专利名称：在IP－Centrex用户之间进行通信时控制数据流的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在第一分组交换通信网中的IP-Centrex群的第一和至少一个其它用户之间进行消息传输时控制有用数据分组的传输路径的方法，在该第一分组交换通信网中存在通过传输信道与第二分组交换通信网相连接的网络边界单元，在该第二分组交换通信网中在网络元件上为IP-Centrex群提供Centrex业务特征和功能特征。
背景技术：
在传统的线路交换电信网中，一般将概念“Centrx”(中心局交换机(Central Office Exchange))理解为专用小交换机(PrivateBranch Exchange，PBX)的功能到业务提供商的公共网中的转移。业务提供商此时在公共交换节点的平台上以软件形式提供Centrex功能。
当今许多企业使用专用的分组交换的企业网，其中可以通过企业网之内的语音服务器(IP-PBX)或通过企业网之外的Centrex业务提供商的语音服务器(IP-Centrex)来控制企业雇员之间的基于IP的语音通信。在最后提到的情况下，通过专用企业网和Centrex业务提供商的公共网之间的公共宽带网络接入来传输IP分组。
在下文中，概念“IP-Centrex”涉及一种IP网络体系结构，其中从业务提供商的网络中给用户提供Centrex功能，并且该用户将他的通话以分组数据流的形式通过宽带网络接入传送到业务提供商的网络中。
除了已知的Centrex业务特征和功能特征之外，IP-Centrex还给企业提供一系列其它的优点。IP-Centrex使用户能够将数据连接和电话业务的已经存在的解决方案合并到网络中。此外，如果Centrex群被定义，通信用户的地理位置则完全不再起作用。由于经由因特网以数据分组的形式来实现语音信息的传输，所以产生很大程度上不依赖于距离的比较少的通话费用。
可以将不同的VoIP协议(IP承载语音)用于IP-Centrex，这些VoIP协议作为标准存在实时数据的传输在ITU中通过基本的标准H.323来规定，或在IETF中通过SIP协议来规定。通过RTP/RTPC(实时协议/实时控制协议)来实现有用数据(实时语音分组或承载)的传输。由于在企业网中和在业务提供商网络中通常采用不同的地址空间，必须将这些地址空间相互映射。为了将专用的IP地址(内部网)转换成在世界范围的因特网中所采用的这种IP地址，有NAT(网络地址转换)协议可供使用。通过以下也称为IP-Centrex服务器或简称为语音服务器的专门的Centrex服务器来进行业务提供商的网络中Centrex功能的实现。这些语音服务器通过信令数据来建立用户之间的连接并且控制通话用户的有用数据流。
在已知的IP-Centrex网络体系结构中，有用数据分组的传输路径首先从专用网出来通到业务提供商的公共网中并从那里又返回到专用网中。该有用数据流的每一个方向在专用和公共网之间的传输信道中占用相应的带宽。针对每个在内部进行的通话，在宽带网络接入中在两个方向上每秒占用可用带宽的直至大约200kBit。
存在这样的应用情况，在这些应用情况中业务提供商的网络中的语音服务器不需要访问这些具有有用信息的IP分组。例如当语音服务器不向通信伙伴传送通知时，情况如此。在这种情况下，两个网络之间的传输信道中的带宽的占用是无益的。但是公共宽带网络接入的费用直接与带宽相关，因此在企业中产生费用，该费用尤其是在具有许多Centrex用户的大企业中是重大的，因为每个在内部同时进行的通话通过宽带接入成环(achleifen)。这可能使IP-Centrex解决方案的经济性整体上成问题。
发明内容
本发明的任务是，如此来说明用于在IP-Centrex用户之间进行通信时控制数据流的方法和设备，使得在宽带传输信道中需要较少的带宽。
该任务通过具有权利要求1的特征的方法来解决。在本发明的涉及设备的方面，该问题通过权利要求10或权利要求11的特征来解决。各个从属权利要求涉及本发明的有利的扩展方案。
根据本发明的基本思想，只有当IP-Centrex服务器必须处理有用数据、即语音分组时，才使有用数据流通过宽带连接循环(schleifen)到公共网络中。例如当IP-Centrex服务器想向IP-Centrex群的一个或多个用户传送通知时，情况如此。在IP-Centrex服务器中的业务逻辑不需要访问语音分组的情况下，这些语音分组在专用企业网的网络边界上在网关路由器中被截获，被路由回专用网中，并且被送交给相应的通信伙伴。由此，在企业内部进行通话时，在企业网和业务提供商的网络之间的传输信道中不占用比必需的带宽更多的带宽。由于只传输信令，但是不传输承载，所以带宽占用是较小的。这对于用户来说是费用优点，因为在他这里产生用于公共宽带网络接入的较少的投资费用和较少的运行费用。
本发明的一种优选的实施形式的特征在于，在网络边界单元中实施以下步骤a)识别有用数据分组；b)确定是否地址转换功能对于由用户所发送的有用数据分组的目标IP地址和发送方IP地址来说分别是有效的；c)如果对于这些地址来说相应的地址转换功能分别是有效的，则将在有用数据分组中所说明的发送方IP地址转换成在第二通信网的地址空间中被用于该发送方的IP地址以及将目标IP地址转换成在第一通信网中被用于该目标的IP地址；d)将有用数据分组引导回第一通信网(1)中。
该实施形式的优点尤其是在于，这些方法步骤能够以对诸如H.323或SIP-awareNAT之类的商业上可用协议的功能的较少干预来实现。
本发明方法的另一种有利的扩展方案的特征在于，将信令信息从网络元件引向网络边界单元，并且由该网络元件控制地址转换功能。由此可以按照承载的需求、即按照需求将语音分组引导到语音服务器上。例如如果应由Centrex语音服务器处理这些语音分组，则存在这种需求。如果应由Centrex服务器向Centrex用户传送通知，则情况如此。
在另一种优选的实施形式中规定，借助信令协议向网络边界单元传输信令信息，其中在网络元件和网络边界设备之间的信令路径上使信令协议扩充参数字段，在该参数字段中传送由网络元件向地址转换功能发出的控制信息。可用的信令协议的这种扩充只需要比较少的花费。
本发明方法的另一个优点在于，在企业之内的Centrex用户之间进行通话时，有用数据分组的时延是较小的，因为不进行向业务提供商网络的转发。由此语音传输的质量是较好的。
在由IP-Centrex群的一个或多个用户向外进行的通话的情况下产生另一个优点。在这些外部通话时不需要地址转换。通过从业务提供商网络中的语音服务器向企业网中的网关路由器传送相应的控制信息来确保，停止在这种情况下不需要的地址转换。其结果是在外部通话时语音分组的延迟是较小的，这同样改善语音传输质量。
为了进一步阐述本发明，在说明书的以下部分中参考附图，在这些附图中可以获悉本发明的其它有利的扩展方案、细节和改进方案。
图1示出一种由企业的通过宽带网络接入连接到业务提供商的网络上的专用网所组成的IP-Centrex网络结构，其中根据现有技术来执行有用数据流的引导；图2示出根据图1的IP-Centrex网络结构，该IP-Centrex网络结构具有根据本发明实施例的有用数据流的引导。
具体实施例方式
在图1中可以看到一种IP-Centrex网络结构，其中企业的分组交换的专用通信网1通过宽带接入3与Centrex业务提供商的第二分组交换通信网2相连接。在网络1中所绘出的用户A和B被分配给一个Centrex群。在用户A和B之间进行“IP承载语音”通信的情况下，通过网络2中的网络元件、即Centrex语音服务器7建立连接。语音服务器7管理Centrex用户A和B的业务特征和功能特征。在用户A和B之间进行通话的情况下，将模拟的语音信息数字化、压缩，并且以有用数据分组、即语音分组的形式通过路由器(在图1和图2中仅绘出了路由器5和14)按照某些规则向通信伙伴转发。为了建立连接，将所拨的呼叫号码转换成IP地址。IP地址作为目标信息出现在每个数据分组的消息报头中。IP地址分别由四个字节或通过点分开的四元组(Quad)组成。
根据协议RTP/RTPC来实现有用数据分组的传输。在网络1中以及在网络2中根据ITU标准H.323或根据IETF的SIP协议来传输信令信息。
在通信网1中绘出了属于用户A或B的两个IP电话机11和12。在这两个网络1、2中采用不同的地址空间。终端设备11在企业网1的地址空间(172.31.0.xyz)中具有IP地址172.31.0.1；终端设备12在该地址空间中具有IP地址172.31.0.2。
在通信网1中宽带网络接入3与网络边界单元、网关路由器5相连接。网关路由器5一方面拥有防火墙4的功能。另一方面，它拥有地址转换的功能(NAT，网络地址转换)，因为企业网2中的IP地址空间和网络运营商的网络2中的IP地址空间一般是不同的。
在企业雇员之间的语音通信的范围内所交换的所有IP分组通过该网关路由器5被路由，并且通过宽带线路3被引入到业务提供商的网络2中。这些IP分组的数据流不仅包含对于连接建立或连接拆除的控制来说、即对于信令来说必要的IP分组，而且也包含有用数据流、即那些包含真正的语音信息的IP分组(承载)。
为了用户A和B的IP承载语音通信完全能够得到实现，NAT功能必须首先能够识别该语音通信的对于该会话来说相关的IP分组。然后必须在这些所识别出的IP分组中实施协议相关功能。必须改变IP地址，更确切地说不仅在IP报头中而且在分别所采用的信令协议中改变IP地址。通过NAT功能将在企业网1的地址空间中所定义的地址转换成公共网2的这种地址。将网络1中的A用户的IP地址172.31.0.1转换为网络2中的IP地址207.46.130.1。类似的情况适用于网络1中的B用户的IP地址172.31.0.2，该IP地址在网络2中被映射为IP地址207.46.130.2。对于NAT功能来说，计算机程序产品不仅在H.323世界中而且在SIP世界中都是商业上通用的。在应用这些产品时出现开头所描述的宽带问题。在图1中的示意图中通过以下方式用图形来表达这一点，即除了表明信令信息的路径的、用附图标记9标识的虚线之外，有用数据流(实线10)也通过宽带网络接入3。在语音服务器7中的业务逻辑却不需要有用数据流的那些情况下，这种有用数据传输在传输信道3中占用本来不需要的带宽。
像开头所提及的那样，(为了避免上述的带宽问题)也可以为企业雇员之间的语音通信选择由IP-PBX控制的网络体系结构的变型方案。但是在该解决方案中将取消IP-Centrex的同样在开头所强调的优点。
根据本发明，现在规定，在IP-Centrex用户相互进行通信的情况下只向业务提供商的网络2传输具有VoIP信令的IP分组。包含语音信息的RTP/RTCP分组从网关路由器5(只要这没有由语音服务器7明确请求)被直接路由回企业的专用网2中。以此方式，没有(IP-Centrex用户相互交换的)具有语音信息的分组从网络1到达网络2中，并且据此也没有语音分组又被反向传输。因此在传输信道3中为此也不需要带宽。
为了实现有用数据流的这种转向，必须在信令中进行相应的改变，即按照本发明使H.323或SIP协议扩充H.323或SIP-awareNAT功能。
根据信令协议的这种改变，在网关路由器5中在第一方法步骤中识别，分组是否是有用数据分组。
在第二步骤中，在该被识别为有用数据分组的分组中确定，是否对于由企业网1中的发送方所说明的目标IP地址(该目标IP地址源自业务提供商的网络2的IP地址空间)来说以及对于发送方的IP地址(该发送方的IP地址源自企业网1的IP地址空间)来说NAT功能分别是有效的。
如果情况如此，则在第三步骤中为该消息分组进行地址转换一方面将在有用数据分组中所说明的发送方的IP地址转换成由业务提供商用于该发送方的IP地址；另一方面将在有用数据分组中所说明的目标IP地址转换成在企业网1中用于该目标的IP地址。
在第四步骤中，由网关路由器5将该具有所转换的地址的有用数据分组直接路由回企业网1中。
对会话的另外的有用数据分组相应地进行处理。
在图2中用图形表示了本发明方法。图2的图示与图1的图示的区别在于，根据本发明在例如Centrex用户A和Centrex用户B之间的内部通信的情况下，有用数据分组保留在企业的网络1中，并且因此不再由此使传输信道3的带宽受到负担。为此扩充了本身已知的H.323-或SIP-NAT功能。如从图2中可以容易地获悉的那样，有用数据分组的作为实线10被示出的路径不再从用户之一A或B通向网络2中的路由器14，而是已经在网关路由器5中被截获并且路由回网络1中。
根据本发明的一种改进方案规定，网关路由器5只针对由业务提供商的语音服务器7明确请求的这种通话或NAT会话执行RTP/RTPC分组的这种特殊处理。为此，相应地修改了信令协议H.323/SIP。在语音服务器7和网关路由器5之间，将本身已知的H.323协议或SIP协议扩充了可选择的参数。该参数包含控制信息，语音服务器可以通过该控制信息控制网关路由器5中的地址转换功能awareNAT。换而言之，该参数说明是否应执行RTP/RTPC分组的特殊处理。由此可以根据需求使有用数据流转向。即，如果语音服务器7例如想向用户A或B传送通知，则他将有用数据流引向自己。如果他不想处理语音分组，他则指示网关路由器5，将内部Centrex通信的有用数据分组直接引导回企业网1中。
上述的网络单元、例如语音服务器、网关路由器、网络边界单元当然不应被理解为局限于物理单元，而对于有关的专业人员来说清楚的是，应将这些概念分别理解为能够完全或部分地分布式地布置在网络中的多个物理设备上的功能。有利地通过软件来实现各个部分。但是也可以通过硬件或通过固件来形成至少部分。
在图1和图2的图示中也还绘出了到传统的线路交换的电信网(PSTN/ISDN)的连接，该连接通过通信网2的IP承载语音路由器6和具有所连接的电话机13的PSTN网的交换中心8(Switch)之间的连接来建立。
所使用的附图标记的一览表1 第一分组交换通信网，企业网2 第二分组交换通信网，业务提供商网络3 宽带传输信道4 防火墙5 1中的网络边界单元、网关路由器6 IP承载语音网关7 网络元件，Centrex-IP语音服务器8 PSTN/ISDN中的交换节点9 信令信道10 有用数据信道11 Centrex-A用户的IP电话机12 Centrex-B用户的IP电话机13 电话机14 2中的路由器
权利要求
1.用于在第一分组交换通信网(1)中的IP-Centrex群的第一和至少一个其它用户(A，B)之间进行消息传输时控制有用数据分组的传输路径的方法，在该第一分组交换通信网(1)中存在通过传输信道(3)与第二分组交换通信网(2)相连接的网络边界单元(5)，在该第二分组交换通信网(2)中在网络元件(7)上为所述IP-Centrex群提供Centrex业务特征和功能特征，其中在所述网络边界单元(5)中在受所引入的信令信息控制的情况下借助地址转换功能(awareNAT)将由用户(A，B)接收的有用数据分组引导回第一通信网(1)中。
2.按权利要求1的方法，其特征在于，在所述网络边界单元(5)中通过所述地址转换功能(awareNAT)实施以下步骤a)识别有用数据分组；b)确定是否地址转换功能对于由用户所发送的有用数据分组的目标IP地址和发送方IP地址来说分别是有效的；c)如果对于这些地址来说相应的地址转换功能分别是有效的，则将在有用数据分组中所说明的发送方IP地址转换成在第二通信网(2)的地址空间中被用于该发送方的IP地址以及将目标IP地址转换成在第一通信网(1)中被用于该目标的IP地址；d)将有用数据分组引导回第一通信网(1)中。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于，由所述网络元件(7)将所述信令信息引向所述网络边界单元(5)，并且由所述网络元件(7)控制所述地址转换功能(awareNAT)。
4.按权利要求3的方法，其特征在于，借助信令协议向所述网络边界单元(5)传输所述信令信息，其中在所述网络元件(7)和所述网络边界单元(5)之间的信令路径上使所述信令协议扩充参数字段，在该参数字段中传送由所述网络元件(7)向所述地址转换功能(awareNAT)发出的控制信息。
5.按权利要求4的方法，其特征在于，由所述网络元件(7)预先给定所速参数字段中的所述控制信息。
6.按权利要求4或5的方法，其特征在于，将建立在H.323或SIP基础上的信令协议用于所述信令信息的传输。
7.按以上权利要求之一的方法，其特征在于，借助消息传输协议RTP/RTPC或借助与这些RTP/RTPC消息传输协议类似的消息传输协议来传输所述有用数据分组。
8.按以上权利要求之一的方法，其特征在于，将网关路由器设置为网络边界单元(5)。
9.按以上权利要求之一的方法，其特征在于，将语音服务器设置为网络元件(7)。
10.通信网，该通信网具有网络节点，在该网络节点中根据权利要求1至9之一的方法得到应用。
11.网络边界单元，该网络边界单元通过宽带传输信道(3)连接第一分组交换通信网(1)中的IP-Centrex用户(A，B)与第二分组交换通信网(2)，其中在第二通信网(2)中存在网络元件(7)，该网络元件(7)为所述IP-Centrex用户(A，B)提供Centrex业务特征和功能特征，该网络边界单元具有实施以下步骤的地址转换功能(awareNAT)a)识别有用数据分组；b)确定是否地址转换功能(awareNAT)对于由用户(A，B)之一所发送的有用数据分组的目标IP地址和发送方IP地址来说分别是有效的；c)如果对于这些地址来说相应的地址转换功能(awareNAT)分别是有效的，则将在有用数据分组中所说明的发送方IP地址转换成在第二通信网(2)的地址空间中被用于该发送方的IP地址以及将目标IP地址转换成在第一通信网(1)中被用于该目标的IP地址；d)将有用数据分组引导回第一通信网(1)中。
全文摘要
用于在第一分组交换通信网(1)中的IP－Centrex群的第一和至少一个其它用户(A，B)之间进行消息传输时控制有用数据分组的传输路径的方法，在该第一分组交换通信网(1)中存在通过传输信道(3)与第二分组交换通信网(2)相连接的网络边界单元(5)，在该第二分组交换通信网(2)中在网络元件(7)上为IP－Centrex群提供Centrex业务特征和功能特征，其中在所述网络边界单元(5)中在受所引入的信令信息控制的情况下借助地址转换功能(awareNAT)将由用户(A，B)接收的有用数据分组引导回第一通信网(1)中。
文档编号H04L12/56GK101032152SQ200580032843
公开日2007年9月5日 申请日期2005年9月27日 优先权日2004年9月28日
发明者R·齐冈 申请人:西门子公司