TWI442742B

TWI442742B - 效能增強協定、系統、方法及裝置

Info

Publication number: TWI442742B
Application number: TW095129375A
Authority: TW
Inventors: Robert Allan Veschi; Haysam Rachid
Original assignee: Edge Access Inc
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2014-06-21
Also published as: US20070036142A1; TW200715790A; US8737290B2; WO2007021566A3; WO2007021566A2

Description

效能增強協定、系統、方法及裝置

發明領域

本發明係有關通訊，更特別地，係有關經由最佳化頻寬來改良高速媒體應用程式(諸如透過IP之語音)之效能及效率之系統、方法、裝置及相關協定。

背景及綜論

傳統係使用電路交換技術來傳送電話呼叫。至今仍然廣為人使用的傳統電路交換技術有某些特有的限制。其中一項限制為此種技術於整個呼叫期間，介於呼叫方與被呼叫方間建立一永久性(或持久性)連接，如此需要有相當大量頻寬由各次呼叫所專用。此外，傳統電路交換技術只支援某種類型的呼叫，特別為電話對電話的呼叫。傳統電話公司所使用的網路稱作為公用交換電話網路(PSTN)，PSTN提供透過電路交換網路的語音通訊和資料通訊。PSTN乃目前對終端使用者提供大部分電話服務的網路。

為了避免PSTN所加諸的額外管理資料量和限制(經濟上、法規上、實體上及其它)，許多傳統電話公司連同多種起點實體開始使用網際網路基礎架構來連接呼叫。此種類型的服務可透過網際網路協定(「IP」)網路來傳輸語音、視訊、文字及其它即時媒體，此型技術俗稱為IP電話(「IPTel」)或透過IP的語音(「VoIP」)。VoIP係指透過IP網路諸如網際網路來傳輸語音通訊(亦即「電話對談」)。如此處使用，VoIP一詞為更常用術語IP電話(IPTel)的同義字。換言之，如此處使用，VoIP非僅限於語音通訊，VoIP可包括語音視訊文字及其它即時媒體。VoIP通常係指通過IP網路諸如網際網路的呼叫。如此表示該等呼叫係通過IP網路諸多網際網路，或表示呼叫行進通過私人管理的資料網路，該網路係使用IP來由一個位置所在傳輸協定至另一個位置所在。(網際網路協定目前除了被用在網際網路之外，目前最廣泛用於電腦系統間傳輸資料使用的封包交換通訊協定)。

一般而言，對VoIP呼叫，語音串流被分解成為多個封包，封包經壓縮且藉多個路由路徑來發送至其最終目的地。不似傳統PSTN，於VoIP呼叫期間，無需建立永久性連接或持久性連接。封包一旦於最終目的地接收時，封包被重新組裝、解壓縮、且轉回語音串流。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種一種可於一架構中操作之方法，其使用一封包式語音通訊體系，以及其中至少部分通訊係透過衛星鏈路進行，該方法包含使用一第一協定建立一呼叫方與快取代理器間之一第一對話期，其中該呼叫方係透過衛星鏈路而與快取代理器通訊；以及使用與該第一協定有別之一第二協定建立該快取代理器與一被呼叫方間之一第二對話期，以及提供由該呼叫方至該第二方、以及由該第二方至該第一方之通訊。

圖式簡單說明

經由參照附圖研讀後文說明將更進一步瞭解本發明，附圖者：第1圖及第2圖說明衛星式電話系統之操作；第3圖顯示一典型封包之佈局；第4－5圖顯示根據本發明之實施例之通訊架構；第6圖顯示根據本發明之實施例之配接器結構；第7圖顯示根據本發明之實施例之編碼器結構；第8圖顯示根據本發明之實施例之編碼器之操作；第9圖顯示根據本發明之實施例之一解碼器；第10圖顯示根據本發明之實施例之解碼器之操作；第11圖顯示結合根據本發明之實施例之一配接器之一衛星數據機；以及第12圖顯示本發明之操作實例。

較佳實施例之詳細說明

第1圖顯示典型VoIP系統/架構100，其使用衛星鏈路102，透過IP網路108來連接第一電話104至第二(遠端)電話106。第一電話104例如係透過整合式接取裝置(IAD)112來連接至衛星數據機110。

通常IAD為可透過單一廣域網路(WAN)網路連接來整合語音、資料、及網際網路及相關聯所管理的服務例如VoIP之裝置。IAD也可作為於一IP網路與一PBX(專用分支交換)或PSTN間橋接用的一類比閘道器。

雖然係以「電話」來做說明，但第一電話104可為個人電腦或任何其它可用來使用VoIP系統100而發送與接收語音資料的任何其它類型之裝置。熟諳技藝人士瞭解IAD 112可結合於電話104、或結合於衛星數據機110。

於衛星鏈路102的另一端，一第二衛星數據機114連接至IP網路108。來自IP網路108之資料可透過一閘道器118而提供予PSTN 116。如技藝界眾所周知，閘道器為用來將一類型網路連接至另一類型網路之裝置。舉例言之，如此處所示，閘道器係用來將舊式PSTN網路116連接至IP網路108。以一般用詞說明，閘道器的任務係提供發訊交互工作，以及將資訊由一個網路轉換成為適合另一個網路使用的格式。

第1圖所示架構中使用的典型電話呼叫係如下發揮作用(參考第2圖)：於初始電話(本例為電話104)的使用者將電話機由掛上的情況拿起，撥出與第二電話(電話106)相對應之電話號碼(或使用電腦執行若干相當功能來試圖連接至第二電話106)。如此造成系統嘗試於二電話間建立連接。最常用來建立此種連接的協定稱作為SIP(對談期初始協定)，SIP係由IETF所定義，熟諳技藝人士瞭解SIP如何於VoIP架構中操作。熟諳技藝人士瞭解SIP指示一個協定實例，其它適當協定也可使用，也視為屬於本發明之範圍。舉例言之但非限制性，可使用其它VoIP發訊協定，諸如MGCP(媒體閘道器控制器程式)及H.323。

一旦兩部電話間已經建立一對談期，則可開始雙向對話。由於對話係透過一個或多個數位網路傳輸，故實際語音資料首先由類比形式被轉成數位形式。此種A－D轉換可於電話(或電話)內部進行，或可由外部配接器諸如IAD 112進行。一旦資料呈數位形式，隨後資料被壓縮(使用即時協定，諸如RTP/UDP/IP)，置於封包內部，且透過網路發送至其目的地。於包括衛星式鏈路之架構之情況下(諸如第1圖所示)，封包係藉衛星數據機110而被轉換為適當形式，以及透過衛星鏈路102發送至第二衛星數據機114。接收方的第二衛星數據機114將該封包轉換為適當形式，且於IP網路108上送出封包。於所示架構實例中，為了到達第二電話106，封包必須通過閘道器118及PSTN 116。資料封包於到達第二電話前的某一點，資料封包必須被排列為正確的順序且被解封包。資料封包的酬載資料必須被解壓縮且被轉回類比形式。於所示的案例中，閘道器118可執行若干此等功能。

要言之，VoIP係經由將語音數位化成為資料封包，發送該等封包，以及於其目的地將資料封包重新轉回語音來工作。為了於封包式網路(諸如TCP/IP網路)控制封包的通訊，以及為了通過此種網路至目的地，各個封包必須含有某些位址及其它控制資訊。此等位址之其它控制資訊係儲存於所謂的封包標頭中。封包中的實際資料亦即封包的酬載，典型係與標頭分開儲存。VoIP係使用標頭來漫遊通過網路至其目的地。酬載載有對話位元。

於諸如第1圖所示之VoIP架構中，語音係呈所謂的UDP(使用者資料片協定)封包之形式發送。UDP係於TCP/IP協定堆疊中的無連接式傳輸層協定。UDP是一種可交換資料片而無需確認或保證傳輸的簡單協定，UDP要求藉其它協定進行錯誤處理及再度傳輸。資料片術語用來描述被封包化用於網路傳輸的資料。要言之，UDP為類似TCP，於IP網路頂上執行的通訊協定。UDP主要係用來透過網路廣播訊息。UDP使用網際網路協定來讓資料由一部電腦或裝置傳輸至另一部電腦或裝置，但UDP不將訊息分成排序封包，也不於另一端重新組裝封包。

第3圖顯示含有語音資料酬載之一典型UDP/IP封包之邏輯格式。於附圖所示實例(其為今日典型TCP/IP網路)中，封包標頭係由40位元組標頭資料所組成：20位元組IP標頭、8位元組UDP標頭、及12位元組RTP標頭。熟諳技藝人士瞭解此等封包的實際酬載大小係依據該系統使用的語音壓縮體系/演繹法則決定。用於若干實施例，酬載可為20或40位元組。用來壓縮/解壓縮VoIP中的對話或音訊信號的演繹法則稱作為編碼譯碼器。典型且目前廣泛使用的VoIP系統中的語音編碼譯碼器包括g.723.1、g.711及g.729，其各自定義用來以極低位元率例如H.324標準家族中的一部分來壓縮對話或音訊信號成分。g.723.1編碼譯碼器具有兩種相關的位元率：5.3 kbps及6.3 kbps。較佳係使用6.3 kbps位元率。g.729編碼譯碼器係描述語音被編碼成為8 kbps串流之一種壓縮演繹法則。

若G.723.1編碼譯碼器係於6.3 kbps使用，則該封包的語音(酬載)部分將為24位元組，表示30毫秒語音。若使用G.729編碼譯碼器(於8 kbps)，則封包的酬載部分將為每20毫秒語音20位元組。

第4圖顯示根據本發明之實施例之一種VoIP架構120。如圖所示，VPEP(語音效能增強協定)配接器122係與第一電話104結合。更特別VPEP配接器122係連接至IAD 112及衛星數據機110，讓IAD與衛星數據機間之信號可通過VPEP配接器(且可由VPEP配接器所處理)。雖然於附圖中顯示為分開的組成元件，但VPEP配接器可整合入衛星數據機及/或整合入IAD內部。第5圖顯示一種VoIP架構，其中VPEP配接器係與數據機整合(來提供VPEP－能或VPEP－致能的衛星數據機111)。

於目前本發明之較佳實施例中，VPEP快取代理伺服器124係位在衛星鏈路102的另一端，位在衛星中樞器或於衛星中樞器連接。有鑑於本發明之操作之操作態樣的賓－主(或賓－賓)的本質，配接器122也可稱作為一客端(賓)。

第6圖顯示根據本發明之實施例之一配接器122之態樣之邏輯結構。某些元件諸如電源供應器等由圖中被刪除。如第5圖所示，根據本發明之實施例之配接器122包括VPEP編碼器126及VPEP解碼器128。編碼器126係由IAD接收資料，處理資料，且提供處理後的資料至一數據機。另一方面，解碼器128係由數據機接收資料，且提供予一IAD。

根據本發明之實施例之VPEP編碼器126顯示於第7圖，包括可分析所接收的(例如由IAD所接收的)資料之資料控制器130。資料控制器130可由使用者介面132組構而成。資料控制器130可接收封包化語音資料或其它型別的資料(容後詳述)。若資料控制器130判定輸入的IP封包含有語音資料，則該封包傳送至VPEP轉譯機構134來進一步處理(容後詳述)，否則IP封包被傳送出(作為IP資料流量被傳送出)。

VPEP轉譯器134取語音資料封包，產生相對應的VPEP封包。如第8圖所示，一個或多個IP封包可被轉換成為單一VPEP封包。來自於IP封包的標頭資訊可完全被去除，且以VPEP標頭置換。VPEP標頭內容及其使用方式說明如下。VPEP標頭可只有一個位元組，或更大。除了去除IP標頭資訊之外，於若干實施例中，來自IP封包的語音資料可於置於VPEP封包之前進一步壓縮。

VPEP資料流量(換言之於本例中，經由VPEP轉譯機構所產生的VPEP封包)連同未經VPEP轉譯器所處理的IP資料流量一起發送至數據機。

VPEP解碼器128接收來自於數據機之VPEP及其它通訊，且將此等轉換成為可由IAD或其它連接於其上之裝置處理的資料串流。根據本發明之實施例之VPEP解碼器128顯示於第9圖。資料分析器138接收輸入封包串流(IP及VPEP二者)(例如來自於數據機)，且將此等封包轉回IP資料串流。轉譯器140將來自於輸入串流的VPEP封包轉成IP封包。如第10圖所示，VPEP封包之語音資料被轉成具有適當形式之IP語音資料，然後該語音資料重新被封包化成為IP封包，含有原先IP標頭重新插入。

資料流量控制機構136若可動作時，於其被發送至數據機之前管制輸出資料。資料流量控制機構136(當可動作時)除了語音資料流量之外，用來判定存在於網路上的傳輸資料流速。資料流量控制機構136分析語音資料流量的資料傳輸需求，且成形非即時資料流量的傳輸速率(例如對語音封包或VPEP封包給予比非語音封包更高的優先順位)。

第11圖顯示VPEP配接器與衛星數據機整合來形成VPEP能(或VPEP致能)衛星數據機之元件。

若對另一個VPEP致能電話系統作VoIP呼叫，則該架構可被視為(由此兩部電話的觀點可被視為)賓－賓系統。根據本發明之實施例，各電話將連接至一VPEP配接器。電話將協商其本身的VPEP對談期，將允許其各自瞭解哪些IP標頭資訊將於重組時被加回封包。

於VPEP致能的客端電話至非VPEP致能的電話之情況下，使用VPEP快取代理伺服器124(於第4圖中)來於兩部電話間建立一VPEP對談期。根據本發明之實施例，VPEP快取代理伺服器也包括一VPEP編碼器126及一VPEP解碼器128。透過衛星傳輸之來自於非VPEP致能電話之資料流量係使用編碼器編碼，而透過衛星接收的VPEP資料流量於發送至適當電話(透過IP或其它網路發送)前被解碼。

第12圖顯示此種呼叫之操作。供舉例說明，假設初始電話為VPEP致能(亦即如第4圖所示，電話可透過VPEP配接器操作，或如第11圖所示，電話具有VPEP致能之衛星數據機)。當初始電話被拿起且被撥遠端電話號碼時，VPEP客端122試圖與VPEP快取代理伺服器124建立VPEP對談期。一旦建立此種對談期，VPEP快取代理伺服器124隨後試圖與被呼叫的/遠端電話106建立對談期。快取代理伺服器124與被呼叫的電話106間的對談期將使用諸如SIP之協定建立。建立對談期，初始電話於雙向而與VPEP快取代理伺服器進行VPEP對話，快取代理伺服器於雙向與被呼叫的電話通訊RTP或類似的對話。由被呼叫的電話觀點，係於初始電話進行呼叫，但實際上快取代理伺服器係偽裝成為初始電話。

如此，一旦建立VPEP對話期或SIP對話期，來自於初始電話的對話通過IAD 112至VPEP配接器122(其可於衛星數據機111或於分開裝置)。語音被轉譯成為VPEP資料流量，(連同非VPEP資料流量)被發送至VPEP快取代理伺服器。VPEP快取代理伺服器解碼VPEP資料流量，將其與非VPEP資料流量組合，且將該資料流量傳送至被呼叫的電話作為RTP資料流量。來自於被呼叫的電話之RTP資料流量由VPEP快取代理伺服器被轉換成VPEP資料流量，且(透過衛星鏈路)被發送至初始電話。來自於快取代理伺服器之VPEP資料流量係藉於VPEP配接器中的VPEP解碼器所解碼，解碼後的資料流量發送至電話。若初始電話和被呼叫的電話為VPEP致能，則快取代理伺服器可被跳過，而於兩部電話間直接建立VPEP對談期。VPEP致能裝置(透過訊息內容)可判定快取代理伺服器是否被跳過。若目的地裝置確認VPEP封包的接收，則起源方將於二裝置間直接建立VPEP通訊。對於需要IP標頭資訊的兩個裝置間的通訊，可組配裝置含括IP標頭資訊俾便行進通過IP網路。

VPEP標頭

於本發明之目前較佳實施例中，VPEP封包包括一個位元組之標頭資訊(如第8圖和第10圖所示)。此位元組含有表示遞增序數之一個半位元組(4位元)，以及表示一獨特對談期id之一半位元組(4位元)。此項資訊連同MAC位址用來決定對談期身分。於此等實施例中，裝置可支援最大15個獨特對談期。此種對談期數目被視為足夠用於本發明之多項應用用途。但熟諳技藝人士瞭解若需要更多個獨特的對談期，則可使用其它編碼體系、或更大型VPEP標頭。

此外，於若干本發明之實施例中，當對談期id判定為無效時，發送特殊封包。此等封包之大小及結構係依據所傳遞的訊息而改變。舉例言之，DTMF(雙重調性多頻)事件訊息係由描述其為DTMF數字之特殊訊息、連同該數字之時間長度及幅度所組成。

寂靜抑制

回憶傳統PSTN型電話呼叫對一次呼叫的時間週期提供一專用電路。當由任一方(藉電話掛回之信號等)結束呼叫時釋出該電路。當任一方檢測得並無來自另一方的訊息經歷某個時間週期時，也將解除呼叫連結。由於VoIP電話呼叫並不具有專用電路或持續電路，故可採用多種方法來於無法預測的延遲存在下用來維持對談期的可動作。此等技術之一係在即使並無發送實際語音資料流量時於雙向間發送所謂的「寂靜」或「安慰」訊息。此等寂靜訊息除了可維持雙方間的對談期可運作，藉此防止其被結束之外，此等寂靜訊息將經由某種形式的白雜訊提供某種程度的安慰予使用者，讓使用者瞭解連接仍然可運作。於典型VoIP系統中，寂靜係以完整IP封包傳輸，帶有預定的酬載來表示適當寂靜(亦即白雜訊，亦即寂靜聲響)。

於本發明之又另一個態樣中，於若干實施例中，VPEP編碼器辨識寂靜(例如於VPEP轉譯器134)，將寂靜編碼成為由單一位元組VPEP標頭所表示的特殊寂靜(或安慰)串流，該VPEP串流可指示遠端寂靜正在發送當中。於本發明之若干實施例中，含括該寂靜長度的指示。於遠端，亦即於VPEP快取代理伺服器，VPEP寂靜封包被解碼成適當數目的IP寂靜封包，且被發送至被呼叫方。藉此方式VPEP快取代理伺服器以寂靜欺騙遠端，且維持SIP對談期的可運作。以類似方式，若需要時，VPEP快取代理伺服器可發送VPEP寂靜封包予呼叫方。

於本發明之若干實施例中，VPEP配接器/數據機111可於並無語音封包存在欲播放時，發送寂靜/安慰雜訊予(同一個所在位置)電話104。VPEP快取代理伺服器124可於並無語音封包存在欲於其方向播送時，發送寂靜/安慰雜訊予非VPEP能裝置(亦即PSTN電話)。藉此方式，本發明可執行理想遠端寂靜遏止，亦即各端導出其本身的寂靜，而無寂靜行進通過衛星鏈路。

衛星通常使用恆定位元率(CBR)體系及偶爾使用專用接取(DA)體系來於回送路徑(由用戶至衛星中樞器的回送路徑)上「保證頻寬」。法則通常關聯有觸發器(亦即行進至一給定UDP埠)、以及逾時(於該埠上並無資料流量經歷某一段時間週期)。若干本發明之實施例提供「維持運作」機構，其發送極小型封包送出指定UDP埠，來維持CBR或DA接取的可運作。

下表摘述經由使用本發明所獲得的頻寬及其它優點。表中之資料係基於每個VPEP標頭的二位元組的平均。此乃由任一個位置有超過15個可動作頻道的情況(如前文說明，目前較佳標頭大小為1個位元組)。

表中資料描述於各個對談訊框大小(每個封包之對談毫秒數)，用於特定編碼譯碼器之傳輸速率。例如對於6.3 Kbps之G.723.1編碼譯碼器而言，單一訊框係由30毫秒對談(亦即24位元組)所組成。具有IP的額外管理資料量，封包大小增至78位元組(MAC＝14位元組，IP＝20位元組，UDP＝8位元組及RTP＝12位元組)。使用有VPEP之本發明之實施例，封包大小縮小至40位元組，額外管理資料量(因而使用的頻寬)由70%降至40%。不同的寂靜遏止率可達成頻寬使用的進一步縮小。

特殊事件處理

於一電話呼叫期間可能發生某些所謂的特殊事件。此等事件包括由一電話發送至另一電話之非語音信號(例如DTMF聲調)。DTMF聲調為當按下電話的按鈕時所聽到的聲音，可由呼叫方用來接達例如語音信箱、銀行帳戶、或任何其它可透過電話來接取的服務。

本發明之實施例處理特殊事件如後。VPEP轉譯器134辨識含DTMF聲調的特殊封包，且傳輸表示該等聲調的特殊VPEP封包。換言之，對各個可能的DTMF聲調發送一個表示該聲調的特殊VPEP封包。於遠端VPEP解碼器辨識特殊事件VPEP封包，且將該特殊事件VPEP封包轉成具有適當聲調的適當IP封包。藉此方式，可使用最小頻寬處理特殊事件而無耗損。類似的處理也出現於來自被呼叫方的特殊事件。

本發明之實施例支援部分或全部下列特殊事件：DTMF/MF、寂靜內容改變、FAX標頭及T38或中繼。

於本發明之較佳實施例中，全部普通RTP語音封包含有1位元組VPEP標頭(4位元對談期ID，4位元序號)。封包之其餘部分含有編碼酬載－對談資訊。

特殊事件封包類型係始於sessionID＝0。始於sessionID＝0之VPEP封包指示隨後將接著特殊事件。於第一位元組sessionID之後，為4位元組之實際sessionID，接著為4位元組序號(如同於不同VPEP封包)。其次位元組含有特殊事件類型。特殊事件類型包括：．DTMF/MF/提醒聲調產生/複製．寂靜封包事件．維持可運作事件．對談編碼譯碼改變事件．傳真事件(中繼/t38)

實例：

寂靜封包：(寂靜封包可組配來作為連續事件發送，或當改變時發送)

如此說明效能增強協定、系統、方法及裝置。

雖然全文使用「語音」一詞來說明欲傳送的資料，但熟諳技藝人士瞭解除非另行特別陳述，否則「語音」包括語音、視訊、文字及其它即時媒體，可單獨包括或包括其組合。

雖然已經就若干編碼譯碼器說明本發明之態樣，但此等說明僅供舉例說明之用，熟諳技藝人士瞭解本發明可應用於任何編碼譯碼器，而未受用於其說明之特定編碼譯碼器之實例所限。

雖然已經就衛星傳輸說明本發明，但此等說明為舉例性質而非意圖限制本發明之範圍。熟諳技藝人士瞭解本發明之態樣不僅適用於衛星，同時也適用於任何根據IP協定操作的媒體。

雖然已經就目前視為最實用且較佳的實施例說明本發明，但須瞭解本發明非僅限於所揭示之實施例，相反地，本發明意圖涵蓋含括於隨附之申請專利範圍之精髓及範圍內之各項修改及相當配置。

100．．．典型透過IP的語音(VoIP)系統/架構、VoIP系統

102．．．衛星鏈路

104．．．第一電話

106．．．第二電話、遠端電話

108．．．IP網路

110．．．衛星數據機

112．．．整合式接取裝置(IAD)

114．．．第二衛星數據機

116．．．PSTN、公用交換電話網路

118．．．閘道器

120．．．VoIP架構

122．．．VPEP(語音效能增強協定)配接器

124．．．VPEP快取代理伺服器

126．．．VPEP編碼器

128．．．VPEP解碼器

130．．．資料控制器

132．．．使用者介面

134．．．VPEP轉譯機構

136．．．資料流量控制機構

138．．．資料分析器

140．．．轉譯器

第1圖及第2圖說明衛星式電話系統之操作；第3圖顯示一典型封包之佈局；第4－5圖顯示根據本發明之實施例之通訊架構；第6圖顯示根據本發明之實施例之配接器結構；第7圖顯示根據本發明之實施例之編碼器結構；第8圖顯示根據本發明之實施例之編碼器之操作；第9圖顯示根據本發明之實施例之一解碼器；第10圖顯示根據本發明之實施例之解碼器之操作；第11圖顯示結合根據本發明之實施例之一配接器之一衛星數據機；以及第12圖顯示本發明之操作實例。