CN1650581B - 基于DWDM光监控信道所运载的以太网的VoIP服务 - Google Patents

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Abstract

局域网用于将位于光通信系统中地理上分散的多个站点处的媒体设备互连起来，所述媒体设备例如是电话机、VoIP电话机、媒体服务器等等。可以在由WDM光通信链路所运载的光服务信道内实现局域网。这样就可以以低成本提供所需的连通性，并且可以允许提供会议电话。

Description

基于DWDM光监控信道所运载的以太网的VoIP服务
相关申请的声明
本申请与2001年5月15日递交的美国专利申请No.09/858,777的主题相关，这里通过引用而并入了该申请的全部内容，用于所有目的。
技术领域
本发明一般地涉及在光通信系统的多个站点之间的媒体通信。
背景技术
现代的光通信链路日渐扩展到能够跨越长距离，例如数千公里。能达到这种长度的光链路通常被分成多段光区间(span)，这些光区间之间放置有光放大设备。贯穿整条链路，通常还会分布多个用于去除和替换光信道的光分插复用器(optical add/drop multiplexer)。因此在链路的发送端、接收端和其间的很多放大站点处，都会发现需要进行监控和维护的设备。
与在很多通信系统中一样，链路的配置、诊断和修理通常包括在两个或更多个相距很远的站点处的人员之间实时地进行协调。尤其希望所述人员利用电话进行通信。然而，中间的放大站点通常位于偏远的区域，在该区域中没有现成的到公共电话网的连接。这些站点通常位于蜂窝电话覆盖的区域之外。即使所述站点本身位于无线覆盖区域内，光设备的具体位置通常也将位于被屏蔽的地下区域中。
因此，就需要以某种方式，利用光通信链路按需要在站点之间交换语音电话信号，所述光通信链路对非常大量数据的吞吐量来说是最适宜的。对于由管理功能专用，并且被称为光监控信道(OSC)的波长，已经开发了各种现有技术方法来使用这种波长。在一种方法中，在OSC的保留字节中建立了一个64Kbps的数字信道，并且使用专门设备在模拟电话信号和专用数字信道所需的格式之间进行翻译。所述专门设备既非常昂贵，也非常笨重。另外，还不能提供诸如呼叫等待、呼叫转移、在线目录、语音邮件消息显示等某些服务。
另一种方法是为每个站点配备一个IP(第3层)路由器和一个IP语音(VoIP)电话机，或配备模拟电话机和VoIP路由器卡的组合。由于路由器的费用，所以该方法也会是相当昂贵的，并且会占用相当大的空间。此外，由于会议电话的带宽要求大致与被连接用户(站点)的数目成比例，所以只有对实现了光服务信道的调制解调器进行艰难的提高容量的修改，才能提供会议电话。为了WDM站点之间的语音连通性，需要改进的系统和方法。
发明内容
根据本发明的一个实施例，局域网用于将位于光通信系统中地理上分散的多个站点处的媒体设备互连起来，所述媒体设备例如是电话机、VoIP电话机、媒体服务器等等。可以在由WDM光通信链路所运载的光服务信道内实现局域网。这样就可以以低成本提供所需的连通性，并且可以允许提供会议电话。
本发明的第一方面提供了一种用于在WDM系统中的站点处提供媒体访问的方法。该方法包括：提供到将WDM系统中的多个物理上分开的站点互连起来的LAN的连通性，所述LAN经由所述WDM系统的光服务信道来实现，以及经由所述LAN，与另一个站点交换媒体包。其中，所述交换媒体包的步骤包括：接收光信号；使所述光服务信道与所述光信号隔离开；与所述光服务信道交换以太网帧；生成利用光服务信道数据调制后的光信号；以及将所述利用光服务信道数据调制后的光信号添加到所述光信号。
本发明的第二方面提供了一种位于WDM系统中的站点处的装置，用于经由所述WDM系统的光服务信道，与另一个站点交换媒体信息。所述装置包括：提供了到LAN的连通性的LAN访问设备，以及经由所述LAN，与另一个站点交换媒体IP包的媒体设备，其中所述LAN经由光服务信道，将所述WDM系统的多个站点互连起来。其中，所述局域网访问设备被配置用于接收光信号，使所述光服务信道与所述光信号隔离开，与所述光服务信道交换以太网帧，生成利用光服务信道数据调制后的光信号，以及将所述利用光服务信道数据调制后的光信号添加到所述光信号。
参考本说明书的其余部分以及附图，可以更深层地理解本发明的特征和优点。
附图说明
图1描绘了有助于实现本发明的一个实施例的网络设备。
图2描绘了有助于实现本发明的一个实施例的计算机系统。
图3根据本发明的一个实施例，描绘了将光通信系统的多个站点互连起来的电话网络的总体表示。
图4根据本发明的一个实施例，描绘了到光网络元件的连接。
图5根据本发明的一个实施例，描绘了连接IP电话设备的局域网。
图6根据本发明的一个实施例，描绘了如何提供对公共电话网以及非IP电话机的接入。
具体实施方式
本发明可以被应用于诸如波分复用(WDM)的光通信链路一类的光通信系统。作为一个具体的示例，本发明的实施例可以提供在光通信的多个站点之间的语音连通性。也可以提供包括视频连通性、网络会议等等的其它类型的媒体连通性。
连网和计算机设备
图1描绘了有助于实现本发明的一个实施例的网络设备100。在一个实施例中，网络设备100是一台可编程的机器，该机器可以由硬件、软件或其任意组合来实现。处理器102执行在程序存储器104中所存储的代码。程序存储器104是计算机可读存储介质的一个示例。程序存储器104可以是诸如随机访问存储器(RAM)一类的易失性存储器。存储相同代码的计算机可读存储介质的另一种形式可以是一些类型的非易失性存储器，例如是软盘、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘、闪存等等。用于运载代码通过网络的载波是计算机可读存储介质的另一个示例。
网络设备100经由多个(图中描绘了两个)网络接口106与物理介质相连接。例如，网络接口106中的一个可以是以太网接口、千兆以太网接口、10千兆以太网接口等等。由网络设备100所接收、处理和转发的帧可被暂时存储在帧存储器108中。
网络设备100依赖其功能实现各种网络协议、网络协议的扩展以及数据连网特性。例如，网络设备100可以实现以太网交换机。于是，网络接口106可以是以太网接口，每个所述以太网接口连接到诸如计算机、媒体服务器、VoIP电话机等等的主机设备，或被连接到集线器。网络设备100知道通过每个网络接口可达到的设备，从而基于接口的MAC地址在多个接口之间进行帧交换，所述MAC地址由公知的IEEE 802.3标准所定义。在检测到冲突，并且应该推迟帧传输的地方，可以将帧存储在帧存储器108中。可用于实现本发明的实施例的代表性交换机是Cisco 1548MMicroSwitch或可以从加州圣荷西的Cisco Systems公司获得的类似硬件。
可替换地，网络设备100可以是以太网集线器。于是，网络接口106可以是以太网接口，并且连接到主机、交换机或其它集线器。在集线器的配置中，经由所有接口将接收到的以太网帧中继出去。集线器可以基于可从加州圣塔克莱拉的Intel公司获得的LXT915集成电路。
图2示出了可以用来实现本发明的一个实施例的计算机系统200的系统框图。计算机系统200包括存储器202，该存储器可以用于存储和取回软件程序，所述软件程序含有用于实现本发明多个方面的计算机代码、本发明所使用的数据等等。示例性的计算机可读存储介质包括CD-ROM、软盘、磁带、闪存、系统存储器以及硬盘驱动器。另外，被包含在载波中(例如在包括因特网的网络中)的数据信号可以是计算机可读存储介质。计算机系统200还可以包括多个子系统，例如中央处理器204、固定存储设备206(例如硬盘驱动器)、可移动存储设备208(例如CD-ROM驱动器)以及一个或多个网络接口210。适合于使用本发明的其它计算机系统可以包括更多的或者更少的子系统。例如，计算机系统200可以包括多个处理器204(即多处理器系统)或缓存存储器。作为主机使用时，计算机系统200还可以包括显示器、键盘和鼠标(未示出)。
在图2中用箭头212来表示计算机系统200的系统总线体系结构。然而，这些箭头只是示例性的说明了用于链接多个子系统的一种可能的互连方案。例如，可以利用本地总线将中央处理器204连接到系统存储器202。图2中示出的计算机系统200只是适合于使用本发明的计算机系统的一个示例。也可以利用其它具有不同的子系统配置的计算机体系结构。
在一个实施例中，计算机系统200可以是Cisco的媒体集中服务器(Media Convergence Server)，例如基于Intel奔腾III 800MHz处理器的MCS 7825-800。该媒体集中服务器可以监视多个IP电话机之间的通信。
计算机系统200还可以是标准的基于Microsoft Windows的个人计算机，例如桌上型计算机或膝上型计算机。这样的计算机可以并入或附带作为外设的麦克风和扬声器，并且通过操作诸如Cisco SoftPhone一类的软件来模拟IP电话机。
光系统中的实时操作者通信
图3根据本发明的一个实施例，描绘了将光通信系统300的多个站点互连起来的电话网络的总体表示。光通信系统300包括多个WDM网络元件(NE)302。光通信系统300被配置成一对将网络元件302互连起来的双向光链路。每条双向光链路在已分配的波长上运载多个光信号或信道。在代表性的系统300中，每个网络元件302或者是终端站点，或者是光线路站点，或者是光分插复用器(OADM)，其中在所述终端站点中，多条光信道被复用成WDM流，或从WDM流中进行解复用，在所述光线路站点中对WDM流进行放大，而所述光分插复用器则用于分出(drop)或插入(add)所选信道。光接收机用于从被解复用或被分出的信道中恢复数据，而光发射机则用于为被复用或被插入的信道产生已调制的光信号。所描绘的配置可以用于提供本领域公知的冗余(例如，一条线路可以作为工作路径，而另一条线路可以作为保护路径)。
图3中示出的配置当然仅仅是作为示例而提出的。本发明还可以被应用于诸如环形网络、网状网络等等不同的光网络拓扑中。可以利用从Cisco Systems公司可获得的ONS 15808 DWDM平台来实现OADM、WDM收发机等等。
如以下部分将详细解释的，网络元件302被添加了诸如交换机和/或集线器和专用调制解调器一类的以太网设备来创建可获得的局域网，从而将诸如IP电话机304和呼叫管理器306一类的设备互连起来。优选地，IP电话机304和呼叫管理器306利用RJ-45接口，使用标准的10/100Base Tx以太网连接而连接到它们各自的网络元件302。呼叫管理器306可以由上述的计算机系统来实现。IP电话机304可以是Cisco 7960IP电话机。
经由光服务信道(OSC)来交换LAN数据。在一个实施例中，OSC被分配在用来传送载荷数据的频谱之外的波长。在一种具体的实现方式中，所选择的波长约为1480纳米。通过链路可以双向地运载OSC。
在一个实施例中，OSC使用本领域公知的传号反转码线路编码，以2.048Mbps的比特率运载数据。帧结构由ITU G.704标准所定义。每帧包括32个被编号为0到31的时隙，并且具有8000Hz的重复速率。根据本发明，可以在时隙4到31中运载LAN数据，这些时隙还被称为遥测时隙(telemetry slot)或T时隙。这为LAN提供1.792Mbps的数据运载能力。
图4据本发明的一个实施例，描绘了到光网络元件302的连接。网络元件302包括光服务信道调制解调器(OSCM)402，该OSCM与在每个方向上运行的服务信道交换以太网帧。在图4中，定向的链路被称为东和西。对于每个方向，使用专用的OADM从WDM信号中隔离出服务信道，然后再将调制解调器产生的信号插回服务信道中。光接收机从接收到的OSC信号中恢复数据，并且光发射机产生利用被发送的OSC数据进行调制的光信号。对于许多时隙，OSCM 402将只是中继所接收到的信道数据。OSCM 402并入了TDM(时分复用)控制器，用于保持正确的时隙边界，并且用于了解何时发送数据。
OSCM 402并入了一个10Base-2以太网端口。在OSC的时隙4到31内所接收到的以太网帧被输出到10Base-2以太网端口上。经由10Base-2以太网端口所接收到的以太网帧在时隙4到31内被输出。
OSCM 402的10Base-2以太网端口耦合到以太网访问设备404，该以太网访问设备404例如可以是上述以太网交换机或集线器。以太网访问设备404提供了多个10Base-T接口，用于连接到诸如IP电话机304、呼叫管理器306等设备。所述10Base-T接口具有RJ-45物理接口。有利的是，这些接口可以用于向诸如IP电话机304一类的设备提供功率。
如图4所示的到网络元件302的连接的作用在于，建立了用于将位于光通信系统中不同站点的以太网设备互连起来的局域网。图5根据本发明的一个实施例，描绘了连接IP电话设备的代表性局域网500的结构。在第2层(以太网层)中描绘了连通性。OSC和用于访问OSC的调制解调器对图5所示的设备是透明的，并且它们如同处在传统的LAN中一样地互相作用。在交换机的每个端口定义一个冲突域，用于以太网的操作。帧通过集线器的所有接口被中继。交换机基于帧的MAC层地址将所接收到的帧中继到特定的输出接口。
图5的布置的特征在于，无需使用IP(第3层)路由器，就可以进行IP包交换。在一个实施例中，通过使用公知的DHCP协议，由呼叫管理器306来分配IP地址。在局域网500内进行交换的IP包被封装在以太网帧内。每个以太网帧具有相关联的以太网MAC层地址。该地址优选地被用于1)由网络500的交换机做出转发决策，2)指定包含IP包的帧的目的地，以及3)使每个设备能够识别发送到该设备的帧。MAC层地址与一个IP目的地址相对应，所述IP目的地址可以从发起设备的本地缓存中获得，或者如果在本地缓存中不能获得，则可以根据公知的地址解析协议(ARP)通过使用广播消息来获得。
在应用层，IP语音(VoIP)信息被交换。在一个实施例中，该过程根据H.323标准来进行。呼叫管理器306将IP电话机注册到VoIP网络中，配置诸如压缩类型、最大带宽一类的网络参数，等等。呼叫管理器306可以提供广泛的功能，包括语音邮件消息传递、统一的语音邮件和电子邮件消息传递、会议电话配置、呼叫转移、呼叫等待、呼叫者ID、视频会议等等。可以对呼叫管理器306进行复制，以提供对失败的恢复力。
IP电话机304可以并入诸如呼叫等待、呼叫转移、呼叫者ID、会议召集、在线目录、语音邮件消息显示等特征。IP电话机304可以由单独的适配器来供电，或者有益的是，可以从到本地交换机或集线器的RG-45连接中获取功率。
在一个实施例中，根据H.323标准来发送和操作VoIP呼叫。或者，可以采用SIP(会话初始化协议)或其它适合的协议。可以使用的语音压缩算法的示例包括ITU G.711和G.729标准。通过使用语音激活检测
(VAD)，从而在呼叫的静音期期间抑制包的产生，这可以使带宽的使用更加经济。如果需要额外的语音带宽，则可以将OSC时隙0到3中的一个或多个添加到LAN中可获得的带宽池中。
利用适当的压缩技术和VAD，可以将每个呼叫所需的总带宽减小到例如7.3Kbps。在会议电话期间，所需带宽会依赖于被连接用户的数目而上升。于是用来支持语音呼叫的带宽可能就无法用来支持遥测功能。
图6描绘了局域网600，该局域网600以与局域网500类似的方式实现IP语音电话设备的互连，并且包括更多类型的设备。配备了语音功能的膝上型计算机602并入了麦克风、扬声器和适当的软件，用于从本质上模拟IP电话机304的功能，同时还提供了方便的统一电子邮件和语音邮件消息传递的功能。通过语音网关606提供了到公共交换电话网(PSTN)604的访问。语音网关606可以是一个被适当编程的计算机系统，例如是Cisco VG200语音网关。语音网关606还可以提供到传真线路或传真机608的连通性，以及通过PBX 612到传统电话机10的连通性。
虽然上面已经主要参考语音功能描述了本发明的功能，但是本发明还可以应用于视频会议、网络会议会话等等。所有这些功能都可以使用在OSC中进行操作的LAN来实现。媒体集中服务器可能能够支持视频会议、网络会议等等。用户还可以访问在线的训练手册、视频等等，并且一般地还可以访问用于保持和操作WDM链路的信息。
还想到了以下方案，即可以极大地扩展OSC的带宽，例如扩展到100Mbps。于是，将因此提高可用的LAN带宽，并极大地方便了利用视频交互的应用。交换机和集线器带宽将会被适当地扩展，并且将可获得100Base-T连接。
已经看到，本发明的实施例可以在WDM系统的地理上分布的多个站点之间提供诸如语音通信一类的实时通信。可以在低成本、相对小的空间消耗以及无需使用IP(第3层)路由器的条件下提供这种实时通信能力。
虽然已经根据示出的实施例对本发明进行了描述，但是本领域的普通技术人员将容易地认识到，不脱离本发明的范围，可以对实施例做出多种改变。因此，上述描述中所包含的以及附图中所示出的所有内容都应该从示例性，而不是限制性的意义上来解释。例如，OSC可以通过共用单一波长，或通过以载荷数据调制多个波长来实现。

Claims (18)

1.一种用于在波分复用系统中的站点处提供媒体访问的方法，所述方法包括：
提供到局域网的连通性，所述局域网将所述波分复用系统中的多个物理上分开的站点互连起来，所述局域网经由所述波分复用系统的光服务信道来实现；以及
经由所述局域网，与另一个站点交换媒体包，
其中，所述交换媒体包的步骤包括：
接收光信号；
使所述光服务信道与所述光信号隔离开；
与所述光服务信道交换以太网帧；
生成利用光服务信道数据调制后的光信号；以及
将所述利用光服务信道数据调制后的光信号添加到所述光信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述媒体包包括IP语音包。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述媒体包被封装在以太网帧内，每个所述以太网帧具有与所述媒体包的IP目的地地址相对应的关联以太网MAC层地址。
4.如权利要求1所述的方法，其中提供步骤包括：
经由以太网交换机提供连通性。
5.如权利要求1所述的方法，其中交换媒体包步骤包括：
采用媒体集中服务器。
6.如权利要求1所述的方法，其中交换媒体包步骤包括：
采用IP语音电话机。
7.一种位于波分复用系统中的站点处的装置，用于经由所述波分复用系统的光服务信道，与另一个站点交换媒体信息，所述装置包括：
提供了到局域网的连通性的局域网访问设备，所述局域网经由光服务信道，将所述波分复用系统的多个站点互连起来，所述局域网访问设备被配置用于接收光信号，使所述光服务信道与所述光信号隔离开，与所述光服务信道交换以太网帧，生成利用光服务信道数据调制后的光信号，以及将所述利用光服务信道数据调制后的光信号添加到所述光信号；以及
经由所述局域网，与所述另一个站点交换媒体IP包的媒体设备。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述局域网访问设备包括以太网交换机。
9.如权利要求7所述的装置，其中所述局域网访问设备包括以太网集线器。
10.如权利要求7所述的装置，其中所述媒体设备包括IP语音电话机。
11.如权利要求7所述的装置，其中所述媒体设备包括媒体集中服务器。
12.如权利要求7所述的装置，其中所述媒体IP包被封装在以太网帧内，每个所述以太网帧具有与所述媒体包的IP目的地地址相对应的关联以太网MAC层地址。
13.一种用于在波分复用系统中的站点处提供媒体访问的装置，所述装置包括：
用于提供到局域网的连通性的装置，所述局域网将所述波分复用系统中的多个物理上分开的站点互连起来；以及
用于经由所述局域网，与另一个站点交换媒体包的装置，
其中，所述用于交换的装置包括：
用于接收光信号的装置；
用于使所述光服务信道与所述光信号隔离开的装置；
用于与所述光服务信道交换以太网帧的装置；
用于生成利用光服务信道数据调制后的光信号的装置；以及
用于将所述利用光服务信道数据调制后的光信号添加到所述光信号的装置。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述媒体包包括IP语音包。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述媒体包被封装在以太网帧内，每个所述以太网帧具有与所述媒体包的IP目的地地址相对应的关联以太网MAC层地址。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述用于提供的装置包括：
用于经由以太网交换机提供连通性的装置。
17.如权利要求13所述的装置，其中所述用于交换媒体包的装置包括：
媒体集中服务器。
18.如权利要求13所述的装置，其中所述用于交换媒体包的装置包括：
IP语音电话机。
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