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Die Erfindung betrifft eine Lösung zur Verbesserung der Möglichkeiten für die Faxübertragung oder die Übertragung von Daten zwischen Modems über ein IP-Netzwerk. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur verbesserten Nutzbarkeit von IP-Netzwerken in Bezug auf die Fax- und Modemübertragung, mit dem Ziel, einen entsprechenden Übertragungsvorgang entweder überhaupt zu ermöglichen und/oder dessen vorzeitigen Abbruch zu verhindern.
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Für das bisher überwiegend genutzte ISDN-Netz gilt eine Festlegung, wonach innerhalb Deutschlands bei der Übertragung von Daten zwischen Endgeräten von Teilnehmern, einschließlich digitalisierter Sprachdaten, eine Signalverzögerung von maximal 12 ms auftreten darf. Man spricht hierbei von einem One-Way-Delay von maximal 12 ms. Zweck dieser Festlegung ist es, das andernfalls bestehende Erfordernis einer Echokompensation zu vermeiden. Darüber hinaus wird durch die Festlegung einer solch geringen Signalverzögerungszeit gewährleistet, dass über das ISDN Fax- und Modemverbindungen aufgebaut und Faxe beziehungsweise Daten zuverlässig synchron oder asynchron übertragen werden können.
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Gegenwärtig vollzieht sich in größerem Maßstab ein Übergang vom ISDN-Netz zu einem IP-basierten Next-Generation-Network (NGN), auch als All-IP-Netz bezeichnet. Systembedingt steigt das eingangs genannte One-Way-Delay bei der IP-basierten Datenübertragung gegenüber dem für das ISDN festgelegten Delay deutlich an. Zudem entfällt im AII-IP-Netz der bisher vorhandene, zur Synchronisation genutzte Systemtakt. Insbesondere durch die systembedingte Erhöhung des One-Way-Delay ergeben sich für die Fax- und die Modemübertragung in einem IP-Netzwerk teilweise erhebliche Probleme, so dass diese Übertragungstechniken von Teilnehmern, welche auf einen AII-IP-Anschluss umgestellt werden, teilweise nur eingeschränkt oder gar nicht mehr genutzt werden können.
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Zur Verwendung bei der Faxübertragung über IP-Netzwerke ist durch die Internationale Fernmeldeunion, die ITU, das T.38-Protokoll standardisiert und empfohlen worden. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass auch durch die Verwendung dieses Übertragungsprotokolls eine zuverlässige Faxübertragung häufig nicht sichergestellt werden kann. Ursächlich hierfür ist offenbar ein häufig zu großes Delay.
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Bei der Verwendung des T.38-Protokolls zur Faxübertragung mittels bisher gebräuchlicher Faxgeräte der Gerätegruppe 3 ist es dabei erforderlich, zunächst senderseitig das von Geräten dieser Gerätegruppe verwendete T.30-Protokoll mittels eines dafür geeigneten Gateways in ein T.38-Protokoll umzusetzen. An der Gegenstelle müssen dann die über das IP-Netz gemäß dem T.38-Protokoll übertragenen Signale wiederum mittels eines Gateways auf das T.30-Protokoll umgesetzt werden. Sofern das Faxgerät der Gegenstelle antwortet, sind die dafür auf dem Rückweg übertragenen Signale hinsichtlich des verwendeten Protokolls wiederum zweimal umzusetzen. Diese Umsetzvorgänge führen zu teilweise erheblichen Signallaufzeiten beziehungsweise Signalverzögerungen, welche sich nachteilig auf die Zuverlässigkeit der Faxübertragung auswirken. Insoweit kommen, ausgehend von Zahlen, welche der Anmelderin vorliegen, bei Verwendung des T.38-Standards zirka 15 - 20 % der Faxverbindungen nicht zustande oder werden während der Übertragung vorzeitig abgebrochen.
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Auch im Zusammenhang mit der Übertragung von Daten unter Verwendung von für bestimmte Anwendungen noch häufiger verwendeten Modems sind im IP-Netz beziehungsweis in IP-Netzwerken Schwierigkeiten zu verzeichnen. So werden Modemübertragungen beispielsweise noch im Zusammenhang mit speziellen Anwendungen für den Online-Zahlungsverkehr genutzt. Hierbei hat sich jedoch gezeigt, dass dies für die Teilnehmer nach einer Umstellung ihres Anschlusses auf einen AII-IP-Anschluss in der Regel nicht mehr möglich war. Auch hier ist als Ursache die mit dem Übergang auf das IP-Netzwerk zu verzeichnende Erhöhung des Delay zu vermuten. Insoweit wird davon ausgegangen, dass das Round-Trip-Delay, also die Signalverzögerung, welche Modemsignale auf ihrem Hin- und Rückweg insgesamt erfahren, nicht über etwa 150 ms liegen sollte, wobei ein längeres Delay aus sicherheitstechnischen Gründen zu Fehlermeldungen führt, wodurch verhindert werden soll, dass entsprechende Verbindungen durch Dritte beziehungsweise deren Systeme widerrechtlich mit manipulativer Absicht übernommen werden. Ein solches maximales Delay wird jedoch in IP-Netz offenbar häufig nicht gewährleistet, so dass entsprechende Probleme bei der Modemübertragung auftreten oder sie sogar unmöglich wird. Insoweit ist auch in Bezug auf die Modemübertragung von Daten über IP-Netzwerke davon auszugehen, dass die in der Praxis bei der Umstellung auf AII-IP-Anschlüsse zu verzeichnenden Schwierigkeiten auf ein zu großes Delay zurückzuführen sind.
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Ohne in diesem speziellen Zusammenhang die Frage des möglichen Auftretens von für die Faxübertragung kritischen Delays in IP-Netzwerken zu diskutieren, wird zudem in der
US 2012/0013937 A1 darauf hingewiesen, dass ein Problem in der Verwendung des T.38-Protokolls darin bestehen kann, dass dieses Protokoll möglicherweise nicht durch alle Knoten des IP-Netzwerks unterstützt wird. In der Schrift wird daher die Möglichkeit angesprochen, im Zusammenhang mit der Nutzung von Voice over IP (VoIP) den der Sprachübertragung dienenden G.711 Codec auch für die Fax-Übertragung im Fax-Durchreiche-Modus (pass through mode) zu verwenden. Allerdings können auch hierbei im Einzelfalle noch Delay-Probleme auftreten, die im ungünstigsten Fall zum Abbruch einer Fax- oder Modemübertragung führen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches die geschilderten Probleme löst, nämlich insbesondere auch in einem IP-Netzwerk eine zuverlässige Fax- und Modemübertragung durch weitgehende Eliminierung möglicher Delay-Probleme gewährleistet.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Gemäß dem zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagenen Verfahren werden die grundsätzliche Nutzbarkeit eines IP-Netzwerks für die Fax- und Modemübertragung und eine darüber hinaus weitgehende Verhinderung eines vorzeitigen Abbruchs der Datenübertragung erreicht, indem für die Fax- und/oder Modemübertragung teilnehmerseitig ein analoger Telefonadapter (ATA - Analog Telephone Adapter) verwendet wird, an welchem Fax- und/oder Modemgeräte der Teilnehmer bei der Datenübertragung über das IP-Netzwerk betrieben werden.
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Bei dem jeweiligen ATA handelt es sich um einen analogen Telefonadapter, der einerseits für eine Codierung auszusendender Daten gemäß dem Codec G.711 und andererseits für eine Decodierung empfangener, gemäß dem Codec G.711 codierter Daten eingerichtet. Dies meint - auch im Kontext der Patentansprüche -, der ATA ist hinsichtlich seiner Hard- und Software hierfür ausgebildet sowie zu Umsetzung des Verfahrens für eine Verwendung des Codecs G.771 konfiguriert beziehungsweise eingestellt.
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Das vorgeschlagene Verfahren macht es sich hierbei zu Nutze, dass entsprechende Telefonadapter häufig zur wahlweisen Verwendung unterschiedlicher Codecs ausgebildet sind. Für eine erfolgreiche Durchführung des Verfahrens ist jedoch die Verwendung des Codecs G.711 erforderlich, so dass die teilnehmerseitig verwendeten Telefonadapter zur Verwendung dieses Codecs eingerichtet beziehungsweise konfiguriert werden. Durch die Nutzung entsprechend eingerichteter Telefonadapter für die Fax- oder Modemübertragung sind zunächst ISDN-nahe Verhältnisse gegeben, wodurch insbesondere sichergestellt ist, dass eine Datenübertragung bei der Verwendung von Endgeräten, wie Fax und/oder Modem, überhaupt möglich ist. In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens gelangen teilnehmerseitig analoge Telefonadapter beziehungsweise ATA zum Einsatz die dazu ausgebildet und eingerichtet sind, auszusendende Daten gemäß dem Codec G.711 A-Law zu codieren und empfangene, gemäß dem Codec G.711 A-Law codierte Daten zu decodieren. Bei dem letztgenannten Codec handelt es sich um den im EURO-ISDN verwendeten Sprachcodec.
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Bei einem auf die Verwendung des Codecs G.711 eingestellten Adapter wandelt dessen Packetization-Einheit den kontinuierlichen G.711-Datenstrom mit 64 kBit/s beim Aussenden in ein dem RTP, das heißt dem Real-Time Transport Protocol, entsprechendes Signal, nämlich in einen Datenstrom von VoIP-Signalen (VoIP = Voice over IP), um. Um neben der grundsätzlichen Sicherstellung einer Nutzbarkeit von Faxgeräten und Modems zur Datenübertragung über ein IP-Netzwerk einen vorzeitigen Abbruch der Datenübertragung sicher zu verhindern, ist es aber außerdem unerlässlich, Maßnahmen zur Verringerung von Laufzeitverzögerungen (Delay) zu ergreifen, also gewissermaßen eine DelayOptimierung durchzuführen. Entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren ist es daher zwingend vorgesehen, die teilnehmerseitig verwendeten analogen Telefonadapter (ATA) so zu konfigurieren, dass sie ein in den Headern von Datenpaketen zur Differenzierung zwischen unterschiedlichen Typen von Datenpaketen verwendetes Feld auf einen Wert setzen, durch welchen Queueing-Einheiten in den Routern des IP-Netzwerks veranlasst werden, unter Verwendung des Verfahrens im Rahmen einer Fax- oder Modemübertragung versendete Datenpakete gemäß der Queueing-Variante „Low Latency Queueing“ zu behandeln. Dazu wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren das Header-Feld ToS beziehungsweise das Type of Service Field der Header auf den Typ „Voice“, also „Sprache“, gesetzt.
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Unter dem Gesichtspunkt eines möglichst geringen Delay werden die teilnehmerseitig verwendeten analogen Telefonadapter erfindungsgemäß so konfiguriert, dass die Größe des für empfangene Signale in den Telefonadaptern ausgebildeten Dejitter Buffers, unabhängig von Einstellungen und Empfehlungen des Herstellers, auf 0 eingestellt wird. Je nach Typ und Fabrikat eines analogen Telefonadapters ist herstellerseitig ein Einstellen des Dejitter Buffers auf 0 häufig zwar eigentlich nicht vorgesehen. Die Realisierung einer solchen Einstellung ist aber zumeist dennoch mittels entsprechender Hidden Commands, also versteckter beziehungsweise nicht vom Hersteller veröffentlichter Befehle, möglich.
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Der Dejitter Buffer ist in den Telefonadaptern ausgebildet, um den bei der Übertragung von Signalen mit Daten teilweise auftretenden Jitter, nämlich ein „Verschleifen“ des zeitlichen Paketabstandes - von, wie bereits ausgeführt, vorzugsweise 10 ms -, zu kompensieren. Dabei werden durch die im Dejitter Buffer erfolgende temporäre Pufferung der Datenpakete Schwankungen des zeitlichen Abstandes, wie sie auf dem Übertragungsweg entstehen können, ausgeglichen, so dass die Datenpakete zu ihrer weiteren Verarbeitung dienenden Einheiten wieder mit dem ursprünglichen, konstanten zeitlichen Abstand zugeführt werden.
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Ein Verzicht auf den Dejitter Buffer beziehungsweise das Setzen seiner Größe auf 0 setzt eine Güte des Netzes (IP-Netzwerks) voraus, die derart ist, dass ein nennenswerter Jitter im Grunde nicht entsteht. Bei Versuchen hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei der Umsetzung des vorliegenden Verfahrens, also im Hinblick auf die Anwendung für Fax- beziehungsweise Modemübertragungen mittels VoIP-Signalen, eine Reduzierung der Größe des Dejitter Buffers auf 0 aufgrund entsprechender Güte der Netze keine nachteiligen Auswirkungen hatte.
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Was die schon angesprochene Wandlung des kontinuierlichen G.711-Datenstroms in einen RTP-Stream von VolP-Signalen anbelangt, so ist hierbei zu berücksichtigen, dass für RTP-Streams unterschiedliche Payloadlängen möglich sind, wobei die Payloadlänge die Länge des Datenblocks mit Nutzdaten innerhalb eines Datenpakets angibt. Gemäß RTP mögliche Payloadlängen sind 80, 160 und 240 Byte. Im Falle einer Payloadlänge von 80 Byte wird aller 10 ms ein Datenpaket übertragen. Eine Payloadlänge von 160 Byte entspricht der Übertragung eines Datenpakets aller 20 ms. Bei einer Payloadlänge von 240 Byte wird alle 30 ms ein Datenpaket übertragen.
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Insoweit stellt eine Payloadlänge von 80 Byte mit einer Übertragung eines Datenpakets aller 10 ms unter dem Gesichtspunkt der bereits angesprochenen Delayoptimierung beziehungsweise im Hinblick auf die Erreichung eines möglichst geringen Delay die günstigste Variante dar. Allerdings wird hierbei für die Datenübertragung die größte Bandbreite benötigt. Gleichwohl ist es gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, die teilnehmerseitigen Telefonadapter so zu konfigurieren, dass ihre Packetization-Einheit den G.711-Datenstrom beim Aussenden in einen RTP-Stream mit einer Payloadlänge von 80 Byte je Datenpaket wandeln.
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Nachfolgend sollen einzelne Aspekte der Erfindung nochmals anhand von Zeichnungen in der Art eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
- 1: ein Funktionsschema zur Datenübertragung gemäß der Erfindung,
- 2: das Prinzip des „Low Latency Queueing“.
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Die 1 zeigt ein Funktionsschema für die Datenübertragung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Durch dieses Funktionsschema werden sowohl Abläufe bei der Datenübertragung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch wesentliche daran beteiligte Elemente der Übertragungsstrecke veranschaulicht. Demgemäß umfasst die Übertragungsstrecke - unter Außerbetrachtlassung der Endgeräte - grob betrachtet einen senderseitigen Telefonadapter (ATA) 2, das der Datenübertragung dienende IP-Netzwerk 1 und einen empfängerseitigen ATA 3. Da zum Beispiel im Falle einer Modemübertragung eine bidirektionale Datenübertragung erfolgt, fungieren die als sender- und empfängerseitige Einrichtungen bezeichneten Elemente (ATA 2, 3) wechselweise gleichermaßen als senderseitiger beziehungsweis empfängerseitiger ATA.
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Zur funktionellen Erläuterung werden an dieser Stelle nur eine Übertragungsrichtung und einer der gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren teilnehmerseitig vorgesehenen analogen Telefonadapter 2 als senderseitiger sowie der andere als empfängerseitiger ATA 3 betrachtet. An den Telefonadaptern 2, 3 werden die nicht dargestellten Faxgeräte und/oder Modems betrieben. Der gemäß der Darstellung als senderseitige Einrichtung fungierende ATA 2 weist als wesentliche Einheiten eine Codierungseinheit, die Packetization-Einheit und eine Einheit für das Output Queueing auf. Das der Übertragung dienende IP-Netzwerk 1 ist funktionsbezogen in Uplink Transmission, Backbone Transmission und Downlink Transmission untergliedert. Physisch umfassen Uplink Transmission und Downlink Transmission Zugangsnetze, über welche Daten in das Kernnetz (Backbone Transmission) hochgeladen (Uplink) beziehungsweise aus diesem heruntergeladen (Downlink) werden. Als wesentliche Einheiten des empfängerseitigen ATA 3, seien die Einheit für das Input Queueing, der Dejitter Buffer und die Decodiereinheit genannt.
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Durch den senderseitigen analogen Telefonadapter 2 werden die von einem beispielsweise daran betriebenen Faxgerät stammenden, zur Übertragung vorgesehenen Daten mittels der Codiereinheit, aufgrund entsprechender Konfiguration des Adapters, unter Anwendung des G.711-Codec, vorzugsweise des Codec G.711 A-Law, codiert. Der kontinuierliche G.711-Datenstrom wird dann in der Packetization-Einheit in einen Datenstrom von nach dem RTP-Protocol zu übertragenden VolP-Signalen gewandelt. Der entsprechende RTP-Stream wird dabei vorzugsweise aufgrund entsprechender Konfiguration des ATA 2 durch Datenpakete mit einer Payloadlänge von 80 Byte ausgebildet.
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In der Einheit für das Output Queueing werden die Daten gegebenenfalls unterschiedlicher, an dem Telefonadapter 2 betriebener Endgeräte in eine Warteschlange eingestellt und aus dieser heraus entsprechend der für sie jeweils vorgesehenen Queueing-Option zur Übertragung an die Gegenstelle in das IP-Netzwerk 1 hochgeladen. Hierbei werden die aus dem G.711-Datenstrom erzeugten VolP-Signale entsprechend Queueing-Variante „Low Latency Queueing“ behandelt (nähere Erläuterungen dazu: Siehe die zur 2 folgenden Ausführungen). Dies bedeutet, dass die Daten ohne längere temporäre Zwischenspeicherung in der Queueing-Einheit gewissermaßen unmittelbar, aber jedenfalls mit einer sehr geringen Latenz dem ihrer Übertragung an die Gegenstelle dienenden Wide Area Network, das IP-Netzwerk 1, weitergeleitet werden.
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Die Behandlung der VolP-Signale entsprechend der Option „Low Latency Queueing“ erfolgt aufgrund dessen, dass der senderseitige ATA 2 (und natürlich auch der empfängerseitige, gegebenenfalls wechselweise auch als senderseitiger ATA fungierende ATA 3) so konfiguriert wurde, dass im Header der Datenpakete des aus dem G.711-Datenstrom erzeugten RTP-Streams, also der Datenpakete des Datenstroms mit den VolP-Signalen das Type of Service Field (ToS) zur Kennzeichnung des Datentyps als „Voice“ belegt wurde. Aufgrund der Kennzeichnung der Datenpakete als Daten, welche entsprechend diesem Servicetyp zu behandeln sind, erfolgt in gegebenenfalls vorhandenen senderseitigen und/oder empfängerseitigen Routingeinrichtungen (mit einer häufig weniger komplexeren Queueing-Einheit) aber insbesondere in allen (hier nicht dargestellten) Netzwerkroutern des eigentlichen IP-Netzwerks 1 beziehungsweise des Kernnetzes eine schnelle, das heißt unverzügliche („Low Latency“) Weiterleitung der Datenpakete, so dass über die gesamte Übertragungsstrecke hinweg insgesamt ein nur sehr geringes Delay entsteht.
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In dem empfängerseitigen Telefonadapter 3 laufen über das IP-Netzwerk 1 übertragene Daten in der Input Queueing-Einheit auf. Ihre Weiterverarbeitung beziehungsweise Weiterleitung innerhalb des Adapters 3 und von diesem zu den für den eigentlichen Empfang bestimmten Endgeräten erfolgt wiederum entsprechend der Queueing-Option „Low Latency Queueing“, so dass diese Daten gewissermaßen priorisiert weitergeleitet werden. Die Weiterleitung erfolgt hierbei außerdem, ohne Pufferung durch den Dejitter Buffer, unmittelbar an die Decodiereinheit, da die Größe Dejitter Buffers auf Null eingestellt ist. In der Decodiereinheit erfolgt dann die Decodierung der mittels des Codecs G.711 A-Law decodierten Daten, bevor diese dann beispielsweise an einen empfangendes Faxgerät ausgegeben werden.
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Aufgrund des gewählten Codecs und der Belegung des ToS-Feldes in den Headern der Datenpakete mit dem Merkmal „Voice“ werden die Daten in dem Wide Area Network, also dem IP-Netzwerk 1, durch dessen nicht dargestellte Router priorisiert behandelt und mit sehr geringer Latenz weitergeleitet. Hinsichtlich des Delays vorteilhaft wirkt sich darüber hinaus eine Konfiguration des sendenden Telefonadapters 2 aus, gemäß welcher der G.711-Datenstrom in einen RTP-Stream mit Datenpaketen umgewandelt werden, welche eine geringe Payloadlänge von 80 Byte aufweisen und daher durch den Telefonadapter 2 (ATA) auf der Sendeseite und durch sie innerhalb des IP-Netzwerks 1 weiterleitende Router aller 10 ms ausgesendet werden. Die vorgenannten Randbedingungen und hierbei insbesondere auch die aufgrund des Setzens des ToS-Feldes der Header auf „Voice“ erfolgende Behandlung der Datenpakete gemäß der Option „Low Latency Queueing“ führen, so hat sich in Versuchen gezeigt, zu einem vergleichsweise geringen Delay von 90 ms (Round-Trip-Delay), was eine störungsfreie und insbesondere unterbrechungsfreie Fax- und Modemübertragung ermöglicht.
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In der 2 wird das Prinzip des „Low Latency Queueing“ veranschaulicht. Als Beispiel ist hierbei das „Low Latency Queueing“ im Rahmen eines Input Queueings dargestellt. Demgemäß werden bei einer entsprechenden Input-Queueing-Einheit - beispielsweise eines Routers des IP-Netzwerks - auflaufende beziehungsweise empfangene Datenpakete gemäß ihrer durch das ToS-Feld in ihrem Header gekennzeichneten Art einer mehrstufigen Queue, also einer Warteschlange, zugeführt, welche den zeitlichen Ablauf ihrer Weiterverarbeitung beziehungsweise Weiterleitung bestimmt. Die Weiterleitung erfolgt hierbei entsprechend einem gewichteten Warteschlagenverfahren, dem sogenannten CBWFQ (Class Based Weightes Fair Queueing) gemäß ihrer Klasse, also gemäß ihrer im ToS-Feld gekennzeichneten Art. Wie durch die Darstellung veranschaulicht werden soll, werden dabei VoIP-Daten, gesteuert durch einen so genannten VolP Policer, priorisiert behandelt und gewissermaßen an der vorgenannten mehrstufigen Queue zum Zweck einer weitgehend verzögerungsfreien Weiterverarbeitung vorbeigeleitet. Hierbei kann der Modus des „Low Latency Queueing“ gegebenenfalls auch noch auf Datenpakete anderer Art, wie insbesondere Daten einer Runtime Infrastruktur (RTI), also auf Daten angewendet werden, die möglichst in Echtzeit oder nahezu Echtzeit verarbeitet werden müssen.
