网关 【技术领域】
本发明涉及用于连接现有的公共电话交换网络(PSTN)和网际协议(IP)网络的网关，具体涉及一种与不同类型网络兼容、并且在防备软件故障方面具有高可靠性的网关。
背景技术
常规网关由三部分硬件组成：在同步传送模式(STM)线路侧的线路处理单元，在IP网络侧的IP处理单元，和用于控制它们的控制单元。IP处理单元是用于从STM线路提取脉冲码调制(PCM)信号数据、执行用于形成IP分组的处理、和把分组传送到IP网络并执行其反向处理的硬件。
用于形成IP分组的处理需要适于媒体类型的特定硬件处理电路，即一个依据话音、图像、数据和其它所要处理的通信信息而不同的电路，例如一个终接话音、数据等、执行用于话音业务的编码和解码(CODEC)处理、和执行用于数据业务的调制和解调(MODEM)处理的电路。
此外，有用于IP网络的不同类型的接口，例如以太网接口和异步传输模式(ATM)接口。与这些类型的每一种兼容的硬件接口电路是必需的。即，需要与不同媒体类型和IP网络类型兼容的大量不同硬件电路。当有n个类型的媒体和N个类型的IP网络时，需要n×N个类型的硬件接口电路。
此外，当在网关上执行维护时，网关通过IP网络与一个维护管理器系统连接。维护管理器系统是一个通用系统。因此，当网关中的介质访问控制(MAC)地址被网关中的现用/备用侧之间地切换改变时，一旦网络连接被断开，就必须重新建立连接。该重新连接所需的时间依据路由器和其它网络硬件中路由选择表的更新周期而显著不同，因此不利于高效的维护。
此外，在过去，发生软件故障时，网关不能自主地在现用/备用侧之间切换，重新初始化故障位置，和重新安装硬件。因此，当发生软件故障时，维护操作者必须介入，以在现用/备用侧之间切换(在双重配置的情况下)，或者重新安装硬件(在单个配置的情况下)。这使得维护操作者的工作非常麻烦。此外，在双重配置的情况下，在网络操作者结束它的工作之前的间隔中，由于仅由备用侧操作，使得可靠性降低，而在单个配置的情况下，业务暂停的时间变长。
此外，在一个具有文件系统的装置中，存在的一个问题是，当从外部(包括双重配置中的另一侧)访问该装置和/或系统时，有时会由于文件存取期间的重新初始化(复位)等而使文件被破坏。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种网关，用于在一个现有PSTN传送的PCM信号和一个IP网络传送的IP分组之间进行转换，从而使得该现有PSTN和IP网络能够互连，通过灵活的硬件配置使得其接口很容易与各种类型的媒体和网络匹配。
本发明的另一个目的是提供一种高可靠性的双重配置网关，其中当在现用/备用侧之间切换时一旦断开了维护管理器系统，可以缩短重新连接所需的时间。
本发明的再一个目的是提供一种网关，其无需维护操作者的介入，自主地在现用/备用侧之间切换，重新初始化一个故障位置，和重新安装硬件，实现了维护操作者的工作减轻和单个配置状态中操作时间的减少，从而改善了可靠性，在访问具有文件系统的装置时，防止在故障恢复和装置和/或系统重新启动时由硬件复位造成的文件破坏，从而实现了可维护性的改善。
为了实现上述目的，根据本发明，(1)提供一种用于连接一个PSTN和一个IP网络的网关，包括：用于PSTN的接口单元；用于IP网络的接口单元；处理单元，用于PSTN和IP网络之间的媒体转换；控制单元，用于控制上述各单元，所有单元都分隔在不同硬件块中，其中接口单元或处理单元的硬件块可以被单独地切换到与所要连接的PSTN或IP网络的类型或所要提供的媒体业务兼容的块。
(2)优选地，该网关配备有包括该控制单元的双重硬件块，把相同的介质访问控制(MAC)地址给予这些双重硬件块，并且可以从一个维护系统利用该相同MAC地址来访问任何一个双重硬件块。
(3)另选地，该网关配备有：该控制单元的双重硬件块；监视定时器电路，用于监视在控制单元的每个双重硬件块中提供的控制单元的软件处理操作；通知装置，用于当故障侧的软件处理单元仍然可以运行时，由软件处理单元把故障的发生通知给备用侧，当软件处理单元不再能运行时，由监视定时器电路把故障的发生通知给备用侧；用于在从现用侧接收到发生故障通知的备用侧的控制单元中、实现自主地切换现用/备用侧、重新初始化故障侧、和重新安装双重配置的装置。
(4)另选地，该网关配备有：监视定时器电路，用于监视在控制单元的单个配置硬件块中提供的软件处理操作；检测装置，用于当一个软件处理单元在发生故障时仍然可以运行时，由软件处理单元检测故障，当软件处理单元不再能运行时，由监视定时器电路检测故障，把故障的发生通知给一个主机装置，并在主机装置的控制下或由该装置中提供的一个复位电路来重新初始化和重新安装故障位置。
(5)另选地，该网关配备有：文件系统；文件访问指示寄存器，用于当第一功能块已经打开一个文件时，向一个访问第一功能块的第二功能块指示该文件是打开的；限制装置，用于当所述文件访问指示寄存器指示该文件是打开的时，限制对已经打开该文件的第一功能块的访问。
【附图说明】
从参考附图给出的优选实施例的以下说明，可以对本发明的上述目的和特征有更清楚的理解，其中：
图1是本发明的网关的配置图；
图2是处理单元20和IP接口单元30的连接图；
图3是PSTN接口单元和处理单元的连接图；
图4A，4B和4C是用于使MAC地址在双重配置中表现为相同地址的技术的图；
图5是当软件可以在双重配置系统中运行时的故障恢复手段的图；
图6是用于防止文件破坏的手段的图；
图7是当软件不能在双重配置系统中运行时的故障恢复手段的图；
图8是当软件可以在具有主机装置的单个配置装置中运行时的故障恢复手段的图；
图9是当软件不能在具有主机装置的单个配置装置中运行时的故障恢复手段的图；
图10A和10B是在一个独立的单个配置系统中的故障恢复手段的图。
【具体实施方式】
下面参考附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
图1显示本发明的网关的配置。本发明的网关把硬件划分为功能块：多个PSTN接口单元10，每个PSTN接口单元具有用于PSTN的接口功能；多个处理单元20，每个处理单元具有在PCM信号和IP分组之间的转换功能；多个IP接口单元30，每个IP接口单元具有用于IP网络的接口功能；和双重控制单元40，用于控制整个装置。
每个PSTN接口单元10具有第二层(数据链路层)接口功能。通过切换到与现有PSTN接口兼容的单元，可以实现与同步数字体系(SDH)、T1/E1、和其它传输格式的现有PSTN接口的各种类型的兼容。
每个处理单元20具有第三层(网络层)或高于第三层的其它层的其它处理功能。通过切换到具有用于通信业务类型的类型的单元，有可能提供VoIP话音业务或网络接入服务器/远程接入服务器(NAS/RAS)或其它接入业务。
每个IP接口单元30具有第二层(数据链路层)接口功能。通过切换到与IP网络接口兼容的单元，有可能实现与以太网、ATM网络等的接口的兼容。
双重控制单元40通过软件控制该网关中PSTN接口单元10、处理单元20和IP接口单元30的硬件卡，并执行对应于各种接口和业务的控制。
有关该网关中各种硬件卡的安装的安装信息被存储在控制单元40的配置数据部分中。每个控制单元40的软件通过参考该安装信息来执行对应于各种类型接口和业务的控制。
图2显示处理单元20和IP接口单元30的连接。在该配置中，多个处理单元20连接到一个IP接口单元30。IP接口单元30使用从IP网络接收的分组的UDP/TCP协议的端口号作为关键字，把分组分配到处理单元20。
对于该用于IP网络的接口，UDP/TCP协议的端口号以线路为单位被分配给任何线路，端口号和处理单元20的卡号之间的对应关系由在IP接口单元30中提供的表31管理，并且接口单元30把来自IP网络的数据分组传送到服务于端口号所设置线路的处理单元20。
管理表31由控制单元40设置，并指派与由处理单元20服务的线路数量和IP接口单元30的容量确切匹配的端口。如果这时在管理表31中没有找到所接收分组的UDP/TCP端口号，则视其为一个误寻址分组，并在IP接口单元30将该分组丢弃或进行其它处理。而且，用于抑制管理表31中重写的控制由软件处理来执行。
图3显示PSTN接口单元10和处理单元20的连接。在该配置中，多个处理单元20以与IP接口单元30相同的方式连接到每个PSTN接口单元10。为此，在每个PSTN接口单元10中提供一个切换装置11。该切换装置11依据处理单元20类型(服务的线路数目)以时隙为单位来切换PCM信号。
切换单元11的切换操作可以由图1的控制单元40自由设置。控制单元40指派与PSTN接口单元10的线路类型和由处理单元20服务的线路数目确切匹配的时隙。
而且，每个处理单元20从图1的双向PSTN接口单元10取出PCM数据，并在控制单元40的控制下选择所取出的数据。通过PSTN接口单元10中的切换单元11的控制和处理单元20中的数据取出控制的组合，PSTN接口单元10可以同时用于双重配置和分散配置(decentralized configuration)。
在一个用于在现有PSTN和IP网络之间连接的媒体转换的网关中，通过把硬件划分为现有PSTN接口单元、具有第三层和更高通信处理功能的处理单元、和用于IP网络的接口单元，可以通过在具有对应于各种类型网络和各种类型媒体的接口/处理功能的硬件间进行切换来与以太网、ATM网络和各种其它网络连接，并且可以处理与诸如VoIP和NAS/RAS的网际协议有关的各种业务。
下面，对用于在双重配置中使MAC地址表现为相同地址的技术进行说明。图4A显示其第一实施例。通过以下方式使MAC地址表现为相同地址：提供用于存储用于一个接口(即，底板403)(该底板403用于在网关中安装控制单元等的硬件卡401和402)的两侧的相同MAC地址的只读存储器(ROM)404，并通过使用双重侧的卡401和402来读取ROM 404中存储的MAC地址。由此，当从维护系统等来看时，MAC地址被识别为相同MAC地址，即便在网关中切换这两侧。
下面，参考图4B对第二实施例进行说明。双重卡中的任何一个被定义为主卡。从安装在该卡上的ROM 404读取其MAC地址，并且在用于控制该主卡的软件重新启动时存储该地址。通过双重控制卡之间的内部通信把所读取的地址通知给副卡。然后，把该MAC地址用作该装置的MAC地址。
下面，参考图4C对第三实施例进行说明。当仅该网关连接到一个集线器/路由器405时，首先成为现用侧(ACT)的一侧通过广播来发送地址解析协议分组(ARP)。接收该分组的备用侧(SBY)从ARP中取出MAC地址，并使用所取出的MAC地址作为该网关的MAC地址。
在第三实施例中，当网关的控制单元(#0侧)401的软件处理单元在重新启动后识别出其自身(#0)是现用侧(ACT)时，控制单元401把设置了MAC地址/IP地址的ARP发送到集线器/路由器405。从集线器/路由器405接收该ARP的备用侧(SBY)的控制单元(#1侧)402中的控制软件使用该地址作为它自己(#1)的MAC地址。
因此，即使在备用侧(SBY)切换到现用侧(ACT)之后，维护该网关的系统也把该MAC地址识别为相同的地址。因此，在现用/备用侧之间切换时当与维护管理器系统等的网络连接一旦断开时，有可能缩短重新连接所需的时间。
下面，对在由于软件逻辑冲突造成故障时进行系统恢复的实施例进行说明。当由于软件逻辑冲突等发生软件故障时，在诸如网关的双重配置装置的情况下，故障侧的装置和/或系统把故障通知给另一侧的装置和/或系统。在单个配置装置的情况下，提供一个硬件配置寄存器以把故障通知给主机装置和/或系统。
而且，可以提供硬件配置监视定时器(WDT)电路以便自己检测软件故障。此外，在独立的单个配置装置的情况下，提供一个硬件复位设置寄存器，以在发生软件故障时进行自主复位处理。这些措施使得在发生软件故障时能够进行用于恢复系统的自主处理。
而且，为了防止在自动恢复时和重新启动时由硬件复位造成的文件破坏，提供一个用于向外部指示该文件正被访问的硬件文件访问寄存器。在文件访问期间，该文件访问寄存器被设置为ON，而在访问终止时，其被设置为OFF。另一方面，外部装置和/或系统通过参考文件访问寄存器中的设置，来决定是否可能访问具有该有关文件的装置。由此，可以防止文件破坏。
I.作为第一方面，装置是独立的双重配置系统的情况
(I-1)在第一故障情形下，在故障侧的软件处理单元仍然可以运行的情况(参考图5)
在该情况下，当软件故障在一个双重配置装置的现用侧(ACT)发生并且被检测到时(步骤S51)，利用软件处理来把作为硬件提供的故障通知寄存器501中的软件故障指示比特设置为ON(步骤S52)。当该比特被设置为ON时，硬件逻辑电路将此通知给另一侧(步骤S53)，并且故障鉴别寄存器502中的软件故障指示比特被设置为ON。
接收到该故障通知的备用侧(SBY)被软件处理中断(步骤S54)，并检测另一侧的发生的故障(步骤S55)。当备用侧(SBY)检测到在现用侧(ACT)发生的故障时，它首先执行处理以在现用侧(ACT)和备用侧(SBY)之间切换，使得备用侧(SBY)变为新的现用侧(ACT)(步骤S56)。
此外，该新现用侧(ACT)检查故障鉴别寄存器502中的软件故障指示比特(步骤S57)。当软件故障指示比特为ON时，把发生故障的先前现用侧(ACT)复位和重新初始化(步骤S58)。在重新初始化完成后，它自主地重新安装双重配置中的新备用侧(SBY)(步骤S59)。以此方式，它自动地重新安装故障侧。
此外，当新现用侧(ACT)在上述步骤S58把先前的现用侧(ACT)复位时，通过使用以下技术来防止文件破坏。如图6所示，当由软件处理访问该文件系统时，一个被准备为硬件的文件访问寄存器601被设置为ON。当文件访问寄存器601被设置为ON时，硬件逻辑电路把另一侧的文件访问指示寄存器602设置为ON。
此外，当终止对文件系统的访问时，把文件访问寄存器601设置为OFF。当需要把另一侧复位时，参考文件访问指示寄存器602并且在确认了另一侧没有正在访问该文件系统后把另一侧复位。当另一侧正在访问该文件系统时，将等待直到文件访问指示寄存器602变为OFF，并且在OFF状态进行复位。
(I-2)在第二故障情形下，在故障侧的软件处理单元不再能运行的情况(参考图7)
当在双重配置装置的现用侧(ACT)的软件处理单元不再能运行时，作为硬件电路提供的监视定时器(WDT)电路701检测到该软件不能运行(步骤S71)。
监视定时器(WDT)电路701是一个利用软件的运行、由具有恒定周期的时钟进行计数并以预定间隔清零的电路。如果计数值超过了一个预定值，它检测到软件不可操作的状态。当监视定时器(WDT)电路701的计数值超过该预定值时，硬件电路的故障通知寄存器501中的软件故障指示比特被设置为ON(步骤S72)。
当故障通知寄存器501的比特被设置为ON时，硬件逻辑电路把该ON状态通知给另一侧(步骤S73)，并且另一侧的故障鉴别寄存器502中的软件故障指示比特被设置为ON。接收到该故障通知的备用侧(SBY)被软件处理中断(步骤S74)并检测在另一侧发生的故障(步骤S75)。另一方面，当备用侧(SBY)检测到在现用侧(ACT)发生的故障时，它首先进行处理以在现用侧/备用侧之间切换(步骤S76)，使得备用侧(SBY)变为新的现用侧(ACT)。
此外，该新的现用侧(ACT)检查故障鉴别寄存器502中的软件故障指示比特(步骤S77)。如果该软件故障指示比特为ON，那么把发生故障的先前的现用侧(ACT)复位和重新安装(步骤S78)。在该重新初始化完成后，它使用先前的现用侧作为新的备用侧(SBY)并自主地重新安装双重配置(步骤S79)。以此方式，它自动地重新安装故障侧。而且，此时，当把先前的现用侧(ACT)复位时，与(I-1)情况类似，它执行用于防止文件破坏的处理。
II.作为第二方面，具有主机装置的单个配置装置
(II-1)在第一故障情形下，软件处理单元可以在故障装置中运行的情况(参考图8)
在此情况下，当在具有主机装置的单个配置装置中发生软件故障，并且在下级装置检测到该故障时(步骤S81)，下级装置利用软件处理把硬件配置故障通知寄存器501中的软件故障指示比特设置为ON(步骤S82)。通过把该比特设置为ON，硬件逻辑电路把发生的故障通知给主机装置(步骤S83)，并且主机装置的故障鉴别寄存器502中的软件故障指示比特被设置为ON。
当主机装置检测到下级装置的故障时(步骤S84)，它检查故障鉴别寄存器502中的软件故障指示比特(步骤S85)。如果软件故障指示比特已经被设置为ON，它把发生故障的下级装置复位和重新初始化(步骤S86)，然后自动地重新安装该故障装置(步骤S87)。在此情况下，当把下级装置复位时，以与上述(I-1)情况相同的方式执行处理以防止文件破坏。
(II-2)在第二故障情形下，软件处理单元不再能运行的情况(参考图9)
在此情况下，在具有主机装置的单个配置装置中，当软件故障发生并且运行变得不可能时(步骤S91)，被提供为硬件电路的监视定时器(WDT)电路检测到该软件不能运行(步骤S92)。此时，监视定时器(WDT)电路701把被准备为硬件电路的故障通知寄存器502中的软件故障指示比特设置为ON。
当该比特被设置为ON时，硬件逻辑电路把发生的故障通知给主机(步骤S93)，并且在主机的故障鉴别寄存器502中的软件故障指示比特被设置为ON。当该主机装置检测到下级装置的故障时(步骤S94)，它检查故障鉴别寄存器502中的软件故障指示比特(步骤S95)。如果软件故障指示比特被设置为ON，它把发生故障的下级装置复位和重新初始化(步骤S96)。以此方式，它自动地重新安装发生故障的装置(步骤S97)。而且，从此时，当把下级装置复位时，以与上述(I-1)相同的方式执行处理以防止文件破坏。
III.作为第三方面，独立的单个配置装置的情况
(III-1)在第一故障情形下，软件处理单元在发生故障后仍然可以运行的情况(参考图10A)
在此情况下，当在一个独立的单个配置装置中发生软件故障并且该故障被检测到时(步骤S101)，软件处理单元自主地把硬件装置复位、重新初始化和重新安装(步骤S102)。
(III-2)在第二故障情形下，软件处理单元在发生故障后不再能运行的情况(参考图10B)
在此情况下，当软件处理单元不再能在独立的单个配置装置中运行时(步骤S103)，被提供为硬件电路的监视定时器(WDT)电路701检测到该软件不再能运行。当检测到软件不再能运行时，监视定时器(WDT)电路701自主地利用一个硬件逻辑电路把该装置复位、重新初始化和重新安装(步骤S104)。
总结本发明的效果，如上所述，根据本发明，提供了用于在现有PSTN和IP网络之间的连接中进行媒体转换的网关，其把硬件配置划分为：用于现有PSTN的接口单元；处理单元，具有第三层或更高层的通信处理功能；和用于IP网络的接口单元，从而仅仅通过切换到具有对应于网络和媒体类型的接口/处理功能的硬件，来实现与各种类型网络和媒体业务的兼容性，并且可以迅速处理新接口和业务。
而且，通过把相同MAC地址给予双重硬件块并使它们在一个维护管理器系统看来表现为一个MAC地址，使得该维护管理器系统或其它通过网络与该网关连接的装置可以直接访问这些硬件块而无需具有任何处理该双重配置的设计。结果，当在现用/备用侧之间切换时，即使与维护管理器系统的网络连接断开，也可以缩短重新连接所需的时间。
此外，在发生软件故障时，通过提供用于检测软件故障的监视定时器和提供用于自动地(无需维护操作者的介入)把该装置和/或系统重新初始化和重新安装的装置，减轻了维护操作者的工作，并且减少了在单个配置状态下运行的时间，使得可靠性得到改善。
此外，通过提供用于限制另一个功能块对一个已经打开一文件的功能块的访问，防止了文件破坏。由此，改善了装置的可靠性和可维护性。
虽然参考用于例示目的的特定实施例描述了本发明，但是应该理解，本领域技术人员在不偏离本发明的基本概念和范围的条件下，可以进行多种改进。
本公开涉及2001年12月17日提交的日本专利申请No.2001-382541中包含的主体，该申请的全部内容包含在此作为参考。