CN101014017A - 执行数据分组帧通用传输的交换设备 - Google Patents

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CN101014017A CNA2007100879536A CN200710087953A CN101014017A CN 101014017 A CN101014017 A CN 101014017A CN A2007100879536 A CNA2007100879536 A CN A2007100879536A CN 200710087953 A CN200710087953 A CN 200710087953A CN 101014017 A CN101014017 A CN 101014017A
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Abstract

专用于交换不同类型的数据分组帧的设备，所述数据分组帧来自采用不同传输协议层的至少两个传输网络。该设备包括交换模块和至少两个接入卡，每个接入卡与所述网络中的相应一个以及所述交换模块相连，每个接入卡包括处理装置，当接收来自与其相连的源网络的、去向目的地网络的帧时，所述处理装置能从所述帧中去除其包含的传输协议层，并在将其发送至所述交换模块之前，将内部报头添加到所述帧的至少一个分组的有效载荷数据上，所述内部报头至少包括：i)信道标识符字段，包含表示在建立连接时，分配给所述帧使用的连接的信道值；ii)长度字段，包含表示所述分组包含的字节数值；和iii)类型字段，包含表示所述分组的有效载荷数据的特征的值。

Description

执行数据分组帧通用传输的交换设备
技术领域
本发明涉及分组传输网络，具体涉及在不同类型的分组传输网络之间进行数据分组交换的交换设备。
背景技术
这里，术语“交换设备”用于表示具有不同类型的交换分组任务的任何网络设备，例如，自动交换机(如E10类型的交换机)或媒体/语音网关(或媒体网关(MGW))、或在基站控制器(BSC)中或无线网络控制器(RNC)中使用的交换设备、或服务通用分组无线业务支持节点(SGSN)类型或网关通用分组无线业务支持节点类型的节点(GGSN)中使用的交换设备，用于在不同类型的网络之间交换分组，所述不同类型的网络例如特定异步传输模式(ATM)、第三代合作伙伴项目(3GPP)ATM、因特网协议(IP)以及3GPP IP网络。
如本领域技术人员所知，每种传输网络都有其自己的用于传输数据分组的协议栈(或层)。例如，在传统的语音/媒体网关(或MGW)中，通过执行帧格式适配功能的链路模块将由接入卡(或输入卡)接收到的分组发送到另一个接入卡(输出卡)。例如，该链路模块是也可以执行必要的封装匹配功能的数字处理卡。
在大部分语音/媒体网关(或MGW)中，将一些传输核心层，如对于IP网络情况下的实时传输协议(RTP)层，端接在数字处理卡(如数字信号处理(DSP)类型的处理器)中。这样做的缺点在于限制了DSP资源，并且大体上它们的用途是保留用于高附加值处理，如语音压缩。另外，当不存在将要改变的分组时，该链路模块仅仅增加或减少了所讨论的传输层，因此增加了管理连接的复杂性以及延长了连接的全部执行时间(或等待时间)，同时需要较强的处理能力并增加了交换设备的成本。
不可否认，已经提出了面向连接的内部传输机制。但是并没有创建相关的明确封装机制。
文件US6,754,227描述了一种用于互连不同类型网络的网关，但该网关仅能够传输具有固定长度的分组。其采用ATM/AAL2(ATM/ATM匹配层类型2)类型的内部传输结构，该类型没有明确的示出内部传输结构中传输的有效载荷数据的结构。
文件US6,625,169公开了一种用于互连不同类型网络的网关，其对有效载荷数据进行完全解码，以便于在将其以“通用”传输格式封装之前使其适配。
发明内容
由于现有的解决方案都不尽如人意，因此本发明的目的就是要改善这种状况。
为此，本发明提供了一种专用于交换不同类型的数据分组帧的设备，所述不同类型的数据分组帧来自于采用不同传输协议层的至少两个传输网络，所述设备包括交换模块和至少两个接入卡，每个接入卡连接到网络中的相应一个和交换模块。
该交换设备的特征在于，每个接入卡包括处理装置，每次当所述处理装置接收来自于它们所连接到的源网络并且发往到目的网络的帧时，它们的任务是从所述帧中去除帧包含的传输协议层，然后将内部报头加到所述帧的至少一个分组的有效载荷数据上(在将其传送至所述交换模块之前)，所述内部报头至少包括：
-信道标识符字段，包含表示在建立连接时，分配给所述帧使用的连接的信道值；
-长度字段，包含表示在正讨论的分组中所包含的字节数的值；和
-类型字段，包括表示正在讨论的分组的有效载荷数据的特征的值。
这样，该设备的特征在于，其能够通过内部报头的长度字段和类型字段来准确地标识所传输的有效载荷数据，从而提供了这样的优势：简化为了适配传输格式(IP，ATM等)而进行的必要操作。
本发明的设备可以具有单独或组合得到的其它特征，特别是：
-所述处理装置可以在每个内部报头中结合顺序字段，该字段包括表示分组之间的时间间隔和加入了所述内部报头的分组的顺序号的值；
-所述处理装置可以在每个内部报头中结合聚集字段，该字段包括表明正在讨论的分组中所述分组是否为最后分组的值；
-所述处理装置可以在帧中包含的每个分组中添加内部报头；
-所述处理装置当接收到来自于所述交换模块并包含至少一个内部报头的帧时，可以从所述帧中去除其包含的所述内部报头，并在将其通过由所述内部报头的信道标识符字段的值定义的连接进行发送之前，向所述帧中加入传输协议层，其中所述传输协议层是根据每个内部报头的字段值并根据所述目的地网络选择的；
-该设备可以进一步包括与所述交换模块相连的编码转换器卡，当其经由所述交换模块接收到来自于接入卡、发往另一个接入卡，并且包括加入到至少一个呈现第一编码的有效载荷数据分组的至少一个内部报头的帧时，该编码转换器卡能够将有效载荷数据的所述第一编码转换成第二编码，并将所述帧发送至所述交换模块，以便将其发送至所述另一个接入卡；
Figure A20071008795300061
当不要进行编码转换时，在初始协议协商阶段，交换模块可以使得包括至少一个添加的内部报头的每个帧通过所述编码转换器卡进行发送；
-例如，分组的有效载荷数据的特征是从一个组中选出的，该组至少包括编码类型、正在讨论的编码类型的编码方式、正在讨论的分组的分组时间、正在讨论的分组的有效载荷数据的类型和源网络的类型。
本发明还提供了用于采用不同传输协议层的至少两个传输网络的网络设备，所述设备包括上述类型的交换设备。
例如，所述网络设备为语音/媒体网关(或MGW)、基站控制器、SGSN类型节点或GGSN类型节点的形式。
本发明特别地适用于但是并非专用于交换设备与ATM和IP类型的至少两个传输网络相连的情况。
附图说明
本发明的其它特点和优点将通过附图和以下详细描述得出，其中：
图1示出在语音编码转换的情况下和/或在初始协议协商阶段，配备有本发明的交换设备并耦合至ATM和IP网络的媒体/语音网关的模块图；
图2示出在没有语音编码转换的情况下(并且在初始协议协商阶段之后)，配备有本发明的交换设备并耦合至ATM和IP网络的媒体/语音网关的模块图；和
图3是以太网上内部分组的聚集图，每个分组包括本发明的内部报头并被封装在以太网帧中。
所述附图不仅能补充本发明的描述，而且能限定本发明。
具体实施方式
本发明的目的是能够在与至少两个不同类型的传输网络相连的帧交换设备中通用地传输数据分组帧。
在以下描述中，通过非限制性的例子，假定交换设备仅与两个传输网络相连，即ATM类型网络(N1)和诸如3GPP IP移动网的IP类型网络(N2)。该交换设备(G)是具有以太网交换机(SM)的语音/媒体网关(或媒体网关(MGW))。
但是，本发明并不局限于那些类型的传输网络和交换设备。其涉及所有的分组传输网络，并且特别涉及公知的缩写为ATM、3GPP ATM IP、3GPPIP、MPLS(多协议标签交换)和GMPLS(通用MPLS)的网络，以及所有的以太网或其它交换设备，所述设备能够交换不同类型的分组，所述设备特别是自动交换机(如E10类型的交换机)、语音/媒体网关(MGW)、BSC或RNC以及SGSN或GGSN类型的节点。
作为示意性的例子，如图1和2所示，交换设备G(在这个例子中是MGW类型的)首先经由Iu-CS(Iu电路交换)类型的接口连接至ATM网络N1的通用移动电信系统(UMTS)地面无线接入网(UTRAN)，再经由Nb类型接口连接至IP网络N2的3GPP IP公共陆地移动网络(PLMN)移动无线接入网。
具体地说，交换设备G包括：连接至ATM网络N1的ATM类型的第一接入卡AC1；连接至IP网络N2的IP类型的第二接入卡AC2；与第一和第二接入卡AC1、AC2相连的交换模块SM；以及与交换模块SM相连的编码转换器卡TC。
第一接入卡AC1从ATM网络N1接收在ATM信元上含有AAL2的帧，其内容包括发往IP网络N2的有效载荷数据(PD)，以及由网络N1使用的传输协议层。在图1和2示出的例子中，ATM网络N1所用的传输协议层是I.366.1(或不同于本应用所示的其它应用中的I.366.2)、AAL2公共部分子层(CPS)、ATM、和同步数字体系(SDH)。
第二接入卡AC2接收来自于IP网络N2、发往ATM网络N1的以太网帧，该帧包括在IP上封装的数据分组和由网络N2使用的传输协议层。在图1和2所示的例子中，由IP网络N2使用的传输协议层是RTP、用户数据报协议(UDP)、IP、和千兆以太网(Giga Eth)。
交换模块SM的作用是交换帧(EF)，它可能地通过编码转换器卡TC接收从第一和第二接入卡之一AC1或AC2至另一个接入卡AC2或AC1的帧。
编码转换器卡TC用于获得数据，该数据包含在从交换模块SM接收到的帧(EF)的分组中，并将利用第一编码(CODEC A)进行编码的数据转换成利用第二编码(CODEC B)进行编码的数据，以及将利用第二编码(CODECB)进行编码的数据转换成利用第一编码(CODEC A)进行编码的数据。
应该指出，当进行数据编码却不进行编码转换(因为网络N1和N2使用相同的CODEC)时，在初始协议协商阶段，编码转换器卡TC仍然接收帧(EF)，因为编码转换器卡端接了Iu层，并且因此协商了用于管理数据传输的Iu协议的参数(除了在例如用于插入通知的某些特定情况中，其不再进行操作)。
根据本发明，每个接入卡AC1、AC2包括处理模块PM，该处理模块PM的作用首先在于去除包含在帧中的传输协议层，该帧来自于处理模块PM连接的(源)网络N1或N2并且发往(目的地)网络N2或N1。这样，每个接入卡AC1、AC2构成了与其相连的网络的传输协议层的“终止”地。
例如，当第一接入卡AC1接收到来自ATM网络N1的帧时，其处理模块PM去除(在这个例子中)I.366.1(或I.366.2)、AAL2 CPS、ATM和SDH层。类似地，当第二接入卡AC2接收来自IP网络N2的(以太网)帧时，其处理模块PM去除(在这个例子中)RTP、UDP、IP和千兆以太网层。
每个处理模块的作用还在于：一旦其去除来自接收到的帧的传输协议层，其就增加特定的内部报头IH到所述帧的至少一个分组的有效载荷PD，以构成“通用”帧EF。应该指出，通用帧EF能包含单个分组或至少两个分组的聚集。无论在上述哪个情况下，优选地，将本发明的内部报头IH加到每个通用帧分组中。
在抽取传输协议层之后，术语“内部分组”或“PI”PIi(i＞0)用于表明已加入了本发明的内部报头IH的通用帧EF的分组。
内部报头IH包含所有的对于接收者来讲必不可少的信息，以识别包含在通用帧EF中的至少一个分组的数据特征。该信息从某些传输协议层所包含的信息中推断出。
不需要任何特殊处理，在相应的有效载荷数据PD之前，直接将每个内部报头IH插入到通用帧EF中。
根据本发明，如图3所示，每个内部报头IH包括至少三个字段，优选地四个，或甚至五个字段。
逻辑信道标识符(LCI)字段或“信道标识符字段”包含表示信道的值(或标识符)，在建立连接时，该信道分配给了通用帧EF所用的连接。与目的地网络相连的接入卡利用所述值，以重新得到连接信道的内容，所述接入卡内部使用所述连接信道将帧发送至与其相连的网络。例如，LCI字段的值用18比特进行编码。
长度标识符(LI)字段或“长度字段”包含表示内部分组PIi中除了内部报头IH以外所包含的字节数的值，所述字段是所述内部分组PIi的一部分。换句话说，LI字段值表示字节数，其定义了最初接收的已加了内部报头IH的分组的有效载荷数据PD。例如，LI字段的值用11比特进行编码。
输入有效载荷表(IPT)字段或“类型字段”包含的值表示通用帧EF的一部分中的内部分组PIi的有效载荷数据PD的特征，该特征对于与目的地网络相连的接入卡来讲是必不可少的，以便于再次形成通常的帧。
IPT类型字段所涉及的特征取决于传输网络的类型和分组的有效载荷数据PD的类型而变化。例如，当在ATM类型网络N1和IP类型网络N2之间传输语音数据时，从编码类型(CODEC)、正在讨论的编码类型(CODEC)的编码模式、分组时间或正在讨论的分组打包(packetization)时间(即根据采样时钟，建立分组所需要的时间)、正在讨论的分组的有效载荷数据PD的类型以及源网络的类型中，选择这些特征值。
在图3所示的非限制性例子中，IPT类型字段包含不同子字段中以上提及的所有特征：
“Nwk”是源网络的类型(如，当仅出现两个网络时，用2比特进行编码)；
“Codec Type”是编码类型(例如CODEC A或CODEC B-例如用7比特进行编码)；
“Control”是正在讨论的分组的有效载荷数据PD的类型(例如用2比特进行编码-例如值00表示一般的有效载荷数据，而01表示零有效载荷数据)；
“Codec Mode”是由Codec Type字段所定义的编码类型的编码模式(例如编码模式等于编码类型G726的16每秒千比特-例如用4比特进行编码)；和
“Codec Delay”是正在讨论的分组的分组时间(例如10毫秒(ms)或20ms-例如用2比特进行编码)。
第一附加字段或顺序号(SN)字段，也可称为“顺序字段”例如能够包含表示分组之间的时间间隔和内部分组PIi的顺序号的值，该字段是所述内部分组PIi的一部分。这个值能够检测分组的顺序和分组之间的时间间隔，并且能够实现检测分组丢失的机制。
第二附加字段N或“聚集字段”能够例如包含表示内部分组PIi是否为通用帧EF的最后分组的值，该字段是所述内部分组的一部分。该聚集字段N能够聚集同一通用分组EF中的多个分组以增加交换设备P中的传输带。例如，用1比特对字段N的值编码。
如图3所示，由接入卡AC1，AC2发送至交换模块SM的通用帧EF的构成如下：
-以太网报头EH，通常具有目的地媒体访问控制(MAC)地址字段或(“@MACdest”)、源MAC地址字段(“@MACsrc”)、标识虚拟本地局域网(“VLAN”)的字段，以及标识分组“TYPE”封装类型的字段，如以太网帧上的分组；
-至少第一内部分组PI1，由内部报头IH1和有效载荷数据PD1构成，包含在最初接收的帧中(在由处理模块PM处理之前)的第一分组中；
-任何第二内部分组PI2，由内部报头(IH2)和有效载荷数据(PD2)构成，包含在最初接收的帧中(由处理模块PM处理之前)的第二分组中；
-一个或多个其它内部分组PIi(i＞2)；和
-用于检查帧的结构完整性的帧检查顺序(FCS)字段。
在图3中，专用于内部分组PIi的通用帧EF中的那部分参见PoE。
交换模块SM对从接入卡AC1、AC2接收的通用帧EF所进行的操作至少根据两个参数：编码转换和传输相位。
当处于初级协议协商阶段时，不管编码转换是否必要，交换模块SM都将接收到的通用帧EF传送给编码转换器卡TC。然后，编码转换器卡TC协商用于Iu协议管理的参数，并将通用帧EF返回至交换模块SM，然后交换模块SM将其发送给与目的地网络相连的接入卡。
当不处于初级协议协商阶段但在编码转换是必要的情况下(例如从CODEC A至CODEC B)，交换模块SM将接收到的通用帧EF传送至编码转换器卡TC。编码转换器卡TC对包含在通用帧EF的每个内部分组PIi中的有效载荷数据PD进行编码转换，然后将转换后的通用帧EF返回至交换模块SM，然后交换模块SM将其交换到与目的地网络相连的接入卡。这种情况在图1中示意。
编码转换器卡TC知道交换设备A连接的每个网络所用的每个编码。因此，当它接收到通用帧EF时，它读出定义数据编码的字段(例如CODEC A)，并在内部确定哪个编码用于目的地网络(例如CODEC B)，接着执行转换(例如从CODEC A至CODEC B)。
同样地，编码转换器卡TC知道将交换设备A连接到传输网络的每个接口类型。因此，当它接收到通用帧EF时，它读出定义连接至源网络的连接接口类型的字段(例如ATM网络N1中的Iu)，并在内部确定用于连接目的地网络的连接接口的类型(例如用于IP网络N2的Nb)，接着替换定义连接接口类型的字段(例如Iu-UP变为Nb-UP)。
当不处于初级协议协商阶段并且编码转换不是必须的情况下，交换模块SM直接将通用帧EF发送至与目的地网络相连的接入卡。这种情况在图2中示意。
当接入卡AC1、AC2接收到来自交换模块SM的通用帧EF时，其处理模块PM首先开始从所述帧EF中，更具体地说是从每个内部分组PIi中，去除每个内部报头IHi。接着，它根据每个去除的内部报头IHi的字段值并且根据目的地网络(例如N2(或N1))确定哪个传输协议层应被加到结果帧中。
在图1和2所示的例子中，当接收通用帧EF的是第一接入卡AC1时，它就必须将传输协议层I.366.1(或I.366.2)、AAL2 CPS、ATM和SDH加到支持ATM网络N1的结果帧上。同样地，当第二接入卡AC2接收通用帧EF时，就必须将传输协议层RTP、UDP、IP和千兆以太网加到支持IP网络N2的结果以太网帧上。
一旦接入卡AC1、AC2的处理模块PM已经确定了传输协议层，它将这些层聚集到帧中，以便通过连接将其发送至目的地网络N1、N2，该连接由先前去除的内部报头IHi的信道标识符字段的值确定。
可以采用电路、软件(或计算机)模块，或电路和软件的组合来实现本发明的交换设备A，特别是其接入卡的处理模块PM和其可选的编码转换器卡TC。
借助于本发明，交换设备G的整体性能得到显著增强，并且能够显著降低交换设备G的每个输入/输出端口的成本。而且，本发明使得采用独立于传输接口和传输协议的编码转换器卡TC成为可能，所述传输协议由传输网络使用。另外，在交换设备G中帧的通用传输满足了直接交换帧所需要的条件，而无需进行编码转换或“TrFO”(免编码转换器操作)。
本发明并不局限于仅以举例方式描述的交换设备和网络设备的实施例，而是涵盖了本领域技术人员所能想到的以下权利要求的范围内的所有变体。

Claims (11)

1.一种用于交换不同类型的数据分组帧的设备(A)，所述不同类型的数据分组帧来自于使用不同传输协议层的至少两个传输网络(N1、N2)，所述设备包括交换模块(SM)和至少两个接入卡(AC1、AC2)，每个接入卡与所述网络中的相应一个以及所述交换模块相连，每个接入卡(AC1、AC2)包括处理装置(PM)，当所述处理装置接收来自于与其相连的源网络(N1)并发往目的地网络(N2)的帧时，它们从所述帧中去除所述帧包含的传输协议层；所述设备的特征在于，其进一步包括用于在将所述帧发送至所述交换模块(SM)之前，向所述帧的至少一个分组的有效载荷数据添加内部报头(IH)的装置，所述内部报头至少包括：
i)信道标识符字段，包含表示在建立连接时分配给所述帧使用的连接的信道值；
ii)长度字段，包含表示所述分组包含的字节数的值；和
iii)类型字段，包含表示所述分组的有效载荷数据的特征的值。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述处理装置(PM)在每个内部报头(IH)中结合顺序字段，所述顺序字段包含表示分组之间的间隔和添加了所述内部报头的分组的顺序号的值。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述处理装置(PM)在每个内部报头(IH)中结合聚集字段，所述聚集字段包含表示所述分组是否为正在讨论的所述分组中的最后分组的值。
4.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述处理装置(PM)在帧所包含的每个分组中添加一个内部报头。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，当所述处理装置(PM)接收到来自所述交换模块(SM)并包含至少一个内部报头(IH)的帧时，它们从所述帧中去除帧所包含的所述内部报头(IH)，并在通过所述内部报头(IH)的所述信道标识符字段值定义的连接来进行发送之前，向所述帧中加入传输协议层，其中所述传输协议层是根据所述内部报头(IH)的字段值和所述目的地网络(N2)而选择的。
6.根据权利要求1的设备，其特征在于，其进一步包括与所述交换模块(SM)相连的编码转换器卡(TC)，当通过所述交换模块(SM)接收来自于接入卡(AC1)、发往另一个接入卡(AC2)并且包括添加到呈现第一编码的有效载荷数据分组上的至少一个内部报头(IH)时，所述编码转换器卡(TC)将所述有效载荷数据的所述第一编码转换为第二编码，并接着将所述帧发送至所述交换模块(SM)，以便将其传送至所述另一个接入卡(AC2)。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于，当不要执行编码转换时，在初级协议协商阶段，所述交换模块(SM)使得每个帧包括至少一个添加的内部报头(IH)以经由所述编码转换器卡(TC)发送。
8.根据权利要求6的设备，其特征在于，在任何初始协议协商阶段外，当不要执行编码转换时，所述交换模块(SM)直接交换帧而不使其经由所述编码转换器卡(TC)发送。
9.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述分组的有效载荷数据的所述特征是从包含至少所述有效载荷数据的编码类型、正在讨论的编码类型的编码模式、正在讨论的分组的分组时间、正在讨论的分组的有效载荷的数据类型以及源网络类型的组中选择的。
10.一种用于至少两个使用不同传输协议层的传输网络(N1、N2)的网络设备(G)，所述网络设备的特征在于，其包括根据任一项前述权利要求的交换设备(A)。
11.根据权利要求10的网络设备，其特征在于，该网络设备是从包括至少语音/媒体网关、基站控制器、SGSN类型节点和GGSN类型节点的组中选择的。
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