CN1349696A - 在分组交换环境中仿真电路交换通信 - Google Patents

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Abstract

使用将无用信息清除的电路仿真方法将电路交换网络转换用于分组交换传输,同时重用尽可能多的现有电路交换基础结构。无用信息清除功能(22a－e)将不需要的信息在被传输前从一个分组中清除,从而提高了传输效率并减小了传输延迟。

Description

在分组交换环境中仿真电路交换通信
发明背景
技术领域
本发明总体上涉及电信领域，具体而言是涉及一种用于仿真在分组交换传输网中的电路交换通信的方法。
相关技术描述
在将基于分组的传输引入到先前的电路交换通信网(例如典型的无线接入网络)中时，由于多种原因，能够在可能的地方重用电路交换设备并符合这种系统的延迟需求就显得很重要。尤其重要的是，能够重用已经安装的基本设备(例如，在无线接入网络中是无线基站和语音/数据变码器)。
引入基于分组的传输网的驱动力量之一是可以用于非连续传输(DTX)通信和统计复用应用的传输效率的增益。因此，重要的是能够重用已安装的基本设备并仍然能够获得可能的传输效率的最大增益。
有多种用于将电路交换网络转换用于分组交换通信的方法，目的是尽可能多地重用电路交换设备。一个解决方案是将用于电路交换设备的软件进行升级，以便使得它能够处理分组交换通信。不过，在许多情况下，电路交换的硬件有其固有的限制，将使得这种软件升级实际上不可能实现。另一个解决方案是使用称作电路仿真(CE)的方法。CE概念基于这样一个方法，即几个电路交换信道被复用到通过一个分组交换网络传输到一个端点或节点的分组。在该端点，所接收的分组被解复用并且初始的电路交换比特流被重建。
例如，上述CE方法被用于具有固定长度分组的异步转移模式(ATM)通信技术。这种CE方法的最大的缺点是所获得的传输效率比那些传统的电路交换解决方案的要低，并且不同的独立电路交换信道在它们在分组交换网中交换之前必须被分开。不过，上述CE方法的一个优点是它产生相对好的传输延迟特性。
可以用于将现有的电路交换设备转换用于分组交换通信的第三个解决方案是在电路交换和分组交换网络之间插入一个协议转换器。不过，来自这种网关解决方案的传输延迟特性对于实时业务(例如语音)通常不足够好。
实际上，在规划从电路交换传输技术到分组交换技术的变化时要考虑三个问题：延迟、传输效率以及设备重用。当负载涉及实时业务(例如语音)时，与传输技术相关的延迟是要考虑的一个重要问题。同样，现有的CE方法能够解决这一实时业务问题，但不是以传输效率的方法。在诸如蜂窝接入网络中的特定应用中要考虑的另一个重要问题是所用技术的传输效率。不过，当带宽不昂贵时，传输效率不是一个主要问题，但在许多应用中，带宽都是昂贵的。在任何情况下，需要解决的基本问题是如何将移动通信系统中的传输技术从电路交换改变为分组交换，以便可以维持已经安装的电路交换基础结构，同时仍然能够获得具有相对低延迟的有效传输。如下面将要描述的，本发明成功地解决了这个问题以及其它相关的问题。
发明内容
根据本发明的一个优选实施例，使用一个清除了无用信息的电路仿真方法将电路交换网络转换用于分组交换传输，同时尽可能多地使用现有的电路交换基础结构。无用信息清除功能将不需要的信息在传输之前予以清除，从而提高了传输效率并减小了传输延迟。
本发明的一个重要技术优点是电路交换设备可以用于分组交换传输网，而与现有硬件限制无关，无需改变电路交换设备。
本发明的另一个重要技术优点是现有的电路交换设备可以重用于分组交换传输，同时满足对于实时业务的延迟要求，并且不会浪费传输资源。
本发明的另一个重要技术优点是电路交换设备可以用于分组交换传输网中，在某种意义上提高了传输效率并减小了传输延迟。
附图简述
通过参考下面连同附图的详细描述可以更完整地理解本发明的方法和设备，其中：
图1是可以用于实现本发明的一个优选实施例的示范通信系统的简化框图；
图2是一个示范的清除无用信息的示范单一电路仿真单元的图，它可以用于实现本发明的优选实施例；
图3是根据本发明的优选实施例，可以由图2所示用于五个电路交换信道的复用器装配的一个示范分组的图；
图4是根据优选实施例的一个不同方面，可以由图2所示的用于五个电路交换信道的复用器装配的第二个示范分组的图；以及
图5是根据示范实施例的另一个方面，包括一个可选控制指示符(OCI)域和相关的可选控制信息域的一个分组的示例。
附图详述
通过参考附图1-5可以更好地理解本发明的优选实施例及其优点，相同的编号用于各图中相同和相应的部分。
实际上，根据本发明的优选实施例，使用一个清除了无用信息的电路仿真方法将一个电路交换网络转换用于分组交换传输，同时尽可能多地重用现有的电路交换基础结构。无用信息清除功能将不需要的信息在传输之前予以清除，从而提高了传输效率并减小了传输延迟。例如，可以被清除以提高传输效率并较小延迟的不需要的信息包括连接在非激活时存在的信息、讲话者沉默时存在的压缩语音信息、来自坏的或者不能使用的帧的信息等。
特别地，图1是可以用于实现本发明的一个优选实施例的示范通信系统10的简化框图。为了说明的目的，下面的描述表明本发明如何能够被实现用于诸如语音的电路交换业务。不过，本发明的范围并不局限于此，而是也可以包括其它的电路交换业务。参见图1，示范系统10包括至少两个电路交换节点12和14。例如，节点12可以是公共陆地移动网(PLMN)中的一个无线基站，节点14可以是PLMA中另一个位置(例如在一个到公共交换电话网或PSTN的网关中)的语音变码器。在本例中，系统10还包括一个根据传统协议(例如使用传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)栈方法)运行的分组交换网16。概念上，块18a和18b可以代表在电路交换和分组交换网之间的互连点的单一CE单元(18)的两个部分。可替代地，块18a和18b还可以代表两个分开的和不同的CE单元。图2所示为可以用于实现本发明的优选实施例的一个示范单一CE单元(例如18b)的图。一个相应的CE单元(例如18a)可以是图2所示的CE单元的镜像。
现在讨论图2，所示的示范CE单元(18b)包括(从电路交换侧移动到分组交换侧)多个电路交换同步(CSS)单元20a-e。对于本实施例，每个CSS单元与一个不同的窄带信道(来自单元14)同步。在一个诸如全球移动通信系统(GSM)的示范蜂窝系统中，用于这种窄带信道的典型数据速率是用于压缩语音的16k比特/秒。如图所示，为每个信道提供了一个CSS单元20a-e。如果有一段其中没有用于任何这种信道的激活连接的时间，则相应的用于该信道的CSS单元就检测到空闲模式，并不转发帧到相应的无用信息清除单元(GRU)22a-e。
对于从相应的CSS单元20a-e接收的每个帧，每个GRU 22a-e确定是否该帧应当被转发到复用器24或者被清除(例如通常称作寂静检测)。同样，多个不同的方法可以由GRU使用来确定进入数据(来自一个CSS单元)是否包括语音信息。例如，当一个帧含有压缩语音时，这一事实就被包括作为该帧的一个控制域中的信息。由于每个CSS单元(和相应的GRU)关于帧定时被同步，所以GRU可以等待一个控制域出现，从控制域信息中检测该帧中的压缩语音的存在或不存在，然后确定是否清除该帧或将其转发到复用器。对于本实施例，如果与一个帧相关的控制域指示该帧中不存在压缩语音信息，则GRU 22a-e将清除该帧。如果由于某个原因，与一个特定帧相关的控制域不含有指示压缩语音的存在或不存在的信息，或者该帧含有未压缩语音，则可以由相应的GRU使用一个已知的算法来在该帧中的语音信息(如果有)和背景噪声之间进行区分。这些算法通常称作寂静检测算法。
在特定情况中，GRU 22a-e清除坏帧是有利的。这些所谓的坏帧是遭到破坏致使该帧含有的信息无法被使用的帧。典型地，当这些帧在到达电路交换节点之前经过无线空中接口传输时，这种坏帧会更频繁地出现。不过，使用这种无线空中接口的系统通常与一个被发送的语音帧一起传送一个指示该发送帧的好坏的信号。GRU可以基于这样一个信号的接收来清除一个坏帧。
GRU操作的一个例子是如果电路交换侧的一个信道是GSM全速率语音信道(遵循GSM技术规范TS GSM 08.60)，则GRU将在下列情况下转发一个帧：帧类型不是SPEECH(语音)；坏帧指示(BFI)＝1。
复用器24从由每个GRU 22a-e转发的帧中的一部分信息装配一个分组用于传输。复用器还构成一个(拼接的)头，它描述该被装配的分组中含有的每个信道的状态(SPEECH(语音)或SILENT(寂静))。例如，该头可以由每个信道一比特构成，该比特指示相关信道的状态(SPEECH(语音)或SILENT(寂静)。因而被装配的分组含有对于每个信道状态(SPEECH(语音)或SILENT(寂静)的位图以及来自每个信道的数据段(如果有)。需要特别指出的是，被装配的分组中的数据段包括从远非电路交换信道接收的数据(排除在现有分组中装配的数据)。
图3是根据本发明的优选实施例，可以由用于五个电路交换信道的复用器24装配的一个示范分组的图。如图所示，该示范分组在头中包括五个比特(1-5)。头中的每个比特表示相应信道(信道1-5)的状态(SPEECH(语音)或SILENT(寂静))。换句话说，头中的比特1对应于信道1(并指示信道1的状态)，依此类推。对于本实施例，被装配的分组包括对于五个信道中的每一个的两个字节数据。不过，注意对于每个信道所允许的字节数以及信道的数量是设计选择的内容而并非是用来限制本发明的范围的。如图3中的被装配分组所示，所有的信道都是激活的(即在SPEECH(语音)状态)。
图4是根据优选实施例的一个不同方面，可以由用于五个电路交换信道的复用器装配的第二个示范分组的图。如图所示，该示范分组只包括对于信道1、3和5的数据。在这种情况下，信道2和4示为在寂静(SILENT)状态，并且对于这些信道没有数据包括在分组中。同样，头中的比特(2、4)指示相应的信道是寂静的。有利的是，根据本发明，图4所示的被装配分组的尺寸被与寂静状态中的信道数量成比例而减小，从而减小了分组传输延迟并提高了传输效率。
如图3和4的比较所示，被装配分组的尺寸与激活信道数量成比例。因此，当所有相关的信道(例如对本实施例的1-5)同时激活时，可以达到被装配的分组的最大尺寸。
特别地，一个被装配的分组的最大尺寸可以由被复用到以形成该分组的信道的数量以及来自每个这种信道包含在该分组中的数据量来控制。来自每个信道的数据量还对应于引入到CE单元18b的缓冲区延迟量。对于本实施例，可以在CE单元中使用一个缓冲区(例如寄存器或弹性缓冲区)来临时存储从一个或多个电路交换信道提取的数据。例如，如图3和4所示的被装配的分组包括每个信道两个字节数据。如果CE单元从一个16k比特/秒的压缩话音信道提取两个字节数据，则这对应于1毫秒的缓冲区延迟。因此，从每个信道提取的数据量和对于每个信道所允许的最大字节数是可以被调整来获得所希望的性能(例如传输效率和传输延迟)的两个参数。
在特定情况下，需要在一个帧中额外的控制信息。当一条连接被启动或终止时，会出现这些情况中的两个。提供该控制信息的信令最好是在带内传送到CE单元(18b)，但也可以在带外传送。最好是在带内传送这种信令的原因是为了同步。例如，如果一条连接被终止，则一个额外的控制域可以被包括在来自电路交换信道的受影响的帧中，该域中的信息指示对于被终止连接的信道号，并从此刻开始，被复用分组将含有少一个的信道。这种类型的信令易于与数据流同步，从而解决了连接的动态行为。重要的是，该信令信息是在瞬变发生时被发送的。对于本实施例，一个OCI域可以被包括在被装配的分组中来指示该信令信息是否出现在一个帧中。图5所示的分组中给出了这种OCI域和相关的可选控制信息域的一个例子。
现在返回到图2，被装配的复用的“帧”从复用器24转发到分组器(packetizer)26，它根据用于分组交换网16(例如IP)中的协议格式将“帧”分成分组。然后，所得到的分组通过分组交换网16发送到另一个CE单元(例如18a)。
再讨论图2，但从分组交换侧移动到电路交换侧，用于示范实施例的CE单元(例如18b)还包括一个抖动处理器和拆分组器单元28。该单元的主要功能是消除进入分组中固有的抖动，并终止分组交换网协议(例如IP)。解复用器30分析进入分组中的头(SPEECH/SILENT位图)(如果OCI域出现则还要分析该域)，从出现的每个信道域中提取数据，并将来自每个信道域的数据转发到相应的无用信息电感器(inducer)单元(GIU)32a-e。当对于一个特定信道没有语音信息出现时，则在没有语音信息被传送时，与该信道相关的GIU 32a-e就将由电路交换网(例如14)使用的填充符类型的信息插入到该信道中。例如，如果电路交换侧的一个信道是GSM全速率语音信道(遵循GSM技术规范TS GSM08.60)，则当GIU没有从解复用器接收帧时，GIU将为电路交换侧插入空闲语音类型的帧。相应的电路交换帧调节器(CSF)单元34a-e使用恰当的电路交换帧和信道结构来重建用于在电路交换网(14)上传输的比特流。
尽管已经在附图中示例并在前面的详细描述中描述了本发明的方法和设备的一个优选实施例，但是应当理解，本发明并不局限于所公开的实施例，而是在不偏离下面的权利要求所提出和定义的本发明的精神的前提下，可以有大量的重新安排、修改和替代。

Claims (22)

1.一种电路仿真单元，包括：
多个清除单元，所述多个清除单元中的每一个连接到一个电路交换信道，以响应于一个预定条件而转发或清除从所述电路交换信道接收的信息帧；以及
连接到所述多个清除单元的每一个的输出的复用器，用于装配来自所述被转发的信息帧的一个分组。
2.根据权利要求1的电路仿真单元，还包括：
连接到所述多个清除单元和所述电路交换信道的多个同步单元，用于将所述电路仿真单元与所述每个电路交换信道同步；以及
连接到所述复用器的一个输出的分组器，用于对一个被装配的分组进行格式化以在分组交换网上传输。
3.根据权利要求1的电路仿真单元，其中所述每个电路交换信道包括用于压缩语音的一个窄带信道。
4.根据权利要求1的电路仿真单元，其中所述每个电路交换信道包括GSM网络信道。
5.根据权利要求1的电路仿真单元，其中所述预定条件包括在从所述电路交换信道接收的所述信息帧中的语音，并且所述信息帧被转发到所述复用器。
6.根据权利要求1的电路仿真单元，其中所述预定条件包括在从所述电路交换信道接收的所述信息帧中不存在语音，并且所述信息帧不被转发到所述复用器。
7.根据权利要求1的电路仿真单元，其中所述预定条件包括在从所述电路交换信道接收的所述信息帧中的未压缩语音，并且所述信息帧不被转发到所述复用器。
8.根据权利要求1的电路仿真单元，其中所述预定条件包括存在从所述电路交换信道接收的一个坏帧，并且所述帧不被转发到所述复用器。
9.一种电路仿真单元，包括：
一个连接到分组交换网的拆分组单元，用于终止与从所述分组交换网接收的一个分组相关的协议；
一个连接到所述拆分组单元的解复用器，用于从所述接收到的分组中提取信道信息；以及
多个电感器单元，所述多个电感器单元中的每一个连接到所述解复用器的一个相应输出，用于响应于一个预定条件而将填充符信息插入到所述信道信息中。
10.根据权利要求9的电路仿真单元，还包括多个连接到所述电感器单元的电路交换帧调节器单元，用于将所述信道信息格式化以在电路交换网上传输。
11.根据权利要求9的电路仿真单元，其中所述预定条件包括在所述信道信息的一部分中不存在语音信息。
12.一种电路仿真方法，包括步骤：
从多个电路交换信道接收多个帧；
响应于一个预定条件而转发或清除从所述多个电路交换信道接收的帧信息；以及
复用所述多个被转发的信息帧以装配一个分组以在分组交换网中传输。
13.根据权利要求12的电路仿真方法，还包括步骤：
与所述每个电路交换信道同步；以及
对所述被装配的分组格式化以在所述分组交换网中传输。
14.根据权利要求12的电路仿真方法，其中所述每个电路交换信道包括用于压缩语音的窄带信道。
15.根据权利要求12的电路仿真方法，其中所述每个电路交换信道包括GSM网络信道。
16.根据权利要求12的电路仿真方法，其中所述预定条件包括在从所述电路交换信道接收的所述信息帧中的语音，并且所述信息帧被转发以进行复用。
17.根据权利要求12的电路仿真方法，其中所述预定条件包括在从所述电路交换信道接收的所述信息帧中不存在语音，并且所述信息帧不被转发以进行复用。
18.根据权利要求12的电路仿真方法，其中所述预定条件包括在从所述电路交换信道接收的所述信息帧中的未压缩语音，并且所述信息帧不被转发以进行复用。
19.根据权利要求12的电路仿真方法，其中所述预定条件包括存在从所述电路交换信道接收的一个坏帧，并且所述帧不被转发以进行复用。
20.一种电路仿真方法，包括步骤：
从分组交换网接收一个分组；
对从所述分组交换网接收的所述分组进行解分组；
对所述被解分组的分组进行解复用；
从所述接收到的分组中提取信道信息；以及
响应于一个预定条件而将填充符信息插入到所述被提取的信道信息。
21.根据权利要求20的电路仿真方法，还包括将所述信道信息进行格式化以在电路交换网中传输的步骤。
22.根据权利要求20的电路仿真方法，其中所述预定条件包括在所述信道信息的一部分中不存在语音信息。
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