CN100539532C - 千兆比特以太网无源光网络中实现语音互通的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种千兆比特以太网无源光网络中实现语音互通的方法和装置，通过在一个局端内部增加一块可以实现媒体代理功能的VOIP盘，可以实现OLT内部用户的语音互通。本发明的VOIP盘代替一个媒体代理平台，具有开发周期短而且成本低的优点。

Description

千兆比特以太网无源光网络中实现语音互通的方法和装置

技术领域

本发明属于光纤通信领域，尤其涉及一种在基于千兆以太网的无源光网络(EPON)系统内实现语音互通的方法和装置。

背景技术

一套典型的EPON系统由光线路终端(OLT)、无源光分路器/耦合器(ODN)和光网络单元(ONU)组成，采用树形拓扑结构，如图1所示。EPON使用波分复用(WDM)技术，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长。OLT(Optical Line Terminal)放置在中心局端CO，可以是一个L2交换机或者L3路由器。它分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧。一般ONU下行方向连接综合接入设备(IAD)，目前EPON中ONU下挂IAD设备的方式有两种：一是ONU内置IAD板；一是ONU外挂IAD板。IAD主要是把语音模拟信号转换成IP包，以IP包的形式在PON内传送或者把EPON中传输的语音IP包还原成模拟信号传送到用户电话，最终实现EPON中的语音业务。IAD可以采用H.248，MGCP，SIP和H.323协议实现IP话音。

基于以太网的无源光网络(EPON)是一个点到多点的光接入网，具有很高的性价比，能够为终端用户提供可靠的数据、话音和视频业务，并能够提供高达1Gbit/s的上下行带宽，这一带宽能够适应现在及将来10年内用户对带宽的需求。EPON采用复用技术，支持更多的用户，每个用户可以享受到更大的带宽。由于电信运营商要求EPON系统内部不同用户之间数据业务互相隔离，这样更便于用户的管理和维护；同一个OLT下的用户由于PON的点到多点结构决定了用户直接点对点的数据相互隔离，所有EPON ONU下挂IAD设备语音流无法直接互通。所以需要外置媒体服务器或在三层协议上实现语音流互通。但是在不同的PON下就不会存在这样的问题。

总而言之，同一个OLT下用户间语音相互隔离。本发明用来解决语音的二层隔离的问题。

EPON可以实现点对多点的光纤拓朴结构，当用户连接到特定分配光纤，它们共享光纤配送网络(OpticalDistributionNetwork，ODN)，藉由骨干光纤回到电信机房局端。EPON不仅可以实现数据的传输还可以实现语音和图象的传输。基于IP/ATM的分组网络的语音实现方式中目前比较热门的就是VOIP技术。VOIP现在最大的优势就是能广泛地采用INTERNET和全球IP互连的环境。提供比传统业务更多更好的服务。不论在EPON里语音以何种协议实现，它们都有一个共同点：呼叫控制和承载控制分离。呼叫控制包括呼叫链路的拆建和各种呼叫流程的处理。MGC平台只负责呼叫控制信令的处理，并不负责承载控制也就是语音流的通路的建立以及传送。所以用户和MGC平台之间只需建立控制信道专门传送控制信令。按照国际标准协议，在呼叫链路建立成功后，双方从呼叫控制信令中获取对方联系地址和传输端口。语音流根据对方的地址和端口直接建立语音流通道进行点对点的传送，它不必经过MGC平台或者其他的第三方。以MGCP协议为例，如图2所示；以上的语音流程如果在EPON中实现的话，就要根据具体的环境来分析。由前面的介绍可以知道，如果用户在不同的OLT下，语音包被打包成IP包在IP网络上直接传送到对方，实现语音功能。应电信运营商要求在同一个OLT中数据相互隔离，自然无法点对点的传输，语音流也是如此。

对于解决OLT下语音隔离的问题，普遍的方法是创建通话的第三方进行语音流的转发，我们称之为媒体代理。媒体代理往往附属在MGC平台上。语音流不是直接传送到对方而是由媒体代理负责转发。这种方法可以解决同一个OLT下语音包传送的问题。语音流首先送到媒体代理，媒体代理根据收到的包来确定语音包的目的地址，并进行转发，如图3所示；

基于成本和使用率的考虑，往往几个局端会共用一个媒体代理，这样在技术上可以解决二层隔离的问题，前期投资小。但这也造成环境复杂且对应的是多个局端所以技术上实现难度大，开发周期长，成本高。在这样环境下，一个PON内的电话，语音流通常不止是出了局端再绕回来而是会出一个城市再转发回来，相当于打了一个长途。IP网络又是面向无连接的，不承担包的转发一定成功，语音质量和安全系数当然得不到保证。在业务量达到高峰的时候，语音流由于其具有最高优先级和要求小的延时和抖动势必会占用大量的上联带宽资源，那么数据业务的丢包率不可避免的增加，甚至很有可能造成主干网络的瘫痪。为了避免这种情况的发生，把媒体代理下放到每个局端也不失为一个好的办法。可是首先在成本上，运营商就不会接受。其次媒体代理下放到地方，使用率上也不划算，为了一小部分的内部语音业务增加一个代理，资源比较浪费。如何解决这两者间的矛盾就是本发明的出发点。本发明要在PON系统内部解决媒体代理的问题，即在OLT上增加媒体代理的功能，PON内互通的语音业务流不出OLT设备上联口，直接由OLT上的媒体代理功能环回，从而不需增加网络流量，占用网络资源。

发明内容

本发明目的在于提供一种千兆比特以太网无源光网络中实现语音互通的方法和装置。

其特征在于：在一个局端内部增加一块能够实现媒体代理功能的VOIP盘；光线路终端OLT内部用户定期向VOIP盘注册，告知地址和端口号信息，VOIP盘维护一张OLT内部用户地址表，用来判断语音流是否需要OLT内环回；当OLT内用户通过综合接入设备IAD发起语音呼叫时，首先要将目的地址和端口号报告给VOIP盘；VOIP盘在自己的地址表里查询目的地址是否和源地址在同一个OLT内，如果是的话则回应OK，建立一条OLT内通路到目的方；VOIP盘根据要求拆除的链路的端口信息的消息在拆除一方的语音通路的同时也拆除另一方的通道。

附图说明

图1表示现有的EPON结构的示意图；

图2表示现有的以MGCP协议建立链路的示意图；

图3表示现有的媒体代理的转发示意图；

图4表示根据本发明的私有协议来建立链路的流程图；

图5表示根据本发明的私有协议来拆除链路的示意图；

图6表示IAD注册时消息结构的示意图；

图7表示申请建立RTP流格式时发送的消息结构的示意图；

图8表示申请释放RTP流格式时发送的消息结构的示意图；

图9表示根据本发明的设备AN5116—02的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

借鉴媒体代理的思路，在一个局端内部增加一块可以实现媒体代理功能线卡解决不出设备上联口的情况下语音流互通的问题。它的主要功能就是实现OLT内部用户的语音互通。由于环境简单，其功能比较单一，技术上实现容易。用一块功能盘代替一个媒体代理平台不仅开发的周期短而且成本低。我们称这块媒体代理盘为VOIP盘。在硬件上，根据不同的环境可以设计媒体代理的使用通道的数目以避免资源的浪费。以AN5116_02为例，按照一个EPON系统的满配置为2048个用户来计算，要求其冗余度是1：8。那么媒体代理应该支持一个EPON系统的12.5％的用户同时打OLT内用户的电话。设计媒体代理的最大使用通道为256路就可以满足运营商的需求。在技术上，本发明在不修改正常语音协议的前提下增加几个简单的私有协议完成媒体代理的功能，如图4所示，具体如下：

1建立地址表：OLT内部用户定期向VOIP盘注册，告知地址和端口号信息，VOIP盘维护一张OLT内部用户地址表，用来判断语音流是否需要OLT内环回；

2链路的建立(EST_REQ)：为语音在EPON里建立转发通道。正常的语音链路建立流程中，用户IAD直接向OLT外部的媒体网关控制器MGC发起呼叫请求。但在本方案中，OLT内用户IAD发起语音呼叫，首先要将目的地址和端口号报告给VOIP盘。VOIP盘在自己的地址表里查询目的地址是否和源地址在同一个OLT内，如果是的话则回应OK，建立一条OLT内通路到目的方。如果不是的话予以拒绝，用户会直接进行正常的流程，也就是语音流直接点对点的传送不经过第三方转发。

3链路的拆除，如图5所示：通话完毕后，由通话的一方申请拆除该链路。在本方案中，如果要拆除同一个OLT内的通话链路，用户除了要拆除与MGC之间的的链路外，还要拆除与VOIP盘之间的链路。用户拆除链路的时候是不用考虑通话的另一方的，所以用户只要向VOIP提供自己所要求拆除的链路的端口信息就可以了。VOIP盘可以根据要求拆除的链路的端口信息在一方拆链的同时也拆除另一方的通道。用户拆除和VOIP之间的语音通路后再拆除和MGC之间的呼叫控制链路。

由于在设备内部建立语音通道时只需要用户提供最基本的要求即对方的IP和端口号就可以实现媒体的代理，而这个条件不论在哪种语音协议建立链路时都是要求提供的。所以以上的方案在四种语音协议中都适用。因为我们把媒体代理的范围缩小到一个局端设备内部，所以要实现语音代理所要求的功能也就会相对的简单，技术上实现起来周期短，研发容易，成本低。上面的技术方案也体现了这一点。而且因为是在设备的内部实现媒体代理的功能，那么对语音业务的优先级和带宽的控制也相对的要简单。语音质量和安全自然就比较好保证。上面的技术方案介绍了主要的三个步骤：注册，建链和拆链。我们这里详细介绍。

如图6所示，其表示IAD注册消息结构的示意图，IAD定时注册：IAD设备启动后会定时向VOIP盘注册。

图6所示这个包是IAD定期向VOIP盘注册的包格式。其中IP地址是IAD自己的IP。OLT号指的是IAD所在的物理位置，通道数指的是IAD的语音端口数，ONU号指系统对ONU的授权号。起始实体号是对于IAD的多个电话端口的标识点，往往是从0或者1开始记数。

如图7所示，其表示申请建立RTP流格式的消息结构的示意图，申请建立RTP流，这里不是和MGC平台建立控制信令的通路而是申请建立RTP流的链路，所以我们要求的协议信息里只需要含有基本的信息就可以了。格式如下，包中第0到第6个字节可以根据具体的情况来做处理，如果协议中的控制信令中带有这些信息，可以根据用户的需要对语音信号做详细的处理。如果没有前七个字节的信息也不会影响基本的通话，VOIP盘同样可以对这次通话做媒体代理。其中：

RTP流模式定义如下：

0表示发送接收；

1表示停止；

2表示仅仅发送；

3表示仅仅接收；

4表示发送接收；

5表示回送；

语音编码方式定义如下：

0表示G711.A编码方式；

1表示G711.U编码方式；

2表示G723.1编码方式；

3表示G726_32编码方式；

4表示G729A编码方式；

5表示T38FAX编码方式；

增益范围为0～65535db：

抖动范围为0～65535ms：

静音压缩模式定义为：0x00表示该模式关闭；0x01表示该模式打开

舒适背景噪声模式定义为：0x00表示该模式关闭；0x01表示该模式打开；

如图8所示，其表示申请释放RTP流格式的消息结构的示意图，用户挂机后向VOIP申请释放RTP流，拆除RTP链路。

基于千兆以太网的无源光网络(EPON)将以太网与PON的优势相结合，实现了低成本、远距离的高速接入，目前被认为是宽带接入的新趋势。EPON中二层隔离虽然解决了广播风暴的问题但是内部的语音却也相同的被隔离独立不能正常的通话。虽然现在MGC平台附属的媒体代理能够解决这个问题，却由于环境的复杂而无法保证语音的质量。本发明提出通过私有协议在EPON系统内部实现媒体代理功能，PON内用户通话直接由系统内部媒体代理环回，使得PON内RTP流不需要出系统，就可以实现互通，不会因为环境的问题致使语音质量差。本发明提出的私有协议是在不修改正常VOIP语音协议的流程下增加的几条简单的私有协议，所以也不会影响各种VOIP语音用户和其他平台之间的用户的正常联系。各种VOIP语音协议的共同点是承载与控制相独立。虽然控制信令各不相同但是语音流都是点对点的直接发送RTP包。本发明中EPON内部解决二层隔离的问题和控制信令没有关系，只和RTP包的转发有关，所以这个方案可以支持各种VOIP的协议同时在EPON中的运行。因此一个EPON设备内部可以连接不同协议的VOIP语音用户。图9是根据本发明的EPON设备AN5116_02的具体组图。由图中可以发现，本发明提出在EPON内部增加一块VOIP盘运行私有协议的方案对于解决OLT内各种语音协议的隔离问题是非常有效的。

Claims (2)

1、一种千兆比特以太网无源光网络中实现语音互通的方法，其特征在于：

在一个局端内部增加一块能够实现媒体代理功能的VOIP盘；

光线路终端OLT内部用户定期向VOIP盘注册，告知地址和端口号信息，VOIP盘维护一张OLT内部用户地址表，用来判断语音流是否需要OLT内环回；

当OLT内用户通过综合接入设备IAD发起语音呼叫时，首先要将目的地址和端口号报告给VOIP盘；

VOIP盘在自己的地址表里查询目的地址是否和源地址在同一个OLT内，如果是的话则回应OK，建立一条OLT内通路到目的方；

VOIP盘根据要求拆除链路的消息在拆除一方的语音通路的同时也拆除另一方的通道。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当VOIP盘在自己的地址表里查询目的地址和源地址不在同一个OLT内时，用户通过IAD直接向OLT外部的媒体网关控制器MGC发起呼叫请求。

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