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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf den Austausch elektronischer
Daten zwischen einer Vielzahl von Datenstationen und insbesondere
auf verteilte Mehrpunkt-Konferenzschaltungen.
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Stand der Technik
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Gemäß dem derzeitigen
in der ganzen Industrie akzeptierten Standard für Multimedia-Konferenzschaltungen über paketbasierte
Netzwerke, d.h. der ITU-T-Empfehlung H.323 (auch kurz als H.323-Standard
bezeichnet), wird zwischen verschiedenen Arten von Mehrpunkt-Konferenzen
unterschieden, abhängig
von der Art, in der die Medienströme verbreitet werden, nämlich entweder
zentralisierte Mehrpunkt-Konferenzen oder verteilte Mehrpunkt-Konferenzen.
Der Begriff „Medienstrom", wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf Audioströme, Videoströme, Textströme, Ströme gemeinsam
benutzter Objekte (z.B. gemeinsam benutzte Fensterströme), gemeinsam
benutzte entfernte Zeigerströme
und ähnliche
Bitströme,
die mit Konferenzschaltungen verbunden sind.
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In
zentralisierten Mehrpunkt-Konferenzen senden alle teilnehmenden
Datenstationen ihre Medienströme über Punkt-zu-Punkt-Übertragungen (unicast)
an einen Mehrpunktprozessor (MP). Der Mehrpunktprozessor verarbeitet,
d.h., er mischt oder vermittelt, alle von den Datenstationen empfangenen Medienströme und sendet
die resultierenden Ströme an
die Datenstationen zurück.
Im Fall von Audio-Medienströmen
können
die von einer Datenstation gesendeten Signale wegen Echoproblemen
nicht an diese Quelle zurückgesendet
werden. Dies ist ein Grund, wieso MP-Realisierungen im Allgemeinen aufwändig und
teuer sind.
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In
verteilten Mehrpunkt-Konferenzschaltungen senden dagegen alle teilnehmenden
Datenstationen ihre Medienströme
an alle anderen teilnehmenden Datenstationen, und jede Datenstation
führt ihr eigenes
Mischen und/oder Vermitteln der Medienströme aus. Deshalb wird kein Mehrpunktprozessor benötigt. Die
Datenstationen können
ihre Medienströme
an die anderen Datenstationen entweder über eine Gruppenruf-Übertragung
(vorausgesetzt, das Netzwerk unterstützt den Gruppenruf) oder über mehrere
Punkt-zu-Punkt-Übertragungen
(multi-unicast) senden, falls das Netzwerk den Gruppenruf nicht
unterstützt.
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Neben
diesen beiden Verfahren spezifiziert der H.323-Standard eine hybridartige
Mehrpunkt-Konferenzschaltung, in der der zentralisierte Ansatz für manche
Medienströme
gilt, während
für andere
Ströme
der verteilte Ansatz gilt. Beispielsweise werden Audioströme direkt
an die Datenstationen verbreitet, während Video-Datenströme von einem zentralen
Video-Mehrpunktprozessor
verarbeitet werden. Ein weiteres Beispiel für hybridartige Mehrpunkt-Konferenzen
findet sich in „H.323:
The multimedia communications standard for local area networks", IEEE Communications
Magazine, Dezember 1996.
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Neben
den Spezifikationen für
Medienströme
legt die H.323-Empfehlung
auch die Steuerarchitektur einer Mehrpunktkonferenz fest. Teilnehmende Datenstationen
tauschen Daten nur über
eine Mehrpunkt-Steuereinheit (MC) aus, die unter anderem dazu dient,
neue Teilnehmer einzuladen und hinzuzufügen, die geeigneten Mediencodierer/-decodierer auszuwählen, Verfahren
zur Medienverbreitung festzulegen und die Datenstationen über die
Adressen zu informieren, die zum Senden und Empfangen der Medienströme verwendet
werden müssen.
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Beim
Vergleichen der beiden eben erwähnten
Mehrpunkt-Konferenzverfahren
hat der verteilte Ansatz den Vorteil, dass er keinen teuren MP benötigt. Darüber hinaus
ist er wegen seiner verteilten Struktur für eine große Anzahl von Konferenzen ohne weiteres
skalierbar. Die Teilnehmeranzahl innerhalb einer Konferenz ist jedoch
durch die Anzahl der Medienströme,
die eine Datenstation parallel verarbeiten kann, und durch die gesamte
Netzwerkkapazität begrenzt,
die von der Verbreitung der Medienströme beansprucht wird. Der zweite
begrenzende Faktor wird kritisch, wenn auf das Netzwerk von einer
Datenstation über
eine Verbindung niedriger Kapazität zugegriffen wird, und wenn
Multi-Unicast verwendet werden soll, z.B. da der Gruppenruf von
dem Netzwerk nicht unterstützt
wird; diese letztere Bedingung trifft momentan auf die Mehrheit
der IP-basierten Netzwerke zu.
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Für eine verteilte
Multi-Unicast-Konferenz mit N teilnehmenden Datenstationen muss
eine Datenstation ihre Medienströme
an die anderen (N-1) Datenstationen senden und auch die von diesen (N-1)
Datenstationen gesendeten Ströme
empfangen. Folglich beträgt
die von einer Datenstation für ein
bestimmtes Medium benötigte
Kapazität
auf ihrer Zugriffsverbindung B = 2·(N-1)·b, wobei b die von einem
einzelnen Strom benötigte
Kapazität
ist.
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Unter
der Annahme, dass eine Datenstation auf das Netzwerk über ein
normales 28,8-Kbit/s-Modem zugreift, und G.723 für Audio verwendet wird: mit
einem 6 Kbit/s beanspruchenden G.723-Audiostrom könnte eine
solche Datenstation an einer Audiokonferenz mit nur drei Parteien
teilnehmen.
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Aufgaben und Zusammenfassung
der Erfindung
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Entsprechend
ist es eine primäre
Aufgabe der Erfindung, ein neues verteiltes Konferenzsystem und
ein Verfahren bereitzustellen, welches die für ein oder mehrere teilnehmende
Datenstationen erforderliche Verbindungskapazität wesentlich verringert.
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Diese
Aufgabe und weitere Vorteile, die im Laufe dieser Beschreibung offensichtlich
werden, werden in einer ersten allgemeinen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung durch ein verteiltes Mehrpunkt-Konferenzsystem erreicht,
das von einer Vielzahl von teilnehmenden Datenstationen zum Senden und
Empfangen von Medienströmen
in einem Konferenzaustausch gebildet wird; das System beinhaltet ferner
wenigstens einen Mehrpunktverteiler (multipoint distributor – MD), der
an eine der Datenstationen so angeschlossen ist, dass er mindestens
einen oder alle Medienströme
von dieser Datenstation, aber von keiner anderen der teilnehmenden
Datenstationen empfängt;
der Mehrpunktverteiler ist andererseits nur mit den anderen teilnehmenden
Datenstationen verbunden, um an diese den Medienstrom oder die Medienströme, die
er von seiner zugehörigen
Datenstation empfängt,
zu senden. Mit anderen Worten, jede Datenstation, die mit einem
MD verbunden ist, sendet wenigstens einen oder alle ihrer Medienströme an den
MD, während
sie Medienströme entweder
direkt von den anderen Datenstationen oder von anderen MDs empfängt: Somit
sendet jede Datenstation, die nicht derart mit einem MD verbunden
ist, ihren Medienstrom direkt, d.h. nicht über den MD, an alle anderen
Datenstationen. Typischerweise können
bis zu zehn Datenstationen in einem Konferenzsystem gemäß der Erfindung
teilnehmen sowie eine, mehrere oder alle Datenstationen mit einem
eigenen MD verbunden werden. In der Praxis könnte ein MD in einem Universal-Computer
realisiert werden, der ein Netzwerk-Teilsystem beinhaltet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung beinhaltet das System Datenstationen mit einer Verbindung
hoher Kapazität
(HCL-Datenstationen), die untereinander zum Senden und Empfangen
von Medienströmen
verbunden sind, während
die wenigstens eine Datenstation, die mit dem Mehrpunktverteiler
verbunden ist, eine Datenstation mit niedriger Verbindungskapazität ist (LCL-Datenstation).
Die Verbindung des Mehrpunktverteilers mit einer LCL-Datenstation
ist jedoch keine kritische Anforderung. Andererseits kann ein Konferenzsystem gemäß der Erfindung
mehr als einen Mehrpunktverteiler enthalten, wobei in diesem Fall
jeder Mehrpunktverteiler wenigstens einen Medienstrom von seiner
zugehörigen
Datenstation empfangt; somit könnten
alle Datenstationen des Systems an einen zugehörigen Mehrpunktverteiler angeschlossen
oder mit einem solchen ausgestattet werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform stellt
die vorliegende Erfindung ein Verfahren für Mehrpunkt-Konferenzschaltungen
zwischen einer Vielzahl teilnehmender Datenstationen zum Senden und
Empfangen von Medienströmen
in einem Konferenzaustausch bereit; das Verfahren beinhaltet ferner das Bereitstellen
wenigstens eines Mehrpunktverteilers, der mit einer der Datenstationen
zum Empfangen wenigstens eines Medienstroms von seiner zugehörigen Datenstation,
aber von keiner anderen der teilnehmenden Datenstationen, verbunden
ist; der Mehrpunktverteiler ist mit den anderen teilnehmenden Datenstationen
verbunden, um an diese den Medienstroms oder die Medienströme zu senden,
die er von seiner MD-zugehörigen
Datenstation empfangen hat; die anderen teilnehmenden Datenstationen
können
auch zusätzliche
Medienströme
direkt von jeder anderen teilnehmenden Datenstation empfangen.
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Das
Konferenzverfahren gemäß der Erfindung
kann also eine oder mehrere HCL-Datenstationen und eine oder mehrere
LCL-Datenstationen
beinhalten, wobei jede LCL-Datenstation mit ihrem zugehörigen Mehrpunktverteiler
verbunden ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die die Erfindung
veranschaulichen sollen, ohne sie einzuschränken, ausführlicher erläutert werden.
In den Zeichnungen ist:
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1 eine Übersichtsdarstellung
eines zentralisierten Mehrpunkt-Konferenzsystems nach dem Stand
der Technik, das eine Anzahl von Datenstationen enthält, die über Modem-/Telefonverbindungen mit
einem gemeinsamen Mehrpunktprozessor verbunden sind;
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2 eine Übersichtsdarstellung
eines anderen Systems nach dem Stand der Technik für verteilte
Mehrpunkt-Konferenzen mittels Multi-Unicast; und
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3 eine Übersichtsdarstellung
eines verteilten Mehrpunkt-Konferenzsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Das
erfinderische System und Verfahren wird nun ausführlicher mit Bezug auf die
Figuren erläutert.
Darin ist 1 eine Übersichtsdarstellung des zentralisierten
Mehrpunkt-Konferenzsystems 1 nach
der vom H.323-Standard definierten Technik. Es beinhaltet eine Anzahl
von Datenstationen 11, 12, 13 usw., die
jeweils mit einem Mehrpunkt-Prozessor 10 verbunden sind.
Es sollte angemerkt werden, dass die Anzahl der Datenstationen kleiner
oder größer als
die in 1 dargestellte sein kann. Obgleich jeweils nur
ein Pfeilpaar 10', 11'; 10'', 12'; und 10''', 13' zwischen dem
Mehrpunkt-Prozessor 10 und
den Datenstationen 11, 12 und 13 gezeigt
ist, bedeutet dies keineswegs, dass nur ein Medienstrom in jede Richtung
gesendet wird, sondern dass jede Anzahl von Medienströmen entsprechend
den Konferenzanforderungen und Systemkapazitäten ausgetauscht wird. Es sollte
jedoch angemerkt werden, dass die Ströme zum Übertragen der Medienströme 10', 10'' und 10''', die vom Mehrpunkt-Prozessor 10 ausgehen,
nicht identisch, sondern für
jede teilnehmende Datenstation 11, 12 und 13 unterschiedlich
sind.
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2 veranschaulicht
ein anderes System nach dem Stand der Technik gemäß dem H.323-Standard,
bei dem es sich um ein verteiltes Mehrpunkt-Konferenzsystem (Multi-Unicast) 2 handelt,
das von einer Anzahl von Datenstationen 21, 22, 23 gebildet
wird, die sich ihre Medienströme 21', 21'', 22', 22'', 23', 23'' gegenseitig direkt zusenden. Auch hier
ist die genaue Anzahl von Datenstationen nicht wie in 2 gezeigt
auf drei begrenzt, und wieder kann jedes Pfeilpaar 21', 22'; 22'', 23'; und 21'', 23'' jede Anzahl von Medienströmen entsprechend
den Konferenzanforderungen und Systemkapazitäten darstellen.
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3 ist
eine Übersichtsdarstellung
eines verteilten Mehrpunkt-Konferenzsystems 3 gemäß der Erfindung,
das von einer Vielzahl von Datenstationen 31, 32, 33 gebildet
wird, wobei die Datenstation 31 mit einem Mehrpunktverteiler 30 verbunden
ist. Wieder ist die genaue Anzahl von Datenstationen nicht wie in 3 gezeigt
auf drei begrenzt und wieder kann jeder Pfeil 30', 30'', 31', 32', 32', 33' und 33'' jede
Anzahl von Medienströmen
entsprechend den Konferenzanforderungen und Systemkapazitäten darstellen.
Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die vom Mehrpunktverteiler 30 ausgehenden
Ströme oder
Medienströme 30', 30'' dieselben wie der Datenstrom 31' sind, der von
der Datenstation 31 an den Mehrpunktverteiler 30 gesendet
wird.
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Wie
in dem herkömmlichen
verteilten Konferenzsystem senden alle teilnehmenden Datenstationen 32, 33 außer der
Datenstation 31, die mit dem Mehrpunktverteiler 30 verbunden
ist, ihre Medienströme 32', 32'', 33', 33'' direkt
an die anderen Datenstationen. Die Datenstation 31 wird
unterstützt
vom Mehrpunktverteiler 30: anstatt alle (N-1) Medienströme zu senden,
sendet die Datenstation 31 nur einen einzigen Strom 31' an seinen MD 30.
Der MD 30 verteilt dann den Strom 31' neu an die
anderen Datenstationen 32, 33 über die Ströme 30', 30''.
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Der
Mehrpunktverteiler 30 verbreitet einen Medienstrom auf
die folgende Weise: er empfangt einen Teil oder einen Abschnitt
der Mediendaten von einer Datenstation, legt die Daten in einem
Puffer ab und sendet die gepufferten Daten an jede andere Datenstation.
Er wiederholt die Prozedur für
jeden Teil der empfangenen Mediendaten. Der Mehrpunktverteiler 30 könnte z.B.
als ein Hardware-Erzeugnis, z.B. einem Chip, oder als ein Software-Erzeugnis
auf einem Universal-Computer mit einem Netzwerk-Teilsystem ausgeführt sein.
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Der
MD führt
keine Medienverarbeitung aus, und jede Datenstation 31, 32, 33 empfängt weiterhin alle
(N-1) von den anderen gesendeten Ströme und verarbeitet sie lokal.
Folglich wird der Vorteil des verteilten Systems beibehalten, da
kein komplexer Mehrfachprozessor wie im System 1 (1)
benötigt wird.
Das System und Verfahren gemäß der Erfindung
sind für
eine große
Anzahl von Konferenzen skalierbar, da der MD 30 einfach
zu realisieren ist, da er nur die Medienströme an den Rest der Datenstationen 32, 33 usw.
neu verbreitet, die er von der zugehörigen Datenstation 31 empfangt.
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Da
jede Datenstation 31 nur ihre Ströme an den zugehörigen MD 30 (anstatt
an alle anderen Datenstationen) sendet, wird die von einer Datenstation für ein einzelnes
Medium benötigte
Kapazität
von 2·(N-1)·b auf
N·b verringert.
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Um
eine Datenstation 31 mit einem 28,8-Kbit/s-Modem als Beispiel
zu nennen, könnte diese
Datenstation an einer Vierparteien-Audiokonferenz teilnehmen. Falls
sie in einer Dreiparteien-Konferenz teilnimmt, die das verteilte
Mehrpunkt-Konferenzsystem 3 gemäß der Erfindung
oder die Ausführungsform
des entsprechenden Verfahrens verwendet, sollte jedoch angemerkt
werden, dass etwas Kapazität
für andere
Anwendungen verfügbar
bleiben würde.
Im Gegensatz dazu würde
ein herkömmliches verteiltes
System 2 die gesamte Kapazität der Zugriffsverbindung beanspruchen.
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Das
verteilte Mehrpunkt-Konferenzsystem gemäß der Erfindung und dem Verfahren
ist sehr attraktiv für
asymmetrische Zugriffskonfigurationen mit niedriger Kapazität der Sendeverbindung
(uplink) an das Netzwerk und hoher Kapazität in der entgegengesetzten
Richtung, z.B. ADSL (asynchroner digitaler Teilnehmeranschluss)
oder Hybridzugriff mit normalem Modem für die Sendeverbindung und Kabelmodem
für die
Empfangsverbindung (downlink). In diesen Situationen wird die begrenzte
Sendeverbindungs-Kapazität
von der Datenstation nur zum Senden ihrer Ströme an ihren MD genutzt, während sie die
(N-1) von den anderen Datenstationen gesendeten Ströme über ihre
Empfangsverbindung empfängt.
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Es
sollte angemerkt werden, dass ein MD nur für diejenigen Datenstationen
benötigt
wird, die eine Unterstützung
benötigen,
d.h. die LCL-Datenstationen und nicht die HCL-Datenstationen.
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Mit
dem H.323-Standard mit seiner zentralisierten Steuerarchitektur
kann eine Datenstation den MC über
ihren Bedarf nach einem MD während
der H.245-Kapazitätsaustausch-Phase informieren.
Der MC erzeugt dann entsprechend den angeforderten MD und weist
die anfordernde Datenstation an, ihre Medien an den erzeugten MD
zu senden. Beispielsweise kann der MD in derselben Einheit untergebracht
werden, die den MC der Konferenz enthält, oder sich so dicht wie
möglich
nahe der LCL-Datenstation befinden, die ihn benötigt oder auf der Grundlage
herkömmlicher
Optimierungsregeln irgendwo in dem Netzwerk angeordnet sein, z.B.
möglichst
nahe an den Empfängern.
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Beispiel
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Das
folgende spezielle aber nicht einschränkende Beispiel veranschaulicht,
wie die Erfindung in einer Konferenz mittels eines Konferenzsystems
mit drei teilnehmenden Datenstationen T1, T2, T3 und einem Mehrpunktverteiler
MD verwendet werden kann.
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Während die
Datenstationen T1 und T2 ihre Medienströme direkt an die anderen Datenstationen senden,
verwendet die Datenstation T3 den Mehrpunktverteiler zum Verbreiten
seiner Medienströme an
die Datenstationen T1 und T2.
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Vorausgesetzt,
dass die Datenstationen die in H.323 erklärten Prozeduren zum Einrichten
eines Konferenzanrufes auf einem IP-Netzwerk verwenden, besteht eine Möglichkeit
zum Erzeugen einer Konferenz darin, mit einem Punkt-zu-Punkt-Anruf zwischen
T1 und T2 zu beginnen und ihn in eine Konferenz zu erweitern, die
so genannte ad-hoc-Konferenzerweiterung. Angenommen, T1 lädt T2 ein,
und angenommen, T1 wurde zum Hauptrechner gemäß der H.323-Haupt-/Satellitenrechner-Ermittlungsprozedur
gewählt,
erzeugt T1 einen MC, der eine Signalverbindung zu sich selbst und
T2 hat. T1 beginnt dann die H.323-Einladungsprozedur durch das Tunneln
einer Signalverbindung durch den MC hindurch zu T3. T3 befolgt die
H.323-Prozedur zum Annehmen der Einladung. Vorausgesetzt, die H.245-Nachrichten
zur Beschreibung der Leistungsfähigkeit
wurden erweitert zum Beschreiben der Fähigkeit einer Datenstation,
einen Mehrpunktverteiler zu verwenden, und voraussetzend, dass T3
eine solche Fähigkeit
in seiner TerminalCapabilitySet-Nachricht
ausweist, erfährt
der MC von dieser Fähigkeit.
Wenn die H.323-Einladungsprozedur erfolgreich abgeschlossen wird,
beginnt T3 die H.323-Prozedur zum Öffnen eines logischen Kanals
für einen
Medienstrom, indem er eine OpenLogicalChannel-Nachricht an den MC
sendet. Der MC sendet dann eine OpenLogicalChannel-Nachricht an
T1 und T2. T1 bereitet sich darauf vor, einen Medienstrom zu empfangen
und sendet die Transportadresse, an der sie den Medienstrom erwartet,
an den MC in einer OpenLogicalChannelAck-Nachricht. Dasselbe wird
für T2
durchgeführt.
Der MC weist dann den Mehrpunktverteiler mit einer Signalisierungsnachricht
an, den Medienstrom von T3 zu empfangen und ihn an T1 und T2 zu verbreiten.
Der Mehrpunktverteiler bestätigt
die Anforderung und informiert den MC mit einer Signalisierungsnachricht über die
Transportadresse, an der er die Mediendaten erwartet. Der MC sendet
eine OpenLogicalChannelAck-Nachricht an T3, um sie zu informieren,
dass sie den Medienstrom an den Mehrpunktverteiler senden muss.
Dann beginnt T3 die Mediendaten an den Mehrpunktverteiler zu senden, der
sie an T1 und T2 wie vorher beschrieben verbreitet.
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Allgemein
stellt die Erfindung ein verteiltes Konferenzsystem und ein Verfahren
zur Verfügung, in
dem die Medienströme
(z.B. Audio, Video) durch die teilnehmenden Datenstationen selbst
gemischt oder vermittelt werden. Dies ist besonders im Fall von Konferenzen
mit einer kleinen Anzahl von Teilnehmern (typischerweise bis zu
5, 6 oder 7) von Vorteil, da es nicht die Unterstützung eines
kostspieligen Mehrpunkt-Prozessors erfordert. Der Kompromiss besteht
in der Tatsache, dass ein verteiltes Konferenzsystem nach dem Stand
der Technik wesentlich mehr Netzwerk-Kapazität als ein zentralisiertes System
benötigt,
was immer dann zu einem Problem wird, wenn ein Konferenzteilnehmer über eine
Verbindung mit niedriger Kapazität
auf das Netzwerk zugreift. Dieser Nachteil verteilter Konferenzsysteme nach
dem Stand der Technik kann mit dem System und Verfahren gemäß der Erfindung
erheblich verringert werden, das es erlaubt, die benötigte Kapazität auf etwa
die Hälfte
der von herkömmlichen
Konferenzsystemen benötigten
Kapazität
zu verringern.
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Viele
Modifikationen des hier beschriebenen Systems und Verfahrens werden
für einen
Fachmann offensichtlich sein. Beispielsweise könnte die Telefonverbindung
kabelgebunden oder per Funkübertragung
ausgeführt
werden; allgemein ist jede Verbindungsart zwischen den Datenstationen
möglich,
die die benötigte
Datenübertragungs-Kapazität bereitstellt.
Der Umfang der Erfindung geht auf der Grundlage der folgenden Ansprüche hervor.