專利名稱：寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
目前我國電信網(wǎng)上使用的交換機基本上都是程控電話交換機，在大城市中的程控交換機一般為具有綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN功能的交換機，其基本技術(shù)是基于電路交換技術(shù)實現(xiàn)的。由于基于電路方式的通信網(wǎng)中，終端和交換技術(shù)都比較簡單，時延容易保證，因此基于電路方式的通信系統(tǒng)在過去很長時間里一直是通信網(wǎng)(特別是電信網(wǎng)〕的主流。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，用戶業(yè)務(wù)通過低速線路連接到交換機，交換機用戶級再將它們復(fù)用到高速時分復(fù)用TDM總線上處理。在通信進行過程中，用戶線路、交換資源、傳輸資源都是被用戶獨占的。
現(xiàn)有的電信網(wǎng)主要用于傳送話音，參見

圖1。電話機1用戶通過用戶線連至交換機1的用戶級。用戶級完成對用戶話機的饋電、話音信號的數(shù)模變換、電壓保護等功能。并對用戶話音信號經(jīng)過處理后通過內(nèi)部高速時分復(fù)用TDM總線送到交換矩陣，交換矩陣再將話音信號交換到中繼單元。當(dāng)用戶話音數(shù)據(jù)經(jīng)過傳輸網(wǎng)被送到交換機2時，經(jīng)過類似的過程被送到用戶電話機2。這種網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時，需要給數(shù)據(jù)終端(如圖1中的計算機)連接調(diào)制解調(diào)器。數(shù)據(jù)庫(如圖1中的服務(wù)器)則通過訪問服務(wù)器連接到電話網(wǎng)中。當(dāng)然還有其它方法可以利用電話網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，但其基本原理是一致的，即在傳輸數(shù)據(jù)前要建立一條電路連接或利用專線建立起通信雙方之間的電路連接，然后利用此連接傳輸用戶數(shù)據(jù)。這樣的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有許多缺點。
首先，交換是以用戶線路物理帶寬為單位進行處理的，導(dǎo)致節(jié)點容量很難提高，一般交換節(jié)點只有16K×16K或更低的交換能力。交換節(jié)點的交換能力是按用戶話務(wù)量分布及允許一定的呼損概率設(shè)計的。這種網(wǎng)絡(luò)的可擴充性非常差。因此網(wǎng)絡(luò)剛剛建成幾年，就會由于用戶話務(wù)量分布發(fā)生較大變化。而使呼損加大。
直接或間接以物理帶寬來區(qū)分用戶，使許多用戶無法統(tǒng)計共享網(wǎng)絡(luò)資源，造成網(wǎng)絡(luò)資源成百倍的浪費，不利于處理突發(fā)業(yè)務(wù)。另外，用戶帶寬是分級的、固定的，不利于用戶動態(tài)調(diào)整所占用的網(wǎng)絡(luò)物理資源，不利于用戶對業(yè)務(wù)多樣性的需求。
用戶線路是模擬的，而傳輸系統(tǒng)是數(shù)字的，用戶信息接入到交換機要進行模數(shù)變換，用戶信息在傳送給用戶之前又要進行數(shù)模變換，造成大量的資源浪費。特別是當(dāng)數(shù)據(jù)終端接入網(wǎng)絡(luò)時要經(jīng)過數(shù)模變換，到交換機又要進行模數(shù)變換，離開交換機還要進行數(shù)模變換，到達數(shù)據(jù)終端再要進行模數(shù)變換，浪費了大量的網(wǎng)路資源。另外，模擬用戶的接入給網(wǎng)絡(luò)防雷擊、電保護和電能消耗等方面增加了許多投資。用戶物理帶寬速率范圍太窄，無法開通寬帶業(yè)務(wù)。
本發(fā)明的目的是提供一種可以克服現(xiàn)有電信網(wǎng)的種種缺陷，利用當(dāng)代計算機技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而實現(xiàn)的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的其是由若干個被稱為寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)的子系統(tǒng)互連或由若干個寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)與現(xiàn)有的傳統(tǒng)電信網(wǎng)互連所組成，其中寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)是由網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU、中繼單元TU、用戶交換單元SSU和用戶單元SU組成的。
所述的用戶單元SU是由若干個寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字化智能終端TE和以太網(wǎng)連接設(shè)備構(gòu)成的，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)主機也可以作為一般用戶接入到用戶單元SU中。
所述的用戶單元SU有下述幾種物理連接形式利用同軸電纜直接組成總線式網(wǎng)絡(luò)，并通過中繼器延伸其復(fù)蓋范圍；利用集線器實現(xiàn)較集中的用戶的連接，此時可以直接使用雙絞線接口；同軸電纜接口和雙絞線接口可以根據(jù)具體情況混合使用或分別使用。
所述的用戶交換單元SSU是基于層2或?qū)?交換技術(shù)的快速以太網(wǎng)交換機。其主要完成不同用戶單元SU之間的用戶話音分組交換、用戶話音分組到中繼單元TU的交換、用戶管理信息及信令信息到網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU的交換。
所述的中繼單元TU是用于連接若干個子網(wǎng)或子網(wǎng)與傳統(tǒng)電信網(wǎng)的、位于用戶交換單元中的一塊插卡或用戶交換單元到其它網(wǎng)絡(luò)的互通單元IWF，所述的中繼單元可以分為兩大類用于連接電信網(wǎng)的中繼單元和用于連接其它同類子網(wǎng)或Internet的中繼單元。
所述的網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU是由用戶管理服務(wù)器、子網(wǎng)管理服務(wù)器和呼叫信令處理服務(wù)器所組成。
所述的用戶管理服務(wù)器主要具有下述功能用戶注冊、用戶監(jiān)權(quán)、用戶數(shù)據(jù)動態(tài)更新、用戶測試與監(jiān)控和用戶地址解析；所述的子網(wǎng)管理服務(wù)器主要具有下述功能網(wǎng)路流量統(tǒng)計與分析、計費、用戶交換單元路由調(diào)度與配置、用戶交換單元及終端等設(shè)備管理和用戶設(shè)備測試；所述的呼叫信令處理服務(wù)器主要具有下述功能呼叫申請受理、呼叫接續(xù)處理、呼叫狀態(tài)監(jiān)視及呼叫數(shù)據(jù)收集。
其中話音數(shù)據(jù)通道利用專用的TCP/IP端口號傳輸話音數(shù)據(jù)，控制管理通道利用專用的TCP/IP端口號傳輸控制管理信息。
網(wǎng)絡(luò)管理單元中的用戶管理服務(wù)器完成的地址解析包括有被叫用戶個人號碼到該用戶電話號碼的地址解析，被叫用戶個人域名或用戶個人號碼到其IP地址的地址解析，主叫IP地址或MAC地址到其電話號碼的地址解析，主叫用戶電話號碼到其IP地址的地址解析。
用戶鑒權(quán)是通過鑒權(quán)算法實現(xiàn)的；用戶鑒權(quán)算法原理如下網(wǎng)絡(luò)管理單元產(chǎn)生一個隨機數(shù)，在鑒權(quán)命令消息中傳送給用戶，用戶密碼不在用戶和網(wǎng)絡(luò)管理單元之間傳遞，終端和網(wǎng)絡(luò)管理單元分別為此用戶存儲一個計數(shù)器，利用收到的隨機數(shù)，由計數(shù)器和用戶密碼共同計算鑒權(quán)結(jié)果，鑒權(quán)成功則計數(shù)器更新。
系統(tǒng)防范非法用戶侵入的另一種方法是由用戶交換單元取出包含在IP包中的源IP地址及目的IP地址，并與緩存的IP地址對進行比較，只有經(jīng)過緩存的IP地址對，即經(jīng)過業(yè)務(wù)接入鑒權(quán)的通信過程才能獲得服務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)管理單元通過用戶交換單元監(jiān)視子網(wǎng)中終端的IP地址使用情況，如果出現(xiàn)相同IP地址對應(yīng)不同MAC地址時，網(wǎng)絡(luò)管理單元應(yīng)主動發(fā)起用戶鑒權(quán)來獲得合法用戶的MAC地址，并丟棄非法用戶發(fā)送來的IP包。
網(wǎng)絡(luò)管理單元在判斷用戶是否合法后，還要根據(jù)用戶優(yōu)先級及當(dāng)前子網(wǎng)流量情況判斷用戶服務(wù)是否被受理。
系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)管理單元NMC向終端發(fā)送測試消息的方法，識別用戶摘、掛機狀態(tài)。
本發(fā)明的主要優(yōu)點是在本發(fā)明子網(wǎng)內(nèi)或由本發(fā)明子網(wǎng)互連組成的通信網(wǎng)中，完全采用基于分組的傳輸與交換技術(shù)，便于多用戶統(tǒng)計復(fù)用物理傳輸資源。特別是用戶在通信過程中不會單獨固定占用特定的物理資源，極大地提高了傳輸介質(zhì)的利用率，能有效地處理突發(fā)業(yè)務(wù)。
交換節(jié)點以幀方式處理和交換用戶數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)計復(fù)用，交換節(jié)點的單位接口速率在10Mbps以上，方便節(jié)點實現(xiàn)大容量，可以使用目前的硬件交換技術(shù)(如異步轉(zhuǎn)移模式ATM、千兆以太網(wǎng)技術(shù)、光交換技術(shù)等〕實現(xiàn)上千兆比甚至上兆兆比的交換節(jié)點。并且交換節(jié)點容量可以動態(tài)擴充，新擴充的交換資源可被原有用戶使用。
從終端應(yīng)用到用戶線傳輸及交換都采用數(shù)字方式，省去了復(fù)雜的模擬用戶級，使數(shù)字化系統(tǒng)進一步延伸到用戶端，有助于提高通信質(zhì)量和通信經(jīng)濟效益，并在防干擾、抗雷擊、電力消耗及保護電路等方面可以節(jié)省大量投資。整個系統(tǒng)可以利用現(xiàn)成的數(shù)字芯片和成熟的計算機技術(shù)來實現(xiàn)，具有很高的性能價格比。
可以提供0到10Mbps、甚至更高的無級帶寬，能適應(yīng)話音、數(shù)據(jù)查詢、視頻點播等多種業(yè)務(wù)，并且用戶可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況動態(tài)調(diào)整所占用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。實現(xiàn)真正的數(shù)字化和寬帶化。
能兼容TCP/IP網(wǎng)，適應(yīng)當(dāng)今通信技術(shù)發(fā)展。減少用戶在Modem類設(shè)備上的投資。
可以由終端和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器共同實現(xiàn)通信系統(tǒng)的智能化，包括用戶查找、用戶鑒權(quán)、業(yè)務(wù)邏輯定義、用戶身份識別及防范非法用戶等，從而實現(xiàn)真正意義上的智能網(wǎng)。
下面結(jié)合附圖進一步介紹本發(fā)明的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)、工作原理和其主要規(guī)程圖1是現(xiàn)有的電話交換系統(tǒng)示意圖；圖2是本發(fā)明寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中的用戶單元系統(tǒng)組成示意圖；圖4是本發(fā)明直接利用MAC幀封裝話音分組示意圖；圖5是本發(fā)明利用IP包封裝話音分組示意圖；圖6是本發(fā)明系統(tǒng)中話音通道和用戶控制信息通道的示意圖。
參見圖2，本發(fā)明是一種寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換網(wǎng)，其是由若干個被稱為寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)的子系統(tǒng)互連或由若干個寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)與現(xiàn)有的傳統(tǒng)電信網(wǎng)PSTN/INTRANET互連所組成，其中寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)是由網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU、中繼單元TU、用戶交換單元SSU和用戶單元SU所組成的。
其中用戶單元SU是由若干個寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字化智能終端TE和以太網(wǎng)連接設(shè)備構(gòu)成的，作為本發(fā)明系統(tǒng)中的基本用戶單元的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字化智能終端TE的家族可以是計算機、寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字化智能電話機或其他數(shù)字通信設(shè)備，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)主機也可以作為一般用戶接入到用戶單元SU中?，F(xiàn)在初步設(shè)計用戶單元SU內(nèi)可以設(shè)有60個寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字化智能終端TE，其中可以允許12個數(shù)字化智能終端TE同時進行雙向話音通信。
參見圖3，用戶單元SU根據(jù)用戶終端的分布特點，可以采用不同的組網(wǎng)方式。用戶單元SU有下述幾種物理連接形式利用同軸電纜直接組成總線式網(wǎng)絡(luò)，通過中繼器可以將復(fù)蓋范圍延伸到上千米距離，可以用于提供樓宇之間的連接，或分散用戶之間的連接。利用集線器HUB可方便地實現(xiàn)較集中的用戶的連接，如大樓內(nèi)部的連接，此時可以直接使用雙絞線接口；同軸電纜接口和雙絞線接口可以根據(jù)具體情況混合使用或分別使用。
本發(fā)明的用戶交換單元SSU是基于層2或?qū)?交換技術(shù)的快速以太網(wǎng)交換機。其主要完成不同用戶單元SU之間的用戶話音分組交換、用戶話音分組到中繼單元TU的交換、用戶管理信息及信令信息到網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU的交換。用戶交換單元直接交換MAC包，話音分組、用戶管理信息、信令等消息在用戶交換單元中是透明的，用戶交換單元SSU負責(zé)監(jiān)視這些業(yè)務(wù)流量在子網(wǎng)中的分布狀況，其主要功能是MAC地址自學(xué)習(xí)，MAC包尋址與交換以及流量監(jiān)視。
本發(fā)明的中繼單元TU用于連接多個子網(wǎng)或子網(wǎng)與傳統(tǒng)電信網(wǎng)(如公用電話交換網(wǎng)PSTN、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)DDN等)。根據(jù)實際應(yīng)用情況不同，中繼單元可以分為兩大類一種用于連接電信網(wǎng)，另一種用于連接其它同類子網(wǎng)或Internet的中繼單元。該中繼單元TU可以是用戶交換單元SSU中的一塊插卡或戶交換單元SSU到其它網(wǎng)絡(luò)的互通單元IWF。
用于連接電信網(wǎng)的中繼單元是將話音分組中的話音數(shù)據(jù)插入PCM傳輸通道的時隙TS中，并處理和調(diào)整話音延時與抖動、話音時鐘恢復(fù)等功能?？梢圆捎妙愃艫TM電路仿真技術(shù)，去掉分組頭，取出話音數(shù)據(jù)并還原話音時鐘。該中繼單元采用的接口可以是E1接口，因為目前電話網(wǎng)上的局間中繼線多為此種接口。E1接口可以分群使用，如V5.2接口，也可以單獨使用。用于連接電信網(wǎng)的中繼單元內(nèi)應(yīng)包含七號信令處理模塊。
連接其它同類子網(wǎng)或Internet的中繼單元應(yīng)使用目前廣為使用的寬帶高速接口，如100M以太網(wǎng)接口、千兆比以太網(wǎng)接口、幀中繼FR接口、異步轉(zhuǎn)移模式ATM接口、同步數(shù)字復(fù)接SDH接口或窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)基群速率30B+D接口。距離短時可以采用以太網(wǎng)接口，因價格相對便宜些；距離遠時，應(yīng)采用電信網(wǎng)接口，此時，需在子網(wǎng)兩端邊界設(shè)置網(wǎng)絡(luò)互通設(shè)備，這樣可以節(jié)省傳輸設(shè)備投資費用。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU是由用戶管理服務(wù)器、子網(wǎng)管理服務(wù)器和呼叫信令處理服務(wù)器組成。上述這些服務(wù)器可以在一個PC機或工作站中實現(xiàn)，也可以在多個PC機或工作站中實現(xiàn)。根據(jù)子網(wǎng)規(guī)模大小不同，網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU的性能可以靈活配置，還可以動態(tài)升級。其中用戶管理服務(wù)器主要完成以下功能用戶注冊當(dāng)用戶提出業(yè)務(wù)申請時，運營者應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU的數(shù)據(jù)庫中增加該用戶業(yè)務(wù)特征描述。用戶業(yè)務(wù)特征描述包括用戶電話號碼、用戶個人域名、用戶個人號碼、IP地址、密碼、業(yè)務(wù)要求等參數(shù)。其中，業(yè)務(wù)要求包括用戶優(yōu)先級和服務(wù)類型。
在用戶終端向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起業(yè)務(wù)申請時，由用戶管理服務(wù)器負責(zé)對用戶的合法性進行鑒權(quán)，即根據(jù)用戶注冊的業(yè)務(wù)特性參數(shù)對用戶任何業(yè)務(wù)申請的合法性作出判定，確定該用戶是否擁有所申請業(yè)務(wù)的資格。并緩存用戶終端MAC地址。
用戶業(yè)務(wù)特征數(shù)據(jù)的動態(tài)更新用戶管理服務(wù)器可以在用戶運行期間對其密碼、業(yè)務(wù)特征等參數(shù)進行修改。
子網(wǎng)中的用戶測試與監(jiān)控包括用戶摘、掛機狀態(tài)，用戶連接線路狀態(tài)、用戶終端連接狀態(tài)。
用戶地址解析即根據(jù)被叫用戶標(biāo)識信息(如被叫用戶電話號碼、用戶個人域名、用戶個人號碼等)查找被叫用戶的IP地址，或到達被叫用戶的端口IP地址，主叫IP地址或MAC地址到其電話號碼的地址解析，以及主叫用戶電話號碼到其IP地址的地址解析。
其中呼叫信令處理服務(wù)器主要完成以下功能呼叫申請受理呼叫信令處理服務(wù)器負責(zé)處理用戶連接建立申請消息，根據(jù)用戶登記的業(yè)務(wù)特征、網(wǎng)絡(luò)流量狀況來判斷用戶呼叫申請是否被接受。
呼叫接續(xù)處理根據(jù)被叫用戶信息確定如何接續(xù)該呼叫，并產(chǎn)生、處理信令消息。
呼叫狀態(tài)監(jiān)視和呼叫數(shù)據(jù)收集。
其中子網(wǎng)管理服務(wù)器主要完成以下功能網(wǎng)路流量統(tǒng)計與分析，服務(wù)質(zhì)量檢測；計費與計費數(shù)據(jù)維護；用戶交換單元路由調(diào)度與配置；用戶交換單元SSU及中繼單元TU等設(shè)備管理(如設(shè)備告警顯示、記錄與處理等)；以及用戶設(shè)備測試。
參見圖4和圖5，下面介紹本發(fā)明系統(tǒng)的工作原理及其主要規(guī)程本發(fā)明系統(tǒng)的話音分組的產(chǎn)生與封裝首先是在終端內(nèi)部將語音信號通過聲電變換、PCM編碼等處理，編碼成64Kbps的語音數(shù)據(jù)連續(xù)比特流。再將該語音數(shù)據(jù)分割成為合適長度的語音數(shù)據(jù)分組后。才能在以太網(wǎng)上傳輸。此時，話音數(shù)據(jù)分組要封裝在MAC包或IP包中。圖4給出了話音數(shù)據(jù)分組在MAC包中封裝的原理，圖5給出了話音數(shù)據(jù)分組在IP包中封裝的原理?？缭阶泳W(wǎng)傳輸或多種業(yè)務(wù)在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)共存時，建議采用圖5所示的封裝方法。以便利用專用的TCP/IP端口號來傳輸話音分組。
話音分組是由終端產(chǎn)生并封裝在IP包中，承載話音分組的IP包在由本發(fā)明系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)中傳輸時采用數(shù)據(jù)包UDP協(xié)議，因為話音對數(shù)據(jù)丟失不敏感，對時延及時延抖動敏感。當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失時，收話一方的終端應(yīng)主動插入噪音信號。
當(dāng)收話方是傳統(tǒng)電話時，承載話音分組的IP包將被送到發(fā)話方所在的子網(wǎng)中連接電信網(wǎng)的中繼單元。如果發(fā)話方所在的子網(wǎng)沒有連接電信網(wǎng)的中繼單元，承載話音分組的IP包將被送到最近的有連接電信網(wǎng)的中繼單元的子網(wǎng)中，再由該子網(wǎng)送到其中繼單元中。在連接電信網(wǎng)的中繼單元中話音數(shù)據(jù)被恢復(fù)，并被插入到中繼線的時隙中。當(dāng)發(fā)生話音分組丟失時，由該中繼單元負責(zé)插入噪音。連接電信網(wǎng)的中繼單元應(yīng)該從與其相連的傳統(tǒng)電話交換機或傳輸設(shè)備中提取時鐘，以便用于從承載話音分組的IP包中恢復(fù)話音業(yè)務(wù)時鐘。
話音分組是由終端產(chǎn)生并封裝在IP包中，在本發(fā)明系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)中承載話音分組的IP包傳輸時采用數(shù)據(jù)包UDP協(xié)議，因為話音對數(shù)據(jù)丟失不敏感，對時延及時延抖動敏感。當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失時，收話一方的終端應(yīng)主動插入噪音信號。
當(dāng)收話方是傳統(tǒng)電話時，承載話音分組的IP包將被送到發(fā)話方所在的子網(wǎng)中連接電信網(wǎng)的中繼單元。如果發(fā)話方所在的子網(wǎng)沒有連接電信網(wǎng)的中繼單元，承載話音分組的IP包將被送到最近的有連接電信網(wǎng)的中繼單元的子網(wǎng)中，再由該子網(wǎng)送到其中繼單元中。在連接電信網(wǎng)的中繼單元中話音數(shù)據(jù)被恢復(fù)，并被插入到中繼線的時隙中。當(dāng)發(fā)生話音分組丟失時，此中繼單元負責(zé)插入噪音。連接電信網(wǎng)的中繼單元應(yīng)該從與之相連的傳統(tǒng)電話交換機或傳輸設(shè)備中提取時鐘用于從承載話音分組的IP包中恢復(fù)話音業(yè)務(wù)時鐘。
參見圖6所示的本發(fā)明系統(tǒng)中的控制管理信道與話音數(shù)據(jù)信道的示意圖，圖中粗實線表示用戶話音數(shù)據(jù)信道，虛線表示用戶控制管理信道。用戶話音數(shù)據(jù)信道用于傳輸用戶話音分組，數(shù)據(jù)鏈路層使用MAC幀格式。用戶終端中的網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器根據(jù)MAC地址收發(fā)數(shù)據(jù)。上層軟件取出封裝在MAC包中的話音分組進行處理。如圖所示，同一用戶單元內(nèi)部的話音通道不經(jīng)過用戶交換單元，也不經(jīng)過中繼單元；在同一子網(wǎng)內(nèi)部的不同用戶單元的話音通道要經(jīng)過用戶交換單元，但不經(jīng)過中繼單元；不同子網(wǎng)之間的話音通道既經(jīng)過用戶交換單元，也經(jīng)過中繼單元。話音數(shù)據(jù)信道利用專用的TCP/IP端口號來傳輸話音分組。
控制管理信道要占用一個或兩個專用的TCP/IP端口號，用于傳送用戶控制管理信息與信令信息。網(wǎng)絡(luò)管理單元和用戶終端構(gòu)成Server/Client結(jié)構(gòu)。
當(dāng)使用本發(fā)明終端的用戶摘機時，用戶終端將向網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU發(fā)出呼叫申請消息，呼叫申請消息應(yīng)包含主叫用戶的標(biāo)識號碼和密碼等參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU根據(jù)用戶提供的IP地址等參數(shù)判定該用戶是否非法侵入，然后網(wǎng)絡(luò)管理單元根據(jù)所掌握的網(wǎng)絡(luò)流量狀況信息及用戶業(yè)務(wù)優(yōu)先級，判斷該用戶業(yè)務(wù)申請是否被受理。最后網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU向主叫用戶發(fā)送呼叫被受理或被拒絕消息。主叫終端根據(jù)此消息向用戶發(fā)送相應(yīng)通知音。
連接電信網(wǎng)的中繼單元會收到來自傳統(tǒng)電話的呼叫申請。連接電信網(wǎng)的中繼單元中的七號信令單元可以接受來自傳統(tǒng)電話網(wǎng)的呼叫申請，根據(jù)信令消息網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU可以獲得被叫用戶的標(biāo)識信息。再根據(jù)該用戶的狀態(tài)信息、業(yè)務(wù)參數(shù)配置、主叫用戶號碼，并綜合子網(wǎng)內(nèi)流量分布情況等因素判斷呼叫是否被接受。并根據(jù)此判斷結(jié)果向PSTN方傳送相應(yīng)的應(yīng)答信令信息。
在本發(fā)明組成的系統(tǒng)中，被叫用戶可以使用用戶電話號碼、用戶個人域名或用戶個人號碼等不同形式的用戶標(biāo)識信息。用戶在呼叫對方時只需要撥打上述號碼中的任何一種。網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU可以自動完成地址解析。本發(fā)明的地址解析有以下幾種情況傳統(tǒng)電話作為被叫用戶時，用戶個人號碼到電話號碼的地址解析網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU根據(jù)被叫用戶個人號碼在分布式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中查找被叫用戶的電話號碼。根據(jù)被叫用戶的電話號碼選擇合適的路由，向PSTN側(cè)發(fā)起呼叫。
傳統(tǒng)電話作為被叫用戶時，IP地址或MAC地址到電話號碼的地址解析當(dāng)需要傳送主叫用戶號碼時，網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU還要根據(jù)主叫用戶的IP地址或MAC地址查找主叫用戶的電話號碼。在向PSTN側(cè)發(fā)送信令消息時，將此號碼傳送給PSTN側(cè)。
傳統(tǒng)電話作為主叫用戶時，中繼單元TU中的七號信令負責(zé)信令協(xié)議處理。如果網(wǎng)絡(luò)管理單元認為呼叫可以被接受時，它會根據(jù)被叫用戶的電話號碼查找該用戶的IP地址。在建立呼叫后，網(wǎng)絡(luò)管理單元會配置中繼單元將由此呼叫接收到的、來自PSTN側(cè)的話音連續(xù)比特流發(fā)送到該IP地址。
主、被叫用戶都是本發(fā)明系統(tǒng)中的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字化智能話機時，被叫用戶的個人域名或用戶個人號碼到IP地址的地址解析過程網(wǎng)絡(luò)管理單元根據(jù)被叫用戶的個人域名或個人號碼查找被叫用戶的IP地址，并將此信息傳送給主叫用戶，主叫用戶根據(jù)被叫用戶的IP地址發(fā)送話音分組。
當(dāng)被叫是本發(fā)明所述智能終端時，用戶在發(fā)起呼叫時利用專用的地址解析消息向用戶管理服務(wù)器發(fā)送地址解析申請消息。在地址解析申請消息中包含有被叫話機的E.164用戶電話號碼、用戶個人域名或用戶個人號碼。地址解析申請消息作為一種呼叫信令消息，利用呼叫信令消息占用的專用TCP/IP端口號傳輸?shù)接脩艄芾矸?wù)器。用戶管理服務(wù)器根據(jù)被叫話機的標(biāo)識信息(如被叫話機的E.164用戶電話號碼、用戶個人域名或用戶個人號碼)，進行地址解析查找被叫話機的IP地址。如果查詢到被叫話機的IP地址，用戶管理服務(wù)器將向主叫話機發(fā)送確認的地址解析響應(yīng)，并在響應(yīng)中包含被叫話機的IP地址。如果無法獲得被叫話機的IP地址，用戶管理服務(wù)器將向主叫話機發(fā)送拒絕響應(yīng)。主叫話機根據(jù)解析到的被叫話機的IP地址，在之后的話音分組傳輸中，以該IP地址為目的地址，占用話音分組專用的TCP/IP端口號，向被叫話機發(fā)送承載話音的IP包。地址解析消息也可以作為呼叫建立申請消息的一部分而發(fā)送給用戶管理服務(wù)器。在此情況下，主叫話機在獲得被叫話機的IP地址后可以直接發(fā)送話音分組。用戶管理服務(wù)器在向主叫話機發(fā)送地址解析響應(yīng)時，要考慮子網(wǎng)流量信息來判定是否為主叫話機用戶提供服務(wù)。
當(dāng)被叫是傳統(tǒng)電話機時，用戶在發(fā)起呼叫時要利用專用的地址解析消息向用戶管理服務(wù)器發(fā)送地址解析申請消息。在地址解析申請消息中包含被叫話機的E.164用戶電話號碼。地址解析申請消息作為一種呼叫信令消息，利用呼叫信令消息占用專用TCP/IP端口號傳輸?shù)接脩艄芾矸?wù)器。用戶管理服務(wù)器根據(jù)被叫話機的E.164用戶電話號碼，查找到公眾電話交換網(wǎng)PSTN側(cè)所經(jīng)過的第一個中繼端口的IP地址，并把此IP地址作為地址解析響應(yīng)發(fā)送給主叫話機。在之后的話音分組傳送中，主叫話機將此IP地址作為目的地址，占用話音分組專用的TCP/IP端口號發(fā)送承載話音分組的IP包。同樣地址解析消息也可以作為呼叫建立申請消息的一部分發(fā)送給用戶管理服務(wù)器。在此情況下，主叫話機在獲得被叫話機IP地址后，可以直接發(fā)送話音分組信息。用戶管理服務(wù)器在向主叫話機發(fā)送地址解析響應(yīng)時要考慮子網(wǎng)流量信息，并在建立PSTN側(cè)連接成功后，再向主叫話機發(fā)送確定的地址解析響應(yīng)。
在本發(fā)明組成的系統(tǒng)中，通話雙方可以都是寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字化智能話機，也可以有一方是傳統(tǒng)電話機終端。其連接建立與刪除的情況如下當(dāng)一方是傳統(tǒng)電話機時，PSTN側(cè)呼叫處理遵循七號信令。中繼單元TU可以看成是PSTN的遠端模塊、接入模塊或端局。本發(fā)明的子網(wǎng)中連接建立表現(xiàn)為中繼單元TU向指定的IP終端，在特定的TCP/IP端口號上發(fā)送承載話音數(shù)據(jù)的IP包。
當(dāng)雙方都是寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字化智能話機，連接建立表現(xiàn)為通話雙方都向指定的IP終端，在特定的TCP/IP端口號上應(yīng)用UDP協(xié)議發(fā)送承載話音數(shù)據(jù)的IP包。
呼叫結(jié)束時終端向網(wǎng)絡(luò)管理單元自動發(fā)送連接拆除消息，同時記錄呼叫描述信息，供記費使用。
當(dāng)用戶發(fā)起呼叫時，需要向網(wǎng)絡(luò)申請服務(wù)。在申請服務(wù)過程中用戶需要鑒權(quán)，只有合法用戶才能獲得地址解析服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU控制用戶交換單元SSU緩存并解析得到的該用戶及其被叫用戶的IP地址對。當(dāng)有IP包輸入到用戶交換單元SSU時，用戶交換單元取出包含在此IP包中的源IP地址及目的IP地址，并與緩存的IP地址對進行比較。只有經(jīng)過緩存的IP地址對，即經(jīng)過業(yè)務(wù)接入鑒權(quán)的通信過程才能獲得服務(wù)。沒有經(jīng)過鑒權(quán)的通信過程的IP包將被丟棄。
用戶鑒權(quán)是通過鑒權(quán)算法實現(xiàn)的。用戶鑒權(quán)算法原理如下用戶在申請業(yè)務(wù)時應(yīng)和業(yè)務(wù)提供者約定初始密碼K，該初始密碼K存放在網(wǎng)絡(luò)管理單元和用戶終端中，在鑒權(quán)過程中該初始密碼不在用戶和網(wǎng)絡(luò)管理單元間傳遞。這樣可以保護用戶密碼。在終端中存儲一個計數(shù)器Cu，在網(wǎng)絡(luò)管理單元中也為此用戶存儲一個計數(shù)器Cn，兩個計數(shù)器Cu和Cn的初始值為零。經(jīng)過一次成功的鑒權(quán)，終端存儲的計數(shù)器Cu和網(wǎng)絡(luò)管理單元中存儲的該用戶的計數(shù)器Cn分別加1。當(dāng)計數(shù)器大于某一最大值時，則計數(shù)器返回零。在鑒權(quán)開始時，網(wǎng)絡(luò)管理單元產(chǎn)生一隨機數(shù)R，利用隨機數(shù)R和密碼K，計數(shù)器Cn計算出鑒權(quán)結(jié)果并緩存于網(wǎng)絡(luò)管理單元中。網(wǎng)絡(luò)管理單元向用戶發(fā)送鑒權(quán)命令，在此命令消息中包含隨機數(shù)R。用戶終端收到鑒權(quán)命令后，利用收到的隨機數(shù)R，計數(shù)器Cu及用戶密碼K計算鑒權(quán)結(jié)果，在鑒權(quán)響應(yīng)中用戶只向網(wǎng)絡(luò)管理單元傳送此鑒權(quán)結(jié)果并更新計數(shù)器Cu。網(wǎng)絡(luò)管理單元將收到的鑒權(quán)結(jié)果與本地計算的鑒權(quán)結(jié)果相比較，如果相同則鑒權(quán)成功，網(wǎng)絡(luò)管理單元更新計數(shù)器Cn。否則為鑒權(quán)失敗。
網(wǎng)絡(luò)管理單元還通過用戶交換單元監(jiān)視子網(wǎng)中終端的IP地址使用情況，如果出現(xiàn)相同IP地址對應(yīng)不同MAC地址時，網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU應(yīng)主動發(fā)起用戶鑒權(quán)獲得合法用戶的MAC地址，并丟棄非法用戶發(fā)送來的IP包。
另外，可以通過網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU關(guān)閉用戶交換單元SSU中的一些TCP/IP端口號。非法的TCP/IP端口號所承載的IP包將被丟棄。網(wǎng)絡(luò)管理單元NMC還可以在需要時向終端發(fā)送測試消息，用戶終端要響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管理單元NMC測試消息，并報告自己的摘、掛機狀態(tài)。
權(quán)利要求
1．一種寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于其是由若干個被稱為寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)的子系統(tǒng)互連或由若干個寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)與現(xiàn)有的傳統(tǒng)電信網(wǎng)互連所組成，其中寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)是由網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU、中繼單元TU、用戶交換單元SSU和用戶單元SU組成的。
2．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于所述的用戶單元SU是由若干個寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字化智能終端TE和以太網(wǎng)連接設(shè)備構(gòu)成的，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)主機也可以作為一般用戶接入到用戶單元SU中。
3．如權(quán)利要求1或2所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于所述的用戶單元SU有下述幾種物理連接形式利用同軸電纜直接組成總線式網(wǎng)絡(luò)，并通過中繼器延伸其復(fù)蓋范圍；利用集線器實現(xiàn)較集中的用戶的連接，此時可以直接使用雙絞線接口；同軸電纜接口和雙絞線接口可以根據(jù)具體情況混合使用或分別使用。
4．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于所述的用戶交換單元SSU是基于層2或?qū)?交換技術(shù)的快速以太網(wǎng)交換機；其主要完成不同用戶單元SU之間的用戶話音分組交換、用戶話音分組到中繼單元TU的交換、用戶管理信息及信令信息到網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU的交換。
5．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于所述的中繼單元TU是用于連接若干個子網(wǎng)或連接子網(wǎng)與傳統(tǒng)電信網(wǎng)的、位于用戶交換單元中的一塊插卡或用戶交換單元到其它網(wǎng)絡(luò)的互通單元IWF。
6．如權(quán)利要求1或5所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于所述的中繼單元可以分為兩大類用于連接電信網(wǎng)的中繼單元和用于連接其它同類子網(wǎng)或Internet的中繼單元。
7．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于所述的網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU是由用戶管理服務(wù)器、子網(wǎng)管理服務(wù)器和呼叫信令處理服務(wù)器所組成。
8．如權(quán)利要求1或7所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于所述的用戶管理服務(wù)器主要具有下述功能用戶注冊、用戶合法性鑒權(quán)、用戶業(yè)務(wù)特征數(shù)據(jù)動態(tài)更新、用戶測試與監(jiān)控以及用戶地址解析。
9．如權(quán)利要求1或7所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于所述的子網(wǎng)管理服務(wù)器主要具有下述功能網(wǎng)路流量統(tǒng)計與分析、計費、用戶交換單元路由調(diào)度與配置、用戶交換單元及終端類設(shè)備管理和用戶設(shè)備測試；
10．如權(quán)利要求1或7所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于所述的呼叫信令處理服務(wù)器主要具有下述功能呼叫申請受理、呼叫接續(xù)處理、呼叫狀態(tài)監(jiān)視及呼叫數(shù)據(jù)收集。
11．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于其中話音數(shù)據(jù)通道利用專用的TCP/IP端口號傳輸話音數(shù)據(jù)，控制管理通道利用專用的TCP/IP端口號傳輸控制管理信息。
12．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于網(wǎng)絡(luò)管理單元中的用戶管理服務(wù)器完成的地址解析包括有被叫用戶個人號碼到該用戶電話號碼的地址解析，被叫用戶個人域名或用戶個人號碼到其IP地址的地址解析，主叫IP地址或MAC地址到其電話號碼的地址解析，主叫用戶電話號碼到其IP地址的地址解析。
13．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于用戶鑒權(quán)是通過鑒權(quán)算法實現(xiàn)的；用戶鑒權(quán)算法原理如下網(wǎng)絡(luò)管理單元產(chǎn)生一個隨機數(shù)，在鑒權(quán)命令消息中傳送給用戶，用戶密碼不在用戶和網(wǎng)絡(luò)管理單元之間傳遞，終端和網(wǎng)絡(luò)管理單元分別為此用戶存儲一個計數(shù)器，利用收到的隨機數(shù)，由計數(shù)器和用戶密碼共同計算鑒權(quán)結(jié)果，鑒權(quán)成功則計數(shù)器更新。
14．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)防范非法用戶侵入的另一種方法是由用戶交換單元取出包含在IP包中的源IP地址及目的IP地址，并與緩存的IP地址對進行比較，只有經(jīng)過緩存的IP地址對，即經(jīng)過業(yè)務(wù)接入鑒權(quán)的通信過程才能獲得服務(wù)。
15．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于網(wǎng)絡(luò)管理單元通過用戶交換單元監(jiān)視子網(wǎng)中終端的IP地址使用情況，如果出現(xiàn)相同IP地址對應(yīng)不同MAC地址時，網(wǎng)絡(luò)管理單元應(yīng)主動發(fā)起用戶鑒權(quán)來獲得合法用戶的MAC地址，并丟棄非法用戶發(fā)送來的IP包。
16．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于網(wǎng)絡(luò)管理單元在判斷用戶是否合法后，還要根據(jù)用戶優(yōu)先級及當(dāng)前子網(wǎng)流量情況判斷用戶服務(wù)是否被受理。
17．如權(quán)利要求1所述的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)管理單元NMC向終端發(fā)送測試消息的方法，識別用戶摘、掛機狀態(tài)。
全文摘要
一種寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換系統(tǒng),是由若干個被稱為寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)的子系統(tǒng)互連或由若干個寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)與現(xiàn)有的傳統(tǒng)電信網(wǎng)互連所組成,其中寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字交換子網(wǎng)是由網(wǎng)絡(luò)管理單元NMU、中繼單元TU、用戶交換單元SSU和用戶單元SU組成的。該系統(tǒng)完全采用基于分組的傳輸與交換技術(shù),可以實現(xiàn)多用戶統(tǒng)計復(fù)用物理傳輸資源,從終端應(yīng)用到用戶線傳輸及交換都采用數(shù)字方式,有助于提高通信質(zhì)量和通信經(jīng)濟效益,是一種真正意義上的寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字通信系統(tǒng)。
文檔編號H04L12/64GK1235455SQ9910555
公開日1999年11月17日 申請日期1999年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月12日
發(fā)明者羅宗貺, 王道誼 申請人:中信通信項目管理有限責(zé)任公司