/1s＝32Kbps)产生20字节语音有效载荷，这样20字节语音有效载荷被插入到IP包中。因此，IP包具有60字节的大小。但是，在60字节包中仅有20字节有效载荷。因此，现有技术就在60个可能字节中仅有20字节，或仅33％被用于有效载荷这点上是低效的。
而且，如图4所示，需要两个AAL5信元31、37发送语音数据。例如第一个5字节ATM标头33后跟着48字节有效载荷35，并且接着第二个5字节ATM标头39后跟着12字节有效载荷41、填充段43和结尾段45。因此，现有技术AAL5信元存在一个缺点，即由于高的总开销要求使得数据有效载荷不能在一个包中传输。
图5说明了现有技术的VOIP方法。通过图4所示的信元发送语音包。例如，通过模拟线路2将电话3a连接到IAD 22。如上所述，通过ADSL链路将IAD22连接到DSLAM 11，并且还如上所述通过OC-3或STM-1线路6将DSLAM 11连接到RAS 13。RAS 13接着将IP包发送到因特网17。
在图5的现有技术的方法中，当在IAD 22为IP传输建立数据时，IP和RTP/UDP协议信息初始被放在每一AAL 5信元中。接着将AAL 5信元通过AAL 5从IAD 22传输到RAS 13。RAS 13移去AAL 5信息并将IP数据包发送到因特网17。在RAS 13接收该包之前移去链接和物理信息。因此，将IP标头和RTP/UDP标头从IAD 22发送到RAS 13的额外开销对于现有的AAL 5传输方法来说具有产生上述低效的缺点。因此，降低了上载速度，并且限制了总的运行速度，由于上面所指出的，为有效的语音通信，上载和下载速度必须基本相同。而且，较少的并存通道(例如，呼叫)可以保持适当的质量。
表1  示出了各种现有的编解码器(即，编码-解码器)格式的性能，其中低的MOS对应于低的通话质量。
 
编解码器 MOS 速率 有效载荷大小 所需信元 可用呼叫
G.711 4.3 64Kbps 40+40字节 2信元/5ms 5
G.726 3.7 32Kbps 20+40字节 2信元/5ms 5
G.728 4.0 16Kbps 10+40字节 2信元/5ms 5
G.729 3.8 8Kbps 10+40字节 2信元/10ms 10
G.723.1 3.5 6.3Kbps 20+40字节 2信元/30ms 30
AAL5现有技术实例的将信元加载到ADSL链路中的语音传输率大约为153.6Kbps(2信元/5ms＝400信元/1s＝400*48*8bps＝153.6Kbps)。因此，由于在上载速率上的800Kbps上限，所以只有IAD支持仅5个适当质量的同时呼叫(例如，MOS大于或等于4.0)。但是仅为语音服务计算该数据率。如果IAD也支持数据服务，则可用的同时呼叫数将降低得更多。当G.711-64用做编解码器并且帧间隔是5ms时，40字节的语音有效载荷由于总开销而导致80字节RTP包。因此，需要2个AAL5信元以便在AAL5上传送RTP包。
但是，现有技术具有各种缺点和问题。例如，因为上载速度的限制比下载速度的限制要多得多，所以由于数据传输的现有方法，存在上链路带宽的不足。而且，由于在每一发送到DSLAM 11的包中包含UDP标头、RTP标头和IP标头，所以VOIP数据传输是极其低效的(其程度为每一数据包有67％的总开销)，并且数据传输的AAL5模型传输数据要求多于一个包。因此，可以保持较少的同时呼叫，并且不能保证服务质量(QoS)。而且，现有技术使用的H.323协议(例如www.dialpad.com)是复杂的并且难于实施(例如，对于视频电话会议来说带宽太窄)，并且每一信元仅可以传送一个语音数据的有效载荷。
发明内容
本发明的一个目的在于克服现有技术中的问题和缺点。
本发明的一个目的是在固定ADSL链路中增加同时呼叫的数量，并且由此克服现有技术的各种问题和缺点。
本发明的再一目的是通过将数据包变换成在RAS和IAD之间传输的另一种格式来降低将包从IAD传输到RAS的时间损耗。
本发明的又一个目的还在于提供一种数据结构，该数据结构具有降低的总开销，每包能携带更多的数据使得需要较少的包，并能满足语音数据的连续发送的需要。
为了实现这些和其他目的，提供一种通过网际协议(IP)传输语音的系统，该系统包括：综合访问设备(IAD)，耦合到配置的用户设备以产生和接收来自所述用户设备的语音数据，所述IAD产生第一格式的语音数据输出，该第一格式将语音数据输出分成具有数据识别符而没有IP标头的多个数据单元；以及注册、管理和状态(RAS)服务器，耦合到所述IAD并被配置以将所述语音数据输出在第一格式和第二格式之间进行转换，第二格式将语音数据输出分成多个数据单元，每一所述数据单元具有IP标头，并且所述语音数据输出以所述第二格式被发送到网络。
此外，还提供了为在注册、管理和状态(RAS)服务器和综合访问设备之间传输语音数据而配置的ATM适应层2(AAL2)信元，该信元包括多个公共部分子层协议数据单元(CPS-PDU)。该AAL2信元，每一所述CPS-PDU包括位于紧邻CPS包的开始段，并且所述CPS包包括CPS包标头，该CPS包标头包括识别对应于用户设备的用户通道的通道识别符(CID)以及包括所述语音数据的CPS包有效载荷，其中RAS服务器根据至少一个所述CID将所述语音数据输出从第一格式转换成所述第二格式。
还提供一种通过网际协议(IP)传输语音数据的系统，该系统包括：综合访问设备(IAD)，耦合到多个用户设备，配置每一所述用户设备以产生语音数据，并通过模拟线路从至少一个所述用户设备接收所述语音数据，所述IAD产生第一格式的语音数据输出，该第一格式的语音数据输出包括具有多个协议数据单元(PDU)的ATM适应层2(AAL2)信元。在该系统中，每一所述PDU包括信元标头，信元标头包括虚拟通道识别符(VCI)和虚拟路径识别符(VPI)，以及多个公共部分子层(CPS)包，每一所述CPS包包括识别对应于所述用户设备之一的用户通道的通道识别符(CID)，以及包括所述语音数据的CPS包有效载荷，其中所述RAS服务器根据所述VCI和所述VPI和所述CID将所述语音数据输出从第一格式转换成所述第二格式。该系统还包括注册、管理和状态(RAS)服务器，该注册、管理和状态(RAS)服务器通过非对称数字用户环路(ADSL)耦合到所述IAD并且被配置以根据存储在所述RAS服务器的存储设备中的标头信息将所述语音数据输出在所述第一格式和所述第二格式之间转换，所述第二格式包括包含RTP标头信息的RTP/UDP/IP标头，其中根据所述RTP标头信息将所述第二格式转换成所述第一格式，其中所述第一命令信号和标头信息被从所述IAD发送到所述RAS服务器，第一命令信号指示所述RAS服务器在所述存储设备中存储所述标头信息，响应于结束决定，第二命令信号和标头信息从所述IAD被发送到所述RAS服务器，并且所述第二命令信号指令所述RAS服务器从所述存储设备中移去所述标头信息，其中所述存储设备包括只读存储器ROM或随机存取存储器(RAM)。而且，该系统包括：通过OC-3或STM-1线路耦合到所述RAS服务器的多路复用器，其中所述多路复用器还耦合到所述IAD并将与所述IAD相关的虚拟路径识别符(VPI)和虚拟通道识别符(VCI)多路复用到所述标头信息中；以及耦合到所述RAS服务器的网络，所述网络以所述第二格式接收并发送所述语音数据输出，其中所述RAS服务器将从所述网络接收的所述语音数据输出从所述第二格式转换成所述第一格式，并且第一用户和第二用户位于公共RAS服务器或不同的RAS服务器，并且位于所述公共RAS服务器的所述第一用户和所述第二用户位于公共IAD或不同IAD，并且在所述AAL2信元上插入两个语音包。
另外，提供一种通过网际协议上发送语音(VOIP)的方法，该方法包括：处理在综合访问设备(IAD)中的用户产生的请求信号；产生第一命令信号并将其发送到注册、管理和状态(RAS)服务器，传输在所述IAD中产生的AAL2信元上的语音数据，所述AAL2信元不包括RTP/UDP/IP标头，并且根据用户结束请求，产生第二命令信号并将其发送到所述RAS服务器。
还提供通过网际协议(IP)发送语音的另一种方法，该方法包括：接收在注册、管理和状态服务器(RAS)中的第一命令信号和标头数据；根据所述标头数据和所述第一命令信号，存储用于发送到存储器存储设备中的网络的标头信息；所述RAS服务器接收来自一设备的第一格式的语音数据，并在所述RAS服务器中将所述语音数据从所述第一格式转换成所述第二格式；并将所述第二数据格式的所述语音数据发送到所述网络。
还提供一种通过网际协议发送语音的方法，包括：在设备中产生具有第一格式的语音数据包；将所述语音数据包在转换器上从所述第一格式转换成第二格式，并根据数据包地址信息，将具有所述第二格式的所述数据包传输到网络，其中所述数据包包括根据用户产生的请求而产生的语音数据。
而且，提供一种通过网际协议发送语音数据(VOIP)的方法，该方法包括：在综合访问设备(IAD)中处理用户产生的请求信号，产生指令所述RAS服务器将标头数据存储在数据存储设备中的第一命令信号以及包括RTP/UDP/IP标头信息的标头数据，并将其发送到注册、管理和状态(RAS)服务器；并且在所述IAD中产生的AAL2信元上传输语音数据。在该方法中，AAL2信元包括信元标头，该信元标头包括虚拟通道识别符(VCI)和虚拟路径识别符(VPI)以及多个公共部分子层(CPS)包，每一所述CPS包包括识别对应于所述用户设备之一的用户通道的通道识别符(CID)的CPS包标头以及包括所述语音数据的CPS包有效载荷，其中所述RAS服务器根据所述VCI和所述VPI和所述CID将所述语音数据输出从所述第一格式转换到所述第二格式，所述AAL2信元不包括RTP/UDP/IP标头，其中在所述AAL2信元上传输语音数据有效载荷。
提供通过网际协议(IP)发送语音的另一种方法，该方法包括：在注册、管理和状态(RAS)服务器中接收包括RTP/UDP/IP标头信息的标头数据和第一命令信号；根据所述标头数据和所述第一命令信号在所述RAS服务器中的存储器存储设备中存储RTP/UDP/IP标头信息；所述RAS服务器接收来自第一设备的第一格式的语音发送，并在所述RAS服务器中将所述语音数据从所述第一格式转换成所述第二格式，并将所述第二数据格式的所述语音发送到网络。该方法还包括根据第二控制信号从所述存储器存储设备将所述RTP标头信息移去以结束所述方法，其中综合访问设备(IAD)将所述第一命令信号和所述第二命令信号发送到所述RAS服务器，其中所述转换步骤包括下面(a)和(b)之一，(a)接收包含不具有RTP/UDP/IP标头而具有CPS包标头的AAL2信元的所述第一格式的所述语音发送，CPS包标头包括对应于用户接口的通道识别符(CID)和对应于第一设备识别符的虚拟路径识别符(VPI)和虚拟通道识别符(VCI)；以及根据从所述第一格式中提取的所述VCI、VPI和CID通过插入来自所述存储器存储设备的所述RTP/UDP/IP标头形成作为IP标头的所述第二格式，其中所述第一设备包括综合访问设备(IAD)，以及(b)接收包括具有RTP/UDP标头的IP包的所述第二格式中的所述语音发送，并形成包括具有CPS包的AAL2信元的所述第一格式，通过剥离所述IP/UDP标头以提取RTP包来形成所述AAL2信元，将来自所述RTP/UDP/IP标头的信息与所述存储器存储设备中的信息相匹配以选择虚拟通道识别符(VCI)和虚拟路径识别符(VPI)和通道识别符(CID)，将所述VCI和VPI插入到一标头中并将所述CID插入到CPS包标头中，以及将所述语音有效载荷添加到所述CPS包，其中所述第一设备包括所述网络以及第二设备包括综合访问设备(IAD)。
还提供一种通信设备，包括：综合访问设备(IAD)，耦合到语音数据设备以及注册、管理和状态(RAS)服务器，其中所述IAD在所述语音数据设备和所述RAS之间以第一格式发送语音数据，第一格式包括ATM适应层2(AAL2)，ATM适应层2包括具有虚拟通道识别符(VCI)和虚拟路径识别符(VPI)的信元标头以及公共部分子层(CPS)包，包括具有通道识别符(CID)的CPS包标头和具有语音数据的CPS包有效载荷，并且其中以所述第一格式的所述语音数据不包括RTP/UDP/IP标头。
还提供一种操作综合访问设备(IAD)的方法，包括步骤：接收来自发送设备的表现为Tx/Rx通道决定的语音数据；根据所述Tx/Rx决定产生第一命令信号以指令注册、管理和状态(RAS)服务器为所述IAD和所述发送设备存储标头数据和识别符；并且根据所述第一命令信号将所述语音数据发送到所述RAS服务器。
提供一种注册、管理和状态(RAS)服务器，包括：存储器存储设备，根据第一命令信号存储标头数据，并根据第二命令信号移去所述标头数据；以及处理器，根据所述标头数据将语音数据在第一格式和第二格式之间进行转换，其中所述第一格式包括具有用于在所述RAS服务器和用户之间传输所述语音数据的多个协议数据单元的AAL2信元，并且所述第二格式包括用于通过IP传输所述语音数据的RTP/UDP/IP标头。
附图说明
所包括的附图提供了对本发明的优选实施例的进一步的理解，将附图合并进来并构成本说明书的一部分，附图说明了本发明的实施例以及描述用于解释附图的原理。
图1说明了访问因特网的现有技术的ADSL网络；
图2说明了现有技术的VOIP协议排列；
图3说明了现有技术H.323呼叫步骤；
图4说明了现有技术的数据包结构；
图5说明了现有技术的包括数据结构的数据传输结构和方法；
图6说明了根据本发明优选实施例的数据传输系统和方法；
图7说明了根据本发明优选实施例的AAL2信元的数据结构；
图8说明了根据本发明优选实施例的CPS包的数据结构；
图9说明了根据本发明优选实施例的在IAD中传输和接收数据包的方法；
图10(a)和10(b)说明了根据本发明优选实施例的在RAS中的接收和传输数据包的方法；
图11(a)和11(b)分别说明了根据本发明优选实施例的从传输的数据包中添加和移去标头信息的方法；
图12说明了本发明优选实施例的数据存储结构；
图13说明了在本发明的优选实施例和现有技术方法之间比较的在DS1信息通路(Trunk)中的AAL2语音通道数的模拟结果；以及
图14说明了在本发明的优选实施例和现有技术方法之间比较的在DS1信息通路中的AAL2静音抑制语音通道(silence suppressed voice channel)数的模拟结果。
具体实施方式
现在将对本发明的优选实施例，即附图中说明的例子进行详细的引证。在本发明中，术语具有说明书中提供的定义，并且不受说明书的限制。
本发明优选实施例包括为有效的数据传输而用于VOIP的新颖的方法，以及可以在第一格式(即，AAL2 CPS)和第二格式(即RTP/UDP/IP)之间转换语音数据的新颖的IAD和新颖的RAS。当在ADSL系统上发送本发明的优选方法时，AAL2的特性也是有效的，包括多路复用功能，使得几个短的CPS包可以多路复用成一个ATM信元以增加传输效率。
在本发明的优选实施例中，超过一个的用户输入(例如电话、PC电话和因特网电话)可以连接到每一IAD，并且超过一个的IAD可以连接到每一RAS。但是，每一IAD总是处理AAL2-CPS信元，并且根据语音数据的方向，该RAS标头在AAL2-CPS包格式和RTP格式之间转换。根据这种格式转换原理，可以在一个AAL2信元上装载几个有效载荷。
更具体地，本发明的优选实施例是固定的ADSL系统，该系统能够将语音包通过AAL2从IAD发送到RAS，而没有RTP/UDP和IP标头的额外开销，该语音包事先存储在RAS中。在从IAD到RAS的传输之前移去RTP/UDP和IP层以增加吞吐量以及在ADSL环路上的同时呼叫数，并且RAS依次将所存储的RTP/UDP和IP标头信息添加到用于因特网传输的作为IP包的所接收的语音包。几个短的CPS包被多路复用到一个ATM信元中。在本发明中，IAD产生用于RAS的AAL2-CPS包，RAS产生传递到网络上的RTP包，并且RAS产生用于IAD的AAL2-CPS包以接收来自网络的语音数据。
图6说明了根据本发明优选实施例的系统和方法。提供现有技术的电话3a和模拟线路2。但是，如图6所示，本发明优选实施例的IAD 8与现有技术的IAD22不同点在于其使用AAL2信元，并且存在从IAD 8到RAS 12的AAL2仿真(emulation)。对于通过ADSL环路4到DSLAM 10的发送来说，在IAD8中不产生RTP/UDP标头或IP标头。而且，当将包转换成IP包以通过因特网14进行传输时，直到该包到达RAS 12中时才将RTP/UDP和IP标头添加到该包中。因此，本发明的RAS 12不同于现有技术的RAS 13。
对于接收数据，图6中所示的本发明的优选实施例示出了RAS 12接收来自因特网14的数据包，其包括RTP/UDP标头和IP标头。接着从该数据包中移去RTP/UDP标头和IP标头，并且由RAS 12添加ATM(AAL2)信息。如下所述，RAS 12也可以包括数据查询表，该数据查询表相互参考各值以正确地添加和移去标头信息和ATM信息。因此，DSLAM 10和IAD 8接收来自RAS 12的数据包，该数据包不包括RTP/UDP标头信息和IP标头信息。
图7和8说明了根据本发明优选实施例的数据结构。图7说明了根据本发明优选实施例的数据包47。提供包括虚拟通道识别符(VCI)和虚拟路径识别符(VPI)的信元标头49，其后跟随着CPS-PDU 50，亦即CPS包，其包含开始段51，开始段51包括偏移段OSF、序列号SN和奇偶校验位P。放置开始段51作为每一CPS-PDU之间的间隔。CPS-PDU有效载荷包括数据有效载荷53和填充55。
图8说明了包括位于在CPS-PDU有效载荷53的开始处的CPS包标头
(CPS-PH)的CPS-PDU有效载荷53。还包括为有效载荷中的数据的识别对应于用户设备之一的用户通道的通道识别符CID57、识别CPS包的有效载荷长度的长度指示符59、提供在CPS包和特定服务集中子层(SSCS)之间的链路的用户至用户指示61、头错误控制63和CPS-INFO65。CPS-PH完全除去与将CPS-UDP传输到它的正确位置而无需RTP/UDP标头和IP标头信息有关的任何问题。因此，可以从如图6所说明的数据包中移去RTP/UDP标头和IP标头信息，并如下所述。
CID 57与用户设备有关，因此连接到IAD 8的每一不同的用户设备具有不同的CID 51。而且，在标头49中的VCI和VPI信息与IAD8有关，使得RAS 12可以在超过一个的IAD 8之间进行区分。因此，对于与图13所示的查询表(例如数据库)中的RTP标头相关的给定的语音数据包来说，RAS可以通过VCI、VPI和CID信息找到具体的IAD用户设备组合。
如图7所示，当使用AAL2时，可以使用开始段51的1-八位位组发送最大65-八位位组。而且，如图8所示的几个CPS包可以多路复用成一个CPS-PDU，并由开始段51分离。例如，如果使用G.726-32的语音编解码器，在该编码器中每5ms出现一20字节语音包，当使用AAL2发送该包时，仅需要包括3字节CPS包标头的23字节CPS包。而且，当使用上述多路复用特性时，可以将2个语音包插入到一个ATM信元中(23+23<47)。
对于本发明的优选实施例，图9-13说明了各种方法，如下将详细讨论。
图9说明了根据本发明优选实施例的操作IAD 8的方法。IAD 8输出图7-8中所示的数据结构到RAS 12，并接收和处理来自RAS 12的数据。尽管对单个用户PC电话或因特网连接描述了本方法，本发明并不限于此，并且在各种组合中可以包括多个这样的设备以及模拟电话等。
在第一步骤S1中，IAD 8检查用户的电话3a是否摘机。如果没有检测到摘机就重复第一步骤S1。但是，如果检测到摘机，第二步骤S2允许进行正常的VOIP程序，包括阶段A、B和C，如图3所示。
图3所示的第三步骤S3是阶段D的开始。但是阶段D不是以和现有技术基本相同的方式执行的。IAD 8确定是否已经存在Tx/Rx通道决定。如果没有这样的决定，则重复第二、第三步骤S2、S3直到产生发送或接收决定为止，在此时执行第四步骤S4如下所述。
如果在第三步骤S3中检测到Tx/Rx决定，接着在第四步骤S4中，IAD 8将Tx/Rx信息发送到RAS 12，指令RAS 12将包括含有通道数据(例如RTP/UDP和IP标头数据)的第一命令信号的标头数据和识别符存储到包括用来在RAS 12查询表中存储RTP/UDP和IP标头数据的一命令的RAS 12中。Tx/Rx通道信息可以包括第一命令信号、标头数据和识别符(例如，VPI/VCI/CID信息)。
在第五步骤S5，接着通过AAL2将语音有效载荷发送到RAS 12。继续第五步骤S5直到在第六步骤S6中检测到结束为止。第五步骤S5的结束对应于阶段D的结束，如图3所示。如上所述，本发明的方法与图3所示的现有技术方法是基本不同的。
一旦在第六步检测到结束，其为如图3所示阶段E的开始，则将第二命令信号发送到RAS 12，指令RAS 12移去根据在第四步骤S4中提供的第一命令信号存储在RAS 12中的RTP/UDP和IP标头信息。不管IAD 8是否发送或接收了数据，进行第七步骤S7以结束本发明方法。
尽管根据第二命令信号和标头信息RAS 12可以在第七步骤S7中移去标头，根据本发明的变型实施例RAS 12还能够在第七步骤S7中移去标头而不是标头信息。因为第二命令信号可以包括VPI/VCI/CID信息，所以这种变型实施例是可能的。
图10(a)-(b)说明了根据本发明的优选实施例操纵RAS 12的方法。RAS 12接收在图6-8中中所示的来自IAD 8的数据结构，并将其转换成IP包并将其传输到因特网14，以及接收和处理来自因特网14的数据，并发送数据到IAD 8。
在第一步骤S11中，RAS 12检查已经通过AAL2从IAD 8接收到第一命令信号以及RTP/UDP和IP标头信息。如果第一步骤S11指示了通过AAL2来自IAD 8的发送，则在第二步骤S12中，RAS 12从信元标头49中提取VCI和VPI并从CPS包53中提取CID。在第三步骤S13中，根据VPI、VCI和CID，RAS 12从IAD 8中省去RTP/UDP和IP标头数据。
在本发明的另一个变型实施例中，RAS 12能够在第三步骤S13中存储VPI/VCI/CID识别符信息及其相应的标头。因此，根据图9所示的第七步骤S7中的第二命令信号必须将标头和识别符二者都移去。
在第四步骤S14中，确定是否已经接收了AAL2信元或IP包。如果从IAD 8接收了AAL2发送，则在第五步骤S15中，根据在RAS 12中的数据库中包含的VPI、VCI和CID信息，RAS 12搜索对应于特定IAD和通信设备组合的RTP/UDP/IP标头。在第六步骤S16中，如果在数据库(即查询表)中没有找到根据VPI、VCI和CID进行检索的匹配，则在第七步骤S17中，RAS12将标头请求发送到IAD 8并结束该方法。
如果找到匹配，则接着在第八步骤S18中，RAS 12从数据库中将包括RTP/UDP信息和IP信息的RTP/UDP/IP标头添加到语音有效载荷中，并在第九步骤S19中将RTP包发送到网络作为IP包。第五至第九步骤S15-S19对应于为通过因特网RAS 12接收从用于传送的IAD 8发送的语音数据。IAD 8发送在图9中所示的并在上面更详细描述的语音数据。
在第十步骤S20中，如果从网络接收RTP包(即，IP包被RAS12转换成的RTP包)，RAS 12从IP包中移去IP标头和UDP标头以提取RTP包。在第十一步骤S21中，根据从网络接收的IP包所接收的RTP信息，RAS 12在RAS 12的数据库(即标头数据表)中搜索VCI、VPI和CID信息。在第十二步骤S22中，将RTP包变换成用于传送的AAL2CPS包，并将其传输到第十三步骤S23中的IAD 8。第十至十三步骤S10-S13对应于RAS 12从网络14接收语音数据并将该语音数据发送到IAD 8。如图9所示的并在上面更详细描述的，IAD处理所接收的数据。
在第十四步骤S24中，RAS 12确定是否已从IAD 8接收了包括用于移去在RAS 12中存储的标头数据的VPI、VCI和CID标头的第二命令信号。如果RAS 12已经接收了第二命令信号，则在第十五步骤S25，根据来自IAD 8的VPI、VCI和CID信息从RAS 12数据库中移去标头信息。在上面披露的本发明的变型实施例中，存储在RAS 12中的VPI/VCI/CID识别符信息是在图10(b)的第十五步骤中被移去的。第十五步骤S25对应于图3中所示的阶段E的开始。
图11(a)和11(b)分别说明了为传输至网络14和IAD 8准备数据包的方法。如图11(a)所示，在第一步骤S41中，RAS 12的数据库接收例如从IAD8输出的AAL2。在第二步骤S42中，数据库从AAL2数据包提取VPI、VCI和CID。在第三步骤S43中，根据来自提取的VPI、VCI和CID信息的指令，数据库在RTP/UDP/IP标头表中搜索RTP/UDP/IP标头。在第四步骤S44中，将在RTP/UDP/IP标头表中找到的RTP/UDP/IP标头添加到语音有效载荷中，接着其被作为IP包发送到网络。
图11(b)说明了准备将从网络14接收的IP包传送到IAD 8和用户的方法。在第一步骤S51中，从网络接收IP包，并且RAS 12接收该IP包作为RTP/UDP/IP包。在第二步骤S52中，RAS12根据来自网络的输入RTP包的RTP标头在数据库(即RTP/UDP/IP标头表)中寻找VPI、VCI和CID组合。接着，在第三步骤S53中将VPI、VCI信息插入到ATM标头，并将CID信息插入到CID包标头。在第四步骤S54中，从RTP包中移去RTP标头，并在第五步骤S55中，将语音有效载荷添加到在第三步骤中产生的AAL2-CPS包标头中以产生AAL2ATM信元。在第六步骤S56中，将语音数据输出给用户。
图12说明了根据本发明优选实施例的数据库的数据结构。从上述方法中可以看出，在IAD 8发送和接收的分离的行中提供了发送和接收数据。而且，为所有的VPI、VCI和CID信息提供RTP/UDP/IP标头，使得RTP/UDP/IP标头信息可以和数据库中给定区域中的相同，反之发送/接收信息和VPI、VCI以及CID信息可以变化。
图13和14说明了在上述现有的系统和本发明的优选实施例中执行的模拟之间的图形比较，以确定通道使用的效率。确定的编码解码器是G.726-32，并且发送媒体是DS1通路(总计1.544Mbps，除同步外数据速率是1.536Mbps)。
现有的DS1通路以每秒192千字节发送，其对应于4000信元。如果以5ms帧间隔发送一RTP包，则每5ms发送2个信元，其对应于每通道400信元。因此，仅在DS1通路中提供10个可用通道。而且，现有技术使用语音行为(activity)检测功能。但是，如果使用静音抑制的语音，效率可以加倍，使得在DS1通路中可获得20个可用通道。图13说明了在现有的DS1通路和本发明优选实施例的结果之间的比较。
当使用本发明优选实施例时，每5ms大约发送0.5信元，使得在DS1通路中可获得大约34个可用通道。而且，如果使用静音抑制的语音，则在DS1通路中大约可获得85个可用通路。图14示出了上述模拟结果的图形表示，作为与现有技术的比较。
本发明具有克服上面讨论的至少一个的现有技术的问题和缺点的多个优点。作为本发明优选实施例的一部分的功能，其优点在于加强了在ATM层中的信元利用。本发明的优选实施例还具有将ADSL系统中语音通路的带宽增加四倍(four-fold)的优点，并弥补了现有的基于ADSL的存取网络系统中的问题，包括上行带宽的短缺问题。
对本领域技术人员来说，在不背离本发明的实质或范围的前提下，对所描述的本发明的优选实施例能够产生多种改进和变型。因此，本发明试图覆盖与所附权利要求书的范围和其等价置换有关的本发明的所有的改进和变型。

Claims (24)

1.一种通过网际协议IP传输语音的系统，该系统包括：
综合访问设备IAD，耦合到配置的用户设备以接收来自所述用户设备的语音数据，所述IAD产生第一格式的语音数据输出，该第一格式将语音数据输出分成具有数据识别符而没有IP标头的多个数据单元；以及
注册、管理和状态RAS服务器，耦合到所述IAD并被配置以将被分成多个数据单元的所述语音数据输出在第一格式和第二格式之间进行转换，每一所述数据单元具有IP标头，并且所述语音数据输出以所述第二格式被发送到网络，
所述第一格式包括具有多个协议数据单元PDU的ATM适应层2AAL2信元，每一所述PDU包括：
信元标头，包括虚拟通道识别符VCI和虚拟路径识别符VPI；以及
多个公共部分子层CPS包，每一所述CPS包包括：
CPS包标头，包括识别对应于所述用户设备的用户通道的通道识别符CID，以及
CPS包有效载荷，包括所述语音数据，其中所述RAS服务器根据所述VCI和所述VPI和所述CID将所述语音数据从所述第一格式转换成所述第二格式。
2.如权利要求1的系统，还包括从所述IAD发送到所述RAS服务器的第一命令信号，其中所述第一命令信号指令所述RAS服务器在存储设备中存储所述IP标头信息，并且所述RAS服务器根据所述存储设备中的所述标头信息在所述第一格式和所述第二格式之间进行转换。
3.如权利要求2的系统，还包括响应于发送结束决定的、从所述IAD发送到所述RAS服务器的第二命令信号，其中所述第二命令信号指令所述RAS服务器从所述存储设备中移去所述IP标头信息。
4.如权利要求3的系统，其中所述IP标头信息还与所述第一命令信号和所述第二命令信号一起被发送。
5.如权利要求2的系统，其中所述存储设备位于所述RAS服务器中，并且包括静态存储器或动态存储器。
6.如权利要求5的系统，其中所述静态存储器包括只读存储器ROM设备，以及所述动态存储器包括随机存取存储器RAM设备。
7.如权利要求1的系统，其中在所述AAL2信元上至少可以插入两个语音包。
8.如权利要求1的系统，所述CPS包标头还包括：
长度指示符，识别所述CPS包的有效载荷的长度；
用户至用户指示，提供在所述CPS包和特殊服务集中子层SSCS之间的链接；以及
标头错误控制，其中所述PDU还包括位于每一所述CPS包之间的开始段中的偏移段、序列号和奇偶校验位。
9.如权利要求1的系统，其中所述第二格式包括RTP/IP标头，其包含RTP标头信息和IP标头，其中根据所述RTP标头信息将所述第二格式转换成所述第一格式。
10.如权利要求1的系统，还包括通过IP服务器耦合到所述网络的IP服务器上的语音，所述IP服务器用于将所述第二格式的所述语音数据从第一用户传递到第二用户。
11.如权利要求1的系统，还包括与所述用户设备一起安置的至少一个附加用户设备，所述用户设备和所述至少一个附加用户设备位于公共RAS服务器或不同的RAS服务器上。
12.如权利要求11的系统，其中位于所述公共RAS服务器的所述用户设备和所述至少一个的附加用户设备位于公共IAD或不同的IAD上。
13.如权利要求1的系统，还包括：
将所述用户设备耦合到所述IAD的模拟线路；
耦合在所述IAD和所述RAS服务器之间的多路复用器；以及
将所述多路复用器耦合到所述RAS服务器的OC-3或STM-1线路，其中所述多路复用器将与所述IAD有关的虚拟通道识别符VCI和虚拟路径识别符VPI多路复用成所述IP标头信息。
14.如权利要求1的系统，其中使用静音抑制的语音，并且在所述系统的发送媒体中可以获得85个可用通道。
15.一种通过网际协议IP传输语音数据的系统，包括：
综合访问设备IAD，其耦合到多个用户设备，配置所述用户设备的每一个以产生语音数据，通过模拟线路接收来自至少一个所述用户设备的所述语音数据，所述IAD产生包括具有多个协议数据单元PDU的ATM适应层2AAL2信元的第一格式的语音数据输出，每一所述PDU包括：
信元标头，其包括虚拟通道识别符VCI和虚拟路径识别符VPI；以及
多个公共部分子层CPS包，每一所述CPS包包括：
CPS包标头，其包括识别与所述用户设备之一对应的用户通道的通道识别符CID；以及
CPS包有效载荷，其包括所述语音数据，其中所述RAS服务器根据所述VCI和所述VPI和所述CID将所述语音数据输出从所述第一格式转换成所述第二格式，
注册、管理和状态RAS服务器，其通过非对称数字用户环路ADSL耦合到所述IAD，并被配置以根据存储在所述RAS服务器的存储设备中的特定标头信息将所述语音数据输出在所述第一格式和第二格式之间进行转换，所述第二格式包括其中包含RTP标头信息的RTP/UDP/IP标头，其中根据所述RTP标头信息将所述第二格式转换成所述第一格式，其中将第一命令信号和所述信元标头信息、RTP/UDP/IP标头信息、RTP标头信息和CPS标头信息从所述IAD发送到所述RAS服务器，所述第一命令信号指令所述RAS服务器将所述信元标头信息、RTP/UDP/IP标头信息、RTP标头信息和CPS标头信息存储在所述存储设备中，响应一结束决定将第二命令信号和所述VPI/VCI/CID标头信息从所述IAD发送到所述RAS服务器，并且所述第二命令信号指令所述RAS服务器从所述存储设备中移去所述信元标头信息、RTP/UDP/IP标头信息、RTP标头信息和CPS标头信息，其中所述存储设备包括只读存储器ROM或随机存取存储器RAM；
多路复用器，其通过OC-3或STM-1线路耦合到所述RAS服务器，其中所述多路复用器还耦合到所述IAD，并将与所述IAD有关的虚拟通道识别符VCI和虚拟路径识别符VPI多路复用成所述信元标头信息、RTP/UDP/IP标头信息、RTP标头信息和CPS标头信息；以及
骨干网，其耦合到所述RAS服务器，所述RAS服务器接收和发送以所述第二格式输出的所述语音数据，其中所述RAS服务器将从所述骨干网接收的所述语音数据输出从所述第二格式转换成所述第一格式，并且第一用户设备和第二用户设备位于公共RAS服务器或不同的RAS服务器上，并且当所述第一用户设备和所述第二用户设备位于所述公共RAS服务器时，所述第一用户设备和所述第二用户设备位于公共IAD或不同的IAD，并且将两个语音包插入到所述AAL2信元上。
16.如权利要求15的系统，所述CPS包标头还包括：
长度指示符，其识别所述CPS包的有效载荷的长度；
用户至用户指示，其提供在所述CPS包和特定服务集中子层SSCS之间的链路；以及
标头错误控制，其中所述CPS-PDU还包括一开始段，其包括位于在每一所述CPS包之间的开始段中的偏移段、序列号和奇偶检验位。
17.如权利要求15的系统，还包括位于所述骨干网中的在IP服务器上的语音，所述骨干网用于将以所述第二格式的所述语音数据输出从第一用户传送到第二用户。
18.一种通过网际协议发送语音数据VOIP的方法，包括：
(a)处理在综合访问设备IAD中的用户产生的请求信号；
(b)产生第一命令信号和标头数据，第一命令信号指令所述RAS服务器在数据存储设备中存储标头数据，标头数据包括RTP/UDP/IP标头信息，并且将第一命令信号和标头数据发送至注册、管理和状态RAS服务器；以及
(c)传送在所述IAD中产生的AAL2信元中的语音数据，所述AAL2信元包括：
信元标头，其包括虚拟通道识别符VCI和虚拟路径识别符VPI；以及
多个公共部分子层CPS包，每一所述CPS包包括，
CPS包标头，其包括识别对应于用户设备之一的用户通道的通道识别符CID，以及
CPS包有效载荷，其包括所述语音数据，其中所述RAS服务器根据所述VCI和所述VPI和所述CID将所述语音数据从第一格式转换成第二格式，所述AAL2信元不包括RTP/UDP/IP标头，其中在所述AAL2信元上传输语音数据有效载荷。
19.如权利要求18的方法，还包括：
所述RAS服务器接收来自网络的IP包，并从所述IP包中剥离IP标头和UDP标头以提取RTP包；
根据所述第一命令信号将来自所述RTP包的RTP信息与在所述RAS服务器中存储的信息进行匹配以选择对应于所述IAD的虚拟路径识别符VPI和虚拟通道识别符VCI，以及对应于用户接口的通道识别符CID，所述用户接口产生所述用户产生的请求信号；
通过使用所述VCI、VPI和CID产生所述AAL2信元以产生CPS包标头；
从所述RTP包中剥离所述RTP标头，并将所述语音数据添加到所述CPS包标头以产生所述AAL2信元；以及
所述IAD接收来自所述RAS服务器的所述AAL2信元，并将所述语音数据传输到所述用户接口。
20.如权利要求18的方法，还包括由所述RAS服务器将所述AAL2信元转换成IP包以进行因特网传输的转换，所述转换步骤包括：
从所述AAL2信元中剥离AAL2信元信息，并提取对应于所述IAD的虚拟路径识别符VPI和虚拟通道识别符VCI以及对应于用户接口的通道识别符CID；
根据所述提取的VPI、VCI和通道识别符选择RTP标头以产生RTP/UDP/IP标头；以及
将所述RTP/UDP/IP标头插入到所述剥离的AAL2信元以产生所述IP包。
21.一种通过网际协议IP发送语音数据的方法，包括：
(a)在注册、管理和状态RAS服务器中接收第一命令信号以及包括RTP/UDP/IP标头信息的标头数据；
(b)根据所述标头数据和所述第一命令信号，将RTP/UDP/IP标头信息存储在所述RAS服务器中的存储器存储设备中；
(c)所述RAS服务器接收来自第一设备的第一格式的语音数据，并在所述RAS服务器中将所述语音数据从所述第一格式转换成所述第二格式；
(d)发送所述第二格式的所述语音数据至第二设备；以及
(e)根据第二命令信号从所述存储器存储设备中移去所述RTP标头信息以结束所述方法，其中第一设备将所述第一命令信号和所述第二命令信号发送到所述RAS服务器，其中所述转换步骤包括下列之一：
(c1)接收所述第一格式的所述语音数据，所述第一格式包括不具有RTP/UDP/IP标头而具有CPS包标头的AAL2信元，CPS包标头包括对应于用户接口的通道识别符CID，以及对应于该第一设备识别符的虚拟通道识别符VCI和虚拟路径识别符VPI；并且通过根据从所述第一格式提取的所述VCI、VPI和CID插入来自所述存储器存储设备的所述RTP/UDP/IP标头形成所述第二格式作为IP标头，其中所述第一设备包括综合访问设备IAD，所述第二设备包括网络；以及
(c2)接收所述第一格式的所述语音数据，所述第一格式包括具有RTP/UDP标头的IP包，并形成所述第二格式，所述第二格式包括具有CPS包的AAL2信元，所述AAL2信元是通过下述步骤形成的：
剥离所述IP/UDP标头以提取RTP标头，
将来自所述RTP/UDP/IP标头的信息与所述存储器存储设备中的信息进行匹配以选择虚拟通道识别符VCI和虚拟路径识别符VPI以及通道识别符CID，
将所述VCI和VPI插入到ATM标头，并将所述CID插入到CPS包标头，以及
将所述语音数据有效载荷添加到所述CPS包，其中所述第一设备包括网络，所述第二设备包括综合访问设备IAD。
22.一种通信设备，包括综合访问设备IAD，耦合到语音数据设备以及注册、管理和状态RAS服务器，其中所述IAD在所述语音数据设备和所述RAS之间以第一格式发送语音数据，第一格式包括ATM适应层2AAL2，ATM适应层2包括具有虚拟通道识别符VCI和虚拟路径识别符VPI的信元标头以及公共部分子层CPS包，CPS包包括具有通道识别符CID的CPS包标头和具有语音数据的CPS包有效载荷，并且其中所述第一格式的所述语音数据不包括RTP/UDP/IP标头。
23.如权利要求22的IAD，其中所述RAS服务器将所述语音数据在所述第一格式和第二格式之间进行转换，第二格式包括具有RTP标头信息的所述RTP/UDP/IP标头，并且所述IAD和所述RAS服务器根据第一命令信号和第二命令信号进行操作。
24.一种注册、管理和状态RAS服务器，包括：
存储器存储设备，根据第一命令信号存储标头数据，并根据第二命令信号移去所述标头数据；以及
处理器，根据所述标头数据将语音数据在第一格式和第二格式之间进行转换，其中所述第一格式包括具有用于在所述RAS服务器和用户之间传输所述语音数据的多个协议数据单元的AAL2信元，并且所述第二格式包括用于通过IP传输所述语音数据的RTP/UDP/IP标头。
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