网际协议语音设备与虚拟局域网关联的自动设置的制作方法

专利名称：网际协议语音设备与虚拟局域网关联的自动设置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于管理分布式网络中的VoIP(Voice-over-IP，网际协议语音)设备的VoIP技术。特别地，本发明涉及从网络节点向VoIP设备自动发送包括VLAN(虚拟局域网)标识符和物理连通性信息在内的系统属性的系统和方法。
背景技术：
在构建支持VoIP通信的数据网络时，通常希望把IP电话放置在与网络中其他数据设备分离的VLAN中。从而网络中的交换机更容易地提供正确传输VoIP呼叫所需的服务质量(QoS)处理。利用专用于VoIP业务的VLAN配置网络中的交换机。通过使用IEEE 802.1Q标记以及例如设备生成的以太帧中的VLAN值，标识IP电话所处的VLAN。在被赋值后，将VLAN值放置到IP电话发送的所有数据帧的帧头中。
不幸的是，为在交换机之间分发VLAN信息而定义的现有协议，没有提供用于通知最终用户使用哪个VLAN发送通信量的机制。因此，必须直接地或者通过网络管理工具在各VoIP电话中手工配置VLAN标识。此类操作不仅费时，而且有可能产生人为错误。如果将IP电话移动到不同的交换机，或者如果更改交换机的VoIP VLAN配置，则必须用新的VLAN重新配置IP电话，从而会增加负担。
例如，存在在交换机之间分发与各交换机上配置的VLAN有关的信息的机制，也存在为构造网络拓扑图而在交换机之间分发信息的机制。在IEEE标准802.1Q-1998-IEEE局域网和城域网标准中，IEEE统一了组地址解析协议(GARP)VLAN地址解析协议(GVRP)标准虚拟桥接局域网提供在网络交换机之间传送在此类交换机上配置的IEEE 802.1Q VLAN的信息以及在各交换机的哪个端口上配置这些VLAN的信息的机制。特别地，IEEE 802.1Q标准定义虚拟桥接LAN的体系结构，虚拟桥接LAN提供的服务，以及提供上述服务用到的协议和算法。然而，并没有定义从网络设备向终端系统传送VLAN配置信息的机制。
除向VoIP电话传送VLAN配置信息之外，还希望从电话向IP专用交换机(PBX)传送物理位置信息。例如，增强911解决方案要求诸如IP PBX之类的电话系统通过使用称为自动位置指示器(ALI)的机制，用911呼叫提供物理位置信息。ALI允许紧急救助提供商自动确定发出911呼叫的人员的物理位置。把物理位置信息与标识电话的电话号码关联起来的现有技术采用外部数据库。处理911呼叫时，PBX通过查询外部数据库，抽取与发出911呼叫的电话关联的物理位置信息。必须手工输入外部数据库中的位置信息，并且当某部电话移动到网络中的某个新位置而未手工更新数据库之前，上述位置信息是错误的。
因此，需要向IP电话自动传送VLAN信息以及在最小人工干预、最小延迟和最高准确性的情况下向中央存储器自动传送物理连通性信息的系统和方法。

发明内容
根据最佳实施方式的本发明，其特征在于一种方法，该方法包括在至少一台VoIP设备和网络中的另一个节点之间交换系统属性的步骤。在某些实施方式中，VoIP设备为一部IP电话，与IP电话可工作地连接的节点为相邻的交换设备，或者是在处理器、计算机或其他装置中包含的其他可寻址实体。VoIP电话最好为与例如企业网中使用的IP PBX协同工作的多台设备中的一台。
在IP电话和其他节点之间传送的系统属性包括但不限于以下信息之一在该网络中分配的VoIP VLAN的VLAN标识，交换设备标识，连接IP电话的插槽号和端口号。也可以将标识、插槽号和端口号传送到IP PBX，在此利用这些信息把端口连接的物理位置与该端口连接的IP电话关联起来。出现触发事件时，自动传输系统属性，从而无需手工配置系统属性。
在最佳实施方式中，系统属性交换包括两类消息，即，VoIP设备生成的称为VoIP设备标识消息的第一消息，以及作为响应由适当节点提供的称为VoIP设备标识应答的第二消息。VoIP设备标识消息向节点通知该设备实际上是一个为其保证VLAN指派的VoIP设备。作为响应，节点自动发送一个包含一个或多个系统属性的VoIP设备标识应答。在某些实施方式中，在(a)将IP电话可工作地连接到网络时，通常在初始化时，或者在(b)初始化交换设备时，自动生成VoIP设备标识消息。在后一种情况中，响应于节点初始化消息，亦即，使得相邻设备发出标识信息的交换设备通知消息，可以自动地发送VoIP设备标识消息。
在某些实施方式中，本发明的特征在于一个用于执行连通性信息交换的系统。该系统通常包括至少一台诸如IP电话之类的VoIP设备和诸如交换设备之类的网络设备。VoIP设备和节点适合于按上述方式自动地发送VoIP设备标识消息和VoIP设备标识应答。借助于执行连通性信息交换的系统，无需人工干预或只需很少人工干预，就能自动地配置用于该VoIP设备的VoIP VLAN，从而减轻配置VoIP网络所需的工作。如上所述，不进行人工干预也增加了用于向紧急响应人员报告IP电话用户物理位置的关系数据库的准确性。


以下举例说明本发明，本发明不受附图中图示的限制，其中
图1表示用于实施本发明最佳实施方式的分布式网络拓扑；图2是一个流程图，表示根据本发明的最佳实施方式初始化IP电话时，IP电话与交换设备之间的系统属性交换；图3是一个流程图，表示根据本发明的最佳实施方式初始化交换设备时或交换设备检测到所述设备的端口连接了新设备时，IP电话与交换设备之间的系统属性交换；以及图4表示可以根据本发明最佳实施方式生成的VoIP设备标识消息和VoIP标识应答的分组定义。
具体实施例方式
参照图1，该图表示用于实施本发明的分布式网络拓扑。网络拓扑100包括一个或多个子网110，后者例如可以包括内联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)和/或因特网。与IP电话102关联的子网110最好为以太网。子网110可工作地连接许多网络设备，包括一台或多台VoIP通信设备102、IP PBX 104、以及适合于执行OSI网络模型定义的2层和/或3层交换操作的桥接器或路由器之类的交换设备。
在最佳实施方式中，VoIP设备为IP电话，IP电话与使用会话发起协议(SIP)、实时协议(RTP)或其他替代语音通信协议的IPPBX 104和/或其他VoIP设备(未示出)协同工作。IP电话102通过交换设备108与IP PBX 104直接通信。如上所述，交换设备108简化了VoIP通信设备102与IP PBX之间或两台VoIP通信设备102之间的音频通信会话的形成和维护。在某些实施方式中，通信会话也支持音频和视频通信会话。
在最佳实施方式中，IP电话102支持VLAN标记协议，最好是802.1Q或适合的等效协议，以便在出站传输中插入VLAN标识符(VID)。例如，可以利用IP电话中的软件栈或利用网络接口卡插入802.1Q标记。
在现有系统中，必须由网络管理员手工配置IP电话102使用的VID，不仅劳动量大，而且容易引起人为错误。为克服上述限制，本文公开的几个实施方式提供自动发起交换(以下称为系统属性交换)的机制。系统属性交换包括VoIP设备102和相邻交换设备108之间的一条或多条消息或传输，目的是向VoIP设备发布将由该设备用于VoIP通信的一个或多个系统属性，包括适当的VID。在某些实施方式中，系统属性包括用于VoIP通信的VID，尽管系统属性交换还可以传送与IP电话102关联的交换设备标识、插槽号和端口号有关的信息。
当将IP电话102连接到子网110并初始化时，当初始化交换设备108时，或者当交换设备首次检测到与某个交换端口相连的IP电话102之类的设备存在时，可以开始连通性信息交换。
图2表示初始化IP电话时与IP电话交换系统属性的流程。在将电话插入网络110时，初始化IP电话102(步骤204)。在第一次将电话连接到子网110时，或者在子网110中重新部署IP电话时，进行上述处理。在两种情况中，IP电话102均发送VoIP设备标识(VDI)消息206。在此实施方式中，VDI消息206是构成系统属性交换的多次传输中的第一次传输。
VDI消息206的主要目的是宣布IP电话102的存在，即，将IP电话102确定为相邻交换设备108的VoIP设备。该设备作为VoIP设备的身份，对于将IP电话102容纳到为VoIP保留的VLAN中、并且一旦可能则将IP电话102加入到交换设备的转发表中的目的来说是重要的。在相邻交换设备108获悉安装了IP电话102之后，例如借助IP电话和PBX之间的独立消息交换，通知IP PBX IP电话102的存在。
在最佳实施方式中，IP电话102使用称为属性通告协议(AAP-Attribute Advertisement Protocol)的协议，生成VDI消息206。在支持AAP的网络设备(如IP电话102和相邻交换设备108)之间，利用AAP传送包含VID或其他属性在内的信息。尽管AAP可以包括一个或多个标准协议，但是AAP通常为特定厂商的网络设备支持的本地化解决方案，其中特定厂商的网络设备使用该厂商的各种设备支持的非标准信令约定。题目为“VLAN通告协议”的共同未决美国专利申请10/028,647讲授适合于本发明目的的通告协议，本文引用该申请作为参考。
图4所示的最佳实施方式的VDI消息206包括AAP版本号，AAP类型，VLAN标识，源端口，媒体访问控制(MAC)地址，标志字段，IP地址计数和IP地址，源主机名以及群集信息。VDI消息206的不同字段的目的如下a)版本号402，最好为1个字节，所赋的值将其区别于与其他AAP分组版本；b)AAP类型字段404，最好为1个字节，用于区分作为VDI消息的AAP消息与其他AAP消息类型；c)VID 406，最好为2个字节，通常用于指示MAC地址字段标识的设备的VLAN，因为IP电话102在传输时不了解该值，所以赋值为0；d)源端口408，最好为2个字节，通常用于指定连接电话的交换机端口。通常为连接IP电话的插槽号和端口号，因为不适用于IP电话102，所以其赋值为0；e)保留410，2个字节，本实施方式未使用；f)MAC地址412和414，最好为6个字节，用于指定源设备(IP电话102)的MAC地址；g)标志416，最好为1个字节，对于初始VDI分组其值为0；h)IP地址计数418，最好为1个字节，标识数据帧中包含的IP地址的数目，通常为1；i)IP地址420，最好为4字节的倍数，用于指定MAC地址标识的设备的IP地址。对于IP电话而言，初始消息的IP地址一般为0；j)源主机系统名称422，最好为32字节，用于指定源设备(IP电话102)的名称；以及k)保留424，16字节，在其他AAP消息中使用，在VDI消息中不使用。
在最佳实施方式中，因为传输时IP电话102并不了解交换设备108的MAC地址，所以将VDI消息206加入到具有特殊单点传送MAC地址的分组中。保留在某些实施方式中使用的MAC地址00-20-DA-00-70-04，用于设备之间的AAP通信，这些设备预先配置为识别此地址。另一方案是，可以使用广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF作为目的MAC地址。在收到后，将包含AAP帧头400的数据帧转发到负责识别入站AAP数据帧并生成适当响应的交换设备108中的AAP处理代理。
在收到时，交换设备108将VDI消息206转发到软件，由软件将源设备确定为VoIP电话。另外，交换设备还确定VDI消息206为必须利用其他信息予以响应的、会话方式中的前言。在步骤220中生成的响应是“VDI应答”208，该应答向IP电话102通知用于VoIP通信的交换设备108中的VLAN配置以及分配给该VLAN的802.1Q值，即VID 402。交换设备108为IP电话102指定的VLAN最好是特定子网段内专用于VoIP的惟一VLAN，然而熟练技术人员可以理解到，可以在企业网内为语音数据保留多个VLAN。
在最佳实施方式中，VDI应答208还包括“连通性信息”，通过把该信息与网络106的节点的地理分布关联起来，可以从地理上查明IP电话102的位置。在最佳实施方式中，连通性信息包括但不限于交换设备标识，以及IP电话102在其上与交换设备108连接的端口标识(例如包括插槽号和端口号)。最好在同一分组中向IP电话102传送上述VLAN信息和连通性信息，尽管也可以使用多个分组。另外，经由交换机控制台输入一条或多条配置消息，或从网络管理机构那里接收一条或多条配置消息，交换设备108了解用于VoIP的VLAN。
最佳实施方式的VDI应答208包括AAP版本号，AAP类型，VLAN标识，源端口，MAC地址，标志字段，总IP地址和IP地址，源主机名以及群集信息。VDI应答208字段的不同字段的目的如下a)版本号，最好为1个字节，所赋的值将其区别于其他AAP分组版本；b)AAP类型，最好为1个字节，用于区分作为VDI消息的AAP消息与其他AAP消息类型；c)VID，最好为2个字节，用于指示传输时VoIP设备使用的VLAN(端口的默认VLAN)；d)源端口，最好为2个字节，用于指定端口信息，最好为连接电话的源插槽号和端口号；e)保留，2个字节，本实施方式未使用；f)MAC地址，最好为6个字节，用于指定源设备即交换设备108的媒体访问控制(MAC)地址；g)标志，最好为1个字节，对于应答分组其值为1；h)IP地址计数，最好为1个字节，标识后续字段中包含的IP地址的数目，通常为1；i)IP地址，最好为4字节的倍数，用于指定交换设备108的IP地址；j)源主机系统名称，最好为32字节，用于指定源设备的名称，即交换设备108的系统名称；以及k)保留424，16字节，在其他AAP消息中使用，在VDI消息中不使用。
最佳实施方式中的VDI应答208使用与VDI消息206相同的帧格式，其中按上述方式修改其值。可以按照广播分组的方式，或者利用在IP电话的初始数据帧中接收的MAC地址，发送VDI应答帧。
在收到VDI应答208时，IP电话102生成VID记录。并在后续VoIP通信中包含该VID，直至重新配置VLAN或者在具有不同VoIPVLAN的不同位置中重新初始化IP电话。当与IP-PBX 104或公用交换电话网(PSTN)(未示出)相连的呼叫接收器响应(步骤224)包括连接请求消息210和212发起的入站和出站呼叫在内的上述通信时，导致连接应答214和216，连接应答引起语音通信消息218A和218B。
如果VDI应答208还包括连通性信息或其他系统属性，则IP电话102可以直接地或间接地向IP PBX 104或替代物理位置映射设备传送此类信息。例如，在某些实施方式中，IP PBX 104包含关系数据库106，关系数据库具有把交换机、插槽、端口号和网络106的节点的已知物理分布关联起来的数据表。最好是在初始化或安装所有VoIP设备时自动地更新数据库106，提供对IP电话102以及子网110内的所有其他VoIP设备的物理位置的实时访问。在输入IP PBX已知的设备分机号、MAC地址、交换设备标识、插槽号和/或端口号中的一个或多个时，数据库106或者更一般的IP PBX 104输出各IP电话102的物理位置。
因此，本发明的实施方式提供自动更新子网内的几乎所有VoIP设备的VID的方法和系统。本发明显著改进了依赖于手工输入VoIPVLAN配置的现有系统，其中现有系统容易出错，并且在移动、添加或变更IP电话后的某个时段内可能是错误的。
另一个实施方式包括结合了IEEE 802.1x的系统和方法，其中IEEE 802.1x提供控制和验证机制，以便管理IP电话102和交换设备108之间的访问。例如，通过使用可扩展验证协议(EAP)，在IP电话102和交换设备108之间交换的一条或多条消息可以包含与身份验证服务器协同使用的机器证书，以便管理对另一台设备的访问。可以对IP电话102进行编程或利用硬件实现身份验证服务器所需的证书，以便验证并分配VoIP VLAN，或者返回到IP电话102的802.1x消息中传送的VLAN分配。
本发明的另一个实施方式提供用于向VoIP设备提供物理连通性信息的方法，以便自动创建并更新包含有给定IP电话物理位置的数据库。普通方法依靠手工更新上述数据库，因此现有系统可能在911呼叫中提供错误的物理位置信息，从而导致紧急救助人员不能及时到达。在紧急响应情况中，快速、精确、清楚地确定人员的物理位置的能力具有生死攸关的重要性。
在图3所示的本发明的第二实施方式中，在初始化时，由交换设备108首先发起系统属性交换，其中初始化通常包括启动、引导、安装和重新安装。在初始化步骤304中初始化交换设备108之后，交换设备108自动地生成需要从其接口发送的交换设备初始化(SDI)消息305。SDI消息305使相邻设备发出响应，以便构造或更新交换设备108使用的连通表。在最佳实施方式中，SDI消息305使用与VDI应答208相同的帧格式，其中需要适当修改数据帧包含的值。
如标识步骤302所示，为了响应SDI消息305，IP电话102最好生成VoIP设备标识消息(最好为VDI消息306)。VDI消息306与VDI消息206实质上等同，其主要例外在于分组的目的地址包含交换设备108的MAC地址，而不是专用的AAP MAC地址。
在应答步骤322中，交换设备108利用VDI应答消息308响应VDI消息306。了解IP电话102标识的交换设备108最好发送适当的VID，并且在某些实施方式中，发送附加的连通性信息。在最佳实施方式中的VDI应答308与VDI应答208实质上相同。
与上述实施方式类似，当接收器(未示出)响应(步骤324)呼叫时，系统属性交换的完成，为基于连接请求消息310、312以及连接应答消息314、316而建立的入站呼叫或出站呼叫的后续语音通信318A、318B奠定了基础。此外，向IP PBX 104传送的连接请求消息310、312以及语音通信消息，包括交换设备108在VDI应答308中提供的VID。网络管理员用VoIP VID对交换设备108编程，或者交换设备108借助VLAN登记消息302向网络106中的其他节点学习。
尽管上述描述包含许多具体说明，但是不应将具体说明看作是对本发明范围的限制，它们仅仅提供了本发明最佳实施方式的某些示例。
因此，通过举例且无限制地公开了本发明，通过参照附属权利要求书确定本发明的范围。
权利要求
1.一种用于网际协议语音网络的虚拟局域网通告系统，该系统包括第一节点；以及通过局域网连接与第一节点通信的第二节点；其中第一节点向第二节点发送第一消息，第一消息足以使第二节点将第一节点识别为IP电话，并且其中第二节点向第一节点发送一条响应于第一消息的第二消息，用于标识为网际协议语音通信保留的虚拟局域网。
2.根据权利要求1的虚拟局域网通告系统，其中第一节点将标识的虚拟局域网附加到网际协议语音通信中第一节点发送的分组中。
3.根据权利要求1的虚拟局域网通告系统，其中在将第一节点可工作地连接连接到第二节点时，第一节点自动地发送第一消息。
4.根据权利要求1的虚拟局域网通告系统，其中在初始化第一节点时，第一节点自动地发送第一消息。
5.根据权利要求1的虚拟局域网通告系统，其中第一消息包括为虚拟局域网通告协议交换保留的目的媒体访问控制地址。
6.根据权利要求1的虚拟局域网通告系统，其中第二节点为局域网交换机。
7.根据权利要求1的虚拟局域网通告系统，其中第二消息还包括一个或多个系统属性。
8.根据权利要求7的虚拟局域网通告系统，其中一个或多个系统属性包括第二节点的交换设备标识以及与第一节点相连的第二节点端口的端口标识。
9.根据权利要求8的虚拟局域网通告系统，其中向关系数据库传送交换设备标识和端口标识，关系数据库把连接第一节点的端口标识与它的地理位置关联起来，由此确定第一节点的物理位置。
10.根据权利要求9的虚拟局域网通告系统，其中关系数据库由与第一节点协作以提供网际协议语音通信的IP PBX系统进行维护。
11.一种网际协议语音网络中的虚拟局域网通告方法，网际协议语音网络包括经由局域网连接可工作地相接的第一节点和第二节点，该方法包括以下步骤从第一节点向第二节点发送第一消息，第一消息足以使第二节点将第一节点识别为IP电话；以及从第二节点向第一节点发送响应于第一消息的第二消息，用于标识为网际协议语音通信保留的虚拟局域网。
12.根据权利要求11的虚拟局域网通告方法，其中第一节点将标识的虚拟局域网附加到网际协议语音通信中第一节点传送的分组中。
13.根据权利要求11的虚拟局域网通告方法，其中在将第一节点可工作地连接到第二节点时，第一节点自动地发送第一消息。
14.根据权利要求11的虚拟局域网通告方法，其中在初始化第一节点时，第一节点自动地发送第一消息。
15.根据权利要求11的虚拟局域网通告方法，其中第一消息包括为虚拟局域网通告协议交换保留的目的媒体访问控制地址。
16.根据权利要求11的虚拟局域网通告方法，其中第二节点为局域网交换机。
17.根据权利要求11的虚拟局域网通告方法，其中第二消息还包括一个或多个系统属性。
18.根据权利要求17的虚拟局域网通告方法，其中一个或多个系统属性包括第二节点的交换设备标识以及与第一节点相连的第二节点端口的端口标识。
19.根据权利要求18的虚拟局域网通告方法，其中向关系数据库传送交换设备标识和端口标识，关系数据库把连接第一节点的端口标识和它的地理位置关联起来，由此确定第一节点的物理位置。
20.根据权利要求19的虚拟局域网通告方法，其中关系数据库由与第一节点协作以提供网际协议语音通信的IP PBX系统进行维护。
全文摘要
本发明公开了一种用诸如VoIP电话的VoIP设备自动登记各种系统属性的系统和方法。系统属性是由网络提供的，最好是由利用各种学习机制了解系统属性的相邻交换设备提供的。系统属性包括以下信息中的一条或多条连接VoIP电话的子网中的VoIP通信使用的VLAN标识；连接VoIP电话的交换设备标识，交换设备插槽以及交换设备的端口号。在某些实施方式中，IP PBX系统使用交换机、插槽和端口来构造关系数据库，关系数据库把连接的地理位置与IP电话关联起来，以便向紧急响应人员报告VoIP用户的物理位置。用于自动登记各种系统属性的系统和方法能够即时、准确地更新关系数据库。
文档编号H04L29/06GK1638346SQ20031012386
公开日2005年7月13日 申请日期2003年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者迈克尔·西伊, 马克·布莱 申请人:阿尔卡特公司