專利名稱：電訊操作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域廣義地說，本發(fā)明與電訊有關(guān)，更加具體地說，是關(guān)于電訊網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)和設(shè)備。
與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)應(yīng)用在諸如電話通訊和因特網(wǎng)上的電訊系統(tǒng)的構(gòu)成為；諸如電話或個(gè)人計(jì)算機(jī)的終端設(shè)備、諸如本地電話線路或無線電連接的接入網(wǎng)絡(luò)、交換器或路由器、諸如公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)或城市間的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)上的一個(gè)難點(diǎn)是位于終端的用戶有各種各樣的需求，而骨干網(wǎng)絡(luò)則必須處理高度標(biāo)準(zhǔn)化的負(fù)載，以保證操作的可靠性和有效性。
電訊系統(tǒng)需要用復(fù)雜的方法處理在系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，多數(shù)情況下這些處理操作是在地理上和行政上相間隔的各個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行。很多條通訊線路同時(shí)運(yùn)行，應(yīng)用在不同數(shù)據(jù)流上的處理操作經(jīng)常在大范圍地變換，控制這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需要的軟件一般龐大而復(fù)雜，難于改變。
當(dāng)通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流代表的是聲音，例如在現(xiàn)代數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)諸如三方或多方通話、語音郵件、語音識(shí)別與鑒定、通話等待、加密、語音代碼、雙音多頻(DTMF)探測(cè)等功能還需要運(yùn)用特殊的處理。對(duì)于一般的數(shù)據(jù)應(yīng)用，諸如電子郵件、遠(yuǎn)程計(jì)算、計(jì)算機(jī)之間的文件傳輸或互聯(lián)網(wǎng)瀏覽，還需要諸如防火墻和加密等安全功能以及諸如流量規(guī)劃、錯(cuò)誤處理、按優(yōu)先次序排列、緩沖儲(chǔ)存、格式轉(zhuǎn)換、多點(diǎn)傳送等數(shù)據(jù)流功能。
盡管電訊系統(tǒng)已經(jīng)十分復(fù)雜，而諸如視頻電話、因特網(wǎng)游戲、圖像點(diǎn)播、因特網(wǎng)音頻、遠(yuǎn)程工作合作、電話會(huì)診等新型服務(wù)也日益具有廣泛市場(chǎng)。這些服務(wù)將需要在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上覆蓋新型系列的功能，使軟件開發(fā)的工作變得更加復(fù)雜。
同時(shí)，即使對(duì)于單一應(yīng)用，不同的用戶也會(huì)有不同的需求，例如，需要不同等級(jí)或形式的加密。由于處理多種情況的復(fù)雜性，將會(huì)延誤開發(fā)通訊應(yīng)用軟件的進(jìn)程。


圖1表示的是一個(gè)電話通訊系統(tǒng)10的典型配置。該電話通訊系統(tǒng)10包括由交換控制器14中大型計(jì)算機(jī)程序控制的交換器12。多個(gè)交換器12之間由傳輸實(shí)際通訊信號(hào)的并可能由諸如光纖和同軸電纜等各種物理介質(zhì)組成的主干線16互相連接，交換控制器14也互相連接，但連線一般是信號(hào)線18，不是通訊主干線16。
這樣的系統(tǒng)10還包括實(shí)現(xiàn)諸如電話會(huì)議20、語音郵件22、收費(fèi)服務(wù)24等功能的計(jì)算手段。諸如電話轉(zhuǎn)接等電話通訊功能可以通過在運(yùn)行交換器12的程序中增加代碼或在電話通訊網(wǎng)絡(luò)10中增加專用硬件實(shí)現(xiàn)。特殊用戶所需要的功能定義在由交換器12軟件訪問的數(shù)據(jù)庫中，增加一種新型功能可能需要改變這些數(shù)據(jù)庫以及使用數(shù)據(jù)庫的全部交換器12軟件，還可能需要為網(wǎng)絡(luò)購買和安裝新型的硬件，還需要使用特定的軟件監(jiān)測(cè)用于每一特殊用戶的功能的兼容性。例如，通話等待和占線時(shí)電話轉(zhuǎn)接兩種功能定義了受話方占線這一同一事件的兩種不同行為，因此一個(gè)用戶可能就不能同時(shí)具備這兩種功能。
在傳統(tǒng)的電話通訊系統(tǒng)中，電話26的接入網(wǎng)絡(luò)基本上只包括用戶擁有的終端與電話公司運(yùn)行的交換網(wǎng)絡(luò)之間的“局部環(huán)路”線28，進(jìn)一步的功能都集中在交換器12其中。
一般地說，電話通訊的信號(hào)處理由專門用于各種工作的硬件完成，例如，音頻解碼和電話會(huì)議使用不同的硬件。由于新硬件需要設(shè)計(jì)、檢測(cè)、制造和配置，新功能的引進(jìn)速度就會(huì)因此受到限制。承擔(dān)工作的固定性還造成不同類型的硬件之間不能分擔(dān)負(fù)載，例如不能使用空閑的音頻解碼硬件幫助過載的語音電話會(huì)議硬件。
交換器軟件實(shí)現(xiàn)諸如電話會(huì)議這樣的功能的方法是，通過電話交換器12引導(dǎo)代表用戶聲音的數(shù)據(jù)流往返于專門進(jìn)行使這些語音數(shù)據(jù)流以突出談話者抑制背景噪音的方式形成一體所必需計(jì)算的硬件或軟件20。當(dāng)一個(gè)用戶由電話26的按鍵鍵入適當(dāng)號(hào)碼或通過與操作員聯(lián)系表示了加入電話會(huì)議的要求后，交換器12的操作系統(tǒng)就在會(huì)議硬件20上搜索并為之安排一套未占用的輸入輸出。如果交換器12成功，它就會(huì)在多元總線和同步光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的通道中繼續(xù)搜索并安排往返這些輸入輸出的路徑，分別往返于該與會(huì)者的電話機(jī)26。軟件搜索并安排這些資源的方式完全處于交換器12的制造商編寫的軟件的控制之下，并受交換器12的擁有者控制，第三方無法進(jìn)行改進(jìn)。由于了解用戶接口十分困難，廣大用戶實(shí)際上很少能使用這些電話通訊功能。
因此，改變現(xiàn)有的電訊網(wǎng)絡(luò)10十分復(fù)雜，模式固化，硬件結(jié)構(gòu)難以擴(kuò)展。這又造成了現(xiàn)有的電訊產(chǎn)業(yè)無法提供諸如高質(zhì)量聲音的新型功能，同時(shí)，也使現(xiàn)有的電訊產(chǎn)業(yè)每向市場(chǎng)推出一項(xiàng)新技術(shù)都要花費(fèi)很長時(shí)間。
當(dāng)前電訊系統(tǒng)軟件的復(fù)雜性，加上其軟件各元件之間廣泛的相互聯(lián)系，使得開發(fā)新功能非常困難。同時(shí)，電訊服務(wù)一直由大壟斷部門提供，使用著他們才能獲得的專有設(shè)備。另一項(xiàng)復(fù)雜性是新服務(wù)必須能夠向上兼容，以便管理現(xiàn)有的客戶。
軟件開發(fā)因此被局限于“封閉的”一些得到信任的開發(fā)商，因而也就縮小了可以利用的技能范圍，將許多具有適應(yīng)市場(chǎng)需求新思想的開發(fā)商拒之門外。
傳統(tǒng)的電訊不考慮差異性，集中于提供單一服務(wù)。因此，電訊供應(yīng)商不鼓勵(lì)以價(jià)格優(yōu)惠的方式向用戶提供多種服務(wù)，比如對(duì)圣誕節(jié)的低質(zhì)量語音電話通訊，只是增加連接或降低價(jià)格。同時(shí)，小需求市場(chǎng)又由于開發(fā)和實(shí)現(xiàn)附加產(chǎn)品的花費(fèi)不能獲得足夠利潤而完全得不到供應(yīng)。
用戶可以利用自己的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上運(yùn)行的軟件對(duì)電訊實(shí)行小范圍的控制。例如，目前有一種電話應(yīng)用程序接口(TAPI)可以使得運(yùn)行在通用型計(jì)算機(jī)上的軟件控制一種稱為專用分組交換機(jī)(PBX)的交換器的交換決定。
應(yīng)用編程接口(API)將一系列相對(duì)簡單高層次的函數(shù)轉(zhuǎn)化為執(zhí)行這些函數(shù)所必需的較低層次的指令，簡化操作系統(tǒng)的使用。例如，程序使用Windows API執(zhí)行單一指令，可以打開窗口、文件、信息框，還可以執(zhí)行更加復(fù)雜的任務(wù)。Windows還具有處理電話通訊、傳送信息和其他通訊事務(wù)的多種種類的API。
這些API可以由Java實(shí)現(xiàn)，Java是一種流行的計(jì)算機(jī)語言，在通過因特網(wǎng)加載程序方面具有很強(qiáng)的功能，還能夠強(qiáng)加嚴(yán)格的規(guī)則保證這些程序不含有干擾程序所下載系統(tǒng)操作的軟件病毒。Java還廣泛應(yīng)用于高級(jí)圖形用戶界面(GUI)的編程，比如應(yīng)用在網(wǎng)頁上的某些功能，使得熟悉該領(lǐng)域的人可以容易地寫出一個(gè)控制電話通訊交換器的GUI。有一個(gè)稱為JTAPI的系統(tǒng)就是Java電話API的一個(gè)例子。
TAPI包含大量的專門子程序，允許用戶設(shè)置并拆卸連接某一物理設(shè)備的回路，包括電話機(jī)和諸如語音信箱這些功能的服務(wù)器。它還可以使用戶定義系統(tǒng)對(duì)諸如掛機(jī)等事件的響應(yīng)。
一種稱為Parlay的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)電話API，可以用于控制由大電話公司所擁有的中央辦公室電話交換器。它與使用一個(gè)電話API控制一個(gè)PBX在概念上相似，只是將安全作為首要關(guān)注對(duì)象，因?yàn)楣收蠒?huì)對(duì)許多電話用戶造成不便。
Parlay、TAPI、J-TAPI以及類似系統(tǒng)允許第三方對(duì)于電話交換器怎樣與終端用戶和諸如語音會(huì)議服務(wù)器等專門設(shè)備的相互連接具有一定的控制，但是不允許第三方增加諸如加密或語音編碼等新功能。他們也不能描述對(duì)于因特網(wǎng)流量的管理，因此必須使用特殊系統(tǒng)管理這些功能，比如通過作為安全防火墻的計(jì)算機(jī)安排因特網(wǎng)瀏覽數(shù)據(jù)的路由。
在一個(gè)移動(dòng)電話系統(tǒng)或個(gè)人通訊系統(tǒng)(PCS)中，移動(dòng)電話含有處理無線電和語音信號(hào)并實(shí)現(xiàn)與基站聯(lián)絡(luò)的控制協(xié)議的內(nèi)置計(jì)算機(jī)，基站也具有完成這些目的的內(nèi)置計(jì)算機(jī)，這樣大量的移動(dòng)電話和基站就構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，使得移動(dòng)電話能夠接入公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)或其他接入網(wǎng)絡(luò)。
移動(dòng)電話的接入網(wǎng)絡(luò)相比傳統(tǒng)電話要復(fù)雜的多，它需要執(zhí)行諸如語音的數(shù)據(jù)壓縮等先進(jìn)的信號(hào)處理功能和諸如在通話中支持由一個(gè)基站到另一個(gè)基站的電話通話傳遞等先進(jìn)的通話處理功能。一個(gè)關(guān)鍵的困難是移動(dòng)電話內(nèi)置計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的功能都是預(yù)先固定好的，程序使用只讀存儲(chǔ)器，受到與基站聯(lián)絡(luò)所使用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的能力的限制。例如，降低數(shù)據(jù)流量所使用的語音壓縮算法都是事先已經(jīng)固定，新的算法開發(fā)出來以后也不能輕易改變。
用于電話通訊和用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)是分別開發(fā)的，而建造獨(dú)特物理網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)理念非常軟弱，因此技術(shù)上也是會(huì)聚的。它們顯得會(huì)聚到靠近數(shù)據(jù)而不是靠近電話的模式，部分原因是數(shù)據(jù)模式具有更大的通用性。目前占統(tǒng)治地位的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是因特網(wǎng)。
圖2表示的是一個(gè)因特網(wǎng)通訊系統(tǒng)示例30的配置情況。因特網(wǎng)32本身由多個(gè)路由器34代表，這些路由器通過設(shè)計(jì)為高速傳輸大量數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)36相互連接。用戶計(jì)算機(jī)38可以通過多種方式訪問因特網(wǎng)，包括在一條電話線上利用聲頻調(diào)制和解調(diào)數(shù)據(jù)，這一方式需要一個(gè)調(diào)制解調(diào)器40并連接公共交換電話網(wǎng)絡(luò)42，然后再經(jīng)過一個(gè)入口處44和訪問控制器46連接到因特網(wǎng)32。另一種連接方式是使用在高頻上調(diào)制和解調(diào)數(shù)據(jù)的置頂盒50，經(jīng)過現(xiàn)有的電話或電視電纜網(wǎng)絡(luò)52，通過控制器54直接與因特網(wǎng)相連。一般情況下，這些高頻信號(hào)是在經(jīng)過這些電話或電視電纜網(wǎng)絡(luò)52的現(xiàn)有服務(wù)使用的頻率范圍以外傳輸?shù)摹?br> 在這些系統(tǒng)中，接入網(wǎng)絡(luò)的部分通常是一臺(tái)位于骨干網(wǎng)絡(luò)36邊緣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)38，執(zhí)行諸如用戶認(rèn)證和控制加到骨干網(wǎng)絡(luò)36上負(fù)載的功能。通過定義通訊協(xié)議，使用戶計(jì)算機(jī)36和網(wǎng)絡(luò)36其他部分之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)化。
因特網(wǎng)上的通訊可以按照各種形式的協(xié)議，通過各種形式的物理傳輸媒介。協(xié)議就是約束數(shù)據(jù)在硬件設(shè)備之間傳輸?shù)囊幌盗袇f(xié)定和規(guī)定。最簡單的協(xié)議只定義一個(gè)硬件配置，而比較復(fù)雜的協(xié)議則要定義時(shí)間選擇、數(shù)據(jù)格式、錯(cuò)誤檢測(cè)和糾錯(cuò)技術(shù)、軟件結(jié)構(gòu)。
因特網(wǎng)是一個(gè)無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，其中一個(gè)通訊可能會(huì)被分割成通過相同來源和目的地之間不同路徑上傳輸?shù)亩鄠€(gè)數(shù)據(jù)包。傳統(tǒng)的電話通訊則相反，它只建立一條所有通訊數(shù)據(jù)都由此傳輸?shù)穆窂健?br> 描述在諸如UNIX和Windows這樣的操作系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序之間的連接時(shí)，人們廣泛采用了套接字機(jī)制。它們可以用來設(shè)置在不同計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序之間的連接，比如經(jīng)過諸如以太網(wǎng)或因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)在不同計(jì)算機(jī)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。例如在Java中，表達(dá)式“new Socket(＂www.wireless-sys.com＂，8888)”返回一個(gè)對(duì)象，代表與因特網(wǎng)上名為“WWW.Wireless-sys.com”的計(jì)算機(jī)“端口8888”的連接。這一對(duì)象還可以使用其他的Java方法向這一計(jì)算機(jī)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。協(xié)定中“端口號(hào)”用于定義所期望的數(shù)據(jù)類型。
使用套接字與另一個(gè)計(jì)算機(jī)上的過程通訊時(shí)，程序員設(shè)置了通訊的一方，但還必須依賴另一計(jì)算機(jī)的管理員設(shè)置另一方。協(xié)定中的端口號(hào)用于描述所期望的程序功能。
套接字通常使用網(wǎng)際協(xié)議(IP)，它還可以進(jìn)一步設(shè)置為使用對(duì)送出的數(shù)據(jù)包不檢查是否被收到的不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)，或者使用反復(fù)嘗試直到收到收條確定的傳輸控制協(xié)議(TCP)。電話通訊應(yīng)用通常使用UDP，因?yàn)椴荒馨磿r(shí)到達(dá)的數(shù)據(jù)就沒有價(jià)值，而文件傳輸程序一般使用TCP，以確保準(zhǔn)確發(fā)送。用戶一般需要在這兩種機(jī)制之間加以選擇，明確是在數(shù)據(jù)包發(fā)送過程中處理錯(cuò)誤情況還是從頭開始寫一個(gè)新的機(jī)制。因?yàn)閷?duì)于電話通訊，在處理IP流時(shí)增加加密或信號(hào)處理功能是困難的。
像IP這樣協(xié)議的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于，它使得一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)可以有效地運(yùn)行，并且為應(yīng)用軟件使用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法。缺點(diǎn)是它不允許對(duì)數(shù)據(jù)流執(zhí)行特別處理，并且沒有準(zhǔn)確地指明對(duì)于服務(wù)質(zhì)量的要求。
資源保留協(xié)議(RSVP)是IP的擴(kuò)展，通過使用諸如數(shù)據(jù)速率和等待時(shí)間這些參數(shù)，允許在技術(shù)層面上確定服務(wù)質(zhì)量。由于在骨干網(wǎng)絡(luò)上增加了復(fù)雜性并且需要更新它們的交換器硬件，它在被接受上受到限制，而且它不能包括確定與服務(wù)質(zhì)量要求有關(guān)的費(fèi)用的機(jī)制。
異步傳輸模式(簡稱ATM)網(wǎng)絡(luò)使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定位數(shù)據(jù)包(同IP一樣)，設(shè)置連接(同TCP一樣)，指定服務(wù)質(zhì)量QoS(同RSVP一樣)。由于ATM設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度很高，ATM網(wǎng)絡(luò)大量地配置在骨干網(wǎng)絡(luò)的核心，但是最終用戶不能直接看到它的能力(由于IP作為應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)治地位和ATM設(shè)備的高價(jià)格)。由于ATM路由器不能被直接訪問，也由于它們描述服務(wù)質(zhì)量機(jī)制的復(fù)雜性，應(yīng)用軟件還沒有使用這些機(jī)制。同時(shí)，像RSVP這些服務(wù)質(zhì)量機(jī)制，不包含描述與服務(wù)質(zhì)量要求有關(guān)的費(fèi)用的方法。
除了以上提到的IP和ATM網(wǎng)絡(luò)，還有一些其他的網(wǎng)絡(luò)，如幀中繼網(wǎng)和以太網(wǎng)。另外，PSTN也可以用來傳輸數(shù)據(jù)，例如使用向一個(gè)模擬信號(hào)映射數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的格架編碼。各大類型的網(wǎng)絡(luò)都有一些差異，實(shí)現(xiàn)這些網(wǎng)絡(luò)在工程學(xué)上的差異也造成了性能上的差異。由這些變化引起的復(fù)雜性會(huì)造成用戶和應(yīng)用軟件很難開拓所有可以利用的網(wǎng)絡(luò)，也很難充分利用網(wǎng)絡(luò)。
本領(lǐng)域里人們熟知的接入網(wǎng)絡(luò)都有著嚴(yán)重的局限性，因?yàn)檫@些網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)時(shí)曾經(jīng)過于狹窄地定義了電訊應(yīng)用的限制，諸如僅僅是電話或文件傳輸?shù)?。因此，我們需要一?xiàng)使接入網(wǎng)絡(luò)獲得多種電訊服務(wù)所必需的復(fù)雜功能的發(fā)明。
因此也需要一種靈活有效地提供電訊服務(wù)的方法和系統(tǒng)，并能夠改進(jìn)前面所描述的問題。提供該設(shè)計(jì)必須要考慮易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)意識(shí)到現(xiàn)有設(shè)施極其難以改變的特性。
發(fā)明簡述本發(fā)明的目的因此就是為電訊網(wǎng)絡(luò)提供一種操作系統(tǒng)和設(shè)備，改進(jìn)上述提到的問題。
本發(fā)明在一個(gè)方面可以廣泛地定義為是一種在電訊網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)通訊的方法，它所包含的步驟為將通訊設(shè)置為數(shù)據(jù)流；通過實(shí)時(shí)地確定和執(zhí)行操作系統(tǒng)軟件功能，在電訊網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)流；這里操作系統(tǒng)軟件功能是分布在電訊網(wǎng)絡(luò)上的。
本發(fā)明在另一方面可以定義為是一個(gè)電訊系統(tǒng)，它包含一個(gè)呼叫方、一個(gè)被呼叫方、一個(gè)與呼叫方和被呼叫方互相連接的具有混合協(xié)議的電訊網(wǎng)絡(luò)，呼叫方的可操作性為將通訊設(shè)置為數(shù)據(jù)流；電訊網(wǎng)絡(luò)的可操作性為通過實(shí)時(shí)地確定和執(zhí)行操作系統(tǒng)軟件功能，向被呼叫方傳輸數(shù)據(jù)流；這里操作系統(tǒng)軟件功能是分布在電訊網(wǎng)絡(luò)上的。
本發(fā)明的另一方面包括一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器介質(zhì)，存儲(chǔ)可以執(zhí)行的計(jì)算機(jī)軟件代碼，行使的步驟為將通訊設(shè)置為數(shù)據(jù)流；通過實(shí)時(shí)地確定和執(zhí)行操作系統(tǒng)軟件功能，在電訊網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)流；這里操作系統(tǒng)軟件功能是分布在電訊網(wǎng)絡(luò)上的。
本發(fā)明的另一方面包括內(nèi)置在一個(gè)載波中的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)，這個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)包含一系列機(jī)器可執(zhí)行的編碼，可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行行使的步驟為將通訊設(shè)置為數(shù)據(jù)流；通過實(shí)時(shí)地確定和執(zhí)行操作系統(tǒng)軟件功能，在電訊網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)流；這里操作系統(tǒng)軟件功能是分布在電訊網(wǎng)絡(luò)上的。
本發(fā)明的另一個(gè)深一層的方面包括一個(gè)移動(dòng)電話，其中包括中央處理器元件；與中央處理器元件相連接的無線通訊輸入和輸出元件；與中央處理器元件相連接的存儲(chǔ)通過無線通訊輸入輸出元件下載的軟件代碼的存儲(chǔ)器元件，該軟件代碼可以在中央處理器上執(zhí)行；可以在中央處理器上執(zhí)行的實(shí)時(shí)分布式的操作系統(tǒng)核心軟件代碼；與中央處理器相互連接的用戶界面元件。
本發(fā)明提供了一個(gè)具有實(shí)時(shí)特性的分布式操作系統(tǒng)，并通過一個(gè)適合于開發(fā)多種服務(wù)的API提供先進(jìn)的安全、會(huì)計(jì)、管理功能。它所提供的軟件可以運(yùn)行在專門用于連接諸如電話和個(gè)人計(jì)算機(jī)等家庭和辦公室使用設(shè)備的硬件上，也可以運(yùn)行在連接骨干網(wǎng)絡(luò)的硬件上。它還提供了在這些類型硬件之間進(jìn)行通訊的物理方法，并因此構(gòu)造了接入網(wǎng)絡(luò)。
廣義發(fā)明的簡要描述圖3的流程圖表示了一個(gè)在電訊網(wǎng)絡(luò)上根據(jù)以上概述的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通訊的方法。使用這一方法，通訊在步驟56設(shè)置為數(shù)據(jù)流，可以根據(jù)TCP/IP作為一系列數(shù)據(jù)包傳輸。在步驟58，通過實(shí)時(shí)地確定和執(zhí)行操作系統(tǒng)軟件功能，在電訊網(wǎng)絡(luò)上傳輸這一數(shù)據(jù)流，這里操作系統(tǒng)軟件功能是分布在電訊網(wǎng)絡(luò)上的。
圖4是這一系統(tǒng)的物理表示。全圖表示一個(gè)使呼叫方62與被呼叫方64在一個(gè)混合協(xié)議的電訊網(wǎng)絡(luò)66上通訊的電訊系統(tǒng)60，電訊網(wǎng)絡(luò)66與通訊雙方物理地相互連接。作為一個(gè)例子，顯示中的呼叫方62包括一臺(tái)具有聲頻接口的通用型計(jì)算機(jī)68，聲頻接口可以是一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電話機(jī)70，通過電話線與計(jì)算機(jī)68相連。電話通訊所需要的信號(hào)處理功能由一臺(tái)接入電話線的專門計(jì)算機(jī)進(jìn)行，而控制功能由計(jì)算機(jī)68本身完成。這樣做就可以進(jìn)行復(fù)雜的接入控制，因?yàn)橛?jì)算機(jī)68可以視為接入網(wǎng)絡(luò)的一部分。
在本圖中，被呼叫方64被表示為一臺(tái)電話機(jī)，當(dāng)然它也可以是任何其他電話通訊設(shè)備，如一臺(tái)傳真機(jī)或調(diào)制解調(diào)器。對(duì)本領(lǐng)域熟悉的人員應(yīng)該清楚其他適宜的設(shè)備和安排。
實(shí)現(xiàn)發(fā)明要求呼叫方62具有將通訊設(shè)置為數(shù)據(jù)流或數(shù)據(jù)包的功能，通過實(shí)時(shí)地確定和執(zhí)行操作系統(tǒng)軟件功能，電訊網(wǎng)絡(luò)66可以在網(wǎng)絡(luò)66上傳輸數(shù)據(jù)流；這里操作系統(tǒng)軟件功能是分布在電訊網(wǎng)絡(luò)66上的。
操作系統(tǒng)一般是一系列使硬件與用戶或應(yīng)用程序、定時(shí)任務(wù)、存儲(chǔ)分配、硬件的界面控制接口的軟件。操作系統(tǒng)所具有的性能及其一般的設(shè)計(jì)宗旨會(huì)對(duì)圍繞它所駐存的機(jī)器產(chǎn)生的編程風(fēng)格和技術(shù)文化施加極其強(qiáng)烈的影響。
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一種某些功能需要在一定時(shí)間限制內(nèi)執(zhí)行的操作系統(tǒng)，以便仍使用戶保持機(jī)器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的感覺。例如在語音通訊中，用戶一般不能接受大于200毫秒的稱為等待時(shí)間的完全單向的時(shí)間延遲。因此，所有影響語音信號(hào)的功能的運(yùn)行時(shí)間必須小于200毫秒。
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)一般要把軟件代碼分成多個(gè)稱為線程的可以執(zhí)行單元，并安排它們?cè)诟髯韵鄳?yīng)的時(shí)間限制中執(zhí)行。線程根據(jù)優(yōu)先性執(zhí)行，例如，一個(gè)處理實(shí)際聲音傳輸?shù)木€程通常比處理數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€程具有較高的優(yōu)先權(quán)。
這些技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域特別是在內(nèi)置系統(tǒng)領(lǐng)域里是為人所熟知的，但由于多種原因還沒有被應(yīng)用在電話通訊網(wǎng)絡(luò)中。
首先，盡管人們認(rèn)為PSTN不適合開放系統(tǒng)，占統(tǒng)治地位的電訊供應(yīng)商們卻一直很難擺脫它們龐大的PSTN設(shè)施。因?yàn)橥饨缬脩舨荒苓M(jìn)入和修改PSTN，就要受到PSTN系統(tǒng)所提供的功能的限制。但是，由于現(xiàn)有的PSTN實(shí)際上是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，發(fā)明不對(duì)PSTN本身進(jìn)行改變，卻送給它一個(gè)壓縮為PSTN包并能在PSTN網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流。進(jìn)入PSTN通過代理服務(wù)器控制，由網(wǎng)關(guān)授權(quán)。
現(xiàn)有的電訊供應(yīng)商們還在尋求繼續(xù)使用它們的智能網(wǎng)(IN)和高級(jí)智能網(wǎng)(AIN)服務(wù)，因?yàn)樗鼈儗?duì)提供這些服務(wù)的硬件和軟件進(jìn)行了大量投資。由于開發(fā)新的軟件提供相同服務(wù)要大大容易得多，發(fā)明并不一定強(qiáng)調(diào)與這些系統(tǒng)的一體性，然而，發(fā)明的操作系統(tǒng)最好包含SS7堆棧，使用戶處理程序可以控制它并與之相互作用。
其次，在混合協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)而不發(fā)生質(zhì)量問題。人們認(rèn)為這一點(diǎn)是使PSTN與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一體化的障礙。這些質(zhì)量問題及其解決方法將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例加以更加詳細(xì)的描述。
分布式操作系統(tǒng)是與多臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)合作的計(jì)算機(jī)程序，任務(wù)可以在任意一臺(tái)機(jī)器上互相交換運(yùn)行，在應(yīng)用程序和最終用戶看來，整個(gè)計(jì)算機(jī)組就像是一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)。不管是位于終端設(shè)備的最終用戶，還是直接使用運(yùn)行分布式操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，都能夠利用系統(tǒng)的全部資源。
在使用不同協(xié)議的多種網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式操作系統(tǒng)，需要網(wǎng)關(guān)與各個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。這些網(wǎng)關(guān)應(yīng)該能夠識(shí)別和補(bǔ)償相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的需要。
在發(fā)明中，網(wǎng)絡(luò)既是實(shí)時(shí)的也是分布式的。因此在可執(zhí)行的線程是分布式的時(shí)候，其中必須包括時(shí)間限制。
在前面論述到的多個(gè)方面，根據(jù)發(fā)明在一個(gè)混合協(xié)議的電訊網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用實(shí)時(shí)分布式操作系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)時(shí)功能允許聲頻、視頻、語音信號(hào)以用戶感到舒適的速度傳輸，許多現(xiàn)有的電訊系統(tǒng)，特別是那些使用因特網(wǎng)作為通訊媒介的系統(tǒng)，都存在著嚴(yán)重的質(zhì)量問題，包括噪音和丟失數(shù)據(jù)包。發(fā)明為保證在這樣的網(wǎng)絡(luò)上的傳輸服務(wù)質(zhì)量提供了一種方法，這一點(diǎn)將在下文做更加詳細(xì)的描述。
發(fā)明的分布特性具有許多操作上的優(yōu)點(diǎn)，包括1.提高了可靠性。由于分布功能比起核心更容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，使用這種方法，如果軟件發(fā)生問題，核心不會(huì)中止操作，系統(tǒng)還可能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.靈活性。不需要重新啟動(dòng)，設(shè)備就可以更新功能或者安裝新的部件。
3.在軟件層面提供冗余度，而不是像過去使用的PSTN那樣在硬件層面提供。這一在硬件上的削減可以使資產(chǎn)、運(yùn)行以及維護(hù)費(fèi)用、場(chǎng)地服務(wù)、維護(hù)人員都降低50％，這里還都沒有包含有效性和可靠性。實(shí)際上，通過增加一層軟件冗余度，可以很容易地將可靠性提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
4.系統(tǒng)的升級(jí)能力還能在增加設(shè)備、增加新網(wǎng)絡(luò)時(shí)增加新網(wǎng)關(guān)。隨著替代PSTN、因特網(wǎng)、ATM等類似網(wǎng)絡(luò)的新型網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可以增加新的網(wǎng)關(guān)，淘汰現(xiàn)有設(shè)備。
5.由于一個(gè)節(jié)點(diǎn)或一條線路發(fā)生故障時(shí)，通訊還可以重新選擇線路，這一系統(tǒng)沒有單點(diǎn)故障。
同時(shí)，由于傳輸諸如通過PSTN或PBX的語音電話，或者傳輸通過因特網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN)或其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)的多種服務(wù)只需要一個(gè)單一的物理網(wǎng)絡(luò)，使得發(fā)明的系統(tǒng)的物理安裝大為簡化。這一點(diǎn)削減了安裝材料和人力，也削減了對(duì)必需線路和路由硬件的維護(hù)。例如，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的商務(wù)辦公室過去可能需要分別的PBX和LAN網(wǎng)絡(luò)，但是發(fā)明可以在單一的物理網(wǎng)絡(luò)上提供這兩種服務(wù)。
該系統(tǒng)最好在安裝了允許諸如電話會(huì)議或IP過濾等信號(hào)處理功能的情況下“活動(dòng)”，它應(yīng)該盡可能廣泛地使用多用途硬件增加使用范圍的有效性，達(dá)到一種硬件用于多種目的。
在定義諸如帶寬和等待時(shí)間這些服務(wù)質(zhì)量參數(shù)方面，該系統(tǒng)應(yīng)該包含非常普遍的機(jī)制以及為此達(dá)成協(xié)議的方法。
因?yàn)榻尤刖W(wǎng)絡(luò)一般是連接不同的兩方管理的域(比如一個(gè)最終用戶和一個(gè)服務(wù)提供商)，它應(yīng)該為運(yùn)行雙方提供一個(gè)可信賴的運(yùn)行機(jī)制，這可以包括諸如響應(yīng)各方需要和關(guān)注的軟件代理服務(wù)器和具有已知特性的過濾器庫等等。
該網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)該理想地允許新的一方增加功能，比如根據(jù)最終用戶的興趣和要求管理技術(shù)上困難的系統(tǒng)。
圖5A和5B表示根據(jù)發(fā)明在一個(gè)電訊系統(tǒng)上通訊的優(yōu)選方法的流程圖。
該方法起始于圖5A的步驟72，將通訊設(shè)置為一系列網(wǎng)際協(xié)議數(shù)據(jù)包，各自包含一個(gè)用于同步的時(shí)間標(biāo)志。后文將會(huì)更加詳細(xì)的描述，網(wǎng)際協(xié)議數(shù)據(jù)包將被壓縮進(jìn)在采用其他協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上傳輸所必需的其他協(xié)議。實(shí)際上，幾乎任何傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議都可以選擇為基本協(xié)議。
每一個(gè)數(shù)據(jù)包都被預(yù)制和選擇了一個(gè)時(shí)間標(biāo)志，并將用于與數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地的時(shí)間控制同步。同步很重要，特別是使用諸如IP這樣的無連接協(xié)議的時(shí)候。由于每一個(gè)數(shù)據(jù)包獨(dú)立行進(jìn)，可能會(huì)沒有按照同樣的順序到達(dá)目的地，并且?guī)缀蹩隙ú皇且栽械南嗤g隔。被呼叫方因此使用時(shí)間標(biāo)志來保證數(shù)據(jù)包的正確順序和間隔。
標(biāo)志時(shí)間可以有許多方法，一般分為本地和系統(tǒng)兩類時(shí)鐘控制。例如，本地時(shí)鐘控制包括參照全球定位系統(tǒng)(GPS)數(shù)據(jù)、國家時(shí)鐘廣播、以及世界各地一般都可以利用的因特網(wǎng)時(shí)鐘服務(wù)。
系統(tǒng)時(shí)鐘則包括在ATM和T1服務(wù)的同步中所使用的時(shí)鐘。例如，一般用于ATM網(wǎng)絡(luò)的是一種8kHz同步廣播能力，它在各地都可以使用，并且本來是用于ATM同步固定比特率傳輸(CBR)的。某些網(wǎng)絡(luò)也可以使用192kHz的ATM時(shí)鐘。
如果輸入數(shù)據(jù)是音頻、視頻或語音，這一數(shù)據(jù)就可以數(shù)字化并按照生成數(shù)據(jù)包領(lǐng)域中熟知的方法連續(xù)地從來源信號(hào)流入。
或者，根據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)包的順序號(hào)排序，而不使用時(shí)間標(biāo)志。然而，因?yàn)闆]有考慮它們本身的用時(shí)差別，這樣做會(huì)造成性能低下。
在步驟74，網(wǎng)際協(xié)議(簡稱IP)數(shù)據(jù)包將被壓縮到與系統(tǒng)下一個(gè)電訊網(wǎng)絡(luò)兼容的協(xié)議中，這一過程最好是通過網(wǎng)關(guān)。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，網(wǎng)關(guān)是鏈接兩個(gè)不同類型網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件的結(jié)合，作用就像一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的門戶。例如，在不同電子郵件系統(tǒng)之間的網(wǎng)關(guān)使得不同電子郵件系統(tǒng)的用戶能夠交換信息。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所有通訊都將使用IP，通過使用其它協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)再根據(jù)需要壓縮。不同網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)因此將為到達(dá)的數(shù)據(jù)包開包，并根據(jù)通過下一網(wǎng)絡(luò)的需要改換壓縮。
在步驟76，通過實(shí)時(shí)地確定和執(zhí)行操作系統(tǒng)軟件功能，壓縮后的數(shù)據(jù)包在實(shí)時(shí)、容錯(cuò)、分布式的電訊網(wǎng)絡(luò)上傳輸。
前面已經(jīng)一般性地描述了怎樣實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)時(shí)、分布式的操作系統(tǒng)，然而，操作系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)還需要比其他網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的可靠性，特別要比過去的因特網(wǎng)更加可靠。公眾對(duì)于一個(gè)電訊系統(tǒng)的可靠性有很高的期望，但是因特網(wǎng)系統(tǒng)存在著大量容易發(fā)生故障的元件。系統(tǒng)因此必須能夠容錯(cuò)，以便系統(tǒng)上個(gè)別節(jié)點(diǎn)或鏈接上的故障不會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的故障。
無論是用于電話通訊、數(shù)據(jù)、還是新的應(yīng)用，都需要在構(gòu)成連接的個(gè)別節(jié)點(diǎn)和鏈接發(fā)生故障時(shí)仍能保持連接不中斷。要自動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以使系統(tǒng)具有故障時(shí)重新選擇路由鏈接的能力，正如現(xiàn)在電話通訊和因特網(wǎng)的連接那樣；或者使用各種已經(jīng)建立連接的代理服務(wù)器在發(fā)生故障時(shí)重新建立連接。如果代理服務(wù)器本身的節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，它們應(yīng)該可以在功能節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)復(fù)原。在數(shù)據(jù)庫技術(shù)領(lǐng)域里熟知的技術(shù)可以保證這些代理服務(wù)器能夠通過各種方法充分恢復(fù)它們的狀態(tài)，保證繼續(xù)工作，例如，方法之一是在程序員規(guī)定的檢查點(diǎn)恢復(fù)附加節(jié)點(diǎn)的程序狀態(tài)。
在步驟78，數(shù)據(jù)包在目的地被接收并被解碼。當(dāng)然，這一步驟還要包括去除多余的數(shù)據(jù)頭部或壓縮協(xié)議數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)包中獲得信號(hào)數(shù)據(jù)。然后這一數(shù)據(jù)必須按照時(shí)間標(biāo)志與其他的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行同步和排列。如前所述，時(shí)間標(biāo)志和同步化都可以用許多方法完成。
在步驟80，決定數(shù)據(jù)包是否已經(jīng)到達(dá)目的地。如果沒有，控制返回重復(fù)步驟76和78，直到數(shù)據(jù)包通過一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
在步驟82，網(wǎng)絡(luò)中的元件實(shí)時(shí)地更新它們各自的對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)和路徑的負(fù)載計(jì)劃表，這樣每一個(gè)元件都具有管理系統(tǒng)的負(fù)載平衡和容錯(cuò)所必需的數(shù)據(jù)，這部分將在后文圖5B的步驟84至步驟98講解。圖中這一更新是連續(xù)的有限幾步，但在要求上應(yīng)該是定期更新，甚至實(shí)時(shí)更新。
分布式操作系統(tǒng)的一個(gè)頗有價(jià)值的功能是負(fù)載平衡。系統(tǒng)為負(fù)載不重的處理器分派新的任務(wù)，并隨著負(fù)載隨時(shí)間的改變移動(dòng)任務(wù)(動(dòng)態(tài)的負(fù)載平衡)。在一般用途的計(jì)算中，在平衡計(jì)算負(fù)載時(shí)還要考慮文件的物理位置，以便網(wǎng)絡(luò)流量不會(huì)成為瓶頸。對(duì)于一個(gè)電訊系統(tǒng)，也需要這些優(yōu)化，并且最好要將優(yōu)化擴(kuò)展到平衡使用關(guān)鍵的數(shù)據(jù)傳輸鏈接。對(duì)一個(gè)使用無線電鏈接并且用戶前置設(shè)備可以有兩個(gè)或多個(gè)顯示的電訊接入網(wǎng)絡(luò)，如何選擇這兩個(gè)或幾個(gè)無線電鏈接也應(yīng)該作為負(fù)載平衡的一部分進(jìn)行優(yōu)化。負(fù)載平衡可以采用在運(yùn)行研究領(lǐng)域里熟知的優(yōu)選方法。
在計(jì)算和電訊系統(tǒng)上平衡負(fù)載需要估算各自應(yīng)用的負(fù)載。在通用計(jì)算環(huán)境中，通常統(tǒng)計(jì)應(yīng)用的近期行為估算這些負(fù)載，但是在電訊環(huán)境中，常?？梢愿鶕?jù)推算估計(jì)計(jì)算和傳輸負(fù)載。例如在電話通信中，語音編碼中的信號(hào)處理操作以及由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)速率都是精確已知的。我們必須在可利用的情況下使用這些信息，改進(jìn)負(fù)載平衡的質(zhì)量，以便保證不發(fā)生超載。由于這個(gè)原因，就需要使用分布式的操作系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)，使每一個(gè)過濾器都根據(jù)它們的計(jì)算負(fù)載和數(shù)據(jù)帶寬的需要設(shè)置性能。
在同時(shí)提交的另一份專利申請(qǐng)中，描述了在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中我們?cè)噲D采用的與網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)調(diào)的方法，該申請(qǐng)根據(jù)2001年12月26日 申請(qǐng)日期1999年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月25日
發(fā)明者威廉·馬丁·斯奈爾格魯夫, 邁克爾·斯塔姆, 莫里希爾·德西蒙尼 申請(qǐng)人:索馬網(wǎng)絡(luò)公司