TWI435585B - 網際網路語音協定電信交換 - Google Patents

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TWI435585B TW096130629A TW96130629A TWI435585B TW I435585 B TWI435585 B TW I435585B TW 096130629 A TW096130629 A TW 096130629A TW 96130629 A TW96130629 A TW 96130629A TW I435585 B TWI435585 B TW I435585B
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Description

網際網路語音協定電信交換
本發明涉及電話呼叫之處理，且更明確地說係使用VoIP(網際網路語音協定)技術及傳統的網際網路上電話呼叫之處理。
任何電話呼叫均從開始至結束經歷一系列步驟。各步驟係以一呼叫狀態或情形加以識別，而呼叫中從一步驟至下一步驟之進展稱為轉變。例如，用戶拿起電話手機進行呼叫，而呼叫從閒置狀態換至撥號音("純音")狀態。當用戶開始撥號或按下數字時，呼叫從純音狀態換至撥號中("撥號")狀態。當交換網路定位呼叫線路並開始向接收電話傳送振鈴信號時，呼叫狀態從"撥號"換至"振鈴"。此處理程序繼續至呼叫結束，而狀態返回"閒置"。該等狀態至狀態變化係呼叫狀態之轉變。
傳統呼叫處理技術中，用於處理電話呼叫之所有系統智慧駐存於中央交換元件中，例如高密度交換(HDX)，其係最初由美國專利第4,228,536號涵蓋之系統的高密度版本，該專利以引用方式併入本文，而下文稱之為"'536號專利"。傳統呼叫處理中端點儀器係"基本型(dumb)"的，即其不包含任何呼叫處理元件。
傳統呼叫處理中的中央交換元件並不限於單一實體組件。例如，在使用模組交換周邊(MSP)架構(本行業中亦稱為電腦/電話整合)或CTI之系統中，MSP與主機電腦一起構成中央交換元件。儘管ISDN(整合服務數位網路)電話具有某些智慧，呼叫控制仍幾乎專門駐存於中央交換元件。
網際網路語音協定變換傳統交換架構。藉由簡單地購買某些網際網路語音協定電話並將其連接至現有乙太網路LAN，提供商可構造基本網際網路語音協定電話網路。提供商可手動或透過簡單的基於網路之介面組態電話。因此，提供商可供應私有電話系統，而無須網路內任何其他處之特定軟體或硬體，使電話可撥號、振鈴及彼此通話。此一架構中，電話包含使網際網路語音協定網路運作所需的全部智慧。
隨著網際網路語音協定系統按比例增大尺寸，其從中央交換元件之重新引入獲得優點，以促進系統管理及特定特徵之提供。但與傳統電話網路內實務相比，重新引入之中央交換元件，通常稱為呼叫管理器或LCC(區域呼叫控制器)，主要係以網際網路語音協定電話在點對點位準上運作。
整合網際網路語音協定系統與使用集中化呼叫處理之成熟、複雜及特徵豐富系統，例如HDX平台，提出了獨特挑戰。嘗試整合現有集中化呼叫處理邏輯與分散式網際網路語音協定呼叫處理使呼叫控制成為中央交換元件與電話本身間之問題。
使用有限狀態機(finite state machine；FSM)實施呼叫處理，其係本技術中眾所周知之設計結構，其中呼叫始終處於有限數目之離散狀態(例如撥號、振鈴、通話等等)之一中，以及發生於系統中之事件可觸發一動作，以使呼叫從一狀態進行至另一狀態。
HDX呼叫處理FSM，亦稱為埠事件處理(Port Event Processing；PEP)，目前具有數百個呼叫狀態及數千個用於處理發生於該等狀態之各個中之事件的軟體組件。在熟習此項技術人士之應用下，網際網路語音協定與HDX之整合需要系統建立者重做大部分軟體組件，包含FSM(PEP)。
在呼叫處理FSM內實施新特徵之傳統方式係藉由仔細檢驗每一呼叫狀態、事件及轉變常式來開始。"轉變常式"係實際代碼之名稱，其在接收用於給定狀態下之埠的給定事件時執行。轉變常式執行對事件及當前狀態適當的某一動作，而其動作可包括轉變至不同狀態。
傳統特徵實施方案內下一步驟係用於一或多個現有轉變常式之代碼的設計及實施方案，而可能亦隨同新轉變常式新增新狀態及事件，以處理新狀態及事件。FSM內之每一狀態轉變代表潛在軟體錯誤的新增，只要在新特徵之支援中作出錯誤修改，或錯誤地忽略所需變化。大量狀態轉變因此使傳統方式之特徵實施方案成為高度易出錯任務，導致其成本大幅增加。避免此類大量軟體重做非常有利。
另外，適當完成之PEP/HDX整合將為提供商提供強大、既有但不靈活之傳統呼叫處理系統與提供所有網際網路潛力之高度靈活網際網路語音協定系統間的清晰、平滑路徑。打通此一路徑將授予電話系統提供商強於單獨電話之明顯優點。
由於用於網際網路語音協定(VoIP)之交談起始協定(Session Initiation Protocol；SIP)標準僅區分主要呼叫狀態，其有限狀態機(FSM)相對簡單。相比之下，傳統呼叫處理FSM至多為任何呼叫區分數百個不同狀態。本發明將傳統呼叫處理狀態適當分類為各對應於主要呼叫狀態之類別，例如"閒置"、"撥號"、"振鈴"及"通話"。該等主要呼叫狀態相似，但與SIP FSM之呼叫狀態不同。本發明提供用於SIP類別呼叫狀態之分離FSM，其係與傳統埠事件處理(PEP)FSM並行地執行，且藉由僅在發生主要呼叫狀態類別間之轉變的點於SIP型FSM與PEP FSM間傳遞事件而實施網際網路語音協定LCC。
使用本發明，SIP FSM不需要通知PEP FSM轉變，因此不影響SIP呼叫狀態。同樣，PEP FSM不需要通知SIP FSM轉變，因此不影響PEP FSM呼叫狀態。在本發明所分類之相同主要呼叫狀態類別中，主要狀態間轉變之發生頻率比PEP FSM狀態間轉變小。為此原因，與相同主要呼叫狀態類別內PEP FSM狀態間轉變相關聯的代碼均不需要任何修改。因此，使用本發明，可在軟體開發、支援及維護中以更簡單之方式並以大幅減低之成本完成網際網路語音協定與PEP呼叫處理之整合。
圖1顯示複數個模組交換單元(Modular Switching Unit；MSU)5。本發明採用較小組態之一MSU及較大組態的多個MSU運作。MSU5一般如第'536號專利所揭示般運作，但經本發明之調適，埠能力及控制處理器(控制器)能力已顯著改善。圖1之控制器10對應於第'536號專利之MPU功能。
圖1中，類比線路15係顯示為連接至分時多工(time－division multiplexed；TDM)埠介面20。類比線路情形中，TDM埠介面20對應於第'536號專利之線路電路。各類比線路連接係類比電話電路所需要之兩個導體的實體連接，通常稱為"尖端"及"環形"導體。
同樣在圖1中，顯示網際網路協定(IP)電話30係連接35、36、37至各種控制器10。在IP電話30情形中，各種IP電話30與控制器10之間不存在個別實體連接。相反，存在一單一實體連接，其從各電話30及各控制器10延伸至IP路由基礎結構，例如區域網路(LAN)40。圖1內顯示的連接IP電話30與控制器10之各線路35、36、37指示一邏輯結合。
各IP電話30事先具有特定控制器10之IP位址，以向其週期性地引導一SIP REGISTER訊息。藉由此REGISTER訊息，控制器10能夠識別、鑑認、並與IP電話30通信，因此只要涉及SIP訊息通信，邏輯連接等同於實體連接。SIP協定係由網際網路工程任務編組(IETF)發佈並在IETF之要求建議(RFC)3261中定義的標準，其以引用方式併入本文。IP路由基礎結構在本技術中係眾所周知的，並包含網路硬體及軟體，包括路由器、集線器、及閘道器以及其使用網際網路協定通信所需的支援程式。圖1中，IP路由基礎結構包含使用乙太網路協定之一區域網路。
本發明保持支援源自IP電話並終止於類比電話或源自類比電話並終止於IP電話之呼叫。此種呼叫支援係經由圖1所示之媒體伺服器50提供。藉由MSU控制器10以與控制任何其他埠電路相同之方式控制媒體伺服器50。
媒體伺服器(亦稱為媒體閘道器)實際上看似另一種類之埠介面，並且係直接連接至控制器單元電腦系統，如同其他埠介面。邏輯連接35、36、37存在於網際網路語音協定電話30與控制器10間。當建立不需要IP至TDM轉換之呼叫時，不需要埠介面。但當建立包含網際網路語音協定電話30及連接至埠介面20的類比或數位電話21之呼叫時，則額外邏輯連接將從網際網路語音協定電話30透過IP網路40到達媒體伺服器或閘道器50其中之一。此第二邏輯連接操縱用於呼叫之即時協定(實際語音資料)，而媒體伺服器在此情形中用作埠介面。
儘管圖1內未顯示，'536號專利中揭示的一般類型之其他電路亦可出現於所示網路內。
IP電話對特定控制器之結合或指派係任意的，決不會限制系統能力。主要目標係在控制器間盡可能均勻地分配IP電話，以便減小因MSU損失導致之服務中斷的影響。
圖2描述控制器之主要軟體元件。系統排程器12引導控制器之處理器以在需要時執行SIP FSM處理程序(SIPFSM)14，並在需要時執行PEP FSM處理程序(PEPFSM)24。發生改變需要藉由特定FSM處理的一或多個狀況之事件使FSM得以排程以便執行。
SIPFSM 14從網際網路協定之UDP及TCP層15、16接收呼叫事件。該等事件主要代表從與IP電話已註冊的控制器相關聯之IP電話30接收之SIP訊息。SIPFSM 14亦經由圖2內所示連接34從第二來源，即PEPFSM 24，接收事件。最後，SIPFSM 14從第三來源接收事件，即SIPFSM本身內計時器，其標記時間間隔或延遲之結束。
同樣，PEPFSM 24從埠驅動器層25接收事件。其主要代表從與特定MSU 5內控制器10相關聯的各種埠介面接收之埠相關訊息。PEPSFM 24亦經由圖2內所示連接44從第二來源，即SIPFSM 14，接收事件。按與SIPFSM相同的方式，PEPFSM從第三來源接收事件，即PEPFSM本身內計時器，其標記時間間隔或延遲之結束。
在單一及多重MSU系統中，PEPSFM傳送並接收處理程序間訊息(IPM)。在多重MSU系統中，如圖2所示在MSU間鏈路26上執行IPM。IPM發送信號標示不同MSU內PEPSFM之分離執行個體(instance)間的事件。
由呼叫期間發生之事件決定的埠狀態類別之典型執行個體係：IDLE、TALKING、RINGING、TONE及HOLD。存在於給定系統內之實際狀態類別可根據設計系統之特定應用變更。此處提供典型的埠狀態類別清單，各埠狀態類別中，可存在許多不同埠狀態。
UNKNOWN OFF_LINE IDLE IN_USE TRANSITION SEIZE RELEASE TONE TALK RINGING DIAL HOLD EQU_BUSY RING_BACK BUSY_TONE AWAIT_ATND MAGNETO_CRANK
圖3顯示一對PEPFSM狀態分組，各狀態分組包含一埠狀態類別70、71。各埠狀態類別70、71包含一或多個埠狀態。埠狀態類別70包含埠狀態72、72a。埠狀態類別71包含不同於埠狀態類別70之所有埠狀態72、72a的埠狀態73、73a。系統之FSM僅具有一個埠狀態，因此一次僅一個埠狀態類別。當FSM處於第一埠狀態72時發生的特定呼叫事件致使從第一埠狀態72至第二埠狀態72的轉變720。當FSM處於第一埠狀態72a時發生的幾個事件致使從第一埠狀態72a之第一埠狀態類別70至第二埠狀態類別71及第二埠狀態73a的轉變740。
圖3之第一埠狀態類別70係顯示為"A"，其可對應於TALKING狀態，而圖3之第二埠狀態類別71係顯示為"B"，其可對應於RINGING狀態，但可定義及使用其他埠狀態類別，各埠狀態類別包含複數個埠狀態，因此圖3之描述不應視為任何限制意義。
圖4顯示本發明之方法。PEPFSM係顯示為等待(101)待處理之事件。當事件可用時，系統排程器12(圖2)使PEPFSM在步驟"獲得下一PEP事件" 103中恢復執行。步驟105中，本發明將與當前埠相關聯之變數"begin_class"設定為當前埠狀態之埠類別狀態(變數"current_port_state")。變數"begin_class"與當前埠相關聯，並位於圖5之呼叫埠記錄27中。本發明對當前埠類別狀態之保留提供了埠類別狀態間的轉變偵測，無論其發生於何時。
接著調派(107)事件以供轉變。調派意味著本發明使用發生事件之類型與當前埠狀態之組合，以調用特定轉變常式(109)。發生於轉變常式(109)內之處理可改變當前埠之狀態(變數"current_port_state")。當轉變常式在完成後返回時(111)，本發明將與當前埠相關聯之變數"end_class"設定(113)為當前埠狀態之埠類別狀態(變數"current_port_state")。變數"end_class"與當前埠相關聯，並位於圖5之呼叫埠記錄27中。
本發明接著比較(115)當前埠之"begin_class"值與當前埠之"end_class"值。若兩個值不相等，本發明將事件傳送(117)至SIPFSM，以起始埠狀態變化之SIPFSM處理。若兩個值相等，本發明略過所有SIPFSM處理並等待下一PEP事件。
SIPFSM及PEPFSM處理程序在設計及結構上非常相似。圖5說明使用埠記錄(27)以儲存用於PEPFSM之呼叫狀態，而圖6顯示使用交談記錄(17)以儲存用於SIPFSM之呼叫狀態類別。
本發明之埠類別比較，即為全部埠狀態轉變在一處執行之單一測試，消除了各PEPFSM轉變常式內之類似測試的設計、實施方案、測試及操作。依此方式，各種PEPFSM轉變常式解除與SIPFSM通信之任務。
本發明的PEPFSM與SIPFSM之鬆懈耦合因此允許狀態機更相干地運作，並簡化軟體維護，此歸因於藉由對任何埠狀態類別內之PEP轉變常式進行非SIP相關變化，減小對SIP協定引入錯誤的可能性。
雖然已參考較佳具體實施例說明本發明，熟習此項技術人士應瞭解可作出各種變化，並可以等效物替代其元件，以適應特定情況，而不背離本發明之範疇。因此，本發明並不限於作為實施此發明所涵蓋之最佳模式而揭示之特定具體實施例，而本發明包括隨附申請專利範圍之範疇及精神內的所有具體實施例。
5．．．模組交換單元
10．．．控制器
12．．．系統排程器
14．．．SIP FSM(處理程序)
15．．．類比線路/UDP層
16．．．TCP層
17．．．交談記錄
20．．．分時多工埠介面
21．．．數位電話
24．．．PEP FSM(處理程序)
25．．．埠驅動器層
26．．．鏈路
27．．．呼叫埠記錄
30．．．網際網路語音協定電話
34．．．連接
35．．．線路/邏輯連接
36．．．線路/邏輯連接
37．．．線路/邏輯連接
40．．．區域網路
44．．．連接
50．．．媒體伺服器
70．．．第一埠狀態類別
71．．．第二埠狀態類別
圖1係較佳具體實施例之總體方塊圖，其顯示一多儲存架系統及若干連接之類比及IP電話。
圖2係單一MSU之展開圖，其顯示主要軟體元件。
圖3顯示埠狀態至分離類別之分組。
圖4係操縱埠狀態轉變所需的本發明之邏輯的流程圖。
圖5係PEP有限狀態機之總體視圖。
圖6係SIP有限狀態機之總體視圖。
(無元件符號說明)

Claims (9)

  1. 一種用於在具有交換接取電話及網際網路語音協定(VOIP)電話之一電話系統中管理各種呼叫之裝置，其包含：一個或多個控制器，每一控制器在一交換接取埠及一VOIP埠建立一連接以致能該兩埠之間的通訊，該控制器具有：一個或多個交換接取埠，每一交換接取埠具有複數個類別，且該複數個類別中具有一個或多個具有多個狀態的類別；一個或多個VOIP埠，每一VOIP埠具有複數個類別；第一及第二有限狀態機，其用於將該等交換接取埠之一者連接至該等VOIP埠之一者，以建立該交換接取埠及該VOIP埠之間的通訊；回應於來自該第二有限狀態機之埠事件或訊息，且為了產生給該第二有限狀態機之訊息，該第一有限狀態機將該交換接取埠自一類別轉變至另一類別，並將在一類別中之該交換接取埠轉變至同一類別之一不同狀態，其中給該第二有限狀態機之該等訊息代表該交換接取埠之該類別的轉變，並非代表在一類別中狀態之間的轉變；回應於來自該第一有限狀態機之埠事件或訊息，且為了產生給該第二有限狀態機之訊息，該第二有 限狀態機將該VOIP埠自一類別轉變至另一類別，其中給該第一有限狀態機之該等訊息代表該VOIP埠的類別之間的轉變。
  2. 一種用於在具有交換接取電話及網際網路語音協定(VOIP)電話之一電話系統中管理各種呼叫之裝置，其包含：一個或多個控制器，每一控制器在一交換接取埠及一VOIP埠建立一連接以致能該兩埠之間的通訊，該控制器具有：一個或多個交換接取埠，每一交換接取埠具有複數個類別，且該複數個類別中具有一個或多個具有多個狀態的類別；一個或多個VOIP埠，每一VOIP埠具有複數個類別；第一及第二有限狀態機，該等有限狀態機之每一者回應於埠事件及訊息而用於將該等交換接取埠之一者連接至該等VOIP埠之一者，以建立該交換接取埠及該VOIP埠之間的通訊；該第一有限狀態機係用於產生給該第二有限狀態機的訊息，該等訊息代表該交換接取埠的類別之間的轉變，並非代表在一類別中狀態之間的轉變；該第二有限狀態機係用於產生給該第一有限狀態機的訊息，該等訊息代表該VOIP埠的類別之間的轉變。
  3. 如請求項2之裝置，其中回應於來自該第二有限狀態機之埠事件或訊息，該第一有限狀態機將該交換接取埠自一類別轉變至另一類別，並將在一類別中之該交換接取埠轉變至同一類別之一不同狀態。
  4. 如請求項2之裝置，其中回應於來自該第一有限狀態機之埠事件或訊息，該第二有限狀態機將該VOIP埠自一類別轉變至另一類別。
  5. 如請求項2之裝置，其中該VOIP埠係一邏輯連結，其用於提供在該VOIP電話及該控制器之間的一埠介面。
  6. 如請求項5之裝置，其中該邏輯連結係利用一媒體伺服器或一閘道而實施。
  7. 如請求項2之裝置，其中每一VOIP電話具有一實體連結，其自每一電話及每一控制器延伸至一路由架構。
  8. 如請求項7之裝置，其中該路由架構係一區域網路。
  9. 一種用於在具有交換接取電話及網際網路語音協定(VOIP)電話之一電話系統中管理各種呼叫之方法，其包含：提供若干交換接取埠及若干VOIP埠，每一VOIP埠具有複數個類別，且每一交換接取埠具有複數個類別，以及一個或多個交換接取埠在一類別中具有多種狀態；在一交換接取埠及一VOIP埠之間建立一連結以致能該兩個埠之間的通訊；回應發生在每一埠的事件，並且在與在該埠處之若干選定轉變有關之若干埠之間發送訊息，與選定轉變有關 的發送訊息之步驟包含：在該VOIP埠處產生若干訊息，該VOIP埠與該VOIP埠處之類別之間的轉變有關，並將該等訊息發送至與該等類別轉變有關之該交換接取埠；以及在該交換接取埠產生若干訊息，該交換接取埠與該交換接取埠處之類別之間的轉變有關，並將該等訊息發送至與該等類別轉變有關之該VOIP埠，但不產生或發送關於轉變之訊息至與一類別中狀態之間轉變有關的該VOIP埠。
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