DE60123553T2

DE60123553T2 - Übertragungsmodem über Paketnetze

Info

Publication number: DE60123553T2
Application number: DE60123553T
Authority: DE
Inventors: Edward Germantown George; Erhan Rockville Guven; Frank Edward Gaithersburg Fruth
Original assignee: Telogy Networks Inc
Current assignee: Telogy Networks Inc
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2002198996A; DE60123553D1; US7042833B1; EP1209853B1; EP1209853A1; ATE341877T1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf die Modemübertragung über Paketnetze und insbesondere auf Verfahren zum Demodulieren, Weiterschalten und Wiedermodulieren von Modemübertragungen über Paketnetze.
KURZBESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Derzeit nutzt die übliche Methode für die Modemübertragung über ein Paketnetz G.711-Daten, die in Paketen angeordnet sind.
Wenn Modemvorrichtungen über ein Paketnetz verbunden sind, sind sie nicht direkt miteinander verbunden. Das gesamte Modemsignal wird an einem sendenden Ende in Paketen angeordnet, durch das Paketnetz gesendet und am empfangenden Ende wieder in einem bestimmten Format zusammengesetzt, bevor es der empfangenden Modemvorrichtung präsentiert wird.
Die Anordnung in Paketen und das Übertragen von Modemanrufen über Gateway-Plattformen, die G.711-(PCM-)Codec nutzen, erfordern beispielsweise das Digitalisieren der erzeugenden Modem-Telephonverbindung mit 64 kbps, das Anordnen in Paketen und das Übertragen des gesamten 64-kbps-Datenstroms zur anderen Seite und anschließend das Aussenden des gleichen 64-kbps-Datenstroms an das entfernte Modem. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie bei jedem Modem funktioniert, das auf einer Standard-POTS-Telephonleitung empfangen kann, und dass sie einfach durchzuführen ist.
Die Nachteile dieser Methode sind:

(1) Sie erfordert eine hohe Netzbandbreite, um den Anruf durchzuführen, und eine Verbindung kann infolge Paketverlusts unterbrochen werden. Werden G.711-Pakete alle 10 ms gesendet, beträgt die zum Senden jeder Richtung des Anrufs erforderliche Netzbandbreite über 110 kbps (wenn die Header-Größen (RTP + UDP + IP + TCP + Ethernet) inbegriffen sind).
(2) Die Verbindung über ein Paketnetz ist keine ständige Verbindung und erfährt häufig Leitungsverzögerungen, Fehler, Schwankungen und/oder Paketverluste, was zu Modemfehlern führen kann. Insbesondere führt ein Paketverlust beim empfangenden Modem zu Unterbrechungen im Modemsignal (zu intermit tierendem Trägerverlust). Die Unterbrechungen führen aufgrund des Modem-Retrainings und vermehrter Modemverbindungsfehler zu einem verschlechterten Datendurchsatz.
(3) Aufgrund der Taktdifferenzen an den beiden Endpunkten zeigen Standard-G.711-Playout-Verfahren periodisch eine Modemsignal-Unterbrechung, die von Playout-Überläufen und/oder -Unterläufen herrührt. Diese Unterbrechungen im Modemsignal führen ihrerseits zu periodischen Modem-Retrainings, die sich auf die Datendurchsatzraten auswirken.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die beiden Modems, wenn für die Modemübertragungen von Daten die G.711-Codierung mit Anordnung in Paketen genutzt wird, im Wesentlichen mithilfe eines für ihre Übertragung potentiell unzulänglichen Mediums miteinander kommunizieren. Diese Methode ist für einen Netzpaketverlust besonders anfällig.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Modemrelais der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Fähigkeit zum Demodulieren, Weiterschalten und Wiedermodulieren von Modemübertragungen über Paketnetze.
Das Modemrelais stellt eine lokale Schnittstelle für die Modems an beiden Enden des Anrufs bereit, demoduliert den Vollduplex-Datenstrom, ordnet die Bits für den Transport über ein IP-Netz in Paketen an und moduliert den Datenstrom am entfernten Ende wieder. Das Modemrelais ergibt in einer Umgebung mit Paketverlust Bandbreiteneinsparungen und eine erhöhte Leistungsfähigkeit (Datendurchsatz und Verbindungszuverlässigkeit).
Das Modemrelais mildert die Probleme, die mit der Verwendung von G.711 zum Senden von Modemverkehr zusammenhängen. Im Modemrelais ist die Bitübertragungsschicht oder Verbindungsschicht des Modemsignals für beide Enden des Anrufs lokal abgeschlossen. Nur der demodulierte Datenstrom wird über das Netz gesendet. Dies führt zu drastischen Bandbreiteneinsparungen. Bei einem V.34-Modem in einer beispielhaften Ausführungsform wird die 64-kbps-Telephonverbindung zu einem Datenstrom mit maximal 33.600 bps demoduliert. Dieser Datenstrom ist in Paketen angeordnet und wird (bei 30-ms-Paketen) mit einer Netzbandbreite von weniger als 20 kbps transportiert.
Da die Bitübertragungsschicht lokal abgeschlossen ist, führt ein Netzpaketverlust am empfangenden Modem zu keiner Unterbrechung im Modemsignal. Daher schließt diese Methode Verbindungsausfälle durch den Netzpaketverlust aus. Stattdessen führt ein Paketverlust zu einem Fehler im Informationsdatenstrom.
Bandbreiteneinsparungen werden auch mithilfe des Modemrelais erzielt, da über das IP-Netz Daten nur übertragen werden, wenn das Modem Daten überträgt. Wenn das Modem keine Daten überträgt, werden keine Pakete in das IP-Netz gesendet. Im Gegensatz dazu findet eine kontinuierliche 64-kbps-Anordnung in Paketen statt, wenn ein G.711-Modem verwendet wird, um Modemverkehr zu übertragen. Anhängig vom Netztransport werden die Modemdaten über das Paketnetz gesendet, wobei ein garantierter Zufuhrmechanismus (Verbindungsschicht-Abschluss) verwendet wird, oder sie werden unter Verwendung eines nicht garantierten Zufuhrmechanismus (Bitübertragungsschicht-Abschlusses) gesendet. Im Falle eines nicht garantierten Zufuhrmechanismus können Datenredundanz-Verfahren verwendet werden, um den Paketverlust zu bekämpfen und den Datendurchsatz zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung lehrt auch ein Verfahren mit gestaffelter Redundanz zum Verbessern der Leistungsfähigkeit der Paketübertragung in einer Umgebung mit Paketverlust, um die Integrität der Modemübertragung sicherzustellen, die Komplexität der Durchführung zu minimieren und eine hohe Kanaldichte beizubehalten sowie bei minimaler Zunahme der Bandbreitenanforderungen den Verlust zu minimieren, der mit diskontinuierlichem Paketverlust verknüpft ist.
In einer Umgebung mit gleichmäßig verteiltem Paketverlust ist diskutierbar, dass eine Einzelredundanz (N = 1) eine wirksame und akzeptable Methode zum Sicherstellen einer guten Modemintegrität ist. Diese Methode bietet eine gewisse Einfachheit, während sie gegenüber anderen komplizierteren Vorwärts-Fehlerkorrekturmethoden vergleichbare Zunahmen der Netzbandbreite aufweist. Der Grund für die Schlussfolgerung liegt in der Tatsache, dass in einer Umgebung mit gleichmäßig verteiltem Paketverlust bei der Mehrheit der Paketverlustereignisse der Verlust die Länge eines Pakets hat. Eine einfache Einzelredundanz korrigiert daher eine Mehrheit der Paketverlustereignisse, was zu einem verbesserten Datendurchsatz führt.
Jedoch ist das Modell des gleichmäßig verteilten Paketverlusts nicht das beste Modell für den Paketverlust. Vielmehr tendiert der Paketverlust in einem Paketnetz dazu, diskontinuierlich zu sein. In diesem Fall bietet die einfache Einzelredundanzmethode immer noch eine Verbesserung gegenüber der Situation ohne Schutz, ist aber nicht so wirksam wie bei einem Modell mit gleichmäßig verteiltem Paketverlust. Das Ausmaß der Redundanz zu steigern, d. h. den Wert von N zu erhöhen, um den Schutz gegen diskontinuierlichen Verlust zu verbessern, ist wegen des damit verknüpften Nachteils bei der Netzbandbreite nicht wünschenswert.
Die vorliegende Erfindung lehrt eine Alternative zur einfachen Einzelredundanz. Die Redundanz wird bei einer Einzelredundanz beibehalten, verbessert jedoch die Leistungsfähigkeit bei einem verlorenem Paket, während sie die Netzbandbreiten-Anforderungen durch Staffeln der Redundanz minimiert. Statt dass Daten-Nutzinformationen aus dem vorausgehenden Netzpaket am momentanen Paket angebracht werden, werden die Daten-Nutzinformationen aus dem L-ten vorausgehenden Netzpaket am momentanen Paket angebracht. Im Wesentlichen werden zwei zeitlich (L) getrennte Datenwege über das Paketnetz erzeugt, um diskontinuierliche Paketverluste im Kanal zu bekämpfen. L gleich eins entspricht dem bestehenden einfachen Einzelredundanz-Verfahren.
Die Methode der gestaffelten Redundanz bietet die Vorteile des einfachen Einzelredundanz-Verfahrens. Die gestaffelte Redundanz erfordert keine Zunahme an Bandbreite. Die gestaffelte Redundanz erfordert keine gesteigerte Komplexität der Durchführung und bietet in einer Umgebung mit gleichmäßig verteiltem Paketverlust einen ebenso leistungsfähigen Schutz. Jedoch bietet die vorliegende Erfindung in Fällen diskontinuierlichen Paketverlusts, bei denen eine Reihe von Paketen verloren geht, einen zusätzlichen Schutz. Die einfache Einzelredundanz erzielt bei diskontinuierlichem Verlust von Paketen keine Wiedergewinnung. Die Staffelungsnummer L wird so gewählt, dass sie größer als die Anzahl von Paketen in der Reihe ist, die im Datenblock verloren gehen, sodass die verlorenen Pakete nach dem Datenblock wiedergewonnen werden können.
Das hier gelehrte Staffelungsverfahren verzögert die Wiederherstellung über eine Einzelredundanz, da eine Wiederherstellung erst nach der Verzögerungsstaffelzeit L beginnen kann.
Die unter Nr. WO 98/58492 veröffentlichte internationale Patentanmeldung beschreibt ein System für eine Echtzeitübertragung von Faxbildern zwischen einem erzeugenden Faxgerät und einem Ziel-Faxgerät über ein Internet-Protokoll(IP-)Netz, wobei ein lokaler Kommunikations-Gateway und wenigstens ein Abschluss-Gateway aufgebaut werden und wobei über einen Faxprotokoll-Erweiterer eine Kommunikationsverbindung zwischen dem erzeugenden Faxgerät und dem Ziel-Faxgerät aufgebaut wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung bestimmter besonderer und veranschaulichender Ausführungsformen sowie von deren Merkmalen und Aspekten lediglich beispielhaft Bezug genommen, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gegeben wird, in der:
1 ein Schaltbild ist, das die Bestandteile einer Modemrelais-Konfiguration veranschaulicht;
2 ein Schaltbild ist, das die funktionalen Teile einer Modemrelais-Betriebs veranschaulicht;
3 ein logisches Diagramm ist, das die logische Struktur eines Modemrelais veranschaulicht;
4 ein Schema ist, das eine Reihe von Paketen in einer Paketnetzübertragung veranschaulicht;
5 ein Schema ist, das eine Reihe von Paketen in einer Paketnetzübertragung mit einer einfachen Einzelredundanz veranschaulicht;
6 ein Schema ist, das eine Reihe von Paketen in einer Paketnetzübertragung mit einer gestaffelten Redundanz veranschaulicht; und
7 ein zweites Schema ist, das eine Reihe von Paketen in einer Paketnetzübertragung mit einer gestaffelten Redundanz veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Modemweiterschaltung für V.22bis- und niedere Modems erfolgt in der Bitübertragungsschicht. Die Bitübertragungsschicht des Modems wird in einen Bitstrom demoduliert, und dieser Bitstrom wird über das Netz durchgehend weitergegeben. Etwa vorliegende Protokolle höherer Schichten (Fehlerkorrektur, Kompensation) werden über das Netz durchgehend weitergegeben. Diese Methode funktioniert gut bei Modems mit niedriger Geschwindigkeit. Dagegen beruhen V.32-Modems und andere Hochgeschwindigkeits-Modems auf der Anwendung von Protokollen höheren Schichten auf eine Streamline und erhöhen die Genauigkeit von Datenübertragungen.
Die Fehlerkorrektur ist das erste Protokoll, das dem Roh-Bitstrom des Modems oben hinzuzufügen ist. Beispielsweise ist V.42 der ITU-Standard für die Fehlerkorrektur. Die Fehlerkorrektur liefert einen Mechanismus für zwei Modems, um:

1) Fehler durch Senden von Daten-Frames zu entdecken und CRCs zu nutzen, um Framing-Fehler zu entdecken;
2) Fehler durch automatisches Wieder-Senden von Daten zu korrigieren; und
3) den Fluss von Datenübertragungen durch die Verwendung von Start/Stop-Daten zu steuern.

Da nahezu alle Hochgeschwindigkeits-Modems die V.42-LAPM-Verarbeitung unterstützen, realisiert die vorliegende Erfindung ein Modemrelais für schnellere Modems in der Verbindungsschicht und nicht in der Bitübertragungsschicht. Das bedeutet, dass der Gateway auf jeder Seite der Modemrelais-Verbindung das LAPM-Protokoll für seine lokale Modemverbindung abschließt.
Ein Gateway-zu-Gateway-LAPM-Protokoll wird über das Netz ausgeführt, um zwischen den beiden Gateways eine Fehlerkorrektur und eine Flusssteuerung zu erzielen. Eine Komprimierung und irgendwelche Anwendungsschicht-Protokolle werden über die Übertragungsstrecke durchgehend fortgesetzt, es sei denn, beide Modems sind gezwungen, die gleiche Art des Komprimierungsformats zu nutzen.
Es liegen mehrere Vorteile darin, das Modemrelais in der Verbindungsschicht zu realisieren:

1) die Modems auf beiden Seiten können auf die bestmögliche lokale Datenrate trainiert werden;
2) die Modemverbindung muss nicht über das Netz verhandelt werden;
3) Fehler können vielmehr durch Wieder-Übertragung als durch Datenredundanz korrigiert werden;
4) Netzverzögerungen und Paketverlust beeinträchtigen nicht die Datenweitergabe.

Eine typische Konfiguration für ein Modemrelais-System einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 veranschaulicht. Das Senden eines Modemrelais-Anrufs umfasst die folgenden Schritte:

1) Ein erster Benutzer leitet einen Modemanruf mithilfe eines Wählmodems ein, wie etwa eines Modems 2, das am ersten Ende der Verbindung mit einem Personalcomputer 1 verbunden ist.
2) Das Modem 2 gelangt in einen nicht aufgelegten Zustand, wählt und wartet auf die Antwort des Modems 14 am fernen Ende.
3) Der erste Gateway 3 erfasst die Leitungsbelegung, öffnet einen DSP-Sprachkanal und nimmt DTMF-Ziffern auf.
4) Der erste Gateway 3 übersetzt die Wählnummer und versucht, einen Verbindungsaufbau zum Gateway 9 am fernen Ende aufzubauen, der sich an einem entfernten Punkt im Netz befindet.
5) Gateway 9 erfasst über das Paketnetz 8 den vom Gateway 3 ankommenden Verbindungsaufbau. Der Gateway 9 nimmt den ankommenden Anruf an und öffnet einen DSP-Sprachkanal, um den ankommenden Anruf abzuwickeln. Danach belegt Gateway 9 die abgehende Leitung.
6) Für das Modemrelais verbindet die abgehende Leitung mit dem Modem 14 am fernen Ende, das mit einem Personalcomputer 15 verbunden sein oder ein Modem in einem Modem-Pool darstellen kann. Modem 14 geht in die Betriebsart nicht aufgelegt und spielt eine Modem-Antwortsequenz (z. B. einen V.25-ANS-Ton) ab.
7) Gateway 3 erfasst die Modem-Antwortsequenz (wie unten erläutert) und schaltet den DSP von einem Sprachkanal auf einen Modemrelais-Kanal um. Hierauf sendet Gateway 9 die Umschaltungsnachricht in Form eines Modemrelais-Nachrichtenpakets an Gateway 3. Gateway 9 setzt außerdem die Verhandlung mit dem Modem 14 am fernen Ende fort, um eine Datenverbindung zum PC 15 aufzubauen.
8) Gateway 3 schaltet seinen Kanal auf Modemrelais um und beginnt, mit Modem 2 den Kanalaufbau zu verhandeln.
9) Während der Verhandlungen werden zwischen Gateway 3 und Gateway 9 Steuernachrichten ausgetauscht, um das an beiden Seiten der Übertragunsstrecke verwendete Komprimierungsformat zu koordinieren und die Gateway-zu-Gateway-LAPM-Übertragunsstrecke aufzubauen. Am Ende der Verhandlung sind beide Modems mit ihrem jeweiligen lokalen Gateway mit der bestmöglichen Verbindungsrate verbunden, wobei V.42-LAPM und die gleiche Art der Komprimierung verwendet werden. Außerdem sind die Modems auf beiden Seiten in die Daten-Betriebsart übergegangen und bereit, mit dem Senden oder Empfangen von Daten zu beginnen.
10) Nun beginnen Modem 2 und Modem 14, über das Paketnetz 8 Daten zurück und hin zu senden. Jede Gateway-Einheit demoduliert die Modemübertragungen, ordnet die Daten in Paketen an und sendet sie zur anderen Seite. Der Gateway an der anderen Seite moduliert die Modemdaten wieder und sendet sie an das Modem am anderen Ende. Während der gesamten Verbindung wird an jedem Abschnitt der Übertragungsstrecke eine Flusssteuerung durchgeführt, um die fehlerfreie Datenübertragung zu regulieren.
11) Die Verbindung dauert an, bis eines der Modems auflegt. In diesem Moment wird der Anruf auf beiden Seiten beendet, und die Kanäle kehren in den Frei-Zustand zurück.

Die Verbindungsarchitektur für die beispielhafte Ausführungsform eines Verbindungsschicht-Modemrelais der vorliegenden Erfindung ist in 2 veranschaulicht. Die physikalischen Verbindungen zwischen den Modems, den Gateways und dem Netz sind die gleichen wie bei (oben beschriebenen) Datenschicht-Modemrelais. Der Unterschied tritt in der Verarbeitung auf, die durch den Mikroprozessor in den LAPM-Schichten der Kommunikation durchgeführt wird.
Bei V.32- und höheren Modems wird gewöhnlich die V.42-LAPM-Fehlerkorrektur verwendet, um eine Verbindungsschicht-Verbindungsfähigkeit und eine Fehlerkorrektur zwischen den beiden Modems und Punkten zu schaffen. Beim Verbindungsschicht-Modemrelais ist die LAPM-Schicht für jedes Modem lokal abgeschlossen.
Wenn LAPM lokal abgeschlossen ist, nutzt die Modemrelais-Steuereinheit der vorliegenden Erfindung Elemente im LAPM-Protokoll, um den Datenfluss zwischen den beiden Endpunkten zu steuern. Das erlaubt es beiden Seiten, unabhängig von der anderen verbunden zu werden (Datenraten und Modulationsarten müssen auf beiden Seiten nicht die gleichen sein). Das Verwenden von LAPM vereinfacht die Sachverhalte und mildert die Timing-Probleme, die mit der Modemverhandlung und dem Anrufaufbau zusammenhängen.
Alle Arten der Modemkomprimierung werden durchgehend übergeben. Da die Verbindungsschicht lokal abgeschlossen ist, muss das Komprimierungsformat jedoch lokal verhandelt und dann durchgehend übergeben werden. Daher müssen die Gateways beide Seiten zwingen, die gleiche Art von Komprimierungsprotokoll zu verwenden, wobei die Voreinstellungen in den Gateways genutzt werden.
Im Schaltbild von 2 werden der Benutzerverkehr 19 und die Komprimierungsprotokolle 20 über das Netz 8 durchgehend betrieben. Der MRU-DSP 4 schließt im Modem die Schicht 1 (Bitübertragungsschicht) an beiden Seiten ab und gibt die Daten an die Mikroprozessor-Software weiter. Der MRU-Mikroprozessor 5 schließt die Verbindungsschicht ab, wobei eine neue LAPM-Übertragunsstrecke initiiert wird, um mit dem Gateway 9 am anderen Ende zu verbinden, ordnet die Modemübertragung in RTP-Paketen an und sendet die Pakete zum entfernten Gateway 9.
Das Gateway-LAPM-Protokoll unterstützt: redundante Daten und ARQ; konfigurierbare redundante Einzelpaketdaten; zyklische Redundanzüberprüfungen zur Fehlerentdeckung; automatische Wieder-Übertragung, wenn die redundanten Daten nicht ausreichen, um verlorene Pakete wiederzugewinnen und den Fluss über die Übertragungsstrecke zu steuern.
Es gibt derzeit keinen Netzprotokoll-Standard, der das Anrufsteuerungs- oder Datenübertragungsprotokoll für ein Modemrelais über Paketnetze definiert. Daher wird von der vorliegenden Erfindung eine spezifische Methode verwendet, um das Modemrelais zu realisieren. Jedoch kann die vorliegende Erfindung mit einem Standardprotokoll durchgeführt werden, ohne vom Umfang der hier gelehrten Erfindungsgedanken abzuweichen. Das Protokoll ähnelt dem spezifischen Faxrelais-Protokoll, das in der anhängigen europäischen Patentanmeldung Nr. 98907559.3 offenbart ist, die am 3. September 1999 eingereicht wurde und den Titel "REAL-TIME FACSIMILE TRANSMISSION OVER DIGITAL NETWORKS" trägt. Das verwendete Modemrelais-Protokoll beinhaltet für die Übertragung über das Netz die Verkapselung mithilfe des RTP-Formats.
Das Modemrelais-Protokoll hat die folgenden Merkmale:
Wieder-Übertragung verlorener Paketen. Die Gateway-zu-Gateway-LAPM-Verbindung überwacht die Pakete, die über das Netz gesendet und empfangen werden. Jedes Paket hat eine Folgenummer und eine CRC. Alle Pakete, bei denen festgestellt wird, dass sie Frame-Fehler enthalten, werden automatisch wieder übertragen.
Redundante Daten. 5. Datenredundanz wird erzielt, indem Daten von vorausgehenden Paketen im Nutzinformationsabschnitt des momentanen Datenpakets angebracht werden. Dann verwendet der empfangende Gateway die Paketfolgenummer, um zu bestimmen, ob ein Paketverlust vorlag. Wenn kein Paketverlust auftrat, verwendet er das neueste Datenfeld im Paket. Wenn der empfangende Gateway erfasst, dass ein Paketverlust auftrat, werden die Datenfelder für verlorene Pakete wiedergewonnen, indem weiter unten im momentanen Paket gelesen wird.
Gestaffelte Redundanz. 6. Bei gestaffelter Redundanz werden redundante Daten nicht am unmittelbar folgenden Paket angebracht, sondern die Redundanz wird gestaffelt, indem die redundanten Daten an einem späteren Paket angebracht werden, wobei eines oder mehrere Pakete dazwischen liegen. Die gestaffelte Redundanz ermöglicht die Datenwiederherstellung mehrerer aufeinanderfolgender verlorener Pakete; jedoch nimmt bei der Wiederherstellung die Verzögerung zu.
Auch das Retraining wird von der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Wenn eines der Modems in der Verbindung einen Entzerrungsverlust auf der Leitung erfährt, kann es ein Retrain-Signal initiieren. Da die Modemverbindung vom DSP-Modul des Gateway-Port-Modemabschlusses abgewickelt wird, wird das Retraining-Ereignis vollständig innerhalb des DSP abgewickelt. Jegliche resultierenden Daten-Backups oder Flusssteuerungsprobleme werden mithilfe des Gateway-zu-Gateway-LAPM gelöst. Da die Modems auf beiden Seiten unabhängig verbunden sind, stellt es kein Problem dar, wenn das ein Retraining benötigende Modem eine Verringerung auf eine niedrigere Geschwindigkeit erfährt (einschließlich Geschwindigkeiten, die vom Datenschicht-Modemrelais allgemein unterstützt werden). Wenn das Komprimierungsformat oder die V.42-LAPM-Fehlerkorrektur infolge des Retrainings verloren gehen, wird der Anruf beendet; andernfalls wird der Datenaustausch fortgesetzt, als sei er nicht unterbrochen worden.
Eine Anrufunterscheidung wird durch Verarbeitung im DSP erzielt. Wenn ein Anruf verbunden wird, muss der Gateway bestimmen, welche Art von Anrufverarbeitung erforderlich ist, um den Anruf, Sprach-, Fax-, Modem-Übermittlung oder PCM zu realisieren. Für eine bestimmte Art von Verarbeitung können individuelle Kanäle vorab konfiguriert werden, aber im Allgemeinen ist dem Gateway nicht im Voraus bekannt, welche Arten von Geräten am Anruf beteiligt sein werden. Je früher er die Art des beim Anruf erforderlichen Verkehrs erkennen kann, desto schneller kann er umschalten, um den richtigen Satz von Verarbeitungsressourcen zu verwenden. 3 veranschaulicht einen beispielhaften Entscheidungsbaum zum Bestimmen der Verarbeitungsabfolge für neue Anrufe.
Die veranschaulichende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 3 veranschaulicht ist, umfasst eine Verarbeitung zum Unterscheiden von CNG, CI, ANSam, ANS und Sprach-Codecs.
CNG ist ein optionaler Ton, der von anrufenden Faxgeräten abgegeben wird. Nicht alle Faxgeräte verwenden ihn, aber wenn er an der anrufenden Seite vorliegt, zeigt dies an, dass der Anruf eindeutig ein Fax-Anruf ist. Wenn der erzeugende Gateway diesen Ton erfasst, schaltet er beide Seiten auf Fax-Relais um.
CI ist ein optionales Ereignis, das von V.90-, V.34- und faxfähigen V.34-Modems hervorgerufen wird. Es tritt nicht immer auf, aber wenn es an der erzeugenden Seite auftritt, erfasst der empfangende Gateway das Vorhandensein des CI und schaltet auf die Verarbeitung des Verbindungsschicht-Modemrelais um.
ANSam ist der V.8-Antwortton und wird von V.90-, V.34- und faxfähigen V.34-Modems verwendet. Liegt er auf der antwortenden Seite vor, schaltet der Gateway auf Verbindungsschicht-Modemrelais um.
ANS ist der V.25-Antwortton und wird von V.32-, V.22- und V.21-Modems sowie Faxgeräten verwendet. Wird er auf der antwortenden Seite erfasst, schaltet der Gateway auf Modemrelais-Verarbeitung um. Wenn das Modemrelais später feststellt, dass der Anruf ein Faxanruf ist, schaltet der Gateway auf Faxrelais um.
Wenn keines der anderen Ereignisse erfasst wird, setzt der Gateway die Verarbeitung des Anrufs unter Verwendung des zuvor konfigurierten Sprach-Codecs fort.
4 veranschaulicht eine Reihe von Paketen n₁ bis n_i in einem Paketnetz. Die Pakete werden ohne Redundanz der Reihe nach übertragen. Bei einem Verlust sogar eines einzelnen Pakets kann das verlorene Paket nicht wiedergewonnen werden.
5 veranschaulicht die gleiche Paketreihe wie 4, jedoch wird jedes der Pakete in einem einfachen Einzelredundanz-Verfahren im nächsten Frame wiederholt. Geht ein einzelnes Paket verloren, beispielsweise Paket n₃, dann kann mit diesem Verfahren das verlorene Paket n₃ während der Übertragung des nächsten Pakets n₄ wiedergewonnen werden.
6 veranschaulicht die gleiche Paketreihe wie 4 und 5. Ebenso wie in 5 wird jedes Paket später ein einziges Mal in der Übertragungsreihe wiederholt. Im Unterschied zu 5 ist die Wiederholung aber nicht mit dem unmittelbar folgenden Frame verknüpft, sondern in mehrere Frames gestaffelt, wie es in der vorliegenden Erfindung gelehrt wird. In der beispielhaften Ausführungsform von 6 beträgt die Staffelung L fünf Pakete. Das bedeutet, dass Paket n₁ bei Paket n₆ und Paket n₂ bei Paket n₇ wiederholt wird. Diese Staffelung wird für die Paketreihe fortgesetzt.
Wenn bei der Staffelung von 6 ein einzelnes Paket, zum Beispiel n₃, verloren geht, kann das verlorene Paket während der Übertragung von Paket n₈ wiedergewonnen werden. Die Staffelung fügt der Wiederherstellung eine Verzögerung hinzu, was eine Pufferung dazwischen liegender Pakete und eine Verzögerung der Bilddaten erfordert, bis das verlorene Paket wiedergewonnen ist. Die Pufferung und die Verzögerung können ohne erhebliche Ausweitung der Signalverarbeitung durchgeführt werden und treten nur während eines kurzen Zeitintervalls zum Ersetzen des Paketverlusts auf.
Wenn eine Anzahl von Paketen nacheinander verloren geht, wie etwa beim Verlust eines Paketbündels, kann mit dem in 5 veranschaulichten einfachen Einzelredundanz-Verfahren nur das letzte Paket in der Reihe wiedergewonnen werden. Gehen beispielsweise die Pakete n₃, n₄ und n₅ verloren, dann gehen auch die redundanten Pakete n_2R, n_3R und n_4R verloren. Daher können die Pakete n₃ und n₄ nicht wiedergewonnen werden. Nur das Paket n₅ wird während der Übertragung von Paket n₆ wiedergewonnen.
Mit dem in der vorliegenden Erfindung gelehrten Verfahren können beim Verlust von aufeinanderfolgenden Paketen, wie etwa beim Verlust eines Paketbündels, sämtliche Pakete in der Reihe wiedergewonnen werden, wenn die Staffelung L größer als die Länge des verlorenen Bündels ist. Ist die Länge des verlorenen Bündels größer als die Staffelung L, so ist die Anzahl der wiederzugewinnenden Pakete gleich der Staffelung L.
Wenn beispielsweise in 6 die Pakete n₃, n₄ und n₅ verloren gehen, wird jedes dieser Pakete nach der Verzögerung D während der Übertragung der Pakete n₈, n₉ bzw. n₁₀ wiedergewonnen. Da der Bündelverlust B nur drei Pakete ausmacht und die Staffelung L fünf Pakete beträgt, können sämtliche verlorenen Pakete wiedergewonnen werden.
Wenn, wie in 7 veranschaulicht, der Bündelverlust B größer als die Staffelung L ist, können nach der Verzögerung D nicht alle verlorenen Pakete wiedergewonnen werden. Da der Bündelverlust die Staffelung überlastet, gehen auch die Pakete n_1R und n_2R verloren; sodass n₁ und n₂ nicht wiedergewonnen werden können. Da eine zunehmende Staffelung eine größere Verzögerung verursacht und eine abnehmende Staffelung einen geringeren Schutz gegen den Verlust längerer Bündel bietet, erfordert die Ausführung der vorliegenden Erfindung, um optimal zu sein, einen Ausgleich zwischen den Gesichtspunkten Staffelung und Paketverlust.
Da innerhalb des Umfangs des hier gelehrten Erfindungsgedankens zahlreiche veränderbare und unterschiedliche Ausführungsformen realisierbar sind und da an den gemäß den gesetzlichen Anforderungen für die Beschreibung hier ausführlich beschriebenen Ausführungsformen zahlreiche Modifikationen durchführbar sind, ist es selbstverständlich, dass die hier beschriebenen Einzelheiten als veranschaulichend und nicht als einschränkend auszulegen sind.
Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein Verfahren zur Wiederherstellung verlorener Pakete in einem Paketnetz beinhalten, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen einer Reihe von Paketen, die erste Daten für ein Paketnetz enthalten; Erzeugen von zweiten Daten innerhalb der Pakete, die ersten Daten aus einem vorausgehenden Paket in der Reihe entsprechen; und wobei die zweiten Daten Daten in einem Paket entsprechen, das um eine vorherbestimmte Anzahl von Paketen von dem Paket aus versetzt ist, das die zweiten Daten enthält. Die Datenpakete sind vorzugsweise in Paketen angeordnete Modemdaten.

Claims

System zum Senden von Modemsignalen über ein Paketnetz (8) mit verbesserter Robustheit gegenüber einem diskontinuierlichen Netzpaketverlust, mit: einem ersten Prozessor (3), der ein erstes V.32- oder höheres Modem (2) mit einer ersten Seite des Paketnetzes verbindet und eine modifizierte V.42-Fehlerkorrektur unter Verwendung einer Link-Access-Prozedur für Modems (LAPM) bereitstellt, wobei der erste Prozessor (3) Mittel umfasst, die so beschaffen sind, dass sie für das erste V.32- oder höhere Modem (2) eine lokale Schnittstelle schaffen, um einen ersten Datenstrom von dem ersten V.32- oder höheren Modem in Bits zu demodulieren, die Bits für den Transport über das Paketnetz (8) in Paketen gemäß einem Internetprotokoll (IP) anzuordnen und einen zweiten Datenstrom, der von einem entfernten Ende empfangen wird, wieder zu modulieren, und dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte V.42-Fehlerkorrektur Mittel umfasst, die so beschaffen sind, dass sie eine gestaffelte Redundanz von Paketdaten enthalten, wobei die gestaffelte Redundanz Daten aus einem Paket n₁ an einem nachfolgenden Paket n_1+L anbringt, wobei L > 2.
System zum Senden von Modemsignalen nach Anspruch 1, ferner mit: einem zweiten Prozessor (9), der ein zweites V.32- oder höheres Modem (14) mit einer zweiten Seite des Paketnetzes (8) verbindet und eine modifizierte V.42-Fehlerkorrektur unter Verwendung einer Link-Access-Prozedur für Modems (LAPM) bereitstellt, wobei der zweite Prozessor (9) für das zweite V.32- oder höhere Modem (14) eine lokale Schnittstelle bereitstellt, einen zweiten Datenstrom von dem V.32- oder höheren zweiten Modem in Bits demoduliert, die Bits für den Transport über das Paketnetz (8) gemäß einem Internetprotokoll (IP) in Paketen anordnet und einen zweiten Datenstrom, der von dem ersten Ende empfangen wird, erneut moduliert, und die modifizierte V.42-Fehlerkorrektur eine gestaffelte Redundanz von Paketdaten enthält, wobei die gestaffelte Redundanz Daten aus einem Paket n₁ an einem nachfolgenden Paket n_1+L anbringt, wobei L > 2.
System zum Senden von Modemsignalen nach Anspruch 2, bei dem L < 6 ist, um eine annehmbare Verzögerung zu schaffen.
System zum Senden von Modemsignalen nach Anspruch 2, bei dem: der erste Prozessor (3) das LAPM-Protokoll für das erste Modem (2) beendet; der zweite Prozessor (9) das LAPM-Protokoll für das zweite Modem (14) beendet; und der erste und der zweite Prozessor (3, 9) ein Gateway-zu-Gateway-LAPM-Protokoll über das Paketnetz (8) für die Fehlerkorrektur und die Flusssteuerung aufbauen.
Verfahren zum Senden von Modemsignalen über ein Paketnetz (8) mit verbesserter Robustheit gegenüber einem diskontinuierlichen Netzpaketverlust, das umfasst: Empfangen eines Modemsignals mit einem Steuerabschnitt und einem Datenabschnitt von einem ersten Modem (2); Trennen des Steuerabschnitts von dem Datenabschnitt; Bereitstellen eines Steuersignals für das erste Modem (2) als lokale Schnittstelle; Anordnen des Datenpakets in Paketen für eine Übertragung über das Paketnetz (8) an das zweite Modem (14); Bereitstellen einer Reihe von Paketen, die Pakete n₁ bis n_i enthält, für ein Paketnetz, wobei jedes der Pakete n₁ bis n_i Daten enthält, die einer Reihenfolge 1 bis i entsprechen, gekennzeichnet durch Anbringen der Daten, die der Reihenfolge 1 bis i entsprechen, an Paketen n_1+L bis n_i+L der Reihe von Paketen, wobei L > 2.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Pakete in Paketen angeordnete Modemdaten enthalten.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem 2 < L < 6, um einen erwarteten Paketverlust aufzufangen und um eine annehmbare Verzögerung zu schaffen.