DE69835762T2

DE69835762T2 - Netz für leitungsvermittelte Breitband-Mehrpunkt-Multimedia-Kommunikation

Info

Publication number: DE69835762T2
Application number: DE69835762T
Authority: DE
Inventors: E. Michael Pleasanton GOLDEN; E. Richard San Francisco COBB; R. George Pleasanton GRENLEY; A. William Fremont RUNDQUIST; D. Todd Los Altos CHU; H. James San Francisco WOODYATT; Dasha Jessica Oakland JEX; J. Miguel San Francisco DeAVILA
Original assignee: Corps of Discovery Patent Holding LLC
Current assignee: Rateze Remote Mgmt LLC
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: ATE338409T1; EP1031215A2; DE69835762D1; EP1739906B1; CA2308175C; US6272127B1; EP1739906A2; JP4044285B2; JP2001523068A; AU757466B2; EP1031215B1; WO1999025096A3; US6452924B1; EP1739906A3; CA2308175A1; AU1582899A; WO1999025096A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Netzwerk und ein Verfahren zum Bereitstellen einer nach Bedarf variablen Bandbreite.
Die vorliegende Erfindung betrifft Multimedia-Anschlüsse, insbesondere ein Netzwerk, welches nach Bedarf variable Datenbandbreite für Kommunikationssitzungen zwischen einem, zwei oder mehreren Computern (und/oder Benutzern), welche das Netzwerk nutzen, bereitstellt; und weiterhin insbesondere ein Netzwerk, welches derartige variable angeforderte Bandbreite kosteneffizient nicht nur zwischen Computern (und/oder Benutzern) welche lokal verbunden sind (im gleichen Gebäude) und das Netzwerk nutzen, sondern auch zwischen Computern (und/oder Benutzern) über große Entfernungen bereitstellt. Die vorliegende Erfindung verbindet die Nützlichkeit von öffentlichen paketvermittelten Netzwerk-Infrastrukturen, wie beispielsweise dem Internet, effektiv mit öffentlichen leitungsvermittelten Netzwerkstrukturen, wie beispielsweise dem öffentlichen vermittelten Telefonnetzwerk (PSTN), und zwar auf eine Weise, dass ein Nutzer vom Zugriff auf und von der Steuerung beider Typen vermittelter Infrastrukturen von einem einzigen Computer aus unter Benutzung eines einzelnen, gemeinsamen und gewöhnlichen Interfacewerkzeugs, wie beispielsweise einem Internet-Browser, profitieren kann.
Multimedia-Anschlüsse, wie beispielsweise Videoanschlüsse oder Veröffentlichung von Videoinformation und deren Verbreitung, erfordern fortwährende Datendurchsatzraten von 300 kbps und bis hin zu 6 Mbps, um Bildgrößen, Qualität und Bildraten zu erreichen, die denen des Fernsehens ähnlich sind. Das Erreichen derartiger hochqualitativer Multimedia-Anschlüsse nach Bedarf über weite Bereiche mit einer Bandbreite, welche für diese Typen von hochqualitativen Video- oder anderen Multimedia-Anschlüssen er forderlich sind, ist unter Nutzung konventioneller digitaler Telefondienste, wie beispielsweise BRI ISDN, unmöglich, welche Anschlüsse mit lediglich nur einem oder zwei vermittelten Trägerkanälen bereitstellen (jeder davon stellt eine Kapazität von 64 kbps bereit), und ist auch unmöglich unter Nutzung analoger vermittelter Telefondienste mit Modems, die etwas weniger Kapazität auf jedem Anschluss bereitstellen (üblicherweise weniger als 36 kbps). Wenn nämlich mehrere Trägerkanäle benutzt werden, um eine größere Bandbreite der Kapazität auf Anschlüssen zu erzielen, die Dienste benutzen, wie beispielsweise PRI ISDN, oder durch Kombination mehrerer BRI ISDN-Verbindungen, sind derartige hochbandbreitige Anschlüsse auf einer beständigen und betriebssicheren Basis wegen des Fehlens von standardisierten Netzwerk-Interfaces, Netzwerk-vermittelnden Mechanismen und/oder beständigen Endpunkt-Adresssystemen schwierig zu erreichen. Wenngleich aufkommende Technologien, wie beispielsweise ATM, irgendwann derartige Dienste allgegenwärtig über weite Bereiche unterstützen mögen, begrenzt ein Fehlen von öffentlichen Standards und sehr hohe Entwicklungskosten die Verfügbarkeit von ATM als effektive Lösung.
Herkömmliche Video-Konferenz- und Multimedia-Informationsverbreitungssysteme versuchen dieses Problem oft durch Mieten von festgeschalteten, direkten, permanenten Point-to-Point-Stammleitungen zwischen den Computern der Nutzer und durch Bereitstellung hochentwickelter eigener Hardware zu lösen. Dies erfordert beachtliche Investitionen, verlangt es den Nutzern ab, Kommunikationssitzungen sorgfältig zu disponieren, und ist nicht skalierbar, um für variable und bedarfsabhängige Nutzung mit beständigem Qualitätsstandard zwischen Personen innerhalb einer beliebigen Nutzergruppe geeignet zu sein. Weiter noch bringen diese Systeme oft neue Infrastrukturerfordernisse und große inkrementelle Verkehrsbelastungen zu einer auf einer Seite ohnehin schon existierenden lokalen Computer-Netzwerk-Infrastruktur hinzu, wie beispielsweise LANs, wodurch ein Kom promiss zwischen Qualität und Ausfallsicherheit von traditionelleren Datendiensten, die diesen Benutzern bisher zur Verfügung gestanden haben, geschlossen wird.
Entsprechend ist im Stand der Technik ein Bedürfnis vorhanden, Multimedia-Anschlüsse sowohl über lokale als auch über Wide-Area-Netzwerke unter Nutzung von Standardträgerkanälen mit einem System bereitzustellen, welches skalierbare, pro Sitzung variable Bandbreite und Dienste nach Bedarf bereitstellt, während weder ein Eindringen in noch ein verschwenderisches Hinzufügen zu einer auf einer Seite existierenden LAN-Netzwerk-Infrastruktur oder LAN-Verkehrsbelastung stattfindet. Die vorliegende Erfindung befriedigt dieses Bedürfnis.
Beispiele von Anordnungen im Stand der Technik umfasst die EP-A-0336598 , welche sich mit einem hochkapazitiven Metropolitan Area-Netzwerk (MAN) befasst. Datenverkehr von den Benutzern wird zu Datenzentralen am Rand des Netzwerkes geleitet und wird über optische Datenverbindungen an einen Hub geleitet, wo die Daten durch eine Vielzahl von Datenvermittlungsmodulen vermittelt werden.
Arango M.: "Guaranteed Internet bandwidth"; Global Telecommunications Conference, 1996, Conference Proceedings, 18. November 1996, Seiten 862-866, offenbart Technologien, die Endnutzeranwendungen mit der Kompatibilität bereitstellen, eine ISDN-Verbindung zwischen ihnen aufzubauen und ausgewählten Netzwerkverkehr durch diese Verbindung umzuleiten.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Fachleute werden die Details der Erfindung verstehen, genau wie die beste Weise, sie auszuführen, unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung und in Verbindung mit den angefügten Figuren, wobei:
1 ein Funktionsdiagramm eines Netzwerkes entsprechend dem Prinzip der Erfindung ist;
2 ein Funktionsdiagramm eines lokalen Knotens in dem Netzwerk gemäß 1 ist;
3 eine Ausführungsform einer Arbeitsstationsanordnung in einem lokalen Knoten, wie dem in 2 dargestellten, darstellt;
4 ein Blockdiagramm der Softwarebelegung auf einer Arbeitsstation in einem lokalen Knoten, wie dem in 2 dargestellten, ist;
5 die betriebsbereiten Aspekte der Softwarebelegung der Arbeitsstation, wie in 4 dargestellt, darstellt;
6 ein Funktionsdiagramm eines Arbeitsstationsinterfaces in einer Arbeitsstationsanordnung, wie der in 3 dargestellten, ist;
7 einen CPU-Kernfunktionsblock in einem Arbeitsstationsinterface, wie dem in 6 dargestellten, darstellt;
8 einen Videofunktionsblock in einem Arbeitsstationsinterface, wie dem in 6 dargestellten, darstellt;
9 weiterhin einen Videofunktionsblock, wie den in 8 dargestellten, darstellt;
10 einen Audiofunktionsblock in einem Arbeitsstationsinterface, wie dem in 6 dargestellten, darstellt;
11 den Hardware-Sicherheitsfunktionsblock in einem Arbeitsstationsinterface, wie dem in 6 dargestellten, darstellt;
12 einen Test und I/O-Anzeigefunktionsblock in einem Arbeitsstationsinterface, wie dem in 6 dargestellten, darstellt;
13 einen Netzwerkinterfacefunktionsblock in einem Arbeitsstationsinterface, wie dem in 6 dargestellten, darstellt;
14 den Fluss von LAN-Paketdaten durch ein Arbeitsstationsinterface in einem lokalen Knoten, wie dem in 2 dargestellten, darstellt;
15 eine Energieversorgung und Systemmonitorfunktionsblock in einem Arbeitsstationsinterface, wie dem in 6 dargestellten, darstellt;
16 ist ein Blockdiagramm, welches die Interfaces der Softwarebelegung auf ein m Arbeitsstationsinterface in einem lokalen Knoten darstellt, wie dem in 6 dargestellten;
17 ein Objektdiagramm der Softwarebelegung auf einem Arbeitsstationsinterface in einem lokalen Knoten wie dem in 2 dargestellten, ist;
18 ein Blockdiagramm ist, welches den Betrieb der Software eines Arbeitsstationsinterface, wie der in 16 dargestellt, zum erarbeiten von Breitband-Netzwerkverbindungsdaten darstellt; und
19 eine Ausführungsform eines Nebenanlagenschalters in einem lokalen Knoten gemäß 2 darstellt;
20 eine Ausführungsform eins Trägerkanalbonders in einem derartigen Nebenanlgenschalter gemäß 19 darstellt;
21 ein Funktionsblockdiagramm eines Bondermoduls in einem Trägerkanalbonder gemäß 20 ist;
22 weiterhin ein Bondermodul gemäß 21 darstellt;
23 einen PCI-Bus-Interface-Controller in einem Bondermodul gemäß 21 darstellt;
24 einen PCI-Bus-Anschluss in einem PCI-Bus-Interface-Controller gemäß 23 darstellt;
25 einen PCI-Bus-Controllel in einem PCI-Bus-Interface-Controller gemäß 23 darstellt;
26 weiterhin einen PCI-Bus-Controller in einem PCI-Bus-Interface-Controller gemäß 23 darstellt;
27 ein SRAM und Steuerungsmodul in einem Bondermodul gemäß 21 darstellt;
28 SRAM-Module in einem SRAM und Steuerungsmodul gemäß 27 darstellt;
29 einen SRAM-Controller in einem SRAM und Steuerungsmodul gemäß 27 darstellt;
30 einen B-Kanal-Mux/Demux in einem Bondermodul gemäß 21 darstellt;
31 ein Kanalisierungsmodul in einem B-Kanal-Mux/Demux gemäß 30 darstellt;
32 weiterhin ein Kanalisierungsmodul in einem B-Kanal-Mux/Demux gemäß 30 darstellt;
33 einen TDM-Schalter in einem Bondermodul gemäß 21 darstellt;
34 eine Leitungs-Interface-Einheit in einem Bondermodul gemäß 21 darstellt;
35 einen Datenübertragungsblock- und Anschlusscontroller in einer Leitungs-Interface-Einheit gemäß 34 darstellt;
36 einen Interface-artigen Schalter einer Leitungs-Interface-Einheit gemäß 34 darstellt;
37 ein DSX-Interface in einer Leitungs-Interface-Einheit gemäß 34 darstellt;
38 ein CSU-Interface in einer Leitungs-Interface-Einheit gemäß 34 darstellt;
39(A) bis 39(D) die Netzwerkadressübersetzungsfunktion in einem Nebenanlagenschalter gemäß 19 darstellen;
40 den Fluss von LAN-Paketdaten, die für das Breitband-Netzwerk in einem lokalen Knoten gemäß 2 bestimmt sind, darstellt;
41 eine Ausführungsform eines Stadtknotens gemäß des Netzwerkes aus 1 darstellt;
42 einen Schaltbefehlsgeber in einem Stadtknoten gemäß 41 darstellt;
43 ein Durchleitungsfunktionsdiagramm eines Schaltbefehlsgebers gemäß 42 ist;
44 ein Aufteilungsfunktionsdiagramm eines Schaltbefehlsgebers gemäß 42 ist;
45 eine Ausführungsform eines Servers zur Netzwerksteuerung gemäß des Netzwerkes aus 1 darstellt;
46 ein Flussdiagramm ist, welches einen Prozess zur Bildung von Rufdiagrammen in einem Diagrammmanager eines Servers zur Netzwerksteuerung gemäß 45 zeigt;
47(A) bis 47(C) die Stufen der Einrichtungsmanagementkomplexität in einem Server zur Netzwerksteuerung gemäß 45 darstellen;
48 die Identifikation von Schaltungen in Form von Internet-Subnetzen gemäß den Prinzipien der Erfindung darstellt; und
49 die Verbindungstopologie darstellt, die eine Verbindung mit Bandbreite nach Bedarf gemäß den Prinzipien der Erfindung ergibt.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Breitband-Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung Stadtknoten 10-1 ... 10-m. Einer oder mehrere lokale Knoten 50-1, 50-2 ... 50-n sind mit jedem Stadtknoten über eine Vielzahl von Standard 64-kbps-Trägerkanälen 60-1 ... 60-p verbunden, wobei herkömmliche Telefonnetzwerk-Transporteinrichtungen, wie DS1, E1, DS3 oder E3 etc., benutzt werden. Jeder lokale Knoten 50 trägt einen oder mehrere Benutzer, welche im Stande sind, vermittelte Breitband-Netzwerkverbindungen (nicht gezeigt) aufzubauen oder zu empfangen. Gemäß einem Ziel der vorliegenden Erfindung bleiben Benutzer mit ihrem existierenden paketvermittelten LAN verbunden, während sie gleichzeitig in der Lage sind, andere leitungsvermittelte Verbindungen im Breitband-Netzwerk aufzubauen.
Die Stadtknoten 10 sind miteinander über das existierende öffentliche vermittelte Telefonnetzwerk (PSTN) 20 verbunden. Die Stadtknoten 10 umfassen Schaltressourcen, um Bandbreite im PSTN 20 zu reservieren. Die Stadtknoten 10 und lokalen Knoten 50 sind weiterhin (vorzugsweise über die Stadtknoten 10) über ein Signalisierungsnetzwerk 30 unter der Steuerung eines Servers zur Netzwerksteuerung 40 verbunden. Leitungsvermittelte Verbindungen innerhalb des Breitband-Netzwerkes werden typischerweise zwischen zwei oder mehreren Benutzern von zwei oder mehr lokalen Knoten, die mit dem gleichen oder verschiedenen Stadtknoten verbunden sind, aufgebaut. Der Server zur Netzwerksteuerung 40 wickelt das Routing und die Abrechnung von Verbindungen zwischen den Netzwerknutzern ab. Das Signalisierungsnetzwerk 30 besteht aus paketvermittelten Verbindungen und Vermittlungsknoten, welche gegen ein Eindringen von Nutzern außerhalb des, Breitband-Netzwerkes gesichert sind.
Zur Klarheit und Vereinfachung der Darstellung wird die Erfindung im folgenden mit besonderem Bezug zu herkömmlichen PSTN-Transport-Infrastrukturen beschrieben, wie beispielsweise Stammleitungen oder Stamm- und Trägerkanalschaltern. Dennoch soll bemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese speziellen Beispiele beschränkt ist. Stattdessen ist es erwünscht, dass die vorliegende Erfindung auf Stadtknoten-Schaltressourcen von anderen Typen und anderer Herstellung als dem Standard-PSTN anwendbar ist. Diese Schaltressourcen können sowohl physikalische oder virtuelle Kanäle schalten, und zwar unter Benutzung von TDM, ATM, SONET, ISDN oder Paketen. Es ist eines der Ziele der vorliegenden Erfindung und auch neu im Stand der Technik, dass der Verkehr eines Multimediaanschlusses eines jeweiligen Nutzers unter Benutzung verschiedener Typen von zugrundeliegenden Vermittlungs- und Datentransportmethoden transparent von Ende-zu-Ende transportiert werden kann, auch auf verschiedenen Abschnitten einer vorhandenen Verbindung zwi schen zwei oder mehr Benutzern, und unter der gemeinsamen Steuerung des Servers zur Netzwerksteuerung 40. Dem entsprechend ist das einzige Erfordernis der jeweiligen leitungsvermittelten Infrastrukturen, welche in einer vorhandenen Verbindung benutzt werden, dass sie aggregable und seggregable Bandbreitemengen umfassen, welche durch Schaltressourcen zur Verfügung gestellt werden, welche über den Server zur Netzwerksteuerung erreichbar sind.
Weiterhin soll bemerkt werden, dass der Term "Knoten", wie er hier benutzt wird, sich auf einen funktionellen Punkt in der Breitbandnetzwerkverbindungstopologie bezieht. Dennoch soll es nicht so verstanden werden, dass ein "Knoten" sich nicht notwendigerweise auf eine einzelne Hardware-Komponente oder -Verbindung bezieht, kann aber eine Gruppe oder Sammlung von Komponenten und Verbindungen repräsentieren.
Jede der oben aufgelisteten Breitbandnetzwerkkomponenten sowie deren Verbindungen und Funktionen werden im folgenden detaillierter beschrieben.
I. Lokale Knoten
Eine Ausführungsform eines lokalen Knotens 50 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 2 dargestellt. Er umfasst Benutzerarbeitsstationen 100-1 ... 100-q, welche mit einem Nebenanlagenschalter 110 über eine existierende LAN-artige Verkabelung 120 verbunden ist. Der Nebenanlagenschalter 110 ist sowohl mit dem existierenden LAN-Routing-Einrichtungen 130 der Benutzer, welche eine weitere Verbindung 135 benutzen, als auch mit dem Stadtknoten des Breitbandnetzwerkes verbunden. Die Verbindung zwischen dem Nebenanlagenschalter und den existierenden LAN-Routing-Einrichtungen 135 erlaubt es den Benutzern des Breitbandnetzwerkes, mit ihren existierenden LAN-Ressourcen logisch verbunden zu bleiben, während sie gleichzeitig die Möglichkeit haben, Verbindungen über das Breitbandnetzwerk aufzubauen. Wie später noch erklärt wird, wird diese Möglichkeit zum gleichzeitigen Verbinden mit zwei verschiedenen Netzwerken derart erreicht, dass weder der Benutzer noch das Managementsystem des LANs irgendeine Veränderung in der LAN-Adresse oder der Verkehrsbelastung des Nutzers sehen.
Die Arbeitsstation-Interfaces 140-1 ... 140-q sind jeweils mit jeder Benutzerarbeitsstation 100-1 ... 100-q verbunden und kommunizieren mit dem Nebenanlagenschalter 110 über eine LAN-artige Verkabelung 120 (üblicherweise durch Wiederverwenden der existierenden Verkabelung, die vorher benutzt wurde, um einen Benutzer direkt mit dem LAN zu verbinden). Es soll angemerkt werden, dass bestimmte oder alle Benutzer des existierenden LAN-Systems 120 durch den Nebenanlagenschalter erneut verbunden werden können, ohne dass es erforderlich ist, alle LAN-Benutzer, durch den Nebenanlagenschalter erneut zu verbinden. Weiterhin kann es mehr als einen Nebenanlagenschalter geben.
Weiterhin soll bemerkt werden, dass in dieser Ausführungsform Breitbandnetzwerkbenutzer mit dem Breitbandnetzwerk über ihre vorher existierende LAN-Verkabelung und Benutzerarbeitsstationen verbunden sind. Dennoch stellt die Nutzung einer existierenden LAN-Verkabelung lediglich eine existierende und nützliche Verbindungstopologie dar und ist nur eine Komponente des Netzwerkes und der Erfindung, und wenn sie nicht benutzt wird, findet keine Beeinträchtigung der anderen Elemente der Erfindung statt. Andere Breitbandnetzwerknutzer, sowohl Innen- als auch Außenseitige, brauchen nicht mit dem existierenden LAN verbunden zu sein. Das heißt, Netzwerkbenutzer können direkt mit einem Nebenanlagenschalter gekoppelt sein, egal ob der Nebenanlagenschalter physikalisch innenseitig angeordnet ist. Alternativ können beispielsweise lokale Knotenverbindungstopologien die Benutzung von Breitband-LAN-Fähigkeit im lokalen Knoten umfassen, wie beispielsweise ATM oder Gigabit Ethernet. Mit dieser Topologie kann Breitbandmultimediaverkehr durch die existierenden LAN-Router/Schalter der Benutzer zu Anschlüssen geleitet werden, die über Transporteinrichtungen direkt mit den Stadtknoten des Breitbandnetzwerkes verbunden sind. In dieser topologischen Anordnung müssen die LAN-Router/Schalter der Benutzer darüber hinaus auch von Relay-Netzwerksignalnachrichten von den Benutzerarbeitsstationen und/oder Arbeitsstation-Interfaces zum Server zur Netzwerksteuerung 40 konfiguriert werden.
Die Verkabelung 120 zwischen jeder Arbeitsstation 100 und Nebenanlagenschalter 110 und zwischen Nebenanlagenschalter 110 und LAN-Router 130 kann auf viele bekannte Weisen implementiert werden, wobei die genaue Implementierung für diese Erfindung unerheblich ist. Dennoch ist die existierende LAN-Verkabelung 120 vorzugsweise 10baseT- oder 100baseT Ethernet-fähig, der LAN-Router 130 sind Ethernet-Einrichtungen, und die Verbindung zwischen Nebenanlagenschalter 110 und LAN-Routerverbindung ist 100baseT Ethernet. Die Nutzung einer existierenden LAN-Verkabelung zum gleichzeitigen Verbinden eines Benutzers über den Nebenanlagenschalter erlaubt es, dass die zuvor existierende Verkabelung nun vollständig unabhängige Klassen von Verkehr transportiert. Somit hat ein Breitbandnetzwerkbenutzer nun direkten Zugang zu vermittelten Breitband-WAN-Verbindungsdiensten während er mit dem existierenden LAN-Diensten verbunden bleibt, und dies wird bewerkstelligt, ohne die Netzwerkadressen der Arbeitsstationen der Benutzer wie sie durch den LAN-Router gesehen werden zu wechseln, oder irgendeine zusätzliche Verkehrsbelastung dem existierenden LAN-Router hinzuzufügen.
I.A. Benutzerarbeitsstation
Eine typische Anordnung einer Benutzerarbeitsstation gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Wie in 3 gezeigt, weist die Benutzerarbeitsstation 100 ein Videodisplay 101 auf, einen Videocontroller 102, eine CPU 103, ein LAN-Interface 104, einen Benutzer-I/O-Controller 105, welcher Benutzereingabebefehle von einem Nutzer über I/O-Einrichtungen vermittelt, welche mit der Benutzerarbeitsstation 100 verbunden sind, und einen PC-Audioabschnitt 106, welcher eine Tonausgabe an einem Lautsprecher 107 erzeugt. Wie vermutet werden kann, können die Komponenten der Benutzerarbeitsstation in vielen verschiedenen bekannten Weisen und mit vielen verschiedenen Architekturen implementiert werden. Dabei sind die genauen gewählten Komponenten und Architekturen für die Erfindung grundsätzlich beliebig. Dennoch ist es vorteilhaft, dass die Videoeinheit 101 geeignet ist, VGA oder "multisynch"-Funktion bereitzustellen, und die CPU 103 geeignet ist, Java-Applikationen zu unterstützen, und das LAN-Interface 104 geeignet ist, Ethernet zu unterstützen.
I.A.1 Software der Benutzerarbeitsstation
4 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels der Softwarebelegung auf einer Benutzerarbeitsstation 100. Initial ist die einzig erforderliche Software auf einer Benutzerarbeitsstation 100 ein Java-geeigneter Internetbrowser 3102. Um die notwendige Interaktion mit dem Arbeitsstation-Interface 140 bereitzustellen, wird ein Daemonprozess 3104 auf der Benutzerarbeitsstation 100 instanziiert. Die Software auf der Benutzerarbeitsstation 100 umfasst ebenfalls einen Benutzer-Interfaceprozess 3106, welcher für das Antworten auf Benutzereingaben vom Benutzer-I/O 105, und für das Darstellen von Objekten auf dem Videodisplay 101 über den Videocontroller 102 verantwortlich ist. Um den Browser 3102 zu befähigen URLs beschränkt auf das Breitbandnetzwerk zu behandeln ist er mit einem Hilfsprozess 3108 ausgestattet, dessen Hauptfunktion es ist, den Daemonprozess 3104 zu benachrichtigen wenn eine Breitbandnetzwerkverbindung vom Browser angefordert wird.
Wenn die Arbeitsstation 100 eingeschaltet wird, wird der Daemonprozess instanziiert und wartet auf Nachrichten von entweder dem Browser 3102 (über den Hilfsprozess 3108), welche das Erzeugen einer Verbindung anfordern, oder vom Arbeitsstations-Interface 140, wobei die Nachricht anzeigt, dass ein anderer Benutzer das Beenden einer Verbindung der Arbeitsstation 100 anfordert.
5 stellt die Folge von Operationen dar, welche durch die Softwarebelegung auf einer Benutzerarbeitsstation 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Wenn ein Benutzer den Browser 3102 startet, wird das Browserfenster 3150 auf dem Videodisplay 101 angezeigt. Wenn der Benutzer wünscht, eine Breitbandnetzwerkverbindung aufzubauen, wird auf eine Internetseite zugegriffen, welche ein Verzeichnis von Breitbandnetzwerkbenutzern enthält, und der Verzeichnisviewer 3152 wird im Browserfenster angezeigt. Der Verzeichnisviewer 3152 umfasst eine Liste von Breitbandnetzwerkbenutzern, dessen Namen 3154 vorzugsweise als Hypertext mit Links angezeigt werden, welche URLs haben, die auf das Breitbandnetzwerk beschränkt sind. Wenn der Benutzer eine Partei oder Parteien von der Liste auswählt, ruft der Browser 3102 den Hilfsprozess 3108 auf, damit dieser die Anfrage bearbeitet, und der Hilfsprozess 3108 wiederum benachrichtigt den Daemonprozess 3104. Der Daemonprozess 3104 ruft den Benutzer-Interfaceprozess 3106 auf, welcher das Displayfenster 3160 auf dem Videodisplay 101 zeichnet. Der Benutzer-Interfaceprozess 3106 kann ebenfalls eine Dialogbox (nicht gezeigt) zeichnen, welche den Benutzer auffordert, anzugeben, welche Art von Verbindung er wünscht (z.B. nur Ton, nur Daten, Telefonkonferenz etc.). Diese Information wird zum Daemonprozess 3104 zurückgeleitet und in eine Verbindungsanfrage formatiert, welche an das Arbeitsstations-Interface 140 weitergleitet wird, welche die Anfrage an den Server zur Netzwerksteuerung 40 über das Signalisierungsnetzwerk 30 sendet.
Zwischenzeitlich werden Verbindungsanfragen, welche zur Arbeitsstation 100 von einem anderen Breitbandnetzwerkbenutzer gesendet werden, durch den Daemonprozess 3104 empfangen. Wenn derartige Anfragen empfangen werden, aktiviert der Daemonprozess 3104 den Benutzer-Interfaceprozess 3106, welcher wiederum eine Dialogbox 3156 auf dem Videodisplay 101 malt, welche den Benutzer fragt, ob er weiterhin in der Verbindung bleiben möchte. Die Antwort wird durch den Benutzer-Interfaceprozess 3106 über den Benutzer-I/O 105 gesammelt, wird an den Daemonprozess 3104 weitergeleitet, und von dort weiter zum Arbeitsstations-Interface 140. Wenn der Verbindung zugestimmt wird und sie hergestellt wird, dann zeichnet der Benutzer-Interfaceprozess 3106 ein Displayfenster 3160 auf dem Videodisplay 101.
Das Displayfenster 3160 kann eine Anzahl von Unterfenstern beinhalten. Diese können eingeblendete Unterfenster 3158 und 3166 umfassen, die beispielsweise benutzt werden, um Videokamerabilder der lokalen Benutzer und Remotebenutzer entsprechend anzuzeigen. Diese eingeblendeten Unterfenster werden durch den Benutzer-Interfaceprozess 3106 gemalt, und die Koordinaten und Größen dieser Unterfenster werden an das Arbeitsstations-Interface 140 berichtet, so dass das Arbeitsstations-Interface wissen kann, wo die Unterfenster in den Videosignalen, generiert durch den Videocontroller 102, zu lokalisieren sind. Wenn das Fenster 3160 oder die Unterfenster 3158 und 3166 in ihrer Größe durch den Benutzer über das Benutzer-I/O verändert werden, aktualisiert der Benutzer-Interfaceprozess 3106 die Positionen und Größen und berichtet diese an das Arbeitsstations-Interface 140. Die Unterfenster werden entweder mit einer Farbe gemalt, welche vom Arbeitsstations-Interface 140 festgelegt wird, oder welche zum Arbeitsstations-Interface 140 berichtet wird. Das Displayfenster kann weiterhin ein Steuerungsfenster 3162 für Benutzersteuerungen 3164 (beispielsweise Auflegen) und ein Displayunterfenster 3168 umfassen, welches zur Anzeige eines graphischen Bildes benutzt werden kann, oder ein anderes eingeblendetes Fenster zur Anzeige eines Konferenzteilnehmers oder anderen Objektes sein kann. Es sollte offensichtlich sein, dass die Anzahl und Größe der angezeigten Unterfenster vorbestimmt sein kann oder, abhängig vom Typ der Verbindung, der Anzahl der Teilnehmer und der Menge von laufenden Medienströmen, variieren kann.
Obwohl der Prozess der Anfrage einer Breitbandnetzwerkverbindung oben mit Beispiel eines Benutzer-Interfaceprozesses, welcher mit einem Benutzer interagiert um eine Verbindung auszuwählen, beschrieben wurde, sollte es offensichtlich sein, dass viele Alternativen möglich sind. Beispielsweise können zusätzliche Softwareebenen angelegt werden, die automatisch bestimmen eine paketvermittelte Verbindung (z.B. Applikationen mit geringer Wartezeit, wie Text, kleine Graphiken, Email und kleine Dateitransfers) oder eine leitungsvermittelte Verbindung (z.B. Video, Sprache, komplexe Graphiken und Animationen oder große Dateitransfers) für die jeweils gewünschte Verbindung zu benutzen, und zu bestimmen, wie viel Bandbreite für jede Verbindung anzufordern ist.
I.B. Arbeitsstations-Interface
Eine typische Konfiguration einer Arbeitsstation gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Sie umfasst eine Benutzerarbeitsstation 100 und ein Benutzer-Interface 140. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Arbeitsstations-Interface 140 zwei wichtige Verbindungen zur Arbeitsstation 100 des Benutzers. Die erste Verbindung ist zwischen dem Videocontroller 102 und dem Videodisplay 101 so, dass das Arbeitsstations-Interface in der Lage ist, das Signal, welches normalerweise durch den Videocontroller 102 direkt zum Videodisplay 101 gesendet wird, abzufangen und zu manipulieren. Wie weiter unten detaillierter beschrieben wird, werden Videodisplaysignale, welche nicht in Bezug zu Breitbandnetzwerkverbindungen stehen, durch eine derartige Verbindung hindurch geleitet, ohne sie zu verändern, wobei Videodisplaysignale, welche in Bezug zu Breitbandnetzwerkverbindungen stehen, verändert werden, um zusätzliche Videodisplayinformation einzufügen, welche über Breitbandnetzwerkverbindungen gesendet oder empfangen wird. Die zweite Verbindung zwischen der Benutzerarbeitsstation und dem Arbeitsstations-Interface führt zum LAN-Interface 104 auf der Benutzerarbeitsstation. Und zwar damit das Arbeitsstations-Interface 140 in der Lage ist, zwischen Datenverkehr, welcher zwischen der Benutzerarbeitsstation und den LAN-Routing-Einrichtungen fließen soll, und dem Datenverkehr, der zwischen der Benutzerarbeitsstation und/oder dem Arbeitsstations-Interface und dem Breitbandnetzwerk fließen soll, zu unterscheiden. Wie weiter unten detaillierter erklärt werden wird, wird sowohl in diesem Abschnitt als auch im Abschnitt des Nebenanlagenschalters normaler Datenverkehr zwischen der Benutzerarbeitsstation und dem LAN einfach durch sowohl das Arbeitsstations-Interface 140 als auch den Nebenanlagenschalter 110 geleitet, während Datenverkehr, welcher in Bezug zu einer Breitbandnetzwerkverbindung steht, spezielle Vorgänge innerhalb des lokalen Knotens triggert. Das Arbeitsstations-Interface 140 kann ebenso einen dritten Anschluss vom PC-Audioabschnitt 106 einer Benutzerarbeitsstation 100 umfassen, so dass die Audioausgabe der Arbeitsstation durch das Arbeitsstations-Interface in die Breitbandnetzwerkverbindungsinformation eingefügt werden kann.
Das Arbeitsstations-Interface 140 unterstützt auch Verbindungen zu verschiedenen Peripheriereinrichtungen, welche normalerweise auf dem Schreibtisch eines Benutzers platziert sind, z.B. einen oder mehrere Lautsprecher 150, Mikrofone 152, Kamera 154, Videomonitor 156 (zusätzlich zum Videodisplaymonitor 101 der Benutzerarbeitsstation), Telefongerät 158, Audioeinrichtung 160, serielle I/O-Einrichtung 162, PCMCIA-Karte 164, Benutzereingabeeinrichtung 166, Testanschluss 168 und Statusindikator 170). Diese Einrichtungen und die Verbindungen zu ihnen werden im folgenden detaillierter erläutert.
Für zusätzliche Transparenz und Ausfallsicherheit im Falle von Stromausfall beispielsweise, umfasst das Arbeitsstations-Interface 140 Überbrückungsrelais 171, 172, 173 und 174. Im normalen Betrieb sind diese Relais derart konfiguriert, Signale von und zur Benutzerarbeitsstation 100 zu erzeugen, die vom Arbeitsstations-Interface verarbeitet werden.
Im Falle von Stromausfall oder anderen Fehlern werden die Relais ausgelöst und zwingen die Signale auf ihren normalen Pfad, so dass derartige Fehler die ansonsten normale Funktion des LAN und der Arbeitsstation nicht stören.
6 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Arbeitsstations-Interfaces 140 gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform.
Wie in 6 dargestellt, umfasst das Arbeitsstations-Interface 140 einen Videoblock 200, einen Audioblock 210, einen Hardware-Entschlüsselungs/Verschlüsselungs- und -Sicherheitsblock 220, einen CPU-Kern 230, einen Test- und Display-I/O-Block 240, einen Netzwerk-Interface-Block 250 und einen Energieversorgungs- und Systemmonitorblock 260. Das Arbeitsstations-Interface kann auch einen SVGA-Displaymonitor 270 umfassen.
Wenn ein Displaymonitor 270 und eine verbundene Benutzereingabeeinrichtung 166 vorgesehen sind, wird das Arbeitsstations-Interface in die Lage versetzt, Anschluss- und Computerdienste für einen Benutzer direkt zu unterstützen, ohne das Erfordernis, einen existierenden Arbeitsstationscomputer an das Arbeitsstations-Interface anzuschliessen. In dieser Benutzungsva riante wird das Arbeitsstations-Interface ein Standalone-Netzwerkcomputer, der geeignet ist, über sowohl die Einrichtungen des beim Benutzer existierenden LAN als auch über die Einrichtungen des Breitbandnetzwerkes gleichzeitig zu kommunizieren.
Bei normaler Benutzung empfängt der Videoblock 200 Videoeingaben vom Videocontroller 102 der Benutzerarbeitsstation über ein VGA-artiges oder ähnliches Kabel und eine Kamera 154, welche mit dem Arbeitsstations-Interface verbunden ist. Der Videoblock 200 gibt Videosignale an das Videodisplay 101 der Benutzerarbeitsstation und (optional) an ein zweites Videodisplay oder an einen Fernsehmonitor 156 aus. Der Videoblock 200 gibt auch Videosignale an einen zusätzlichen optionalen Displaymonitor 270 aus (normalerweise nur benutzt, wenn das Arbeitsstations-Interface, wie oben beschrieben, als Standalone-Netzwerkcomputer benutzt wird).
Vorzugsweise werden Eingaben von zwei Kameras 154 und Ausgaben zu zwei Videomonitoren 156 unterstützt. Die Videoausgangssignale können entweder analog (RGB)/digital (VGA/multisync) oder fernsehartig (NTSC/PAL) sein, abhängig vom Typ des Displaymonitors. Der Displaymonitor kann Durchleitungsbuchsen umfassen, um diese Videosignale zu zusätzlichen Displaymonitoren (nicht gezeigt) weiterzuleiten. Die Kamera 154 kann Real-Time-Videoaufnehmer, wie beispielsweise einen CCD oder dergleichen, umfassen oder kann Videoabspieleinrichtungen, wie beispielsweise VCRs, Laserdisks oder DVDs umfassen.
Der Audioblock 210 empfängt Audioeingaben von einem Mikrofon 152, des PC-Audioabschnittes 106 der Benutzerarbeitsstation 100 und von der Audioeinheit 160 und vom Telefongerät 158. Der Audioblock 210 gibt auch Audiosignale an die Lautsprecher 150 aus, sowie an einen internen Lautsprecher 280, welcher im Arbeitsstations-Interface angeordnet ist, und zum Telefongerät 158. Vorzugsweise sind Stereoausgaben für vier Lautsprecher 150 unterstützt.
Der Test- und Display-I/O-Block 240 empfängt Eingaben vom Anschluss 168, von der Benutzereingabeeinrichtung (wie beispielsweise einer Maus und/oder Tastatur) 166, von einer generischen seriellen I/O-Einrichtung 162 und PCMCIA-Karte 164. Der Test- und I/O-Display I/O-Block 240 erzeugt auch Ausgaben an die serielle I/O-Einrichtung 162, an die PCMCIA-Karte 164 und den Statusindikator 170.
Der Netzwerk-Interfaceblock 250 ist mit dem LAN-Interface 104 der Benutzerarbeitsstation 100 verbunden und ist normalerweise weiterhin mit dem LAN über wiederbenutzte LAN-Verkabelung 120 und über den Nebenanlagenschalter 110 verbunden.
Es ist wichtig, zu erwähnen, dass wenn das Arbeitsstations-Interface 140 aus welchem Grund auch immer ausfallen sollte (ob wegen Stromausfall, Fehlerhaftigkeit irgendeiner internen Hardware- oder Softwarekomponente etc.), die Funktionalität der Benutzerarbeitsstation 100 und seiner Datenverbindung zum existierenden LAN-Router 130 über den Nebenanlagenschalter 110 nicht nachteilig beeinflusst wird (beispielsweise wird die Benutzerarbeitsstation weiterhin arbeiten und kann weiterhin mit dem existierenden LAN-Router 130 kommunizieren). Dies ist möglich, da beim Auftreten jeglicher Hardware- oder Softwarefehler im Arbeitsstations-Interface Bypassrelais ausgelöst werden, die das LAN-Interface 140 der Benutzerarbeitsstation veranlassen, mit dem LAN-Kabel 120 direkt verbunden zu werden, welches das Arbeitsstations-Interface 140 mit dem Nebenanlagenschalter 110 verbindet.
Bezüglich der oben beschriebenen Konfiguration des Arbeitsstations-Interfaces 140 soll angemerkt werden, dass seine Installation zusammen mit der Benutzerarbeitsstation 100 ein über gangsfreier Prozess von Wechseln von Kabeln zu existierenden Buchsen der Arbeitsstation 100 sein kann, so wie jene, die das LAN-Kabel mit der Netzwerk-Interfacekarte der Arbeitsstation 100 verbinden, und so wie jene, die das Displaymonitorkabel mit der Videocontrollerkarte der Arbeitsstation 100 verbinden. Weiterhin sollte es von den obigen Beschreibungen offensichtlich sein, dass diese ersetzten Verbindungen keinen Einfluss auf den Betrieb der Benutzerarbeitsstation haben, außer auf die Breitbandnetzwerkverbindung. Das heißt, das Arbeitsstations-Interface 100 dient lediglich der Erweiterung der existierenden Funktionalität der Arbeitsstation 100, so dass sie mit dem Breitbandnetzwerk der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann, ohne ihre existierende Funktionalität zu verändern oder zu beschränken.
I.B.1. CPU-Kern
7 stellt einen CPU-Kern 230 gemäß der in 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung dar. Sie umfasst einen Taktgeber und einen Energieversorgungs-Managementblock 231, eine CPU 232 (wie beispielsweise einen SPARC, einen MIPS, einen Am486/K5/6 etc.), einen Flashspeicher 233, einen DRAM-Speicher 234 und ein PCI-Bus-Interface 236, wobei alle über den lokalen Bus 235 kommunizieren. Das PCI-Bus-Interface 236 vermittelt Kommunikation zwischen dem CPU-Kern und anderen funktionalen Komponenten im Arbeitsstations-Interface 140 über den PCI-Bus 290. Es soll wahrgenommen werden, dass, obwohl ein PCI-Bus in dieser Ausführungsform vorzugsweise benutzt wird, gleichwohl andere Bus-Architekturen möglich sind. Die Konstruktion und der Betrieb der obigen Komponenten sind bekannt.
Der CPU-Kern 230 empfängt einen CPU-Interrupt von der Energieversorgung und vom Systemmonitorblock 260 über den CPU-Bus 290. Im Falle von Stromausfall oder anderen Arbeitsstations- Interface-Fehlern erzeugt der CPU-Interrupt einen Shutdown-Prozess, welcher durch die CPU 232 aktiviert wird.
I.B.2. Videoblock
8 und 9 stellen ein Beispiel eines Videoblocks 200 gemäß der Ausführungsform eines Arbeitsstations-Interfaces 140, welches in 6 dargestellt ist, dar. Er umfasst einen Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300, einen Kodier/Dekodierblock 302, einen Video-Erfassungsblock 304, und einen Video-Graphikcontroller 306.
Der Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 empfängt das Videodisplaysignal von der Benutzerarbeitsstation 100 und gibt ein Videodisplaysignal an den Displaymonitor 101 der Benutzerarbeitsstation 100 aus. Während einer Breitbandnetzwerkverbindung können der Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 auch Videosignale vom Netzwerk oder lokal verbundenen Kameras 154 über den Kodier/Dekodierblock 302 empfangen. Der Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 überlagern diese Signale auf das Videosignal der Arbeitsstation in einer Weise, die im folgenden detaillierter beschrieben wird. Es soll zu dieser Zeit wahrgenommen werden, dass dennoch die Benutzerarbeitsstation 100 nicht so belastet ist, weil das Arbeitsstations-Interface 140 von diesem System alle Breitbandnetzwerkdatenaufgaben, wie Senden, Empfangen, Videokodierung/-dekodierung, und Video-Overlaydisplay erfüllt. Ferner ist das Arbeitsstations-Interface 140 in der Lage, seine Funktionalität zur Verfügung zu stellen, ohne Rücksicht auf den genauen Typ, Verarbeitungsgeschwindigkeit oder Betriebssystem der Benutzerarbeitsstation 100, weil das Arbeitsstations-Interface 140 unabhängig von der Benutzerarbeitsstation operiert, um Breitbandnetzwerkdaten zu verarbeiten und anzubieten. Weiterhin und gleichfalls wichtig ist, dass alle der Netzwerkverbindungsmanagement- und Videoverarbeitungsfunktionalitäten, welche erforderlich sind um einen sinnvollen Multimedia- Breitbandnetzwerkdienst bereitzustellen, in einer Benutzerarbeitsstation vorgesehen sein können, ohne dass es erforderlich ist, irgendeine physikalische Modifikation innerhalb der Benutzerarbeitsstation durchzuführen oder irgendeine zusätzliche Komponente hinzuzufügen. Das Arbeitsstations-Interface braucht nur mit der Benutzerarbeitsstation verbunden zu werden, und zwar unter Benutzung des Ethernet (oder ähnlich) und VGA(oder ähnlich)-artigen Verbindungen, welche bereits auf den meisten existierenden Benutzerarbeitsstationen verfügbar sind.
Vorzugsweise ist das Videodisplay 101 der Arbeitsstation von einem Display-Typ, welcher durch das Arbeitsstations-Interface 140 unterstützt wird, und der Videocontroller 102 der Benutzerarbeitsstation gibt ein Videoformat aus, welches vom Arbeitsstations-Interface 140 unterstützt wird. Vorzugsweise ist das Videodisplay analog RGB (was die große Mehrheit ausmacht), und das analoge Videoformat ist kompatibel mit Rot/Grün/Blau-Kodierung mit unterschiedlicher Synchronisation, wie sie im VGA, SVGA und anderen Multisync-Monitoren verwendet wird. Macintosh- und Sun-Systeme sind ebenfalls analog RGB, sie werden dazu durch den Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 für weitere Plattformunabhängigkeit unterstützt. Durch eine einfache Erweiterung können andere Typen von Monitordisplayformaten, falls notwendig, unterstützt werden. In einigen Fällen kann ein einfacher mechanischer Adapter für verschiedene Verbindungsstandards erforderlich sein.
Wie weiterhin in 9 dargestellt, umfasst der Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 Overlaymodule 350 und 352, welche die dekodierten Videodaten von den lokalen Kameras 154 oder von den Breitbandnetzwerkverbindungen empfangen, und sie auf die Videodisplaysignale vom Videocontroller 102 der Benutzerarbeitsstation zum Ausgeben auf das Videodisplay 101 der Benutzerarbeitsstation überlagern. Andernfalls lassen die Overlaymodule 350 und 352 das Videodisplaysignal der Arbeitsstation ohne Veränderung passieren. Es soll bemerkt werden, dass zwei Overlaymodule lediglich als Beispiel dargestellt sind. Man kann so viele Overlaymodule haben wie gewünscht. Neun ist eine bevorzugte Anzahl, z.B., weil neun überlagerte Videofenster von vertretbarer Größe schön angeordnet werden können, um einen typischen Videodisplaymonitorbildschirm zu füllen.
Das Überbrückungsrelais 171 ist parallel zum Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 geschaltet, welches erzwingt, beispielsweise im Falle eines Stromausfalls die Videosignale direkt zum Videodisplay der Arbeitsstation zu leiten, wie durch das Fehlersignal des Energieversorgungs- und Systemmonitorblocks 260 indiziert.
Die Overlaymodule 350 und 352, welche im Stand der Technik bekannte Technologien benutzen, schalten automatisch zwischen dem RGB-Videosignal der Arbeitsstation und den neuen Bildelementen um, welche durch die Dekodierungsblocks 362 und 364 des Arbeitsstations-Interfaces bereitgestellt werden, und zwar schnell und sich wiederholend, um auf dem Arbeitsstationsdisplaybildschirm die Erscheinung von sich überlagernden Bildern hervorzurufen. Das Overlaymodul 350 und 352 weiß durch Prüfung des analogen RGB-Signals auf spezielle Schlüsselsignale, wann zu schalten ist. Das kann entweder analog oder digital sein. Die derzeitige Implementierung benutzt ein analoges System, wobei dem Overlaymodul 350 durch die Software mitgeteilt wird (durch einen Treiber z.B.), nach einer Einblendungsfarbe A zu schauen (definiert durch eine gewisse Proportion von Rot, Grün und Blau); dem Overlaymodul 352 wird mitgeteilt, nach einer Einblendungsfarbe B zu schauen (andere Proportion von Rot, Grün, Blau). Wenn die Schlüsselfarben gefunden werden, dann erfolgt die Schaltung. Diese Technik erlaubt es der Software, welche auf der Benutzerarbeitsstation läuft, die Position des Videofenster-Overlays des Arbeitsstations-Interfaces durch Zeichnen eines Recheckes mit den dazugehörigen Schlüsselfar be(n), wie auch immer gewünscht, zu steuern. Es ist ebenfalls möglich, die Überlagerungsaufgabe in einer digitalen Weise durchzuführen, und zwar durch Anschauen der Synchronisationssignale und durch Zählen der (x, y) Displaybildschirmkoordinaten. Die Signale werden dann zu den gewünschten Werten von x, y geschaltet.
Der Videoerfassungsblock 304 empfängt die Videosignale Video 1 und Video 2 von den Kameras 154. Wie in 9 dargestellt, digitalisieren die Video analog-zu-digital-Konverter (ADCs) 354 und 356 entsprechend die Videosignale zum Einleiten in einen Videomultiplexer 358, welcher wahlweise die digitalen Videosignale an den Komprimier/Dekomprimierblock 302 ausgibt.
Der Komprimier/Dekomprimierblock 302 empfängt Videodatenströme über das Netzwerk über den PCI-Bus 290 und empfängt Videodaten von den Kameras 154 über den Videoerfassungsblock 304. Er dekomprimiert die Daten vom Netzwerk und gibt einen Videodatenstrom an den Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 aus. Umgekehrt komprimiert er die Videodaten von den Kameras und gibt die komprimierten Daten an das Netzwerk aus. Die komprimierten Daten sind vorzugsweise in bekannten Formaten, wie beispielsweise H.261, MPEG1 und MPEG2. Die Videodaten sind vorzugsweise im YUV422-Format, einem bekannten Industriestandard.
Wie in 9 dargestellt, umfasst der Komprimier/Dekomprimierblock 302 Komprimier/Dekomprimiermodule 360, 362 und 364. Die Komprimiermodule sind vorzugsweise AVP4400s (ein Video-Komprimier/Dekomprimierprodukt von Lucent Technologies). Dennoch können viele ähnliche aus dem Stand der Technik bekannte Produkte stattdessen benutzt werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel komprimiert/dekomprimiert der Komprimier/Dekomprimierblock Videodaten unter Benutzung des H.261- oder MPEG1- und/oder MPEG2-Formats. Das Komprimiermodul 360 komprimiert die digitalisierten Videosignale vom Videoaufzeich nungsblock. Die komprimierten Videosignale vom Komprimiermodul 360 werden zur Übertragung über die Breitbandnetzwerkverbindungen über den PCI-Bus 290 zur mux/demux-Maschine 320 gesendet. Das Dekomprimiermodul 362 dekomprimiert H.261-Daten, welche von den Breitbandnetzwerkverbindungen über den PCI-Bus 290 empfangen wurden, und die mux/demux-Maschine 320 gibt die dekomprimierten Daten an den Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 aus. Ganz ähnlich dekomprimiert das Dekomprimiermodul 364 ebenfalls H.261-Daten, welche von den Breitbandnetzwerkverbindungen über den PCI-Bus 290 und die mux/demux-Maschine 320 empfangen wurden, und gibt die dekomprimierten Daten an den Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 aus. Durch das Vorsehen von einer Vielzahl von Dekomprimiermodulen können Mehr-Parteien-Videoverbindungen unterstützt werden, indem mehrere gleichzeitige Verbindungen über das Breitbandnetzwerk aufgebaut werden.
Vorzugsweise sind die dekomprimierten Daten, welche an den Monitoroverlay- und Ausgabeblock 300 ausgegeben werden, im YUV422-Format.
Wie in 8 und 9 dargestellt, kann der Videoblock 200 Videokonverter 366 und 368 umfassen, welche die dekomprimierten Videodaten, welche von Dekomprimiermodulen 362 und 264 ausgegeben wurden, entsprechend in Standardfernsehvideosignale, wie beispielsweise NTSC oder PAL, zur Anzeige auf Standardfernsehmonitoren 156 konvertieren.
Der SVGA-Controller 306 empfängt über die mux/demux-Maschine 320 Videosignale vom PCI-Bus 290. Diese Signale sind die dekomprimierten Videosignale vom Netzwerk oder lokalen Kameras 156, wie oben beschrieben. Dieser SVGA-Controllerblock 306 stellt einen alternierenden Displaymechanismus bereit, wodurch es einem Benutzer ermöglicht wird, empfangene Videobilder auf eine separate Displayeinrichtung zu leiten, so wie beispielsweise einen Fernseher, als eine Alternative zum Überlagern des empfangenen Videos auf den Videodisplaymonitor 101 der Benutzerarbeitsstation. Zusätzlich zum (oder anstatt von) dem Überlagern von Videobildern auf dem Displaymonitor 101 der Arbeitsstation kann das Arbeitsstations-Interface den Videostrom an einen separaten analogen RGB-Monitor, an einen LCD-Bildschirm oder an ein NTSC-Fernsehdisplay leiten. Die Elemente 306, 370, 270, 372 erfüllen diese Funktionen. Der SVGA-Controller 306 gibt Videosignale an den externen Videomonitor 156 aus, entweder direkt oder durch den Fernsehkonverter 370, und auch an den SVGA-Monitor 270. Hintergrundbeleuchtung und Helligkeitssteuerung für den SVGA-Monitor 270 werden durch das SVGA-Displaysteuerungsmodul 372 durch Steuerung des CPU-Kerns 230 gesendet. Die Funktionen dieses Moduls sind typischerweise über den PCI-Bus des Arbeitsstations-Interfaces aufrufbar.
Die mux/demux-Maschine 320 empfängt Netzwerkdaten von und gibt sie an das Netzwerk aus über den PCI-Bus 290. Sie empfängt weiterhin Netzwerkdaten von und gibt sie zum Kompressions/Dekompressionsblock 302 aus. Eine Videoinformation vom Breitbandnetzwerkdatenstrom wird dem VGA-Controller zum optionalen Anzeigen auf dem SVGA-Monitor 270 oder Fernsehmonitor 156 zugeleitet. Weiterhin wird die gesendete oder empfangene Audioinformation, welche in separaten Datenströmen in den Breitbandnetzwerkverbindungen enthalten ist, oder Audioinformation, die durch die Kodier/Dekodierblocks 360, 362 und 364 von/in kombinierte Audio/Videoströme gemultiplext/demultiplext wird, über die mux/demux-Maschine 320 und dem PCI-Bus 290 zur weiteren Audioverarbeitung an den Audioblock 210 gesendet. Wie im folgenden detaillierter beschrieben wird, ist der Audioblock 210 für die Analog/Digitalwandlung von Ton, Audioebenensteuerung, Mischen von Audioströmen, Kompression/Dekompression von Audioströmen, Unterdrücken von durch Audioeffekte erzeugten Echos, Unterdrückung von durch Netzwerkübertragungsverzögerungen erzeugten Echos, und das Anbinden von Audio an/von plain old Te lephone Service (POTS), Telefonleitungen und POTS-Telefongeräte verantwortlich.
Wie in 9 dargestellt, umfasst der Videoblock 200 einen Taktgeber, welcher zur Synchronisation von Operationen der oben beschriebenen Komponenten des Videoblocks benutzt wird. Gleichfalls müssen alle Videotaktgeber und Audiotaktgeber synchronisiert sein, um die Videoqualität und Audio-Überhang-Synchronisation zu gewährleisten. Bei Benutzung mit geeigneten Standardnetzwerkübertragungsprotokollen kann die synchronisierte Audio- und Videoinformation als separate asynchrone Paketströme auf den Breitbandnetzwerkverbindungen übertragen werden. Bei Benutzung der wie oben beschriebenen synchronisierten Taktgeber kann das entstehende Arbeitsstations-Interface Audio- und Videoenthaltende Pakete "Eingangszeit-Stempeln" so dass auch wenn die Pakete nicht zu exakt derselben Zeit am empfangenden Arbeitsstations-Interface ankommen, die Software in dem empfangenden Arbeitsstations-Interface das empfangene Audio und Video, basierend auf diesen Zeit-Stempeln resynchronisieren kann.
I.B.3. Audioblock
10 stellt ein Beispiel eines Audioblocks 210 gemäß des Ausführungsbeispiels des Arbeitsstations-Interfaces 140, welches in 6 dargestellt ist, dar. Er umfasst einen Audiodigitalisierer 400, ein POTS-Unterstützungsmodul 410, ein Audiokompressionsmodul 420, einen Audiomixer 430, einen TDMA-Schalter 440 und einen Audio-digital-zu-analog-Wandler (DAC) 450, welche alle miteinander über einen Audio-Bus 460 verbunden sind.
Der Audio-DAC 450 empfängt digitalisierte Audiosignale über den Audio-Bus 460, wandelt diese in Analogsignale und gibt diese über den Lautsprecher 150, den Lautsprecher des Telefons 158 oder die Audioeinrichtung 161, typischerweise ein VCR, aus. Wie oben in der Beschreibung der Arbeitsstations-Software erklärt, kann ein Benutzer durch die laufende Software-Applikation wählen, welche Audioeingaben oder -ausgaben zu benutzen sind. Diese Auswahl wird von dieser Software zum Arbeitsstations-Interface über die Ethernetverbindung zwischen der Benutzerarbeitsstation und dem Arbeitsstations-Interface kommuniziert. Die Software im Arbeitsstations-Interface empfängt diese Befehle und steuert die Schaltung von Ton (z.B. durch einen Audiotreiber) im Audioblock 210, um die angeforderten Audioeingaben und -ausgaben auszuwählen.
Der Audiomixer 430 sendet Audiodatensignale zu und empfängt diese vom Netzwerk über das mux/demux-Modul 320 im Videoblock 200. Der Audiomixer 430 sendet und empfängt ebenfalls Audiodatensignale von und zum Audio-Bus 460. Der Audiomixer 430 prüft und modifiziert den digitalen Ton vom Audiodigitalisierer 400, welches an das Netzwerk übergeben wird, um Umgebungsgeräusche und "Echo" desselben Tons, welcher den Lautsprechern über den DAC 450 übergeben wird, zu entfernen. Jeder Ton, welcher vom Netzwerk zu irgendeinem Lautsprecher und von irgendeinem Mikrofon zum Netzwerk übergeben wird, kann echobereinigt sein, und zwar durch Nutzung des Audiomixers 430.
Der Audiodigitalisierer 400 empfängt Audiosignale vom Mikrofon 152, vom Audiomodul 106 der Benutzerarbeitsstation 100, und von der Audioeinrichtung 160, digitalisiert die Audiosignale und gibt diese entweder über den Audio-Bus 460 an den Audio-DAC 450 und/oder über den Audiomixer 430 und den Audio-Bus 460, welcher für das jeweilige in Frage stehende Audiosignal geeignet ist, an das Netzwerk aus. Weiterhin können Audiosignale von einer Benutzerarbeitsstation 100 im Falle eines Fehlers oder Stromausfalls des Arbeitsstations-Interfaces, indiziert durch das Fehlersignal welches durch den Energieversorgungs- und Systemmonitorblock 260 empfangen wird, direkt über das Überbrückungsrelais 172 an die Lautsprecher 150 durchgeleitet werden.
Das POTS-Unterstützungsmodul 410 empfängt Telefonsignale vom Telefongerät 158 und gibt derartige Telefonsignale direkt an das POTS-Telefonverbindungs-Interface 159 aus, wenn das Überbrückungsrelais 174 aufgrund eines Stromausfalls oder anderen Fehlers des Arbeitsstations-Interfaces 140, wie durch das Fehlersignal des Energieversorgungs- und Systemmonitorblocks 260 indiziert, ausgelöst ist. Dies erlaubt es dem Telefongerät immer mit Rettungsdiensten über eine normale Telefonleitung, im Falle eines Stromausfalls oder anderen Fehlers des Arbeitsstations-Interfaces, verbunden zu sein. Unter normaler Benutzung ist das Überbrückungsrelais 174 aktiviert, wodurch sowohl das Telefonverbindungs-Interface(s) 159 als auch das Telefongerät(e) 158 mit dem POT-Unterstützungsmodul 410 verbunden wird.
Das POTS-Unterstützungsmodul 410 antwortet auf eingehende Rufsignale von verbundenen POTS-Telefonverbindungen und generiert Signale, welche zum Anrufen von Telefongerät 158, welches mit, dem Arbeitsstations-Interface 140 verbunden ist, erforderlich sind. Es kann ebenfalls DTMF-Wählsignale detektieren und generieren und kann Zusammenschaltungssignale detektieren und generieren, wodurch die Arbeitsstation 100 mit voller POTS-Telefonunterstützung ausgestattet ist. Weiterhin kann es analoge Telefonaudiosignale zwischen Telefonleitungs-Interface(s) 159 und dem Telefongerät-Interface(s) schalten und kann den Audio-Bus für eventuelle Konversation und Verbindung zu und/oder zum Mischen mit Audioströmen, welche in Breitbandnetzwerkverbindungen vorkommen, schalten.
Das Audiokompressionsmodul 420 komprimiert die digitalisierten Audiodaten vom Audiodigitalisierer 400 über den Audio-Bus 460 gemäß bekannten Telefonaudiokompressionsstandards (wie beispielsweise dem A-Gesetz oder *-Gesetz) zum Senden über das Netzwerk über den Audiomixer 430 und Audio-Bus 460. Gleichermaßen wird der empfangene digitale Ton durch den Audiokompressi onsblock 420 vor der Umwandlung in analoge Signale dekomprimiert.
Der TDMA-Schalter 440 ist eine digital schaltende Schaltung, welche verschiedene Quellen von digitalen Audiodaten mit verschiedenen Zielen für die Daten auf dem Audio-Bus verbindet, welche Zeitmultiplex verwenden. Die bevorzugte Ausführungsform dieses TDMA-Schalters benutzt eine Industriestandardmethode, dem Fachmann bekannt als Multi-Vendor Interface Protocol (MVIP), zum Schalten von Daten, wie beispielsweise digitalem Ton; dieser Ansatz wurde ausgewählt, um eine flexible Softwaregesteuerte Methode zum Verbinden vieler verschiedener Audioeingänge zu vielen verschiedenen Audioausgängen vorzusehen.
I.B.4. Hardware-Sicherheitsblock
11 stellt einen Hardware-Sicherheitsblock 220 gemäß der Ausführungsform der Erfindung dar, welche in 6 dargestellt ist.
Die Verschlüsselungs-/Schlüssel-Managementfunktion 510 umfasst Funktionen, die für die Systemsicherheit, Datensicherheit und Authentifizierung umfassend aber nicht beschränkt auf das Schlüsselmanagement, Datenverschlüsselungs-/-entschlüsselung, Video/Audio-Real-Time-Verschlüsselung/-Entschlüsselung und Ende-zu-Ende-Authentifizierung, erforderlich sind. Zu diesen Zwecken der vorliegenden Erfindung sind diese Funktionen durch Nutzung von Hardware- und Software-Verschlüsselungsmethoden, welche im Stand der Technik bekannt sind, implementiert, wie beispielsweise RSA-Public-Key-Verschlüsselung und Schlüsselmanagement-Hardware und -Software, die durch Wave Systems, Inc. vertrieben wird. Diese kommerziell verfügbare Hardware- und Software-Module sind in einer Arbeitsstation normalerweise auf Plugin-Karten vorgesehen oder werden als Software ausgeführt, welche auf der Arbeitsstation installiert ist. Diese gut be kannte Methode zur Benutzung derartiger Sicherheitsmodule hat für die Benutzer wegen des Erfordernisses, die Arbeitsstation physikalisch zu modifizieren, und/oder wegen des zusätzlichen Rechenaufwandes, den die Verschlüsselungsmodel-basierte Software erfordert, signifikante Schwierigkeiten hervorgerufen. Eine neue Implementierung derartiger Verschlüsselungs- und Schlüsselmanagementfunktionen, die Teil der vorliegenden Erfindung sind, ist es, diese Funktionen in das Arbeitsstations-Interface zu implementieren, derart, dass die gewünschte Verschlüsselungs- und Schlüsselmanagementfunktionen zwischen Benutzern des Netzwerkes zur Verfügung gestellt werden, und zwar in einer Weise, die keine physikalische Installation in oder Modifikation der Benutzerarbeitsstation und/oder zusätzlicher Rechenleistung der Benutzerarbeitsstation erfordert. Für die Verdeutlichung ist die Verschlüsselungs-/Schlüssel-Managementfunktion 510 als eine Komponente des Hardware-Sicherheitsblocks 220 dargestellt. Dennoch soll bemerkt werden dass diese Funktion in einer Software implementiert werden kann, die im Block 220 oder im CPU-Block 230 oder sonst wo befindlich ist.
Der Hardware-Sicherheitsblock 220 umfasst ebenfalls eine eindeutige Seriennummer 520, welche vorzugsweise eine 48 Bit-MAC-Adresse umfasst. Jedes Arbeitsstations-Interface hat vor Versendung aus der Fabrik eine fest installierte maschinenlesbare Einrichtung, welche eine (oder mehrere) eindeutige Identifikationsnummern umfasst. Die Nummern, welche die Einrichtung umfasst, können nicht verändert werden und bilden so einen Fingerabdruck für jede Einheit, welcher als ein zusätzliches Datenelement in der Erzeugung und im Management von Verschlüsselungsschlüsseln benutzt werden kann, um dadurch noch ein weiteres Sicherheitselement für die Benutzer zur Verfügung zu stellen.
I.B.5. Test und I/O-Displayblock
12 stellt einen Test und I/O-Displayblock 240 gemäß der Ausführungsform der Erfindung dar, die in 6 dargestellt ist. Er umfasst ein serielles Eingabe/Ausgabe-Interfacemodul 610, ein PCMCIA-Interfacemodul 620, ein Tastatur-Interfacemodul 630, ein Maus-Interfacemodul 640, ein Verbindungs-ID-Modul 650, ein Verbindungsstatusmodul 660 und ein Statusdisplay 670. All diese Module vermitteln Anschlüsse zwischen den jeweiligen externen Einrichtungen und dem CPU-Kern 230 über den PCI-Bus 290. Diese Funktionen sind hauptsächlich dazu vorgesehen, Diagnosen oder Serviceoperationen zu verwalten und sind nicht notwendigerweise zum Aufbauen von Netzwerkverbindungen oder anderen Real-Time-Operationen nutzbar. Vielmehr sind diese Funktionen umfasst, um die Installationen durch den Nutzer zu vereinfachen. Zum Beispiel umfasst das Verbindungs-ID-Modul 650 Knöpfe, welche beim Drücken visuelle oder hörbare Anfragen auslösen, was mit den Anschlüssen in der Nähe des Knopfes geschehen soll. Die LEDs können blinken, um die Aufmerksamkeit des Benutzers auf einen speziellen Anschluss zu lenken.
I.B.6. Netzwerk-Interfaceblock
13 stellt einen Netzwerk-Interfaceblock 250 gemäß der Ausführungsform der Erfindung, welche in 6 dargestellt ist, dar. Er umfasst ein Ethernet (oder gleichartiges)-Interface 760 zum Anschluss des Ethernet-LAN-Datenanschlusses (oder gleichartig) der Benutzerarbeitsstation; und ein zweites Ethernet oder gleichartiges Interface 770 zum Anschluss an den Nebenanlagenschalter 110, wobei soweit verfügbar, existierende Ethernetverkabelung benutzt wird. Es soll angemerkt werden, dass dies lediglich eine bevorzugte Ausführungsform, und dass andere LAN-Formate, wie beispielsweise ATM und Token-Ring stattdessen implementiert werden können.
In dieser Ausführungsform dienen Standard-Ethernet-Netzwerk-LAN-Controller 710 und 730 entsprechend, sowie Host- und Netzwerk 10bT-Layer 720 und 750 entsprechend, und ein Netzwerk-Interfaceanschluss 740 dazu, die zwei Interfaces 760 und 770, wie oben beschrieben, zu bilden. Beide LAN-Controller empfangen Verkehr auf ihren jeweiligen Anschlüssen. Jedes von den zwei Interfaces 760 und 770 empfangene Paket wird durch eine Entscheidungslogik 780 zum Weiterleiten zum jeweils anderen Interface oder zur weiteren Verarbeitung durch das Arbeitsstations-Interface 140 geprüft.
Die Entscheidungslogik 780 zum Prüfen und zum Weiterleiten von Paketen kann als Software implementiert werden, die im CPU-Kern 230 läuft. Dennoch soll angemerkt werden, dass die Entscheidungslogik als ein Gatter-Array oder gleichartige Einheit implementiert werden kann, welche im Netzwerk-Interfaceblock 250 (wie in 13 dargestellt) oder sonst wo im System angeordnet ist. Die Entscheidungslogik nutzt zum Vergleich die Ethernetadresse 785 des Arbeitsstations-Interfaces und die Multicast-Liste 790. Die Adressen in der Multicast-Liste 790 werden durch den Server zur Netzwerksteuerung 40 während des Netzwerkverbindungsaufbaus zugewiesen. Bestimmte Datenflüsse, wie beispielsweise Audio und Video werden lieber mit Multicast-IP-Adressen als mit Unicast-Adressen übertragen, um beispielsweise die overhead-Verarbeitung für Verbindungen mit vielen Teilnehmern zu erleichtern. Wenn die Verbindung aufgebaut wird, dann definiert der Server zur Netzwerksteuerung eine Multicast-Gruppe, welche aus allen Teilnehmern in der Verbindung besteht, und setzt Multicast-IP-Adressen für bestimmte Datenflüsse in der Verbindung fest. Diese Adressen werden an die Teilnehmer übertragen. Das Arbeitsstations-Interface sichert diese Adressen in der Multicast-Liste 790.
Jedes empfangene Paket wird gemäß dem folgenden Algorithmus behandelt:

1. Wenn es ein Unicast-Paket ist und auf einem der beiden Anschlüsse ankommt, und an das Arbeitsstations-Interface 140 adressiert ist, dann behalte das Paket. Andernfalls leite das Unicast-Paket über den anderen Anschluss weiter.
2. Wenn es ein Broadcast-Paket ist, behalte es und leite es über den anderen Anschluss weiter.
3. Wenn es ein Multicast-Paket ist, vergleiche es mit einer Liste von Multicast-Adressen. Wenn es mit irgendeiner Adresse auf der Liste übereinstimmt, behalte es und leite es über den anderen Anschluss weiter. Wenn es nicht übereinstimmt, leite es über den anderen Anschluss weiter.

Es ist nochmals wichtig zu bemerken, dass kein Fehler von irgendeiner Komponente im Netzwerkblock 250 eintreten wird, wenn die Verbindung zwischen der Benutzerarbeitsstation 100 und dem existierenden LAN-Routerresourcen 130 verloren geht. Für diesen Fall ist das Überbrückungsrelais 173 vorgesehen, welches gemäß dem Fehlersignal des Energiequellen- und Systemmonitorblocks 260 konfiguriert ist.
Der Datenverkehr, welcher durch das Interface 770 behandelt wird, kann für die Zustellung zum Arbeitsstations-Interface 140 selbst gedacht sein, oder für die Zustellung an die Benutzerarbeitsstation 100 über das Arbeitsstations-Interface 140 gedacht sein. Ganz ähnlich behandelt das Interface 760 Datenverkehr, welcher der Benutzerarbeitsstation 100 entspringt, und welcher zur Zustellung an den existierenden LAN-Router 130, zur Zustellung an das Arbeitsstations-Interface 140 oder zur Zustellung an andere Ziele, die über die Breitbandnetzwerkverbindungen erreicht werden, gedacht ist. Die in der Arbeitsstations-Interface 140 laufende Software prüft jedes Paket, wenn es auf dem PCI-Bus 290 über eines der beiden Interfaces 760 oder 770 entsprechend ankommt, welche jeweils mit einem Kommunikationsanschluss des Arbeitsstations-Interfaces 140 verbunden sind, und entscheidet, zu welchem Netzwerk oder Gerät es gesendet werden soll.
Weiterhin kann Datenverkehr im Arbeitsstations-Interface 140 selbst entstehen. Zum Beispiel können analoge Audio- und Videosignale, welche durch den Audioblock 210 und den Videoblock 200 in Datenströme konvertiert wurden, Übertragung außerhalb des Arbeitsstations-Interfaces 140 erfordern. Diese Art von Verkehr ist normalerweise zur Zustellung als Teil einer Breitbandnetzwerkverbindung gedacht und wird entsprechend durch das Interface 770 behandelt.
Ein wichtiges Element der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit des Arbeitsstations-Interfaces 140, die Netzwerkidentität und Adresse der verbundenen Benutzerarbeitsstation 100, wie sie durch den existierenden LAN-Router 130 gesehen wird, zu übernehmen und Pakete zu und von dem existierenden LAN-Router weiterzuleiten, ohne dass das Arbeitsstations-Interface 140 dem existierenden LAN-Router 130 als ein dazwischen liegender Router oder eine Bridge erscheint, und dadurch ohne das Erfordernis eines Adressen- oder Konfigurationswechsels durch den Manager des existierenden LAN-Routers 130. Dennoch, wie es detaillierter in der Nebenanlagenschalter-Beschreibung erklärt werden wird, wechselt der Nebenanlagenschalter 110 die Arbeitsstations-Interface- oder Benutzerarbeitsstationsadressen dieser Pakete mit temporär zugeordneten Netzwerkadressen, wenn Pakete zwischen dem Arbeitsstations-Interface 140 oder der verbundenen Benutzerarbeitsstation 100 und den Breitbandnetzwerkzielen übertragen werden. Diese temporären Adresszuordnungen werden durch den Netzwerksteuerungssystemserver 40 zu der Zeit, zu der eine Breitbandnetzwerkverbindung aufgebaut wird, generiert und sind nur den Arbeitsstations-Interfaces und den an der Verbindung beteiligten Nebenanlagenschaltern bekannt. Die Benutzung dieser temporären Adressen, die auf einer Verbindung-zu-Verbindungs-Basis wechseln, ist neu im Stand der Technik und ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung. Diese Fähigkeit verleiht zusätzliche Netzwerksicherheit, indem es Jemandem schwer gemacht wird, die wiederholten Kommunikationen zwischen zwei Parteien über das Breitbandnetzwerk zu überwachen und für jede einzelne Kommunikation zu wissen, welche Paketadresse benutzt wird.
14 stellt den Fluss von LAN-Datenverkehr des lokalen Knotens 50 dar, welcher mit der Benutzerarbeitsstation 100 und dem Arbeitsstations-Interface 140 des lokalen Knotens 50 verbunden ist. Alle Pakete des Verkehrs durchlaufen das Arbeitsstations-Interface 140 irgendwann. Zur Verdeutlichung ist ein Beispiel des Flusses von Unicast-Paketen dargestellt. Die Verwaltung von Broadcast- und Multicast-Paketen wird gemäß dem oben beschriebenen Algorithmus behandelt. Das Arbeitsstations-Interface 140 prüft jedes Paket pkt1 und – für Verkehr, welcher von der Benutzerarbeitsstation 100 empfangen wird – die Ziel-Ethernetadresse Edest1 mit der Ethernetadresse des Arbeitsstations-Interfaces 140 verglichen. Wenn das Paket tatsächlich an das Arbeitsstations-Interface adressiert ist, wird es zur Verarbeitung an den CPU-Kern 230 des Arbeitsstations-Interfaces geleitet. Andernfalls wird das Paket zum Paketschalter 112 des Nebenanlagenschalters 110 weitergeleitet. Ebenso prüft das Arbeitsstations-Interface 140 die Zieladressen Edest2 der Pakete pkt2, welche vom Paketschalter 112 des Nebenanlagenschalters 110 empfangen wurden, und vom Netzwerk empfangen wurden, und vom Bonder 114 weitergeleitet wurden. Das Arbeitsstations-Interface 140 leitet derartige Pakete zur Verarbeitung an den CPU-Kern 230 weiter, wobei die Pakete speziell an das Arbeitsstations-Interface adressiert sind, und leitet nicht übereinstimmende Pakete ohne weitere Verarbeitung weiter.
I.B.7 Energieversorgungs- und Systemmonitorblock
15 stellt einen Energieversorgungs und einen Systemmonitorblock 260 gemäß der Ausführungsform der Erfindung, welche in 6 dargestellt ist, dar. Er umfasst ein externes Energie-Interface 810, einen DC-DC-Wandler 820, eine Batterie 830 und ein Systemmonitormodul 840.
Das externe Energie-Interface 810 empfängt AC-Energie von einer externen Quelle (nicht gezeigt), typischerweise eine 120 Volt-AC-Steckdose, und transformiert sie in eine 24 Volt-DC-Versorgung. Der DC-DC-Konverter 820 empfängt den Ausgang der 24 Volt-DC-Versorgung durch das externe Energie-Interface 810 und erzeugt geregelte DC-Spannungen, wie beispielsweise eine 5 Volt-DC-Versorgung und eine 3,3 Volt-DC-Versorgung, welche für Operationen der verschiedenen Komponenten des Arbeitsstations-Interfaces 140 gebraucht werden. Der DC-DC-Konverter 820 versorgt die wieder aufladbare Batterie 830 ebenfalls mit Ladestrom und empfängt eine 12 Volt-DC-Spannung von der Batterie 830, wenn durch die externe Quelle keine AC-Energie zur Verfügung gestellt wird. Das Ziel dieser Anordnung ist es, dass das Arbeitsstations-Interface 140 keinen Ein/Ausschalter benötigt. Das heißt, durch ein derartiges Ausstatten des Arbeitsstations-Interfaces kann es immer Eingangszeichen "angerufen" (wie ein Telefon) werden, wenn es gebraucht wird, und die Netzwerkinstandhaltung und Testprozeduren können allgemein im Breitbandnetzwerk aufgerufen werden, egal ob ein Benutzer die Einrichtung gerade benutzt.
Der Systemmonitor 840 überwacht den Status der externen Energiequelle und der Batterie 830, genau wie andere Bedingungen, wie beispielsweise die Temperatur, und generiert einen CPU-Interrupt zum CPU-Kern 230, wenn ein Fehler auftritt. Zusätzlich zum Generieren eines CPU-Interrupts, generiert der Systemmonitor 840, bei einem Stromausfall oder anderen Fehler des Arbeitsstations-Interfaces 140, ein Fehlersignal, so dass Überbrückungsrelais in anderen Arbeitsstations-Interface- Komponenten aktiviert werden können, wodurch gewährleistet wird, dass derartige Fehler den normalen Betrieb der Arbeitsstation 100 nicht negativ beeinflussen.
Der Systemmonitor 840 steuert gleichfalls den Betrieb eines Lüfters (nicht gezeigt) zum Kühlen des Systems, falls erforderlich.
I.B.8 Software des Arbeitsstations-Interface
16 ist ein Diagramm, welches die Software des Arbeitsstations-Interfaces darstellt. Ihre Hauptfunktion ist es, das Senden von Breitbandnetzwerkverbindungsdaten zu koordinieren, welche von einem oder mehreren Einrichtungen gesammelt werden, die an das Arbeitsstations-Interface über den Videoblock 200, Audioblock 21 und Test- und Display-I/O-Block 240 angeschlossen sind, oder Einrichtungen, die an die Arbeitsstation angeschlossen sind, sowie das Senden von Breitbandnetzwerkverbindungsdaten, und das Anzeigen von Breitbandnetzwerkverbindungsdaten auf einem oder mehreren Medieneinrichtungen über den Videoblock 200, Audioblock 210 und Test- und Display-I/O-Block 240 oder die Arbeitsstation 100. Einige Einrichtungen können Treiber haben, die mehr als einen Einsprungpunkt haben. Das heißt, ein Treiber, der mit einer Kamera, wie beispielsweise 154, verbunden ist, kann Ausgaben in Form von H.261, MPEG1, MPEG2 etc. bereitstellen, abhängig von den Parametern, welche dem Treiber durch die Software des Arbeitsstations-Interfaces eingegeben werden.
17 ist ein Blockdiagramm der Software auf dem Arbeitsstations-Interface, um die verschiedenen Verbindungen, die Viewer und Medienströme, die mit dem Arbeitsstations-Interface verbunden sind, zu steuern. Die Interfaces für diese Steuerungen sind vorzugsweise objektorientiert programmiert, um eine leichte Erweiterung, um zusätzliche Einrichtungen, Verbindungstypen und Medienströme zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, sind die Interfaces in Form von Objekten definiert, wobei jedes von einer einzelnen verwurzelten Hierarchie abgeleitet ist. Die Basisklasse jedes Objektes unterstützt vorzugsweise das Erstellen einer Instanz des Objektes ohne Parameter und stellt es einem Kopierkonstruktor, einer Aufgabenzuordnung und einem Destruktor bereit. Die Fehlerbehandlung ist in die Basisklassenebene eingearbeitet. Die Interfaces sind weiterhin vorzugsweise Plattform-unabhängig; um dieses Erfordernis zu erlangen, wird die Java-Programmiersprache benutzt.
Wie in 17 gezeigt, umfasst die Architektur der Software des Arbeitsstations-Interfaces ein Systemobjekt 3010, ein Sitzungsobjekt 3012, ein Verbindungsobjekt 3014, ein Medienstromobjekt 3016, ein Medieneinrichtungsobjekt 3018 und ein Ereignisbenachrichtungsobjekt 3020, wobei jedes im folgenden detaillierter beschrieben wird.
Das Systemobjekt 3010 wird instanziiert, wenn das Arbeitsstations-Interface 140 eingeschaltet wird, und initialisiert wird. Es enthält Funktionen, die während des Startens und Herunterfahrens durchgeführt werden müssen, wenn keine Verbindung oder Sitzung existiert. Nach Instanziierung erzeugt das System das Ereignisbenachrichtungsobjekt 3020 und startet es. Es initialisiert die Medieneinrichtungsobjekte 3018 im Arbeitsstations-Interface und registriert diese in der Medieneinrichtungsregistrierung 3022. Die Medieneinrichtungsregistrierung 3022 ist offen, so dass die Ereignisbenachrichtigung und die Sitzungsobjekte Kenntnis davon haben.
Das Systemobjekt 3010 umfasst Funktionen, um den Netzwerkverkehr, welcher vom Nebenanlagenschalter-Interface 770 kommt, abzuhören und zur Detektion von Verbindungsanfragen über den Anschluss 3024. Die Verbindungsanfragen basieren auf dem Session Descriptor Protocol (SDP), einer Standard- Industriespezifikation. Die SDP-Spezifikation konzentriert sich auf die Benutzung von IP-Multicast und verschiedenen Protokollen über IP für die Zustellung von aktuellen Audio- und Videodaten. Diese Spezifikation wurde zum Behandeln anderer Transport- und Netzwerkprotokolle, wie beispielsweise H.320 und ISDN, als Datenverbindungs- und physikalische Layer modifiziert. Die wichtigsten Modifikationen sind an den Feldern "c=" und "m=" der SDP-Spezifikation. Einige kleinere Hinzufügungen sind ebenfalls zum Feld "a=" gemacht.
Im SDP sieht das Feld "c=" folgendermaßen aus:
c=<Protokollfamilie><Adresstyp><Adresse>[/<Adresswandler>]*
Um H.320-Verbindungen für ISDN oder gewöhnliche PSTN Telefonnummern zu erhalten, sind zwei neue "Protokollfamilien" definiert, "ISDN" und "PSTN". Innerhalb der Protokollfamilien beschreiben Adresstyp-Diskriminatoren die Adressräume; z.B. ist die Protokollfamilie in IP "IN", und der Adresstyp von Version 4 ist "IP4"; wenn das Internet Version 6 unterstützt, dann wird Adresstyp "IP6" verfügbar.
DAS <Adresstyp>-Feld wird benutzt, um zwischen verschiedenen Drittanbieter-Netzwerken zu unterscheiden, die durch Gateways erreicht werden können. Zum Beispiel würde ein <Adresstyp> von "MCI" MCI's ISDN bedeuten, und ein <Adresstyp> von "PSTN" würde bedeuten, dass das Netzwerk theoretisch global ist und ein Breitbandnetzwerk mit einem Trägerkanal mit jedem Telefon im PSTN verbunden werden könnte.
Das <Adress>-Feld ist die ganze E.163-Adresse des Endpunktes. Das bedeutet, es ist die ganze Telefonnummer, einschließlich der Landesvorwahl. Somit würde eine Zieladresse für ein Arbeitsstations-Interface, welches an das Breitbandnetzwerk angeschlossen ist, folgendermaßen aussehen:
c=ISDN MCI+1.510.737.1500
Entsprechend würde eine zur Verbindung zu einem Telefon unter Benutzung eines PSTN-Gateways folgendermaßen aussehen:
c=ISDN PSTN+1.510.737.1500
Der "m="-Eintrag eines SDP definiert ein Medium, welches in einer Sitzung verfügbar ist. Dieser sieht folgendermaßen aus:
M=<Medientyp><Mediendiskriminator><Protokoll><Format>
wobei <Medientyp> in SDP ein einzelnes Medium, wie "Audio", "Video", "Daten", "Text" oder "Whiteboard" ist, <Mediendiskriminator> üblicherweise ein UDP/IP- oder TCP/IP-Anschluss ist, <Protokoll> das höchste erforderliche Layer-Protokoll ist (beispielsweise sind "RTP/AVP" und "UDP" beides bekannte Werte) und wobei <Format> eine Spezialität von <Protokoll> ist und Unterformate bestimmt; Kombinationen von Formaten sind ungefähr durch "/"-Zeichen gebildet und Optionen sind zwischen Kommas aufgeführt. Formate sind numerisch, weil dies durch RTP erwartet wird.
Da Breitbandnetzwerk-Audio/Video-Verbindungen Multiplex-Audio und -Video repräsentieren, ist die Einzelmediumlösung für "Audio" oder "Video" von SDP ungeeignet. Dem gemäß ist ein neuer <Medientyp> "Audiovideo" definiert.
Der <Mediendiskriminator> im H.320 ist nicht notwendig, dennoch kann das Feld für andere Informationen nutzvoll sein, so wird es mit dem Wort "X" gefüllt. Das <Protokoll> für Breitbandnetzwerkverbindungen kann beispielsweise H.320 sein, und POTS für "Audio"-Verbindungen durch PSTN-Gateways.
Die Formate sind mit dem Audioformat links vom "/" und dem Videoformat rechts vom "Audiovideo"-Medientyp genau erklärt, z.B.: m=Audiovideo × H320 g711/h261
Die Anzahl von Trägerkanälen für die Verbindung ist durch die "b="-Klausel unter Benutzung der "AS:" Klasse für Werte spezifiziert ("AS" bezieht sich auf "application specific", die rechte Seite ist die Bit-Rate in KBits, dem gemäß beinhaltet b=768 768000 Bits pro Sekunde).
Die Framerate ist ein bereits akzeptiertes Attribut des a=-Feldes. Zusätzlich ist das "x-res:"-Feld unterstützt, welches "CIF" oder "QCIF" als Wert trägt.
Wenn das Systemobjekt 3010 eine Verbindungsanfrage detektiert, dann erzeugt es das Verbindungsobjekt 3014. Darauf folgend bestimmt das Systemobjekt die erforderlichen Medienstromobjekte 3016 von der Verbindungsanfrage und führt diese dem geeigneten Medieneinrichtungsobjekten 3018 an. Wenn diese Schritte erfolgreich sind, dann wird das Sitzungsobjekt 3012 erzeugt.
Wenn das Systemobjekt 3010 eine Anfrage für eine Breitbandnetzwerkverbindung von einer Benutzerarbeitsstation 100 empfängt, dann bildet es eine SDP-artige Nachricht zur Verbindungsanfrage zu diesem Breitbandnetzwerkbenutzer.
Schließlich kann das Systemobjekt 3010 einige Organisationsaufgaben durchführen, z.B. das Aufrechterhalten einer Wächterfunktion, die die Benutzerarbeitsstation 100 über den Anschluss 3026 anpingt, um zu erfahren, ob die Benutzerarbeitsstation ein- oder ausgeschaltet ist. Für einige Verbindungen kann sich die bevorzugte Medieneinrichtung auf der Benutzerarbeitsstation 100 befinden, jedoch kann sich auf dem Arbeitsstations- Interface 140 eine Medieneinrichtung befinden, welche die Rolle übernehmen kann, die erforderlich ist, um die Verbindung aufzubauen, wenn die Benutzerarbeitsstation ausgeschaltet ist. Beispielsweise kann ein Telefonanruf den Handapparat 158 besser anrufen als die Telefoneinrichtung der Benutzerarbeitsstation.
Das Sitzungsobjekt 3012 verbindet die Verbindungen, Medienstrom und Medieneinrichtungsobjekte und agiert als ein Agent zum Erzeugen, Initialisieren und Verbinden dieser Elemente. Das Sitzungsobjekt 3012 kann weiterhin mit den Benutzerapplikationen koppeln, welche oben auf dem System gebildet sind (nicht gezeigt).
Das Sitzungsobjekt 3012 antwortet auf Ereignisse, welche durch irgendeines der Elemente generiert werden, die von der Sitzung benutzt werden, und benachrichtigt weiterhin die Signalisierungselemente, ob es das Ereignis behandelt hat oder nicht.
Das Sitzungsobjekt 3012 kann typisiert sein. Dies erlaubt es, Vorlagen für allgemeine Sitzungen zu erzeugen, um die Entwicklung von Applikationen für das Arbeitsstations-Interface 140 zu vereinfachen. Sitzungsobjektvorlagen für Vielfachkonferenzen, Standard-POTS-Telefonanrufe, Software-Wartungs-Updates (beispielsweise eine Sitzung zum Übertragen von Daten an/von dem Arbeitsstations-Interface und/oder der Benutzerarbeitsstation) und andere Typen von Standardanordnungen können in Sitzungsabgeleiteten Klassen erzeugt werden. Weiterhin könnte ein Benutzer, welcher remote an das Arbeitsstations-Interface angeschlossen ist, unter Benutzung des Ereignisbenachrichtungsobjektes 3020, wie unten beschrieben, anfragen, dass eine oder mehrere Sitzungen irgendeines Typs aufgebaut werden sollen. Das Sitzungsobjekt 3012 erzeugt weiterhin über das Benutzerarbeitsstations-Interface 760 einen Legalisierungskanal zum Kommunizieren mit der Software, welche auf der Benutzerarbeitsstation 100 über den Anschluss 3026 läuft, um die Zusammenarbeit zwischen der Benutzerarbeitsstation 100 und dem Arbeitsstations-Interface 140 zu koordinieren.
Das Verbindungsobjekt 3014 repräsentiert die Steuerungsarchitektur für den Datenpfad, über den einer oder mehrere Medienströme 3016 transportiert werden. Es stellt Informationen zur Verfügung, welche Medienströme 3016 durch die Verbindung unterstützt werden, d.h., welche Typen von Medienströmen die Verbindung unterstützen kann, sowie welche Medienströme durch das Remote-System am anderen Ende der Verbindung generiert oder empfangen werden können.
Die Verbindungsobjekte sind von verschiedenen Typen. Diese Typen können TCP/IP-kompatible Socketverbindungen, variable Bandbreitensynchrondatenkanäle, Multiplex-asynchron/synchron-Datenkanäle, Punkt-zu-Punkt-Analogverbindungen und andere Verbindungstypen umfassen.
Das Verbindungsobjekt 3014 stellt bevorzugt Funktionalitäten zur Verfügung zum Wählen (Verbindung zu einem speziellen Netzwerkort/benutzer, Auflegen (Anfrage zum Unterbrechen der Verbindung), Anklingeln (Anfrage zur Verbindung von einem anderen Netzwerkort/benutzer), Signalisierung von besetzt (Verbindung abgelehnt) und Signalisierung von verbunden.
Verbindungen generieren Ereignisse. Diese Ereignisse können in Bezug zur erforderlichen Signalisierung, wie oben aufgezeigt, auftreten, oder können das Hinzufügen oder Entfernen eines Medienstromes von der Verbindung indizieren.
Die Verbindungen kennen die Medienströme, welche sie beinhalten, und ordnen sie der Sitzung zu. Weiterhin haben sie eine Referenz zu der Sitzung, bei der sie Mitglied sind. Verbindungen können nur mit einer Sitzung verbunden werden; dennoch kann eine Sitzung viele Verbindungen unterstützen.
Das Medienstromobjekt 3016 repräsentiert den Dateninhalt des Breitbandnetzwerkverkehrs, welcher mit einer Verbindung assoziiert ist. Einer oder mehrere Medienströme können in der gleichen Verbindung existieren. Medienströme können unidirektional oder bidirektional sein. Medienströme haben einen assoziierten Datenformatindikator. Um die Steuerung der Medienströme zu unterstützen, hat jeder Medienstrom eine bidirektionale Kommunikationsfähigkeit zusätzlich zur Datenkommunikation. Durch diese Fähigkeit können z.B. Medienströme Informationen über einen oder mehrere "vorgeschlagene" Ausgangszeichen-Medieneinrichtungen zum Abspielen ihres Inhalts bereitstellen. Diese Fähigkeit kann in abhängige Klassen ausgeweitet werden, um weitere Funktionalität anzubieten.
Bevorzugt unterstützte Typen von Medienströmen umfassen Audio, Video, MIDI, T.120, H.320 und andere Datentypen. Ein Medienstrom wird weiterhin zum Austausch von Fähigkeiten und Informationen zwischen verschiedenen Plattformen und Arbeitsstations-Interfaceeinrichtungen typisiert sein. Dieser Medienstrom wird für die Dauer einer aufgebauten Breitbandnetzwerkverbindung zwischen zwei oder mehr Arbeitsstations-Interfaces und deren Benutzerarbeitsstationen existieren.
Wie oben beschrieben, sind die Medieneinrichtungen 3018 an die Medienströme 3016 angeschlossen. Umgekehrt haben Medienströme Referenzen, welche zurückführen zu den Einrichtungen und laufend Daten in dem Strom weiterleiten oder fallen lassen. Folglich werden verwaiste Medienströme unterstützt, was für Multisession-Telefonkonferenzfähigkeiten nutzvoll ist. Die Medieneinrichtungsobjekte 3018 repräsentieren die physikalische Einrichtung, welche geeignet ist, Informationen von einem oder mehreren Medienströmen darzubieten oder zu beziehen. Diese physikalischen Einrichtungen können genauso einfach sein wie ein analoges Standardtelefon und genauso komplex sein wie zusammen gesetzte Videoeinrichtungen und sind vorzugsweise geeignet, Medienströme zu generieren oder darzubieten (oder in einigen Fällen auch beides gleichzeitig). Die Hardware wird von der Medieneinrichtung als Resourcen behandelt. Wenn eine Hardware zu einer Medieneinrichtung gehört, so kann sie durch diese Medieneinrichtungsklasse verkapselt werden.
Das Medieneinrichtungsobjekt 3018 enthält Funktionalitäten zum Benachrichtigen von Sitzungen, ob es verfügbar (fertig) zum Benutzen ist. Einige Einrichtungen können gleichzeitiges Benutzen durch einen oder mehrere Medienströme unterstützen. Derartige Einrichtungen berichten, wie viele Medienströme (eingehend und ausgehend) sie unterstützen können: Der Wert 0 kennzeichnet keine, 1-N die Anzahl von unterstützten Medienströmen und –1 kennzeichnet, dass jede Anzahl unterstützt werden kann. Dieses Teilen einer Einrichtung ist beispielsweise dazu notwendig, Video zu transportieren und dessen Ansicht bereits zur gleichen Zeit zur Verfügung zu stellen.
Medieneinrichtungen sind weiterhin geeignet, Ereignisse zu generieren. Diese Ereignisse werden an alle Sitzungen, welche gerade mit der Einrichtung verbunden sind, gesendet. Es obliegt der Sitzung, das Ereignis zu behandeln und an die Einrichtung zurück zu berichten, dass das Ereignis behandelt worden ist. Wenn keine Sitzung mit der Einrichtung verbunden ist (oder keine Sitzung das Ereignis behandelt), dann wird das Ereignis an den Systemereignisbehandlungsmechanismus weitergeleitet. Das Ereignis kann auch verworfen werden, wenn kein Teil des Systems darauf antworten möchte.
Zumindest die folgenden Typen von Medieneinrichtungen werden bevorzugt unterstützt:

1. Standardanalogtelefon mit der Möglichkeit zu wählen, Läuten, Antworten, Auflegen und Stummschalten. Diese Einrichtung wird ein Ereignis generieren, welches ein Läuten kennzeichnet.
2. Standard SoundBlaster (Marke von Creative Labs, Inc.) kompatible Einrichtung, mit der Möglichkeit zum Steuern eines Mikrofons, Eingangs, Ausgangs, Lautsprecherausgangs und Abspielens einer Wave-Datei.
3. Videoaufzeichnungseinrichtung, welche zumindest geeignet ist, monochromes oder Farbvideo aufzunehmen. Diese Einrichtung wird geeignet sein, Blank (Schwarz) oder Still-Frame-Ausgang bereitzustellen. Weiterhin kann sie geeignet sein, Daten mit mehreren Frame-Raten und in vielen Formaten bereitzustellen.
4. Videoanzeigeeinrichtung, welche zumindest geeignet ist, monochrome oder Farbvideo darzustellen. Diese Einrichtung wird geeignet sein, Daten mit vielen Frame-Raten und den vielen Formaten darzustellen. Die Einrichtung wird weiterhin geeignet sein, die Größe der Darstellung zu verändern, sowie die Fähigkeiten, einen eingefrorenen Rahmen und Aufzeichnung zur Verfügung zu stellen.
5. Kombiniertes Audio-Video-Gerät, welches sowohl zum Abspielen von Video als auch Audio geeignet ist. Die Fähigkeiten der oben erwähnten Video- und Audiogeräte können in ein Gerät vereint werden.
6. Eine Steuerungseinrichtung. Zumindest eine von diesen Einrichtungen existiert zur Steuerung des Arbeitsstations-Interfaces. Dies ist eine Abstraktion von Hardware- und Softwaresteuerungen, welche benutzt wird, um die Aktionen von einem oder mehrerer Arbeitsstations-Interfaces zu koordinieren. Diese Einrichtung wird benutzt werden, um die Information über die Fähigkeiten dieser Systeme, welche nicht mit irgendeiner bestimmten Medieneinrichtung oder Medienstrom in Bezug stehen, auszutauschen. Die Steuerungseinrichtung wird weiterhin zur Erweiterung der Dienste über die mediengesteuerten Fähigkeiten hinaus, z.B. Anrufunterdrückung und Nicht-stören-Funktionen, und die Implementierung eines privaten Sprach- und/oder Video-Mailsystems zur Verfügung stellen.

Weitere Medieneinrichtungstypen, die ebenfalls unterstützt werden können, umfassen folgendes:

1. Remote RS-232-Anschlussverbindung. Diese Einrichtung kann zur Steuerung von Remote-Kameras, Steuerungssystemen oder allen anderen Einrichtungen sinnvoll sein, die an einen RS-232-Anschluss anschließbar sind.
2. COM-Anschluss/Modem-Emulation. Dies ist sinnvoll bei der Teilung von Applikationen, Whiteboarding, Dateitransfer und Chat, für Applikationen, die noch nicht den T.120-Standard unterstützen.

Einige Typen von Medieneinrichtungen können Hilfsklassen für verschiedene Viewer umfassen. Zum Beispiel ist eine Hilfsklasse zur Steuerung des Betrachtens und Platzierens von Videodatenströmen im Einblendefenster auf dem Bildschirm der Benutzerarbeitsstation erforderlich. Derartige interne Implementierungen sind innerhalb der Medieneinrichtung verkapselt und nicht für andere Objekte offen. Die Applikation kommuniziert mit der Medieneinrichtung, und die Medieneinrichtung kommuniziert, falls gebraucht, mit der Hilfsklasse. Dies bewahrt das externe Interface davor, zwei verschiedene Typen von Medieneinrichtungen (mit und ohne Hilfsklassen) zu öffnen.
Das Ereignisbenachrichtigungsobjekt 3020 beinhaltet Funktionalitäten zum Antworten auf Ereignisse. Ereignisse können durch Einrichtungen innerhalb der Benutzerarbeitsstation 100 oder durch Einrichtungen, welche mit dem Arbeitsstations-Interface 140 verbunden sind, oder durch das Systemobjekt generiert werden. Wie oben beschrieben, können Ereignisse auch durch Sitzungen, Verbindungen und Medienströme, wenn diese Objekte existieren, generiert werden. Weiterhin kann es wünschenswert sein, ein Benutzerobjekt zu haben, das ebenfalls ein Ereignis gene rieren kann. Dies kann ein sinnvoller Mechanismus zum Beantworten von Ereignissen sein, welche durch Softwareobjekte generiert wurden, die nicht durch eine der hier abgedeckten Abstraktionen repräsentiert sind. Ereignisse, die von irgendeinem Element generiert werden, das mit einer Sitzung verbunden ist, werden zu dieser Sitzung zum Behandeln weitergeleitet. Wenn eine Sitzung nicht vorhanden ist, dann stellt das Ereignisbenachrichtigungssystem einen Mechanismus bereit, das Ereignis zu beantworten.
Das Ereignisbenachrichtigungsobjekt 3020 unterstützt vorgegebene Ereignisbehandlung; dennoch leitet das Ereignisbenachrichtigungsobjekt Ereignisse, welche mehr Steuerung über die Funktionalität hinaus erfordern, lediglich an geeignete Ziele weiter.
Die Information, welche in einem Ereignis transportiert wird, ist relativ überschaubar. Sie umfasst eine Referenz zurück zu dem Element, welches das Ereignis erzeugt hat, den Ereignisinhalt, wie beispielsweise eine Kombination von einem kodierten Wert, und ASCII-String und einen Dringlichkeitscode. Die Ereignisklasse kann Kennzeichnungen derartiger Ereignisse bereitstellen, wie:

1. Eine Audioeinrichtung generiert eine Überlastkennzeichnung durch Bereitstellen eines kodierten Wertes, welcher die Höhe der Überlast kennzeichnet, und einen NULL-String.
2. Ein Medienstrom stellt die Kennzeichnung einer temporären Übertragungsunterbrechung bereit durch Bereitstellen des geeigneten Codes und des ASCII-Strings "Please stand by".

Obwohl sich die Software des Arbeitsstations-Interfaces nur auf dem Arbeitsstations-Interface befinden kann, so sollte es offensichtlich sein, dass einige Funktionalitäten auf die Arbeitsstation 100 dupliziert sein können, und zwar mit Interprozesskommunikation, welche über TCP/IP stattfindet.
Der Betrieb der Software des Arbeitsstations-Interfaces wird nun beschrieben.
Wenn das Arbeitsstations-Interface 104 anfangs eingeschaltet wird, dann konfiguriert es ein Installer mit der Ethernet-Adresse des Nebenanlagenschalters 110, sowie mit der IP-Adresse des Signalisierungsnetzwerks 30 und der IP-Adresse des Internetanschlusses, die durch das Breitbandnetzwerk vorgesehen ist.
Die Abfolge von Software-Ereignissen im Arbeitsstations-Interface ist während des Einschaltens folgende:

1. Arbeitsstations-Interface 140 wird eingeschaltet und initialisiert.
2. Das Systemobjekt 3010 wird erzeugt und initialisiert.
3. Der Ereignisbenachrichtungsthread 3020 wird erzeugt und gestartet.
4. Die Medieneinrichtungen, welche sich auf dem Arbeitsstations-Interface befinden, werden bestimmt, und entsprechende Medieneinrichtungsobjekte 3018 werden erzeugt und initialisiert.
5. Die Medieneinrichtungen werden in der Medieneinrichtungsregistrierung 3022 registriert.
6. Die Medieneinrichtungsregistrierung 3022 wird dem Ereignisbenachrichtungsobjekt 3020 verfügbar gemacht.

Die Abfolge der Ereignisse in der Benutzerarbeitsstation 100 sind beim Starten folgende:

1. Die Benutzerarbeitsstation 100 wird eingeschaltet und der Daemonprozess 3104 wird initialisiert.
2. Die Medieneinrichtungen, welche sich auf der Benutzerarbeitsstation 100 befinden, und entsprechende Medieneinrichtungsobjekte 3018 werden erzeugt und initialisiert.
3. Benutzerarbeitsstation 100/Arbeitsstations-Interface 140/Hydridmediengeräte 3018 werden versucht, zu erzeugen. Diese sind als verteilte Einrichtungen implementiert mit ei nigen Teilen lokal bei der Benutzerarbeitsstation 100 und einigen Teilen lokal beim Arbeitsstations-Interface 140.
4. Die Medieneinrichtungen werden in der Medieneinrichtungsregistrierung 3022 registriert.
5. Die Medieneinrichtungsregistrierung 3022 wird dem Ereignisbenachrichtungsobjekt 3020 verfügbar gemacht.

Die durch die Software des Arbeitsstations-Interfaces ausgeführten Schritte, um eine Breitbandnetzwerkverbindung zu vermitteln, sind die folgenden:

1. Eine Verbindungsanfrage wird durch die Arbeitsstation 100 empfangen.
2. Das Systemobjekt 3010 bildet eine SDP-Anrage. In einem POTS-Anruf ist dies beispielsweise nur die Telefonnummer.
3. Das Systemobjekt 3010 erzeugt ein Verbindungsobjekt 3014
4. Das Systemobjekt 3010 erzeugt Medienstromobjekte 3016, welche für die Verbindung erforderlich sind.
5. Das Systemobjekt 3010 verbindet die Medienströme 3016 mit den entsprechenden Medieneinrichtungen 3018.
6. Das Systemobjekt 3010 fügt die Medienströme 3016 dem Verbindungsobjekt 3014 hinzu.
7. Wenn die obigen Schritte erfolgreich sind, erzeugt das Systemobjekt 3010 das Sitzungsobjekt 3012.
8. Das Sitzungsobjekt 3012 startet die Medienströme 3016.
9. Das Sitzungsobjekt 3012 und das Systemobjekt 3010 verarbeiten die Ereignisse, welche vom Ereignisbenachrichtungsobjekt 3020 weitergeleitet wurden.
10 Wenn die Verbindung beendet wurde, dann beendet das Sitzungsobjekt 3012 alle Verbindungsobjekte 3014.

Die Abfolge der Ereignisse beim Empfangen einer eingehenden Breitbandnetzwerkverbindung sind die folgenden:

1. Das Systemobjekt 3010 detektiert eine eingehende Verbindung.
2. Das Systemobjekt 3010 realisiert, dass eine Verbindung angefordert wurde.
3. Das Systemobjekt 3010 akzeptiert die Verbindung und erzeugt ein Verbindungsobjekt 3014.
4. Das Systemobjekt 3010 erzeugt Medienströme 3016 entsprechend den für die Verbindung angeforderten Resourcen.
5. Das Systemobjekt 3010 verbindet die Medienströme 3016 mit den Medieneinrichtungen 3018.
6. Das Systemobjekt 3010 fügt dem Verbindungsobjekt 3014 Medienströme 3016 hinzu.
7. Das Systemobjekt 3010 erzeugt das Sitzungsobjekt 3012.
8. Das Sitzungsobjekt 3012 startet die Medienströme 3016 als Antwort auf einen Medienstrom, welcher vom Anrufer gestartet wurde.
9. Anrufen der Arbeitsstation 100.
10. Das Systemobjekt 3010 und das Sitzungsobjekt 3012 verarbeiten Ereignisse, welche durch das Ereignisbenachrichtungsobjekt 3020 weiter geleitet wurden.
11. Wenn die Verbindung beendet wird, fährt das Sitzungsobjekt 3012 alle Verbindungen 3014 herunter.

18 zeigt weiterhin den Betrieb der Software des Arbeitsstations-Interface, um Daten während einer Breitbandnetzwerkverbindung zu verarbeiten.
Wenn die Verbindung aufgebaut ist und die Anzahl und Typen von Medienströmen, welche während der Verbindung erforderlich sind, identifiziert sind, dann erzeugt der Steuerungsknoten 3050 Eingaben- und Ausgabenaufgaben 3052 und 3054 entsprechend, um jeden synchronisierten Strom zu behandeln. Ein synchronisierter Strom kann aus jedem Typ von vielen Strömen bestehen, der wünschenswerterweise zeitlich abgestimmt ist. Beispielsweise sollten ein Audiostrom und ein Videostrom während einer Videokonferenz zeitlich abgestimmt sein, um Überhangsynchronisation sicherzustellen. Da diese zwei Ströme unabhängig von einander ge neriert und dargeboten werden, ist eine Verarbeitung erforderlich, um diese zeitlich abzugleichen. Die Eingabe- und Ausgabenaufgaben 3052 und 3054 führen diese Funktion durch.
Die Netzwerk-Interfacefunktion 3056 erhält die Aufgabe des Sendens und Empfangens von Daten vom Nebenanlagenschalter 110 über das Netzwerk-Interface 770 gemäß beispielsweise dem TCP/IP-Protokoll.
Während der Breitbandnetzwerkverbindung empfängt das Netzwerk-Interface 3056 entsprechend Audio- und Videodaten vom Nebenanlagenschalter 110 und leitet diese an die Ausgabeaufgabe 3054 weiter. Die Ausgabeaufgabe 3054 wandelt diese zu Audio- und Videoströmen und gleicht diese gemäß ihrer Paketzeitstempel zeitlich ab, bevor sie an die Audio- und Videostromeinrichtungen 3058 und 3060 entsprechend ausgegeben werden. Während dessen empfängt die Eingabeaufgabe 3052 Audio- und Videoströme von den Audio- und Videostromeinrichtungen 3062 und 3064 entsprechend und gleicht diese zeitlich an, bevor diese paketisiert werden und bevor die Pakete zur Übertragung an den Nebenanlagenschalter über die Netzwerk-Interfacefunktion 3056 zeitgestempelt werden.
I.C. Nebenanlagenschalter
Eine typische Konfiguration eines Nebenanlagenschalters gemäß der Ausführungsform der Erfindung, welche in 2 dargestellt ist, ist in weiteren Details in 19 dargestellt. Wie in 19 gezeigt, umfasst der Nebenanlagenschalter 110 eine Routingfunktion 113, Bonder 114, Netzwerk-Interfacekarte 115, CPU 116, RAM 117, Netzwerk-Adressenübersetzungsfunktion 119, Netzwerk-Befehlübersetzungsfunktion 121 und Bondingfunktion 123, welche mit dem Bus 118 kommunizieren. Der Paketschalter 112 kommuniziert mit der Netzwerk-Interfacekarte 115 über einen Ethernetlink.
Der Paketschalter 112 empfängt LAN-Paketverkehr vom Arbeitsstations-Interface 140 und (wahlweise) von anderen LAN-Arbeitsstationen 102, die nicht durch das Breitbandnetzwerk bedient werden. Der Paketschalter 112 leitet Pakete, welche nicht mit Breitbandnetzwerkverbindungen verbunden sind, durch Lesen ihrer Ziel-Ethernetadressen durch zum existierenden LAN-Router 130, während Pakete, die mit Breitbandnetzwerkverbindungen verbunden sind, über die Routingsfunktion 113 zum Bonder 114 geleitet werden, und zwar für die Übertragung zum Stadtknoten 10, oder, wenn die Breitbandnetzwerkverbindung zwischen zwei oder mehreren lokalen Benutzern ist, direkt zu den adressierten Arbeitsstations-Interfaces 140. Gleichfalls wird LAN-Verkehr vom existierenden LAN-Router 130 über den Paketschalter 112 zu den Arbeitsstations-Interfaces 140 und durch die Arbeitsstations-Interfaces zu den Arbeitsstationen 100 geleitet. Fachleute wer den verstehen, dass der Paketschalter 112 in vielen verschiedenen Weisen implementiert werden kann, und dass eine Ausführungsformwahl unerheblich ist für die Erfindung. Dennoch ist der Paketschalter 112 vorzugsweise ein EthernetSwitch-SuperStack-Modell 1000 von 3Com, Inc. aus San Jose, Kalifornien, oder ein ähnliches Gerät, welches IGMP unterstützt.
Auch wenn derartige Schalter im Stand der Technik gebräuchlich sind, bietet die Art und Weise, in welcher der Paketschalter 112 in der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist, Transparent-zum-LAN-Breitbandnetzwerkverbindungen zu Breitband-WANs, wie im folgenden detaillierter beschrieben werden wird. Diese Benutzung einer Kombination von Ethernetschaltern, die duale MAC- und IP-Adressierungsfunktionen des Arbeitsstations-Interfaces 140, und das spezialisierte Routing, Schalten und Adressübersetzungsfunktionen des Nebenanlagenschalters 110 und des Servers zur Netzwerksteuerung 40 bieten eine Netzwerkkompatibilität, welche neu ist im Stand der Technik.
Die CPU 116 steuert den Betrieb der Routingfunktion 113 des Bonders 114, der Netzwerk-Interfacekarte 115 und des RAM 117. Sie koordiniert die Umwandlung von leitungsvermitteltem Datenverkehr der Breitbandnetzwerkverbindungen, möglicherweise auch über mehrere Trägerkanäle verteilt, in LAN-artige paketvermittelte Datenpakete, und umgekehrt. Es soll angemerkt werden, dass die CPU 116 und der Bus 118 in vielen Weisen implementiert werden können. Eine bevorzugte Implementierung der CPU 116 zur Erleichterung der Instandhaltung und geringen Kosten ist eine CPU, welche geeignet ist, ein Unix-artiges Betriebssystem laufen zu lassen. Eine Multiprozessorversion kann benutzt werden, um für größere Installationen eine adäquate Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. Einige bedeutende Halbleiterhersteller stellen derartige Geräte her und x86-Familien Geräte sind derzeitig am kosteneffizientesten. Um Kosten zu minimieren, ist die bevorzugte Implementierung des Buses 118 ein Peripheral-Component-Interconnect(PCI)-Bus.
Die Netzwerk-Interfacekarte 115 ist eine Standard-PCI-Ethernetkarte zum Übertragen und Empfangen von LAN-Datenpaketen an/von Arbeitsstations-Interfaces 140 über den Paketschalter 112.
Die Routingfunktion 113 ist zur Verdeutlichung separat gezeigt, kann aber als Software implementiert werden, welche auf der CPU 116 oder anderen Prozessoren läuft. Sie ist verantwortlich für das Überprüfen von Datenpaketen, welche über den Paketschalter 112 empfangen werden, und zum Weiterleiten dieser zum zugehörigen Ausgabeport des Bonders 114. Sie bietet darüber hinaus Sicherheitsfunktionen, die zusätzliche Sicherheit gegen unbefugte Benutzung des Breitbandnetzwerkes bieten, durch beispielsweise weitergehendes Überprüfen der Ziel- und Quelladressen der Pakete.
Der Bonder 114 empfängt Breitbandnetzwerkverbindungsdaten von Arbeitsstations-Interface 140 über den Paketschalter 112 und übermittelt die Daten zum Stadtknoten 10. Umgekehrt werden die Breitbandnetzwerkverkehrsdaten vom Stadtknoten 10 empfangen, und der Bonder 114 gibt die Verkehrsdaten über den Paketschalter 112 an die Arbeitsstations-Interfaces 140 weiter.
Die Netzwerkadressenübersetzungsfunktion 119 ist zur Verdeutlichung separat gezeigt, kann aber als Software implementiert werden, welche auf der CPU 116 oder anderen Prozessoren läuft. Sie ist verantwortlich für das Durchführen der Adressenübersetzung der Datenpakete, welche von den Arbeitsstations-Interfaces 140 über den Paketschalter 112 empfangen werden, für das Weiterleiten in das Breitbandnetzwerk, und für das Durchführen der Adressenübersetzung der Datenpakete, die über das Breitbandnetzwerk über den Bonder 114 empfangen werden und für die Arbeitsstations-Interfaces 140 und Arbeitsstationen 100 bestimmt sind.
Die Netzwerkbefehlsübersetzungsfunktionen 121 ist zur Verdeutlichung separat gezeigt, kann aber als Software implementiert werden, die auf der CPU 116 oder anderen Prozessoren läuft. Sie ist verantwortlich für die Übersetzung und das Behandeln von Netzwerkbefehlen, welche über das Signalisierungsnetzwerk 30 über den Bonder 114 empfangen werden.
Die Bondingfunktion 123 ist zur Verdeutlichung separat gezeigt, kann aber als Software implementiert werden, die auf der CPU 116 oder anderen Prozessoren läuft. Sie ist verantwortlich für das Führen einer Liste von Anschlüssen, welche für verschiedene Breitbandnetzwerkverbindungen benutzt werden, einschließlich Signalisierungsnetzwerkverkehr, leitungsvermitteltem Verkehr und Internetzugang. Ein Anschluss kann aus einem oder mehreren Trägerkanälen 60 bestehen. Zum Beispiel kann eine 6 Mbps-leitungsvermittelte Verbindung aus 96 Trägerkanälen bestehen, welche nicht notwendigerweise auf den selben T1-Leitungen gebündelt sind. Der Anschluss für diese Verbindung ist als eine Liste dieser Kanäle konfiguriert, über welche der Bonder 114 Breitbanddaten weiterleitet, welche vorgesehen sind für und vom Breitbandnetzwerk und Stadtknoten 10 einlaufen. Diese Liste kann wegen Kanalneuzuweisungen, welche vom Server zur Netzwerksteuerung 40 angeordnet sind, geupdatet werden.
Aus den obigen Beschreibungen und noch viel mehr aus den folgenden Beschreibungen sollte ersichtlich sein, dass die Installation des Nebenanlagenschalters 110 im existierenden LAN vom lokalen Knoten 50 für den LAN-Router 130 und andere im LAN 120 betriebene Arbeitsstationen vollständig transparent ist. Vielmehr erfordert der Prozess der Installation des Nebenanlagenschalters lediglich ein Eingreifen in die Verbindung zwischen Arbeitsstationen 100 und LAN-Router 130.
I.C.1 Bonderkonfiguration
Ein typischer Bonder ist in 20 dargestellt. Wie ersichtlich, kann er Bondermodule 114-1 bis 114-b umfassen. Jedes Bondermodul behandelt Kommunikationen zwischen dem PCI-Bus 118 und einer T1-Leitung, die mit dem Stadtknoten 10 verbunden ist. Weiter ist bekannt, dass eine T1-Leitung 24 64 kbps-Trägerkanäle auf eine einzige physikalische Verbindung bündelt. Die Gesamtanzahl von Trägerkanälen 60, welche in diesem Beispiel der Erfindung vorgesehen ist, ist dazu 24 Mal die Anzahl der T1-Leitungen, welche zwischen dem Nebenanlagenschalter des lokalen Knotens und dem Stadtknoten vorgesehen sind. Weiterhin umfasst der Bonder eine PCM-Bus-Leitung 111, worüber serielle Daten zwischen jedem Bondermodul zeitmultiplex-gebündelt (TDM) sind. Dadurch wird Flexibilität und Redundanz erreicht. Weiterhin ist es eine wichtige Aufgabe des Bonders 114, Daten zwischen dem Paketschalter 112 und dem Breitbandnetzwerk zu transferieren, es ist zeitweise wünschenswert, zwischen anderen Sys temen, wie beispielsweise einem Sprachtelefonnetzwerk, wie dem PBX, zu koppeln. Die bevorzugte Methode einer derartigen Interkonnektivität ist eine TDM-Bus-Leitung. Redundanz wird dadurch vorgesehen, dass, falls eine der T1-Schaltungen außer Betrieb gehen sollte, der Verkehr über die TDM-Bus-Leitung zu Trägerkanälen einer anderen T1-Schaltung umgeleitet werden kann.
Vorzugsweise setzt die PCM-Bus-Leitung 111 das Multi-Vendor-Integrationsprotokoll (MVIP) ein und hat eine Kapazität von zumindest 96 Vollduplex-64-kbps-Kanälen. Es soll angemerkt werden, dass die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform auf der Benutzung von T1-Multiplexing basiert, dennoch würde es ebenfalls für Fachleute möglich sein, E1-Multiplexing-Standards, welche in Europa und anderen Ländern populär sind, zu benutzen. Weiterhin ist es möglich, direkt zu jedem anderen Typ einer Telefon-Stamm-Einrichtung zu verbinden, wie beispielsweise DS-3, OC-1 oder anderen.
21 und 22 stellen weiterhin ein typisches Bondermodul dar, wie beispielsweise 114-1 in einem Nebenanlagenschalter 110, wie er in 19 dargestellt ist. Wie ersichtlich, umfasst es ein PCI-Interface-Bus 1010, welches Kommunikationen zwischen lokalem Bus 1080 und CPU 116 und Paketschalter 112 über den PCI-Bus 118 vermittelt. Weiterhin umfasst es SRAM und Steuerungsmodul 1020, einen B-Kanal Mux/Demux-Module 1030, einen TDM-Schalter 1050 und eine Leitungs-Interfaceeinheit 1060.
Wie in 22 gezeigt, umfasst das Bondermodul 114-1 weiterhin einen PCI-Controller-Boot-EEPROM 1012 zum Speichern der Firmware, welcher PCI-Bus-Operationen während des Systemstarts ermöglicht. SRAM und Kontrollmodul 1020 umfassen ein SRAM-Modul 1022 und eine SRAM-Steuerung und ein lokales Bus-Vermittlungslogik(PLD)modul 1024. Der TDM-Schalter 1050 umfasst einen Busleitungs-Anschluss 1052 und TDM-Schalter & Taktgeber-Controller 1054. Die Leitungs-Interfaceeinheit 1060 umfasst LIU-Controller 1061, Framecontroller 1063, CSU/DSX-Schalter 1065. Das CSX-Interface 1067 und DSX-Interface 1069 sind Standard-Interfaces für T1-Schaltungen und im Stand der Technik wohl bekannt. Der Framecontroller 1063 generiert Frame-Synchronisationstakte 1062 zur Benutzung durch andere Bonderkomponenten. Die Interfaces 1067 und 1069 koppeln den Nebenanlagenschalter 1010 direkt mit der T1-Leitung, welche wiederum mit dem Standknoten verbunden ist.
In einem Empfangsbetrieb werden die eingefassten Breitbandnetzwerkverbindungsdaten durch die Leitungs-Interfaceeinheit 1060 über die DSU- oder DSX-Interfaces 1067 und 1069, gesteuert durch die CSU/DSX-Schalter 1065, empfangen. Durch Steuerung des LIU-Controllers 1061 werden die eingefassten Netzwerkverbindungsdaten seriell durch den Framecontroller 1063 vom TDM-Schaltmodul 1050 empfangen. Das TDM-Schaltmodul 1050 behandelt das Zeitmultiplexen der Netzwerkverbindungsdaten auf der PCM-Busleitung 111. Der B-Kanal Mux/Demux 1030 empfängt von der PCM-Busleitung 111 Netzwerkverbindungsdaten und wandelt zwischen den seriellen Daten der einzelnen Trägerkanäle und gepufferten LAN-Daten. Das SRAM und Steuerungsmodul 1020 puffert Breitbandnetzwerkverkehrsdaten vom LAN, wie es von der CPU 160 und Mux/Demux 1030 zusammengesetzt ist. Der PCI-Bus-Interfacecontroller 1010 vermittelt den Datenfluss zwischen den Bonderkomponenten und dem PCI-Bus des Nebenanlagenschalters 110. Die reassemblierten Daten werden zur Übertragung durch die CPU 116 mit Informationen, die von der Bondingfunktion 123 bereitgestellt werden, paketisiert und werden durch die Netzwerkadressenübersetzungsfunktion 119 und Routingfunktion 113 an geeignete Ziele gesendet.
Umgekehrt werden in einem Sendebetrieb LAN-Datenpakete, welche für das Breitbandnetzwerk bestimmt sind, durch die Routingfunktion 113 zum Bonder 114 geleitet. Die Information der Bondingfunktion 123 wird benutzt, um zu bestimmen, auf welchen Träger kanal oder -kanälen die Daten übermittelt werden sollen. Die Datenpakete werden zur Übermittlung über den PCI-Bus 118 an den Bonder 114 übergeben. Der PCI-Bus-Interfacecontroller 1010 vermittelt den Datenfluss zwischen den Bonderkomponenten und dem PCI-Bus des Nebenanlagenschalters 110. Das SRAM- und Steuerungsmodul 1020 puffern die Breitbandnetzwerkdaten vom LAN, wie sie von CPU 116 und Mux/Demux 1030 fragmentiert wurden. Dann wandelt der B-Kanal Mux/Demux 1030 die gepufferten LAN-Daten in serielle Daten zur Übertragung an die zugewiesenen einzelnen Trägerkanäle und sendet die Daten an die PCM-Busleitung 111. Das TDM-Schaltmodul 1050 behandelt das Zeitmultiplexing der Netzwerkdaten auf der PCM-Busleitung 111. Unter Steuerung des LIU-Controllers 1061 werden die eingefassten Netzwerkverbindungsdaten seriell durch den Framecontroller 1063 vom TDM-Schaltmodul 1050 gesendet, und die eingefassten Breitbandnetzwerkdaten werden durch die Leitungs-Interfaceeinheit 1060 über die CSU- oder DSX-Interfaces 1067 und 1069, wie sie durch den CSU/DSX-Schalter 1065 gesteuert werden, übertragen.
Wie im folgenden detaillierter beschrieben wird, vergleicht die Routingfunkion 113, bevor irgendein Paket über die leitungsvermittelte Brandbandnetzwerkverbindung übertragen wird, ihre Quell-MAC-Adressen mit Informationen, welche durch den Nebenanlagenschalter bereitgestellt sind, und zwar zu einer Zeit, zu der die leitungsvermittelte Verbindung durch den Server zur Netzwerksteuerung aufgebaut wird. Sollte das ankommende Paket nicht von einer Benutzerarbeitsstation oder Arbeitsstations-Interface sein, welche zum Senden von Verkehr auf der spezifischen Breitbandnetzwerk-vermittelten Verbindung autorisiert ist, so wird das Paket durch den Nebenanlagenschalter verworfen.
Weiterhin sollte bemerkt werden, dass beim Senden von Daten an die LIU (welche vom LAN über den PCI-Bus kommen) der Mux/Demux 1030 und die CPU 116 die Daten welche typischerweise groß sind und von der Arbeitsstation oder den Arbeitsstations-Interfaces empfangen werden, vorzugsweise zusammen in kleinere Teile fragmentieren, so dass die Übertragung von jedem Stück gleichzeitig erfolgen kann, und dadurch schneller. Das heißt, die ausgehenden Netzwerkdaten werden zwischen den zugeordneten Trägerkanälen für diese Verbindung (wie durch die Bondingfunktion 123 vorgegeben) aufgeteilt. Beispielsweise ist 1500 Byte-Ethernetpaket aufgeteilt in zehn 150 Byte-Fragmente und zwischen zehn Trägerkanälen gebündelt, vorausgesetzt, dass die Anzahl der der Verbindung zugeordneten Trägerkanäle zehn ist. Alternativ zu der linearen Aufteilung der Bandbreite kann ein lastausgleichender Algorithmus benutzt werden, um die Daten aufzuteilen. Jedes Fragment wird über einen separaten Pfad innerhalb des TDM-Schalters 1050 zum LIU gesendet. Wenn Daten vom LIU empfangen werden, wird der Mux/Demux 1030 die Fragmente zur Übertragung zurück in das LAN zu einem großen Block zusammen fügen.
Um die obige Verarbeitung weiter darzustellen, bestimmt der Server zur Netzwerksteuerung 40 bei der Initiierung einer Netzwerkverbindung die Menge der erforderlichen Bandbreite und ordnet der Benutzerarbeitsstation 100 Trägerkanäle zu, welche eine Breitbandnetzwerkverbindung aufbauen/empfangen. Vorzugsweise ist die Anzahl der Trägerkanäle linear abhängig von der erforderlichen Gesamtbandbreite. Das heißt beispielsweise, erfordert eine 1 Mbps-Verbindung 16 Trägerkanäle, während eine 6 Mbps-Verbindung 96 Trägerkanäle (wobei jeder eine Kapazität von 64 kbps hat) erfordert. Die zugeordneten Trägerkanäle werden in einer Liste aufbewahrt und mit einem Anschluss durch die Bondingfunktion 123 verbunden, so dass Datenpakete, welche über das Breitbandnetzwerk geleitet werden, zwischen dem Breitbandnetzwerk und den Benutzerarbeitsstationen 100 und Arbeitsstations-Interfaces 140 durch die Routingfunktion 113 und den Bonder 114 richtig geleitet werden.
Die eingefassten Breitbandnetzwerkverbindungsverkehrsdaten, welche der Verbindung zugeordnet sind, werden über die zugeordneten Trägerkanäle für diese Verbindung (möglicherweise auf viele T1-Leitungen aufgeteilt) über den Stadtknoten 10 empfangen. Die Leitungs-Interfaceeinheit 1060, welche mit jeder T1-Leitung verbunden ist, trennt die Daten (beispielsweise gemäß Primary-Rate-Interface(PRI)-Standards formatiert) von einander und leitet sie dem TDM-Schalter 1054 zu. Die CPU 116 steuert die Time-Slot-Kanäle (vorzugsweise ein Time-Slot-Kanal pro Trägerkanal), wobei jeder TDM-Schalter 1054 jedes Bondermoduls, welches mit der gewünschten T1-Leitung verbunden ist, die Daten an die PCM-Bus-Leitung 111 vermittelt, und weiterhin das Demuxing der einzelnen Kanäle über den B-Kanal Mux/Demux 1030, und steuert das Puffern von Daten im SRAM-Modul 1020 jedes verbundenen Bondermoduls 114. Die CPU 116 formatiert die gepufferten Daten in LAN-Pakete für die Übertragung durch den Paketschalter 112 zum bestimmten Arbeitsstations-Interface 140 und/oder hindurch zur Benutzerarbeitsstation 100 (abhängig von den Adressen, welche den Paketen zugeordnet sind). Die Pakete werden vom Bondermodul 114 zum Paketschalter 112 mit der Ethernet-Zieladresse weitergeleitet, welche den Paketen durch die Netzwerkadressenübersetzungsfunktion 119 zugeordnet wurde. Der Paketschalter 112 leitet dann die Pakete zum bestimmten Arbeitsstations-Interface 140 weiter. Das Arbeitsstations-Interface prüft die Zieladresse von jedem Paket und verbraucht das Paket selbst oder leitet das Paket an die mit ihm verbundene Benutzerarbeitsstation 100 weiter. Die umgekehrte Verarbeitung findet statt für Breitbandnetzwerkverbindungsdaten, welche von einer Benutzerarbeitsstation 100 oder einem Arbeitsstations-Interface 140 gesendet werden.
I.C.2. PCI-Bus-Interfacecontroller eines Bonders
23 stellt einen PCI-Bus-Interfacecontroller 1010 in einem Bondermodul dar, wie es in 21 dargestellt ist. Er umfasst Bus-Anschlüsse 1014 und 1016, die über PCI-Bus-Adressen/Daten 1013 und Steuerungsinformation 1011 zwischen der CPU 116 und dem PCI-Bus-Controller 1018 über den PCI-Bus 118 kommunizieren. Der PCI-Bus-Controller vermittelt den Fluss der lokalen Bus-Adresse 1015, der Daten 1017 und der Steuerungsinformation 1019 entlang des lokalen Buses 1080.
24 stellt die Bus-Anschlüsse 1014 und 1016 in einem PCI-Bus-Interfacecontroller 1010 dar, wie er in 23 dargestellt ist. Die Anschlüsse übertragen/empfangen zusammen 32 Bits (PCI AD[31...0]) von Adressen/Dateninformationen 1013 über den PCI-Bus 118. Sie sehen weiterhin einen Austausch von Steuerungssignalinformation zwischen den Bonderkomponenten und der CPU 116 vor. Die Signale und Protokolle entsprechen den wohlbekannten PCI-Standards.
25 stellt einen PCI-Bus-Controller 1018 in einem PCI-Interfacecontroller 1010 dar, welcher in 23 dargestellt ist. Er empfängt/übermittelt PCI-Bus-Adressen 1013 und Steuerungsinformation 1011. Weiterhin überträgt/empfängt er eine lokale Bus-Adresse 1015, Daten 1017 und Steuerungsinformation 1019.
26 stellt weiterhin eine PCI-Bus-Controller 1018 in einem Bus-Interfacecontroller 1010 dar, welcher in 23 dargestellt ist. In diesem Beispiel ist der PCI-Bus-Controller 1018 hauptsächlich durch einen PCI 9050 implementiert, welcher durch PLX Technology Inc., in San Jose, Kalifornien, hergestellt wird. Wie ersichtlich, umfasst er weiterhin eine elektronische Schaltung 1018-A, welche für PCI-Bus-Steuerungssignale 1011 verantwortlich ist, und eine Steuerungsregisterlese/schreiboperation auswählt, um Steuerungsdaten anzubieten, welche den Steuerungsregistern des lokalen Daten-Buses 1017 entsprechen. Es wird auf PCI-Spezifikationsversion 2.1 für eine vollständige Beschreibung dieses Busses verwiesen. Wie bekannt, wird der PCI-Controller durch den PCI-Boot-Controller 1012 beim Start programmiert. Dieses sagt dem PCI-Controller, welche Bus-Adressen die CPU benutzen wird, wenn sie versucht, Einrichtungen über den PCI-Bus zu erreichen. Wenn der PCI-Controller derartige Adressen detektiert, dann wird er Steuerungssignale generieren, um die gewählten Einrichtungen auszuwählen (oder zu aktivieren), und zu kennzeichnen, ob ein Lesen oder ein Schreiben durchgeführt werden soll.
I.C.3. SRAM- und Steuerungsmodul eines Bonders
27 stellt ein SRAM- und Steuerungsmodul 1020 in einem Bondermodul dar, welches in 21 dargestellt ist. Es umfasst SRAM-Module 1021-1 und 1021-2, und einen SRAM-Controller 1022. Die SRAM-Module 1021-1 und 1021-2 speichern und bieten Netzwerkverbindungsdaten-Broadcast über den lokalen Daten-Bus 1017 an, gemäß der lokalen Bus-Adresseninformation 1015 und den Steuerungssignalen 1023, welche durch den SRAM-Controller 1023 angeboten werden und von den lokalen Bus-Steuerungssignalen 1019 dekodiert werden.
28 stellt weiterhin ein SRAM- und Steuerungsmodul 1020 dar, wie jenes, welches in 27 dargestellt ist. Die SRAM-Module 1021-1 und 1021-2 sind bevorzugt CYM18×1-Speicher, welche von Cypress Semiconductor aus San Jose Kalifornien hergestellt sind. Wie ersichtlich, sehen Sie einen Datenpfad von 32 Bits über den lokalen Daten-Bus 1017 vor und Dekodieren 16 Bits der Adressinformation über den lokalen Adressbus 1015.
Der SRAM-Controller 1022 dekodiert die Steuerungssignale 1019 des lokalen Buses und sieht Steuerungssignale 1023 zur Steuerung von Lese- und Schreiboperationen der SRAM-Module 1021-1 und 1021-2 vor. Er umfasst ein Bankauswahlmodul 1024, Freigabemodul 1025, SRAM-Modulcontroller 1026 und Byte-Auswahlmodul 1027. Es ist gängige Praxis, mehrere Speicherbänke vorzusehen, so dass eine Auslegung des Computer für eine bestimmte Applikation gemäß der installierten Menge an RAM optimiert sein kann. Das Bankauswahlmodul 1024 dekodiert dafür die Adressensignale 1015, um mitzuteilen, auf welche RAM-Bank in irgendeinem gegebenen Kreis zugegriffen wird. Weiterhin kann eine bestimmte Applikation erfordern, dass Daten in Einheiten von 8, 16 oder 32 Bits übertragen werden (d.h., ein 1 Byte, 2 Bytes, 4 Bytes). Der SRAM-Modulcontroller 1026 bestimmt daher exakt, welcher Zugriffstyp ausgewählt wurde, und generiert die geeignete Steuerungssignale 1023 zum Aktivieren der SRAM-Module 1021-1 und/oder 1021-2 wie gewünscht.
29 stellt weiterhin einen SRAM-Modulcontroller 1026 zum Generieren der geeigneten Steuersignale 1023 aus den Bus-Steuersignalen 1019 dar, so wie jener, der in 28 dargestellt ist. Die logischen Komponenten und ihr Betrieb sind dem Fachmann wohlbekannt, und daher braucht eine weitere detaillierte Erklärung deren Betrieb hier nicht wiederholt zu werden.
I.C.4. B-Kanal-Mux/Demux eines Bonders
30 stellt einen B-Kanal-Mux/Demux 1030 in einem Bonder dar, wie er in 21 dargestellt ist. Wie ersichtlich, umfasst er einen Kanalisierer 1031 und ein Steuerungsadressenstartregister 1032. Der Kanalisierer 1031 ist hauptsächlich für Mux/Demux zwischen 24 Datenkanälen der PCM-Bus-Leitung 111 verantwortlich und puffert SRAM-Daten, welche über den lokalen Daten-Bus 1017 abgeholt und aufgeteilt werden, und zwar gemäß der Adressensignale, welche über den lokalen Adressen-Bus 1015 bereitgestellt werden, und gemäß der Framesynchronisierungssignale 1062, welche über die Leitungs-Interfaceeinheit 1060 bereitgestellt werden.
31 stellt weiterhin einen B-Kanal-Mux/Demux 1030 dar. In diesem Beispiel ist der Kanalisierer 1031 hauptsächlich durch einen Multikanalnetzwerk-Interfacecontroller für HDLC (MUNICH32) implementiert, wie beispielsweise ein PEB20320 durch Siemens Components, Inc. aus Deutschland. Seine Daten, Adresse und Steuerungsanschlüsse sind jeweils mit dem lokalen Daten-Bus 1017, dem lokalen Adressbus 1015 und dem Steuerungs-Bus 1019 gekoppelt. Weiterhin ist er zum Empfangen und Übertragen von HDLC-formatierten Daten gemäß den Framesynchronisationstaktgebern 1062 mit der PCM-Busleitung 111 verbunden. Dieses Gerät ist vollständig über Software programmierbar. Das Steuerungsadressenstartregister 1032 stellt die Adresse zur Verfügung, mit welcher die Ausführung während des Startens beginnen soll.
32 stellt eine Weiche 1034 zur Nutzung in einem B-Kanal-Mux/Demux 1030 dar, wie es in 30 dargestellt ist. Entweder der Host-Computer oder der Kanalisierer 1031 können über den PCI-Bus den RAM zu jeder Zeit erreichen, aber sie können dies nicht zu exakt derselben Zeit. Die Weiche 1034 empfängt Anfragen von diesen Einrichtungen über die Steuerungssignale 1019 des lokalen Busses und erlaubt es jeweils lediglich einer Einrichtung, auf den Speicher zuzugreifen. Weiterhin generiert die Weiche 1034 geeignete Signale, wenn eine Einrichtung den Bus benutzt und die andere ihn über Steuersignale 1019 anfordert, wobei die Signale der anderen Einrichtung mitteilen, vorübergehend zu warten.
I.C.5. TDM-Schalter eines Bonders
33 stellt einen TDM-Schalter und einen Taktgeber-Controller 1054 gemäß der Ausführungsform der Erfindung, welche in 21 dargestellt ist, dar. Er umfasst einen Host-Steuerungsbereich 1055 und eine TDM-Schaltmatrix 1056.
Der Host-Steuerungsbereich 1055 empfängt Daten, Adresse und wählt Information von der CPU 116 über den PCI-Bus 118 und den lokalen Bus 1080 aus. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein TDM-Bus und ein Schaltungsformat benutzt, welches im Stand der Technik als Multi-Vendor-Interfaceprotokoll (MVIP) bekannt ist.
Die TDM-Schaltermatrix 1056 bündelt Breitbandnetzwerkverkehrsdaten zu/von der PCM-Busleitung 111 unter der Steuerung des Host-Steuerungsbereiches 1055, wobei die Breitbandnetzwerkverkehrsdaten vom/zum LAN über den Paketschalter 112, SRAM 1020 und B-Kanal-Mux/Demux 1030 empfangen/gesendet werden, in Daten, welche zu/vom Breitbandnetzwerkstadtknoten über die Leitungs-Interfaceeinheit 1060 gesendet/empfangen werden.
TDM-Verkehr kann entweder als serielle oder parallele Datenströme gesendet werden. In der bevorzugten Implementierung wird er seriell und mit einer Rate von 2048 Millionen Bits/Sekunde gesendet. Wie bekannt, werden Daten auf einem TDM-Bus basierend auf ihrem temporären Anschluss innerhalb des TDM-Komplexes identifiziert oder adressiert. Die Host-Steuerung 1056 beinhaltet genaue Uhren, welche die passierenden Bits zählen. Wenn es gewünscht ist, Bits von einer Anschlusseinrichtung (beispielsweise Leitungs-Interfaceeinheit 1060) zu einem anderen (beispielsweise B-Kanal-Mux/Demux 1030) zu bewegen, werden die Bits vorübergehend in einem Puffer innerhalb der Schaltermatrix 1056 gespeichert und dann durch die empfangende Einrichtung präzise ausgelesen. Daher weiß jede Einrichtung, welche mit dem TDM-Schalter und Taktgeber-Controller 1054 verbunden ist, wann gelauscht oder übertragen werden soll, um Daten von einer zu anderen Einrichtung zu bewegen.
I.C.6. Leitungs-Interfaceeinheit eines Bonders
34 stellt eine Leitungs-Interfaceeinheit 1060 gemäß der Ausführungsform der Erfindung dar, welche in 21 dargestellt ist. Sie umfasst einen LIU-Controller 1061, einen Frame controller 1063, einen CSU/DSX-Schalter 1056, ein CSU-Interface 1067 und ein DSX-Interface 1069. Die Interfaces 1067 und 1069 koppeln den Nebenanlagenschalter direkt mit der T1-Leitung, welche mit dem Stadtknoten verbunden ist. Der LIU-Controller 1061 steuert die Aktivierung von Alarmindikatoren 1064 gemäß vorbestimmter Bedingungen.
35 stellt einen Framecontroller 1063 in einer Leitungs-Interfaceeinheit dar, wie sie in 34 dargestellt ist. In diesem Beispiel ist der Framecontroller 1063 hauptsächlich durch einen Framing- und Leitungs-Interface-Plus-Signalisierungscontroller(FALC53)-Chip mit der Nummer PEB 2254 ausgeführt, der durch Siemens Components, Inc. in Deutschland hergestellt wird. Er kann gemäß dem wohlbekannten Primary-Rate-Interface (PRI) betrieben werden. Er umfasst Verbindungen zum lokalen Adressbus 1015, lokalen Adressbus 1017 und lokalen Steuerungs-Bus 1019, genauso wie zur PCM-Busleitung 111 über den TDM-Schalter 1050. Weiterhin umfasst er Schalteranschlüsse 1068 zum Empfangen und Übertragen von Verkehrsdaten über die Interfaces 1067 und 1069 von/zu den Breitbandnetzwerkverbindungen durch die Steuerung des CSU/DSX-Schalters 1065.
Wie weiterhin in 35 dargestellt ist, empfängt der Framecontroller 1063 lokal generierte Takte vom Taktgenerator 1064. Der Framecontroller 1063 kann Framesynchronisierungstakte 1062 ausgeben, basierend auf den lokal generierten Takten. Dennoch detektiert der FALC54-Chip typischerweise automatisch die Takte, welche im Signal der T1-Leitung eingebunden sind, und folgt selbst dem Takt.
36 stellt einen LIU-Controller 1061 und einen CSU/DSX-Schalter 1065 in einer Leitungs-Interfaceeinheit dar, wie sie in 34 dargestellt ist.
Der LIU-Controller 1061 empfängt über die lokalen Daten- und Steuerungs-Busse 1017 und 1019 Signale. Derartige Signale werden durch die CPU 116 gesteuert, und umfassen Auswahlsignale, welche den CSU/DSX-Schalter 1065 steuern, um einen Netzwerkübertragungs-/-empfangspfad zu steuern. Diese werden durch den LIU-Controller 1061 dekodiert und werden benutzt, um Steuerungssignale zu generieren, die ausgegeben werden, um den CSU/DSX-Schalter 1065 angemessen zu konfigurieren.
Signale, die durch den LIU-Controller 1061 empfangen werden, umfassen ebenfalls Signale, die dekodiert werden, um Ausgaben zum Aktivieren von Alarm-LEDs 1064 zu generieren. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definiert drei Alarme. Ein roter Alarm ergeht, wenn kein Signal auf der T1-Leitung detektiert wird. Ein gelber Alarm ergeht, wenn das entfernte Ende der T1-Leitung signalisiert, dass es ein verlorenes Signal hat. Ein blauer Alarm kennzeichnet, dass dort ein Signal vorhanden ist, dass dort jedoch Fehler im Einfassen vorliegen (beispielsweise Signaltakt). Zusätzlich zur Aktivierung der entsprechenden LEDs berichtet der Nebenanlagenschalter 110 all diese Alarmbedingungen an den Server zur Netzwerksteuerung und die zugehörigen Verbraucher/Netzwerkmanagement-Software, so dass die Manager des Breitbandnetzwerkes auf Alarmbedingungen reagieren können, wenn sie auftreten.
Wie weiterhin in 36 dargestellt, umfasst der CSU/DSX-Schalter 1065 Relais 1068-A und 1068-B, welche durch die Auswahlsignale vom LIU-Controller 1061 gesteuert werden. Gemäß dieser Auswahlsignale werden Übertragungs- und Empfangspfade zwischen Framecontroller 1063 über die Schalteranschlüsse 1066 und CSU-Interface 1067 und DSX-Interface 1066 über die Interface-Anschlüsse 1070-A und 1070-B entsprechend aufgebaut.
37 stellt ein DSX-Interface 1069 in einer Leitungs-Interfaceeinheit dar, wie sie in 34 dargestellt ist. Es umfasst einen DSX-Isolationsschaltkreis 1072 zum Isolieren der Interface-Anschlüsse 1070-B von der T1-Leitung über den DSX-Verbinder 1078. Weiterhin umfasst es Leitungstransformatoren 1074 und 1076 zum Schutz vor möglicherweise tödlichen Spannungen. Ein derartiger Schutz ist im Stand der Technik für viele Typen von Telefonleitungen Standard und ist als eine Sicherheitsfunktion vorgesehen.
38 stellt ein CSU-Interface 1067 in einer Leitungs-Interfaceeinheit dar, wie sie in 34 dargestellt ist. Es umfasst eine CSU-Isolationsschaltung 1073 zur Isolation der Interface-Anschlüsse 1070-A von der Telefonleitung über den CSU-Anschluss 1081. Weiterhin umfasst es einen Langstreckentransceiver 1071, Alarm-LEDs 1075 und Leitungstransformatoren 1077 und 1079. Die Elemente 1073 und 1079 bieten Schutz vor gefährlichen Spannungen, wie oben beschrieben. Im Langstreckentransceiver 1071 ist eigentlich ein Verstärker, welcher der Einrichtung erlaubt, über längere Kabel (bis hin zu 12.000 Fuß) als anders möglich wäre, zu operieren. Die Alarm-LEDs 1075 führen ähnliche Funktionen aus, wie die LEDs 1064, wie oben beschrieben.
I.C.7. Routingfunktion
Die Routingfunktion 113, welche in 19 dargestellt ist, umfasst Funktionalitäten eines herkömmlichen Routers und stellt zusätzliche Funktionen bereit.
Herkömmliche Router befördern Pakete gemäß dem im Paket eingebundenen IP-Adressen und gemäß einer Anschluss/Adressroutingtabelle zu Anschlüssen.
Andererseits führt die Routingfunktion 113 eine erweiterte Tabelle, wie die folgende:
Die Tabellenzuordnungen für Signalisierungsnetzwerkdaten und Internetanschluss werden vorzugsweise während der Initialisierung durchgeführt und werden selten verändert. Dennoch werden die Tabellenzuordnungen für leitungsvermittelte Verbindungen bestimmt, und wenn eine Verbindung aufgebaut wird, durch den Server zur Netzwerksteuerung 40 an den Nebenanlagenschalter 110 übertragen, und die Zuordnungen bleiben nur solange bestehen, wie die Verbindung bestehen bleibt.
Das Besitzerfeld der Tabelle wird für die Quell-IP-Adresse der Daten vergeben, und das Sicherheitsfeld der Tabelle wird für die Quell-Ethernetadresse vergeben. Der Eintrag "alle registriert" im Besitzer- und Sicherheitsfeld der Tabelle zeigt an, dass alle registrierten Arbeitsstationen und Arbeitsstations-Interfaces im LAN berechtigt sind, das Signalisierungsnetzwerk und den Internetanschluss des Breitbandnetzwerkes zu nutzen. Datenpakete von unregistrierten Arbeitsstationen, wie beispielsweise Arbeitsstationen 102, welche nicht für das Breitbandnetzwerk konfiguriert sind, werden durch die Routingfunktion verworfen.
Der Zweck der oben beschriebenen Tabelle von der Routingfunktion ist es, unautorisierten Zugang zu den Diensten des Breitbandnetzwerkes zu verhindern. Andernfalls könnte jeder, welcher ein Datenpaket mit IP-Adressen für Breitbandnetzwerkdienste versendet, in das Netzwerk eindringen. Wenn ein Datenpaket vom Paketschalter 112 empfangen wird, dann untersucht die Routingfunktion 113 die Bestimmungs-IP-Adresse im Header. Wenn die Bestimmungs-PI-Adresse mit einem der Einträge in der Tabelle übereinstimmt, dann vergleicht die Routingfunktion 113 darüber hinaus die Quell-IP-Adresse und Quell-Ethernetadresse mit den Tabelleneinträgen und verwirft die Pakete, wenn sie nicht übereinstimmen. Andernfalls wird das Paket an den Bonder 114 zur Übertragung weitergeleitet.
I.C.8. Bondingfunktion
Die Bondingfunktion 123, welche in 19 dargestellt ist, führt eine Tabelle wie die folgende:
Die Gruppe von Trägerkanälen {B1} bis {Bn} braucht nicht aus fortlaufenden Trägerkanälen oder Trägerkanälen, welche beispielsweise auf der T1-Leitung gebündelt sind, zu bestehen.
Breitbandnetzwerkdaten durch den Nebenanlagenschalter 110 ist ein Anschluss und ein entsprechender Satz von Trägerkanälen zugeordnet. Die Portzuordnungen für Signalisierungsnetzwerkdaten und Internetanschluss sind vorzugsweise vor der Initialisierung durchgeführt und werden nur selten verändert. Dennoch werden Anschlusszuordnungen für leitungsvermittelte Verbindungen bestimmt und durch den Server zur Netzwerksteuerung 40 an den Nebenanlagenschalter 110 übertragen, wenn eine Verbindung aufgebaut wird, und die Zuordnungen halten nur solange wie die Verbindung hält.
Mit dem Signalisierungsnetzwerk oder dem Internetanschluss verbundene Daten kann eine entsprechende Anschlussnummer fest zugeordnet werden, und dann kann die Gruppe von Trägerkanälen variabel gemäß einer gebräuchlichen Basis verändert werden. Alternativ kann die Gruppe von Trägerkanälen fest sein.
I.C.9. Netzwerkadressenübersetzungsfunktion
Die Netzwerkadressenübersetzungsfunktion 119, welche in 19 dargestellt ist, sichert zu, dass Breitbandnetzwerkdaten richtig weitergeleitet werden. In dem hier beschriebenen Beispiel der Erfindung implementiert sie das NAT-Protokoll, welches in der Internet-RFC 1631 vollständig beschrieben ist. Dennoch sind andere Übersetzungsabläufe möglich. Der einzige Grund der Netzwerkadressenübersetzungsfunktion der vorliegenden Erfindung ist die Nutzung von temporär zugeordneten IP-Adressen, welche durch die Parteien einer leitungsvermittelten Verbindung benutzt werden. Dies bietet dadurch Sicherheit, indem sicherstellt, dass nur die bestimmten Parteien einer Verbindung Zugang zur für diese Verbindung reservierten Bandbreite haben, und weiterhin bietet es Stabilität, indem einige IP-Adressen durch das Netzwerk, beispielsweise während der Verwendung, erneut zugeordnet werden können.
Wenn eine leitungsvermittelte Breitbandnetzwerkverbindung aufgebaut wird, dann ordnet der Server zur Netzwerksteuerung 40 jedem Datenfluss in der Verbindung ein temporäres IP-Adressenpaar zu. Das heißt z.B., ordnet der Netzwerksteuerungssystemserver 40 im Falle, falls die Verbindung eine Telefonkonferenz zwischen A, B und C mit Video, Audio und formatierten Datenströmen ist, dem Videodatenfluss zwischen A und B, dem Audiodatenfluss zwischen A und B, dem formatierten Datenfluss zwischen A und B, dem Videodatenfluss zwischen B und C, dem Audiodatenfluss zwischen B und C, dem formatierten Datenfluss zwischen B und C, dem Videodatenfluss zwischen A und C, dem Au diodatenfluss zwischen A und C und dem formatierten Datenfluss zwischen A und C ein temporäres IP-Adressenpaar zu. Jeder Partei einer Telefonkonferenz, einschließlich Arbeitsstationen, Arbeitsstations-Interfaces und Nebenanlagenschaltern, wird die temporäre IP-Adressenpaar-Zuordnung für die Flüsse gegeben.
39(A) zeigt den Ablauf der Netzwerkadressenübersetzungsfunktion der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel wird eine Verbindung zwischen Benutzern aufgebaut, die mit den Arbeitsstationen 100-A bis 100-B verbunden sind. Der Nebenanlagenschalter 110-A empfängt Daten von der Arbeitsstation 100-A und/oder von der Arbeitsstation 140-A und überschreibt die IP-Adresse von A mit der A für diese Verbindung zugeordneten temporären IP-Adresse. Wenn die Daten am Nebenanlagenschalter 110-B empfangen werden, dann überschreibt der Nebenanlagenschalter die temporäre Bestimmungs-IP-Adresse mit der IP-Adresse von B.
Ein Beispiel der Veränderungen in einem Datenheader, welcher der Netzwerkadressenübersetzungsfunktion aus 39(A) unterliegt, ist in den 39(B) , 39(C) und 39(D) gezeigt, wobei A die IP-Adresse von A ist, B die IP-Adresse von B ist und IP-A und IP-B die temporär zugeordneten IP-Adressenpaare für die Verbindung sind.
Die Netzwerkadressenübertragungsfunktion wird vorzugsweise symmetrisch auf die Pakete angewandt, die in beide Richtungen über die vermittelte Verbindung fließen. Dies sichert zu, dass für jede Partei in jeder leitungsvermittelten Verbindung eine einzige Adresse (Ethernetadresse plus IP-Adresse) für die Beteiligung dieser Partei an der Verbindung existiert. Ohne die Netzwerkadressenübersetzungsfunktion würde der Nebenanlagenschalter nicht in der Lage sein, zu garantieren, dass ein Paket korrekt an seinen Bestimmungsort geleitet wird.
I.C.10. Netzwerkbefehlsübersetzungsfunktion
Der Zweck einer Netzwerkbefehlsübersetzungsfunktion 121, wie in 19 dargestellt, ist es, Netzwerkbefehle, welche über das Signalisierungsnetzwerk 30 über den Bonder 140 empfangen werden, zu übersetzen und zu verarbeiten. Wie detailliertert im Schaltbefehlsgeberabschnitt beschrieben werden wird, ist es wünschenswert, alle Schaltressourcen im vorhandenen Netzwerk zum Zwecke des Routings und Aufbauens einer leitungsvermittelten Verbindung in einem einheitlichen Interface zu haben. Der Nebenanlagenschalter wird als Schaltressource betrachtet, genau wie jede andere Schaltressource im Netzwerk in dieser Ausführungsform der Erfindung.
Wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird, umfasst das Standard-Interface, welches zwischen allen Schaltressourcen im Netzwerk und dem Netzwerksteuerungssystemserver ist, einen Zwischenkürzelsatz. Der Zweck der Netzwerkbefehlsübersetzungsfunktion ist es, eingehende Zwischenkürzel in Operationen zu übersetzen, die für den Nebenanlagenschalter geeignet sind, und die Zwischenkürzel in dem Format auszugeben, welches vom Server zur Netzwerksteuerung erwartet wird.
Einige wichtige Funktionen, welche durch den Zwischenkürzelsatz unterstützt werden, umfassen:

1. Konfiguriere eine Gruppe von Trägerkanälen und verbinde sie
2. Starte eine Breitbandnetzwerkverbindung
3. Beende eine Breitbandnetzwerkverbindung
4. Baue eine Knotenpunktverbindung ab
5. Berichte Fehlerbedingungen und Status
6. Liefere Bestimmungsinformation
7. Liefere ein Protokoll

I.C.11. Nebenanlagenschalterdatenflüsse
40 stellt den Fluss von LAN-Daten des lokalen Knotens 50 dar, verbunden mit dem Breitbandnetzwerkverbindung. Der Paketschalter 112 des Nebenanlagenschalters 110 muss Pakete unterscheiden, welche zum Bonder 114 zur Netzwerkübertragung weitergeleitet werden sollen. Zu diesem Zweck wird der Nebenanlagenschalter 110, wenn er initialisiert wird, mit einer Ethernetadresse konfiguriert, die dem Bonder zugeordnet ist. Diese Adresse ist mit dem Anschluss des Paketschalters 112 mit der Netzwerk-Interfacekarte 115 verbunden und durch den Paketschalter 112 wiederholt, so dass er alle Pakete, die für das Breitbandnetzwerk bestimmt sind, richtig leiten kann. In einer ähnlichen Weise sind Arbeitsstations-Interfaces 140 bei ihrem Start entweder rekonfiguriert worden oder sie haben die Mittel zum Bestimmen der Ethernetadresse des Bonders 114 in ihren Nebenanlagenschalter 110 des lokalen Knotens 50.
Weiterhin sind Arbeitsstations-Interfaces 140 alle mit der IP-Adresse konfiguriert oder haben die Mittel zur Bestimmung der IP-Adresse, welche für das Signalisierungsnetzwerk und für Internetzugang zugeordnet ist.
Wenn eine Breitbandnetzwerkverbindung aufgebaut wird, wird der Nebenanlagenschalter 110 durch den Server zur Netzwerksteuerung 40 über die temporären IP-Adressen informiert, welche er als Bestimmungs-IP-Adresse für alle Flüsse bezüglich dieser einzelnen leitungsvermittelten Verbindung bekannt machen soll. Diese temporären Adressen sind in Routingtabellen der Routingfunktion 113 zusammen mit den den Flüssen zugeordneten Anschlüssen gespeichert. Der Server zur Netzwerksteuerung 40 liefert weiterhin die Information bezüglich der Benutzer im lokalen Knoter 50, welche autorisiert sind, diese Verbindung zu benutzen. Diese Information ist vorzugsweise in der IP- und Ethernetadresse des Benutzers verschlüsselt, welche in der Besitztabelle und Sicherheitstabelle entsprechend der Routingfunktion gespeichert sind.
Der Paketschalter 112 ist normalerweise derart konfiguriert, dass, falls er nicht vorher eine Ankündigung einer Netzwerkadresse bekommen hat, welche ihm durch ein Paket angeboten wird, so wird er standardmäßig dieses Paket zum Anschluss des Paketschalters 112 in Richtung auf den LAN-Router 130 weiterleiten. Dazu wird entweder in dem Fall, dass der Benutzer sich seine eigene Internetverbindung (über sein LAN) beschafft, und ein Paket für das Internet gebunden wird, oder in dem Fall, dass das Paket für einen Computer oder andere Netzwerkeinrichtung im LAN 120 gebunden ist, der Paketschalter 112 die Standardmaßnahme durchführt, welche da ist, das Paket zum LAN-Router 130 zum weiteren Weiterleiten und Verarbeiten weiterzuleiten.
Pakete, die vom Paketschalter 112 zum Bonder 114 im Nebenanlagenschalter 110 weitergeleitet werden, können drei mögliche Ziele haben. Zunächst kann das Paket für das Internet bestimmt sein. Derartige bei der Routingfunktion 113 ankommende Pakete haben eine Bestimmungs-IP-Adresse, welche dem Internetanschluss zugewiesen ist (Bestimmungs-IP = Internetanschluss-IP). Die Routingfunktion 113 überprüft dann das Quell-Ethernet (Quell-E'Net) und die IP-Adresse (Quell-IP), um festzustellen, ob der User, der das Paket sendet, autorisiert ist, das Breitbandnetzwerk zu benutzen. Wenn dies der Fall ist, wird das Paket an den entsprechenden Anschluss des Bondermodul-Internetanschlusses geleitet. In diesem Fall wird das Paket z.B. über eine unabhängige TCP/IP-Verbindung vom Nebenanlagenschalter zu einem Paketrouter übertragen, welcher im Stadtknoten 10 angeordnet ist, ohne weitere Überprüfung und Verarbeitung. Der Internetanschlussrouter im Stadtknoten sieht Mittel für diese Pakete vor, welche an das Internet adressiert sind, um das Internet tatsächlich zu erreichen.
Zweitens kann das Paket für das Signalisierungsnetzwerk 30 bestimmt sein, wie beispielsweise Nachrichten, welche sich auf die Verwaltung von einer leitungsvermittelten Verbindung beziehen. In diesem Fall wurde das Paket Pkt1 an die IP des Signalisierungsnetzwerkes adressiert (Best-IP = Signalisierungsnetzwerk-IP). Die Routingfunktion 113 vergleicht die Ethernet- und IP-Adressen der Pakete mit Werten, die entsprechend dem Signalisierungsnetzwerkanschluss in der Sicherheits- und Besitzertabelle gespeichert sind, und leitet das Paket zum entsprechenden Bonderport weiter, wenn der entsprechende Benutzer autorisiert ist.
Ein wichtiges Merkmal der bevorzugten Ausführungsform ist es, dass der Server zur Netzwerksteuerung 40 nur Pakete annehmen wird, welche an den Server zur Netzwerksteuerung adressiert sind, und nur von Routern, welche direkt mit dem Signalisierungsnetzwerk selbst verbunden sind. Pakete, die an das Signalisierungsnetzwerk adressiert sind und von irgendeinem anderen Netzwerk kommen, werden vom Server zur Netzwerksteuerung 40 abgefangen und verworfen. Somit wird Jemand, der versucht, das Signalisierungsnetzwerk von einer unautorisierten Quelle her zu benutzen, wie beispielsweise dem Internet, der Zugang zum Signalisierungsnetzwerk und allen damit verbundenen Elementen verweigert, einschließlich dem Server zur Netzwerksteuerung und Nebenanlagenschaltern. Noch wichtiger ist es, dass ein Benutzer des Internets keine direkte Verbindung zum TCP/IP-Verkehr haben kann, welcher auf den leitungsvermittelten Verbindungen innerhalb des Breitbandnetzwerkes übertragen wird, wodurch ein inhärent hohes Niveau von Sicherheit erreicht wird, das neu im Stand der Technik ist.
Schließlich können Pakete Pkt1 für eine Verbindung über das leitungsvermittelte Breitbandnetzwerk (Best-IP = leitungsvermittelte Verbindungs-IP) bestimmt sein. Wenn eine leitungsvermittelte Verbindung aufgebaut wird, umfasst die Information, welche über das Signalisierungsnetzwerk 30 zum Server zur Netzwerksteuerung 40 vom Nebenanlagenschalter 110, welcher sowohl am Ursprungs- als auch Abschlussende der Verbindung beteiligt ist, gesendet wird, die IP- und Ethernetadressen der entsprechenden Benutzerarbeitsstation 100 und ihres verbundenen Arbeitsstations-Interfaces 140 und der abschließenden Benutzerarbeitsstation 100 und ihres verbundenen Arbeitsstations-Interfaces 140. Diese IP- und Ethernetadressen werden durch jeden Nebenanlagenschalter 110 zum Server zur Netzwerksteuerung 40 gesendet. Der Server zur Netzwerksteuerung 40 leitet diese empfangenen IP- und Ethernetadressen dann zu den entsprechenden Nebenanlagenschaltern 110 weiter, welche an der jeweiligen Verbindung beteiligt sind. Der Server zur Netzwerksteuerung 40 ordnet zusätzlich einen eindeutigen Satz temporärer IP-Adressen für jeden Datenfluss der Verbindung zu. Die IP- und Ethernetadressen beider Parteien der Verbindung werden zu beiden Nebenanlagenschaltern gesendet, die an der jeweiligen Verbindung beteiligt sind, wo sie nur für die Dauer der Verbindung erhalten werden und für die oben beschriebene Netzwerkadressenüberfunktion benutzt werden.
Die Verarbeitung von Paketen in Nebenanlagenschaltern, welche für leitungsvermittelte Verbindungen bestimmt sind, läuft mit Bezug zu 40 folgendermaßen ab. Zunächst vergleicht die Routingfunktion 113 die Quell-Ethernet- und IP-Adresse des Pakets mit der Ethernet- und IP-Adresse, welche in der Sicherheits- und Besitzertabelle gespeichert ist. Der für den jeweiligen Datenfluss autorisierte Benutzer kann entweder das Arbeitsstations-Interface 140 oder die Arbeitsstation 100 sein, abhängig davon, welche die Medienresourcen zum richtigen Behandeln des Flusses hat, oder beide bei Verbindungen, die die Benutzung von Medienresourcen beinhalten, welche zu beiden Einheiten gehört, wie beispielsweise im Fall einer Verbindung, die sowohl Video- als auch einige geteilte Datenapplikationen beinhaltet. Die jeweilige Ethernetadresse, mit der der Nebenanlagenschalter die Pakete überwacht, wird dem Nebenanlagenschalter 110 durch den Server zur Netzwerksteuerung 40 zur Verfügung ge stellt, wenn die Verbindung aufgebaut wird. Wenn diese Adressen nicht übereinstimmen, dann wird der Nebenanlagenschalter 110 das Paket abweisen. Der Nebenanlagenschalter kann dadurch sicherstellen, dass nur die an der jeweiligen Verbindung beteiligten Parteien die vermittelte Bandbreite für diese Verbindung benutzen können. Die Sicherheitsfunktion ist wichtig, weil, wenn der Nebenanlagenschalter diesen Vergleich nicht anstellen würde, dann könnte, wenn erst einmal eine leitungsvermittelte Verbindung aufgebaut wurde, jeder versuchen, ein Paket an die IP-Adresse der angerufenen Partei zu senden, was den Parteien der leitungsvermittelten Verbindung vorenthalten würde, die Bandbreite in der vermittelten Verbindung zu benutzen, für die sie bezahlen.
Wenn die Quell-IP und Ethernetadressen übereinstimmen, dann benutzt jeder Nebenanlagenschalter, welcher an der Verbindung beteiligt ist, seine Netzwerkadressenübersetzungsfunktion, um sowohl die Bestimmungsadresse von ausgehenden Paketen, welche vom Nebenanlagenschalter gesendet wurden, als auch die Quelladressen der eingehenden Pakete, welche vom Nebenanlagenschalter empfangen werden, zu übersetzen.
Die obige Beschreibung setzt voraus, dass es sich um Unicast-Datenverkehr handelt. Obwohl Unicast für derartigen Datenverkehr, wie geteilte Datenapplikationen, bevorzugt ist, benutzt Video/Audioverkehr vorzugsweise IP-Multicast. Die meisten der obigen Beschreibungen wenden ebenfalls Multicastverkehr an. Dennoch gibt es einige bemerkenswerte Ausnahmen.
Zusätzlich zu den eindeutigen temporären IP-Adressen, die für jedes Segment der Verbindung vorgesehen sind, wird weiterhin eine temporäre Multicast-Gruppenadresse während des Verbindungsaufbaus durch den Server zur Netzwerksteuerung generiert. Diese Multicast-Gruppenadresse wird an das Arbeitsstations-Interface 140 genau wie an den Nebenanlagenschalter 110 zur Aufbauzeit geleitet. Im Gegensatz zu den temporären IP-Adressen werden die Multicast-Gruppenadressen universell für die Segmente einer Verbindung benutzt. Beispielsweise würden in einer Verbindung zwischen drei Parteien, A, B und C (unter Voraussetzung eines einzelnen Verbindungssegments. Bei mehreren Segmenten muss dies nur für jedes Segment wiederholt werden) drei Paare von Verbindungs-IP-Adressen zugeordnet: Ein Paar für die Verbindung von A zu B, eins für B zu C und eins für A zu C. Aber es würde nur eine Multicast-Gruppenadresse zugeordnet. Dies ist alles, was Multicasting erfordert, weil Multicast es erlaubt, ein Paket zu einer einzigen Gruppenadresse zu senden, und von mehreren Parteien in einer Gruppe empfangen zu werden. Es ist eine einmal senden/mehrfach lesen Methode zum Übertragen von Informationen zu einer Anzahl von Parteien. Wenn Unicast benutzt werden würde, dann wären für jedes Paket zwei separate Schreibvorgänge notwendig.
Die Arbeitsstations-Interfaces 140 leiten Audio/Videoverkehr zur Multicastgruppe und nicht zur IP-Adresse der anderen Arbeitsstations-Interface(s), welche an der Verbindung beteiligt sind.
Das Arbeitsstations-Interface 140 und der Nebenanlagenschalter 110, als Teil ihres Verbindungssetups, kündigen zusätzlich zu den oben beschriebenen Funktionen ihre Mitgliedschaft in der Multicastgruppe an (z.B. treten sie der Gruppe bei). Diese Ankündigung der Mitgliedschaft wird vom IP-Stack wiederholt, so dass, wenn Pakete gesehen werden, die durch entweder das Arbeitsstation-Interface oder den Nebenanlagenschalter an die Gruppe adressiert sind, der IP-Stack weiß, dass dieses Pakete sind, die das Arbeitsstations-Interface und der Nebenanlagenschalter empfangen will.
Multicastpakete unterliegen nicht der NAT-Verarbeitung wie oben beschrieben. NAT wird nur für Unicastverkehr (Web-Browsing, geteilte Applikationen etc.) gebraucht.
I.C.12. Serverfrontend des Nebenanlagenschalters
Nun sollte ersichtlich sein, dass ein wichtiges Merkmal des Nebenanlagenschalters seine Fähigkeit ist, Breitbandverbindungen zu erzeugen und zu beenden. Es sollte weiterhin ersichtlich sein, dass verschiedene Funktionalitäten des Arbeitsstations-Interfaces und des Nebenanlagenschalters in vielen alternativen Arten für verschiedene Applikationen kombiniert und aufgeteilt werden können. Dies würde es beispielsweise erlauben, den Nebenanlagenschalter als Frontend für Server oder andere intelligente Netzwerkelemente, welche keine mit ihnen verbundenen Arbeitsstations-Interfaces haben (beispielsweise Video-Web-Server oder ISDN-(BRI- oder PRI-)Netzwerk-Gateways), agieren zu lassen. Dies kann dadurch erreicht werden, einige der gleichen Softwarefunktionen, wie sie in der Benutzerarbeitsstation und dem Arbeitsstations-Interface enthalten sind, insbesondere Verbindungsmanagementkomponenten, im Nebenanlagenschalter einzuschließen.
Ein Beispiel, wie der Nebenanlagenschalter konfiguriert sein kann, um Verbindungen zu Servern und/oder Netzwerk-Gateways zu erzeugen und zu beenden, wird nun beschrieben. Es ist dennoch wichtig, zu erwähnen, dass dieses Beispiel lediglich eine Darstellung der verschiedenen Arten ist, in denen der Nebenanlagenschalter konfiguriert sein kann, um verschiedene Funktionen zu erreichen.
Für Video-Web-Server kann der Nebenanlagenschalter als Endpunkt für alle Anrufe dienen, die an den Web-Server vermittelt werden. Dies kann durch Einschließen von Verbindungsmanagement-Software als ein Prozess im Nebenanlagenschalter erreicht wer den, zusätzlich zu spezieller Video-Server-Interface-Software. Diese Software empfängt Anfragen zum Abspielen von speziellen Videotiteln, welche durch Auswahl der speziellen URL des Video-Web-Servers durch die Verbindungsmanagement-Software (über SDP) angefordert werden. Dann sendet der Video-Web-Server eine Nachricht an den Videoserver, den angeforderten Titel abzuspielen.
In dieser Konfiguration ist die Bestimmungsadresse für den Videoausgang vom Videoserver als IP-Adresse definiert, welche vom Server zur Netzwerksteuerung 40 für den Videoteil der Breitbandverbindung zugeordnet wird. Zusätzlich wird ein Steuerungskanal zum Weiterleiten von Videomanagementinformation, wie beispielsweise Pause, Stopp, fast forward etc., zwischen der Benutzerarbeitsstation und dem Videoserver aufgebaut. Dieser Steuerungskanal kann entweder über das öffentliche Internet oder über eine separate Breitbandverbindung laufen, welche in der SDP-Anfrage für die Breitbandverbindung definiert sein kann.
II. Stadtknoten
Eine Ausführungsform eines Stadtknotens 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 41 gezeigt. Er umfasst Trägerkanalschalter 42-1 ... 42-s, welche über Stammleitungen 41 mit dem Stammschalter 44 verbunden sind. Die Trägerkanalschalter 42-1 ... 42-s sind jeweils ebenfalls mit einem oder mehreren Trägerkanälen 60 verbunden, welche wiederum mit einem oder mehreren lokalen Knoten 50 verbunden sind. Der Stammschalter 44 ist über Stammleitungen 45 mit der existierenden PSTN-Transportinfrastruktur 20 verbunden. Der Schaltbefehlsgeber 46 ist mit jedem der Trägerkanalschalter 42 und Stammschalter 44 über die Schaltsteuerungsleitungen 43 verbunden. Weiterhin ist der Schaltbefehlsgeber 46 unter Nutzung des Signalisierungsnetzwerkes 30 mit dem Breitbandserver zur Netzwerksteuerung 40 verbunden. Es sollte erwähnt werden, dass nur ein gewisser oder alle Trägerkanalschalter 42 im Stadtknoten mit dem Schaltbefehlsgeber 46 verbunden werden können. Weiterhin sollte erwähnt werden, dass die Trägerkanalschalter von anderem Typ und anderer Herstellung als Standard-PSTN sein können. Die Trägerkanalschalter können tatsächlich physikalische oder virtuelle Kanäle schalten. Sie können unter Nutzung von TDM, ATM, SONET, ISDN oder Paketen schalten. Es ist eines der Ziele der vorliegenden Erfindung und neu im Stand der Technik, dass der jeweilige Multimediakommunikationsverkehr eines Benutzers transparent von Ende-zu-Ende befördert werden kann, und zwar unter Benutzung verschiedener Typen zugrundeliegender Schaltungs- und Datentransportmethoden, auch auf verschiedenen Segmenten einer gegebenen Verbindung zwischen zwei oder mehreren Benutzern unter der gemeinsamen Steuerung des Servers zur Netzwerksteuerung 40. Weiterhin kann es mehr als einen Stammschalter 44 im Stadknoten 10 geben, und ein bestimmter oder alle von ihnen können mit dem Schaltbefehlsgeber 46 verbunden sein.
Weiterin sollte angemerkt werden, dass in dieser Ausführungsform Stadtknoten 10 und lokale Knoten 50 physikalisch an verschiedenen Stellen angeordnet sind. Dennoch ist dies nicht notwendigerweise so. Bestimmte Elemente des lokalen Knotens 50, wie beispielsweise Arbeitsstations-Interfaces 140 und Nebenanlagenschalter 110, können auch an gleichem(r) Ort und Stelle wie der Stadtknoten 10 angeordnet sein.
Im Beispiel des Stadtknotens 10, dargestellt in 41 der Erfindung, sind die Trägerkanäle 60 Standard-64 kbps-Kanäle (z.B. DS0), wovon 24 auf einen Standard-T1-Träger (z.B. DS1) gebündelt sind, die Stammleitungen 41 bündeln 24 Trägerkanäle, und die hochkapazitiven Stammleitungen 45 bündeln 672 Trägerkanäle, z.B. DS3. Dem entsprechend haben die Trägerkanalschalter 42 vorzugsweise eine Schaltungsgranularität von einem Trägerkanal und sind in der Lage, jede Anzahl von bis zu 24 Trägerkanälen von Stammleitungen 41 quer zu verbinden, z.B. ein "1/0- Schalter" (wie im Stand der Technik bekannt). Weiterhin hat der Stammschalter 44 vorzugsweise eine Schaltungsgranularität von einer Stammleitung 41, d.h., eine DS1-Leitung, und ist in der Lage, 24 Trägerkanäle zugleich von der Stammleitung 45 quer zu verbinden, welche 672 Trägerkanäle bündelt (z.B. ein "3/1-Schalter", wie aus dem Stand der Technik bekannt).
Dennoch sollte abermals erwähnt werden, dass die vorliegende Erfindung ebenfalls vorgesehen ist zum Übertragen und Schalten von mehreren Trägerkanälen von Multimediaanschlussverkehr als virtuelle Trägerkanäle, welche über asynchrone Kommunikationstransporteinrichtungen und Schalter, wie beispielsweise ATM, als virtuelle Trägerkanalstromkreise befördert und geschaltet werden, und Paketrouter und -schalter, welche geeignet sind, garantierte Servicequalität für vermittelte virtuelle Stromkreise zu unterstützen.
Wie weiterhin in 41 dargestellt ist, umfasst der Stadtknoten 10 weiterhin einen Internetanschlussrouter 47 zum Leiten von Internetdatenpaketen zwischen dem öffentlichen Internet und Breitbandnetzwerkbenutzern über Trägerkanäle 60, wodurch ein Internetanschluss für die Breitbandnetzwerkbenutzer ohne eine lokale Internetverbindung bereitgestellt wird. Der Stadtknoten 10 umfasst weiterhin einen Signalisierungsnetzwerkanschlussrouter 48 zum Leiten von Paketen zwischen dem Signalisierungsnetzwerk 40 und den verbundenen lokalen Knoten 50.
II.A. Stadtknotenschalter
Typischerweise sind die Schalter 42 und 44 existierende Schalter, welche zu den zentralen Einrichtungen verschiedener Telefondienstanbieter gehören und dort zentral angeordnet sind, und sind für die Benutzung durch das Breitbandnetzwerk gemietet. Vorzugsweise sind es digitale Querverbindungen (z.B. DACS, AT&T DACS IV), aber sie können auch ATM-Schalter sein oder Tandem- POTS-Schutzschalter. Um die verschiedenen Typen oben erwähnter Schalter zu unterstützen, ist die Schaltbefehlssoftware vorzugsweise mit einer speziellen Steuerungsprotokollübersetzungssoftware ausgestattet, welche von einem speziellen Typ und/oder Marke des zu steuernden Schalters abhängig ist. Obwohl die Details dieser Steuerungsprotokolle oft bezüglich der speziellen Marken und/oder Typen der Schalter spezifisch sind, sind die grundsätzlichen Funktionalitäten, die durch diese Steuerungsprotokolle bereitgestellt werden, allen Schaltern gleich (z.B. verbinde Anschluss x mit Anschluss y, trenne Anschluss x von Anschluss y, berichte, dass die angeforderte Verbindung aufgrund von n nicht aufgebaut werden konnte etc.). Der Schaltbefehlsgeber agiert als Übersetzer zwischen den spezifischen detaillierten Steuersignalen, die von einer bestimmten Marke und/oder Typ eines Schalters gefordert werden, und den allgemeinen Steuersignalen zum Steuern jeder Art von Schalter. Die Schaltbefehlsgeber und der Server zur Netzwerksteuerung kommunizieren miteinander unter Benutzung des privaten Signalisierungsnetzwerks 30, um leitungsvermittelte Pfade mit der angeforderten Bandbreitemenge für eine bestimmte Benutzerangeforderte Verbindung aufzubauen oder abzubauen, unabhängig vom gerade im bestimmten Segment der Benutzerverbindung benutzten bestimmten Schaltertyp.
Typische Crossconnect-Schalter haben zwei oder vier Steueranschlüsse zum externen Steuern und Testen. Diese Anschlüsse werden normalerweise dazu benutzt, administrative Steuerung und Tests von Schaltfunktionen, Interfaces zu Netzwerkmanagement und Alarmsystemen und (im Falle eines typischen Crossconnect-Schalters) Zugang für Techniker zum manuellen Verbinden und/oder Trennen von Querverbindungen zwischen Trägerkanalanschlüssen am Schalter bereitzustellen. Die Schalt-Interface-Leitungen 43 verbinden vorzugsweise zumindest mit einem dieser Steueranschlüsse oder indirekt durch ein existierendes Netz werkmanagementsystem, welches durch einen bestimmten Betreiber bereits in Benutzung ist.
II.B. Schaltbefehlsgeber
Der Schaltbefehlsgeber 46 steuert die Cross-Connect-Schalter 42 und 44. Der Befehlsgeber dient als Interface zwischen Server zur Netzwerksteuerung 40 und den Schaltern 42 und 44. Vorzugsweise reiht der Schaltbefehlsgeber 46 Befehle ein und übersetzt sie, wobei die Befehle zwischen Signalisierungsnetzwerk 30 (vorzugsweise TL1 X.25-Befehle, oft aber auch Befehle, die proprietär bezüglich eines speziellen Schalters sind) und der bestimmten Befehlssprache des zugrundeliegenden Schalters gesendet sind. Weiterhin sammelt er Prüfungs- und Abrechnungsinformationen über die Schaltoperationen, so dass der Betreiber Breitbandnetzwerkkosten gemäß der Benutzung eines Schalters, der Teil seiner Infrastruktur ist, prüfen und abrechnen kann.
II.B.1. Schaltbefehlsgeberkonfiguration
Ein Beispiel eines Schaltbefehlsgebers 46 in einem Stadtknoten 10 gemäß 41 ist in 42 dargestellt. Er umfasst einen Befehlscontroller 2002, der Schaltbefehle an die Schalter 43 übermittelt, welche über Anschlussleitungen 2006 an die Schaltanschlüsse 2004 angeschlossen sind. In diesem dargestellten Beispiel umfasst der Schaltbefehlsgeber 46 weiterhin ein Netzwerk 2012, einen Router 2008 und ein Signalisierungsnetzwerk-Interface 2010. Das Signalisierungsnetzwerk-Interface 2010 kommuniziert mit dem Server zur Netzwerksteuerung 40 über das Signalisierungsnetzwerk 30. Die Nebenanlagenschalter 110, welche physikalisch am Stadtknoten angeordnet sind, können mit einem Schaltbefehlsgeber 46 über das lokale Netzwerk 2012 koppeln. Weiterhin umfasst der Schaltbefehlsgeber 46 eine Prüfungsdatenbank zum Speichern der Abrechungs- und Prüfungsdateien bezüg lich der Breitbandnetzwerkverbindungen, die über diesen bestimmten Stadtknoten 10 aufgebaut wurden. Weiterhin ist ein Betreiber-Interface 2014 vorgesehen, so dass der Betreiber die Schaltanschlüsse 2004 direkt erreichen und steuern kann, und auf die Abrechungs- und Prüfungsdateien, welche in der Prüfungsdatenbank 2016 gespeichert sind, über das lokale Netzwerk 2012 und den Befehlscontroller 2002 zugreifen kann.
Es sollte offensichtlich sein, dass die oben beschriebenen Komponenten in vielen Arten implementiert werden können. Dennoch ist der Befehlscontroller 2002 vorzugsweise ein SPARCstation mit Solaris 5.5.1 (Marke von Sun Microsystems, Inc.), wessen Schaltanschlüsse 2004 X.25-Ports sind, und dessen lokales Netzwerk 2012 ein Ethernet ist. Der Befehlscontroller 2002 stellt weiterhin vorzugsweise z.B. eine Telnet-Sitzung zum Betreiber-Interface 2014 zum Zugriff auf die Prüfungsdatenbank 2016 bereit.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die Schaltbefehlsgeber sowohl auf der SPARC- als auch auf der X86-Plattform implementiert und benutzen grundsätzlich TCP/IP, und speziell Telnet, um mit den Schaltern 43 zu kommunizieren. Die Schaltbefehlsgeber generieren ihre eigene Prüfungsinformation, welche in der Prüfungsdatenbank 2016 gespeichert wird, und zum Vergleich mit Betreiberaufzeichnungen entsprechend dem gesteuerten Schalter selbst benutzt werden kann. Die Schaltbefehlsgeber können weiterhin Statusinformation der zugrundeliegenden Netzwerkmanagementsysteme des Betreibers empfangen. Am wichtigsten ist, dass die Statusinformation Alarminformation umfasst, die sowohl durch den Server zur Netzwerksteuerung 40 direkt (zum Weiterleiten von Problemen) als auch im Kundenunterstützungssystem als Teil der Netzwerkmanagementinformation benutzt wird, wobei darauf durch die Manager des Breitbandnetzwerkes eingewirkt werden kann.
Alternativ können Schaltbefehlsgeber in einer Bankautomatbasierten Umgebung angeordnet sein. In diesem Fall kann der Schaltbefehlsgeber weiterhin eine Bankautomatnetzwerk-Interfacekarte und eine Ethernetnetzwerk-Interfacekarte zum Zugriff durch den Betreiber umfassen. Oder der Schaltbefehlsgeber kann einen Cisco 2500- oder 7xx Klassen-Karten-basierten Router umfassen, plus einen externen Bankautomaten-CSU/DSU. Dies bietet Flexibilität, Firewall-Möglichkeit und Routing-Möglichkeit.
Als weitere Alternative können die Schaltbefehlsgeber physikalisch auf der Seite des Servers zur Netzwerksteuerung 40 angeordnet sein. In diesem Fall wird X.25 über gemietete Leitungen zum richtigen zu steuernden DACS befördert, während auf den Schaltbefehlsgeber selbst über das eigene Ethernet des Servers zur Netzwerksteuerung zugegriffen wird. Wenn derartige Konfigurationen von Schaltbefehlsgebern vorgesehen sind, kann weiterhin ein Internet-Subnetz mit geeigneten Firewalls und geeigneter Sicherheit vorgesehen sein, so dass der Betreiber, welcher DACS-Vermittlungsdienste anbietet, mit Zugang zu Abrechnungs- und Prüfungsaufzeichnungen des Schaltbefehlsgebers versorgt werden kann.
II.B.2. Betrieb des Schaltbefehlsgebers
43 stellt eine Durchleitungsfunktion eines Schaltbefehlsgebers 46, wie der aus 42, dar. Wie in 43 dargestellt, sieht der Schaltbefehlsgeber gemäß eines Aspektes der Erfindung die Durchleitung von Befehlen der Befehlsleitung TL1 von einer Telnet-Sitzung 2100 zu einem X.25-TL1-Anschluss 2102 auf dem zugrundeliegenden DACS-Cross-Connect-Schalter vor (vorausgesetzt, dass TL1 die Befehlssprache des DACS-Cross-Connect-Schalters ist). Es ist offensichtlich, dass diese Durchleitung das normale Benennungsschema für den DACS-Cross-Connect-Schalter benutzen muss und den gleichen Transaktions-ID-Raum für TL1 benutzen muss, etc. Daher ist der Schaltbefehlsgeber hauptsächlich geeignet, vollständig passiv durchzuleiten.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung kann der Schaltbefehlsgeber ein Teilen der zugrundeliegenden Schaltressourcen des Stadtknotens 10 vorsehen, welche an das Breitbandnetzwerk oder einem anderen virtuellen Betreiber vom realen Betreiber vermietet sind. Diese Schalteinrichtungen 2150 umfassen zusätzlich zu den Schaltern 42 und 44 Stammleitungen 41 und 45 und Trägerkanäle 60, welche letztlich alle der Schaltsteuerung der Schalter 42 und 44 unterliegen. Eine Partition ist eine Sammlung von einem oder mehreren dieser Einrichtungen. Insbesondere repräsentiert eine Partition die Teilmenge der gesamten Anschlüsse, die an einem Cross-Connect-Schalter verfügbar sind und für die Nutzung durch das Breitbandnetzwerk zugeteilt sind, wobei die verbleibenden Anschlüsse zur Nutzung durch den realen Betreiber verfügbar bleiben. Die Einrichtungen 2150 können physikalisch oder virtuell sein. Das heißt, ein 3/0-Schalter ist eine physikalische Einrichtung, wobei eine einzige DS0 im 3/0-Schalter eine virtuelle Einrichtung ist. Beides sind Einrichtungen, die für die Nutzung durch das Breitbandnetzwerk verfügbar sind, weil beide beim Aufbau von leitungsvermittelten Verbindungen durch den Server zur Netzwerksteuerung durch Zuordnen der Steueranschlüsse auf dem 3/0-Schalter benutzt werden können.
44 stellt die Teilungsfunktion eines Schaltbefehlsgebers gemäß 42 dar. Wie in 44 dargestellt, umfasst der Schaltbefehlsgeber zusätzlich zur Telnet-Sitzung 2100 eine Eingangsqueue 2152, Ausgangsqueue 2154, eine Interface-Versorgungsfunktion 2156, eine Partitions-spezifische Einrichtungsbenennungsfunktion 2158, eine Partitionssicherheitsfunktion 2160, eine Partitions-spezifische TL1-Befehlsfunktion 2162 und eine Ausgabenverwaltungsfunktion 2164.
Die Partitions-Interface-Versorgungsfunktion 2156 speichert und verwaltet Informationen in der Partitionsdatenbank 2166, die sich darauf bezieht, welche Schalteinrichtungen 2150 welchen Partitionen angehören. Es gibt keine speziellen technischen Begrenzungen bezüglich der Anzahl von Partitionen, die unterstützt werden können. Trotzdem wird das Verwalten von großen Anzahlen von Partitionen praktisch schwierig. Dazu werden vorzugsweise, falls Schalter stark partitioniert sind, mehrere Schaltbefehlsgeber vorgesehen.
Die Partitionen werden durch das Versorgungssystem des Breitbandnetzwerkes verwaltet, welches im Abschnitt des Servers zur Netzwerksteuerung weiter erläutert werden wird. Das Versorgungssystem ermöglicht es dem Breitbandnetzwerkbetreiber, Informationen über Schalter und Einrichtungen in eine zentrale Datenbank einzugeben, welche Informationen anbietet, die von verschiedenen Komponenten des Servers zur Netzwerksteuerung 40 gebraucht wird. Die erwähnenswertesten dieser Komponenten, die derartige Informationen erfordern, sind die Schalterschatten und Einrichtungsübersetzungsfunktionen im Server zur Netzwerksteuerung, sowie der Schaltbefehlsgeber selbst. Die Partitionsinformation wird dann beim Start durch den Schaltbefehlsgeber geladen, indem auf die Versorgungsdatenbank innerhalb des Servers zur Netzwerksteuerung 40 über das Signalisierungsnetzwerk 30 zugegriffen wird.
Der Schaltbefehlsgeber und das Versorgungssystem benötigen die gleichen Einrichtungszuordnungen, denn wenn sie nicht übereinstimmen, dann wird entweder der Server zur Netzwerksteuerung 40 versuchen die Einrichtungen zu schalten, wozu er durch den Betreiber der Einrichtungen nicht berechtigt ist, oder der Server zur Netzwerksteuerung 40 wird nicht alle Einrichtungen voll nutzen, wie sie der Betreiber für die Nutzung des Breitbandnetzwerkes verfügbar gemacht hat. Die zwei Systeme werden durch elektronische Informationsaustauschmittel zwischen dem Netz werkmanagement und Versorgungssystem des Betreibers und dem Versorgungssystem des Server zur Netzwerksteuerung synchron gehalten. Dieser Informationsaustausch kann durch Nutzung des Schaltbefehlsgebers als Interface durchgeführt werden.
Die Partitions-spezifische Einrichtungsbenennungsfunktion 2158 erlaubt es, die zugehörigen physikalischen Einrichtungen mit variablen Benennungsschemata zu benennen (z.B., um einen fragmentierten Namensraum zusammen zu führen, oder um nicht-T1.238-Namen zu benutzen). Die Namen der Einrichtungen innerhalb der Partition können der normale physikalische (oder virtuelle) Einrichtungsname sein, der durch den DACS-Cross-Connect-Schalter angeboten wird. Da das Breitbandnetzwerk die Einrichtungen in einem Schema benennen kann, welches nicht kompatibel ist mit den zugehörigen Schaltern, kann es dennoch erforderlich sein, diese Einrichtungsnamen auf die Namen abzubilden, welche durch einen oder eine Vielzahl von DACS-Cross-Connect-Schaltern benutzt wird. Alternativ kann eine derartige Abbildung durch den Server zur Netzwerksteuerung 40 durchgeführt werden, wobei in diesem Fall ein Schaltbefehlsgeber nur Einrichtungsnamen erkennen würde, die mit dem zugehörigen DACS einheitlich sind. Den Schaltbefehlsgebern wird einprogrammiert, wie sie mit den jeweiligen Schaltern sprechen, und zwar mit Befehlen, welche an die ausgewählten Schaltanschlüsse 2004 gesendet werden können. Der Server zur Netzwerksteuerung übersetzt die Einrichtungsnamen durch eine Einrichtungsübersetzungsfunktion in ihr schalterspezifisches Format und versieht den Schaltbefehlsgeber mit Anfragen, welche die Einrichtungsnamen in der für den speziellen Schaltertyp, den der Schaltbefehlsgeber kontrolliert, nativen Form umfassen.
Die Partitions-basierte Sicherheitsfunktion 2160 sieht einen Mechanismus vor, der sicherstellt, dass die Definition einer bestimmten Partition durch Benutzeraktionen oder andere Partitionen nicht verändert werden kann. Diesbezüglich solle ange merkt werden, dass sich Partitionen verschiedene Einrichtungen 2150 teilen können, insbesondere physikalische Einrichtungen, wie beispielsweise die Schalter 42 und 44. Wenn die zugrundeliegenden DACS-Cross-Connect-Schalter z.B. nur so viele Verbindungen pro Sekunde verarbeiten können, dann kann jeder virtuelle Betreiber jeden anderen leicht dadurch ausschließen, indem er die Verbindungen selbst schnell genug ausführt. Vorzugsweise die Sicherheitsfunktion verhindert einen derartigen Denial-of-Service-Angriff.
Weiterhin soll bemerkt werden, dass der Schaltbefehlsgeber vorzugsweise alle Ereignisse an die Ausgabebehandlungsfunktion 2164 zur Alarmierung des Servers zur Netzwerksteuerung 40 berichtet. Zum Beispiel müssen alle OOS/MOS/etc.-Ereignisse berichtet werden, und jedes Ereignis, das sich auf eine Einrichtung bezieht, welche mit irgendeiner Partition verbunden ist, muss ebenso der Softwarefunktion im Server zur Netzwerksteuerung zugeleitet werden, der die Partition verwaltet. Beispielsweise würde in einem reinen 1/1-Schalter, wenn ein bestimmter DS1 die Synchronisation verloren hat, das OOS-Ereignis von diesem DS1 an den Betreiber der physikalischen Ebene und an jede Partition eines virtuellen Betreibers, der diesen DS1 nutzt, übermittelt werden müssen. Dennoch können in einem 3/1-Schalter die DS3's ihrerseits außer Betrieb gehen, genau wie die zugrundeliegenden DS1s. Es ist vorstellbar, ja sogar wahrscheinlich, dass zwei virtuelle Betreiber DS1s in jeder gegebenen DS3 besitzen werden. Wenn dieser DS3 fehlschlägt, so ist es wichtig, die OOS-Kennzeichnungen für jeden der DS1s an die Softwarefunktionen, welche die entsprechenden Partitionen verwalten, zu leiten.
Die Ausgabebehandlungsfunktion 2164 übersetzt weiterhin Fehler, Warnungen, Bestätigungen, vollständige Benachrichtigungen und andere Antworten, aus der Schaltbefehlssprache falls erforderlich, und leitet sie über die Ausgangsqueue 2154 zurück an den Server zur Netzwerksteuerung 40. Alle Aktionen und Ereignisse werden in der Prüfungsdatenbank 2016 aufgezeichnet.
Die Partitions-spezifische TL1-Befehlsfunktion 2162 unterstützt die Möglichkeit des Servers zur Netzwerksteuerung 40 über das Signalisierungsnetzwerk 30 für jede Partitions-spezifische TL1-Befehle einzugeben. Das heißt, die Funktion 2162 nimmt TL1-Befehle auf, die vom Server zur Netzwerksteuerung 40 über die Eingabequeue 2150 empfangen werden, bestimmt über die Datenbank 2166 und unter Mitwirkung der Benennungsfunktion 2158, welche Einrichtungen mit dieser Partition verbunden sind, übersetzt die Befehle falls erforderlich in den jeder Einrichtung entsprechenden Kürzelsatz, und stellt schließlich sicher, dass die übersetzten Befehle zu den richtigen Einrichtungen 2150 gesendet sind.
Weiterhin vereinheitlicht der Schaltbefehlsgeber seine Nicht-Durchleitungs-TL1-Ausstattung. Das heißt, der am Partitions-Interface befindliche TL1 wird nicht zwischen zugrundeliegenden Schaltern wechseln, selbst wenn sie mit verschiedenen Befehlssprachen und Steuerungs-Interfaces arbeiten können. Außerdem wird ein "vereinheitlichtes" physikalisches TL1-Interface vorgesehen (d.h., eines, das keine Partitions-basierte Namensgebung benutzt und Zugriff auf alle Anschlüsse hat). Dies limitiert die Transparenz des Schaltbefehlsgebers, ist aber nötig, um virtuelle Betreiber in die Realität umzusetzen. Jedes Modell des DACS, welches durch den Schaltbefehlsgeber unterstützt wird, hat seinen eigenen modellspezifischen Treiber, der die Einschränkungen oder besonderen physikalischen oder Datenverbindungserfordernisse dieses speziellen DACS bearbeitet.
Das Befehlsprotokoll zwischen dem Schaltbefehlsgeber und dem Server zur Netzwerksteuerung 40 über eine Telnet-Sitzung 2100 ist vorzugsweise auf TL1-Befehle basiert, aber erlaubt es vor zugsweise auch einigen Zusatzinformationen, durchgeleitet zu werden, insbesondere zum Nebenanlagenschalter 110.
Alternativ kann das Befehlssprachenprotokoll auf anderen Protokollen als Telnet basieren (X.25 etc.). Weiterhin können die Schaltbefehlsgeber SNMP- oder CMIP-basierte Verwaltung vorsehen, zusammen mit Unterstützung für SNMP- oder CMIP-Proxy des DACS selbst durch den Schaltbefehlsgeber.
Es soll auch angemerkt werden, dass viele der durch den Schaltbefehlsgeber vorgesehenen Funktionen von den Fähigkeiten der Schalteinrichtungen des entsprechenden Stadtknotens 10 abhängen. Beispielsweise können einige Einrichtungen Hochleistungsschalter sein, so wie beispielsweise AISwitches von Applied Innovation, Inc. aus Dublin, OH, um die Steueranschlüsse ihrer DACS-Cross-Connect-Schalter zu koppeln. Der AISwitch ist ein Hochleistungs-, hoch verfügbarer Terminalzentralumschalter, welcher für zentrale Umgebungen konzipiert ist. Er kann derart konfiguriert werden, dass Jemand, der mit einem X.25-Anschluss verbindet, eine Telnet-Sitzung zu einer TCP/IP-Maschine bekommt, oder umgekehrt, oder irgendeine Kombination eines derartigen seriellen, X.25-, Full-OSI- oder TCP/IP-Protokolls, das in dieser Art und Weise arbeitet. Er erkennt TL1-Nachrichtengruppen als von seinem Terminal-Interfaces über jedes Protokoll, wie TCP, X.25 oder Full-OSI. In dieser Art führt er viele der Versorgungsfunktionen des oben beschriebenen Schaltbefehlsgebers aus. Zusätzlich kann er zum Übergeben von X.25-basierten Verwaltungssitzungen von OSs zum Schaltbefehlsgeber über Telnet konfiguriert werden, und unterstützt dadurch einige Transparenzen, welche ein Stand-alone-Schaltbefehlsgeber nicht notwendiger unterstützen würde.
Darüber hinaus können einige Betreiber keinen Zugang in das X.25-Netz erlauben, welches die unterliegenden Schalter direkt steuert. Vielmehr sehen diese Betreiber lediglich Zugang über einen Dienst vor, auf den die Bandbreitenprovider über ein LAN zugreifen. Ein derartiges System ist CNC, welches von der Teleport Communications Group angeboten wird. Die Schaltbefehlsgeber würden in diesem Fall die Fähigkeit haben, mit CNC zu interagieren und Befehle des Servers zur Netzwerksteuerung in den Befehlssatz des CNC zu übersetzen.
II.B.3. Software des Schaltbefehlsgebers
Das Softwaremodul des Schaltbefehlsgebers ist im wesentlichen ein Übersetzer. Die Basisfunktionen sind:

1. Nehme Befehle vom Server zur Netzwerksteuerung 40 und übersetze sie in einen Zwischen-Kürzelsatz
2. Nehme den Zwischen-Kürzelsatz und übersetze diesen in die Trägerbefehle für die zugrundeliegenden Schalter
3. Sende diese Befehle über das vom Träger erforderte Protokoll zum Träger
4. Nehme Informationseinheiten, einschließlich Fehlern, Warnungen, Bestätigungen, vollständigen Benachrichtigungen und anderen Antworten vom Träger und übersetze sie in einem Zwischen-Kürzelsatz
5. Behandele diese anderen Informationseinheiten entsprechend. Entweder:
a. Übersetze sie in Netzwerk-spezifische Information und sende sie für FYI oder eine Aktion zum Server zur Netzwerksteuerung 40 oder
b. sende sie direkt ohne Veränderung zum Server zur Netzwerksteuerung
6. Überwache den Träger bezüglich Alarmen und bezüglich seiner nächtlichen Versorgungsinformationsausgabe
7. Erfasse diese Information und sende sie ohne Übersetzung zum Server zur Netzwerksteuerung
8. Zu jeder getätigten Aktion schreibe eine Kopie der Aktivität auf eine Diskette als Protokoll

Wenn der Schaltbefehlsgeber mit einer Schaltressource in einem Träger, welcher ein CNC-System benutzt, verbunden wird, dann gibt es ein Prozesspaar für jeden DACS oder "Schalter", welcher vom CNC gesteuert wird. Eines der Paare ist bidirektional und wird zum Schalten benutzt. Das andere ist unidirektional für Alarme (vom CNC zum Schaltbefehlsgeber). Es gibt ein Paar von Hartqueues zum Kommunizieren mit dem Server zur Netzwerksteuerung 40. Eine Queue ist zum Senden, und die andere ist zum Empfangen. Es gibt einen Netzwerk-zu-Schaltbefehlsgeberverbindungssatz pro Betreiber, und einen Schaltbefehlsgeber-zu-Netzwerkverbindungssatz pro Schalter für jeden Betreiber. Der Schaltbefehlsgeber versteht durch Mittel einer Startkonfigurationsdatei, mit welchem CNC-System er spricht, und wird über den Telnet-Anschluss 23 mit CNC sprechen. Die Hartqueues werden durch Nutzung von Konfigurationsdateiparametern installiert.
Wenn der Schaltbefehlsgeber nur als geprüftes Durchleitungssystem betrieben wird, dann wirkt er nicht auf die Informationen ein. Das Kommunikationsprotokoll vom Server zur Netzwerksteuerung 40 ist TL1-basiert oder kann schlicht TL1 sein. Der Zwischen-Kürzelsatz basiert auf den auszuführenden Funktionen. Der Schaltbefehlsgeber weist vorzugsweise genug RAM auf, um den Kürzelsatz zusammen mit einigen Stacks und anderen Informationen fest im Speicher zu behalten, um Verluste zu vermeiden, und dadurch die Antwortzeiten minimal zu halten.
Einige durch den Zwischen-Kürzelsatz unterstützte wichtige Funktionen umfassen:

1. Baue eine Gruppe von Trägerkanälen auf und verbinde sie
2. Starte eine Breitbandnetzwerkverbindung
3. Beende eine Breitbandnetzwerkverbindung
4. Baue eine Knotenpunktverbindung ab
5. Berichte Fehlerbedingungen und Status
6. Liefere Versorgungsinformation vom Betreiber zum Netzwerkserver
7. Stelle ein Protokoll zur Verfügung

Es soll angemerkt werden, dass die Netzwerkbefehlsübersetzungsfunktion der Nebenanlagenschalter vorzugsweise das gleiche Interface an den Server zur Netzwerksteuerung anbietet, wie jenes, welches durch die Schaltbefehlsgeber angeboten wird, einschließlich des obigen Funktionssatzes und Zwischen-Kürzelsatzes, so dass ein Verbindungsaufbau vom Standpunkt des Servers zur Netzwerksteuerung her einheitlich ist.
III. Server zur Netzwerksteuerung
Der Server zur Netzwerksteuerung 40 umfasst vorzugsweise Funktionalitäten von herkömmlichen großtechnischen SCPs, wie sie typischerweise in ISDN oder ISDN-beigemischten Systemen benutzt werden, wie beispielsweise die Zugehörigkeit zu einem Verbindungsaufbauprotokoll, um zu entscheiden, welche Schaltkomponenten, Stammleitungen und Slots für die Vervollständigung einer Verbindung zu benutzen sind. Dennoch unterscheidet sich der Server zur Netzwerksteuerung 40 von herkömmlichen SCPs in zumindest drei Punkten:

1. Er ist skalierbar, um große Anzahlen von gleichzeitigen Verbindungen von einem einzigen Zentrum zu verwalten.
2. Er basiert mehr auf TCP/IP-Protokollen als auf ITU-Protokollen.
3. Er ist dafür gedacht, TCP/IP-Verbindungen aufzubauen, und nimmt daher auch an der Verwaltung von TCP/IP-Routingtabellen teil.

Für die Ausfallsicherheit und Stabilität umfasst der Server zur Netzwerksteuerung 40 eine oder mehrere Farmen von Rechenausrüstung, welche jeweils leitungsvermittelte Verbindungsrouten errechnen, Steuerschaltungs- und Benutzerterminalausrüstung, und stellt Netzwerkversorgungs, -überwachung und -verwaltung zur Verfügung.
Jede Farm ist in einem physikalischen Datenzentrum angeordnet; diese Datenzentren können global verteilt sein. Jede Teilmenge des Breitbandnetzwerkes kann durch eine oder mehrere Farmen bedient werden; eine Farm kann mehr als eine Teilmenge des Breitbandnetzwerkes bedienen. Zu einer bestimmten Zeit steuert nur eine Farm eine bestimmte Teilmenge des Breitbandnetzwerkes; dennoch übernehmen andere Farmen im Falle eines Fehlers automatisch die Verwaltung des abgetrennten oder kontaktlosen Datenzentrums.
In der bevorzugten Implementierung laufen die unten beschriebenen Softwareverarbeitungseinheiten jeweils auf getrennten Teilen jeder Farm. Dennoch ist dies kein Erfordernis, entweder der Erfindung im allgemeinen, oder der bevorzugten Ausführungsform. All diese Einheiten können auf einer einzigen Hardwareeinrichtung implementiert werden. Dennoch ist das in allen Fällen und Ausführungsformen für die Kommunikation zwischen den Einheiten benutzte fundamentale Benachrichtigungsmodell vorzugsweise auf das dem Stand der Technik wohlbekannte Internetprotokolle basiert, beispielsweise TCP/IP und Multicast-UDP/IP.
Eine Ausführungsform einer Farm im Server zur Netzwerksteuerung 40 gemäß dieser Erfindung ist in 45 gezeigt. Wie ersichtlich, umfasst sie eine Router 71, ein Richtgerät 72, Pfadcontroller 73, Schaltmonitore 74, einen Datenbankserver 76 und Signalisierungsnetzwerk-Interfaces 81, welche alle mit einem lokalen Hochgeschwindigkeitsnetzwerk 75 verbunden sind. Der Datenbankserver 76 erlaubt den Zugriff auf das Diskarray 77. Das Diskarray 77 ist weiterhin an das lokale Netzwerk 78 mit niedriger Geschwindigkeit zur Verwaltung und Abrechnung angeschlossen. Weiterhin an das lokale Netzwerk 78 mit niedriger Geschwindigkeit angeschlossen sind ein Versorgungsmanager 79, ein Diagrammrechner 80 und eine Abrechnungs- und Verwaltungskomponente 82. Das Signalisierungs-Interface 81 kann alle Netzwerkelemente anschließen, die über das Signalisierungsnetzwerk 30 und den Router 71 verbunden sind. Das Signalisierungs-Interface 81 und die Pfadcontroller 73 sind als eine Vielzahl von Elementen dargestellt, um den Aspekt zu verdeutlichen, dass mehr als eines von diesen zugleich aktiv sein kann. Die Anzahl der Schaltmonitore 74 entspricht der Anzahl der Schalteinrichtungen im Netzwerk, aber jeder hat die gleiche Funktionalität und stellt vorzugsweise das gleiche Interface für andere Elemente des Servers zur Netzwerksteuerung zur Verfügung.
In der in 45 dargestellten Ausführungsform ist der Router 71 ein Cisco Systems 7xx von Cisco Systems, San Jose, Kalifornien, das Richtgerät 72 ist ein Umschalter von Cisco Systems, das lokale Hochgeschwindigkeitsnetzwerk 75 ist ein 100 baseT Ethernet, die Pfadcontroller 73, die Schaltmonitore 75 und das Signalisierungs-Interface 81 sind Software-basiert und laufen unter Unix-Boxes, der Datenbankserver 76 ist ein Parallel-Datenbankmanager von Oracle Systems, Inc. in Redwood City, Kalifornien, das Diskarray 77 ist ein hochverfügbares Diskarray, der Versorgungsmanager 79, der Diagrammrechner 80 und die Abrechnungsverwaltungskomponente sind Software-basiert und laufen jeweils auf Stand-alone-Rechnern, und das lokale Netzwerk 78 mit niedriger Geschwindigkeit ist ein 10 baseT Ethernet. Es sollte offensichtlich sein, dass dennoch verschiedene Austausche und Modifikationen an dieser Ausführungsform vollzogen werden können, bezüglich der Implementierung jeder Komponente über Hardware oder Software oder einer Kombination von beiden.
III.A. Pfadmanagement des Servers zur Netzwerksteuerung
Im Gegensatz zu traditionellen Pfadmanagementsystemen, so wie jene, die in traditionellen Telefonnetzwerken verwendet werden, welche gemäß der Leitungs- und Schaltertypen ausgelegt sind, die gesteuert werden, führt das Pfadmanagement-Untersystem des Servers zur Netzwerksteuerung 40 eine Pfaddatenbank im Diskarray 77, die Informationen über alle Leitungseinrichtungen und Schalter in einer einheitlichen Weise speichert, unabhängig davon, welcher Transporttyp oder Schaltmechanismus gerade für eine gegebene Verbindung oder Pfad benutzt wird. In der vorliegenden Erfindung werden die Leitungen in zwei Abstraktionsebenen gebildet: die physikalische Ebene, welche für die Überwachung von Netzwerkfehlern, Durchführung von Abrechnung und Bezahlung von Bandbreitenprovidern erforderlich ist, und die Netzwerkebene, welche zum Identifizieren der Routingprotokolle erforderlich ist, welches im Aufbau einer Ende-zu-Ende-Verbindung benutzt werden soll. Alle Routingentscheidungen werden in der Netzwerkebene gemacht (wie dies bereits im Internet durchgeführt wird, z.B.). Dennoch können Routingentscheidungen im Breitbandnetzwerk das Aufbauen von gänzlich neuen Internet-Unternetzen umfassen, um die für eine Applikation oder eine Gruppe von Benutzern verfügbare Bandbreite von anderen dynamisch zu isolieren.
Es gibt drei Arten, wie der Server zur Netzwerksteuerung Verkehr routet: leitungsvermitteltes Routing, paketvermitteltes Routing und paketvermitteltes Routing über reservierte Leitungen. Der Server zur Netzwerksteuerung steuert die jeweilige Art, in der eine bestimmte Verkehrsmenge zu einer bestimmten Zeit geroutet werden soll.
Die zugrundeliegenden Entscheidungen für leitungsvermitteltes und paketvermitteltes Routing werden dann durch die verschiedenen Netzwerkelemente implementiert, einschließlich DACS-Schaltern (oder anderen Typen von physikalischen oder virtuellen Leitungsschaltern), Nebenanlagenschaltern und Stadtknoten-Signalisierungsnetzwerkzugriffrouter. Paketvermittelte Routingtabellen werden zwischen Stadtknoten-Signalisierungsnetzwerk zugriffroutern und dem Internet mittels herkömmlicher Internet-Routingprotokolle übertragen.
Jeder Benutzer im Breitbandnetzwerk hat einen Netzwerkbenutzernamen und zumindest eine routbare Telefonnummer. Die routbare Telefonnummer ist von der IP-Adresse des Nebenanlagenschalters 110 des Benutzers und der MAC-Adresse der Arbeitsstation 100 des Benutzers abgeleitet. Diese sind wie folgt kombiniert:
n:n:n:n:n:I:I:I:I:M:M:M:M:M:M
wobei I die IP-Adresse des Nebenanlagenschalters des Benutzers ist, M die MAC-Adresse der Benutzerarbeitsstation ist, und n ein Prefix ist. Zusammen bildet dies eine 128 Bit-Adresse, welche ausgelegt ist, ein gültiges Ipv6-Adressierungsschema zu bilden.
Da die IP-Adresse des Nebenanlagenschalters in der routbaren Telefonnummer des Breitbandnetzwerkbenutzers enthalten ist, kann diese Nummer dazu benutzt werden, den Pfad zwischen zwei beliebigen Benutzern im Netzwerk mit jeder dazwischen liegenden Anzahl von Stadtknoten, wenn eine Verbindung zwischen den zwei Benutzern angefordert wird, leicht zu bestimmen, oder aber durch Vorberechnung einer Liste von Pfaden, wie nun genauer erklärt werden wird. Wie in 46 dargestellt, berechnet der Diagrammrechner 80 zwischen jedem existierenden Nebenanlagenschalter 110 im Netzwerk (S110, S200) alle möglichen Pfade durch alle bekannten Schaltressourcen (S120, S130, S140, S190, S180) vor, und zeichnet jeden Pfad mit seinen Kosten pro B-Kanal (S160) aus. Wenn ein bestimmter Pfad eine vorbestimmte Nummer von durchquerten Schaltern (S150) übersteigt, dann wird der Pfad verworfen, andernfalls wird er gespeichert. Die erzeugte Liste von Pfaden wird Rufdiagramm genannt und im Diskarray 77 (S170) gespeichert.
Jeder Eintrag im Rufdiagramm kann eine Form wie die folgende haben:
wobei <Nebenanlagenschalter1> und <Nebenanlagenschalter2> die IP-Adressen der Endpunktnebenanlagenschalter sind, Zahl die Anzahl von Sprüngen im Pfad ist, Kosten sind die Kosten in Dollar/kb/s und Kapazität ist die Bandbreite in kbps.
Vorzugsweise berechnet der Diagrammrechner 80 das Rufdiagramm jedes Mal neu, wenn Nebenanlagenschalter und Schaltressourcen zum Netzwerk hinzugefügt werden, wie nun genauer beschrieben.
III.B. Einrichtungsverwaltung des Servers zur Netzwerksteuerung
Im Netzwerk verfügbare Bandbreitenressourcen sind in Form von Einrichtungen verwaltet. Eine Einrichtung ist eine unabhängige funktionsfähige Verbindung zwischen zwei Knoten im Netzwerk, was bedeutet, dass die Einrichtung außer oder in Betrieb genommen werden kann, unabhängig von anderen Verbindungen zwischen diesen zwei Knoten. Eine Einrichtung ist Knotenpaar-spezifisch; wenn beispielsweise ein DS1 zu zwei Knoten im Netzwerk verbindet, aber auf einem DS3 durch Multiplexer gebündelt werden soll, die durch die Schaltressourcen des Netzwerkes nicht sichtbar oder steuerbar sind, dann ist der DS1 eine Breitbandnetzwerkeinrichtung. Die Informationen der Einrichtungen sind im Diskarray 77 über den Versorgungsmanager 79, wie nun genauer beschrieben, gespeichert.
Die Einrichtungen werden im Breitbandnetzwerk global benannt. Das bedeutet, dass beide Enden einer Leitung die gleiche Leitung unter dem gleichen Namen kennen, und beide Enden dieser Leitung über diesen Namen bestimmt werden können. Wenn eine Einrichtung vielfach erreichbar ist, wird das gesamte Erreichbarkeitsdiagramm der Einrichtung in der Datenbank kodiert werden.
Eine große Menge der Informationen wird für Netzwerkverwaltungszwecke für jede Einrichtung gegenseitig referenziert. Beispielsweise kann eine einzelne DS3-Einrichtung (aus der Sicht des Netzwerkes) eine gemietete Leitung sein, welche aus Segmenten von mehr als einem Betreiber zusammengesetzt ist. In diesem Fall werden die Nummern der Leitungs-ID und Schalteinrichtung der Betreiber bezüglich der DS3 aufgezeichnet, um die gesamte DS3 zu warten.
Eine Einrichtung kann hierarchisch sein. Das heißt, eine DS3-Einrichtung kann DS1-, DS0-, SMDS- oder ATM-Komponenten, die mit ihr in Verbindung stehen, haben; die verschiedenen Komponenten, aus denen die Einrichtung zusammengesetzt ist, werden in der Datenbank aufgezeichnet. Dem gemäß kann ein Befehl, welcher diese verschiedenen Komponenten einer derartigen Einrichtung aufschaltet, den vollständigen Pfad zu der bestimmten Komponente innerhalb der Einrichtung, die benutzt werden soll, anbieten. Zum Beispiel ist der Pfad zur Leitung AXC1000932/7/3, wenn eine Verbindung den B-Kanal Nummer 3 der DS1 Nummer 7 auf einer DS3-Einrichtung mit dem Namen AXC1000932 anfordert.
Vorzugsweise Schalternamen werden in Einrichtungsnummern für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen kodiert, und ein reservierter Eintrag kann für SMDS-Anrufe oder andere Vielfachzugriffeinrichtungen benutzt werden. Mit anderen Worten kann eine Einrichtung A:C:nnnnnnn eine Verbindung zwischen Schalter A und Schalter C repräsentieren. Dies macht das Herausfinden des „Gozinta" etwas einfacher, jedoch zum Preis von größeren Tabellen und schwierigeren Versorgungsregeln.
Komponenten innerhalb einer Einrichtung können in Sortimenten wiedergegeben werden. Ein Schaltungssortiment ist ein Sortiment von Komponenten innerhalb einer einzelnen Einrichtung. Obwohl Sortimente von Komponenten innerhalb von Einrichtungen wiedergebbar sind, sind dies Sortimente von Einrichtungen nicht. Beispielsweise beschreibt AXC1000932/7/3-23 eine 20-Kanal-Zuweisung von einigen Kanälen, die 7 genannt sind, von einer Einrichtung, die AXC1000932 (z.B. ein DS3) genannt ist. Ein Ausdruck, wie beispielsweise AXC1000932-AXC1000940 ist aber eine unmögliche Formulierung, weil es ein Sortiment von Einrichtungen wiedergibt (d.h., alle neun Einrichtungen, die von AXC1000932 bis AXC10009490 nummeriert sind). Diese Einschränkung hilft, die Unabhängigkeit der Einrichtungen untereinander aufrechtzuerhalten.
47 stellt die Komplexitätsebenen der Einrichtungen in (nicht notwendigerweise vollständigen) Beispielen des Breitbandnetzwerkes gemäß der Erfindung dar.
47(A) ist eine Minimalkonfiguration von zwei Arbeitsstationen 100-1 und 100-2 von Netzwerkbenutzern, welche sich über entsprechende Arbeitsstations-Interfaces 140-1 und 140-2 einen gemeinsamen Nebenanlagenschalter 110 teilen. In diesem Beispiel können oder können die zwei Benutzer nicht gemeinsam mit dem gleichen LAN verbunden werden. Auf jeden Fall ist keine "Einrichtung" in diesem Beispiel vorhanden, weil es nur einen Nebenanlagenschalter gibt, und demgemäß kann es keine Verbindungen zwischen Knoten geben, die das Netzwerk verwalten muss. Weiterhin ist die zwischen den Benutzern verfügbare Bandbreite in Form von jeweiligen Verbindungen zwischen den Benutzern und den Nebenanlagenschalter fest.
47(B) stellt eine Konfiguration von zwei Netzwerkbenutzerarbeitsstationen 100-1 und 100-2 dar, die mit zwei Nebenanlagenschaltern 110-1 und 110-2 über entsprechende Arbeitsstati ons-Interfaces 140-1 und 140-2 verbunden sind. Die zwei Nebenanlagenschalter sind direkt miteinander über eine oder mehrere Verbindungen oder "Einrichtungen" verbunden, welche feste oder variable Bandbreite haben können.
47(C) stellt eine Konfiguration von zwei Netzwerkbenutzerarbeitsstationen 100-1 und 100-2 dar, welche mit zwei Nebenanlagenschaltern 110-1 und 110-2 über entsprechende Arbeitsstations-Interfaces 140-1 und 140-2 verbunden sind. Die zwei Nebenanlagenschalter sind jeweils mit Stadtknoten 10-1 und 10-2 verbunden, welche wiederum über eine oder mehrere Verbindungen oder "Einrichtungen" mit einander verbunden sind, und jeweils feste oder variable Bandbreite haben. Die zwei Stadtknoten 10-1 und 10-2 können weiterhin mit einem oder mehreren anderen Stadtknoten, wie beispielsweise 10-3, 10-4 und 10-5, über andere Verbindungen oder "Einrichtungen", die durch das Breitbandnetzwerk verwaltet werden, verbunden sein.
III.C. Versorgung des Netzwerksteuerungssystemservers
Der Versorgungsmanager 79 des Servers zur Netzwerksteuerung 40 sammelt Informationen von verschiedenen Betreibern (Bandbreitenprovider, die zugrundeliegende Schaltung oder Transportfähigkeit des Breitbandnetzwerkes zur Verfügung stellen können), zusammen mit manuell eingegebenen Informationen, um einheitliche Ressourcen, sowohl für Internetdienst als auch für Telefondienst zu erzeugen.
Der Versorgungsmanager 79 kooperiert mit dem Diagrammrechner, um die Berechnung von Rufdiagrammen und Pfaden durchzuführen. Dieser versorgt die anderen Untersysteme im Server zur Netzwerksteuerung 40 mit vorberechneten Routingpfaden und Kosteninformationen. Die Verfügbarkeit derartiger vorberechneter und bepreister Pfade zur Schaltungszeit beschleunigt die Verarbeitung beim Aufbauen von angeforderten leitungsvermittelten Ver bindungen wesentlich. Diese Vorberechnung und Bepreisung von möglichen geschalteten Leitungspfaden ist neu im Stand der Technik.
Das Versorgungsmanagement wird unter Benutzung des gleichen Datenmodells, wie das aus dem Diagrammrechner 80 durchgeführt. Zusammensetzungen von Leitungen werden mit einer Internet-Subnetadresse identifiziert, und dadurch in eine große einheitliche adressierte Schaltungsgruppe korreliert.
Die Schaltungsgruppierung in Internet-Subnets ist eine wichtige Funktion der Erfindung und erlaubt ein einheitliches Routingschema, das unabhängig ist vom Typ der Verbindung, die aufgebaut werden soll (d.h., paketvermittelt oder leitungsvermittelt). Dies befreit das Netzwerk von Beschränkungen, die durch herkömmliche Leitungsrouting- und Schaltungstechniken hervorgerufen werden, die auf Telefonnummern basieren.
48 stellt diese Funktion weiterhin dar. In diesem Beispiel ist der Schalter 90 ein 3/1-Schalter und die Stammleitungsgruppe 92 ist eine Sammlung von DS1-Einrichtungen, die ein gemeinsames Ziel haben (z.B. New York City). Normalerweise würde die Stammleitungsgruppe 92 durch eine Nummer identifiziert, die in einer Stammleitungsgruppentabelle mit einer Liste von darin enthaltenen individuellen Einrichtungen und der Stammleitungsgruppennummer, die mit einer Telefonnummer verbunden ist (z.B. Ländervorwahl 212), gespeichert ist. Das Routen einer Verbindung durch diesen Schalter würde das Aufsuchen der Stammleitungsgruppennummer und dann das Aufsuchen der Leitungsnummer der jeweiligen Einrichtung, die zu dieser Stammleitungsgruppe gehört, erfordern.
In der vorliegenden Erfindung ist die Stammleitungsgruppe 92 andererseits auch über eine Internet-Subnetadresse identifiziert (z.B. 192.168.3.0/30, wobei 30 die Subnetmaske ist, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist). Die für dieses Subnet gespeicherte Einrichtungsinformation könnte wie in der folgenden Tabelle gezeigt aussehen:
Aus dem Vorhergehenden sollte ersichtlich sein, dass die Definition der Schaltressourcen in Form von Internet-Subnets die Nutzung von IP-artigem Routing für alle Verbindungstypen erlaubt. Diese Funktion, gekoppelt mit dem Signalisierungsnetzwerk der vorliegenden Erfindung, das wie oben beschrieben mit den Nebenanlagenschaltern und den Schaltbefehlsgebern kommuniziert, erlaubt Verbindungen von jedem Typ mit variabler Bandbreite nach Bedarf, und zwar mit der zusätzlichen Nutzerfreundlichkeit und Systemeinfachheit eines einheitlichen Interfaces und einer einheitlichen Steuerung.
Die Versorgungsmanagementinformation kann auch manuell durch die Benutzer, ihre Verkaufsangestellten, Betreiber (z.B. Bandbreitenprovider oder Reseller oder Bandbreitenunteranbieter) oder durch Netzwerktechnikpersonal generiert sein.
Der Server zur Netzwerksteuerung stellt zumindest zwei Hauptarten von Netzwerkressourcenversorgung zur Verfügung: Steigerung oder Herabsetzung von Bandbreite zwischen zwei Knoten, und Hinzufügen ganzer neuer Pfade. Beispielsweise das letztere, Hinzufügen der ersten Stammleitung zwischen zwei Schaltern, das Entfernen der letzten sowie das Hinzufügen eines Schalters sind wichtige Veränderungen. Der erstgenannte Versorgungstyp, wie beispielsweise das Hinzufügen einer neuen Verbindung zwischen bereits bestehenden Knoten, vergrößert unterdessen lediglich die gesamte Kapazität des Pfades; da das Rufdiagramm die Nutzungsinformationen nicht speichert (welche allen Diagrammen gemeinsam sein müssen und in der Schaltmonitordatenbank abgelegt werden kann), ist ein Hinzufügen oder Verringern der Kapazität nicht besonders schwierig.
Das Hinzufügen eines neuen Schalters oder das Hinzufügen der ersten Einrichtungen zwischen zwei Schaltern erfordert das Hinzufügen des neuen Schalters oder Kapazität zu allen relevanten Rufdiagrammen. Abhängig von der Anzahl der im Netzwerk in Benutzung befindlichen Nebenanlagenschalter ist dies möglicherweise ein großes Update und kann eine ganze Weile dauern, bis es berechnet ist. Vorzugsweise wird diese Aufgabe daher durch Benutzung eines gespiegelten Diskarrays durchgeführt, so dass alte Rufdiagramminformationen so lange noch benutzt werden können, bis sie upgedatet werden.
Die grundsätzliche Gliederung für eine derartige Aufgabe ist wie folgt:

1. Aktuelle Rufdiagrammdaten werden in einer Tabelle gehalten, welche durch eine andere Tabelle im Diskarray 77 gespiegelt wird, wobei beide von Prozessen des Servers zur Netzwerksteuerung nur lesbar sind.
2. Der Diagrammrechner 80 berechnet die Rufdiagramme wie oben beschrieben, und die Daten werden in der aktuellen Rufdiagrammdatentabelle im Diskarray 77 gespeichert.
3. Wenn neue Schaltressourcen hinzugefügt werden, wird diese Information über den Versorgungsrechner 79 empfangen, welcher den Diagrammrechner instruiert, die Rufdiagramme upzudaten.
4. Der Diagrammrechner 80 schaltet den Spiegel der Rufdiagrammtabelle ab. Die "aktuelle" Rufdiagrammtabelle bedient den Server zur Netzwerksteuerung weiter.
5. Unter Nutzung der upgedateten Ressourceninformation berechnet der Diagrammrechner 80 das neue Diagramm. Dies verur sacht möglicherweise eine sehr lange Berechnung. Es soll angemerkt werden, dass die Diagramme längenbegrenzt sein müssen, um die Größe dieser Berechnung zu steuern.
6. Wenn die neuen Diagramm berechnet sind, speichert der Diagrammrechner sie in der "geupdateten" Rufdiagrammtabelle.
7. Wenn alle Diagramme geupdatet wurden (d.h., ein Durchgang der Einrichtungsupdates wurde abgeschlossen), dann werden die Spiegel erneut gesichert. Es sind keine neuen Updates erlaubt, bis die Spiegel abgetrennt wurden, zu welcher Zeit die Spiegel erneut abgetrennt werden können, und der Prozess wird wiederholt.
8. Der Vorgang kann so oft ausgeführt werden wie erforderlich, basierend auf der Zeit, die gebraucht wird, um das Rufdiagramm zu berechnen.

Es sollte erwähnt werden, dass der obige Prozess zum Entfernen von Schaltressourcen und zum Hinzufügen oder Entfernen von Nebenanlagenschaltern durchgeführt werden kann.
III.D. Anrufmanagement des Servers zur Netzwerksteuerung
Die Pfadcontroller 73 des Servers zur Netzwerksteuerung 40, welche in 45 dargestellt sind, erzeugen reservierte Bandbreite für Verbindungen innerhalb des Breitbandnetzwerkes. Wie von jeder leitungsvermittelten Steuerausstattung erwartet wird, bieten die Pfadcontroller 73 zwei hauptsächliche Funktionen: Verbindungsaufbau und Verbindungsabbau. Dennoch unterscheiden sich die Pfadcontroller der vorliegenden Erfindung von herkömmlichen leitungsvermittelten Systemen durch ihre Benutzung von interner Adressierung mittels Internetprotokoll (wie von der Adressierung des normalen Telefonwählens bekannt) durch ihre gleichzeitige Auswertung von mehreren Pfaden und durch ihre Nutzung einer einheitlichen Multicasting-Technik bei der Steuerung dieser Aufbau- und Abbauvorgänge. Diese Unterschiede versetzen die Pfadcontroller der vorliegenden Erfindung in die La ge, die Fähigkeiten von existierenden leitungsvermittelten Netzwerken praktisch und sehr effizient mit den Fähigkeiten von existierenden paketvermittelten Infrastrukturen des Internets für übergangslosen Zugang und Steuerung durch einen Endbenutzer zu kombinieren, und machen sie dadurch neu im Stand der Technik.
Der Prozess eines Aufbaus oder Abbaus einer leitungsvermittelten Verbindung im Breitbandnetzwerk wird unter Mitwirkung des Signalisierungs-Interfaces 81 und Schaltmonitors 74 durchgeführt. In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung kann es mehr als eine Art des Signalisierungs-Interfaces geben. Das heißt, jedes Signalisierungs-Interface 81 kann ein bestimmtes Signalisierungsprotokoll implementieren, wie beispielsweise das ITU-Standardsignalisierungsprotokoll Q.931 oder andere derzeitige und allgemeine Telefon- und Internetsignalisierungsstandards, die den Fachleuten wohlbekannt sind.
Die Signalisierungs-Interfaces, Pfadcontroller und Schaltmonitore benutzen ebenfalls Datenbankserver 76, welche als Teil des Servers zur Netzwerksteuerung 40 verfügbar sind, um Informationen über Verbindungsreservierungen, die aufgebaut werden, Abrechnungsstatus und Netzwerkbetriebsstatus im Diskarray 77 zu speichern. Der Datenbankserver 76 und das Diskarray 77 können in vielen Arten implementiert werden; die den Fachleuten bekannt sind.
III.D.1. Netzwerkanrufaufbau
Wenn eine neue Verbindung innerhalb des Breitbandnetzwerkes hergestellt werden soll, dann sendet das abgehende Arbeitsstations-Interface 140 eine Verbindungsaufbauanfrage über das Signalisierungsnetzwerk 30, vorzugsweise über TCP, an den Server zur Netzwerksteuerung 40. Die TCP/IP-Verbindung zwischen dem abgehenden Arbeitsstations-Interface 140 und dem Server zur Netzwerksteuerung 40 dauert solange an, bis die angefragte Verbindung hergestellt oder freigegeben wurde; wenn der Socket unterbrochen wird, bevor einer dieser Stati erreicht wird, dann muss die Verbindung freigegeben werden.
Das Signalisierungs-Interface 81 empfängt Bandbreitenreservierungsanfragen von Netzwerkelementen, welche die Bandbreite erfordern (typischerweise Benutzerarbeitsstationen 100 oder Arbeitsstations-Interfaces 140, welche Software benutzen, die in Abschnitt I beschrieben sind). Das Signalisierungs-Interface ist für die Kontaktierung jedes anderen, dem Benutzer bekannten Netzwerkelement verantwortlich, der eine Anfrage für eine leitungsvermittelte Verbindung initiiert (diese anderen Netzwerkelemente sind typischerweise andere Benutzerarbeitsstationen oder Informationsserver sowie Web-Server, die auch mit dem Breitbandnetzwerk verbunden sind, und von dieser Bandbreitenreservierung und anschließenden leitungsvermittelten Verbindung profitieren werden), und für die Durchführung eines Nachrichtenaustausches mit den anderen Netzwerkelementen unter Benutzung eines vorbestimmten Protokolls zum Bestimmen, ob die Benutzer dieser anderen Netzwerkelemente an dieser Bandbreitenreservierung für eine bestimmte Verbindung teilnehmen möchten.
Wenn ein Signalisierungs-Interface 81 eine Anfrage für eine leitungsvermittelte Verbindung empfängt, wird ein Pfadcontroller 73 zum Beeinflussen des Netzwerkes, wie beispielsweise den Verbindungsaufbau, aktiviert. Die genaue Wahl des Pfadcontrollers 73 wird auf lastausgleichender Basis durch das Richtgerät 72 durchgeführt. Mit der Anfrage verbunden ist eine Verbindungskennzeichnung, welche durch den anfragenden Benutzer ausgewählt wird, und vorzugsweise eine Verknüpfung der Kennzeichnung des Startpunktes und der Kennzeichnung des ausgewählten Endpunktes.
Der Pfadcontroller 73 empfängt die Aufbaunachricht über das Signalisierungsnetzwerk-Interface 81. Zunächst zerlegt der Pfadcontroller die Anfrage in die einzelnen Zwei-Parteienreservierungen. Das heißt beispielsweise, wenn eine Konferenz zwischen drei oder mehreren Parteien angefordert wird, dann bestimmt der Pfadcontroller, wie viele einzelne Zwei-Parteienreservierungen gebraucht werden, um ein virtuelles Multicast-LAN zu erzeugen, welches alle erforderlichen Verbindungen repräsentiert. Der Pfadcontroller sucht für jeden Zwei-Parteienvorgang den Endpunkt im Diskarray 77 über den Datenbankserver 76 und das Hochgeschwindigkeits-LAN 75, um die Telefonnummer des ausgewählten Endpunktes zu bekommen. Das Routing wird unter Benutzung der Ursprungs- und Zieltelefonnummern, wie im weiteren genauer beschrieben, durchgeführt.
Wenn die Ursprungs- und Zielrufnummern identifiziert wurden, wobei jede ihr Nebenanlagenschalter-Prefix einschließt, dann wird das entsprechende Verbindungsdiagramm vom Diskarray 77 geholt und an den Pfadcontroller 73 zurückgegeben. Dann bestimmt der Pfadcontroller eine Multicastgruppe für Broadcast-Nachrichten zu den Schaltermonitoren 74 entsprechend aller zugrundeliegenden Schaltungen im Rufdiagramm, einschließlich der Nebenanlagenschalter, und weist eine Multicastadresse zu. Diese Multicastgruppe gibt es, bis die Verbindung entweder verbunden oder freigegeben wurde. Der Pfadcontroller 73 alarmiert jeden Schaltmonitor und wartet auf sie, dass alle der Gruppe beitreten können.
Nachdem alle Schaltmonitore 74 der Multicastgruppe beigetreten sind, bildet der Pfadcontroller für jeden Schaltmonitor in der Multicastgruppe eine "Reservierungs"-Nachricht und sendet sie, wobei die Nachricht die Liste der Nachbarn im Diagramm, die Verbindungskennzeichnung und die zugeordnete gesamte Bandbreite angibt. Alternativ kann diese Nachricht zur selben Zeit gesen det werden wie die Schaltmonitore alarmiert werden, und bevor alle Schaltmonitore der Gruppe beigetreten sind.
Als Antwort auf die "Reservierungs"-Nachricht bestimmt jeder Schaltmonitor 74, ob die entsprechende Ausgangsbandbreite auf jeder nächsten Nachbarverbindung verfügbar ist. Falls noch nicht geschehen, tritt jeder Schaltmonitor ebenfalls gleichzeitig der Multicastgruppe für die Verbindung bei. Dann "multicastet" er seine Antwort zurück zum Pfadcontroller 73 (welches eine Teilzuweisung sein kann; d.h., wenn 96 Kanäle an den Ausgängen von Schalter A nach Schalter B angefragt wären, und nur 72 verfügbar wären, dann würde der Monitor für Schalter A mit einer Antwort antworten, wie "A-B:72 von 95:Leitungsbereich-Leitungsbereich..."). Der Schaltmonitor muss die ausgewählten Leitungsbereiche reservieren, bis der Vorgang abgeschlossen ist.
Es soll angemerkt werden, dass der Schaltmonitorbandbreite in dieser Verbindungsaufbauphase überreservieren kann und sollte. Das heißt z.B., wenn die Anfrage zu Schalter A für 96 Trägerkanäle ist, und sowohl Schalter B als auch Schalter C als Nachbarn gekennzeichnet sind, dann kann der Monitor von Schalter A 72 Kanäle reservieren, um B zu schalten, und 96 Kanäle reservieren, um C zu schalten, sofern diese Kanäle nutzbar sind.
Jeder Schaltmonitor broadcastet und sammelt auch Antworten der Form "x-<selbst>...", um die mögliche Sammlung seiner eigenen Querverbindungen zu bilden.
Der Pfadcontroller, welcher die Multicastergebnisse empfangen hat, schneidet das Diagramm ab und wählt den gegenwärtig zu benutzenden Pfad aus. Wenn dies beendet ist, dann sendet der Pfadcontroller eine "Alarm"-Nachricht zum Startpunkt, und eine "Aufbau"-Nachricht zum Endpunkt, und zwar mit der spezifischen IP-Adresse und dem TCP-Anschluss des Signalisierungs-Interface für diesen Vorgang.
Der Pfadcontroller sendet weiterhin eine "reserviert"-Nachricht an alle Schaltmonitore der Multicastgruppe und enthält den vollständigen Verbindungspfad. Nach Empfangen dieser "reserviert"-Nachricht gibt jeder Schaltmonitor dann die auf diesem Pfad nicht mehr benötigten reservierten Bandbreiten frei.
Die Multicastgruppe sollte für die Dauer des Aufbauvorgangs existieren, womit es der nächste Schritt für den Pfadcontroller ist, entweder auf eine "freigeben"-Nachricht vom Startpunkt oder eine "verbinden"-Nachricht vom Endpunkt zu warten. Wenn eine "verbinden"-Nachricht vom Endpunkt ankommt, dann wird "verbinden" an die Multicastgruppe gesendet. Zusätzlich wird der ausgewählte Pfad auf das Diskarray 77 geschrieben. Jeder Schaltmonitor mit reservierter Bandbreite überträgt dann die richtigen Verbindungsbefehle an seine jeweiligen Schalter, um die Verbindung physikalisch aufzuschalten; da jede dieser Nachrichten eingereiht wird, sendet der Schaltmonitor eine "verbinden gesendet"-Nachricht an die Multicastgruppe. Wenn alle Schalter ihre Verbinden-Nachrichten gesendet haben, dann sendet der Pfadcontroller "verbunden" an jeden teilnehmenden Schaltmonitor.
Der Pfadcontroller setzt das Lauschen nach Nachrichten von der Multicastgruppe solange fort, bis jeder Schaltmonitor mit "verbunden" antwortet. Wenn dies geschieht, dann übergibt der Pfadcontroller die Transaktion, gibt die Multicastgruppe frei und gibt alle benutzten Prozesserressourcen frei.
Wenn alle Zwei-Parteien-Transaktionen übergeben wurden, werden jedem Startpunkt und Endpunkt, zusammen mit ihren zugeordneten Nebenanlagenschaltern die eindeutigen der Verbindung zugeordneten IP-Adressen gegeben, und den zugeordneten Nebenanlagen schaltern werden die Ethernetadressen für den Startpunkt und Endpunkt zur Autorisierung der Nutzung der eindeutigen temporären IP-Adressen gegeben, wobei die Parteien ab jetzt beginnen können, Daten über die aufgebaute Verbindung zu senden und zu empfangen.
III.D.2. Netzwerkverbindungsabbau
Der Abbau einer leitungsvermittelten Verbindung wird durch einzelnes Entfernen jedes Teilnehmers von einer Vielparteienverbindung durchgeführt. Die Verbindung sollte solange aufrechterhalten, bis nur noch ein Teilnehmer verbleibt. Der Pfadcontroller 73 bestimmt in Verbindung mit Informationen, welche in der ursprünglichen Reservierungsanfrage enthalten sind, ob die Informationen, die die Reservierung kennzeichneten, für spätere Benutzung freigegeben werden sollten.
Das Abbauen von Transaktionen kann genauso angestoßen werden wie das Aufbauen von Transaktionen. Jener Teilnehmer, der selbst von der Reservierung zurücktreten möchte, fügt sich selbst unter Nutzung von TCP/IP über den Router 71 einem Signalisierungs-Interface 81 zu. Dieses Signalisierungs-Interface weist dann einen Pfadcontroller 73 zu und informiert den Pfadcontroller über die Abbauanfrage.
Die Abbautransaktionen können ebenfalls durch andere Netzwerkverwaltungsprozesse oder durch Fehler der Aufbauprozedur initiiert werden. In allen Fällen wird in einem ersten Schritt das Signalisierungs-Interface und der Pfadcontroller identifiziert.
Der Abbau läuft ähnlich ab wie der Aufbau. Der Pfadcontroller beauftragt den Datenbankserver, Informationen von der Datenbank 77 anzufordern, um den aktuellen Status der gesamten Verbindung festzustellen. Von dieser und von der ursprünglichen Aufbaunachricht gespeicherten Information bestimmt der Pfadcontrol ler, welche Zwei-Parteienreservierungen freigegeben werden sollen (d.h., z.B. für eine Konferenz zwischen den Benutzern A, B und C, wenn A abgetrennt werden möchte, dann würde die Zwei-Parteienreservierung zwischen A und B und der Zwei-Parteienreservierung zwischen A und C freigegeben werden müssen, während die B zu C Verbindung aufrechterhalten wird). Weiterhin stellt er die Multicastadresse fest, die während des Aufbaus der Reservierungen zugewiesen wurde; diese Multicast-Kennzeichnungen werden für die Abbauphase wieder verwendet. Alternativ können verschiedene Multicast-Kennzeichnungen verwendet werden.
Der Pfadcontroller 73 sendet dann Unicast-Nachrichten an jeden Schaltmonitor 74, der zugrundeliegende Schaltresourcen hat, die an jeder der gekennzeichneten Zwei-Parteienreservierungen beteiligt sind. Alternativ broadcastet oder multicastet der Pfadcontroller 73 diese Anfrage.
Jeder beteiligte Schaltmonitor 74 tritt dann der Multicastgruppe bei, welche der Zwei-Parteien-Abbautransaktion zugewiesen ist. Wenn alle beteiligten Schaltmonitoren beigetreten sind, gibt der Pfadcontroller die zum Abbauen der Reservierung notwendigen Informationen aus.
Jeder Schaltmonitor kommuniziert dann über das Signalisierungsnetzwerk 30 und den Router 71 mit dem Schaltbefehlsgeber 46 oder anderen Schalter- oder Router-Interfaces, welche den zugrundeliegenden Schaltresourcen zugeordnet sind, um die reservierte Bandbreite freizugeben. Wenn das zugrundeliegende Interface die Freigabe bestätigt, dann multicastet der Schaltmonitor die Bestätigung der freigegebenen Bandbreite. Wenn alle Schaltmonitore über bestätigte Freigabe verfügen, gibt der Pfadcontroller eine "Freigabe durchgeführt"-Nachricht an die Multicastgruppe aus. Jeder Schaltmonitor gibt dann seine interne Repräsentation der Reservierung frei und verlässt die Multi castgruppe. Gleichzeitig schreibt der Pfadcontroller Reservierungsfreigabeaufzeichnungen in den Datenbankserver 76 zur Speicherung im Diskarray 77.
Dann informiert der Pfadcontroller das Signalisierungs-Interface 81 über den Abschluss der Transaktion. Dann gibt das Signalisierungs-Interface den Pfadcontroller 73 zur Nutzung durch andere Signalisierungstransaktionen frei und informiert die Teilnehmer über die Änderungen der Reservierung. Das Signalisierungs-Interface zieht sich dann aus seiner Kommunikation mit den Teilnehmern zurück, und die Teilnehmer tun dasselbe.
Alternative Implementierungen können diesen Prozess durch Vorsehen mehrerer Arten von Abbautransaktionen oder durch Kombination mehrerer Schritte rationalisieren. Alle alternativen Implementierungen benutzen Multicast zwischen dem Pfadcontroller und den Schaltmonitoren.
III.E. Abrechnungsverwaltung des Servers zur Netzwerksteuerung
Die Abrechnungsverwaltungskomponente 82 des Servers zur Netzwerksteuerung hat über das Netzwerk 78 mit niedriger Geschwindigkeit Zugriff auf das Diskarray 77. Sie sammelt und formatiert die darin aufgezeichneten Informationen zur Ausgabe und zur Benutzung gemäß allgemeiner Norm von Abrechnungsinformationsformaten, welche durch die ganze Telekommunikationsindustrie hindurch genutzt werden.
Die Datenbankaufzeichnungen, welche sich auf Netzwerkverbindungsereignisse, wie oben beschrieben, beziehen, werden durch den Datenbankserver 76 nach ihrer Einfügung während der Verbindungsabbauverarbeitung zur Umformatierung eingereiht.
Die Aufzeichnungen umfassen die Interfaces (Einrichtung oder Anschluss-IDs) der einzelnen benutzten Schalter oder Router, die von ihnen angefragte Qualität des Dienstes (d.h., die Anzahl von Trägerkanälen oder Bandbreitenmenge), und die Zeit, zu der die physikalischen Durchführungs-, Netzwerkdurchführungs- und Freigabedurchführungsphasen der Aufbau- und Abbautransaktionen begonnen worden sind, und wann sie abgeschlossen worden sind. Ebenfalls wird jeder Reservierung eine Kennzeichnung des Medium- oder Applikationstyps, für den die angefragte Reservierung im Auftrag des Benutzers genutzt wurde, zugeordnet. Beispielsweise kann ein Anruf aus Reservierungen für Bandbreite bezüglich Video, Audio und Applikation/Whiteboard bestehen.
Alle einer einzigen Verbindung zugeordneten Reservierungstransaktionen sind in einem kompletten Satz von Abrechnungsaufzeichnungen für diese Verbindung zusammengefasst. Natürlich umfassen diese Aufzeichnungen ebenfalls Kennzeichnungen der Teilnehmer und ihrer Funktionen (Startpunkt, Endpunkt, Verbinder etc.) in der Verbindung und/oder Konferenz.
Die Aufzeichnungen können dann in Formate umgewandelt werden, die für Dritt-Partei-Abrechnungsorganisationen geeignet sind. Vorzugsweise umfassen unterstützte Formate Call Detail Records (CDRs) und eine Teilmenge des Bellcore Automated Management and Accounting-Formats (AMA).
IV. Netzwerkverbindungsablauf
49 stellt die Topologie des Breitbandnetzwerkes und Interaktionen dar, die eine angeforderte leitungsvermittelte Verbindung mit variabler Bandbreite zwischen zwei Breitbandnetzwerkbenutzern hervorruft. Die Anzahl der Teilnehmer an dieser Verbindung ist zur Verdeutlichung zwei, dennoch wären drei oder mehr Teilnehmer in jeder beliebigen Verbindung möglich, und jeder Teilnehmer kann unterschiedliche ihm zugewiesene Bandbreitenmenge haben (z.B. könnten zwei Teilnehmer mit Live-Video- und -Audio kommunizieren, während ein dritter Konferenzteilnehmer zuhört und lediglich mit Ton kommuniziert).
In diesem Beispiel wird vorausgesetzt, dass Benutzer A in Stadt A einer Live-Video-Konferenz mit Benutzer B in Stadt B beitreten möchte. Wenn die Arbeitsstation 100-A von Benutzer A noch nicht gestartet ist, dann startet Benutzer A die Arbeitsstation und aktiviert einen Java-geeigneten Browser. Von diesem Browser greift Benutzer A auf eine Website zu, die ein Verzeichnis von Breitbandnetzwerkbenutzern enthält, und sucht Benutzer B auf. Benutzer A beauftragt eine Videokonferenz durch Auswahl von Benutzer B's Namen im Verzeichnis, und eine Hilfsapplikation des Browsers alarmiert den Daemonprozess, welcher auf die Arbeitsstation 100-A geladen ist und eine Anfrage an das Arbeitsstation-Interface 140-A leitet.
Das Arbeitsstations-Interface 140-A fängt die Anfrage von Benutzer A für eine Videokonferenz ab, legt Upstreams für die notwendigen Mediumeinrichtungen fest (z.B. Kamera, Mikrofon, Lautsprecher, Videodisplay) und formatiert eine Anfrage zum Senden an den Server zur Netzwerksteuerung über das Signalisierungsnetzwerk 30.
Zur Verdeutlichung ist eine direkte Verbindung durch die gestrichelte Linie zwischen dem Arbeitsstations-Interface 100-A und dem Server zur Netzwerksteuerung eingezeichnet, um die aktuell kommunizierenden Parteien darzustellen. Dennoch sollte es aus der vorausgehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich sein, dass das Datenpaket, welches eine Breitbandnetzwerkverbindung anfordert, folglich durch den Nebenanlagenschalter 110-A und den Stadtknoten 10-A paketvermittelt und geroutet ist.
Der Server zur Netzwerksteuerung 40, welcher durch Steuerung des Breitbandnetzwerkes einer Liste von Pfaden zwischen A und B über die Schaltressourcen vorberechnet hat, broadcastet eine Bandbreitenanfrage an alle Schaltbefehlsgeber mit zugrundeliegenden Schaltressourcen über alle aufgelisteten Pfade, genau wie über die Nebenanlagenschalter 110-A und 110-B. Die Schaltbefehlsgeber und Nebenanlagenschalter antworten mit der Bandbreitenmenge, die sie verfügbar haben. Wenn ein Pfad mit der angeforderten Bandbreite erst einmal identifiziert wurde, und die entlang des Pfades notwendigen Schaltressourcen reserviert wurden, dann ruft der Server zur Netzwerksteuerung 40 Benutzer B durch Senden einer Nachricht an das Arbeitsstations-Interface 140-B an, welches eine Verbindung mit dem Server zur Netzwerksteuerung aufbaut und die Nachricht an die Arbeitsstation 100-B leitet. Auf die Arbeitsstation 100-B geladene Software erzeugt eine Dialogbox, welche auf der Arbeitsstation 100-B erscheint und Benutzer B anzeigt, dass ein Videokonferenzanruf angefragt wird. Wenn Benutzer B den Anruf annimmt, dann baut das Arbeitsstations-Interface 140-B die notwendigen Medienströme auf und formatiert eine über das Signalisierungsnetzwerk 30 an den Server zur Netzwerksteuerung 40 zu sendende Antwort.
Wenn die Antwort von Benutzer B empfangen wird, dann weist der Server zur Netzwerksteuerung die Schaltbefehlsgeber, welche die zugrundeliegenden Schaltressourcen für die Verbindung reserviert haben, an, die Verbindung aufzuschalten. Wenn alle Schaltbefehlsgeber antworten, dass die Verbindung fertig gestellt wurde, dann ordnet der Server zur Netzwerksteuerung 40 jedem Datenfluss in der Verbindung eindeutige und temporäre IP-Adressen zu, sendet diese Adressen zu den Arbeitsstations-Interfaces 140-A und 140-B sowie zu den Nebenanlagenschaltern 110-A und 110-B, und die Videokonferenz beginnt. Das heißt, beide Arbeitsstations-Interfaces beginnen mit der Formatierung der Daten, welche sie von ihren Kameras und Mikrofonen zur Übertragung empfangen haben, und wenn Daten vom anderen Ende empfangen werden, übersetzen sie diese Daten in Signale zur Ansteuerung ihrer Videodisplays und Lautsprechers.
Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Ersetzungen und Modifikationen getätigt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Netzwerk zum Aufbau einer Verbindung zwischen mindestens zwei Arbeitsstationen (100), wobei das Netzwerk umfasst; eine leitungsvermittelte Infrastruktur (20), wobei die Infrastruktur (20) entweder eine physikalische oder eine virtuelle leitungsvermittelte Infrastruktur ist; mindestens zwei Nebenanlagenschalter (110), die zugeordnete IP-Adressen zur Kommunikation über die leitungsvermittelte Infrastruktur (20) haben, wobei jeder der Nebenanlagenschalter (110) mit einer zugeordneten der mindestens zwei Arbeitsstationen (100) verbunden ist; und einen Server (40) zur Netzwerksteuerung, wobei der Server (40) aufgebaut und ausgelegt ist, um eine Schaltung der leitungsvermittelten Infrastruktur (20) zwischen zwei Nebenanlagenschaltern (110) gemäß einem Pfad aufzubauen, der auf der Grundlage der jeweiligen IP-Adressen der Nebenanlagenschalter (110) bestimmt wird.
Netzwerk nach Anspruch 1, umfassend mindestens einen Schaltbefehlsgeber (46), der aufgebaut und ausgelegt ist, um die Schaltung der leitungsvermittelten Infrastruktur (20) zu veranlassen, als Antwort auf ein Signal des Servers (40) in eine Verbindung zwischen den zwei Nebenanlagenschaltern (110) zu schalten.
Netzwerk nach Anspruch 2, wobei der Schaltbefehlsgeber (46) mit einem Schalter (42,44) verbunden ist, wobei der Schaltbefehlsgeber (46) aufgebaut und ausgelegt ist, um das Signal des Servers (40) in mindestens einen für den Schalter (42,44) spezifischen Schaltbefehl zu übersetzen.
Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die leitungsvermittelte Infrastruktur (20) aus aggregablen und seggregablen Bandbreitewerten besteht, wobei der Server (40) aufgebaut und ausgelegt ist, um die Schaltung gemäß einer gewünschten Bandbreitemenge für die Verbindung auszuwählen.
Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Pfad aus einer vorberechneten Liste von Pfaden ausgewählt wird.
Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Server (40) aufgebaut und ausgelegt ist, um temporäre IP-Adressen für die Verbindung zuzuteilen, wobei die mindestens zwei Nebenanlagenschalter aufgebaut und ausgelegt sind, mittels temporären IP-Adressen über die Schaltung zu kommunizieren.
Netzwerk nach Anspruch 6, wobei die temporären IP-Adressen eine Multicast-Gruppenadresse umfassen und die mindestens zwei Nebenanlagenschalter zu einer Multicast-Gruppe gehören, die der Multicast-Gruppenadresse zugeordnet ist.
Netzwerk nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, umfassend eine Netzwerkadressenübersetzungsfunktion (119), die aufgebaut und ausgelegt ist, um die jeweilige IP-Adresse des einen der Nebenanlagenschalter (110) in die temporären IP-Adressen zu übersetzen.
Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend einen Bonder (114), der aufgebaut und ausgelegt ist, um die Schaltung den ersten und zweiten Anschlüssen zuzuweisen, die jeweils mit den zwei Nebenanlagenschaltern (110) verknüpft sind, wobei der Bonder (114) aufgebaut und ausgelegt ist, um bestimmte Abschnitte der leitungsvermittelten Infrastruktur (20) den Anschlüssen zum Senden und Empfangen digitaler Daten zwischen den zweite Nebenanlagenschaltern (110) über die bestimmten Abschnitte während der Verbindung zuzuweisen.
Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Server (40) aufgebaut und ausgelegt ist, eine Sammlung von Schaltungen in der leitungsvermittelten Infrastruktur (20) als IP-Subnetz zu definieren, wobei der Server (40) aufgebaut und ausgelegt ist, die Definition zum Definieren eines Pfads zwischen zwei Nebenanlagenschaltern (110) zu verwenden, die jeweilige IP-Adressen haben.
Netzwerk nach Anspruch 1, umfassend ein Signalisierungsnetzwerk (30), wobei der Server (40) mit dem Signalisierungsnetzwerk (30) gekoppelt ist; einen Stadtknoten (10), der mit dem Signalisierungsnetzwerk (30) und der leitungsvermittelten Infrastruktur (20) gekoppelt ist, wobei der Server (40) aufgebaut und ausgelegt ist, eine Sammlung von Schaltungen in der leitungsvermittelten Infrastruktur (20) mit einem IP-Subnetz zu definieren, wobei der Stadtknoten (10) einen Schaltbefehlsgeber (46) umfasst, der aufgebaut und ausgelegt ist, bestimmte der Schaltungen mit der Sammlung zu veranlassen, eine Verbindung als Antwort auf ein Signal, das von dem Server (40) über das Signalisierungsnetzwerk (30) geliefert wird, aufzubauen; und einen lokalen Knoten (50), der mit dem Signalisierungsnetzwerk (30) gekoppelt ist und mit der leitungsvermit telte Infrastruktur (20) über den Stadtknoten (10) gekoppelt ist, wobei der lokale Knoten (50) mindestens einen der Nebenanlagenschalter (110) aufweist, das Netzwerk aufgebaut und ausgelegt ist, den Nebenanlagenschalter (110) zu erlauben, die Verbindung von dem Server (40) über das Signalisierungsnetzwerk (30) anzufordern, und der Server (40) aufgebaut und ausgelegt ist, die Verbindung durch Auflösen der IP-Adresse und des IP-Subnetzes zu steuern.
Verfahren zum Bereitstellen einer nach Bedarf variablen Bandbreite für eine Verbindung zwischen mindestens zwei Arbeitsstationen (100), die jeweils mit einem von mindestens zwei Nebenanlagenschaltern mit jeweiligen IP-Adressen in einer leitungsvermittelten Infrastruktur (20) verbunden sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Identifizieren der jeweiligen IP-Adressen mittels eines Servers (40) zur Netzwerksteuerung, wobei der Server (40) einen Pfad zwischen den Nebenanlagenschaltern (110) auf Grundlage der jeweiligen IP-Adressen festlegt, und eine Schaltung in einer leitungsvermittelten Infrastruktur (20) zwischen den Nebenanlagenschaltern (110) gemäß dem Pfad aufbaut, wobei die Schaltung entweder eine physikalische Schaltung oder eine virtuelle Schaltung ist.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend folgende Schritte: Empfangen einer Anfrage von einem der Nebenanlagenschalter (110) zum Aufbau einer Verbindung; Reservieren einer Bandbreitenmenge für die Schaltung gemäß der Anfrage.
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, umfas send den Schritt eines Vorabberechnens einer Liste von Pfaden zwischen den Nebenanlagenschaltern (110) auf Grundlage der jeweiligen IP-Adressen, wobei der Schritt zur Bestimmung des Pfades ein Auswählen des Pfades aus der Liste von Pfaden umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die leitungsvermittelte Infrastruktur (20) aus aggregablen und seggregablen Bandbreitemengen besteht, wobei der Schritt zum Reservieren der Bandbreite eine Auswahl der Schaltung gemäß einer gewünschten Bandbreitenmenge für die Verbindung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, umfassend folgende Schritte: Zuweisen temporärer IP-Adressen für die Verbindung; und Fordern, dass die mindestens zwei Nebenanlagenschalter (110) über die Schaltung mittels der temporären IP-Adressen kommunizieren.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt zum Zuweisen der temporären IP-Adressen umfasst, dass die mindestens zwei Nebenanlagenschalter (110) einer Multicast-Gruppe zugewiesen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das Verfahren den Schritt eines Verknüpfens von Komponenten der leitungsvermittelten Infrastruktur (20) mit IP-Subnetzen umfasst, wobei der Schritt zur Bestimmung des Pfades zwischen den Nebenanlagenschaltern (110) innerhalb der leitungsvermittelten Infrastruktur (20) des Weiteren auf den IP-Subnetzen basiert.