专利名称：基于以太网进行实时语音传输的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直接利用以太网(Ethernet)链路层进行实时语音传输的系统和方法。
背景技术：
正如专利号为ZL 02137269.1专利所公开的，目前，传统的语音传输方法是在网络层之上利用H323协议进行语音传输的(如图1所示)。为了实现在网络层之上利用H323协议进行语音传输的目的需要搭建如图2所示的语音传输系统。该语音传输系统由若干个主叫方A和被叫方B构成，每一个主叫方A/或被叫方B又都是由传统的语音设备如PBX机、语音处理单元和网关构成。主叫方A的语音处理单元A负责将语音设备A如PBX机提供的数字语音数据流压缩成语音数据包，然后，通过主叫方A的网关A、因特网(TCP/IP网络)、被叫方B的网关B传输给被叫方B的语音处理单元B，由被叫方B的语音处理单元B负责将接收到的语音数据包解压缩成数字语音数据流，再通过被叫方B的语音设备B如PBX机，传递给被叫方B；同时，被叫方B的语音处理单元B将语音设备B提供的语音数据流也压缩成语音数据包，通过网关B、因特网(TCP/IP网络)、主叫方A的网关A传输给主叫方A的语音处理单元A，由主叫方A的语音处理单元A将接收到的语音数据包解压缩成语音数据流，传输给主叫方语音设备A如PBX机，再传递给主叫方A，从而，完成语音的传输。
通过对传统的语音传输方法和系统的分析可知，由于传统的语音传输是通过建立在TCP/IP协议基础上的H323协议完成的，所以，这种语音传输方法可以适用于广域网、局域网和只要IP能够涉足的地方。但是，正是由于这种语音传输方法适用的广泛性强，又导致H323协议不得不考虑更多情况的发生，处理更复杂的问题，使得H323协议越发复杂。
特别是，当将上述传统的语音传输方法应用于局域网中时，我们发现由于H323协议的复杂性，在使用H323协议完成语音数据包的交换、实现语音传输的过程中，必须为每一个主叫方和被叫方配置单独的语音处理单元和网关，并进行复杂的回波抵消处理，使得整个语音传输系统出现以下弊端1、整个语音传输系统成本高。
由于H323协议不能保证链路的传输能力，只能尝试去适应链路的传输能力，所以考虑到低带宽的传输需要，系统为每一个主叫方和被叫方配置了单独的语音处理单元。由语音处理单元完成语音数据流的压缩和解压缩，以进行网络传输，降低网络的负载。
又由于H323协议非常复杂，为了有效地完成呼叫控制和语音包传输，系统为每一个主叫方和被叫方配置了单独的计算单元----网关，由网关来完成语音包交换的呼叫控制过程和电路交换的呼叫控制过程的转换。
因为要为每一个主叫方和被叫方配置单独的语音处理单元和网关，所以系统成本高。
2、传输链路状态不可控。
由于传统的语音数据包交换技术(H323协议)是为了适用于所有能够承载IP的网络传输设备，所以，H323协议不对传输链路进行控制，而是靠增加传输协议的复杂性来适应链路变化，对于H323协议而言传输链路处于失控状态。
3、需要复杂的回波抵消处理。
由于语音需要实时、连续传播，这样才能符合人听觉的自然习惯，H323协议采用RTP进行语音传输，RTP是基于UDP的一个高效传输协议，能够支持各种语音压缩的编码传输，RTP以尽量小的额外负载来传输语音，但是由于在IP之上，IP是个尽力送达的协议，所以实际上语音在链路上的传播质量还是不受控的，所以在RTP中有诸如时间戳，和同步标识等头部数据，这样语音数据包需要在网关端进行处理，将合理的网络语音数据包顺序化，再交给语音处理单元进行解压缩，由于计算的参与和语音包顺序的不保证，语音的延迟和丢包将是必然的现象。并且随着IP选路，以及同时在IP网络上进行的必要的协议如ARP、ICMP的数据对传输链路突发性的影响，导致语音延迟和丢包的规律非线性变化，不稳定回波将影响实时语音质量，需要增加具有自适应回波抵消算法处理单元才可以让人耳接受。
由于IP协议及基于IP协议构造的更高层协议导致的以太网(Ethernet)络链路状态的不可控性，使实时语音传输延迟是个复杂的非线性变化的函数，处理回波无疑需要复杂设计和很多额外的计算。
4、语音延迟无法避免。
在传统的语音包交换传输的方式中，虽然可以通过协议设计和增加处理单元使语音尽可能连续互通、减少延迟，但是显然需要大计算量的参与，任何处理单元的速度都是有其固有的极限的，计算量越大，延迟时间越长，所以，使用传统的语音传输方法在包交换网络中传输实时语音，其语音延迟将是无法避免的。
5、H323协议的复杂性带来的系统不稳定性。
传统的语音数据包交换传输实时语音的方法为了适应各种链路情况的发生设计的十分复杂，并且整个协议栈的很多部分的标准化进程依然在进行中。，这同样是选择传统的语音数据包交换传输实时语音不得不考虑的问题。
综上所述，在局域网内传统的语音传输方法存在很多弊端。
发明内容
为了解决在局域网内传统的语音传输方法存在的弊端，本发明的目的是提供一种基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的方法。该方法可以实现语音的实时传输，极小且稳定可控的语音延迟，不需要额外的回波抵消处理。
本发明的另一目的是提供一种基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的系统，该系统不需要为每一个主叫方/或被叫方配置额外的语音压缩和解压缩处理单元和网关设备，即可以实现基于以太网(Ethernet)的实时语音传输。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的系统，它由若干个网络语音设备构成，其特征在于每个网络语音设备之间通过以太网(Ethernet)和TCP/IP网连接而成；以太网(Ethernet)只用于传输实时语音数据包，它不承载任何网络协议；TCP/IP网用于传输设备间的请求控制信息。
每个网络语音设备是由语音模块、以太网(Ethernet)网络接口模块、TCP/IP网网络接口模块和主控单元组成；主控单元与语音模块、两块网络接口模块之间通过数据总线相连，传输语音数据；网络语音设备通过以太网(Ethernet)网络接口模块与以太网(Ethernet)相连，传输实时语音数据包；网络语音设备还通过TCP/IP网网络接口模块与TCP/IP网相连，用来和其他网络语音设备和其他网络系统互联，传输设备间的传输请求控制信息；其中，语音模块主要负责采集/播放语音数据流；主控单元主要负责将语音模块采集的语音数据流打成以太网(Ethernet)语音数据包通过以太网(Ethernet)网络接口模块、以太网(Ethernet)传输给被叫网络语音设备，同时，主控单元还负责将被叫网络语音设备传输回来的打成以太网(Ethernet)数据包形式的语音数据包解包，提取其中的语音数据流，并通过语音模块播放出来。
本发明提供的一种基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的方法，它包括以下步骤A、将语音传输系统内的每个网络语音设备通过以太网(Ethernet)和TCP/IP网连接起来；B、将每个网络语音设备内的语音模块、主控单元和以太网(Ethernet)网络接口模块、TCP/IP网络接口模块通过内部数据总线连接起来；C、每个网络语音设备内的主控单元将语音模块采集的语音数据流打成以太网(Ethernet)语音数据包，经以太网(Ethernet)网络接口模块，直接通过以太网(Ethernet)传输给被叫网络语音设备；D、被叫网络语音设备内的主控单元将通过以太网(Ethernet)网络接口模块接收到的打成以太网(Ethernet)数据包形式的语音数据包解包，提取其中的语音数据流，通过数据总线传输给与其相连的语音模块，通过语音模块播放出来。
由上可知，本发明是直接通过以太网(Ethernet)络链路层进行实时语音传输的，在该层不承载任何网络协议，只有本身的链路协议，只负责语音数据包的实时传输，所以，本发明不需要复杂的语音传输协议就可以实现语音数据的实时传输，作到极小且稳定可控的语音延迟，而且，不需要额外的回波抵消处理。
又由于本发明提供的实现语音数据实时传输的系统采用单独组网的设计方式，即以太网(Ethernet)专门用于实时语音数据的传输和交换，TCP/IP网专门用于传输各个网络语音设备间的请求和控制信息，所以，本发明降低了语音数据包交换呼叫控制协议的复杂性，不需要为每个网络语音设备配置额外的网关设备和语音压缩/解压缩处理单元，大大降低了系统成本。
图1为传统的语音数据包交换协议(H323协议)网络模型图2为传统的语音传输系统系统结构示意3为本发明基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输系统的系统结构示意4为本发明每个网络语音设备组成结构示意5为本发明基于链路层实现实时语音数据包交换的网络层次模型具体实施方式
如图3所示，本发明提供的基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的系统由若干个网络语音设备A、B、C……构成，每个网络语音设备之间通过以太网(Ethernet)和TCP/IP网(因特网)连接而成。其中，以太网(Ethernet)不承载任何网络协议，只用于传输实时语音数据包；TCP/IP网用于传输设备间的请求控制信息。
如图4所示，每个网络语音设备又是由语音模块、以太网(Ethernet)网络接口模块、TCP/IP网网络接口模块和主控单元组成；主控单元与语音模块、两块网络接口模块之间通过数据总线相连；网络语音设备通过以太网(Ethernet)网络接口模块与以太网(Ethernet)相连，传输实时语音数据包，同时，网络语音设备还通过TCP/IP网网络接口模块与TCP/IP网相连，用来和其他网络语音设备和其他网络系统互联，传输设备间的传输请求控制信息。其中，语音模块主要负责采集/播放语音数据；主控单元主要负责将语音模块采集的语音数据流打成以太网(Ethernet)语音数据包通过以太网(Ethernet)网络接口模块、以太网(Ethernet)传输给被叫网络语音设备，同时，主控单元还负责将被叫网络语音设备传输回来的打成以太网(Ethernet)数据包形式的语音数据包解包，提取其中的语音数据流，再通过语音模块播放出来；在主控单元将语音数据流打成以太网(Ethernet)语音数据包以及解包过程中，主控单元通过TCP/IP网络接口模块、TCP/IP网络查找被叫网络设备的目标以太网链路层地址以及询问被叫网络设备是否空闲。
利用上述语音传输系统，本发明提供了一种基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的方法，该方法包括以下步骤A、将语音传输系统内的每个网络语音设备通过以太网(Ethernet)和TCP/IP网连接起来；B、将每个网络语音设备内的语音模块、主控单元和以太网(Ethernet)网络接口模块、TCP/IP网络接口模块通过内部数据总线连接起来；C、每个网络语音设备内的主控单元将语音模块采集的语音数据流打成以太网(Ethernet)数据包，经以太网(Ethernet)网络接口模块，直接通过以太网(Ethernet)传输给被叫网络语音设备；D、被叫网络语音设备内的主控单元将通过以太网(Ethernet)网络接口模块接收到的打成以太网(Ethernet)数据包形式的语音数据包解包，提取其中的语音数据流，通过数据总线传输给与其相连的语音模块，通过语音模块播放出来。
具体实现方法是1、主叫网络语音设备内的语音模块采集主叫方语音数据，将其转换成数字语音数据流通过数据总线传递给与其相连的主控单元；2、主控单元根据接收到的语音数据流内的被叫方号码，通过TCP/IP网络接口模块利用TCP/IP网络寻找被叫网络设备的目标以太网链路层地址，将接收到的数字语音数据流打成以太网(Ethernet)语音数据包；3、主控单元通过TCP/IP网络接口模块、TCP/IP网络查询被叫方网络设备是否空闲；如果空闲，执行步骤4，否则，等待，直到其空闲为止；4、主控单元将已打好的以太网(Ethernet)语音数据包通过以太网(Ethernet)网络接口模块，直接通过以太网(Ethernet)传输给被叫方网络设备；5、被叫方网络设备内的主控单元将通过被叫方以太网(Ethernet)网络接口模块接收到主叫方传输过来的语音数据包后，解包，提取其中的语音数据流，将其传输给被叫方网络设备内的语音模块，通过其转换成语音信号播放出来；
6、同时，被叫方语音模块又采集被叫方语音数据，将其转换成数字语音数据流信号通过数据总线传递给与之相连的主控单元；7、主控单元将接收到的语音数字流打成以太网(Ethernet)语音数据包；8、主控单元将已打好的以太网(Ethernet)语音数据包经以太网(Ethernet)网络接口模块，直接通过以太网(Ethernet)传输给主叫方网络设备；9、主叫方网络设备内的主控单元将接收到的打成以太网(Ethernet)数据包形成的语音数据包解包，提取其中的语音数据流，将其传输给与其相连的语音模块，通过其转换成语音信号播放出来；10、不断重复上述过程，直至一次通过完成。
如图5所示，本发明提供的基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的方法是直接通过以太网(Ethernet)络链路层进行实时语音传输的，在该层不承载任何网络协议，只有本身的链路协议，只负责语音数据包的实时传输，所以，本发明不需要复杂的语音传输协议就可以实现语音数据的实时传输，作到极小且稳定可控的语音延迟，而且，不需要额外的回波抵消处理。
如图3所示，由于本发明提供的实现语音数据实时传输的系统采用单独组网的设计方式，即将实时语音交换网络和传输请求控制信息的网络单独组网，以太网(Ethernet)专门用于实时语音数据包的传输和交换，TCP/IP网专门用于传输各个网络语音设备间的请求和控制信息，所以，本发明降低了语音数据包交换呼叫控制协议的复杂性，不需要为每个网络语音设备配置额外的网关设备和语音压缩/解压缩处理单元，大大降低了系统成本。
另外，本发明还可以通过选用不同规格的以太网(Ethernet)交换设备(如10M或100M或1000M以太网交换机)和若干个网络语音设备以及配选相应的网络接口模块构建不同规模的、扩展性强、灵活、大容量、廉价的实时语音交换系统；并且，通过将10M或100M或1000M以太网(Ethernet)分割成若干个逻辑通道的方式，充分利用其数据带宽来传输实时语音。
权利要求
1.一种基于以太网进行实时语音传输的系统，它由若干个网络语音设备构成，其特征在于每个网络语音设备之间通过以太网(Ethernet)和TCP/IP网连接而成；以太网(Ethernet)只用于传输实时语音数据包，它不承载任何网络协议；TCP/IP网用于传输设备间的请求控制信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的系统，其特征在于每个网络语音设备是由语音模块、以太网(Ethernet)网络接口模块、TCP/IP网网络接口模块和主控单元组成；主控单元与语音模块、两块网络接口模块之间通过数据总线相连，传输语音数据；网络语音设备通过以太网(Ethernet)网络接口模块与以太网(Ethernet)相连，传输实时语音数据包；网络语音设备还通过TCP/IP网网络接口模块与TCP/IP网相连，用来和其他网络语音设备和其他网络系统互联，传输设备间的传输请求控制信息；其中，语音模块主要负责采集/播放语音数据流；主控单元主要负责将语音模块采集的语音数据流打成以太网(Ethernet)语音数据包通过以太网(Ethernet)网络接口模块、以太网(Ethernet)传输给被叫网络语音设备，同时，主控单元还负责将被叫网络语音设备传输回来的打成以太网(Ethernet)数据包形式的语音数据包解包，提取其中的语音数据流，并通过语音模块播放出来。
3.一种基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的方法，它包括以下步骤A、将语音传输系统内的每个网络语音设备通过以太网(Ethernet)和TCP/IP网连接起来；B、将每个网络语音设备内的语音模块、主控单元和以太网(Ethernet)网络接口模块、TCP/IP网络接口模块通过内部数据总线连接起来；C、每个网络语音设备内的主控单元将语音模块采集的语音数据流打成以太网(Ethernet)语音数据包，经以太网(Ethernet)网络接口模块，直接通过以太网(Ethernet)传输给被叫网络语音设备；D、被叫网络语音设备内的主控单元将通过以太网(Ethernet)网络接口模块接收到的打成以太网(Ethernet)数据包形式的语音数据包解包，提取其中的语音数据流，通过数据总线传输给与其相连的语音模块，通过语音模块播放出来。
4.根据权利要求3所述的一种基于以太网(Ethernet)进行实时语音传输的方法，其特征在于所述步骤C和步骤D进一步细化为以下步骤(1)、主叫网络语音设备内的语音模块采集主叫方语音数据，将其转换成数字语音数据流通过数据总线传递给与其相连的主控单元；(2)、主控单元根据接收到的语音数据流内的被叫方号码，通过TCP/IP网络接口模块利用TCP/IP网络寻找被叫网络设备的目标以太网链路层地址，将接收到的数字语音数据流打成以太网(Ethernet)语音数据包；(3)、主控单元通过TCP/IP网络接口模块、TCP/IP网络查询被叫方网络设备是否空闲；如果空闲，执行步骤4，否则，等待，直到其空闲为止；(4)、主控单元将已打好的以太网(Ethernet)语音数据包通过以太网(Ethernet)网络接口模块，直接通过以太网(Ethernet)传输给被叫方网络设备；(5)、被叫方网络设备内的主控单元将通过被叫方以太网(Ethernet)网络接口模块接收到主叫方传输过来的语音数据包后，解包，提取其中的语音数据流，将其传输给被叫方网络设备内的语音模块，通过其转换成语音信号播放出来；(6)、同时，被叫方语音模块又采集被叫方语音数据，将其转换成数字语音数据流信号通过数据总线传递给与之相连的主控单元；(7)、主控单元将接收到的语音数字流打成以太网(Ethernet)语音数据包；(8)、主控单元将已打好的以太网(Ethernet)语音数据包经以太网(Ethernet)网络接口模块，直接通过以太网(Ethernet)传输给主叫方网络设备；(9)、主叫方网络设备内的主控单元将接收到的打成以太网(Ethernet)数据包形成的语音数据包解包，提取其中的语音数据流，将其传输给与其相连的语音模块，通过其转换成语音信号播放出来；(10)、不断重复上述过程，直至一次通过完成。
全文摘要
本发明公开了一种基于以太网进行实时语音传输的系统，它由若干个网络语音设备构成，每个网络语音设备之间通过以太网和TCP/IP网连接而成；其中，以太网只用于传输实时语音数据包，TCP/IP网用于传输设备间的请求控制信息。本发明还公开了一种基于以太网进行实时语音传输的方法，即通过网络语音设备内的主控单元，将语音模块采集的语音数据流打成以太网数据包，直接通过以太网传输给被叫网络语音设备；被叫网络语音设备内的主控单元将接收到的打成以太网数据包形式的语音数据包解包，提取其中的语音数据流，通过数据总线传输给与其相连的语音模块，由语音模块播放出来。本发明不需要复杂的语音传输协议就可以实现语音数据的实时传输，且语音延迟极小。
文档编号H04L12/66GK1845536SQ200510063358
公开日2006年10月11日 申请日期2005年4月8日 优先权日2005年4月8日
发明者邴炜, 丁贵金, 李宁, 郭进 申请人:北京英立讯科技有限公司