CN1812362A

CN1812362A - 网关单元

Info

Publication number: CN1812362A
Application number: CNA2005100991058A
Authority: CN
Inventors: 辻清高
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: JP4282613B2; JP2006211033A; GB0517805D0; US8203936B2; CA2518871A1; GB2422509A; CA2518871C; GB2422509B; CN1812362B; US20060182088A1

Abstract

一种用于将用户网、公共交换电话网(PSTN)和分组通信网络互相连接的网关单元，其特征在于包含：连接到用户网的用户网接口；连接到线路交换网络的PSTN接口；用于在用户网、PSTN和分组通信网络当中交换连接通信路径的交换单元；用于控制在交换单元处的通信路径的连接状态的控制单元；用于将在交换单元和分组通信网络之间发送与接收的信号形式分别转换为适于分组通信网络的通信协议和用户网的通信协议的形式的信号转换单元；用于进行路由控制以将从信号转换单元输出的信号发送到分组通信网络中的目的地的切换单元；以及信息通信单元，通过使用通用的局域网在用户网接口、PSTN接口、控制单元、信号转换单元和切换单元当中协调信息通信。

Description

网关单元

技术领域

本发明涉及用于将例如公共交换电话网(PSTN)和网际协议(IP)网络互相连接的网关单元。

背景技术

近些年来，包括语音和数据通信的信息通信服务已经变得多样化。这个背景的结果是，新进入通信服务领域的通信公司数量已经增加了，而且在通信公司当中的服务竞争强度已经增加了。这样的新通信公司称为新的电信公司(NCC，new common carrier)，而且他们通过使用诸如网际协议上的语音(VOIP)之类的技术提供各种服务。VoIP是通过分组和传送数字语音数据而集成语音网络和数据网络的技术。

在很多情况下，NCC以预定费用从已经具有用户线的特定通信公司借出诸如交换器(exchanger)之类的设施。许多NCC用他们自己的资金构造诸如IP网络之类、他们自己的交换网络。这些NCC通过添加特定通信公司的PSTN形成通信系统。以混合的方式使用这些设施，以便向公众用户提供服务。

网关单元用于将诸如PSTN和IP网络之类的不同的通信网络彼此连接。这类网关单元具有用于将语音数据和二进制数据转换为IP分组的IP转换单元，以及用于交换IP分组的分组交换单元。在日本专利申请KOKAI公开11-205831中公开了这种网关单元的一个示例。这个文档公开了作为网关单元的一个示例的按钮电话主装置。这个文档还公开了由总线拓扑形成的系统。在总线拓扑中的信息通信变为半双工(half double)通信。

同时，在这种网关单元中的内部控制系统经常是在每个网关单元出售商处的唯1系统，并且是诸如串行传输之类的低速传输系统。在网关单元内部的数据传输速度的低速导致向外部网络管理设备通知例如故障信息的处理性能恶化。在这种情况下，网关单元使网络管理的响应速度缓慢。在很多情况下，网关单元和管理它的网络管理设备通过IP连接。因此，采用唯1系统用于内部控制系统需要进行协议转换处理，并且使网络管理的响应速度更加缓慢。

发明内容

由于上述情况而建立了本发明，本发明的目的是提供用于加速在网关单元内部的信息传输并且因此提高处理性能的网关单元。

依据本发明的一个方面，提供了一种用于将用户网、公共交换电话网(PSTN)和分组通信网络互相连接的网关单元，其特征在于包含：连接到用户网的用户网接口(11)；连接到线路交换网络的PSTN接口(12)；用于在用户网、PSTN和分组通信网络当中交换连接通信路径的交换单元(100)；用于控制在交换单元处的通信路径的连接状态的控制单元(16)；用于将在交换单元和分组通信网络之间发送与接收的信号形式分别转换为适于分组通信网络的通信协议和用户网的通信协议的形式的信号转换单元(14)；用于进行路由控制以将从信号转换单元输出的信号发送到分组通信网络中的目的地的切换单元(15)；以及信息通信单元，用于使用通用的局域网(LAN)在用户网接口、PSTN接口、控制单元、信号转换单元和切换单元之间协调(mediate)信息通信。

采用这个装置，在网关单元内部的每个部分经由诸如以太网(注册商标)之类的通用LAN互相连接，以使得发送/接收信息成为可能。因此，网关单元能够执行它的内部控制而不必开发专用的通信协议。特别是，已经在IEEE 802系列建议等中定义了通用LAN中的各种通信速度。采用这些类型的协议，如果必要的话能够任意地定义网关单元内部的数据传输速度。因此，网关单元能够加速它的内部处理。

通过将通用LAN的协议匹配到信息通信网络的协议，网关单元能够简化在它的内部和信息通信网络之间的接口。因此，变得不必让网关单元进行诸如协议转换之类的复杂处理来提高到网络管理设备的通信速度。

依据本发明，网关单元能够加速它内部的信息传输，并且因此，能够提高处理性能。

将在下面的描述中阐述本发明另外的目的和优点，而且这些目的和优点将通过描述而部分地变得明显，或者可以从本发明的实践中了解到。可以借助于在下文中特别指出的手段和组合实现和获得本发明的目的和优点。

附图说明

并入并且构成本说明书一部分的附图举例说明了本发明的实施例，并且和上面给出的一般描述以及下面给出的实施例的详细描述一起，用来说明本发明的原理。

图1为一个系统视图，示出有关本发明的通信系统的一个实施例；

图2为一个系统框图，示出现有的语音通信系统；

图3为功能框图，示出图1中的网关单元1的实施例；

图4为功能框图，示出图3中的用户线接口11和PSTN接口12的主要配置；

图5为功能框图，示出图3中的交换单元100的主要配置；

图6是功能框图，示出图3中的IP转换单元14的主要配置；以及

图7是图1中的网关单元1的详细视图。

具体实施方式

图1为一个系统视图，示出有关本发明的通信系统的一个实施例。在图1中，用户网SN的多条用户线114首先安置在网关单元1中。网关单元1连接到IP网络DN。IP网络DN是分组通信网络，并且作为新电信公司(NCC)的独特网络等形成。可以作为IP网络DN而连接Internet。

用户网SN包括用户终端5、移动电话系统的基站CS 1、无线电终端PS 1等等。用户终端5和基站CS 1经由用户线114连接到网关单元1。用户线114是分配给多个用户终端5和无线电终端PS 1中的每一个的存取线路。

网关单元1将从用户网SN生成的信号(诸如语音数据和视频以及图像数据之类的数字数据)发送到IP网络DN。网关单元1将要发给用户网SN中的终端的信号从IP网络DN发送到用户网SN，以便到达该终端。因此，网关单元1能够任意地设置在属于IP网络DN的用户终端7和属于用户网SN的用户终端5、或者无线电终端PS 1之间的交互通信路径。此外，在图1的系统中，网络监控装置ME具有IP网络DN。监控装置ME经由IP网络DN往返于网关单元1发送与接收各种信息项，并且主要管理网关单元1的操作状态。

图2是示出现有的语音通信系统的系统方框图。在图2中，用户终端5经由用户线114置于线路交换网络XN的交换器3中。交换器3是属于线路交换网络XN的设施。在组合图1和图2中的系统的情况下，网关单元1放置在用户终端侧，而不是交换器3侧。因此，在用户网SN和线路交换网XN之间的网络-网络接口(NNI)变为是在网关1和交换器3之间的连接点。也就是说，网关单元1布置在用户网SN侧，而不是在用户网SN和线路交换网XN之间的NNI处。用户网SN、线路交换网XN和IP网络DN的通信协议彼此不同。

图3是图1中的第一实施例的功能框图。在图3中，网关单元1具有控制单元16和用户线接口11以及PSTN接口12。用户线接口11控制用户线114的接口处理，而且PSTN接口12控制用户线115的接口处理。

用户线接口11经由用户线114容纳(house)用户终端5和无线电基站CS 1，以提供综合服务数字网络(ISDN)的交换台侧接口。PSTN接口12连接到用户线115，以提供ISDN的终端侧接口。基于通信量的需求估计事先设计用户线115的通信量。

控制单元16具有交换单元100。交换单元100分别在每条用户线114和IP网络DN当中交换和控制通信路径。

此外，网关单元1具有IP转换单元14和分组交换机15。IP转换单元14布置在控制单元16和IP网络DN之间，以在网络当中转换协议。也就是说，IP转换单元14把经由其它通信网络(线路交换网XN等)提供的时分多路复用信号转换为IP分组，以将它输入到分组交换机15。依据目的地IP地址对IP分组进行路由选择以将其通过LAN电缆117发送到IP网络DN。IP转换单元14将通过LAN电缆117和分组交换机15从IP网络DN输入的IP分组转换为时分多路复用信号。

在图3中，置于用户线接口11中的用户线114的包含线路(housedline)数目和置于PSTN接口12中的用户线115的包含线路数目彼此相等。或者使置于用户线接口11中的用户线114的包含线路数目大于置于PSTN接口12中的用户线115的数目。这种方式在系统设计方面具有优势。包含线路的数目和通信性能具有相同的意思。

控制单元16控制网关单元1。也就是说，控制单元16要求接口11和12，以便它们控制用户线114和115。如果必要的话，控制单元16向网络监控装置ME通知由接口11和12所检测到的故障数据。

网关单元1的控制单元16经由IP网络DN连接到监控装置ME。监控装置ME从控制单元16获取各种信息项以全面地管理它。依据这种处理，监控装置ME能够远程监控和管理网关单元1。

在图3中，控制单元16通过IP转换单元14和分组交换机15连接到IP网络DN。接口11和12以及控制单元16分别具有专用中央处理单元(CPU)和存储器(未显示)，以基于存储在每个存储器中的程序，通过CPU的计算处理进行操作。

图4为示出图3中的接口11和12的主要配置的功能框图。在图4中，用户线114和115连接到基本接口处理单元111。处理单元111基于经由时钟分配线CL给出的内部时钟进行操作，以结束ISDN的交换台侧接口(U接口)。也就是说，处理单元111将以包括B1和B2信道以及D信道在内的ISDN格式的信号转换为时分多路复用信号，在该时分多路复用信号中，例如多个时隙是字节交叉的。这个时分多路复用信号通过作为到交换单元100的接口的PCM-高速接口(PCM-HW I/F)112提供给交换单元100。B1和B2信道用于发送数字编码的语音数据和平衡型链路接入规程(LAPB)数据。D信道用于发送呼叫控制信号、D信道分组等。

此外，在图4中，用户线接口11具有CPU 113、只读存储器(ROM)214、随机存取存储器(RAM)215、高级数据链路控制器(HDLC)116、LAN I/F 217和总线118。

在用户线接口11中的每个部分经由总线118相互连接。CPU 113整体地执行与用户线接口11的操作有关的各种类型的控制。HDLC116处理包括在D信道中的呼叫控制信号。LAN接口217通过内部总线19连接到中继器218。中继器218响应于系统切换信号，将0系统或者1系统的内部总线19连接到LAN I/F 217。

图5是示出图3中的控制单元16的主要配置的功能框图。如下面描述的那样，控制单元16分成0系统控制单元16a和1系统控制单元16b。在图5中，线路交换交换机(TSW)13对应于图3中的交换单元100。TSW 13经由时分多路复用总线110连接到用户线接口11、PSTN接口12和IP转换单元14。TSW 13依据线路连接设置互换总线110上的时隙。借此，切换和连接在接口11和12以及IP转换单元14当中的通信路径。

控制单元16基于存储在ROM 162和RAM 163中的控制程序，通过CPU 161的处理整体地执行与网关单元1的操作有关的各种类型控制。特别地，控制单元16基于连接PSTN接口12和交换单元100的时分多路复用总线110的通信量和用户线115的通信量，控制在TSW 13处的通信路径的连接状态。

时钟单元17选择任意的用户线115作为来自PSTN接口12的主时钟。选择的主时钟经由时钟供给线DL连接到时钟单元17，以向时钟单元17提供该主时钟。时钟单元17从主时钟中生成与网络时钟同步的内部时钟。内部时钟经由时钟分配线路CL分配和提供给网关单元1的每个部分。由此，网关单元1与网络时钟同步地进行操作。

此外，在图5中，控制单元16具有LAN I/F 164和总线165。在控制单元16中的每个部分经由总线165相互连接。在两个系统中提供LAN I/F 164，一个经由内部总线19连接到LAN交换机200和201侧(稍后描述)，另一个经由外部总线190连接到分组交换机15侧。在两个系统中提供LAN I/F 164，使得能够限制在通用LAN和IP网络DN之间的访问。此外，控制单元16具有系统状态控制器169。控制器169控制在活动系统(0系统)和备用系统(1系统)之间的冗余切换。

图6为示出IP转换单元14的主要配置的功能框图。在图6中，借助于PCM-HW I/F 142对经由时分多路复用总线110从交换单元100传输的时分多路复用数据进行接口处理，在那之后，将该信号馈送给数字信号处理器(DSP)141。DSP 141对语音数据进行分组。

HDLC 146处理LAPB控制信号，以对其进行分组。从DSP 141和HDLC 146生成的分组数据经由串行总线216从分组I/F 148输出到分组交换机15。CPU 143基于存储在ROM 144和RAM 145中的控制程序，整体地执行与IP转换单元14的操作有关的各种类型的控制。LAN I/F 147经由内部总线19往返于控制单元16发送与接收各种信号。LAN I/F 147经由内部总线19连接到中继器149。中继器149响应于系统切换信号，将0系统或者1系统的内部总线19连接到LAN I/F147。

图7是图1中的网关单元1的详细视图。在图7中，用户线接口11和12以及IP转换单元14中的任何一个作为专用的接口单元，分布安装在网关单元1上。

线路集中单元20具有多个局域网(LAN)交换机(LAN-SW)180和181。LAN-SW 180和181彼此相对应，而且一个作为另一个的冗余系统运行。将LAN-SW 180设置为0系统(活动系统)，而将LAN-SW 181设置为1系统(备用系统)。每个接口单元I/F 18分别通过公共通信接口连接到LAN-SW 180和181，并且由从LAN-SW 180或者181提供的控制分组进行操作控制。此外，所有LAN-SW 180经由0系统内部总线连接到LAN-SW 200，而且所有LAN-SW 181经由1系统内部总线连接到LAN-SW 201。LAN-SW 180、181、200和201可以是第2层或者第3层的交换机。

LAN-SW 180、181、200和201自发地向控制单元16通知他们自己的状态(故障状态或者统计信息)。控制单元16基于这个通知信息整体地控制LAN-SW 180、181、200和201，以确定每个接口单元I/F 18和控制单元16之间是否进行通信。

控制单元16具有0系统控制单元16a、1系统控制单元16b和系统切换控制单元16c。控制单元16a连接到LAN-SW 200，而且1系统控制单元16b连接到LAN-SW 201。控制单元16c输出系统切换信号到每个接口单元I/F 18，以切换操作中继器218(图4所示)和149(图6所示)。控制单元16a和16b彼此连接，以定期发送和接收与每个接口单元I/F 18的操作控制有关的信息。

控制单元16a和16b分别连接到分组交换机15。分组交换机15通过LAN电缆连接到IP网络DN。由此，控制单元16a和16b能够与网络管理装置ME进行信息通信。

控制单元16a具有通过向那里提供复位信号来复位LAN-SW 180的功能。控制单元16b具有通过向那里提供复位信号来复位LAN-SW181的功能。能够借助于硬件实现任何复位处理。

在图7中，LAN-SW 180和181分别响应于轮询请求等，向控制单元16a和16b通知指示它们自己状态的状态信号。控制单元16识别线路集中单元20的驱动状态，以基于识别结果向控制单元16c提供控制信号。控制单元16c基于LAN-SW 180和181的驱动状态，输出系统切换信号，以通过切换控制中继器218、149在线路集中单元20中切换0系统和1系统。

0系统控制单元16a总是执行每个接口单元I/F 18的正常检查(health check)。因此，如果在某个LAN-SW下的全部接口单元18变为故障状态，则网关单元1确定该LAN-SW处于异常，使控制单元16a进入备用系统，并且使控制单元16b进入活动系统以便对它们进行操作。系统切换控制单元16c改变系统切换信号的状态，以在0系统和1系统之间进行切换。

依据上述配置，任何接口单元I/F 18经由LAN连接到控制单元16。由此，例如，在每个接口单元I/F 18和控制单元16当中，能够实现根据基于CSMA/CD的通用LAN协议的信息通信。

因此，网关单元1能够自由地提高数据传送速度，并且缩短获取信息和各种类型的控制所需要的时间。网关单元1能够响应于置入每个接口单元I/F 18中的线路数目自由地增减在LAN-SW 200和180(或者LAN-SW 201和181)之间的布线数目，并且增强它的可扩展性。

依据上述配置，从控制单元16到每个接口单元I/F 18的内部控制路径变为到0系统和1系统的冗余，然后，LAN-SW 180和181以及控制单元16a和16b分别连接到每个接口单元I/F 18。因此，例如，在0系统操作的状态中，即使当在0系统控制单元16a或者LAN-SW180中、或者在内部总线19中出现故障时，网关单元1也能够通过停止0系统以把操作切换到1系统来防止系统的停止并且继续进行操作。

这个实施例能够复位LAN-SW 180和181。在LAN-SW 180和181是第2层交换机的情况下，在冗余切换时媒体存取控制(MAC)学习表出现异常，使得控制通信有时被中断。

因此，网关单元1能够通过在系统切换时复位LAN-SW 180和181来快速地重新启动控制通信。因此，能够防止网关单元1在老化时间期间控制通信失效时、以及在接口单元I/F 18之间的通知信息的发送与接收以及故障检测的处理失效时变得不稳定。

网关单元1能够通过使用LAN-SW 200和201、借助于控制单元16a和16b定期地发送和接收控制信息，同步由两个控制单元16a和16b所拥有的信息。因此，例如，即使已经从0系统的操作状态中出现了冗余切换，也能够在控制单元16a和16b之间共享在系统切换到1系统之前的时间间隔中的信息。因此，例如，即使已经从0系统的操作状态中出现了冗余切换，网关单元1也能够继续进行操作，而没有生成由于在切换冗余时重新加载数据而产生的时间延迟。

此外，在该实施例中，通过LAN实现网关单元1中的内部通信，以致能够进一步增强在网关单元1和IP网络DN之间的亲合力(affinity)。也就是说，网关单元1仅仅需要到这样程度的处理，即转换内部数据的分组头中的地址，以便把信息传输到IP网络DN。因此，网关单元1能够进一步缩短数据传输所需要的时间，而不需要必须执行诸如协议转换之类的复杂处理。

如上所述，依据本发明，变得有可能提供加快其中的信息传输速度以提高处理性能的网关单元。此外，消除了控制信息分组围绕LAN流动，而且能够通过分别在每个接口单元I/F 18提供中继器来防止控制故障。

本领域技术人员容易想到另外的优点和修改。因此，本发明的宽阔方面不局限于此处显示和描述的特定细节和代表性实施例。因此，可以进行各种修改而没有背离由权利要求和它们的等效含义所定义的一般发明构思的精神或者范围。

Claims

1、一种用于将用户网、公共交换电话网(PSTN)和分组通信网络互相连接的网关单元，其特征在于包含：

连接到用户网的用户网接口(11)；

连接到线路交换网络的PSTN接口(12)；

用于在用户网、PSTN和分组通信网络当中交换连接通信路径的交换单元(100)；

用于控制在交换单元处的通信路径的连接状态的控制单元(16)；

用于将在交换单元和分组通信网络之间发送与接收的信号形式分别转换为适于分组通信网络的通信协议和用户网的通信协议的形式的信号转换单元(14)；

用于进行路由控制以将从信号转换单元输出的信号发送到分组通信网络中的目的地的切换单元(15)；以及

信息通信单元，用于通过使用通用的局域网(LAN)在用户网接口、PSTN接口、控制单元、信号转换单元和切换单元当中协调信息通信。

2、如权利要求1所述的网关单元，其特征在于该信息通信单元包含：

经由通用LAN连接到用户网接口的第一LAN交换机；

经由通用LAN连接到PSTN的第二LAN交换机；

经由通用LAN连接到控制单元的第三LAN交换机；以及

经由通用LAN连接到信号转换单元的第四LAN交换机，此外，

第一到第四交换机经由通用LAN彼此连接。

3、如权利要求2所述的网关单元，其特征在于：至少第一到第四交换机中的任何一个具有构成冗余的活动系统LAN交换机和备用系统LAN交换机，以及

还具有连接单元，用于经由通用LAN连接该活动系统LAN交换机和备用系统LAN交换机，以协调在活动系统LAN交换机和备用系统LAN交换机之间的信息通信。

4、如权利要求2所述的网关单元，其特征在于：第一到第四LAN交换机分别具有通知单元，用于自发地监控自身的操作状态，以经由通用LAN向控制单元通知这些结果。

5、如权利要求1所述的网关单元，其特征在于：切换单元具有用于限制从分组通信网络到通用LAN的访问的限制单元。

6、如权利要求1所述的网关单元，其特征在于：通用LAN传输具有分组通信网络通用的帧结构的分组，以及

切换单元通过交换该分组中写入的地址信息，协调在通用LAN和分组通信网络之间的信息通信。

7、如权利要求1所述的网关单元，其特征在于：通用LAN是星形连接类型的以太网(注册商标)。

8、如权利要求3所述的网关单元，其特征在于：控制单元具有分别单独复位活动系统LAN交换机和备用系统LAN交换机的功能。

9、如权利要求3所述的网关单元，其特征在于：活动系统LAN交换机和备用系统LAN交换机通过在用户网接口和PSTN接口处的、由系统切换信号进行切换的中继器彼此相连。