CN1522016A - 用于网络地址转换与会话管理的系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种网络地址转换(NAT)和会话管理的系统与方法，通过把NAT概念应用于在外部公共网络或本地网络发起的SIP(会话发起协议)呼叫，来对NAT系统内的SIP消息进行地址转换并把呼叫分配至多个呼叫代理。此用于网络地址转换(NAT)和会话管理的系统与方法包括：多个呼叫代理(构成本地网络)，将多个SIP呼叫代理与NAT模块相连，控制NAT模块以把从外部输入的SIP呼叫均匀分配至内部SIP呼叫代理。此外，此用于网络地址转换(NAT)和会话管理的系统与方法可能包括多于一个的分组交换系统的呼叫代理，通过把使用SIP的NAT应用于分组交换系统，在分组网络中支持使用SIP的VoIP，从而能够处理更多的业务量。

Description

用于网络地址转换与会话管理的系统与方法

本申请要求2003年2月14日递交的韩国专利申请No.2003-9512的权益，其公开这里一并作为参考。

技术领域

本发明涉及一种NAT(网络地址转换)和会话管理的系统与方法，通过把NAT概念应用于发起于外部公共网络或分组交换系统内本地网络的SIP(会话发起协议)呼叫来处理SIP会话，对NAT系统内的SIP消息进行地址转换并把呼叫分配至多个呼叫代理。

背景技术

迄今为止，因特网的发展主要在电子邮件或Web等数据业务领域，随着远程教学、电话会议等要求实时业务传输的应用的出现，因特网目前开始趋向于接受语音和图像等实时数据业务。

针对向多个参与者的实时传送，使用UDP(用户数据报协议)或IP组播来执行音频和视频数据的传输，这些协议并不是如TCP(传输控制协议)等的可靠传输协议。

H.323协议是“基于分组的多媒体通信系统”，是以因特网为代表的各种分组交换网络上视频会议系统的标准推荐使用协议。

H.323系统并不在传输时再次传输损坏或丢失的数据分组，而是使用一种通过监控丢失数据动态控制传输率或恢复会议中丢失的数据分组的方法，从而把重点放在实时属性而非可靠性。

与此同时，基于IP(因特网协议)运行的SIP(会话发起协议)系统由用户代理和网络服务器组成。用户代理是终端，执行与H.323终端相同的功能，并通常用作用于请求呼叫的UAC(用户代理客户机)和用于响应呼叫请求的UAS(用户代理服务器)。

SIP利用如现有的名称服务器、认证服务器等因特网服务器，涉及与因特网电话的呼叫会话建立、维护、释放、管理相关的整个流程。SIP是一种基于客户端-服务器的协议，以呼叫方为了让对方加入会话而对其进行呼叫的方式发展。因此，SIP提供的功能有用户定位、会话建立、会话协商、会话参与者管理以及包括保留、转移、静音等呼叫特性调用。此外，为了对呼叫进行处理，SIP使用类似HTTP(超文本传送协议)的基于具有语法和语义的文本的协议。

在应用现有技术的SIP的NAT系统中，呼叫代理，一个SIP呼叫控制器，用于调解主叫SIP终端和被叫SIP终端之间的呼叫。

因此，由一个SIP呼叫代理快速处理的SIP业务是有限的，而且如果同时有许多SIP呼叫设法尝试一个呼叫代理，此呼叫代理所处理的业务将受到进一步的限制，  从而SIP呼叫的快速处理更加困难。

为了解决此类问题，要求具有多个SIP呼叫代理的NAT系统同时处理更多的SIP业务，将呼叫分配至多个这种SIP呼叫代理。

NAT系统执行转换网络地址的功能。换句话说，NAT系统把从公共网络上接收到的IP数据分组传输至本地网络，转换网络地址，以便将从本地网络接收到的数据分组传输至公共网络。

通过这种功能，可以通过未指定单独地址的节点访问因特网。此外，可以通过TCP/IP传输层或应用层的协议转换，使用特定的TCP/IP(传输控制协议/因特网协议)应用程序。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种网络地址转换系统中的地址转换和会话管理的系统和方法，能够相对于NAT系统内的SIP消息，进行地址转换并把呼叫快速分配至多个呼叫代理，把NAT概念应用于发起于外部公共网络或分组交换系统中的本地网络的SIP呼叫来处理SIP呼叫。

本发明的另一目的是提供一种按照本发明的网络地址转换和会话管理的系统和方法，可以包括多于一个分组交换系统的呼叫代理，通过把使用SIP的NAT应用于分组交换系统以支持在分组网络中使用SIP的VoIP(基于因特网协议的语音)，从而处理更多的业务。

另一目的是提供一种按照本发明的网络地址转换和会话管理的系统和方法，把专用网络地址赋予本地网络内的呼叫代理，把公共网络地址赋予NAT，从而正确地将SIP呼叫输入从外部网络分配至多个本地网络内的呼叫代理。

另一目的是提供一种通过第一呼叫ID相连的呼叫代理，从头至尾处理呼叫，从而使本地网络内的呼叫代理处理更多呼叫。

另一目的是提供一种网络地址系统中的地址转换和会话管理的系统和方法，能够在具有增大效率的同时，简单而便宜地得以实现。

为了实现上述和其他目的，本发明包括多个呼叫代理(构成本地网络)并让多个SIP呼叫代理与NAT连接。NAT将从外部输入的SIP呼叫均匀分配至其内部的SIP呼叫代理。

换句话说，实现上述目的的本发明的一种“网络地址转换和会话管理的系统”的一个方面，包括：主叫SIP终端，与外部公共网络相连；网络地址转换模块(NAT模块)，用于接收从主叫SIP终端传输过来的SIP消息，针对内部SIP的主叫SIP终端，进行地址转换和会话管理；多个呼叫代理，构成了具有所述NAT模块的本地网络，负责呼叫处理。

本发明的一种“网络地址转换和会话管理的系统”的另一方面，包括：多个呼叫代理，负责呼叫处理；网络地址转换模块(NAT模块)，通过本地网络与多个呼叫代理相连，通过接口于外部网络，针对从存在于本地网络中的呼叫代理收到的SIP消息，进行地址转换和会话管理；被叫SIP终端，与NAT模块和外部公共网络相连。

同时，本发明的一种“网络地址转换和会话管理的方法”的一个方面，包括：接收从与外部公共网络相连的主叫SIP终端产生的呼叫建立请求消息，从接收到的呼叫建立请求消息中提取公共网络地址并存储；在上述步骤之后，选择多个呼叫代理中特定的呼叫代理，将特定呼叫代理的通信路径存储在相关呼叫的会话信息中；以及，使用存储在相关呼叫的会话中的信息，把来自主叫SIP终端的SIP信息仅传输至选中的呼叫代理，以对业务进行分配。

通过针对从主叫SIP终端产生的呼叫建立请求消息，选择多个呼叫代理中不同的一个呼叫代理，做出上述特定呼叫代理的选择。

此外，本发明的一种“网络地址转换和会话管理的方法”的另一方面，包括：接收从通过本地网络相连的多个呼叫代理产生的呼叫建立请求消息，从接收到的呼叫建立请求消息中提取公共网络地址并存储；在上述步骤结束后，将多个呼叫代理中的特定呼叫代理的通信路径存储在相关呼叫的会话信息中；以及，使用存储在相关呼叫的会话中的信息，把从特定呼叫代理传输过来的SIP消息仅传输至选中的主叫SIP终端，以对业务进行分配。这里，主叫SIP终端仅通过多个呼叫代理中不同的一个呼叫代理传输和接收SIP消息。

附图说明

在考虑到其中相似的参考符号表示相同或相似的组件的附图的同时，参照以下详细描述，对本发明更为全面的评价以及许多优点将变得更加清楚，并能得到更好的理解，其中：

图1是显示了由NAT系统中的呼叫代理(SIP代理服务器)进行呼叫调解时的SIP呼叫处理的流程；

图2是显示了在由按照本发明的网络地址转换和会话管理的系统和方法中的SIP客户端发起呼叫的情况下的呼叫处理的流程的示意图；以及

图3是显示了在呼叫终止于按照本发明的网络地址转换和会话管理的系统和方法中的SIP客户端的情况下的呼叫处理的流程的示意图。

具体实施方式

现在，将参照附图，对按照本发明的网络地址转换和会话管理的系统和方法的优选实施例进行更为全面的描述。详细的结构和元素等描述中所限定的事物仅限于协助更全面地理解本发明。显然，可以在没有这些限定事物的情况下实现本发明。此外，众所周知的功能和结构并未详细描述，因为它们会在不必要的细节上使本发明含混不清。

图1示出了NAT系统中的呼叫代理(SIP代理服务器)进行呼叫调解时的SIP呼叫处理的流程。

如图1所示，作为SIP呼叫控制器的呼叫代理20用于调解主叫SIP终端20与被叫SIP终端30之间的呼叫。

下面将描述调解呼叫时的呼叫处理流程。如果主叫SIP终端10发送通信请求消息(INVITE)至呼叫代理20(步骤41)，收到通信请求消息的呼叫代理20则把收到的通信请求信息(INVITE)发送至被叫SIP终端30(步骤42)。

随后，被叫SIP终端30向呼叫代理20发送用于通知处理呼叫的消息(100 Trying)(步骤43)，收到此信息的呼叫代理20把针对呼叫的处理消息发送至主叫SIP终端10(步骤44)。

此外，被叫SIP终端30向呼叫代理20发送呼叫信号(180Ringing)(步骤45)，呼叫代理20发送呼叫信号至主叫SIP终端10(步骤46)。

此后，被叫SIP终端30向呼叫代理20发送接受呼叫建立请求的消息(200 OK)(步骤47)，呼叫代理20向主叫SIP终端10发送接受呼叫建立请求的消息(200 OK)。

随后，主叫SIP终端10向呼叫代理20发送确认消息ACK作为响应(步骤49)，呼叫代理20向被叫SIP终端30发送确认消息ACK作为响应，从而建立呼叫(步骤50)。

随后，主叫SIP终端10与被叫SIP终端30进行通信(步骤51)。

此后，如终止通信，主叫SIP终端10向呼叫代理发送消息BYE，请求连接终止(步骤52)，呼叫代理20向被叫SIP终端30发送消息BYE，请求连接终止(步骤53)。

然后，被叫SIP终端30向呼叫代理20发送接受连接终止的消息(200 OK)(步骤54)，呼叫代理20向主叫SIP终端10发送接受连接终止的消息(200 OK)，从而通信即被终止(步骤55)。

图2是按照本发明的网络地址转换和会话管理方法的一个实施例的示意图，示出了在由主叫SIP终端发起呼叫的情况下的呼叫处理流程。此处，参考数字100代表连接至外部公共网络的主叫SIP终端，参考数字200代表NAT模块，该NAT模块接收来自主叫SIP终端100的SIP消息，并对内部SIP中的主叫SIP终端进行地址转换和会话管理，参考数字310至330代表与NAT模块200共同构成本地网络的多个呼叫代理，负责呼叫处理。

首先，如图2所示，步骤401至402，接收由与外部公共网络相连的主叫SIP终端100产生的呼叫建立请求消息，从接收到的呼叫建立请求消息中提取公共网络地址并存储，从多个呼叫代理中选择特定的呼叫代理，在相关呼叫的会话消息中存储此特定呼叫代理的通信路径，以及步骤403，分配业务量，使用相关呼叫的会话中存储的信息，把来自主叫SIP终端100的SIP消息只传输至选定的呼叫代理，通用步骤404至416，对SIP呼叫进行处理，步骤417，如果完成第一呼叫，则删除会话，步骤418至420，如果接收到第二个呼叫建立请求消息，从接收到的呼叫建立请求消息中提取公共网络地址并存储，从多个呼叫代理中选择特定的呼叫代理，在相关呼叫的会话消息中存储此特定呼叫代理的通信路径，通过使用相关呼叫的会话中存储的信息，把来自主叫SIP终端100的SIP消息传输至选定的呼叫代理，来分配业务量。

将在下面，对从具有前述结构的本发明的主叫SIP终端100发起呼叫时，NAT模块200中的呼叫处理操作进行更为详细的描述。

连接至外部公共网络的SIP终端100把终端的公共网络地址放于INVITE消息的“Via”和“Contact”字段中，并发送至NAT模块200(步骤401)。

接收INVITE消息的NAT模块200判断呼叫的开始，使用“CallID”(呼叫标识)值，产生针对该呼叫的一个会话。此外，NAT模块200在相关会话中存储公共网络地址和主叫SIP终端100的UDP端口，以向外部主叫SIP终端100做出响应。

如果存储了公共网络地址和UDP端口，将从构成本地网络的多个呼叫代理310、320和330中选取一个呼叫代理(例如310)，把所选定呼叫代理的地址信息存储在所产生的会话中(步骤402)，并将相关消息发送至选定的呼叫代理310(步骤403)。

接下来，选定的呼叫代理310向NAT模块200发送通知呼叫处理的“100 Trying”消息(步骤404)，NAT模块200向存储在所产生的会话中的外部主叫SIP终端100的公共网络地址和UDP端口发送“100Trying”消息(步骤405)。

此后的步骤406至412与图1描述中的现有技术的处理程序相同，在此省略。

换句话说，在步骤406至412中，利用“CallID”，在所有来自主叫SIP终端100的消息中搜索相关呼叫的会话，并搜索存储在此会话中的呼叫代理，以及将所有SIP消息将传输至呼叫开始时所选定的呼叫代理310。

如果主叫SIP终端100在呼叫完毕之后发送“BYE”消息以释放呼叫(步骤413)，NAT模块200将搜索存储在相关呼叫的会话中的呼叫代理310，通知呼叫代理此呼叫释放请求(步骤414)，接收来自呼叫代理的响应“200 OK”，并发送同样的消息(“200 OK”)至主叫SIP终端100(步骤416)。

此后，删除存储了相关呼叫的所有信息的会话(步骤417)。

如果第一呼叫结束后，NAT模块200收到第二呼叫的“INVITE”消息(步骤418)，NAT模块200选择新的呼叫代理320以实现呼叫的均匀分配(步骤419)，通过发送此“INVITE”消息至选定的呼叫代理320，对此相关呼叫进行处理(步骤420)。

图3示出了按照本发明的网络地址转换和会话管理方法的另外一个实施例，示出了在呼叫终止于被叫SIP终端的情况下的呼叫处理的流程。

这里，参考数字310、320、330代表负责呼叫处理的多个呼叫代理，参考数字200所代表的NAT模块通过本地网络与多个呼叫代理310、320、330相连。

此外，参考数字200代表通过与外部网络连接为接收自本地网络中的呼叫代理310、320、330的SIP消息进行地址转换和会话管理的NAT模块，连接至NAT模块的参考数字110代表连接于外部网络的被叫SIP终端。

上述被叫SIP终端100实际上与图2中的主叫SIP终端相同，采用不同的参考数字和术语是为了区分呼叫发起操作和呼叫终止操作。

首先，被叫侧的呼叫代理310、320、330把相关呼叫代理(例如与310对应的呼叫代理)的本地专用网络地址插入INVITE消息中的“Via”和“Contact”字段，以便发起已终止SIP呼叫，并将其发送至NAT模块200(步骤501至502)。

接收INVITE消息的NAT模块200使用“CallID”产生相关呼叫的会话，并把“INVITE”消息内“Via”和“Contact”字段中的本地专用网络地址变为NAT 200的公共网络地址(步骤503)。

接下来，NAT模块200向外部网络中的被叫SIP终端110发送“INVITE”消息，在相关会话中存储发送本地专用网络地址和“INVITE”消息的呼叫代理310的地址信息(步骤504)。

响应接收自会话发起协议(SIP)终端110的“100 Trying”消息，NAT模块200把“Via”和“Contact”字段变为本地专用网络地址，本地专用网络地址被存储在步骤502中接收来自呼叫代理310的“INVITE”消息时的会话中，并把消息“100 Trying”发送至存储于此会话中的呼叫代理310。

此后的步骤507至513与图1描述中的现有技术的呼叫处理程序相同，在此省略详细说明。

换句话说，步骤507至513把来自外部被叫SIP终端110的所有消息变为NAT模块200的公共网络地址，并传输该地址。

如呼叫代理310在呼叫结束后向NAT模块200发送“BYE”消息以释放呼叫(步骤514)，NAT模块200把此“BYE”消息中的本地专用网络地址变为NAT模块200的公共网络地址，并传输至被叫SIP终端110(步骤515)。

接收此“BYE”消息的被叫SIP终端110通过向NAT模块200发送“200 OK”消息，通知NAT模块正常呼叫释放(步骤516)，接收此“200 OK”消息的NAT模块200向存储在相关会话中的呼叫代理310发送此“200 OK”消息(步骤517)，删除此相关呼叫的所有信息和会话(步骤518)。

本发明可作为存储于计算机可读介质中的计算机可执行指令来实现。计算机可读介质包括其中存储了计算机可读数据的所有可能类型的记录介质。计算机可读介质包括存储介质，例如磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)，光读取介质(例如CD-ROM(压密盘只读存储器)、DVD(数字通用盘)、可写光盘等)，系统存储器(只读存储器、随机存取存储器)、闪速存储器以及载波(例如通过因特网的传输等)。此外，计算机可读介质可以存储和执行分布于通过网络连接的计算机中的计算机可读代码。

由上面的描述可以清楚地看到，按照本发明的网络地址转换和会话管理的系统和方法可以包括多于一个的针对分组交换系统的呼叫代理，通过把使用SIP的NAT应用于分组交换系统以在分组网络中支持使用SIP的VoIP(基于因特网协议的语音)，从而与现有技术的方法相比，能够处理更多的业务量。

此外，按照本发明的网络地址转换和会话管理的系统和方法将专用网络地址赋予本地网络内的呼叫代理，将公共网络地址赋予NAT，从而将从外部网络输入到NAT的SIP呼叫正确地分配至多个本地网络中的呼叫代理。

此外，通过第一CallID连接的呼叫代理从头至尾地处理呼叫，因此本地网络中的呼叫代理可以处理更多的呼叫。

尽管已经参照其特定的优选实施例，示出和描述了本发明，本领域的技术人员应当理解的是，在不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (19)

1、一种用于网络地址转换和会话管理的系统，包括：

连接至外部网络的主叫终端；

网络地址转换模块，用于接收来自主叫终端的会话发起协议消息，针对内部会话发起协议的主叫终端进行地址转换和会话管理；以及

与网络地址转换模块共同构成本地网络的多个呼叫代理，负责呼叫处理。

2、按照权利要求1所述的系统，其特征在于网络地址转换模块把来自主叫终端的公共网络地址转换为本地网络地址，连接至多个呼叫代理。

3、按照权利要求1所述的系统，其特征在于网络地址转换模块通过针对作为产生自主叫终端的呼叫建立请求消息的一个“INVITE”消息，从多个呼叫代理中选择一个呼叫代理，来对呼叫进行连接。

4、一种用于网络地址转换和会话管理的系统，包括：

多个负责呼叫处理的呼叫代理；

网络地址转换模块，通过本地网络连接至多个呼叫代理，通过与外部网络连接，针对从本地网络内的呼叫代理接收到的会话发起协议消息，进行地址转换和会话管理；以及

连接网络地址转换模块和外部网络的被叫终端。

5、按照权利要求4所述的系统，其特征在于网络地址转换模块通过把来自多个呼叫代理的本地网络地址转换为公共网络地址，来连接被叫终端。

6、按照权利要求4所述的系统，其特征在于网络地址转换模块通过分析由呼叫代理产生的“INVITE”消息，在对应于一个“CallID”的被叫终端之间，连接呼叫。

7、一种在用于网络地址转换和会话管理的系统中、在主叫终端处发送呼叫的方法，所述方法包括如下步骤：

在设置在主叫终端和呼叫代理之间的网络地址转换模块处，接收由连接至外部网络的主叫终端产生的呼叫建立请求消息，从接收到的呼叫建立请求消息中提取公共网络地址并存储该公共网络地址；

从多个呼叫代理中选择特定的呼叫代理，在相关呼叫的会话信息中存储此特定呼叫代理的通信路径；并

使用存储在相关呼叫的会话中的信息，把来自主叫终端的会话发起协议消息仅发送至选定的呼叫代理，以分配业务量。

8、按照权利要求7所述的方法，其特征在于上述特定呼叫代理的选择是通过针对由主叫终端产生的呼叫建立请求消息，在多个呼叫代理中选择不同的一个呼叫代理而做出的。

9、按照权利要求7所述的方法，其特征在于网络地址转换模块在接收步骤中，执行以下步骤：在接收到由连接至外部公共网络的主叫终端产生的呼叫建立请求消息时，判断呼叫的开始；使用“CallID”值产生针对呼叫的一个会话，存储主叫终端的公共网络地址和UDP(用户数据报协议)端口；并从构成本地网络的多个呼叫代理中选择一个呼叫代理，在所产生的会话中存储所选呼叫代理的地址，然后向所选呼叫代理发送会话发起协议消息。

10、按照权利要求7所述的方法，其特征在于网络地址转换模块在接收步骤中，还执行以下步骤：在相关呼叫结束时，删除其中存储有相关呼叫的所有信息的会话。

11、按照权利要求7所述的方法，其特征在于网络地址转换模块在接收步骤中，执行以下步骤：在第一呼叫终止之后，收到第二呼叫的“INVITE”消息时，针对呼叫的均匀分配，选择新呼叫代理，通过把“INVITE”消息发送至新选定的呼叫代理来处理相关呼叫。

12、按照权利要求7所述的方法，其特征在于在接收到呼叫建立请求消息，提取公共网络地址并存储公共网络地址的步骤之后，在相关呼叫的会话信息中存储特定呼叫代理的通信路径。

13、一种在用于网络地址转换和会话管理的系统中、在被叫终端处接收呼叫的方法，所述方法包括如下步骤：

在设置在被叫终端和呼叫代理之间的网络地址转换模块处，接收由通过本地网络连接的多个呼叫代理所产生的呼叫建立请求消息，从接收到的呼叫建立请求消息中提取公共网络地址，并存储该公共网络地址；

在相关呼叫的会话信息中存储多个呼叫代理中的特定呼叫代理的通信路径；并

使用存储在相关呼叫的会话中的信息，把来自特定呼叫代理的会话发起协议消息仅发送至选定的主叫终端，以分配业务量。

14、按照权利要求13所述的方法，其特征在于主叫终端在接收步骤中，仅通过多个呼叫代理中不同的一个呼叫代理发送和接收会话发起协议消息。

15、按照权利要求13所述的方法，其特征在于网络地址转换模块在接收步骤中，执行以下步骤：在从终止侧呼叫代理接收到发起已终止会话发起协议呼叫的“INVITE”消息时，使用“CallID”值，产生相关呼叫的会话；

把“INVITE”消息中“Via”和“Contact”字段中的本地专用网络地址变为公共网络地址，发送“INVITE”消息至公共网络上的终端；并

在相关会话中存储发送本地专用网络地址和“INVITE”消息的呼叫代理的地址信息。

16、按照权利要求13所述的方法，其特征在于网络地址转换模块在接收步骤中，执行以下步骤：在呼叫结束后呼叫代理接收到用于释放呼叫的“BYE”消息时，把“BYE”消息中的本地专用网络地址变为公共网络地址，并发送公共网络地址至被叫终端。

17、按照权利要求13所述的方法，其特征在于网络地址转换模块在接收步骤中，还执行以下步骤：在相关呼叫结束时，删除其中存储有相关呼叫的所有信息的会话。

18、按照权利要求13所述的方法，其特征在于在接收到呼叫建立请求消息，提取公共网络地址并存储该公共网络地址的步骤之后，在相关呼叫的会话信息中存储特定呼叫代理的通信路径。

19、一种具有用于执行一种方法的计算机可执行指令的计算机可读介质，包括

在设置在主叫终端和呼叫代理之间的网络地址转换模块处，接收由连接至外部网络的主叫终端产生的呼叫建立请求消息，从接收到的呼叫建立请求消息中提取公共网络地址并存储该公共网络地址；

从多个呼叫代理中选择特定的呼叫代理，在相关呼叫的会话信息中存储此特定呼叫代理的通信路径；并

使用存储在相关呼叫的会话中的信息，把来自主叫终端的会话发起协议消息仅发送至选定的呼叫代理，以分配业务量。

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