CN104871494A - 适于连接家庭网络与服务供应商网络的装置 - Google Patents

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Abstract

所述装置适于经由宽带连接来连接家庭网络与服务供应商网络，以便提供互联网服务，并且包括媒体中继，所述媒体中继用于对于输出连接，根据第一协议接收家庭网络的数据流并根据第二协议向服务供应商网络发送所述数据流；以及对于输入连接则反之。媒体中继包括：媒体设备接口(2)，用于将媒体中继与家庭网络链接，并用于将信令数据与接收数据流的媒体数据分离；信令交换机(3)，用于将根据第一协议的信令数据转换为根据第二协议的信令数据；媒体交换机(4)，用于将根据第一协议的媒体数据转换为根据第二协议的媒体数据；以及网络接口(5)，用于将媒体中继与服务供应商网络链接，并用于将来自信令交换机的信令数据和来自媒体交换机的媒体数据组合。

Description

适于连接家庭网络与服务供应商网络的装置
技术领域
本发明涉及端用户设备的领域，具体涉及经由与服务供应商网络的宽带连接进行操作以提供互联网服务的住宅网关。
背景技术
住宅网关被广泛用于将客户家庭中的设备与互联网或任何其他广域网(WAN)连接。住宅网关使用例如支持铜线上的高数据速率传输的数字用户线(xDSL)技术、高速无线通信或光纤宽带传输系统。家庭网络已经成为许多端用户的日常生活的一部分。家庭网络由多个异构组件组成，其意味着家庭网络由多种不同类型的设备组成。所有这些设备需要彼此通信和与互联网通信。
如用于家庭网络的一般的住宅网关通常包括微处理器、其中存储具有软件模块和应用的操作系统的非易失性存储器、和用于住宅网关的操作的易失性存储器。住宅网关的操作系统是例如LINUX操作系统和代表应用的执行环境的网关专用中间件。软件模块提供例如DSL调制解调器功能、电缆或光调制解调器功能、网关和交换功能、FXS功能、VoIP功能，并且包括用于无线操作的Wi-Fi节点和以太网桥。因此，住宅网关需要管理多个不同的媒体流技术，并且在不同的媒体交互器之间通常存在传输协议的不匹配。例如，VoIP(基于互联网协议的语音)使用RTP/RTCP(实时传输协议/RTP控制协议)分组，FXS/FXO(外部交换服务/外部交换局)使用来自DSP(数字信号处理器)的媒体采样、并且应答机使用需要播放/存储的文件等。将不同的传输协议彼此链接通常是复杂和独立的实施方式。
US20050190743公开了一种包括多个协议处理器(protocolhandler)和与每个协议处理器通信的多个操作模块的住宅网关。第一协议处理器与给定的客户协议或服务供应商协议相关联，并且被配置为将符合关联协议的输入信号转换为通用信息格式。第二协议处理器还被配置为将信息从通用信息格式转换为符合第二关联协议的输出信号。操作模块之一连接第一协议处理器与第二协议处理器，并且被配置为使用通用信息格式的信息来执行通信操作。
发明内容
适于经由宽带连接来连接家庭网络与服务供应商网络以便提供互联网服务的装置包括：媒体中继，所述媒体中继用于针对输出连接，接收根据第一协议的家庭网络的数据流并向服务供应商网络发送根据第二协议的数据流，以及针对输入连接则反之。媒体中继包括：媒体设备接口，用于将媒体中继与家庭网络链接，并用于将信令数据与接收数据流的媒体数据分离；信令交换机，用于将根据第一协议的信令数据转换为根据第二协议的信令数据；媒体交换机，用于将根据第一协议的媒体数据转换为根据第二协议的媒体数据；以及网络接口，用于将媒体中继与服务供应商网络链接，并用于将来自信令交换机的信令数据和来自媒体交换机的媒体数据组合。
在本发明的另一方面中，信令交换机从媒体设备接口接收媒体数据的元数据和原始数据，媒体设备接口针对输出连接，生成可用于媒体交换机的媒体数据的元数据，以及网络接口针对输出连接，使用元数据与来自媒体交换机的媒体数据来重新生成媒体数据，以及针对输入连接则反之。信令交换机从媒体设备接口接收媒体数据的元数据和原始数据。媒体交换机具体地包括多个不同的进入连接点和多个不同的退出连接点，用于处理根据多个不同协议的数据流。具体地，元数据包括第一和第一协议的种类，以及还有源端口号和目的端口号，源端口号和目的端口号由媒体交换机用于定义第一协议和第二协议之间的转换的类型或定义在第一协议和第二协议相同的情况下不需要转换。有利地，端口号还被媒体交换机用于选择媒体交换机的相应进入连接点和相应退出连接点。
本发明提供了一种多媒体流架构，其抽象媒体传输协议以降低媒体交换机的复杂度，使得不同类型的端设备可以易于互联，而不需要知晓在另一侧使用的传输协议。
附图说明
以下参照示意性附图以示例的方式更详细地描述了本发明的优选实施例，其中：
图1是家庭网络的住宅网关，其包括具有媒体交换机的媒体中继，
图2是包括多个进入连接点和退出连接点的媒体交换机，
图3是图2的媒体交换机的示例实施例，以及
图4-14是具有不同连接点类型和不同转换的图2的媒体交换机的特定示例。
具体实施方式
以下说明书中，描述了适于经由宽带连接来连接家庭网络与服务提供应商网络以提供互联网服务的装置。为了解释，阐述了各种特定细节，以提供对优选实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将显而易见的是，可以不用这些特定细节来实践本发明。
该装置是例如住宅网关或媒体网关、路由器、交换机或机顶盒，并且在优选实施例中包括微处理器、其中存储操作系统和应用的非易失性存储器，和用于该装置的操作的易失性存储器。该装置的操作系统是例如LINUX操作系统和设备专用中间件，设备专用中间件代表设备执行环境。设备执行环境包括具体地用于提供DSL调制解调器功能、网关和交换功能、FXS功能、VoIP功能和Wi-Fi操作的软件组件。
如图1所示，该装置包括媒体中继1，其包括媒体设备接口2、信令交换机3、媒体交换机4和网络接口5。媒体中继1经由媒体设备接口2与端设备6连接，例如用户的家庭网络的笔记本电脑、平板PC、智能电话或智能TV。具体地，该装置充当家庭网络中的基站(例如充当住宅网关)，并经由宽带连接7(例如xDSL或光纤连接)连接家庭网络与服务供应商网络8，以提供互联网服务。
媒体设备接口2接收端设备6的包括信令数据和媒体数据的任意媒体流，分离(如果尚未分离)接收媒体流的媒体数据与信令数据，并将信令数据转发给信令交换机3，以及将媒体数据转发给媒体交换机4。网络接口5从媒体交换机接收任意信令数据，以及从媒体交换机4接收媒体数据，并针对输出连接，将根据第二协议的任意信令数据和媒体数据组合，并经由宽带连接7和与互联网或互联网的一部分连接的服务供应商网络8将输出数据流转发至第二用户的任意端设备9。
在输入连接的情况下(例如，从端设备9)，媒体中继相应地操作如下：网络接口5从服务供应商网络8接收根据第一协议的数据流，并将信令数据与接收数据流的媒体数据分离。信令数据被转发至信令交换机3，并且媒体数据被转发至媒体交换机4。媒体设备接口2从信令交换机3接收信令数据，并且从媒体交换机4接收媒体数据。它将根据第二协议的信令数据和媒体数据组合，并将相应的数据流转发至端设备6。
具体地，媒体设备接口2还根据媒体数据生成元数据，以针对输出连接向媒体交换机4提供与原始数据分离的元数据。原始数据是数据流的原始媒体数据，例如包括在数据流中的音频和/或视频数据。可以根据信令数据或基于识别媒体数据协议来生成媒体数据的元数据。网络接口5相应处理从媒体交换机4接收的元数据和原始数据。针对输入连接，由网络接口5根据媒体数据生成元数据，并且相应地通过媒体设备接口2组合元数据。媒体交换机4连接同一类型或不同类型的至少两个连接点20-26、30-36。
元数据包括第一和第二协议的类型，并且还包括所连接的设备的源和目的端口号，端口号由媒体交换机用于定义第一和第二协议之间的转换的类型，或在第一和第二协议相同的情况下用于识别不需要转换。
如图2所示，媒体交换机4包括进入侧和退出侧的多个连接点。连接点20-26和30-36的每一个可以是进入连接点或退出连接点。媒体交换机4一侧的连接点20-26与媒体设备接口2链接，并且连接点30-36与网络接口5链接。每个连接点具有根据具体媒体协议类型的特定功能，其可以是原始数据的连接的中继类型连接点20、RTP/RTCP(实时传输协议/实时传输控制协议)连接点21、文件连接点22、DSP(数字信号处理)连接点23、转码器连接点24、多播连接点25或任意其他媒体连接点26。相应地，媒体交换机4在它的另一侧包括同一类型的连接点-连接点30-36。
当充当进入点时，除仅接收原始数据流而不接收元数据的中继连接点20以外，每个连接点20-26取决于协议类型从媒体设备接口2接收原始媒体流以及描述原始媒体流的一些元数据。当连接点20-26充当进入连接点时，连接点30-36与网络接口5链接并作为退出连接点。在连接点30-36充当进入连接点的情况下，连接点21-26充当相应的退出连接点。媒体交换机4将每个进入连接点与退出连接点互连，使得一个进入连接点与一个同一类型或不同类型的退出连接点连接。由媒体交换机4根据第一和第二协议的元数据来选择任意两个设备之间互连的相应的进入连接点和退出连接点，例如端口号。
对于示例性互连，可以如图3所示组织媒体交换机4。输入原始数据流由中继连接点20接收，并且由媒体交换机4交换至RTP/RTCP退出连接点31。输入数据流由RTP/RTCP进入连接点21接收，并且由媒体交换机4交换至文件退出连接点32。输入数据流由文件进入连接点22接收，并且由媒体交换机4交换至DSP退出连接点33。输入数据流由DSP进入连接点23接收，并由媒体交换机4交换至中继退出连接点30。输入原始数据流由中继连接点20接收，并由媒体交换机4交换至转码器退出连接点34。输入原始数据流由中继连接点20接收，并由媒体交换机4交换至多播退出连接点35，等。
在以下附图中，用更详细的内容描述了具有不同连接点类型和不同转换的媒体交换机4的示例。这些附图中还包括了具有源和目的端设备的源和目的端口号和源和目的互联网地址的元数据。示例没有示出元数据的传输和转换，元数据根据输入协议和输出协议发送或转换。
图4示出了中继连接，其将无论任何类型的数据从进入连接点20传送给退出连接点30。具有媒体交换机4的住宅网关是包括端设备6(例如笔记本电脑)的家庭网络的一部分。笔记本电脑经由家庭网络和互联网8向另一个端设备9(其也可以是例如笔记本电脑)发送原始数据流。通过使用SIP/SDP协议来完成数据流的信令。如图5所示，媒体交换机发送的IP分组包括IP报头50和原始数据分组51。IP报头包括以下元数据：源和目的地互联网协议地址以及相应的端口号。
图6中示出了经由媒体交换机4将来自端设备61的RTP/RTCP流发送给端设备62的住宅网关。RTP流包含媒体数据，并且RTCP流是可选的并且包含统计数据，这些数据由媒体交换机从RTP/RTCP进入连接点21交换至RTP/RTCP退出连接点31。元数据中的RTP/(RTCP)参数是：RTP源IP：端口信息、RTP目的IP：端口信息、(RTCP源IP：端口信息)、(RTCP目的地IP：端口信息)、(RTCP带宽)、(RTCP标志(RTCP是否发送))、和通知媒体数据＝RTP流已经完成的媒体超时。互联网RTP分组和可选的互联网RTCP分组如图7所示(IP＝IP-地址)。
图8示出了一个示例，其中FXS电话呼叫由媒体交换机4转换为RTP/RTCP协议。电话80作为家庭网络的端设备，将信令音调和语音(例如对于电话号码014234567)发送给家庭网关，家庭网关经由互联网向另一个端设备81发送电话呼叫。在媒体设备接口2中，信令音调与模拟语音信号分离，并且经由SIP/SDP实现端设备81的信令。媒体设备接口2包括将模拟语音转换为数字数据流的核心DSP 82，将数字数据流发送给媒体交换机4的进入连接点23。在媒体交换机4中，DSP数据流转换为RTP/RTCP协议，并经由退出连接点31发送给端设备81。由于FXS端口和接口控制在较低层中，语音流由核心连接来识别。元数据中的核心参数是：DSP通道ID。
如图9所示，将住宅网关中本地存储的音调(例如忙音)发送给端设备。忙音由核心DSP 82发送给媒体交换机4的进入连接点23，DSP通道，经由RTP/RTCP退出连接点31发送给端设备。元数据的核心参数是：DSP通道ID和音调ID。
如图10所示发送住宅网关中本地存储的消息。消息在住宅网关的用户空间101中存储为文件100，并且消息经由发送缓冲器102发送给进入连接点22，以及根据RTP协议经由RTP/RTCP退出连接端点31发送给端设备。用户空间参数是：用于读取的文件描述符，和在哪里读取文件：文件位置，和发送缓冲器大小。
如图11所示，相应地处理必须在住宅网关中本地存储的消息。经由RTP/RTCP进入连接点21接收消息，并且由媒体交换机4转换为文件，以及经由文件退出连接点32发送给用户空间101的接收缓冲器112，在用户空间101中文件被存储为文件111。在该实施例中用户空间参数是：用于写的文件描述符，和在哪里写文件：文件位置，以及写缓冲器大小。
可以如图12a中所示在媒体交换机4的进入侧或如图12b所示在媒体交换机4的退出侧执行对数据流的转码。在图12a中，根据G.711协议的RTP媒体流被在转码器进入连接点24处转码为根据G.722协议的RTP媒体流，并通过媒体交换机4与中继退出连接点20链接。图12b示出了在中继转码器进入连接点20处接收的并通过媒体交换机4与中继退出连接点20链接的根据G.711协议的RTP媒体流。
图13中示出了多播退出连接点35的功能。根据G.711协议的RTP媒体流由中继进入连接点20接收，并通过媒体交换机4与多播退出连接点35连接。多播退出连接点35在这种情况下根据G.711协议提供多个RTP媒体流。
在图14中所示的实施例中，应用这种类型的多播连接退出点。RTPG.711媒体流在中继进入连接点20处接收，其通过媒体交换机4与多播退出连接点35链接，多播退出连接点35将RTP媒体流多路分解为三个RTP G.711流。三个RTP G.711流分别与媒体交换机4的中继进入连接点20连接。每个多播进入连接点20与适合的退出连接端点互连。在该实施例中，三个流中的第一个与提供RTP G.711媒体流的中继退出连接点30连接，第二个与文件退出连接点32连接(例如用于记录语音条目)，和第三个与转码器退出连接点34连接，其将RTP G.711媒体流转码为RTP G.722媒体流。
本发明的优点在于：任何媒体生成器不再需要关心在媒体交换机4的接收侧使用的传输协议，并且反之亦然。这将导致简单的架构，其易于扩展以在仅做出有限修改的情况下支持许多新场景。该方法导致仅具有非常小延迟的非常有效的优化实施方式。关于操作系统，该媒体处理可以在可以被优先化为想要优化路由延迟的核心工作者线程的范围内完成。
此外，本领域技术人员可以不离开本发明的范围使用发明的其他实施例。具体地，本发明不限于使用xDSL传输的住宅网关，并且还适用于其他有线或无线的宽带技术，并且还可以相应地用于所有类型装置。因此，本发明在于所附权利要求。

Claims (8)

1.一种适于经由宽带连接(7)来连接家庭网络与服务供应商网络(8)以提供互联网服务的装置，其中所述装置包括媒体中继(1)，所述媒体中继(1)用于针对输出连接，接收根据第一协议的家庭网络的数据流和向服务供应商网络(8)发送根据第二协议的数据流；以及针对输入连接则反之，其中所述媒体中继(1)包括：
媒体设备接口(2)，用于将所述媒体中继与家庭网络链接，并用于将信令数据与接收数据流的媒体数据分离，
信令交换机(3)，用于将根据第一协议的信令数据转换为根据第二协议的信令数据，
媒体交换机(4)，用于将根据第一协议的媒体数据转换为根据第二协议的媒体数据，以及
网络接口(5)，用于将所述媒体中继与服务供应商网络(8)链接，并用于将来自信令交换机(3)的信令数据和来自媒体交换机(4)的媒体数据组合。
2.根据权利要求1所述的装置，其中信令交换机(3)从媒体设备接口(2)接收媒体数据的元数据和原始数据，所述媒体设备接口(2)适于：针对输出连接，生成针对所述媒体交换机(4)的媒体数据的所述元数据；所述网络接口(5)适于：针对输出连接，使用元数据与来自媒体交换机的原始媒体数据来重新生成媒体数据，以及针对输入连接则反之。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述媒体交换机(4)包括多个不同的进入连接点和多个不同的退出连接点，并且元数据包括：由媒体交换机(4)用于选择进入连接点和退出连接点中的每一个的源端口号和目的端口号、和/或用于定义数据流在第一协议和第二协议之间的任意转换的参数。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其中所述媒体交换机(4)包括：用于原始数据的连接的中继连接点(20)、实时传输协议/实时传输控制协议RTP/RTCP连接点(21)、文件连接点(22)、数字信号处理DSP连接点(23)、转码连接点(24)和/或多播连接点(25)。
5.根据权利要求4所述的装置，其中每个连接点能够是进入连接点(20-26)或退出连接点(30-36)。
6.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中第一协议和第二协议相同或不同。
7.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中所述装置是住宅网关、企业网关或媒体网关、机顶盒、移动计算机或智能电话。
8.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中元数据包括第一和第二协议类型和/或处理媒体数据的参数。
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