專利名稱：多協議電信路由選擇優化的制作方法
本申請基于1996年10月31日在美國專利與商標局申請并分配序列號08/741,130的待審查的專利申請并要求該申請的優先權。
本發明涉及電信，特別涉及一種根據靜態和動態地改變變量和用戶優先權的分析從多個可用的路徑中動態地選擇最優電信路徑的方法和設備。
電信工業近來從用于語音通信的電話簡單模擬連接迅速改變為發送和接收數據、傳真、電子郵件、視頻、音頻、和模擬與數字形式的語音(這里統稱為數據)的目前系統。數據可以以各種不同的形式傳輸，例如數據文件、數據包、封裝包、或數據流(這里統稱為數據文件)。已經并繼續建立了不同類型的電信系統，起著通過眾多媒介傳輸數據的中堅系統的作用。例如，數據可以通過POTS(通常的舊電話系統)、租用線路、移動蜂窩網、數字鏈路、光纖、衛星鏈路以及專用和公用數據包交換網絡例如因特網從一個用戶傳輸給另一個。
另外，在使用不同類型的這些傳輸媒介的業務提供者中存在著多個的價格競爭。例如，所謂長途業務提供者例如AT&T和MCT彼此競爭提供價格以獲得更大的消費者、商業、非贏利組織和政府用戶的市場分額。作為可得到的眾多類型的電信業務，和這些業務的提供者間競爭的結果，用戶經常面臨關于選擇將為他們提供最優值的業務的困難抉擇。
經常，在一定時刻用戶可得到一個以上的電信業務提供者以選擇作為將要傳輸的數據的載體。例如，用戶可以預訂兩個或更多的長途業務提供者，并可以通過先撥業務提供者的電話號碼，然后撥目的地電話號碼而在一定時間訪問其中之一。另外，用戶可以有不同類型的媒介以供選擇；例如，可以通過因特網、衛星等建立連接。這在商業環境下尤其正確，其中經濟考慮允許可得到眾多的電信資源以使用。
現有技術通常將低費用認為是數據傳輸作出的路由判斷的因素。同樣的，所謂“最低費用路由”設備激增，允許呼叫由一定時間提供最低費用的業務提供者建立。PBX(專用小交換機)系統可以使用沿著所得到的最便宜的路由自動將呼叫方與目的地號碼連接的這種最低費用路由設備。
本發明認識到在一定時間電信媒介的最優值并非一定是可用選擇的最低費用，也就是說，路由選擇的優化不僅包括低費用，還要考慮例如媒介的傳輸帶寬、在用戶需要使用它的特定時間的可用性，安全性和可靠性等其它因素。而且，用戶的優先權可能有時改變，而且關于一個數據文件傳輸的需求可能與另一個文件的需求不同。也就是說，用戶可能想以最快的速度傳輸處于緊急狀態的文件，而不考慮它的費用。一些文件可能需要不能非法竊聽的高安全性，而另一些文件可能僅需要在不久的將來的任何時間以最低費用傳輸，而并不關心速度。
因此，本發明認識到在一定時間數據傳輸最優路由的選擇是必須實時進行的動態分析，并必須考慮關于可用的媒介以及用戶和要傳輸文件的優先權的各種因數。
美國專利5,337,352公開了一種維護多個租戶的PBX系統，其中每個租戶可以指定應當選擇多個路由的哪一個為最高優先權，然后是第二最高優先權等等。每個租戶根據他們的需求和可用的資源預定路由選擇，而且選擇存于PBX的表中。一旦一個租戶想建立呼叫，PBX就觀察表以確定該特定租戶的最高優先權路由，并因此連接呼叫。如果該路由不可用，那么根據預定的租戶表，連接下一個優先權路由。因此，預定強弱順序(pecking order)由每個租戶建立并存入PBX。因為每個租戶必須預定所使用的特定提供者的優先權，所以該系統是靜態的而且在實時基礎上是不可變的。盡管該專利的系統檢測最高預定優先權路由的可用性并如果它不能得到就使用下一個最高優先權，但這種分析僅是一種離散的是/否調查而且并不考慮通過路由的目前通信量以在相對基礎上分析路由的可用性。
因此本發明的一個目的是克服上述現有技術系統的缺點。
本發明的一個目的是提供一種通過在實時基礎上分析多協議組選擇將呼叫連接到遠方位置的最優電信路徑的系統和方法，通過該路徑傳送數據文件。
本發明進一步的目的是提供這樣一種多協議路由優化的系統和方法，它分析關于特定數據文件傳輸的用戶優先權以確定呼叫的最優路由。
本發明更進一步的目的是提供這樣一種多協議路由優化的系統和方法，它分析關于實時基礎上路由的各種因數以確定呼叫的最優路由。
本發明更進一步的目的是提供這樣一種多協議路由優化的系統和方法，它允許用戶不考慮預設的默認值并在一個文件接一個文件的基礎上指定關鍵的傳送參數。
根據這些和其它的目的，提供一種電信交換系統，包括保存傳送到遠方目的地的數據文件的第一存儲器和多個與第一存儲器連接的接口，其中每個接口與能將數據文件傳送到遠方目的地的相關電信路徑互連。交換系統包括存儲與每個電信路徑相關的預定參數的第二存儲器和測量與每個電信路徑相關的變參值的裝置。第三存儲器存儲一組關于數據文件傳輸的用戶優先權。處理器裝置與第二和第三存儲器和變參測量裝置操作性地相連，以根據一組用戶優先權、預定電信路徑參數和測量的變參確定應使用多個電信路徑中的哪一個以傳送數據文件。交換系統還包括允許用戶在傳輸文件前改變第三存儲器中的用戶優先權的輸入裝置。
例如，變參測量裝置進行對每個電信路徑的數據傳送速度的測量，例如通過所謂的聲脈沖測試。在第二存儲器存儲的預定參數包括使用每個電信路徑的每單位時間花費，它可能是每日的當前時間和/或每星期的當前日的函數。在第二存儲器存儲的預定參數還包括每個路徑的數據傳送可靠性的測量值和每個路徑的數據傳送帶寬的測量值。交換系統可能還包括用于確定在特定時間是否有可用接口以傳送數據文件的裝置。
在利用本發明交換系統的方法方面，提供一種根據一組用戶優先權確定應使用多個電信路徑中的哪一個以傳輸數據文件的方法，該方法包括以下步驟測量每個所述路徑的變參、分析測量的變參和與用戶優先權有關的預定參數；和根據用戶優先權確定哪個路徑可提供用戶想要的特性以傳輸文件。
圖1是使用多協議路由選擇優化的本發明交換系統的功能方框圖；圖2是由本發明實施的主要程序的流程圖；和圖3是由本發明實施的接口分析子程序的流程圖。
圖1說明本發明電信交換系統10的方框圖，它可以例如在個人電腦平臺、個人數字助理(PDA)、例如PBX，或類似的專門系統上實現。交換系統10根據用戶資源連接到各種電信媒介。尤其是，交換系統10可以配置為經由T1接口12連接高速數字鏈路、經由LAN接口14連接局域網(LAN)、經由WAN接口16連接廣域網(WAN)、經由POTS接口18連接通常舊電話系統(POTS)中的本地回路、和經由無線接口20連接無線通信網。接口12、14、16、18和20是示范性的并為了說明本發明的最優實施例而提供。因此，實際上，可以按用戶需要單獨或以各種結合使用任何數目的上述接口。例如，一些傳統載體例如MCI、AT&T和SPRINT可以配置連接交換系統10以使用戶可以通過這里將要描述的多協議路由選擇優化利用每個載體的相對益處。而且，可以配置無線接口20以通過例如紅外線、射頻和類似物的不同類型的電磁裝置的任何一種通信。
每個連到圖1的各種接口的電信媒介具有與由本發明路由選擇方法實現有關的特定參數。路由選擇方法將這些參數分為預定的(固定的)或可測量的(變化的)。關于預定參數的數據存入交換系統10的存儲器22，而關于可測參數的數據必須由路徑分析模塊24在數據文件傳送的時間或附近從每個接口實時地收集以使路由選擇方法作出正確分析。
存儲器22存儲的預定參數包括，但不僅限于此，如下所示
最大帶寬(ⅰ)接口(ⅰ)可用的帶寬最大值。例如，28.8kbs的的調制解調器具有置為28.8的$最大帶寬變量。
$可靠性(ⅰ)接口(ⅰ)根據下面的標度的可靠性的指示10=非可靠傳送(無線)50=中度可靠(例如調制解調器)75=非常可靠(例如T1、WAN)100=最可靠(例如以太網LAN)$經濟性(ⅰ)一段時間內接口(ⅰ)的花費，其被歸一化以使高費用接口產生經濟性的低測量值$經濟性(ⅰ)=100-費用/分鐘$可用性(ⅰ)一個特定用戶的接口(ⅰ)的可用性。不是系統的所有用戶都能訪問每個接口；例如在共享的PBX環境中僅有一定的用戶可以訪問T1接口。
$可用性=0不可用
$可用性=1可用$安全性(ⅰ)路徑相對數據安全性的指示，它例如可以是加密鍵比特數(例如1024)的函數可測參數包括，但不局限于
>$當前狀態(ⅰ)接口(ⅰ)的當前狀態，指示電信路徑現在是否可操作。
$當前狀態=0 不可操作$當前狀態=1 可操作$平均狀態(ⅰ)前5分鐘窗口的$當前狀態(ⅰ)的平均值。
$數據大小(ⅰ)將要傳輸的數據文件以KB表示的大小。
$等待時間(ⅰ)通過路徑(ⅰ)的延時以毫秒表示的測量值。這是基于諸如通過所謂的到遠方主機的聲脈沖在接口處的實時測試。
$時間每天的時間/每星期的天；這對于所有接口都相同。
$可用帶寬(ⅰ)接口(ⅰ)在文件傳送的給定時間的可用帶寬本發明不是僅依賴預先編程的“最低費用”路由選擇標準，而是使用上面表A和B中出現的所有或一邏輯子集的變量以達到要傳輸數據文件的路由選擇判斷。也就是說，通過使用本發明的多協議路由選擇優化，所選擇的用于傳輸數據文件的路徑考慮到參數的實時變化，因此不像現有技術中那樣依賴于簡單的預先編程好的低費用提供者的檢查表。而且，用戶可以關于傳輸特定文件中的重要的參數，例如低費用、高速度、可靠性、安全性等指定他的優先權，以確定路由選擇。
本發明所使用的方法由路由選擇優化模塊26(它可以在微處理器中實現)處理，并使用兩個主要成份，其包括上面表A和B列出的參數的可變結合。第一個成份是一個特定電信路徑的固有效率和期望性的測量值，并由如下等式給出(1)$前一值(ⅰ)=$最大帶寬(ⅰ)+$可靠性(ⅰ)+$經濟性(ⅰ)+$安全性(ⅰ)變量$前一值是隨著特定路徑的高帶寬、高可靠性、經濟性的高測量值(低費用)和/或高度的安全性而增加的線形值。該變量對于給定路徑來說基本不變，除了$經濟性參數部分地基于從實時時鐘28導出的$時間變量(路徑的費用是每天的時間/每星期的天的函數)。
本發明的路由選擇方法使用的第二成份部分地基于由于很多原因可能顯現較寬偏差的實時參數，它們中的一些可能不受用戶控制(2)$當前值(ⅰ)=$經濟性(ⅰ)×$速度(ⅰ)+$平均狀態(ⅰ)×10其中$速度(ⅰ)=10,000-($數據大小(ⅰ)×$等待時間(ⅰ)×100)結果$當前值(ⅰ)=$經濟性(ⅰ)×(10,000-($數據大小(ⅰ)×$等待時間(ⅰ)×100))+$平均狀態(ⅰ)×10因此，給定路徑(ⅰ)的$當前值(ⅰ)因為路徑具有更大經濟性(低費用)、小的數據文件大小和/或通過路徑少的等待時間(高速度)而將變高。
接著所用的最優路由的選擇是上面在等式(1)和(2)中計算出的值的結合(3)$最終值(ⅰ)=$前一值(ⅰ)+$當前值(ⅰ)=$最大帶寬(ⅰ)+$可靠性(ⅰ)+$經濟性(ⅰ)
+$安全性(ⅰ)+($經濟性(ⅰ)×(10,000-($數據大小(ⅰ)×$等待時間(ⅰ)×100))+$平均狀態(ⅰ)×10)接著如下面流程圖將要描述的那樣，路徑優化方法模塊26為在可用的、可操作的系統中的每個路徑采用最高$最終值(ⅰ)，并與25或更高的門限($平均狀態×10)值相遇。本方法因此允許在本系統所使用的多協議分析的基礎上的優化選擇，而不是簡單的最低費用路由選擇判斷。
路徑分析功能模塊24通過現有技術所熟知的用于得到IP可尋址路徑的等待時間的任何方法，例如通過最著名的叫做“聲脈沖(ping)”的實用軟件得到每個路徑(ⅰ)的值$等待時間(ⅰ)。聲脈沖程序發送包到網上并得到該包到達目的地并返回所經歷的平均延時值。允許系統得到路徑等待時間測量值的其它技術也包含在本發明中。
用戶可以根據在用戶優先權存儲器32中存儲的他的特定需求定制為表A和B中所出現的每個變量所給出的相對加權。這些固定加權值將存入交換系統的存儲器中，并結合根據本發明傳送所有文件的路由選擇方法使用。加權值作為算法中變量的乘數使用以允許用戶按需地定制算法。例如用戶可能想在分析中強調$安全性(ⅰ)參數，而且可能指定(例如)2為加權乘數，以使$安全性(ⅰ)參數兩倍于處于默認狀態的$安全性(ⅰ)參數加權。
另外，用戶可以通過輸入用戶接口34而對任何給定文件的傳輸以臨時值取代存儲器中預先編程的固定參數加權。用戶接口可以是允許用戶輸入數據的任何類型的設備，例如鍵盤、鼠標等。
參數加權的另一種形式中，用戶也可以迫使程序忽略一定參數而只集中在一個參數以達到路由選擇判斷。例如，如果用戶想通過最快的路徑將數據文件30傳輸到遠方位置，不考慮費用或其它因素，那么用戶通過接口34給路由選擇優化模塊26指定這一需求。路由選擇優化模塊26接著將除$等待時間外的所有變量置為預定因數，以使路由選擇優化模塊26選擇具有$等待時間最小值(例如最小路由延時)的路徑作為最快路由。
本領域技術人員可以很容易得到上述例子的其它置換和改變，以在時間的任何給定點關于文件的數據傳送允許用戶指定他的優先權，例如可以強制分析考慮任兩個變量，等。
另外，用戶可以存儲在不同情況下使用的幾組參數加權，接著在想要時選擇一組。接著這組加權按上述應用。而且，程序可以配置成自動應用作為數據類型的函數的特定加權組。例如，用戶可以指定給所有的傳真消息高經濟性因數，而給所有的視頻文件低安全性因數，等。
圖2和3說明本發明所使用方法在多個可用的路徑中達到為數據文件選擇路由的最優選擇的流程圖。首先，如圖2所示，取出固定用戶優先權以使分析中所用的參數可以因此加權。接著允許用戶輸入他的用于文件傳輸的暫時優先權取代值。假定本例沒有輸入固定加權或暫時取代值，那么$最終值參數在交換系統10中對每個路徑(ⅰ)以下述方式確定。
首先，根據圖3，路由選擇優化模塊26檢測存儲器22以通過觀察變量$可用性(ⅰ)確定接口(ⅰ)是否已經被編程為可由用戶使用。例如，如果交換系統10在PBX系統中實現，那么因為他們的經濟資源并不是所有的用戶能訪問所有的路徑(ⅰ)。該信息存儲在存儲器22中并在圖3過程中的第一步檢測。
如果$可用性(ⅰ)=0，那么$最終值(ⅰ)置0并退出程序。但是，如果接口(ⅰ)可用，那么$可用性(ⅰ)置1且過程繼續。接著程序檢查路徑(ⅰ)此時是否可操作，而且$當前狀態變量是否因此從$接口(ⅰ)返回。如果$當前狀態(ⅰ)=0(路徑不可操作或出故障)，那么$最終值(ⅰ)置0并退出程序。如果$當前狀態(ⅰ)=1(路徑可操作或恢復)，那么過程繼續。
接著檢驗變量$平均狀態以確定它是否大于預定門限值，例如是不是$平均狀態×10＞25。如果是，則認為接口(ⅰ)在可操作狀態。如果否，則認為接口(ⅰ)肯定在非操作狀態，即使$當前狀態在該特定時刻指示了可操作性。
程序接著通過路徑分析模塊24得到$等待時間(ⅰ)值。使用$等待時間(ⅰ)，變量$速度(ⅰ)按流程圖中所示的和上面所解釋的計算。作為$時間變量的函數的變量$經濟性(ⅰ)從存儲器22得到。接著，變量$當前值(ⅰ)作為$經濟性(ⅰ)、$速度(ⅰ)和$平均狀態(ⅰ)的函數計算出來。
接著變量$前一值(ⅰ)作為從存儲器26得到的變量$最大帶寬(ⅰ)、$可靠性(ⅰ)和$安全性(ⅰ)，還有預先確定的$經濟性(ⅰ)的函數計算出來。最后，如程序所示得到變量$最終值，而且將其存入寄存器中等待圖2所示的剩余接口的$最終值(ⅰ)的計算。
以上述方式已經分析了所有的接口之后，接著路由選擇優化模塊26根據$最終值(ⅰ)的最大值確定應當選擇哪個接口(ⅰ)。接著數據文件從存儲器30路由到所選擇的接口以傳輸。
圖2和3所示的程序可以用上述的用戶優先權代用特征補充，它允許用戶指定最快的路由、最低費用的路由、最可靠的路由等。
可測參數$可用帶寬(ⅰ)也可以在這里提到的算法中使用以提供在一定時間選擇特定接口(ⅰ)期望性的實時指示。盡管固定參數$最大帶寬(ⅰ)提供一個給定接口的可用最大帶寬的測量值，如果需要的話可測試接口以確定帶寬的哪個部分為真正可用。現有技術中熟知的用于完成這種測量的一項測試是所謂的“表示接口連續的零(show interface serialzero)”測試，它可以通過測量最后n秒接收的包的數量以及在該時間在接口已經傳輸了多少個包來執行。因此，這里參數$可用帶寬可以代替，或結合已測量的參數$等待時間使用以在此進行分析。
另外，當本發明的系統和方法已經結合一個數據文件(這里所定義的)的傳輸表示，通過適當地改進算法和程序它也可以應用于多個數據文件基于或者串行或者并行(交錯)的傳輸。
這里使用的特定變量和參數的選擇是優選實施例；可以預計結合本發明使用其它變量以達到在給定條件下的最優路由。另外，為提供固定和可測變量的必要的相對加權而確定的特定算法也可以根據用戶的需求補充以達到最優路由選擇。
權利要求
1．在包括多個接口的電信交換系統中，每個所述接口與能傳送數據文件到遠方目的地的相關電信路徑互連，每個所述電信路徑具有在所述交換系統的存儲器存儲的相關的預定參數以及相關的變參，一種確定應當使用所述多個電信路徑的哪一個以傳送數據文件的方法，所述方法包括的步驟有a)測量每個所述路徑的所述變參；b)分析所述測量的變參和所述預定參數；和c)確定哪個所述路徑提供最優的一組特性以傳送文件到遠方目的地。
2．如權利要求1所述的方法，其中所述確定步驟分析一組已編程的用戶優先權以確定哪個所述路徑提供最優的一組特性以傳送文件到遠方目的地。
3．如權利要求2所述的方法，其中用戶優先權被預先定義并存入所述交換系統存儲器。
4．如權利要求3所述的方法，其中所述預先定義的用戶優先權可以在所述分析步驟前由所述用戶改變。
5．如權利要求2所述的方法，其中電信路徑變參包括所述路徑在時間的給定點的數據傳送速度。
6．如權利要求2所述的方法，其中所述電信路徑預定參數包括使用所述路徑的每單位時間花費。
7．如權利要求6所述的方法，其中所述每單位時間花費是每天的當前時間的函數。
8．如權利要求6所述的方法，其中所述每單位時間花費是每星期的當前天的函數。
9．如權利要求1所述的方法，其中所述電信路徑預定參數包括所述路徑的數據傳送可靠性的測量值。
10．如權利要求1所述的方法，其中所述電信路徑預定參數包括所述路徑的數據傳送帶寬的測量值。
11．如權利要求2所述的方法，進一步包括關于所述用戶優先權分析要發送文件大小的步驟。
12．如權利要求1所述的方法，包括在執行所述分析前首先確定接口是否可用的附加步驟。
13．如權利要求3所述的方法，其中每個所述預定和測量的參數在執行所述分析步驟中關于所述用戶優先權加權。
14．一種電信交換系統，包括a)保存要傳送到遠方目的地的數據文件的第一存儲器；b)多個與所述第一存儲器連接的接口，每個所述接口與能將數據文件傳送到遠方目的地的相關電信路徑互連；c)存儲與每個所述電信路徑相關的預定參數的第二存儲器；d)測量與每個所述電信路徑相關的變參值的裝置；e)與所述第二和第三存儲器和所述變參測量裝置操作性地相連以根據所述預定電信路徑參數和所述測量的變參確定應使用所述多個電信路徑中的哪一個以傳送數據文件的處理器裝置。
15．如權利要求14所述的系統，進一步包括存儲一組關于數據文件傳輸的用戶優先權的第三存儲器，并且其中所述處理器裝置根據所述用戶優先權確定應使用所述多個電信路徑中的哪一個以傳送數據文件。
16．如權利要求15所述的交換系統，進一步包括允許用戶改變所述第三存儲器中的所述用戶優先權的輸入裝置。
17．如權利要求15所述的交換系統，其中所述變參測量裝置執行每個所述電信路徑的數據傳送速度的測量。
18．如權利要求16所述的交換系統，其中所述數據傳送速度測量由聲脈沖測試來完成。
19．如權利要求15所述的交換系統，其中在所述第二存儲器存儲的預定參數包括使用電信路徑的每單位時間花費。
20．如權利要求19所述的交換系統，其中每單位時間花費是每天的當前時間的函數。
21．如權利要求19所述的交換系統，其中每單位時間花費是每星期的當前天的函數。
22．如權利要求15所述的交換系統，其中在所述第二存儲器存儲的預定參數包括每個所述路徑的數據傳送可靠性的測量值。
23．如權利要求15所述的交換系統，其中在所述第二存儲器存儲的預定參數包括每個所述路徑的數據傳送帶寬的測量值。
24．如權利要求15所述的交換系統，進一步包括確定接口是否可用以傳送數據文件的裝置。
全文摘要
電信交換系統(10)使用多協議路由選擇優化,它根據一組用戶優先權使用預定和測量的參數以確定選擇一個用來傳送數據文件到遠方目的地的電信路徑。交換系統(10)具有存儲數據文件的第一存儲器(30),存儲預定參數的第二存儲器(22),存儲一組用戶優先權的第三存儲器(32),測量關于每個電信路徑的變參值的裝置(24)和與第二和第三存儲器(22和23)和變參操作性地相連的處理器裝置(26)以確定應使用多個電信路徑的哪一個。
文檔編號H04Q7/22GK1235729SQ97199201
公開日1999年11月17日 申請日期1997年10月30日 優先權日1996年10月31日
發明者艾倫D·康培倫, 威廉F·麥卡錫 申請人:聯一公司