JP3773508B2 - 冗長化システムの切り替え方法 - Google Patents

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本発明は、電話網とIP網とを相互接続するメディアゲートウェイの冗長化システムにおけるVoIP(Voice over IP)装置の切り替え方法、特にVoIP装置を運用系から待機系に切り替える際音声無中断で切り替えることができる切り替え方法に関するものである。
IP(Internet Protocol)上で、音声通信を行うVoIP(Voice over IP)技術は、H.323、SIP(Session Initiation Protocol:IETF標準RFC3261)等に代表される呼処理シグナリングと、RTP(Real-time Transport Protocol:IETF標準RFC1889等)、RTCP(Real-time Transport Control Protocol:IETF標準RFC1889等)に代表される音声ベアラの2つのレイヤにわけられる。このVoIP技術を利用して電話網とIP網とを相互接続したネットワークが実用化されている。このネットワークでは、電話網とIP網とを接続する装置としてメディアゲートウェイが用いられ、このメディアゲートウェイにおいてVoIP網側から受信したRTPパケットが音声信号に変換されて電話網側に送出され、電話網側から受信した音声信号はコーデックに応じたRTPパケットに変換されてVoIP網へ送出されている。
上述したネットワークシステムにおいて、メディアゲートウェイ自身ではサービスを継続できない保守作業又は障害事象等が発生した場合に対応するため、メディアゲートウェイは運用系VoIPと待機系(予備系)VoIP装置とを具える冗長化システムが採用され、障害等が発生した場合運用系と待機系との間で切り替え作業が行われている。
従来、VoIPのRTP/RTCPセッションを別の装置に引き継ぐためには、ローカル側/リモート側の全てのセッション情報の引継ぎが必要であると考えられており、その情報のうち送信及び受信RTPパケット双方のタイムスタンプ値、及びシーケンスナンバー値は、極めて短いパケット化周期(数十ミリ秒)に次々と更新されてしまい、同期をとって引き継ぐことは困難で、RTP/RTCPセッションをサービス(音声通信)無中断で、装置間を引き継ぐことはできないと考えられていた。
上記理由により、特に多数のRTP/RTCPセッションを同時に接続できるVoIP装置において、その信頼性向上のため、RTP/RTCPセッション終端部を冗長化構成としていても、保守作業または障害からの復旧動作が生じた際に、通話中状態のRTPセッションを保存したままでの処理が行えないため、VoIPユーザの通話を切断しての処理が必須であった。
従って、本発明の目的は、RTP及びRTCPを用いた音声ベアラを終端するVoIP装置において、当該VoIP装置が、実際に動作している運用系と、運用系の保守または障害特等、サービス(音声通信)が行えないときにサービスを引き継げるよう待機している待機系とからなる冗長化システムを組んでいるときに、当該RTP/RTCPのセッション断を伴うことなく、運用系から待機系への冗長系の切り替え動作を実現することにある。
本発明によるVoIP装置の冗長化システムの切り替え方法は、電話網とIP網とを相互接続し、電話網で使用されるPCM音声とIP網で使用されるRTP/RTCPパケット上の音声とを相互にメディア変換するメディアゲートウェイ装置に用いられるの冗長化システムの切り替え方法であって、
前記メディアゲートウェイ装置は、IP網に接続され、運用系及び待機系を含む複数のVoIP装置と、電話網に接続されるTDM処理装置と、運用系VoIP装置と待機系VoIP装置との間の切り替えを制御する制御装置とを具え、
前記VoIP装置は、IPパケットを終端させるIPインタフェース部、TDM音声とVoIP音声との相互変換を行う音声コーデック部を含むVoIP処理部、及び、TDM処理部を有し、
冗長化システムの切り替えを行うに当たり、
運用系VoIP装置のRTPセッション情報を待機系VoIP装置のVoIP処理部に転送する工程と、
運用系VoIP装置のIPコネクティビティ情報を待機系VoIP装置に転送する工程と、
RTP/RTCPセッション情報を受信した待機系VoIP装置のIPインタフェース部を運用状態に切り替えて運用系とし、RTP/RTCPセッションを再確立する工程とを具え、
運用系に切り替えられたVoIP装置は、RTP/RTCPセッション情報のうちタイムスタンプ及びシーケンスナンバに関する情報を除く情報だけを引き継ぎ、RTPセッションが再確立された際タイムスタンプ及びシーケンスナンバ について新たに設定された値をVoIP端末に送信すると共に、RTPセッションの再確立の後最初に受信したRTPパケットに含まれるタイムスタンプ及びシーケンスナンバを初期値として用いてデコード動作を行うことを特徴とする。
本発明では、RTP/RTCPセッションを引き継ぐ際の情報から、タイムスタンプ値及びシーケンスナンバー値をあえて除外し、引継ぎ先の新運用系装置において、送信にはランダムなデフォルト値(初期値)を、受信には最初に受信したパケットをデフォルト値(初期値)として動作するように設定し、リモート側の装置において新運用系装置が送信した初期値のRTPパケットを、パケットロスによる飛びだと解釈して、(非常に短い)一定時間の後、その値を新たな初期値として認識、デコードを開始する仕様(デファクト)を利用することで、タイムスタンプ値及びシーケンスナンバー値を引き継がなくても、音声通信には問題のない程度に非常に短いサービス停止時間での、冗長系切り替えが実現できる。
さらに、特に多数のRTP/RTCPセッションを同時に接続できるVoIP装置において、その信頼性向上のため、RTP/RTCPセッション終端部を冗長化構成としていた場合に、保守作業または障害からの復旧動作が生じた際に、通話中状態のRTPセッションを保存したままでの処理が可能となり、VoIPユーザの通話を切断せずにすむようになる。
本発明により、RTP/RTCPセッションを終端するVoIP装置において、その信頼性向上のため冗長系構成を採ったときに、RTP/RTCPセッションを終端し、IPネットワークとのインタフェースを持った冗長化システムの切り替えを通信無中断で行うことが可能となる。これは多数のRTP/RTCPセッションを同時に接続するようなVoIP装置においては、従来その保守作業、障害時の復旧処理において、多くのVoIPユーザの通信を中断していたものが、通話状態を保存した状態で冗長系への切り替えを行うことができる点で効果的である。
図1は本発明による冗長化装置システムを含むネットワークの構成例を示す線図である。電話網(Public Switched Telephone Network:PSTN網)1とIP網2とをメディアゲートウェイ3を介して相互接続する。電話網1には、複数の電話交換機を介して一般電話が接続される。IP網2にも複数のVoIP電話が接続される。メディアゲートウェイ3により、電話網のTDM(Time Division Multiplex)インタフェース上のPCM(Pulse Code Modulation)音声信号はRTPパケットに変換されてIP網2に送出され、IP網で使用されるRTP/RTCPパケットは音声信号に変換されて電話網1に送出される。
図2は、メディアゲートウェイの一例の構成を示す線図である。メディアゲートウェイ3は、TDM処理部11と、VoIP装置である2個のメディアゲートウェイ部12及び13と、冗長化システムの切り替えを制御するコントロール部14とを具える。尚、コントロール部14は装置全体の制御を行うものであり、装置全体の制御の一部として冗長化システムの切り替え制御も行うものである。本例では、冗長化システムとして2個のVoIP装置12及び13を設ける。尚、冗長化システムとして、1つの運用系装置に対して1つ用意されている(2重化構成)、複数の運用系装置に対して1つ(n+1重化構成)用意されているか、または複数の運用系装置に対し複数用意(m+n重化構成)する冗長化システムを採用することができる。本例では、第1のVoIP装置12を運用系とし、第2のVoIP装置13を待機系として用い、これらVoIP装置間において切り替えを行う。尚、第1及び第2のVoIP装置は、運用系装置と待機系装置として、それぞれ別々の物理インタフェース、またはそれぞれ別々の論理的なインタフェースによって同一セグメントのIPネットワークに接続される。
電話網1に接続されたTDM処理部11は、電話網とのインタフェースを構成しSTM回線を終端するTDMインタフェース部21、及び電話網(PSTN)側からのTDM音声を該当するTDM処理部毎に振り分けて転送するTDMスイッチ部22を有する。
VoIP装置12及び13は、IPインタフェース部31、音声コーデック部32を含むVoIP処理部33、及びTDM処理部34を有する。IPインタフェース部31は、IP網とのインタフェース部分(Fast-EtherやGb-Ether)でIPパケットを終端する。また、音声コーデック部32は、TDM音声とVoIP音声との相互変換を行う機能を有し、IP網側から受信したRTPパケットを音声信号に変換して電話網側に送出し、電話網から受信した音声信号をコーデック(G.711、G729等)に応じたRTPパケットに変換してIP網側に送出する。TDM処理部34は、TDM音声として束ねられた音声信号をTime Slotにより呼毎に振り分けて音声コーデック部32に送ると共に、反対に、音声コーデック部から送られてきた音声信号をTDM音声として束ねてTDMインタフェース部21に送出する。
次に、冗長化システムの切り替え動作について説明する。図3は2つのVoIP装置12音声13を含む冗長化システムの運用系から待機系への切り替え及び待機系から運用系への切り替え動作を示す概念図である。運用系のVoIP装置12が1つ以上のRTP/RTCPセッションを終端している状態(通信中)のときに、当該装置白身ではサービスを継続できない保守作業または障害事象等が発生したときに、当該装置に対応する待機系のVoIP装置13に対し、運用系装置において終端している全RTP/RTCPセッションについて、以下の情報を引き継ぎ、待機系装置においても引き継いだ情報を元にRTP/RTCPセッションの設定を行う。
− 自装置側(ローカル側)のIPアドレス/UDPポート番号、使用音声コーデック名、パケット化周期時間、無音圧縮の有無
− 対向装置側(リモート側)のIPアドレス/UDPポート番号、使用音声コーデック名、パケット化周期時間、無音圧縮の有無
尚、セッション情報の引き継ぎに際し、待機系から運用系へ切り替えられるVoIP装置13は、セッション情報のうちタイムスタンプ及びシーケンスナンバに関する情報は引き継がないものとする。
サービス引継ぎ元の運用系装置12から、RTP/RTCPセッション情報を引き継いだ待機系装置13は、サービス引継ぎ元の運用系装置からの終端箇所の切り替えがネットワークに対して透過的に行われるようにするため、使用していたIPアドレス及びMAC(Media Control Access address)アドレス等のIPコネクティビティに関わる情報について、サービス引継ぎ元のそれと同一のものを引き継いで使用する。運用系に切り替わったVoIP装置はInactiveからActive へ状態を変更し、IP通信を開始する。同時に、運用系であったVoIP装置12は、ActiveからInactiveへ状態を変更し、待機系VoIP装置が運用系に切り替わった後直ちにIP網との接続を切断し、同一セグメントのIP網に同一のIPアドレスを有するVoIP装置が同時に2以上存在しないように制御する。
図4〜図6は冗長化システムの切り替えシーケンスを示す線図である。図4に示すように、コントローラ部14からの切り替え指示により切り替え動作を開始する。初めに、引き継ぎのデータを運用系から待機系へ転送する。この引き継ぎデータはRTP/RTCPセッション情報及びIPコネクティビティ情報を含む。引き継ぎデータの設定が完了すると、第2のVoIP装置が待機系から運用系へ状態を変更すると共に運用系であった第1のVoIP装置は待機系VoIP装置13が運用系に切り替わった後直ちにIP網との接続を切断する。
本発明では、RTP/RTCPセッションを終端している装置が、運用系装置から予備系装置に変更になったとき、セッション情報の引継ぎの際に、当該RTPセッションのタイムスタンプ及びシーケンスナンバーに関しては情報を引き継がないため、新しく運用系となったVoIP装置13からは、双方のパラメータに関して、ランダムな値が設定されたRTPパケットが送信される。この際、リモート側のIP端末は一瞬パケット落ちが発生したと判断し、(非常に短い)一定時間の後、設定された値を初期値として、再度デコード動作を開始することができる(デファクト動作)。この結果、通信中のIP端末に通信断を発生させることはない。また、セッション情報の引継ぎの際に、当該RTPセッションのタイムスタンプ及び、シーケンスナンバーに関しては情報を引き継がないため、新しく運用系となった装置では、リモート側のIP端末から送信されてくるRTPパケットに設定された双方のパラメータ値を初期値として、デコード動作を可能とする。
本発明による冗長システムを具えるネットワークの構成例を示す線図である。 メディアゲートウェイの一例の構成を示す線図である。 冗長化システムの運用系から待機系の切り替え動作を示す概念図である。 切り替え動作のシーケンスを示す線図である。 切り替え動作のシーケンスを示す線図である。 切り替え動作のシーケンスを示す線図である。
符号の説明
1 電話網
2 IP網
3 メディアゲートウェイ
11 TDM処理部
12,13 VoIP装置
14 コントローラ
21 TDMインタフェース部
22 TDMスイッチ部
31 IPインタフェース部
32 音声コーデック部
33 VoIP処理部
34 TDM処理部

Claims (7)

  1. 電話網とIP網とを相互接続し、電話網で使用されるPCM音声とIP網で使用されるRTP/RTCPパケット上の音声とを相互にメディア変換するメディアゲートウェイ装置に用いられるの冗長化システムの切り替え方法であって、
    前記メディアゲートウェイ装置は、IP網に接続され、運用系及び待機系を含む複数のVoIP装置と、電話網に接続されるTDM処理装置と、運用系VoIP装置と待機系VoIP装置との間の切り替えを制御する制御装置とを具え、
    冗長化システムの切り替えを行うに当たり、
    運用系VoIP装置のRTP/RTCPセッション情報を待機系VoIP装置に転送する工程と、
    運用系VoIP装置のIPコネクティビティ情報を待機系VoIP装置に転送する工程と、
    RTP/RTCPセッション情報を受信した待機系VoIP装置のIPインタフェース部を運用状態に切り替えて運用系とし、RTP/RTCPセッションを再確立する工程とを具え、
    運用系に切り替えられたVoIP装置は、RTP/RTCPセッション情報のうちタイムスタンプ及びシーケンスナンバに関する情報を除く情報だけを引き継ぎ、RTPセッションが再確立された際タイムスタンプ及びシーケンスナンバ について新たに設定された値をVoIP端末に送信すると共に、RTPセッションの再確立の後最初に受信したRTPパケットに含まれるタイムスタンプ及びシーケンスナンバを初期値として用いてデコード動作を行うことを特徴とする冗長化システムの切り替え方法。
  2. 請求項1に記載の冗長化システムの切り替え方法において、前記RTP/RTCPセッションが再確立された際、VoIP端末は、受信したRTPパケットに設定されている新たな値を初期値として用いデコード動作を継続することを特徴とする冗長化システムの切り替え方法。
  3. 請求項1又は2に記載の冗長化システムの切り替え方法において、前記VoIP装置は、運用系と待機系とで、それぞれ別々の物理インタフェースまたはそれぞれ別々の論理的なインタフェースによって同一セグメントのIP網に接続されることを特徴とする冗長化システムの切り替え方法。
  4. 請求項3に記載の冗長化システムの切り替え方法において、運用系から待機系に切り替わったVoIP装置は、待機系VoIP装置が運用系に切り替わった後直ちにIP網との接続を切断し、同一セグメントのIP網に同一のIPアドレスを有するVoIP装置が同時に2以上存在しないように制御することを特徴とする冗長化システムの切り替え方法。
  5. 請求項1から4までのいずれか1項に記載の冗長化システムの切り替え方法において、前記RTP/RTCPセッション情報として、少なくとも自装置側及び対向装置側のIPアドレス/UDPポート番号、使用者音声コーデック名、パケット化周期時間、及び、無音圧縮の有無に関する情報を含むことを特徴とする冗長化システムの切り替え方法。
  6. 請求項1から5までのいずれか1項に記載の冗長化システムの切り替え方法において、前記冗長化システムとして、1つの運用系VoIP装置に対して1つの待機系VoIP装置が割り当てられる2重化構成、複数の運用系VoIP装置に対して1つの待機系VoIP装置が割り当てられているn+1重化構成、又は複数の運用系VoIP装置に対して複数の待機系VoIP装置が対応するm+n重化構成のいずれかを用いることを特徴とする冗長化システムの切り替え方法。
  7. 電話網とIP網とを相互接続し、電話網で使用されるPCM音声とIP網で使用されるRTP/RTCPパケット上の音声とを相互にメディア変換するメディアゲートウェイ装置の冗長化システムであって、
    前記メディアゲートウェイ装置は、IP網に接続され、運用系及び待機系を含む複数のVoIP装置と、電話網に接続されるTDM処理装置と、運用系VoIP装置と待機系VoIP装置との間の切り替えを制御する制御装置とを具え、
    前記VoIP装置は、IPパケットを終端させるIPインタフェース部、TDM音声とVoIP音声との相互変換を行う音声コーデック部を含むVoIP処理部、及び、TDM処理部を有し、
    運用系VoIP装置を待機系に切り替え待機系VoIP装置を運用系に切り替える際、
    運用系VoIP装置のRTP/RTCPセッション情報及びコネクティビティ情報を待機系VoIP装置に転送し、
    運用系に切り替わったVoIP装置は、RTP/RTCPセッションを再確立する際、RTP/RTCPセッション情報のうちタイムスタンプ及びシーケンスナンバに関する情報を除く情報だけを引き継ぎ、RTPセッションが確立された際タイムスタンプ及びシーケンスナンバ について新たに設定された値をVoIP端末に送信すると共に、RTPセッションの確立の後最初に受信したRTPパケットに含まれるタイムスタンプ及びシーケンスナンバを初期値として用いてデコード動作を行うことを特徴とするメディアゲートウェイの冗長化システム。
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