CN1665218A - 利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用ATM(异步传递方式)网络传输IP承载话音VoIP的方法，所述方法包括：定义扩展ATM信元格式；根据定义的扩展ATM信元格式完成从IP包到ATM信元的封装和解封装；利用ATM网络传送所述ATM信元。利用本发明，可以简化在ATM网络上传送IP包的复杂性，更好地发挥媒体处理器对VoIP的处理能力，利用较少的资源完成不同网络之间转换，提高ATM网络对VoIP的传输速度。

Description

利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种利用ATM(异步传递方式)网络传输IP承载话音VoIP的方法。

背景技术

目前，随着Internet的成功，IP成为最主要的包交换体制。VoIP(Voiceover IP)业务是利用IP网传送话音业务的一种应用，它是建立在IP技术上的语音分组化、数字化传输技术，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。VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。

VoIP的基本原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到接收地，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送语音的目的。VoIP能够在同一条线路上传输比采用模拟技术时更多的呼叫，并且采用分组交换技术，可以实现信道的统计复用，提高网络资源的利用效率。

在VoIP使用中，不同运营商在网络建设方面可能存在多个网络共存的情况，即使是一个运营商内部也可能存在多种网络。VoIP网络中可能不仅仅是有IP网络，也可能存在其它的网络形式，比如ATM网络，因此需要考虑IP在其它网络上传送的情况。

通常，IP在其它网络上的传输技术有IP over ATM(异步传输模式承载IP)、IP over SDH(同步数字系列承载IP)和IP over WDM(波分复用承载IP)三种形式。在通常意义的ATM技术上传送IP包都需要完成一个从IP包到ATM信元的封装和解封装的过程，其中要涉及到的一个重要步骤就是SAR(分段与重组)。在通常的处理中，该功能是由AAL5协议来具体实现的。AAL5协议的制定主要是为了满足数据通信的需要而设计的，因此其差错保护功能就是AAL5的一项重要功能，在AAL5中使用的是32bit的CRC校验，功能非常强大，但很明显，在VoIP技术领域运用如此复杂的传输协议对媒体处理器的处理能力将是相当程度的浪费。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺点，提供一种利用ATM(异步传递方式)网络传输IP承载话音VoIP的方法，以简化VoIP在ATM网络中的传送。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用ATM(异步传递方式)网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述方法包括：

A、定义扩展的ATM信元格式；

B、根据所述定义的扩展ATM信元格式完成从IP语音包到ATM信元的封装和解封装；

C、利用ATM网络传送所述ATM信元。

所述扩展ATM信元包括：8个字节的信元头和56字节的信元净荷。

所述信元头包括：信元净荷类型、虚路径号标识、虚通道标识、信元净荷长度、信元净荷在IP语音包中的位置标识。

所述信元净荷类型包括：控制包标识和数据包标识。

所述步骤B包括：

B1、在所述IP语音包中增加虚路径号和虚通道号；

B2、当发送所述IP语音包时，对所述IP语音包进行分段形成ATM信元；

B3、当接收所述IP语音包时，对所述ATM信元进行重组形成IP语音包。

所述步骤B2包括：

B21、将所述IP语音包的净荷以56字节的长度单位进行切割，形成对应切割单位的ATM信元的净荷；

B22、根据所述IP语音包中的虚通道号和虚路径号及对所述IP语音包的净荷的切割单位，形成对应切割单位的ATM信元头。

所述步骤B22包括：

根据所述IP语音包中的虚通道标识，获取ATM信元类型并映射到所述ATM信元头对应的字节中；

将所述IP语音包中的虚路径号和虚通道号映射为所述ATM信元头中的虚路径标识和虚通道标识；

根据对所述IP语音包的切割单位获取对应所述切割单位的ATM信元净荷长度和信元净荷在所述IP语音包中的位置标识，并将分别映射到所述ATM信元头对应的字节中。

所述步骤B3包括：

B31、根据所述ATM信元头中的信元净荷在所述IP语音包中的位置标识确定ATM信元净荷在所述IP语音包中的位置，并将其填充到所述IP语音包中；

B32、根据所述ATM信元头中的净荷类型确定IP语音包的类型；

B33、将所述ATM信元头中的虚路径标识和虚通道标识映射为所述IP语音包中的虚路径号和虚通道号。

所述IP语音包的类型包括：数据包和控制包。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明改进了ATM信元头的使用方式，使改进后的信元头不仅包含了在网络传递中所需的消息信息，而且包含了信元净荷的内部信息，这样设计使信元重组后的报文可以不再有任何额外的开销，同时使上层的处理程序可以很快地识别出需要处理的报文类型，提高了实时处理报文的效率。另外，在相应的SAR处理中取消了附加在报文后的填充和尾部字段，将上层软件可能需要的信息部分放在报文的前部，这一方面使得对报文的处理可以更简单，另一方面也使上层软件可以采用直通等实时性更强的处理方式，进一步减小语音等处理的时延。

附图说明

图1是标准ATM信元格式；

图2是标准ATM信元中的信头格式；

图3是本发明中SAR应用分段处理流程示意图；

图4是图3所示的分段处理后ATM信元头生成示意图；

图5是本发明中SAR应用重组处理流程示意图；

图6是图5所示的重组处理后IP包的头部字段生成示意图。

具体实施方式

本发明的核心在于采用一种改进的ATM信元格式，以便更有效地进行SAR(分段与重组)的处理。

本技术领域人员知道，ATM是一种涉及转移模式的技术，其主要特点是：ATM具有电路交换和分组交换的双重性，一方面，ATM是面向连接的，具有电路交换的特点；另一方面，ATM采用固定长度的数据分组(信元)，信头部分包含了用于选路的VPI/VCI(虚路径标识符/虚通道标识符)信息，因而ATM又具有分组交换的特性。ATM采用固定长度信元承载数据，数据分组长度固定为53字节，具有虚通道和虚通路两级连接，具有支持不同QoS(服务质量)等级的能力。另外，ATM可实现话音、数据和图像等业务的综合，适应现行和将来的业务，具有灵活、可变的传输速率。

标准ATM信元是固定长度的分组，其格式如图1所示。信元长53个字节，分为2个部分。前面5个字节为信头，主要完成寻址的功能；后面的48个字节为信息段，用来装载来自不同用户，不同业务的信息。话音、数据、图象等所有的数字信息都要经过切割，封装成统一格式的信元在网中传递，并在接收端恢复成所需格式。

在用户网络接口(UNI)和网络之间接口(NNI)的信头格式有所不同，其信头格式分别如图2中的a、b所示。

信头各字段所包含的信息描述如下：

GFC：一般流量控制，4bits，只用于UNI接口，进行流量控制或在共享媒体的网络中标识不同的接入。

VPI：虚路径标识符，标识用户之间或用户与网络之间的虚路径，在UNI中为8bits，可标识256个VP(虚路径)；在NNI中为12bits，可标识4096个VP。

VCI：虚通道标识符，标识用户之间或用户与网络之间的虚通道，可标识65536个VC(虚通道)。

PTI：净荷类型标识，用于标识净荷的类型，即后面48个字节信息域的信息类型，3bits，如下表1所示。

表1：

PTI值	净荷类型
		000	无拥塞的用户信元，ATM层间指示＝0
001	无拥塞的用户信元，ATM层间指示＝1
		010	有拥塞的用户信元，ATM层间指示＝0
011	有拥塞的用户信元，ATM层间指示＝1
		100	VC的OAM信元(用于传输通道)
101	VC的OAM信元(用于端到端的传输)
		110	资源管理信元(用于改变正在使用的带宽)
111	备用

CLP：信元丢弃优先级，1bit，表示信元丢弃等级，用于拥塞控制。发生信元冲突时，CLP用来说明该信元是否可以丢掉。CLP＝0，网络尽力为其提供带宽资源，以防信元丢失；CLP＝1，可根据带宽情况丢弃信元。

HEC：信头差错控制，8bits，用于信头中的差错控制和信元同步，保证整个信头的正确传输。根据ITU-T的I.432建议，这一区域的处理在物理层进行。

可以看出，在标准ATM信元格式中，信头信息几乎占了信元的1/10，这种格式增加了长距离传输的额外开销。

有鉴于此，在本发明中，定义ATM信元格式如下表2所示：

表2：

Bits								byte	description
										7	6	5	4	3	2	1	0
VPI																		0	信元头
								CellType								1
VCI[7:0]																	2
								VCI[15:8]								3
PayloadLength																	4
								PositionFlag								5
reserved																	6
								reserved								7
Payload1																	8
								Payload2								9

…	…	信元净荷
			Payload56	63

上述信元格式与标准的ATM信元格式相比有以下不同：

(1)将信元长度由53字节增加到64字节，从而提高了信元净荷传送的数据长度。

(2)在信元头部分增加了CellType字节部分，该字节用来区分信元净荷的类型，是控制包还是数据包，在当前的使用中由“bit0”来区分控制包和数据包，其中“0″表示数据包、“1”表示控制包，其余位保留在以后使用。

(3)增加了一个PayloadLength字节部分，该字节定义了本信元内部净荷的长度，取值范围为1至56之间，通过该字节的定义可以不再需要进行包总长度的计算，并可以取消对尾信元部分的填充。

(4)取消了信元头定义的CRC校验部分，之所以取消该部分是基于两点原因，其一，对于语音等应用来讲，出错后进行重新传送的意义并不大，即使是传真包(数据通信)这样的数据包，也可以由应用层来保证传送的可靠性，无须由物理层来进行保证；其二，大量的CRC校验在一定程度上浪费了媒体处理器的处理能力。

(5)其它的变化还包括字节位置的调整，以及信元净荷在包中的位置标识的变化等。

IP和ATM在某种程度上是互补的，IP应用广泛，造价低廉；ATM虽然复杂、昂贵，但可以提供高带宽和QoS业务质量，保障用户对业务的要求。IP over ATM的基本原理和工作方式为：将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据包时，它首先根据IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。随后，按已计算的路由在ATM网上建立虚电路(VC)。以后的IP数据包将在此虚电路VC上以直通(Cut-Through)方式传输而不再经过路由器，从而有效地解决了IP的路由器的瓶颈问题，并将IP包的转发速度提高到交换速度。

为了在ATM网上传送IP包，需要通过ATM适配层(AAL)将上层的报文分组分别装入ATM信元。AAL分为两个子层，汇聚子层(CS)接收来自高层的数据然后向下传送到分段与重组子层(SAR)，SAR负责将数据分开装入ATM信元中。如果有信元到来，SAR就将其中的数据重新组合，并传送到上层。在因特网中，与ATM网接口的一般方法是使用AAL5的有效载荷字段来传输IP分组。AAL5支持报文模式和流模式。在报文模式中，应用程序可以将长度从1字节至65535字节的数据报传送到AAL层。当到达汇聚子层时，将报文填充至有效载荷字段并加上尾部信息，选择填充数据(0字节～47字节)，以使整个报文(包括填补的数据和尾部信息)为48字节的整数倍。AAL5没有汇聚子层头，只有一个8字节的尾。

为了更有效地进行SAR的处理，在本发明中，取消了在AAL5协议中定义的必须添加(或识别)的IP包尾填充部分和尾部字段，并在IP包头部增加了一个头部字段(PACKET-HEAD)，该字段的长度为4字节，具体格式如下表3所示：

表3：

Reserved[31:24]

VPI[23:16]

VCI[15:8]

VCI[7:0]

下面结合附图和实施方式详细说明在本发明中的分段与重组流程。

参照图3，图3是本发明中SAR应用分段处理流程示意图。在分段处理过程中，取IP侧数据接收模块的IP包，然后将PACKET-HEAD部分终结，同时将数据包剩下的部分以56字节的长度单位进行切割，作为ATM信元的净荷，并将PACKET-HEAD中的VPI/VCI分别映射到信元头的相应部分。CellType由VCI的值确定，具体对应关系如下表4所示：

表4：

VCI取值范围	CellType
		0≤X≤508	0
X＝509	1
		X≥510	保留

同时，结合信元中分割IP包得到的实际净荷长度值以及信元净荷在IP包中的位置情况共同构成ATM的信元头，其生成过程如图4所示。然后，加上上述切割的信元净荷部分，从而组成所需的ATM信元。再以生成的先后次序输出到UTOPIA总线输出模块中。

参见图4所示的ATM信元头生成示意图。在ATM信元头生成过程中，将IP包的PACKET-HEAD字段中的VPI的值直接映射到ATM信元头的第一个字节VPI；根据IP包的PACKET-HEAD字段中的VCI的值判断信元的类型(参见表4)，根据判断结果填充ATM信元头的第二个字节CellType；将IP包的PACKET-HEAD字段中的两个字节的VCI的值直接映射到ATM信元头的第三、四个字节VCI；根据切割IP包净荷的字节数及首尾标志分别计算出各ATM信元的内部净荷长度及该信元净荷在IP包中的位置，分别将其填充到ATM信元头的第五字节PayloadLength和第六字节PositionFlag。这样，即生成了一个完整的ATM信元头。

再参照图5，图5是本发明中SAR应用重组处理流程示意图。在重组处理过程中，读取UTOPIA(ATM通用测试与操作物理层接口)输入模块接收的ATM信元，并根据ATM信元头的内容指示将收到的信元净荷重新组成完整的IP包净荷。对于ATM信元头的处理，通过CellType字节进行判断，将信元头中的VPI/VCI字段映射到PACKET-HEAD，形成IP包的PACKET-HEAD字段，并根据信元头中其它字段的指示将IP包的内容重新组合起来，从而生成完整的IP包。其生成过程如图6所示。

参见图6所示的IP包的头部字段PACKET-HEAD生成示意图。在PACKET-HEAD生成过程中，首先根据ATM信元头中的CellType字节判断该信元是IP包头信元还是其它信元，如果是IP包头信元，则将该ATM信元头中的VPI、VCI映射到IP包的PACKET-HEAD字段的相应字节中，然后生成IP包的PACKET-HEAD，对于头信元外的其它信元头部，仅需识别出尾信元的位置，信元头的其它字段不处理。

利用本发明技术方案，使用改进后的ATM信元格式，增加ATM信元的长度，可以提高信息的承载量；取消标准ATM信元头中对语音传送不必要的CRC校验部分，减少了信元重组后报文的额外开销，提高了传输效率；信元头字节位置的调整，使得上层的处理程序可以很快地识别出需要处理的报文类型，从而提高了系统的实时处理能力。同时，对应于改进后的ATM信元格式，在进行SAR处理中，取消了附加在报文后的填充和尾部字段，将上层软件可能需要的信息部分放在报文的前部，这一方面使得对报文的处理可以更简单，另一方面也使上层软件可以采用直通，即第一个包通过路由器进行检查、鉴别和处理，以后相同的包由ATM交换机跨接直通传输，不再通过路由器等实时性更强的处理方式，进一步减小语音等处理的时延。因此，利用本发明，可以使ATM网络对VoIP的传输速度更快，所需的实现资源更少。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (9)

1、一种利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述方法包括：

A、定义扩展ATM(异步传递方式)信元格式；

B、根据所述定义的扩展ATM信元格式完成从IP语音包到ATM信元的封装和解封装；

C、利用ATM网络传送所述ATM信元。

2、如权利要求1所述的利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述扩展的ATM信元包括：8个字节的信元头和56字节的信元净荷。

3、如权利要求2所述的利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述信元头包括：信元净荷类型、虚路径号标识、虚通道标识、信元净荷长度、信元净荷在IP语音包中的位置标识。

4、如权利要求3所述的利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述信元净荷类型包括：控制包标识和数据包标识。

5、如权利要求1或3所述的利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述步骤B包括：

B1、在所述IP语音包中增加虚路径号和虚通道号；

B2、当发送所述IP语音包时，对所述IP语音包进行分段形成ATM信元；

B3、当接收所述IP语音包时，对所述ATM信元进行重组形成IP语音包。

6、如权利要求5所述的利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述步骤B2包括：

B21、将所述IP语音包的净荷以56字节的长度单位进行切割，形成对应切割单位的ATM信元的净荷；

B22、根据所述IP语音包中的虚通道号和虚路径号及对所述IP语音包的净荷的切割单位，形成对应切割单位的ATM信元头。

7、如权利要求6所述的利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述步骤B22包括：

根据所述IP语音包中的虚通道标识，获取ATM信元类型并映射到所述ATM信元头对应的字节中；

将所述IP语音包中的虚路径号和虚通道号映射为所述ATM信元头中的虚路径标识和虚通道标识；

根据对所述IP语音包的切割单位获取对应所述切割单位的ATM信元净荷长度和信元净荷在所述IP语音包中的位置标识，并将分别映射到所述ATM信元头对应的字节中。

8、如权利要求5所述的利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述步骤B3包括：

B31、根据所述ATM信元头中的信元净荷在所述IP语音包中的位置标识确定ATM信元净荷在所述IP语音包中的位置，并将其填充到所述IP语音包中；

B32、根据所述ATM信元头中的净荷类型确定IP语音包的类型；

B33、将所述ATM信元头中的虚路径标识和虚通道标识映射为所述IP语音包中的虚路径号和虚通道号。

9、如权利要求8所述的利用ATM网络传输IP承载话音VoIP的方法，其特征在于，所述IP语音包的类型包括：数据包和控制包。

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