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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