DE10050608B4 - Method and arrangement for voice transmission over an IP network or Ethernet-type local network - Google Patents

Method and arrangement for voice transmission over an IP network or Ethernet-type local network Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Übertragung eines Sprachdatenstromes über ein IP-Netz oder Lokales Netz vom Ethernet-Typ,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Sprachdatenstrom im wesentlichen ohne Komprimierung mittels des ATM Adaption Layer AAL1 in ATM-Zellen umgesetzt wird und
die ATM-Zellen in IP-Datenpaketen oder Ethernet-Frames übertragen werden.Method for transmitting a voice data stream via an IP network or Ethernet-type local network,
characterized in that
the speech data stream is converted into ATM cells essentially without compression by means of the ATM adaptation layer AAL1 and
the ATM cells are transmitted in IP data packets or Ethernet frames.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Übertragung eines Sprachdatenstromes über ein IP-Netz oder Lokales Netz vom Ethernet-Typ, also ein sogenanntes Voice-over-IP-System.The The invention relates to a method and an arrangement for transmission a voice data stream over an IP network or local network of the Ethernet type, ie a so-called Voice-over-IP system.

Das Gebiet der Telekommunikation stellt heute ein Gebiet mit großer technischer und wirtschaftlicher Dynamik und eine wesentliche Quelle wirtschaftlichen Wachstums und neuer sozialer Entwicklungen dar. Für einen Großteil der Bevölkerung in den Industrieländern ist das Telefon in den letzten Jahren zunehmend zu einem universellen Kommunikations- und Informationsinstrument geworden, das nicht nur dem Gespräch mit entfernten Gesprächspartnern im beruflichen und privaten Bereich dient, sondern auch zur Informationsbeschaffung und zur Bestellung und Bezahlung von Waren und Dienstleistungen benutzt wird.The Telecommunications is today an area of great technical and economic momentum and a significant source of economic Growth and new social developments. For one large part the population in the industrialized countries In recent years, the telephone has become increasingly universal Communication and information tool that not only the conversation with distant interlocutors in the professional and private sector, but also for information gathering and to order and pay for goods and services is used.

Zu diesem Aufschwung der Telekommunikation haben die im Zuge der Deregulierung des Telefonmarktes eingetretenen Kostensenkungen infolge verstärkten Wettbewerbs wesentlich beigetragen. Im Rahmen dieses Wettbewerbs besteht indes nach wie vor ein hoher Kostendruck auf die Anbieter von Telekommunikationsleistungen, der u. a. zur Suche nach besonders kostengünstigen Übertragungswegen zwingt. In diesem Kontex ist die Sprachübertragung über das Internet und andere auf dem Internet-Protokoll basierende Datennetze (gemeinhin bezeichnet als Voice-over-IP) entstanden und hat zunehmend an Bedeutung gewonnen.To This upturn in telecommunications is due to deregulation cost reductions in the telephone market due to increased competition contributed significantly. Meanwhile, in the context of this competition there is still a high cost pressure on the providers of telecommunications services, the u. a. forcing to search for particularly cost-effective transmission paths. In In this context, speech transmission is via the Internet and other Internet Protocol-based data networks (commonly referred to as Voice-over-IP) has emerged and is increasingly gained in importance.

Die internet-basierte Sprachübertragung wird üblicherweise mittels des ITU-T-Standards H.323 unter Einsatz einer Sprachdatenkompression (Voice Compression) implementiert.The Internet-based voice transmission is becoming commonplace by means of the ITU-T standard H.323 using voice data compression (Voice Compression) implemented.

Diese Realisierung weist eine Reihe von technischen Nachteilen auf und ist insgesamt sowohl bei der Erstellung als auch im laufenden Betrieb relativ kostenaufwendig. Insbesondere erfordert sie infolge der Ausführung der Sprachdatenkompression und anderer Aufgaben durch digitale Signalprozessoren (DSP) einen hohen Hardwareaufwand. Dabei ist im übrigen pro DSP nur eine geringe Anzahl von Anschlüssen (Ports) bzw. B-Kanälen implementierbar, und es fallen hohe Lizenzkosten pro Port an. Zudem ist im H.323-Standard keine Übertragung von Taktinformation zur Synchronisation von Netzkomponenten vorgesehen.These Realization has a number of technical disadvantages and is altogether both in the creation as well as in the current enterprise relatively expensive. In particular, it requires as a result of execution speech data compression and other tasks by digital signal processors (DSP) a high amount of hardware. Incidentally, only a small amount per DSP Number of connections (Ports) or B-channels implementable, and There are high license costs per port. In addition, in the H.323 standard no transmission provided by clock information for synchronization of network components.

Aus dem Artikel „Encapsulating ATM Cells in TCP/IP for Transport between ATM-based Backbone and End-User Terminals, to Enable Real-Time Network-Aware Services" von Sitaram Kowtha auf den Seiten 195–203 der Workshop Proceedings (ISBN 4-88552-164-5) des IEEE ATM Workshop 1999 in Kochi, Japan, ist bekannt, des Internetprotokoll zur Verkapselung und Übertragung von ATM-Zellen zu nutzen.Out the article "Encapsulating ATM Cells in TCP / IP for Transport between ATM-based Backbone and End-User Terminals to Enable Real-Time Network-Aware Services "by Sitaram Kowtha on pages 195-203 Workshop Proceedings (ISBN 4-88552-164-5) IEEE ATM Workshop 1999 in Kochi, Japan, is the Internet Protocol for encapsulation and transmission to use of ATM cells.

Weiterhin ist aus der Druckschrift „Using the Common LAN to Introduce ATM Connectivity" von G.J. Armitage und K. M. Adams, Seiten 34–43 der Proceedings zur 18th Conference on Local Computer Networks in Minneapolis, USA vom 19–22 September 1993 bekannt, ATM-Zellen in Ethernet-Rahmen zu übertragen.Farther is from the publication "Using the Common LAN to Introduce ATM Connectivity "by G. J. Armitage and K. M. Adams, Pages 34-43 the Proceedings for the 18th Conference on Local Computer Networks in Minneapolis, USA from 19-22 September 1993, to transmit ATM cells in Ethernet frames.

Eine derartige Übertragung von ATM-Zellen über Ethernet ist auch aus dem Artikel „Cells-In-Frames: A System Overview" von R. C. Dixon auf den Seiten 9–17 in IEEE Network, No. 4, Vol. 10, vom Juli/August 1996 bekannt.A such transmission from ATM cells over Ethernet is also from the article "Cells-In-Frames: A System Overview "by R. C. Dixon on pages 9-17 in IEEE Network, No. 4, Vol. 10, of July / August 1996.

Darüber hinaus ist aus dem Artikel „Voice over ATM: An Evaluation of Implementation Alternatives" von D. J. Wright auf den Seiten 72–80 des IEEE Communications Magazine, vol. 34, No. 5 vom Mai 1996 bekannt, Sprachdaten über ATM-Zellen zu übertragen. In diesem Zusammenhang werden die verschiedenen ATM-Adaption-Layer insbesondere im Hinblick auf Sprachübertragungen diskutiert.Furthermore is from the article "Voice over ATM: An Evaluation of Implementation Alternatives "by D. J. Wright on pages 72-80 IEEE Communications Magazine, vol. 34, no. 5 of May 1996, Voice over To transmit ATM cells. In this context, the various ATM adaptation layers especially with regard to voice transmissions.

Auf den oben erwähnten, durch Sprachdatenkompression bedingten Hardware- und Lizenzkostenaufwand wird jedoch in den vorstehenden Dokumenten nicht eingegangen.On the above mentioned, voice and license overhead due to voice data compression however, is not dealt with in the above documents.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren und eine entsprechende Anordnung zur Sprachübertragung über ein IP-Netz oder ein Lokales Netz, speziell vom Typ des Ethernet anzugeben.Of the The invention is therefore based on the object, a cost-effective Method and a corresponding arrangement for voice transmission via a IP network or a local network, specifically of the Ethernet type.

Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspekts durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.These Task is in their procedural aspect by a method with the Features of claim 1 and in terms of their device aspect by an arrangement with the features of claim 6 solved.

Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken einer zweistufigen Anpassung des Sprachdatenstromes an das Übertragungsprotokoll des zum Transport der Sprachdaten zu verwendenden Netzes – IP-Netz oder Lokales Netz (LAN) vom Ethernet-Typ – ein. Sie schließt weiter den Gedanken ein, hierzu den Sprachdatenstrom zunächst in eine Folge von ATM(Asynchronous Transfer Mode)-Zellen umzuwandeln. Ferner gehört zur Erfindung der Gedanke, diese ATM-Zellen zum jeweiligen Netz protokollkonform in IP-Datenpakete bzw. Ethernet-Frames zu "verkapseln".The invention includes the basic idea of a two-stage adaptation of the voice data stream to the transmission protocol of the network to be used for transporting the voice data - IP network or Ethernet-type local area network (LAN). It further includes the idea of first converting the speech data stream into a sequence of ATM (Asynchronous Transfer Mode) cells. Further, the invention of the idea, these ATM cells to the respective network in accordance with the protocol in IP data packets or Ethernet frames to "encapsulate".

Dieses Vorgehen bietet gegenüber der Nutzung des H.323-Standards wesentliche Vorteile: Zunächst sind für die vorgeschlagene Anordnung hochintegrierte Bausteine verfügbar, die (pro Stück) bis zu 1000 B-Kanäle (Ports) parallel bearbeiten können. Der Hardwareaufwand wird damit wesentlich verringert. Weiterhin fallen bei dem vorgeschlagenen Verfahren keine Lizenzkosten an, wodurch der laufende Betrieb wesentlich verbilligt wird. Schließlich ist grundsätzlich eine Taktrückgewinnung und hierauf basierende Synchronisation von Netzkomponenten möglich.This Procedure offers opposite the use of the H.323 standard main advantages: first are for the proposed arrangement provides highly integrated devices that (pro Piece) up to 1000 B-channels (Ports) can work in parallel. Of the Hardware costs are thus significantly reduced. Continue to fall in the proposed method, no license costs, thereby the ongoing operation is much cheaper. Finally, basically one Clock recovery and then based synchronization of network components possible.

Der sogenannte "Asynchronous Transfer Mode" (ATM) ist ein relativ junges Konzept zum Aufbau von Kommunikationsnetzen, welches, aufbauend auf Erfahrungen in der Sprach-, Bild- und Datenübertragung, eine effiziente Integration verschiedenartiger Dienste in eine gemeinsame Netzstruktur ermöglicht. Diese Struktur bietet eine einheitliche Plattform zur Realisierung von Kommunikationslösungen ganz unterschiedlicher Dimensionen, von Lokalen Netzen bis hin zu Weitverkehrsnetzen, auch Wide Area Networks (WAN) genannt. Unter "ATM-Zellen" werden Blöcke fester Länge eines zusammengesetzten Informationsstromes verstanden, die in – nicht fest zugewiesenen – Zeitschlitzen eines asynchronen Zeitmultiplexverfahrens übertragen werden. Jede Zelle besitzt ein Informationsfeld und ein Kopffeld (Header).Of the so-called "asynchronous Transfer Mode "(ATM) is a relatively young concept for setting up communication networks, which, building on experience in voice, image and data transmission, an efficient integration of different services into a common one Network structure allows. This structure provides a unified platform for realization of communication solutions altogether different dimensions, from local networks to long-haul networks, also called Wide Area Networks (WAN). "ATM cells" are blocks of fixed length compound information stream understood in - not fixed assigned - time slots an asynchronous time division multiplex method. Every cell has an information field and a header field.

Das ATM-Forum als Standardisierungsgremium für den Einsatz der ATM-Technik hat verschiedene Spezifikationen von Übertragungsstandards erarbeitet, die im Zusammenhang mit der hier vorgeschlagenen Lösung besonders effizient nutzbar sind. Dies betrifft inbesondere die Umsetzung der Sprachinformation in ATM-Zellen mittels der ATM Adaption Layer AAL1 und die Nutzung des ATM-Forum-Standards „Frame based ATM Transport over Ethernet (FATE)" als maßgebliche Spezifikation zum Transport der ATM-Zellen in einem LAN vom Ethernet-Typ als Ethernet-Frames.The ATM Forum as standardization body for the use of ATM technology has worked out different specifications of transmission standards, the particular in connection with the solution proposed here be used efficiently. This applies in particular to the implementation the voice information in ATM cells using the ATM Adaptation Layer AAL1 and the use of the ATM Forum standard "Frame based ATM Transport over Ethernet (FATE) "as authoritative Specification for transporting the ATM cells in an Ethernet type LAN as Ethernet frames.

Auch die optional vorgesehene Takt-Regeneration kann gemäß bereits verfügbarer Standards erfolgen, und zwar speziell gemäß dem ATM-Forum-Standard 0089 bzw. Bellcore TR1113 über SRTS (Synchronized Residual Time Stamp) oder das sog „Adaptive Clocking"-Verfahren.Also the optionally provided clock regeneration can according to already available Standards are made, specifically in accordance with the ATM Forum Standard 0089 or Bellcore TR1113 via SRTS (Synchronized Residual Time Stamp) or the so-called "Adaptive Clocking" method.

Weiterhin gibt es auch für die – ebenfalls optionale – Markierung der Datenpakete, die zur Minimierung von Verzögerungen und Jitter-Effekten (zeitlichen Schwankungen der Verzögerung) zweckmäßig ist, anwendbare Standards. Hierbei handelt es sich um den ATM-Forum-Standard 802.1Q für Ethernet-Frames oder die an sich bekannte Markierung von IP-Paketen mittels der sog. DiffServ- oder IntServ-Verfahren.Farther is also available for the - also optional - marking the data packets that minimize delays and jitter effects (temporal variations of the delay) is appropriate, applicable standards. This is the ATM Forum standard 802.1Q for Ethernet frames or the known marking of IP packets by means of the so-called DiffServ or IntServ method.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie wesentlicher Aspekte der Erfindung anhand der Figuren. Von diesen zeigen:advantages and expediencies The invention will be apparent in the rest from the dependent claims as well as the following description of an embodiment and essential Aspects of the invention with reference to the figures. From these show:

1 eine Prinzipskizze einer Anordnung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens, 1 a schematic diagram of an arrangement for carrying out the proposed method,

2a und 2b schematische Darstellungen des Aufbaus einer Protokolldateneinheit „Bridged-Switched-PDU" und 2a and 2 B schematic representations of the structure of a protocol data unit "bridged-switched PDU" and

3a und 3b schematische Darstellungen des Aufbaus einer Protokolldateneinheit „Routed-PDU". 3a and 3b schematic representations of the structure of a protocol data unit "Routed-PDU".

Die Figuren sind für den Fachmann im wesentlichen selbsterklärend, so daß sie nachfolgend lediglich mit Blick auf die verwendeten Abkürzungen knapp kommentiert werden.The Figures are for the person skilled essentially self-explanatory, so that they only hereinafter are briefly commented on with regard to the abbreviations used.

In 1 ist schematisch dargestellt, daß eine Nebenstellenanlage PBX bzw. ein Gateway zur Verbindung verschiedener Netze einen Wandler FATE-Converter gemäß dem oben erwähnten Standard „Frame based ATM Transport over Ethernet" zur Umwandlung eines als ATM-Zellen konfigurierten Sprachdatenstroms aufweist. Der Ausgang dieses Wandlers ist über ein Lokales Netz IP/Ethernet-LAN mit einem entsprechenden Endgerät FATE-Endstation, beispielsweise einem PC mit Ethernet-Karte, verbunden.In 1 It is shown schematically that a private branch exchange PBX or a gateway for connecting different networks has a converter FATE converter according to the frame-based ATM transport over Ethernet standard mentioned above for converting a voice data stream configured as ATM cells The output of this converter is Connected via a local network IP / Ethernet LAN with a corresponding terminal FATE end station, such as a PC with Ethernet card.

Über diese Anordnung werden gemäß dem Protokollstandard in Ethernet-Frames bzw. IP-Datenpakete eingekapselte ATM-Zellen zwischen dem Gateway und der FATE-Endstation transportiert; es wird also ein ATM-Dienst in einer Ethernet- bzw. IP-Netz-Umgebung zur Verfügung gestellt. Das Übermittlungsziel der eingekapselten ATM-Zellen wird bei Ethernet-Frames in einem sog. Bridged/Switched-Environment durch eine Ethernet-MAC-Adresse und bei IP-Datenpaketen in einem sog. Routed-Environment durch eine IP-Adresse identifiziert, wie in 2a bzw. 2b für die erstgenannte Variante und in 3a bzw. 3b für die letztgenannte Variante skizziert ist.By means of this arrangement, encapsulated ATM cells are transported between the gateway and the FATE end station in accordance with the protocol standard in Ethernet frames or IP data packets; Thus, an ATM service is provided in an Ethernet or IP network environment. The transmission destination of the encapsulated ATM cells is identified by an Ethernet MAC address in the case of Ethernet frames in a so-called bridged / switched environment and by an IP address in the case of IP data packets in a so-called routed environment, as in 2a respectively. 2 B for the former variant and in 3a respectively. 3b for the latter variant is outlined.

Zur Minimierung von Verzögerungen und Jitter-Effekten können die IP-Datenpakete mittels DiffServ oder IntServ gekennzeichnet werden. Zum selben Zweck kann für die Ethernet-Frames eine geeignete Klasse gemäß 802.1Q ausgewählt werden. Die in den 2b und 3b dargestellte AAL1-Payload entspricht der Sprachinformation (Voice Information), die mittels der ATM Adaption Layer AAL1 in eine ATM-Zelle transferiert wurde. Es erfolgt prinzipiell eine 64 kbit/s Leitungsemulierung im Nx64kbit/s-Structured-Mode, da die Sprache gemäß der Spezifikation G.711 nicht komprimiert wird. In einem Lokalen Netz mit einer Übertragungsrate von typischerweise mehr als 10 Mbps ist die hierfür benötigte Bandbreite als unproblematisch anzusehen.To minimize delays and jitter effects, the IP data packets can be identified using DiffServ or IntServ. For the same purpose, a suitable class according to 802.1Q can be selected for the Ethernet frames. The in the 2 B and 3b illustrated AAL1 payload corresponds to the voice information (Voice Information), which has been transferred by means of the ATM Adaptation Layer AAL1 in an ATM cell. In principle, a 64 kbit / s line emulation in Nx64kbit / s-structured mode is performed, as the language is not compressed according to the specification G.711. In a local area network with a transmission rate of typically more than 10 Mbps, the required bandwidth is unproblematic.

Die Bezeichnungen bzw. Abkürzungen 802.1Q, FATE und AAL1 in den Figuren wurden oben erläutert. Die Begriffe „Header" und „Payload" sind allgemein bekannt; „length" steht für die Dateneinheit- bzw. Zellenlänge, LLC in üblicher Weise für „Logical Link Control" und FCS für „Frame Checking Sequence". Mit DA wird ferner eine Zieladresse (Destination Address) und mit SA eine Ursprungsadresse (Source Address) eines jeweiligen Ethernet-Frames bzw. IP-Datenpakets bezeichnet.The Designations or abbreviations 802.1Q, FATE and AAL1 in the figures have been explained above. The terms "header" and "payload" are well known; "Length" stands for the data unit or cell length, LLC in usual Way for "Logical Link Control "and FCS for "frame Checking Sequence ". With DA is also a destination address (Destination Address) and with SA is a source address of a respective Ethernet frame or IP data packets.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiel-Aspekte beschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche ebenso in Modifikationen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.The execution The invention is not limited to these example aspects, but in the context of claims also possible in modifications, in the context of professional action lie.

Claims (8)

Verfahren zur Übertragung eines Sprachdatenstromes über ein IP-Netz oder Lokales Netz vom Ethernet-Typ, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprachdatenstrom im wesentlichen ohne Komprimierung mittels des ATM Adaption Layer AAL1 in ATM-Zellen umgesetzt wird und die ATM-Zellen in IP-Datenpaketen oder Ethernet-Frames übertragen werden.Method for transmitting a voice data stream via an IP network or Ethernet type local network, characterized in that the voice data stream is converted into ATM cells essentially without compression by means of the ATM adaptation layer AAL1 and the ATM cells are converted into IP data packets or Ethernet frames are transmitted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprachdatenstrom in einem mit einer Datenrate von 64 kbit/s strukturierten Modus in ATM-Zellen umgesetzt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the Speech data stream structured in a data rate of 64 kbit / s Mode is converted into ATM cells. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport der IP-Datenpakete bzw. Ethernet-Frames im Lokalen Netz gemäß dem ATM-Forum-Standard FATE (Frame based ATM Transport over Ethernet) erfolgt.Method according to claim 1 or 2, characterized that the Transport of the IP data packets or Ethernet frames in the local network according to the ATM Forum standard FATE (Frame Based ATM Transport over Ethernet) takes place. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Markierung der IP-Datenpakete bzw. Ethernet-Frames zur Minimierung von Verzögerungen und Jitter-Effekten vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a Marking the IP data packets or Ethernet frames for minimization of delays and jitter effects. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeneration des Taktes gemäß dem ATM-Forum-Standard 0089 bzw. Bellcore TR1113 über SRTS (Synchronized Residual Time Stamp) oder Adaptive Clocking ausgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a Regeneration of the clock according to the ATM Forum Standard 0089 or Bellcore TR1113 over SRTS (Synchronized Residual Time Stamp) or Adaptive Clocking is executed. Anordnung zur Übertragung eines Sprachdatenstromes über ein IP-Netz oder Lokales Netz vom Ethernet-Typ, gekennzeichnet durch einen zur im Wesentlichen kompressionslosen Umsetzung des Sprachdatenstromes in ATM-Zellen gemäß dem ATM Adaption Layer AAL1 ausgebildeten Sprachdatenwandler und eine dem Sprachdatenwandler nachgeschaltete Verkapselungseinrichtung zum Einschluß der ATM-Zellen in IP-Datenpakete oder Ethernet-Frames.Arrangement for transmission a voice data stream over an IP network or Ethernet-type local area network, marked by a for essentially compressionless implementation the voice data stream in ATM cells according to the ATM Adaptation Layer AAL1 trained voice data converter and a voice converter downstream encapsulation device for enclosing the ATM cells in IP data packets or Ethernet frames. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkapselungseinrichtung gemäß dem ATM-Forum-Standard FATE (Frame based ATM Transport over Ethernet) aufgebaut ist.Arrangement according to claim 6, characterized that the Encapsulation device according to the ATM Forum standard FATE (Frame Based ATM Transport over Ethernet) is established. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Markierungseinrichtung zum Markieren der IP-Datenpakete bzw. Ethernet-Frames zur Minimierung von Verzögerungen und Jitter-Effekten.Arrangement according to claim 6 or 7, characterized by a marking device for marking the IP data packets or Ethernet frames to minimize delays and jitter effects.
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