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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Telefon-Sprachübertragungssysteme
und insbesondere ein lokales Rechnernetz (LAN), das in der Lage ist,
Fernsprechleistungen zu erbringen.
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In
einem typischen modernen Bürogebäude hat
jeder Mitarbeiter einen eigenen Telefonanschluss. Anstatt alle erforderlichen
Telefonleitungen bei der örtlichen
Telefongesellschaft zu kaufen, haben die meisten Büro eigene
private Fernsprechnetze eingerichtet. Ein privates Fernsprechnetz
kann Anrufe aus oder ins Gebäude
vermitteln, ohne das von den Telefongesellschaften angelegte öffentliche Fernsprechnetz
beanspruchen zu müssen.
So muss ein Bürogebäude nur
eine kleinere Anzahl von Zugangs- bzw. Amtsleitungen zukaufen, um
sein privates mit dem öffentlichen
Fernsprechnetz zu verbinden. Solche privaten Fernsprechnetze sind
als Nebensprechanlagen (PBX) bekannt.
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Zusätzlich zu
einer Nebensprechanlage weist ein modernes Büro typischerweise eine Anzahl von
Arbeitsplatzrechnern (PCs) auf, die über ein Ortsnetz (LAN) vernetzt
sind. Das LAN verbindet die PCs im Büro zur gemeinsamen Nutzung
von Daten, Druckern oder anderer Rechnerperipherie. Obgleich zahlreiche
verschiedene LAN-Konfigurationen möglich sind, sind die PCs jeweils über ein
Verbindungsmedium an einen oder mehrere zentrale Verteiler (Hubs,
Switches) angeschlossen, die eine Übertragung zwischen Netzknoten
ermöglichen.
Ein primärer
Rechner bzw. Dateiserver speichert typischerweise eine große Datenmenge
und entscheidet über
die Datenverteilung im Netz an Hand eines Datenübertragungsprotokolls.
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Traditionell
führen
LANs und Nebenstellenanlagen unterschiedliche Funktionen aus und
wurden als voneinander unabhängige
Systeme entwickelt. Bspw. verteilt ein typisches Ethernet-LAN digitale
Daten mit Datenraten bis zu 10 MBits/s über einen gemeinsamen Bus gleichzeitig
an alle Netz-Zielanschlüsse.
In Folge des im Ethernet-LAN realisierten "An alle"-Prinzips können mehrere Geräte im Netz
Daten gleichzeitig aussenden. Daher können Kollisionen auftreten,
so dass die Daten erneut gesendet werden müssen. Demgegenüber baut
eine Nebenstellenlage separate zugewiesene Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
auf, die typischerweise mit niedrigeren Datenraten im KBit/s-Bereich
arbeiten. Weiterhin müssen
Nebenstellenanlagen die zum Anschluss an das öffentliche Fernsprechnetz erforderlich Überwachungs-
und Zeichengabefunktionen ausführen
und interne Verbindungen verwalten. Die zur Implementierung von
Echtzeit-Telefoniefunktionen erforderlich Echtzeit-Ereignisverwaltung
und NF-Verteilung, ist im Allgemeinen mit einer LAN-Architektur
nicht vereinbar.
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Versuche,
Nebenstellenanlagen und LANs zu integrieren, waren bisher erfolglos,
und zwar teils wegen des erhöhten
Aufwands zum Erstellen eines einzigen Systems, das die Forderungen
beider Systeme erfüllt.
Zusätzlich
zu den hohen Kosten werden oft die Funktionalität und das Einsatzverhalten
des integrierten Systems im Vergleich zu getrennten dedizierten
Systemen beeinträchtigt.
Rüstet
man bspw. eine Nebenstellenanlage mit der von LANs geforderten zusätzlichen
Datenkapazität
aus, steigen die Kosten für
sie untragbar, ohne die von dedizierten LANs erwartete Leistung
zu erbringen.
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Ein
typisches Büro
arbeitet also heute mit zwei separaten und voneinander unabhängigen Netzen:
einem PC-LAN zum Verteilen von Rechnerdaten und einer Nebenstellenanlage
für das
Fernsprechen. Die Hardware-Infrastruktur der bei den Netze ist unabhängig voneinander
und getrennt. Jedes Netz erfordert ein eigenes, nur ihm zugewiesenes
physikalisches Übertragungsmedium
wie bspw. Koaxialkabel, verdrillte Zweidrahtleitungen usw. Traditionell
sind die Nebenstellentechnik, die Endgeräte, die Steuerrechner und die
Gebäudeverkabelung
separat angelegt; sie werden von den beiden Netzen weder gemeinsam
genutzt noch verbessern sie ihre Leistung und ihr Verhalten synergistisch.
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Der
Ausdruck "Computer-Telefon-Integration (CTI)
bezeichnet ein System, das Telefoniefunktionen mit einem Rechner
verbessert bzw. steuert. Hierzu werden die Nebenstellenanlagen und
Rechner schnittstellenmäßig miteinander
verkoppelt, um Anrufinformationen auf den Rechner gegeben, so dass Datenbank
Aufsuchvorgänge
und Bildschirmmeldungen zum angerufenen Anschluss möglich sind.
Andere Implementierungen nutzen separate Server mit neuen Bussen
aus, um die Fähigkeit
zur Sprachverarbeitung hinzuzufügen.
Seit Kurzem bieten CTI-Entwickler Geräte an, die einem Standard-PC
hinzugefügt
die Funktionen einer Nebenstellenlage zu realisieren gestatten.
Der gleiche PC, der im LAN arbeitet, kann nun dazu dienen, die Nebenstellenlage
zu realisieren.
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Trotz
der von der CTI gebotenen Integration verbleiben nach wie vor Artefakte
der unterschiedlichen Entwicklung von Nebenstellenanlagen und LANs.
Obgleich man die Nebenstellenanlagen und LANs mit Standard-PCs – sogar
innerhalb ein- und desselben Geräts – aufbauen
kann, bleiben die beiden Netze separat und voneinander unabhängig. Das
LAN arbeitet mit seinem eigenen Datentransportprotokoll und physikalischen
Verbindungsmedium zwischen den Geräten im Netz. Die Nebenstellenanlage
benutzt die eigene Telefonie-Zeichengabe- und Vermittlungs- bzw.
Schalttechnik und ein separates zugewiesenes physikalische Verbindungsmedium,
um Sprachdaten zu übertragen.
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Seit
Kurzem wurden ATM-Netze (Asynchronous Transfer Mode) angedacht,
um digitale Daten mit Multimedia-Sprach- und Video-Übertragungen
integriert auf einer einzigen schnellen Leitung (Pipe) zu übertragen.
Hierzu teilt und verpackt ATM digitale Daten zu kleinen Blöcken oder
Zellen einer festen Länge von
53 Bytes und überträgt sie mit
hoher Bandbreite von 25 MBits/s oder mehr. Obgleich ATM-Netze zum
Transport von Daten, Sprache und Video gedacht waren, hat die Übertragung
von Echtzeit-Sprachverkehr niedriger Latenz über ATM-LANs wenig Aufmerksamkeit
gefunden. So waren die Bemühungen
um eine ATM-Sprachübertragung
auf hochkapazitive WANs, Universitäts-Backbones und Langstrecken-
bzw. Fernnetze konzentriert.
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Das
ATM-Forum hat ATM-Normen für
LANs entwickelt. Eine Stärke
von ATM ist die Fähigkeit
des Netzes, einer bestimmten Sendung eine geeignete Betriebsgüte-(QoS)-Klasse
zuzuweisen. ATM-Netze können
gewährleisten,
dass strenge Forderungen hinsichtlich der verfügbaren Bandbreite und minimaler
Verzögerung
für solche
Verbindungen eingehalten werden, die einen Dienst mit vorhersehbaren
Qualitätseigenschaften
benötigen.
Dadurch wird eine zuverlässige
Sprachübertragung
in ATM-Netzen möglich.
Obgleich die Bandbreiteanforderungen für die Sprachübertragung
auch von anderen LAN-Technologien problemlos erfüllbar sind, kann die ATM-Technik
heute die vorhersehbare Betriebsgüte bieten, die für die bidirektionale
Echtzeit-Übertragung
erforderlich ist.
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Die
EP 0 664 658 beschäftigt sich
mit dem Problem einer weichen Weiter- bzw. Übergabe (Handover) eines Handy-Gesprächs beim Übergang
von einer Zelle zur nächsten.
Löst der
Nutzer einen Ruf aus, werden seine CDMA-Signale von der nächstliegenden
Basisstation aufgenommen, umgepackt und über ein ATM-Netz an die der Zieladresse des Rufs nächstliegende
Schnittstelle im öffentlichen
Telefonnetz geschickt. An der Schnittstelle zum öffentlichen Fernsprechnetz
werden die ATM-Signale zu Sprachsignalen zurück umgewandelt, die im öffentlichen PCM-Telefonnetz übertragbar
sind. Betritt der Nutzer eine neue Zelle und reicht die Signalstärke zur
Anforderung einer Weiter- bzw. Übergabe
(Handover) aus, packt die Basisstation der neuen Zelle die Daten
entsprechend um und sendet sie im gleichen ATM-Netz an die gleiche
Schnittstelle zum öffentlichen
Fernsprechnetz. Die Schnittstelle kann dann auswählen, welchen Datensatz sie
benutzen will, und gewährleistet
so eine weiche und glatte Über gabe.
Ein ebenfalls an das ATM-Netz angeschlossener Ruf-Prozessor überwacht
die Übergabe
und die Streckenlenkung (Routing). Das ATM-Netz behandelt auch die Datenübertragung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung, die im Anspruch 1 unten definiert ist, benutzt
in ihrer bevorzugten Ausführungsform
CTI-Technologie zum Erstellen einer verteilten Nebenstellenlage
(PBX) über
ein Ortsnetz (LAN). Zur Vereinfachung und Erweiterung herkömmlicher
Telefonie nutzt das System die Leistungsfähigkeit eines Arbeitsplatzrechners über graphische
Nutzerschnittstellen (GUIs) und Standard-Schnittstellen wie Object
Linking und Embedding (OLE) aus. Das LAN-Telefonsystem enthält in jedem
Arbeitsplatzrechner ein einzigartiges Mehrport-Stationsmodul, das
sowohl die Netz-Datenschnittstelle als auch eine Schnittstelle zu
einem Standard-Telefon bereit stellt. Qualitativ hochwertige Sprachübertragungen
erhält
man durch den Einsatz des Echtzeit-Streamings, wobei die digitalisierte Sprache
zur Übertragung über das
asynchrone Netz oder für
die örtliche
Speicherung auf der Rechnerfestplatte zum späteren Abspielen direkt zu Zellen umgesetzt
wird.
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Ein
anderes Netzmodul (bzw. in größeren Systemen
andere Netzmodule) ist an den Netzserver anschließbar. Dieses
PSTN-Modul bildet eine Schnittstelle vom LAN-Telefonsystem zu Amtsleitungen
bzw. Leitungsbündeln,
die die örtliche
Telefongesellschaft bereit stellt. Es kombiniert Telefon-Amtsschnittstellen
mit digitaler Signalverarbeitung für die Anrufer-Identifikation,
DTMF und die Ruffortgangserfassung sowie einem Echtzeit-Sprach-Streaming,
um die Sprachübertragung
im LAN zu erleichtern.
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Die
Arbeitsplatzrechner sind miteinander und dem Server über einen
ATM-Switch verbunden, der
den Netzverkehr nach herkömmlichen
ATM-Protokollen sendet, wie sie in Normen des ATM-Forums definiert
sind. Unter Anwendung der in dieser Patentschrift beschriebenen
einzigartigen Adaptermodule kann das Netz nicht nur herkömmlichen
ATM-Verkehr, sondern auch den Transport von qualitativ hochwertigen
Sprachsendungen sowie die Umwandlung von Sprachinformationen von
Analog- oder Digitalsignalen zu ATM-Zellen und zurück unterstützen.
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Eine
andere Systemkomponente ist der Telefon-Knoten (Hub), der die Verwendung
von nicht irgendwelchen Rechnern zugeordneten Telefonen ermöglicht – bspw.
von Telefonen in einem Fabrikbereich oder in Konferenzräumen. In
der bevorzugten Ausführungsform
verbindet diese Einrichtung den Hub über eine LAN-Verbindung mit
dem Netz und erlaubt den Anschluss von acht oder mehr Telefonen.
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Das
System enthält
Software, die dieses einmalige, für die Sprachübertragung
eingerichtete LAN verwendet, um eine verteilte PBX zu erstellen,
die die Einleitung und den Abschluss von Telefonanrufen zwischen
an Clienten-PCs angeschlossenen Fernsprechern, zu Telefon-Knoten
und über
externe Amtsleitungen zum öffentlichen
Fernsprechnetz ermöglicht.
Diese PBX unterscheidet sich von bekannten Implementierungen dahingehend,
dass ein Standard-ATM-LAN die übliche
Rückwand-Verbindung zwischen
Amts- und Stationsschnittstellen ersetzt und dass der Sprachverkehr über den
gleichen Satz Leitungen wie die LAN-Daten läuft. Die herkömmliche
PBX-Zeichengabe Amtsleitung/Station oder Station/Station wird zu
Netzmeldungen umgesetzt, die Informationen zu Echtzeit-Telefonieeregnissen
im Netz oder Befehle an Netzadapter übertragen, unter denen die
entsprechenden Signale und Verhaltensweisen zur Unterstützung normaler
Sprachübertragung
oder Befehle zur Verbindung von Sprach-Medienströmen unter Verwendung von Standard-ATM-Verbindungs- und Meldungsprotokollen generiert
werden.
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Die
PBX-Steuersoftware läuft
auf einem Rechner im Netz – gewöhnlich auf
dem Server (bzw. den Servern in großen Systemen) – und weist
ein Telefoniedienste-Anbietermodul
auf. Fernsprechanwendungen einschl. Voicemail (elektronischer Briefkasten),
automatisches Durchstellen ("auto
attendant"), CTI-Anwendungen,
ein Clienten-Telefonieassistent als graphische Nutzerschnittstelle (GUI),
eine Konfigurations- und Verwaltungs-GUIs sowie eine Vermittlerkonsol-GUI
im Server- und Clientenrechnernetz sind implementiert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
schaubildlich eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Telefonnetzes;
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2 zeigt
schaubildlich das Multiport-PSTN-Modul des Telefonnetzes der 1;
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3 zeigt
schaubildlich das Multiport-Stationsmodul des Telefonnetzes der 1;
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4 zeigt
den Telefonieknoten mit acht Fernsprechern als Blockdiagramm;
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5 zeigt
ein Echtzeit-Sprach-Streaming im Telefonnetz der 1;
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6 zeigt
schaubildlich die Steuerlogik des Multiport-PSTN-Moduls der 2;
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7 zeigt
die Server-Softwarearchitektur des Telefonnetzes der 1;
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8 zeigt
die Client-Softwarearchitektur des Telefonnetzes der 1;
und
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9 zeigt
die Bedienerkonsol-GUI.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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ATM-LAN-Telefonnetz
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Was
die Zeichnungen anbetrifft, zeigt nun die 1 ein LAN-Telefonnetz
bzw. eine verteilte PBX 10 nach vorliegender Erfindung.
Ein Netzanschlussserver 12 stellt eine Schnittstelle zwischen
dem öffentlichen
Telefonnetz (PSTN) 16 oder einem Weitverkehrsnetz (WAN)
und dem ATM-Netz-Switch 14 bereit. Obgleich die vorliegende
Ausführungsform
mit einem ATM-Netz dargestellt ist, ist einzusehen, dass sie sich
auch mit andersartigen Netzen realisieren lässt – bspw. Ethernets oder einem
Cells-in-frames-Ethernet. Der Telefonienetzserver 12 ist
so ausgerüstet,
dass er dem ATM-LAN-Telefonienetz 10 die Telefoniefunktionen
einer PBX bereit stellt, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben. Der ATM-Netz-Switch 14 übermittelt
Netzmeldungen durch das Senden von ATM-Zellen, die Rechnerdaten,
die Netzüberwachung,
die Zeichengabe bzw. Signalisierung und unterschiedliche Medien-Ströme zwischen
dem Telefonienetzserver 12 und den Client-Rechnern 18 übertragen,
an die Fernsprecher 11 angeschlossen sind. Die Medien-Ströme können Multimedia-Bilder,
Video- oder NF-
bzw. Sprachtelefonieverkehr beinhalten.
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Der
Telefonienetzserver 12 und die Client-Rechner 18 sind
vorzugsweise Allzweckrechner wie IBM-kompatible Arbeitsplatzrechner
(PCs). Es kann sich auch um Sun-Workstations, DEC-Alpha-Rechner
oder andere Server- und Arbeitsplatz-PCs oder Workstation-Rechner
handeln.
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Ein
typischer Netzserver weist einen n Prozessor der Intel-Pentium-Klasse
oder schneller oder einen schnellen RISC-Prozessor wie den Alpha-Prozessor
der Fa. Digital Equipment Corporation (DEC) auf. Der Server arbeitet
typischerweise mit 64 MByte oder mehr RAM-Speicher und mindestens
mehreren GByte Festplattenkapazität. Zusätzliche Speicher sind typischerweise
Floppy- oder Band-Wechsellaufwerke
sowie ein CDROM-Laufwerk. An den Server können eine Tastatur und eine
Maus zu Steuerungszwecken sowie ein Graphikmonitor zur Verfolgung des
Softwareausführung
angeschlossen sein. Der Server arbeitet typischerweise mit schneller
Festplattentechnologie wie Fast-Wide-SCSI-2 und kann mit redundanten, "heiß" auswechselbaren
Netzteilen und anderen Hardware-Neuerungen ausgerüstet sein.
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Der
Telefonienetzserver 12 enthält die PBX-Software 85,
die die Überwachung,
Zeichengabe und den Aufbau von Telefonverbindungen behandelt. Diese
Software überwacht
den Zustand aller Client-Fernsprecher 11 am Netz in Echtzeit
und reagiert so rechtzeitig auf Telefonieereignisse, dass sich ein herkömmlicher
Fernsprechdienst ergibt. Hierzu gehören herkömmliche Zeichengabetöne wie das Amts-
und das Besetztzeichen, das Rückrufzeichen usw.
sowie das Herstellen und der Abschluss von Medienströmen zwischen
Telefonen im LAN. Die PBX-Software 85 verwendet die Multiport-Module, das
ATM-LAN und die PCs zum Implementieren von Standard-PBX-Funktionen
wie das Einleiten und den Abschluss von Telefonanrufen entweder
im Netz oder zu externen Amtsleitungen 17, die Fähigkeit, Anrufe
in den Haltezustand zu schalten, Anrufe weiterzugeben, zu parken
und wieder aufzunehmen, Konferenzschaltungen und die Anruferidentifikation. Fernsprechanwendungen
wie Voicemail und Durchstellautomatik werden von Anwendungssoftware
mit der PBX als Anbieter von Netztelefoniediensten implementiert.
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Wie
die 1 zeigt, ist der Switch 14 über eine
Standard-UTP-3-Verkabelung mit dem Telefonienetzserver 12 und
allen Client-Rechnern 18 verbunden. Die Verbindung zwischen
dem Switch 14 und jedem Client-Rechner 18 führt sowohl
die LAN-Rechnerdaten, die Telefonieüberwachung und Nachrichten
sowie die verschiedenen Medien-Ströme. Die Vorgaben für die Verbinder,
Leitungen und die jeweils eingesetzten Beschaltungen sind in den ATM-Forum-Spezifikationen definiert.
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Der
Netz-Switch 14 ist vorzugsweise ein ATM-25-Netz-Switch,
der Daten mit 25 MBits/s überträgt. Er enthält eine
optionale ATM-155-Schnittstelle zum Anschluss an schnellere Backbone-ATM-Netze. Ein
geeigneter ATM-Netz-Switch unterstützt vier bis 24 oder mehr Ports.
Mehrere ATM-Netz-Switches lassen sich stapeln, um die Anschlusskapazität zu erweitern.
Ausgewählte
Ports können
Ethernet-Anschlüsse
für LAN-basierte
Drucker oder andere Alt-Hardwareperipherie aufnehmen. ATM-Netz-Switches
sind derzeit von mehreren Herstellern – bspw. Fa. ATM Ltd. – erhältlich.
Ein Beispiel für
einen für
die vorliegende Erfindung geeigneten ATM-Netz-Switch ist das Modell
Virata der Fa. ATM Ltd., ein 24-Port-ATM-Switch.
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Der
Client-PC 18 ist vorzugsweise ein Allzweckrechner wie ein
IBM-kompatibler Standard-PC vorzugsweise mit einem Intel-486-, Pentium-
oder schnelleren Prozessor. Der Client nutzt mindestens 8 MByte
und vorzugsweise 16 MByte Allzweck-RAM-Speicher und arbeitet typischerweise mit
500 MByte oder mehr Festplattenkapazität. Zusätzliche Speicher sind typischerweise
u.a. Floppy- oder Band-Wechsellaufwerke und ein CDROM-Laufwerk.
An den Client sind eine Tastatur und eine Maus zu Steuerungszwecken
sowie ein Graphikmonitor zur Verfolgung der Softwareabläufe angeschlossen.
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Multiport-PSTN-Modul
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Wie
die 2 zeigt, ist der Telefonienetzserver 12 mit
dem Multiport-PSTN-Modul 20 ausgerüstet, dessen
Verschaltung und Software eine Amtsschnittstelle 22 und
eine ATM-Netzschnittstelle 24 implementieren und der einen
RAM-Pufferspeicher 27 mit Steuerlogik 26 aufweist,
um Medienströme zwischen
der Amtsschnittstelle 22 und dem ATM-Netz-Switch 14 umzuwandeln.
Die Amtsschnittstelle 22 besorgt die Verbindung zu den
Amtsleitungen 17 des PSTN 16. Die ATM-Netzschnittstelle 24 bietet
herkömmliche
Software und Verschaltung, damit der Telefonienetzserver 12 auf
das ATM-LAN 20 zugreifen kann. Der Pufferspeicher 27 und
die Steuerlogik 26 implementieren eine effektive Übergabe von
Medienströmen
zwischen der Amtsschnittstelle 22, dem Telefonienetzserver 12,
dem digitalen Signalprozessor (DSP) 23 und der ATM-Netzschnittstelle 24,
wie im Folgenden ausführlicher
beschrieben.
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Die
Amtsschnittstelle 22 implementiert die herkömmliche Überwachung
der Übertragung
auf Telefonieamtsleitungen und die Zeichengabe- bzw. Signalisierungsprotokolle,
die zum Anschluss an die externen Amtsleitungen 17 des
PSTN 16 erforderlich sind. Die Amtsleitungen 17 führen verschiedartige Telefoniesignale
wie Sendeüberwachung
und -zeichengabe sowie NF-Sprachsignale, FAX oder Modemdaten für den herkömmlichen
Fernsprechdienst (POTS). Zusätzlich
können
die Amtsleitungen 17 andere Übertragungsformate wie T1,
ISDN oder LWL-basierte Dienste für
Telefonie oder Multimedia-Datenbilder, Video-, Text- oder NF-Signale übertragen.
In der bevorzugten Ausführungsform
bietet die Amtsschnittstelle 22 Zugriff auf 16 oder mehr POTS-Amtsleitungen.
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Eine
ATM-Netzschnittstelle 24 weist vorzugsweise herkömmliche
Schaltungstechnik zum Anschluss an eine ATM-Leitung nach den Vorgaben des
Standards UNI 3.1 des ATM-Forums und der LAN-Emulationsspezifikation
(LANE) auf.
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Ein
Beispiel einer geeigneten ATM-Schnittstelle ist von der Fa. ATM,
Ltd. (ATML) Cambridge, England, mit Verkaufsbüro in Sunnyvale, CA, USA erhältlich.
Die ATML-Schnittstelle enthält
die ATM-Schnittstellenelektronik sowie einen modernen RISC-Prozessor
(ARM, "advanced
RISC machine").
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Der
ARM-Steuerprozessor 28 ist zur Überwachung des Sendens und
Empfangs von ATM-Zellen zwischen dem ATM-Netz-Switch 14 und
dem Telefonienetzserver 12 programmiert. Desgl. ist der ARM-Steuerprozessor 28 in
der Lage, Netznachrichten zwischen dem ATM-Netz-Switch 14 und
dem Telefonienetzserver 12 zu übertragen und den Medien-Inhalt
der Nachrichten an die Amtsschnittstelle 22 zu senden.
In der bevorzugten Implementierung arbeitet das Netz mit dem TCP/IP-Protokoll.
Die Netznachrichten beinhalten Computerdaten, die Überwachung
der Telefoniesendungen, die Zeichengabe und verschiedene Medienströme. Der
Steuerprozessor 28 richtet Computerdaten enthaltende Netznachrichten über den
PC-Bus 29 des Mehrport-PSTN-Moduls 20 direkt vom
ATM-Netz-Switch 14 an den Telefonienetzserver 12.
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Der
Steuerprozessor 28 verwaltet die Echtzeit-Telefonereignisbehandlung,
so weit sie die Telefonie-Amtsschnittstellen betrifft. Er verwaltet
den effizienten Einsatz der Ressourcen des DSP 23 zur Erfassung
der Anrufer-Identifikation, DTMF, der Ruffortgangsverfolgung und
anderer herkömmlicher
Formen der Zeichengabe auf Amtsleitungen. In der bevorzugten Ausführungsform
ist der DSP 23 ein TMS320C50 der Fa. Texas Instruments
o.ä., auf
dem digitale Standard-Softwarealgorithmen für die digitale Telefoniesignalverarbeitung
der Fa. HotHaus Technologies, Richmond, British Columbia, Kanda
laufen. Der Steuerprozessor 28 verwaltet auch die Erzeugung
von Telefonietönen
zum Wählen
und anderen Zwecken und steuert den Verbindungszustand, die Impedanzanpassung
und die Echounterdrückung
der einzelnen Amtsanschlüsse 22 am
Multiport-PSTN-Modul 20.
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Weiterhin
verwaltet der Steuerprozessor 28 die Umleitung von Medienströmen von
ankommenden Amtsleitungen 17 auf Client-Rechner 18 über das
ATM- Netz oder direkt
von der und zur Server-Festplatte zwecks Speicherung und späteren Abspielens,
so das sich Voicemail und die Vermittlungsautomatik realisieren
lassen. Diese Medienströme lassen
sich direkt an einen an eine Amtsleitung 17 angeschlossenen
externen Anrufer oder über
das Netz zwecks Sprachwiedergabe an Client-Fernsprecher 11 im
Netz senden.
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Weiterhin
verwaltet der Steuerprozessor 28 das Aufschalten mehrerer
Medien-Ströme auf den DSP 23,
so dass sie sich zur Konferenzschaltung zwischen mehreren an das
System – entweder
im LAN oder an PSTN-Leitungen 17 – angeschlossenen Anrufern
zusammenführen
lassen.
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Alle
diese Telefoniefunktionen werden schließlich von der PBX-Software
gesteuert, die unter Verwendung einer socket-basierten Programmierschnittstelle
zu einem Standard-Protokoll wie TCP/IP mit dem Steuerprozessor 28 kommuniziert.
Nachrichten werden vom Steuerprozessor 28 über das Netz
gesandt, um die PBX-Software 85 im Server 12 von
Echtzeit-Telefonieereignissen auf den angeschlossenen Amtsleitungen 17 zu
informieren, und von der PBX kommend empfangen, um die Rufüberwachung
zu implementieren. Einige dieser Nachrichten steuern den Auf- und
den Abbau von Medienströmen
für die
Sprachübertragung.
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PBX-Amtssteuernachrichten
werden vom Wirtsprozessor im Server 12 auf dem PC-Bus 29 direkt
an den Steuerprozessor 28 des Multiport-PSTN-Moduls gegeben.
Demgegenüber
werden Netznachrichten, die Medienströme digitaler Darstellungen
von Echtzeit-Sprachinhalten enthalten, zwischen der Amtsschnittstelle 22 und
dem ATM-Netz-Switch 14 unter Verwendung des DSP 23, des
Puffer-RAMs 27 und der Steuerlogik 26 übertragen.
Der Puffer-RAM 27 und die Steuerlogik 26 implementieren
eine First-in-first-out-(FIFO)-Datenpufferung zum Übertragen
digitaler Darstellungen von Sprach-NF-Signalen zwischen dem ATM-Netz
und der synchronen Amtsschnittstelle. Die Arbeitsweise der Pufferung
beim Implementieren eines Echtzeit-Sprach-Streaming ist im Folgenden
ausführlich beschrieben.
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Wie
die 1 darstellt, ist eine primäre Funktion des Netzservers 12,
eine Schnittstelle zwischen den vom PSTN 16 ankommenden
Amtsleitungen und dem ATM-Netz-Switch 14 darzustellen. Bspw.
verpackt der Telefonienetzserver 12 die verschiedenartigen
synchronen Fernsprechsignale, die die Amtsleitungen 17 führen, zu
einem asynchronen Standard-Zellformat von 53 Byte fester Länge, das die
ATM-Schnittstelle 24 an den ATM-Netz-Switch 14 übergibt.
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Multiport-Stationsmodul
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Wie
die 3 zeigt, ist der Client-PC 18 mit einem
Multiport-Stationsmodul 30 mit ATM-Netzschnittstelle 34,
einer herkömmlichen
Telefonschnittstelle 32, einem DSP 33 und der
Steuerlogik 36 ausgerüstet.
Diese Hardware kann gewünschte
Tonsignale durch Programmieren der geeigneten Algorithmen in die
digitale Signalverarbeitung 33 erzeugen – bspw.
das Amts- und das Rückrufzeichen.
Weiterhin ist das Multiport-Stationsmodul 30 in der Lage,
Tonzeichen aus dem angeschlossenen Fernsprecher – bspw. DTMF-Wähltöne – zu erfassen
und zu dekodieren. Das Multiport-Stationsmodul 30 enthält ein kleines
Schaltnetzteil, das Spannungen zum Simulieren der Amtsbatterie und
von Rufleitungszuständen liefert.
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Die
ATM-Netzschnittstelle 34 ermöglicht dem Client-PC 18 über herkömmliche
Schaltungstechnik und Software Zugriff auf das ATM-LAN. Die Telefonleitungsschnittstelle 32 setzt
digitalisierte Sprach- und Tonsignale zu Analogsignalen um und stellt
eine herkömmliche
POTS-Schnittstelle (mit Amtsbatterie und Rufspannungen) zu einem
Standard-Fernsprechapparat des Typs 2500 bereit, der mit einem Standard
RJ-11-Verbinder angeschlossen ist.
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Die
Steuerlogik 36 erleichtert die Datenübergabe zwischen der ATM-Netzschnittstelle 34,
dem Client-PC 18, dem DSP 33 und der Telefonleitungsschnittstelle 32.
Die ATM-Netzschnittstelle 34 weist vorzugsweise herkömmliche
elektronische Schaltungstechnik zum Anschluss an die ATM-Leitung
auf der Basis der Spezifikation UNI 3.1 des ATM-Forums auf. Ähnlich dem
Multiport-PSTN- Modul
des Telefonnetzservers 12 ist eine geeignete ATM-Schnittstelle von
der Fa. ATML erhältlich.
Die ATM-Netzschnittstelle 34 enthält die erforderliche ATM-Schnittstellenschaltung
und vorzugsweise einen RISC-Prozessor (ARM) als Steuerprozessor 38,
der programmiert ist, um das Senden und den Empfang von ATM-Zellen zwischen
dem ATM-Netz-Switch 14 und dem Client-PC 18 zu überwachen.
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Der
Steuerprozessor 38 ist auch in der Lage, Nachrichten vom
ATM-Netz-Switch 14 an
den Client-PS 18 oder die Telefonleitungsschnittstelle 32 zu richten.
Bspw. werden Netznachrichten, die Computerdaten und/oder Überwachungs-
und Zeichengabesignale aus der bzw. auf die Fernsprechleitung aus dem
ATM-Netz-Switch 14 enthalten, über den PC-Bus 29 auf
den Client-PC 18 gelenkt. Demgegenüber werden Netznachrichten
mit Medienströmen zwischen
dem Netz 10 und der Telefonleitungsschnittstelle 32 über den
DSP 33 und den RAM-Speicher des Steuerprozessors 38 geleitet,
wobei eine FIFO-Pufferung
implementiert ist, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben. Da der
Client-PC 18 nur wenige Medienströme bewältigen muss, lässt sich die
FIFO-Pufferung im Steuerprozessor intern mit Software unter Benutzung
vorhandenen Speicherraums erledigen.
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Der
Steuerprozessor 38 verwaltet Fernsprechereignisse hinsichtlich
der Telefonstationsschnittstelle in Echtzeit. Er steuert Anrufe
an den Fernsprecher 11 und verwaltet den effizienten Einsatz
der Ressourcen des DSP 33 für die Erfassung von DTMF-Wählziffern
aus dem angeschlossenen Fernsprecher 11 sowie die Erzeugung
von Standard-Zeichengabetönen
wie den Amtszeichen-, Besetzt- und den Rückrufton. In der bevorzugten
Implementierung handelt es sich bei dem eingesetzten digitalen Signalprozessor
um einen TMS320C50 der Fa. Texas Instruments oder einen ähnlichen
Prozessor-Chip und werden für
die digitale Signalverarbeitung standardisierte Software-Algorithmen
der Fa. Hot-HouseTechnologies,
Richmond, British Columbia, Kanada, eingesetzt.
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Der
Steuerprozessor behandelt auch das Umleiten von Medienströmen vom
Fernsprecher 11 zu anderen Client-PCs 18 am ATM-Netz
oder zum PSTN-Modul 20 zwecks Anschluss an die Leitungsbündel 17 und
das Führen
von Medienströmen
direkt zur und von der Festplatte des Client-PCs oder direkt von
der oder zur Server-Festplatte über
das Netz, jeweils zwecks Speicherung und späteren Rückspielens. Zusätzlich verwaltet
der Steuerprozessor 38 das Aufschalten mehrerer Medienströme auf den DSP 33,
so dass sie sich im Sinne einer Konferenzschaltung mit mehreren
Anrufern/Teilnehmern zusammenführen
lassen.
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Alle
diese Funktionen werden schließlich
von der PBX-Software im Server 12 gesteuert, die unter Verwendung
einer socket-basierten Programmierschnittstelle zu einem Standard-Protokoll
wie TCP/IP mit dem Steuerprozessor kommuniziert. Meldungen werden über das
Netz versandt, um die PBX von Echtzeit-Telefonieereignissen hinsichtlich
des Fernsprechers 11- bspw. abgenommener Hörer oder Wählen – zu informieren. In Reaktion
hierauf werden Meldungen aus der PBX empfangen, um die Rufüberwachung
zu implementieren. Einige dieser Meldungen steuern den Auf- und
Abbau von Medienverbindungen für
die Sprachübertragung.
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Telefonknoten (Hub)
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Die 4 zeigt
den Telefonknoten (Hub) 15 als Blockschaltbild. Diese Einrichtung
ermöglicht
es, nicht den PCs zugewiesene Fernsprecher an das Netz 10 anzuschließen. In
der bevorzugten Implementierung enthält die Einrichtung eine Schnittstelle 42 für acht Fernsprecher.
Die Arbeitsweise entspricht weitgehend der des oben beschriebenen
PSTN-Moduls 20, außer
dass an Stelle mehrerer Amtsleitungsschnittstellen mehrere Telefonschnittstellen
benutzt werden. Bspw. führen
die ATM-Schnittstelle 44, der RAM-Pufferspeicher 47 und
der Steuerprozessor 48 ähnliche
Funktionen aus wie die ATM-Schnittstelle 34, der RAM-Pufferspeicher 37 und
der Steuerprozessor 38, die in der Beschreibung des Stationsmoduls 30 diskutiert
sind. In der bevorzugten Implementierung findet ein Schaltnetzteil 45 Einsatz,
das acht Fernsprecher mit Amtsbatterie- und Rufspannungen beliefern kann. Die
Arbeitsweise des Echtzeit-Sprach-Streaming
entspricht weitgehend der des PSTN-Moduls 20, das ebenfalls
mehrere Sprachleitungen bedient.
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Sprach-Streaming und -Lenkung
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Die 5 zeigt
die Sprach-Streaming- und -Lenkungsfunktionen, die ein Multiport-Modul 50 wie das
PSTN-Modul 20, das Stationsmodul 30 und der Telefonknoten
(15) ausführt.
Bspw. werden am Telefonieanschluss 55 analoge oder digitale
Sprachsignale aus einem Fernsprecher (im Fall eines Stationsmoduls 30 oder
des Telefonknotens 15) oder aus einer Fernleitung (im Fall
des PSTN-Moduls 20) über eine
Leitungsschnittstellenschaltung 52 übertragen. Nach der Leitungsschnittstelle 52 setzt
ein CODEC-Baustein 51 (bspw. Texas Instruments TCM29C13
oder National Semiconductor TP 3054) das analoge Sprachsignal zu
einer Standard synchronen Digitalform (bspw. PCM) um. Bspw. wird
für 64-KBit-PCM alle 125 μs ein neuer
8-Bit-Abtastwert synchron erzeugt; man erhält also 8000 Abtastwerte pro
Sekunde. Einzusehen ist, dass der CODEC 51 nicht verwendet
wird, wenn der Anschluss an digitale Leitungen oder Einrichtungen
erfolgt. Der CODEC 51 gibt die synchronen digitalen Daten
auf den DSP 53, wo die Telefoniesignalerfassung und -erzeugung
und die Leitungsverwaltung erfolgen.
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Die
synchronen Daten gehen dann auf den Funktionsblock 56 und
einen zugeordneten Modul-Steuerprozessor 58, die die synchronen
zu asynchronen Daten umzusetzen und letztere als Medienstrom auf
einen der Ports geben. Die Synchron-/Asynchron-Umsetzung erfolgt
im Funktionsblock 58 unter FIFO-Datenpufferung. Der Funktionsblock 56 und
der Modul-Steuerprozessor 58 übernehmen Daten-Bytes aus dem
synchronen Datenstrom in einem FIFO-Pufferspeicher so lange, bis
genug Daten für
ein zu versendendes Netzdatenpaket vorliegen. In einem ATM-Netz
werden bspw. zwischen 32 und 48 Daten-Bytes für eine ATM-Zelle sowie eine
weitere Datenzelle gespeichert, um zeitliche Unsicherheiten (Jitter)
aufzufangen, die bei der Übertragung
im asynchronen LAN immer auftreten. Die Anzahl der pro Zelle übertragenen
Bytes hängt
von Kom promissen hinsichtlich der geforderten Netzlatenz und des
Synchronisationsverfahrens ab, die vom Fachmann gewählt werden.
Hat sich die gewünschte
Anzahl Daten-Bytes angesammelt, wird ein Paket der asynchronen Daten
an die Netzschnittstelle 54 gegeben und im LAN asynchron
an ein entfernt liegendes Modul geschickt.
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Die
obige Synchron-/Asynchron-Umsetzung lässt sich von jedem der in den 2, 3 und 4 beschriebenen
Multiport-Module 15, 20, 30 durchführen, die
FIFO-Pufferung von der entsprechenden Steuerlogik 26, 36, 46 unter
Verwaltung durch den entsprechenden Steuerprozessor 28, 38, 48.
Multiport-Module, die eine größere Leitungskapazität brauchen
(bspw. das PSTN-Modul 20 der 2) verwenden
zusätzlichen
schnellen RAM-Pufferspeicher 20, auf den der Steuerprozessor 28 und
der DSP 23 Zugriff haben. Multiport-Module mit geringeren
Durchsatzanforderungen (bspw. das Multiport-Stationsmodul 30 der 3)
arbeiten nur mit dem RAM-Speicher des Steuerprozessors 38.
Eine ausführlichere
Diskussion der Arbeitsweise dieser Schaltungen und der zugehörigen Software
folgt in der Beschreibung zur 6.
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Um
eine bidirektionale Kommunikation zu ermöglichen, implementieren der
Funtionsblock 56 und der Modul-Steuerprozessor 58 einen
Rücklaufweg, auf
dem asynchrone Datenströme
vom LAN-Port 57 zum Telefonieport 55 gesendet
werden können
wie folgt. Asynchrone Datenströme
vom LAN-Port 57 werden von der Netzschnittstelle 54 übernommen und
vom Steuerprozessor 58 und Funktionsblock 56 aus
der asychronen zur synchronen Form umgesetzt. Die Asynchron-/Synchron-Datenumsetzung
erfolgt invers zur oben beschriebenen Synchron-/Asynchron-Wandlung.
Bspw. werden in einem ATM-Netz asynchrone Datenzellen vom Funktionsblock 56 und Modul-Steuerprozuessor 58 empfangen
und unter FIFO-Pufferung zu synchronen Datenzellen umgesetzt. Den
synchronen Daten wird daher wieder die Form erteilt, in der sie
sich über
die Leitungsschnittstelle 52 zu einem angeschlossenen Fernsprecher 11 (wie
im Stationsmodul 30), einer Leitung 17 (wie im
PSTN-Modul 20) oder einer Digitalschnittstelle wie einer
T1-Leitung übertragen
lassen. Danach lassen die Syn chrondaten sich bspw. byte-weise über den DSP 53 an
den (ggf. vorhandenen) CODEC 51 weitergeben.
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Die
unidirektionale zeitliche Gesamtverzögerung (Latenz) für die Umsetzung
und die Übertragung im
Netz und durch zwei Multiport-Module 50 beträgt im Fall
eines ATM-Netzes typischerweise weniger als 20 ms, was die Anforderungen
für eine
hochwertige Sprachübertragung
erfüllt.
Die Synchronisation im Netz und den beiden Multiport-Modulen wird
entweder durch Verwendung der 8-kHz-Rundsendefähigkeit von ATM-Netzen erreicht
oder durch Aussenden von Zeitsteuer- und Sequenzinformationen mit
allen oder gewählten
Netz-Datenpaketen
bzw. -zellen, Extrahieren dieser Informationen im jeweils anderen Modul
und Ausnutzen dieser Informationen zur Neusynchronisation unter
Verwendung herkömmlicher PLL-Techniken.
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Der
Modul-Steuerprozessor 58 kann asynchrone Datenströme auch
auf einen PC-Port 59 lenken. Am PC-Port 59 kann
auf die asynchronen Daten ein Wirtsrechner wie der PC-Netzserver 12 oder
ein PC-Client 18 zwecks gewünschter Verarbeitung zugreifen.
Bspw. können
die Daten vom PC-Port 59 in größere Puffer überschrieben
und periodisch an die Systemfestplatte übertragen oder weiter verarbeitet werden.
Die gespeicherten Daten lassen sich später zur Wiedergabe entweder über den
Steuerprozessor 58, die FIFO-Puffer, den DSP 53,
den (ggf. vorhandenen) CODEC 51 und die Leitungsschnittstelle 52 zurück auslesen
oder zur Speicherung, Wiedergabe oder Verarbeitung direkt aus dem
Steuerprozessor 58 über
die Netzschnittstelle 54 an ein anderes Netzempfänger-Modul oder das LAN übergeben.
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Die
Sprach-Streaming-Schaltungen und -Software bewirken Folgendes:
- 1. Bereitstellen einer Schnittstelle zum herkömmlichen
Fernsprechbetrieb wie analoge oder digitale Fernsprecher oder zu
herkömmlichen
analogen oder digitalen Amtsleitungen;
- 2. Umsetzen von Sprache von der analogen zur digitalen Form,
ggf. auch umgekehrt;
- 3. Umsetzen von Sprachdaten von der synchronen (bspw. PCM) in
die asynchrone Form (wie ATM-Zellen) und zurück;
- 4. Leiten von Sprache von der Leitungsschnittstelle zum Netz
und zurück;
- 5. Leiten von digitaler Sprache von der Leitungsschnittstelle
oder aus dem LAN zur lokalen Festplatte zum Speichern und späteren Auslesen;
und
- 6. Leiten digitaler Sprache vom LAN zur lokalen Festplatte zum
Speichern und späteren
Auslesen aus dem Netz oder vom Leitungsschnittstellenanschluss.
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Die
oben beschriebene Leitbarkeit von Sprachsignalen ist die Grundlage
zum Senden von Sprache im ATM-LAN 10 in der bevorzugten
Ausführungsform
und auch für
Anwendungen wie Voicemail und Vermittlungsautomatik, die sowohl
lokal als auch im Netz die Speicherung und das Wiederauslesen von
Sprachdaten verlangen.
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Bspw.
die Voicemail-Funktion nutzt die oben beschriebene Funktionalität wie folgt
aus. Erreicht ein externer Anrufer das System über den Telefonie-Port 55,
wird sein Sprachsignal ggf. digitalisiert und von der synchronen
PCM- in die asynchrone Form umgesetzt. Dann werden die Daten als
Stream über
den Port 59 an den Prozessor des PC-Wirts geführt, der
sie typischerweise in große
Puffer von mindestens mehreren KByte Daten schreibt. Zur besseren
Systemeffizienz werden diese Daten typischerweise komprimiert und
periodisch in einer Datei auf der Festplatte abgelegt. Ein Systemnutzer
ist dann in der Lage, auf die gespeicherten Sprachdaten zuzugreifen,
indem er das System aus dem PSTN über den Telefonieport 55 oder über den
LAN-Port 57 anspricht. In letzterem Fall können die
Daten als Strom über
das Netz in das Stationsmodul 30 des Benutzers gespielt
werden, um direkt in einem angeschlossenen Fernsprecher 11 wiedergegeben
zu werden; alternativ lässt
die die Sprachdaten komprimiert enthaltende Datei sich erst in den
Speicher des Client-PC geben, um dann lokal auf dem Bus 29 des
Client-PCs auf das Stationsmodul 30 übergespielt und schließlich auf
dem angeschlossenen Fernsprecher 11 wiedergegeben zu werden.
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Der
Nutzer kann auch eine Mitteilung für jemand anderen hinterlassen,
indem Sprachdaten über
den LAN-Port 57 an den Steuerprozessor 58 und
dann über
den PC-Port 59 geleitet werden, um komprimiert und gespeichert
zu werden, wie oben beschrieben.
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In
einer alternativen Implementierung wird die Sprachdatendatei nicht
auf der Festplatte des Servers 12, sondern auf der des
Client-PCs 18 abgelegt. Die Wiedergabe erfolgt dann über das
LAN und schließlich über die
Leitungsschnittstelle 52 oder lokal über den PC-Bus an das angeschlossene
Stationsmodul 30.
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Multiport-PSTN-Modul - Steuerlogik
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Die 6 zeigt
ein Blockdiagramm der Steuerlogik für das PSTN-Modul 20 der 2.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist die Arbeitsweise beim Senden und Empfang von Sprach-Medienströmen wie
folgt.
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Alle 5 ms
empfängt
der Steuerprozessor 28 (2) aus dem
Netz 10 eine ATM-Zelle
mit 40 Bytes Nutzanteil. Diese 40 Bytes werden mit einer eindeutigen
Basisadresse für
jeden Kanal auf den Pufferspeicher 27 übertragen. Zur Darstellung
der tatsächlichen Übergabeadresse
addiert die Adresslogik 69 des Puffer-RAMs (6)
einen Offset zur Basisadresse, den sie vom Steuerprozessor über dessen Schnittstelle 66 erhalten
hat.
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Asynchron
zu Obigem empfängt
der Steuerprozessor 27 (2) aus dem
Taktgenerator 64 über die
Schnittstelle 66 des Steuerprozessor alle 5 ms einen Interrupt,
der meldet, dass der Pufferspeicher 40 Daten-Bytes zum Versenden über das
Netz bereit hält.
Der Steuerprozessor 28 präsentiert pro Kanal eine eindeutige
Basisadresse, zu der die Adresslogik 69 des Puffer-RAMs
abwechselnd den Offset 0 oder 40 addiert, bevor die Adresse an den
Datenpuffer gelegt wird.
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Ein
oder mehrere 8-Bit-CODEC-Schieberegister 62 sind verkettet,
um den PCM-Sendebus
zu speisen. Dieser Bus speist seinerseits eine entsprechende Anzahl von
CODECs, deren Anzahl der der Schieberegister entspricht. In der
bevorzugten Ausführungsform
finden 16 Schieberegister und 16 CODECs Einsatz. Die Eingabe zur
CODEC-Schieberegisterkette 62 erfolgt über den PCM-Empfangsbus. Die CODECs sind programmiert,
bestimmte Zeitschlitze im PCM-Bus so anzusprechen, dass zum Ende
einer Blockperiode das Schieberegister, das die Sendedaten für den CODEC
n enthielt, nun die aus dem CODEC n empfangenen Daten enthält. Jedem
Schieberegister 62 ist ein Halteregister zugeordnet; am
Ende eines Blocks werden die Inhalte der Halteregister und des Schieberegisters
ausgetauscht und über
die DSP-Schnittstelle 60 ein DSP-Interrupt vom Taktgenerator 64 zum
DSP 23 übernommen. Beim
Bedienen dieses Interrupts liest der DSP 23 jedes Halteregister
in den CODEC-Schieberegistern 62 aus
und schreibt die Daten in das Empfangspuffer-RAM 27 jedes
Kanals. Dann beschreibt er jedes Register mit Daten aus dem zugehörigen Sendepuffer-RAM 27.
Während
der Übergabe
der Daten zwischen den Halteregistern 62 und dem Puffer-RAM 27 kann
der DSP 23 kann sie manipulieren.
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Um
den synchronisierten Austausch von Steuerinformationen zwischen
dem Steuerprozessor 28 und dem DSP 23 zu erleichtern,
ist pro Kanal ein Paar Briefkästen 63a, 63b vorgesehen.
Jeder Schreibvorgang auf den Briefkasten 63b durch den Steuerprozessor 28 bewirkt
einen Interrupt an den DSP 23 über die DSP-Schnittstelle 60.
Um die Belastung der CPU 28 zu verringern, löst ein Schreibvorgang
des DSP 23 in den Briefkasten 63a keinen Interrupt
des Steuerprozessors aus; stattdessen prüft der Steuerprozessor 28 den
Briefkasten 63a alle 5 ms während des vom Taktgenerator 64 ausgelösten Zelle-verfügbar-Interrupts.
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Das
Schnittstellenmodul 68 zum Amtsleitungsbündel wird
von Steuerprozessor 28 über
die Steuerprozessor-Schnittstelle 66 (gemeinsam mit der
Adressdekodierung 65 des Steuerprozessors) dazu verwendet,
einzelne Amtsleitungen 17 zu belegen. Auf umgekehrtem Weg
kann der Steuerprozessor 28 Rufspannungen auf den Amtsleitungen 17 erfassen.
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Die
DSP-Adressdekodierlogik dient dazu, einzelne CODEC-Schieberegister 62 und
einen bestimmten Briefkasten 63a oder 63b auszuwählen.
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Die
CODEC-Programmierung aus dem Steuerprozessor 28 erfolgt
durch die Steuerprozessor-Schnittstelle 66 gemeinsam mit
der Steuerprozessor-Adressdekodierung 65 unter Verwendung
der CODEC-Steuerregisterschnittstelle 67.
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Die
Steuerlogik für
das Multiport-Stationsmodul 30 arbeitet ähnlich der
für das
oben beschriebene PSTN-Modul 20, außer dass die Funktionen der
Pufferadresslogik 69 (6) und des
Puffer-RAMs 27 (2) nun im Steuerprozessor und
dem zugehörigen
RAM ausgeführt
werden. Der zusätzliche
Verarbeitungsaufwand ist tolerierbar, da nur wenige Kanäle jeweils
gleichzeitig aktiv sind. Dadurch erreicht man eine kostengünstigere
Implementierung mit weniger Bauteilen. Der andere Unterschied ist
der Austausch des Amtsleitungsschnittstellenmoduls 68 (6)
gegen ein Stationsschnittstellenmodul, was dem Steuerprozessor 38 (3)
ermöglicht,
an der Leitung vom Stationsmodul 30 zum Fernsprecher 11 den
Aushängezustand
(abgenommener Hörer),
das Anliegen der Batteriespannung und das Anliegen einer Rufspannung
zu erfassen.
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Nicht
dargestellt ist die Steuerlogik 46 des Telefonie-Knotens,
die sich von der Serversteuerlogik 26 nur durch den Austausch
des Amtsleitungsschnittstellenmoduls gegen ein Mehrstations-Telefonieschnittstellenmodul
mit einer Funktionalität ähnlich der
des oben diskutierten Einzelstations-Schnittstellenmoduls 78 unterscheidet.
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Server-Software
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Die 7 zeigt
die Architektur der Server-Software. Generell wird die Software
mit herkömmlichen
C++-Compilern und anderen Software-Entwicklungswerkzeugen für Betriebssysteme
wie Microsoft Windows NT, Windows 95 und UNIX entwickelt. In der
bevorzugten Ausführungsform
wird im Server Microsoft Windows NT und im Client-Rechner Windows
95 oder Windows NT eingesetzt.
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Eine
Schlüsselkomponente,
die auf dem Server läuft,
ist die PBX-Steuersoftware 85, die alle Telefonieressourcen
des Systems verwaltet – einschl.
der Fernsprecher 11 und der Verbindungen zum PSTN 16 (1).
Die PBX-Software 85 steuert sowohl die lokalen Bündelverbindungen
am Server zu den Amtsleitungen 17 als auch andere Leitungsbündel zu
Fernsprechern am abgesetzten Server oder an über das ATM-LAN verteilten
Client-Rechnern.
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Die
Kommunikation zwischen der PBX-Software 85 und dem lokalen
PSTN-Modul 20 (2)
erfolgt über
die Rufsteuerschnittstelle 87 des PBX-Netzes, eine socket-basierte
Programmierschnittstelle, die das Senden und den Empfang von Nachrichten direkt über den
Serverbus 29 (2) zum/vom Steuerprozessor im
Modul 20 und auch die Kommunikation mit abgesetzten Telefoniemodulen über eine ähnliche
socket-basierte Mechanik ermöglicht,
die nach einem Standard-Protokoll wie TCP/IP Nachrichten über das
ATM-Netz versendet. Die gleiche Schnittstelle kann auch benutzt
werden, um Nachrichten über
das Internet zur Steuerung abgesetzter Telefonieressourcen an ebenfalls
an das Internet angeschlossenen Orten zu senden. Die langsameren
Reaktionen des Internets werden durch intelligentere Client-Software
berücksichtigt.
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Der
PBX-Betrieb wird mit Daten gesteuert, die in einer Konfigurations-Datenbank 82 abgelegt sind.
Diese Software ermöglicht
es Systemadministratoren, Funktionen wie die Zuweisung von Fernsprecheranschlüssen, Amtsleitungsverbindungen, Nutzeroptionen
wie die Anzahl der Ruftöne
vor der Voicemail-Umschaltung,
Rufumleitung, Rufnummernsperrung und Bezeichnung von von Hand zu vermitteltelndn
Anschlüssen
zu steuern. Der Zugriff auf diese Datenbank erfolgt mittels GUIs,
die das Einrichten und die Verwaltung der PBX erleichtern.
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Die
Fernsprechdiensteanbieter-Software 84 ist mit der PBX-Software 85 gekoppelt.
Die Software 84 enthält
Funktionalitäten,
wie sie das TAPI 2.0 ("Telephony
Applications Programming Interface", Programmierschnittstelle für Tele fonieanwendungen) der
Fa. Microsoft (Redmond, Washington, USA) und das TSAPI ("Telephony Server
Applications Programming Interface", Programmierschnittstelle für Telefonieserver-Anwendungen)
der Fa. NOVELL (Orem Utah, USA) bieten. Der Diensteanbieter ermöglicht die
softwaremäßige Steuerung
von Telefonfunktionen wie das Auf- und Abbauen von Gesprächen, die
Gesprächsumschaltung
in den Halte-Zustand, die Rufweitergabe, das Parken und die Wiederaufnahme
von Gesprächen,
das Aufbauen von Konferenzschaltungen und die Gesprächsüberwachung.
Er stellt eine Programmierschnittstelle bereit, die die Telefoniesteuerung
durch Anwendungen wie Voicemail, Vermittlungsautomatik und die GUI
für Vermittlungsbeamten
vereinfacht.
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Client-Software
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Die 8 zeigt
die Architektur der Client-Software. Die Steuerprozessor-Software 95 in der
Client-NIC 30 (3) benutzt eine socket-basierte
Programmierschnittstelle zum Senden und Empfang von Nachrichten
zur/von der PBX-Software im Server unter Verwendung eines Protokolls
wie TCP/IP über
das ATM-LAN 10 (1).
Die Client-PC-Anwendungen verwenden ein Softwaremodul 93 für die Bereitstellung
von Telefoniediensten, um mit dem Telefoniedienste-Anbieter 84 im
Server 12 (1) Zugang zu PBX-Telefoniediensten über das
LAN 10 zu erhalten. Diese Dienste werden von Anwendungen
wie der Vermittlerkonsole-GUI 90, der Einricht- und Konfigurier-GUI 92 und
einem Telefon-Assistenten-GUI 91 in
Anspruch genommen, die alle die Telefonienutzung durch die Bedienperson des
Client-PCs vereinfachen und erweitern.
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Vermittlungskonsol- und Telefonassistent-GUIs
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Die 9 zeigt
die Vermittlungskonsol-GUI, die den herkömmlichen Tastenfernsprecher,
den die Bedienpersonen normalerweise anwenden, um eingehende Anrufe
zu steuern und weiterzuleiten, durch ein Pop-up-Fenster ersetzt,
das die Anrufverwaltung direkt auf dem Rechnerbildschirm erleichtert.
In der folgenden Beschreibung ist der Ausdruck GUI benutzt, um die
Telefonassistent-GUI
oder die Vermittlungskonsol-GUI zu bezeichnen. Diese beiden Anwendungen
weisen eine gemeinsame Arbeitsweise auf; sie haben die gleiche Er scheinungsform
und fühlen
sich gleich an. Die Vermittlungskonsol-GUI bietet die gesamte Funktionalität der Telefonassistent-GUI sowie
weitere Funktionen wie bspw. die Möglichkeit der Kontrolle des
Zustands aller PBX-Leitungen durch die Vermittlungsperson in der
Monitoransicht sowie die der Feststellung aller anderen an der PBX aktiven
Vermittlungskonsolen.
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Die
GUI erlaubt einem Nutzer, mehrere Gespräche auf einer gegebenen Telefonleitung
zu verwalten unter Benutzung von Rufoptionen wie Antwort, Einhängen, Herstellen
und Aufheben des Haltezustands, Parken, Aufnehmen, vermitteltes
und Blind-Durchstellen.
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Gespräche werden
im Ruffeld ("Call
View") 100 als
Bildsymbole (Ikons) 104 grafisch dargestellt, so dass der
Nutzer bei Anwendung herkömmlicher Windows-Mechanismen
und Mausbetätigungen
mit einem Gespräch
interagieren kann. Ein Gespräch lässt sich
auswählen;
danach lassen sich Menu-Optionen und die Schaltfelder einer Toolbar
(Werkzeugleiste) darauf anwenden. Erscheint bspw. ein eingehender
Anruf in der Gesprächsansicht 100, braucht
der Nutzer nur auf das Rufsymbol 104 doppelzuklicken, um
ihn zu beantworten. Ist ein Ruf angenommen, kann der Nutzer auf
eine Nebenanschlussnummer (Apparat) in der "Heißen
Liste" 101 doppelklicken,
um ihn durchzuschalten. Andere Rufsteueroptionen sind durch das
Menu 110 und die Schaltflächen der Werkzeugleiste immer
verfügbar. Zur
Anzeige des jeweils gerade durchgestellten Anrufs dienen Farben;
bspw. werden der jeweils gewählte
Anruf rot und alle anderen grau gezeigt. Für unterschiedliche Ruf- bzw.
Gesprächszustände dienen
unterschiedliche Bildsymbole. Ein eingehender, gerade klingelnder
Anruf erscheint bspw. als blinkendes Telefonsymbol, ein durchgestellter
Anruf als Telefon mit abgenommenem Hörer.
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Für den gewählten Anruf
gibt die GUI in einem Status-Fenster 111 zusätzliche
Informationen aus, nämlich
den Gesprächszustand,
die Gesprächsdauer,
den rufenden Apparat sowie den Namen und die Apparatenummer des
anderen Gesprächsteilnehmers.
Wo möglich,
wird der Name eines Anrufers zusätzlich
zu dessen Rufnummer angezeigt.
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Die
vom Nutzer vorzunehmenden Tätigkeiten
sind auf Bequemlichkeit und Effizienz optimiert. Bspw. lässt sich
mit einem einzigen Drag-and-drop ein Anruf von einem auf einen anderen
Eintrag in der Listenansicht 101 übergeben.
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Zum
Erzeugen von Anrufen lässt
sich eine Rufnummerneingabe mit der Tastatur in das Dateneingabefeld 102,
eine Telefonzifferntastatur 103 in der GUI oder das Tastatenfeld
des Fernsprechers 11 selbst benutzen. In der bevorzugten
Ausführungsform
und bei Benutzung von Microsoft Windows 95 oder Windows NT lässt eine
Rufnummer sich auch aus dem "Telefonbuch" des Programms Microsoft
Exchange auswählen.
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Die
für den
Nutzer wichtigsten Rufnummern werden in einer "Heißen
Liste" 101 gespeichert,
die in der GUI immer sichtbar ist und dem Nutzer ermöglicht,
mit einem Doppelklick der Maus einen Anruf an eine der Rufnummern
abzusetzen. Die "Heiße Liste" lässt sich
vom Nutzer einrichten und enthält
Rufnummern, die andere Nebenanschlüsse oder Rufnummern im öffentlichen
Telefonnetz sein können.
In der bevorzugten Ausführungsform,
die mit Microsoft Windows 95 oder Windows NT arbeitet, kann der
Nutzer Rufnummern aus dem Exchange-Telefonbuch zur "Heißen Liste" hinzufügen. Die
Anzahl der Einträge
in der Liste ist unbeschränkt.
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Die
Liste lässt
sich auch für
eine Schnellwahl nutzen. Durch einfaches Doppelklicken auf einen
Listeneintrag wählt
die GUI die Nummer an. Die Liste dient auch zur Vereinfachung der
Ruf- bzw. Gesprächssteuerung.
Durch Ziehen eines Rufsymbols aus dem Ruffeld auf einen Nebenanschluss
in der "Heißen Liste" leitet der Nutzer
ein Durchschalten auf diesen Apparat ein.
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Enthält die "Heiße Liste" eine große Anzahl von
Einträgen,
ermöglicht
ein Textsuchmechanismus dem Nutzer, einen Eintrag schnell aufzufinden,
und zwar mittels des Dateneingabefeldes 102. Bspw. kann
eine Vermittlungsperson die Liste so konfigurieren, dass sie alle
Nebenanschlüsse
an der PBX enthält.
Liegt der Name einer anzurufenden Person vor, gibt die Vermittlungsperson
die ersten wenigen Buchstaben des Namens ein; die GUI sucht dann
den zugehörigen
Listeneintrag, rollt ihn in das Sichtfeld und markiert ihn für die Vermittlungsperson.
Listeneinträge
lassen sich mit zusätzlichen
Rufnummern erweitern. Bspw. lässt
sich ein Eintrag "Firma" mit einem Mausklick
so erweitern, dass sämtliche
Abteilungen angezeigt werden, die sich ihrerseits auf die einzelnen
Nebenanschlüsse
erweitern lassen. Mit dieser Hierarchie lässt sich die Anzahl der jederzeit
sichtbaren Rufnummern minimal halten.
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Für eingehende
Anrufe kann der Nutzer die GUI anweisen, den Anruf zu bearbeiten.
Mit einem einzigen Drücken
einer Taste 105 beantwortet die GUI diesen, spielt eine
gespeicherte Ansage ab und legt den Anruf auf Halten oder Weitergabe
an die Voicemail. Der Nutzer kann diese Vorgänge ausführen während er das Gespräch über einen
anderen Anruf fortführt.
Diese Einzelfeld-Rufbehandlung vereinfacht die Bedienung, wenn der
Nutzer mehr als einen Anruf zu bearbeiten hat.
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Die
GUI ist ausgelegt, im Hintergrund zu laufen. Empfängt der
Nutzer einen Ruf, erscheint sie im Vordergrund vor jeder anderen
gerade laufenden Anwendung. Will der Nutzer irgendwann einen Anruf
absetzen, bringt ein Doppelklick auf ein Bildsymbol auf der Arbeitsfläche (Desktop)
die GUI in den Vordergrund.
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Die
GUI gibt die direkte Verwendung des Telefonhörers für die Rufsteuerung wieder.
Nimmt bspw. der Nutzer den Hörer
ab, um einen Anruf einzuleiten, zeigt die GUI das Bildsymbol des
neuen Anrufs wie bei 104 auf dem Bildschirm. Beide Anrufsteuermethoden
lassen sich gemeinsam auf den gleichen Anruf anwenden. Bspw. kann
der Nutzer den Hörer abheben,
um das Freizeichen abzusetzen, und dann eine Rufnummer mittels der
GUI wählen.
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Ein
Anruf-Log 106 wird geführt,
das alle auf der Nutzerleitung ein- und abgehenden Rufe anzeigt. Bspw.
wird ein eingehender, aber nicht beantworteter Anruf trotzdem geloggt,
so dass der Nutzer die Anrufer-Identifikation später prüfen kann.
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Die
Vermittlungskonsol-GUI enthält
ein Überwachungsfeld
("Monitoring View") 107, das
den Zustand aller in der PBX jeweils laufenden Gespräche anzeigt.
Diese Ansicht wird in Echtzeit geführt und gibt Zustandsänderungen
der Anrufe sofort wieder. In der "Heißen
Liste" wird für jedes überwachte Gespräch an den
zugehörigen
Teilnehmereinträgen auch
ein Aktivitäts-Bildsymbol 108 ausgegeben.
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Für jedes
Gespräch
kann die Vermittlungsperson den Anrufer, den angerufenen Teilnehmer, den
Gesprächszustand
(bspw. durchgestellt, Haltezustand, Ruf läuft), die Gesprächsdauer
(falls durchgestellt) und die Haltedauer (falls ein Anruf in den Haltezustand
geschaltet wurde) sehen. Jeder Teilnehmer eines Gesprächs wird
in der "Heißen Liste" 101 mit
einem Aktivitäts-Bildsymbol 108 markiert.
Die Vermittlungsperson kann auch einen Eintrag der "Heißen Liste" auswählen und
nur dessen Rufnummer in einem separaten Fenster überwachen.
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Die
GUI stellt anderen auf der Arbeitsfläche laufenden Anwendungen einen
Telefondienst bereit. In der bevorzugten Ausführungsform, die unter Microsoft
Windows 95 oder Windows NT läuft,
unterstützt
die GUI eine Drag-and-drop-Funktion,
bei der eine selbsttätige
Wahl erfolgt, wenn der Nutzer eine Rufnummer im GUI-Fenster fallen
lässt.
Die GUI wirkt auch als OLE-Automations-Server, der anderen Automations-Clienten – wie Microsoft
Word, Excel und Access -ermöglicht,
aus der GUI Anrufe abzusetzen. Diese OLE-Automations-Schnittstelle
erlaubt dem Clienten nicht nur die Rufeinleitung sondern auch eine
volle Ruf- und Gesprächskontrolle.
-
Netzbetrieb
-
Wir
untersuchen nun, wie das Netz arbeitet, um typische Telefonieoperationen
zu realisieren. Zunächst
sei untersucht, wie ein Ruf über
das LAN abgesetzt wird. Diese Diskussion konzentriert sich auf die
Anwendung des Fernsprechers zum Einleiten und Empfangen von Anrufen.
Telefonanrufe lassen sich auch absetzen und empfangen unter Verwendung
der Vermittler- und Telefonassistent-GUIs bei Steuerung durch den
Nutzer des Client-Rechners. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie
oben beschrieben, wobei sich jedoch die Nummernwahl und die Rufannahme
direkt am Rechner einleiten lassen mit Anwendungs-Software, die
auf die PBX-Dienste direkt über
den Netz-Telefondiensteanbieter 84 zugreift (7).
Dadurch erhält
der Nutzer auch zusätzliche Information-
und Steuerungsoptionen, wie im vorgehenden Abschnitt über GUI-Merkmale
und -Funktionen beschrieben.
-
Möchte der
Nutzer einen Ruf tätigen,
nimmt er zunächst
den Hörer
des Fernsprechers 11 (1) ab. Das
Ereignis wird vom Steuerprozessor 38 im Multiport-Stationsmodul
(3) über
die Telefonie-Schnittstellenschaltung 32 und die Steuerlogik 36 erkannt
und eine Nachricht wird über
das LAN 10 an die PBX-Software 85 (7)
im Server geschickt. Die PBX prüft
ihre Konfigurations-Datenbank 82 und weist ggf. die Client-NIC 30 mit
einer über
das LAN 10 versandten Nachricht an, das Freizeichen aus dem
DSP 33 über
die Telefonieschnittstelle 32 an den Fernsprecher 11 zu
schicken. Wählt
der Nutzer am Fernsprecher 11 durch Drücken der Tasten den gewünschten
Nebenstellenanschluss, gehen Standard-DTMF-Töne über die Stationsschnittstelle 32 im Stationsmodul 30 und
werden vom DSP 33 erfasst. Sie werden vom Steuerprozessor 38 gelesen
und Nachrichten werden über
das LAN und die ATM-Schnittstelle 34 an die PBX-Software 85 im
Server 12 gesandt. Die PBX-Software vergleicht die Wahl
mit einer abgespeicherten Tabelle gültiger Nebenanschlussnummern
und sendet, falls die gewünschte
Nummer gefunden wird, eine Nachricht an den Ziel-Client-PC 18 mit
der Anweisung an dessen Stationsmodul 30, über die
Telefonschnittstelle 32 den angeschlossenen Fernsprecher 11 zu
rufen. Nimmt der Nutzer des Ziel-Fernsprechers den Hörer ab,
wird dieses Ereignis vom Ziel-Steuerprozessor 38 erfasst,
der über
das LAN eine geeignete Meldung an die PBX-Software sendet. Die PBX-Software 85 sendet
eine Nachricht an die Steuerprozessoren 38 des rufenden
und des Multiport-Stationsmoduls und weist sie an, über das
LAN einen bidirektionalen Medienstrom aufzubauen, so dass eine Sprachübertragung
möglich
wird.
-
An
diesem Punkt laufen Sprach-Analogsignale aus dem Mikrofon im Fernsprecher 11 durch
die Telefon-Stationsschnittstelle 32, die ein Standard-CODEC
enthält.
Datenabtastwerte werden von der Steuerlogik 36 vom CODEC
an den DSP 33 und den Steuerprozessor 38 gegeben.
Dort werden Sprachdaten im lokalen Speicher des Steuerprozessors 38 gesammelt,
bis genug für
eine ATM-Zelle plus
zusätzliche
Daten zum Ausgleich von Netz-Jitter vorliegen. Sodann werden die
Daten für
eine Zelle an die ATM-Schnittstelle 34 gegeben und wird
eine ATM-Zelle über
das LAN 10 an das Ziel-Stationsmodul gesandt, wo die Zelldaten
von der ATM-Schnittstelle 34 an den Speicher des Steuerprozessors 38 gegeben
werden. Die Daten werden byte-weise mit der gleichen Geschwindigkeit
von 8000 Abtastwerten pro Sekunde an den DSP 33 und den
Ziel-CODEC gesandt
und dort analogisiert, um an den Hörer im angeschlossenen Zielfernsprecher 11 zurück gesandt
zu werden.
-
Ein
umgekehrter Sendeweg wird ebenfalls aufgebaut, so dass eine bidirektionale Übertragung möglich ist.
Legt der eine Gesprächsteilnehmer
auf, wird dies von der lokalen Schnittstelle 32 im Stationsmodul 30 und
der Steuerlogik 36 erfasst, das Ereignis vom lokalen Steuerprozessor 38 erkannt
und eine Nachricht über
das LAN 10 an die PBX-Software 85 im Server 12 gesandt,
die ihrerseits beide Multiport-Module anweist, die Verbindung zu
beenden.
-
Anrufe
an externe Leitungen verlaufen ähnlich.
Will der Nutzer einen Ruf absetzen, nimmt er den Hörer am Fernsprecher 11 ab.
Das Ereignis wird vom Steuerprozessor der Client-NIC über seine
Telefonie-Schnittstellenschaltung 32, die Steuerlogik 36 und
den Steuerprozessor 38 erkannt und eine Meldung über das
LAN 10 an die PBX-Software 85 im Server geschickt.
Die PBX weist typi scherweise die Client-NIC mit einer Nachricht
im LAN an, vom DSP 33 über
die Telefonieschnittstelle 32 das Freizeichen an den Fernsprecher 11 zu
schicken. Drückt
der Nutzer am Fernsprecher 11 die Ziffer 9, wird
eine Standard-DTMF-Tonfolge über die
Stationsschnittstelle 32 am Stationsmodul 30 geschickt
und vom DSP 33 erfasst. Dieser Code wird vom Steuerprozessor 38 gelesen
und eine Meldung über
das LAN an die PBX-Software 95 im Server 12 geschickt.
Die Ziffer 9 dient typischerweise zur Anzeige eines Außenrufs. Beim
Empfang derselben prüft
die PBX-Software 85 den Zustand des PSTN-Moduls 20 und übernimmt die
erste verfügbare "abgehängte" Leitung, die sie findet,
indem sie auf dem lokalen PC-Bus 29 eine geeignete Meldung
an den Steuerprozessor 28 schickt. Die PBX-Software 85 schickt
dann eine Meldung an sowohl die Steuerprozessoren 28, 38 des
auslösenden
Multiport-Stationsmoduls bzw. des Multiport-PSTN-Moduls und weist
sie an, einen bidirektionalen Medienstrom aufzubauen. Die Nachricht
an das Stationsmodul 30 wird dann mit einem Standard-Protokoll wie TCP/IP über das
LAN 10 und die Meldung an das PSTN-Modul direkt auf dem
PC-Bus des Servers an den Steuerprozessor 28 des Multiport-PSTN-Moduls geschickt.
Der Nutzer wartet auf das externe Freizeichen und wählt dann
den gewünschte
Anschluss.
-
An
diesem Punkt laufen analoge DMTF-Wählsignale aus dem Client-Fernsprecher 11 über die
Telefon-Stationsschnittstelle 32, die einen Standard-CODEC
enthält.
Diese Schaltung digitalisiert das analoge Sprachsignal. Daten-Abtastwerte werden
von der Steuer-Hardware an den DSP 33 gegeben. Dort werden
die Sprachsignale im RAM des Steuerprozessors 38 gesammelt,
bis genug von ihnen für
eine ATM-Zelle vorliegen, zuzüglich
von Daten zum Ausgleich von zeitlichen Unsicherheiten (Jitter),
die bei der Zellübertragung
im asynchronen LAN immer auftreten. Die Daten einer Zelle werden
an den Steuerprozessor 38 und dann an die ATM-Schnittstelle
und schließlich
die Zelle über
das LAN an das PSTN-Modul 20 gegeben. Dort wird die Zelle
vom Steuerprozessor 28 und der Steuerlogik 26 aus
der ATM-Schnittstelle 24 in das Puffer-RAM 27 geschrieben.
Diese Schaltung ist komplexer als im Clienten, so dass das PSTN-Modul 20 sechzehn oder
mehr bidirektionale Sprachkanäle
ohne wesentliche Leistungs einbuße
effizient verwalten kann. Die Steuer-Hardware 26 übernimmt
die Daten aus dem Puffer-RAM 27 und gibt sie byte-weise
an den Ziel-CODEC in der Amtsschnittstelle 22, der sie
zurück
analogisiert und an die Anschlussleitung 17 des angeschlossenen
Fernsprechers gibt.
-
Auch
ein umgekehrter Übertragungsweg wird
aufgebaut, so dass eine bidirektionale Übertragung möglich ist.
Der Client-Fernsprecher verhält sich
dann wie ein normaler Fernsprecher, der direkt an die externe Leitung
angeschlossen ist. Legt der Anrufer auf, erfasst das Stationsmodul 30 das
Ereignis, das vom lokalen Steuerprozessor 38 erkannt wird,
und eine Meldung geht über
das LAN 10 an die PBX-Software 85 im Server 12,
die ihrerseits die Module im Clienten 30 und im Netz 20 anweist,
die Verbindung zu beenden und die Außenleitung für andere Nutzerbereit
zu halten.
-
Ankommende
Rufe werden ähnlich
behandelt. Der Ruf wird vom PSTN-Modul 20 mit der Leitungsschnittstelle 22 und
der Steuerlogik 26 erfasst; der Steuerprozessor 28 meldet
das Ereignis an die PBX-Software 85. Wenn durch die PBX-Software angewiesen,
bewirkt der Steuerprozessor 28 ein "Abnehmen" der Amtsschnittstelle 22.
Eingehende Signale werden in einem CODEC in der Amtsschnittstelle 22 des
PSTN-Moduls digitalisiert, wie oben diskutiert, und an den DSP gegeben,
der die Anrufer- und DTMF-Identifikation ausführt. Typischerweise obliegt das
Telefonleitungsmanagement der Anwendungssoftware für die Vermittlungsautomatik,
die eine geeignete Sprachmitteilung abspielt, die den Nutzer anweist,
mit der DTMF-Tastatur des Fernsprechers die gewünschte Nebenstellennummer einzugeben.
Diese Mitteilung wird digitalisierten Sprachmeldungen entnommen,
die typischerweise auf der Server-Festplatte abgelegt sind. Der
DSP 23 fängt
die DTMF-Ziffern ab und gibt die dekodierte Information an den Steuerprozessor 28 des
PSTN-Moduls 20 weiter, der die PBX 85 mittels
einer Meldung auf dessen Bus 29 an den Hauptprozessor des
Servers benachrichtigt, der die PBX-Software 85 ausführt. Wurde
ein gültiger Nebenanschluss
erfasst, weist die PBX das jeweilige Stationsmodul 30 an,
den angeschlossenen Fernsprecher 11 zu rufen. Erfolgt eine
Antwort, wird dieses Ereignis vom Steuerprozessor 38 des
Stationsmoduls 30 erfasst und eine Meldung an die PBX-Software 85 im
Server 12 geschickt, die daraufhin das PSTN-Modul 20 und
das Stationsmodul 30 anweist, bidirektionale Medienströme einzurichten, so
dass eine Sprachübertragung
möglich
wird.
-
Legt
einer der Teilnehmer auf, wird dies vom Steuerprozessor des jeweiligen
Multiport-Moduls – entweder
direkt im Stationsmodul 30 oder indirekt im PSTN-Modul 20 – bspw.
am erneuten Erscheinen des Freizeichens auf der Amtsleitung erfasst,
und zwar mittels Algorithmen zur Ruffortgangsermittlung im DSP 23.
-
Die
Architektur des ATM-LAN-Telefoniesystems bietet mehrere Vorteile:
- 1. Nutzer mit sowohl LAN- als auch Telefonanschlüssen benötigen keine
doppelte Gebäudeverkabelung.
- 2. Das System ist kostengünstiger,
da es im LAN bereits vorhandene Rechenleistung synergetisch ausnutzt.
- 3. Die Software-Integration zwischen Rechneranwendungen und
der Telefonie-Rufbearbeitung ist effektiver, da beide über das
gleiche Netz mit den gleichen Rechnern arbeiten. Die Übertragung
zwischen beiden erfordert nur eine Software-Meldungs- und -Zeichengabe
mit Standard-Protokollen ohne Einschränkung der Funktionalität von Schnittstellen
zwischen untereinander inkompatiblen Systemblöcken.
- 4. Die Multiport-Module 20, 30 unterstützen sowohl
die Telefonie-Ruf- als auch die Sprachverarbeitung. So kann jede
Telefoniestation oder Leitungsschnittstelle Sprachanwendungen wie
Voicemail unterstützen – im Gegensatz
zu bestehenden Systemen, in denen es üblich ist, zunächst die
PBX- von der Sprachverarbeitungsfunktion zu trennen, und dies häufig zu
separaten Systemen mit jeweils nur einer begrenzten Anzahl von Sprachzugangsanschlüssen. Diese
Leistungsbeschränkung
wird mit der hier beschriebenen Architektur vermieden.
- 5. Der breite Funktionsbereich der Module 20, 30 ermöglicht das
Hinzufügen
von Funktionen wie Voicemail als reine Software-Anwendungen.
- 6. Das System ist über
benutzerfreundliche GUIs einfach zu bedienen.
- 7. Im LAN erfolgt für
sowohl Sprach- als auch Datenfunktionen eine vereinfachte Wartung
und Verwaltung.
- 8. Das System ist problemlos erweiterbar und seine Kapazität auf keine
Weise begrenzt.
- 9. Große
Campus-Netze lassen sich erstellen, indem man einzelne Arbeitsgruppen
verschaltet, die jeweils ein LAN-PBX-System mit ATM-Verbindungen
zwischen ATM-Switches enthalten.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass sowohl die zunächst allgemeine als auch die
ihr folgende ausführliche
Beschreibung als nur erläuternd
und beispielhaft aufzufassen sind und die Erfindung, wie sie beansprucht
ist, erläutern
sollen. Bspw. sind andere Netztechnologien als ATM einsetzbar, die
eine QoS-Unterstützung
für Echtzeit-Sprachübertragung bieten.
Eine alternative Topologie setzt ATM nur zur Netzübertragung
von Sprache parallel zu einem vorhandenen Ethernet-LAN ein. In einer
solchen Konfiguration kann ein Telefonie-Hub sich direkt an den Kommunikations-Server über eine
Ethernet-Schnittstelle zum Datenanschluss an das vorhandene Ethernet-LAN
anschließen.
Ein ATM-Switch wird erst bei steigender Anzahl der zu bedienenden
Fernsprecher nötig.
-
Weiterhin
können
digitale Fernsprecher verwendet werden, indem man eine geeignete
digitale Schnittstelle – bspw.
eine Standard-USB-Schnittstelle – verwendet. Für den Amtsleitungsanschluss
wären an
Stelle von analogen digitale Leitungsschnittstellen wie T1 und SONST
einsetzbar. Zahlreiche andere Modifikationen und Varianten sind
ebenfalls möglich.
Folglich ist die vorangehende ausführliche Beschreibung als erläuternd,
nicht als einschränkend aufzufassen.
Die vorliegende Erfindung einschl. aller Äquivalente ist ausschließlich von
den folgenden Ansprüchen
definiert.
-
LEGENDE ZUR FIGURENBESCHRIFTUNG
-
1 – LAN-Telefonsystem
- Client
computers
- Client-Rechner
- Internet/intranet access
- Internet/Intranet-Zugang
- Network
server
- Netzserver
- PSTN
- öffentliches
Fernsprechnetz
- Switch
- Netzknoten
(Switch)
- Telephone
hub
- Telefonknoten
(Hub)
- Telephones
- Fernsprecher
-
2 – Multiport-PSTN-Modul
- 16
- öffentliches
Fernsprechnetz
- 22
- Mehrleitungs-Amtsschnittstelle
- 23
- digitaler
Signalprozessor
- 24
- ATM-Schnittstelle
- 26
- Steuerlogik
- 27
- Puffer-RAM
- 28
- Steuerprozessor
- LAN
server
- LAN-Server
-
3 – Multiport-Stationsmodul
- 11
- Fernsprecher
- 18
- Wirts-PC
- 32
- Telefon-Stationsschnittstellen
- 33
- digitaler
Signalprozessor
- 34
- ATM-Schnittstelle
- 35
- Schaltnetzteil
- 36
- Steuerlogik
- 38
- Steuerprozessor
-
4 – Telefonknoten (Hub)
- 11
- Fernsprecher
- 42
- Telefon-Stationsschnittstellen
- 43
- digitale
Signalprozessor
- 44
- ATM-Schnittstelle
- 45
- Schaltnetzteil
- 46
- Steuerlogik
- 47
- Puffer-RAM
- 48
- Steuerprozessor
-
5 – Sprach-Streaming
- 12,
18
- Client-
oder Server-Rechner
- Disk
storage
- Speicherplatte
- Voice
Mail Storage ...
- Voicemail-Speicherung und
Auslesen
- Voice/audio
...
- Sprach/NF-Speicherung und
Auslesen, Nutzerschnittstelle,
Server-PBX-Software
- 51
- CODEC
-
-
- Analog/digital
...
- Analog-/Digital-Umsetzung
von Sprach-signalen, ggf. auch umgekehrt
- 52
- Leitungsschnittstelle(n)
- 53
- Digitale
Signalverarbeitung
- Tone
generation ...
- Tonerzeugung,
Erfassung von Anrufer-IDs, DTMF, Ruffortgang, Echounterdrückung und Konferenzschaltung
- 54
- Netzschnittstelle
- 55
- Telefonie-Port
- 56
- Synchron-/Asynchron-Umsetzung
- Conversion
...
- Umsetzung
Sprache zu Paketen und umgekehrt, Rückgewinnen der Synchronisation
- 57
- LAN-Anschluss
- 58
- Modul-Steuerprozessor
- Cell
or paket ...
- Zell-
oder Paketbehandlung, Netzschnittstelle, lokale PC-Schnittstelle,
lokale Telefoniesteuerung
- 59
- PC-Anschluss
-
6 – Multiport-PSTN-Modul – Steuerlogik
- 60
- DSP-Schnittstelle
- 61
- DSP-Adressdekoder
- 62
- CODEC-Schieberegister
- 63a
- DSP-Briefkasten
- 63b
- Steuerprozessor-Briefkasten
- 64
- Taktgenerator
- 65
- Steuerprozessor – Adressdekoder
- 66
- Steuerprozessor-Schnittstelle
- 67
- CODEC-Steuerregister-Schnittstelle
- 68
- Amtsleitungs-Schnittstellenmodul
- 69
- Adresspuffer-RAM
-
7 – Server-Softwarearchitektur
- 10
- LAN
- 16
- öffentliches
Fernsprechnetz
- 19
- Internet
- 80
- Voicemail,
Vermittlungsautomatik
- 81
- Vermittlerkonsol-GUI
- 82
- Konfiugurations-Datenbank
und -GUI
- 83
- CTI-Software
- 84
- Telefonie-Diensteanbieter
- 85
- PBX-Steuersoftware
- 86
- Internet-Zugang
- 87
- PBX-Netz – Rufsteuerschnittstelle
- 88
- DSP-
und Steuerprozessor-Software
-
8 – Client-Softwarearchitektur
- 10
- LAN
- 90
- Vermittlerkonsol-GUI
- 91
- Telefonassistent-GUI
- 92
- Einricht-
und Konfigurations-GUI
- 93
- Anbieter
für Telefoniedienste
- 94
- Voicemail
- 95
- DSP-
und Steuerprozessor-Software
-
9 – Vermittlerkonsol-/Telefonassistent-GUI