(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電話システムであって、
リンクを介してネットワークパケットをルーティングするノードを含み、このノードが前記リンクによって互いに接続されたワイドエリアパケットネットワークと、
前記ノードのうちのいくつかに接続された複数のネットワークインターフェースユニットと、を含み、
前記ネットワークインターフェースユニットは、それぞれ、
（ａ）音声信号を受信し、受信した音声信号をエンコードして、音声パケットとして特徴づけられるネットワークパケットに変換すると共に、エンコードにおいて前記音声信号を圧縮し、
（ｂ）制御信号を受信し、受信した制御信号をエンコードして、コントロールパケットとして特徴づけられるネットワークパケットに変換し、
（ｃ）非ネットワークパケットを受信し、データパケットとして特徴づけられるネットワークパケット上に前記非ネットワークパケットをマップし、
（ｄ）受信した音声パケットを音声信号に変換し、
（ｅ）コントロールパケットを制御信号に変換し、
（ｆ）データパケットを前記非ネットワークパケットに変換する構成である電話システム。
【請求項２】
電話システムであって、
リンクを介してネットワークパケットをルーティングするノードを含み、このノードが前記リンクによって互いに接続されたワイドエリアパケットネットワークと、
前記ノードのうちのいくつかに接続された複数のネットワークインターフェースユニットと、を含み、
前記ネットワークインターフェースユニットは、それぞれ、
（ａ）前記ワイドエリアパケットネットワークに該ネットワークインターフェースを接続する第１ポートと、
（ｂ）１つ以上のテレフォニポートであって、そこから１つ以上のテレフォニ装置を前記ネットワークインターフェースユニットに接続するテレフォニポートと、
（ｃ）プロセッサと、
（ｄ）前記プロセッサに接続されたメモリと、
（ｅ）検出時にオンフック状態からオフフック状態への切り換えが行われるダイアルトーンを前記テレフォニポートのいずれか１つに供給し、前記いずれか１つのテレフォニポートに到着したデュアルトーンマルチフリーケンシ信号を検出する１つのプログラミングモジュールと、
（ｆ）前記第１ポートから、プログラミングモジュールを受信し、受信したプログラミングモジュールを前記メモリに格納する１つのプログラミングモジュールと、を含む電話システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記メモリ内に常駐し、前記第１ポートに対する着信転送機能を実行するプログラミングモジュールを更に含む電話システム。
【請求項４】
請求項２に記載のシステムであって、前記メモリ内に常駐し、前記第１ポートに対する８００局番（フリーダイアル）サービス機能を実行するプログラミングモジュールを更に含む電話システム。
【請求項５】
請求項２に記載のシステムであって、前記メモリ内に常駐し、前記第１ポートに対する通話中着信サービス機能を実行するプログラミングモジュールを更に含む電話システム。
【請求項６】
電話システムであって、
リンクを介してネットワークパケットをルーティングするノードを含み、このノードが前記リンクによって互いに接続されたワイドエリアパケットネットワークと、
ケーブルに接続され、前記ケーブルとの相互作用を時分割で実行する複数のネットワークインターフェースユニットと、を含み、
前記複数のネットワークインターフェースユニットは、それぞれ、
（ａ）音声信号を受信し、受信した音声信号をエンコードして、音声パケットとして特徴づけられるネットワークパケットに変換すると共に、エンコードにおいて前記音声信号を圧縮し、
（ｂ）制御信号を受信し、受信した制御信号をエンコードして、コントロールパケットとして特徴づけられるネットワークパケットに変換し、
（ｃ）非ネットワークパケットを受信し、データパケットとして特徴づけられるネットワークパケット上に前記非ネットワークパケットをマップし、
（ｄ）受信した音声パケットを音声信号に変換し、
（ｅ）コントロールパケットを制御信号に変換し、
（ｆ）データパケットを前記非ネットワークパケットに変換するように構成され、
前記電話システムは、更に、前記ネットワークインターフェースユニットのうちの１つのユニットに接続され、複数の装置と前記ネットワークインターフェースユニットのうちの１つのユニットとの通信をサポートできるケーブルを含む電話システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムであって、前記ネットワークインターフェースユニットのうちの前記１つのユニットによって前記ケーブルから受信した情報は、非ネットワークパケットである電話システム。
【請求項８】
電話システムであって、
リンクを介してネットワークパケットをルーティングするノードを含み、このノードが前記リンクによって互いに接続されたワイドエリアパケットネットワークと、
前記ノードのうちのいくつかに接続された複数のネットワークインターフェースユニットと、を含み、
前記複数のネットワークインターフェースユニットのうちの各ネットワークインターフェースユニットＡは、
（ａ）該ネットワークインターフェースユニットＡを前記ワイドエリアパケットネットワークに接続するネットワークポートと、
（ｂ）１つ以上のテレフォニポートであって、そこから１つ以上のテレフォニ装置を前記ネットワークインターフェースユニットＡに接続するテレフォニポートと、
（ｃ）プロセッサと、
（ｄ）前記プロセッサに接続された読取り書込み用メモリと、
（ｅ）検出時にオンフック状態からオフフック状態への切り換えが行われるダイアルトーンを前記テレフォニポートのいずれか１つに供給し、前記いずれか１つのテレフォニポートに到着したデュアルトーンマルチフリーケンシ信号を検出する１つプログラミングモジュールと、
（ｆ）前記プロセッサに連結された固定記憶装置に組み込まれ、他のいずれのネットワークインターフェースユニットとも異なるシリアル番号であって、前記電話ネットワーク内の前記ネットワークインターフェースユニットＡの使用が課金される顧客に関連付けられたシリアル番号と、
（ｇ）前記読取り書込み用メモリにインストールされたネットワークＩＤであって、このネットワークＩＤは、前記他のネットワークインターフェースユニットが、付属の読取り書込み用メモリにネットワークＩＤを含む前記ネットワークインターフェースユニットＡとの通信を要求した場合に前記他のネットワークインターフェースユニットによって使用されるネットワークＩＤと、
を含む電話システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、
前記ワイドエリアパケットネットワークのノードに連結された設定モジュールを更に含み、
前記ネットワークインターフェースユニットは、それぞれ、プログラミングモジュールを含み、
前記プログラミングモジュールは、前記プロセッサによって実行されて、前記シリアル番号と、前記ネットワークＩＤと、前記シリアル番号と前記ネットワークＩＤのセットと、からなる組み合わせのうちの所定の１つを含む前記設定モジュールに装置識別パケットを送信する電話システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記プログラミングモジュールは、所定のトリガイベントに従って前記装置識別パケットを送信する電話システム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムであって、前記プログラミングモジュールは、所定の一連のトリガイベントのうちのいずれか１つに従って前記装置識別パケットを送信する電話システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシステムであって、前記トリガイベントは、前記ワイドエリアパケットネットワークに対する前記ネットワークインターフェースユニットの接続である電話システム。
【請求項１３】
請求項１０に記載のシステムであって、前記トリガイベントは、前記設定モジュールからのポーリングパケットの受信である電話システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記設定モジュールは、予め設定された周波数で前記ポーリングパケットをブロードキャスト（一斉同報）するプログラミングモジュールを含む電話システム。
【請求項１５】
請求項９に記載のシステムであって、前記ネットワークインターフェースユニットは、ステータス情報を求める受信したパケットに応答するプログラミングモジュールを含み、応答は、前記ネットワークインターフェースユニットに診断テストを行い、そのテスト結果を前記ワイドエリアパケットネットワークに送信することで行われる電話システム。
【請求項１６】
請求項９に記載のシステムであって、前記ワイドエリアパケットネットワークの各ノードはネットワークＩＤを含む電話システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムであって、所定のネットワークインターフェースユニットから前記設定モジュールに到着する前記装置識別パケットは、前記所定のネットワークインターフェースユニットが接続されているワイドエリアパケットネットワークのノードのネットワークＩＤを含む電話システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムであって、前記設定モジュールは、ネットワークインターフェースユニットが所有する供給されたネットワークＩＤを処理して、前記ネットワークインターフェースユニットが接続されているノードのネットワークＩＤに変換するためのデータベースを含む電話システム。
【請求項１９】
請求項９に記載のシステムであって、前記ワイドエリアパケットネットワークの１つのノードに連結されたネットワーク設定モジュールを更に含み、前記設定モジュールは、前記ワイドエリアネットワークの複数のノードと通信してその複数のノードにルーティング情報を与える電話システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムであって、前記ネットワーク設定モジュールは、前記設定モジュール内に埋め込まれている電話システム。
【請求項２１】
請求項８に記載のシステムであって、前記１つ以上のテレフォニポートは、前記読取り書込み用メモリに格納された関連サブドメイン識別子と、ストリングとを持ち、前記ワイドエリアパケットネットワークによってこのストリングが採用されて、前記サブドメイン識別子を含む関連サブドメイン識別子を持ち、前記テレフォニポートのうちの１つへの仮想経路が確立する電話システム。
【請求項２２】
請求項８に記載のシステムであって、前記１つ以上のテレフォニポートのうちの１つを除くすべてのポートは、前記読取り書込み用メモリに格納された関連サブドメイン識別子を持つ電話システム。
【請求項２３】
請求項８に記載のシステムであって、前記ワイドエリアパケットネットワークは、第１サブドメインネームを持つ所定のネットワークインターフェースユニットのテレフォニポートへの第１の仮想経路の確立を求める要求と、第２サブドメインネームを持つ前記所定のネットワークインターフェースユニットのテレフォニポートへの第２の仮想経路の確立を求める要求と、に応答して、前記第１の仮想経路と前記第２の仮想経路の両方を確立すると共に、同時にその保守を行う電話システム。
【請求項２４】
請求項９に記載のシステムであって、前記ネットワークインターフェースユニットのうちの少なくとも１つは、そのテレフォニポートのうちの１つに接続されたローカルエリアネットワークを含み、このローカルエリアネットワークは、複数の顧客の装置と、読取り書込み用メモリ内に前記ローカルエリアネットワークに関連付けられた複数のサブドメインネームを含む前記ネットワークインターフェースユニットのうちの少なくとも１つのユニットと、を接続できる電話システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のシステムであって、前記ワイドエリアパケットネットワークに採用されて、前記顧客の装置の１つへの仮想経路を確立するストリングは、前記読取り書込み用メモリに格納されたサブドメイン識別子を含む電話システム。
【発明の詳細な説明】
関連出願
（本願と同一出願日、同一出願による）以下の出願に、関連主題が開示されている。米国特許出願第０８／６２７６５７（”Ａ  Ｃｕｓｔｏｍｅｒ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｗｉｔｈ  Ｂｕｉｌｔ−ｉｎ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ”）、米国特許出願第０８／６２７６６１（”Ａ  Ｃｕｓｔｏｍｅｒ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｈａｖｉｎｇ  Ａ  Ｕｎｉｑｕｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ”）、米国特許出願第０８／６２７６６０（”Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｐｏｖｉｓｉｏｎｉｎｇ  Ａｎｄ  Ｂｉｌｌｉｎｇ  Ｏｆ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ”）及び、米国特許出願第０８／６２７６５８（”Ａ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｆｏｒｍａｔ  Ｆｏｒ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ”）。
発明の背景
発明の分野
本発明は、ユーザが音声によりリアルタイムで通信できるシステムに関し、より詳細には、ユーザどうしがパケットネットワークによって互いに接続されるシステムに関する。
従来技術の説明
現在、人間とコンピュータは異なる通信システムを使用している。すなわち、人間は電話ネットワークを使用し、コンピュータはパケット交換網（packet switching networks）を使用している。電話網は交換回路リアルタイム音声通信を供給すべく最適化されており、一方、パケット交換網は、ノンリアルタイムデータ通信を供給すべく最適化されている。
各タイプのネットワークが別の目的で使用できることは言うまでもない。モデムを介してコンピュータを電話ネットワークに接続すれば、電話ネットワークをデータ通信に使用することができ、インターネットパケット交換網上で音声通信のできるコンピュータソフトウェアが利用可能になる。データ通信に電話ネットワークを使用する、あるいは音声通信にパケット交換網を使用する場合、次のような問題がある。すなわち、各ネットワークの主要な目的のために存在する最適化が、ネットワークを別の目的に使用した場合にトラブルを生じさせてしまう。
例えば、データ通信は、一般的にバースト（型）で、すなわち、コンピュータはあるデータを送るとその後しばらく無音の状態になる。よって、電話回線がデータ通信に使用された場合、このような無音の間回路はデータ通信専用の状態を維持するため電話システムにおける資源の浪費を招く。一方、二人の人の間での音声通信を可能にするためには、人が話す時間と、回路の他端からの応答を聞く時間との間には短い往復遅延（round-trip delay）のみが許可される。さらには、この遅延は通信を通じて比較的一定に保たれなければならない。電話システムはこのように厳重なリアルタイムの要求を持つ通信のために設計されているが、パケットネットワークはそうではない。パケットネットワークにおける遅延はネットワーク中の全体負荷の関数であるので、音声通信のリアルタイム要求を一貫して満足させられるわけではない。
単に音声通信に用いられる場合でも、電話ネットワークにはその歴史に起因する問題がある。現代の電話ネットワークは、コンピュータシステムが大型で値段が高く、かつ特殊化された操作環境を必要としていた時代に設計された。この結果、ネットワークの「内部」にある、交換局やネットワーク制御ポイントなどのデバイスは「インテリジェント（すなわちプログラム可能）」であるが、電話機や留守番機などのネットワーク端部のデバイスは「インテリジェントでない（プログラム不可能）」ものだった。
このようなインテリジェントデバイスは全体的な新たな一連の電話サービスを可能にしたが、そのインテリジェンスに支払った代償は小さくなかった。そして、異なるサービス間の相互作用のためにネットワークの挙動は複雑で理解しにくいものになり、各種の新しいサービスは新しいプログラムコードとデータベース及び既存のプログラムコードとデータベースへの交換を意味するようになった。現在では、現代の中央交換局には５，０００，０００本以上のプログラムコードが含まれる。もちろん、サービスの数が増すにつれ、新しいコード及びデータベースのシステムへの追加、古いコードとデータベースのメンテナンス、データベースと交換局の挙動との一貫性のチェックがより困難になる。かかる事実の結果が以下の通りである。現在の交換局のコストのほとんどが、そのコードのメンテナンス及び修正のためのコストである。また、ますます競争的になった市場に要求されるスピードでサービスを作成し修正するのがますます困難になってきた。
ネットワークの内部にのみインテリジェンスが実現できるという事実は、ネットワークを設定し（すなわち、ネットワークのデバイス及び／または構成を修正し）、ネットワークを維持し、顧客に料金請求するシステムのデザインに影響を来たした。この結果、このような設定、メンテナンス及び料金請求のシステムが電話システムにおける大きなコストの新たな原因となっている。
電話装置のプロバイダ及びサービスプロバイダが、インテリジェントネットワークのプログラミング、設定、及びメンテナンスの要求に奮闘している一方で、集積回路の製造技術における進歩がプロセッサ及びメモリのコストを引き下げ、今ではかなりのインテリジェンスを有するマイクロウェーブオーブンやテレビなど、かつての「インテリジェントでない」装置がインテリジェント化されたものがどの家庭にも見られる。同時に、送信技術及びパケット交換局における進歩により１つの地点から別の地点への実際の情報の移動に要するコストが大幅に引き下げられた。
本発明の目的は、低コストのプログラム可能なデバイスの存在、及びパケット交換局と送信技術における進歩を利用し、音声通信とデータ通信に同じように適用でき、既存のシステムより要求される交換局及びトランクラインの数が少なく、プログラミング、メンテナンス（保守）、設定及び課金が大きく簡略化できる電話システムを生成し、その結果従来より実質的に低いコストで電話及びその他の電話通信サービスを供給することである。
発明の概要
本発明の目的を達成する電話システムは、遅延及び遅延変化が限定された仮想回線を提供し、これにより最大往復遅延時間の限度を保証することのできるパケットネットワークにおいて実現される。ネットワークの端部には、パケットネットワークを介して互いにパケットを送信できるインテリジェントなネットワークインターフェースユニット（ＮＩＵ）が供給される。ネットワークインターフェースユニットは、パケットネットワークと、電話または中央交換局などの標準電話装置との間に接続されている。
一対のネットワークインターフェースユニットの間に、往復遅延の制限された仮想回線を確立するために制御パケットが使用される。回路が確立されると、ネットワークインターフェースユニットの対のそれぞれが、接続された標準電話装置からの音声信号を受信し、この音声信号の圧縮ディジタル表現を作成し、送られた表示信号をネットワークインターフェースの対のもう一方に送る仮想回路にアドレスされた短いパケットにこの圧縮表示を置き、これらのパケットをネットワークに乗せる。他方のネットワークインターフェースユニットは、パケットを受信すると、圧縮された表現を伸張し、その結果である音声信号を接続された標準電話装置に供給する。ネットワークインターフェースユニット内の無音検出器によってさらなる圧縮が実現する。無音検出器が無音期間を検出すると、ネットワークインターフェースユニットは無音が開始した旨の情報を圧縮表現で生成し、直ちにパケットを送信する。そして、無音検出器が無音期間の完了を検出すると、ネットワークインターフェースユニットは直ちに新たなパケットの作成を開始する。
標準電話装置のユーザの観点からすると、システム１０１は標準電話ネットワークを全く同じように動作する。各ネットワークインターフェースユニットは、制御パケットを作成し、パケットネットワーク上にこれらを乗せることにより標準電話装置からの制御信号に応答し、制御信号を標準電話装置に供給することによってネットワークから受信した特定の制御パケットに応答する。
電話システムは、パケットネットワークと、制御パケットを生成しこれに応答することのできるネットワークインターフェースユニットとを使用して実現されるので、音声と同様データにもこの電話システムを使用できる。さらに、ネットワークインターフェースユニットが制御（コントロール）パケットを生成しこれに応答できることにより、ネットワーク内ではなくネットワークインターフェースユニットにおいて新しいサービスを決定することができる。この結果、ネットワークにおける装置（デバイス）のデザインを大幅に簡略化できる。音声圧縮及び無音検出とともにパケット使用しパケット内に音声信号の表現を生成することにより、所与の通話量に必要なネットワーク資源の量を大きく低減でき、結果としてシステムの構築及び運用のコストも大きく低減できる。パケットネットワークにおいて最大遅延の限定された短いパケットを使用することにより、低コストで良質の音声再生を一貫して提供できる。
ネットワークインターフェースユニットがインテリジェントであるという事実により、設定及びメンテナンス（保守）のコストが低減できる。電話システムはネットワークのマップを保持しており、周期的にネットワークをポーリングして、新しいデバイスが接続されているかどうかを決定する。新しいネットワークインターフェースユニットのそれぞれは、電話システムがネットワークに追加する必要のある情報に自動的に応答する。電話システムは、さらに、既存の装置を周期的にポーリングしてその状況を決定するので、常に現在に近いネットワークマップを持つことができる。
本発明の電話システムは、さらに、簡単な課金（料金請求）システムを用いている。ユーザは、月ごとのアクセス料と通話地点に関係なく１分ごとの均一通話料金を請求される。このように、課金データベースが必要なのは、加入者が毎月ネットワークを何分間利用したかの記録のみであり、加入者の請求書は、アクセス料金とネットワークを使用した時間を列記しただけのものになる。また、加入者の同意が得られれば、各月の使用料をクレジットカードで請求することもでき、この場合、料金の請求はクレジットカードの利用明細書に列記される。
本発明の、前記及びその他の目的及び効果については、当業者が以下の図面及び詳細な説明を参照することにより明らかである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による電話システムの概観図である。
図２は、ネットワークインターフェースユニットによる音声圧縮の概観図である。
図３は、ネットワークインターフェースユニットから見た電話システムにおける通話を示す図である。
図４は、ネットワークインターフェースユニットの好適な実施形態を示す図である。
図５は、ネットワークインターフェースユニットの好適な実施形態におけるメモリの内容を示した概観図である。
図６は、電話システム１０１のメンテナンス、課金、及び設定システムの概観図である。
図７は、電話システム１０１において指定されるドメインを示す図である。
図面及び詳細な説明に用いられている符号は３桁以上の数字からなっており、このうち小さい方の２つの有効数字は図における数字を示し、残りの数字は図面番号を表している。すなわち、符号３０５の要素は、最初に図３に現れる。
詳細な説明
以下の「詳細な説明」において、本明細書で開示する電話システムとその動作をまず概説し、続いてネットワーククインターフェイスユニットの動作機能の詳細を述べる。さらに、ネットワークインターフェイスユニットの好適な実施形態、電話システムに採用される電話番号翻訳、課金、設定、メンテナンス、ネーミング慣習について述べる。
電話システムの概説：図１
図１は、本明細書で開示する電話システムの実施形態１０１を示す。電話１０１は非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワーク１０３を使用して実施される。ＡＴＭネットワークは、Martin DePrycker, Asynchronous Transfer Mode: Solution for Broadband ISDN, Ellis Harwood Publishers, 2.ed., 1993に述べられている。係るネットワークにおいて、データは５３バイト長いパケットの形態でネットワーク上で移動する。各パケットは５バイトのヘッダと、４８バイトのボディで構成される。ヘッダに含まれる情報を用いて、ネットワークはパケットを送信し、パケットを受信する装置はパケットを解釈する。ボディはパケットのデータを含む。パケットを使用し、ＡＴＭネットワーク１０３および接続される装置に対する制御情報と、装置間のデータをやりとりする。現実のＡＴＭネットワーク１０３は、ＡＴＭ交換局１０５と、交換局間を接続するトランクライン(trunk line)１１９とを用いて実施される。トランクライン１１９は通常光ファイバーケーブルであり、ＡＴＭ交換局１０５は非常に高速であるので、ＡＴＭネットワーク１０３は、非常に高い帯域幅を有する。ＡＴＭネットワーク１０３に採用されるＡＴＭ交換局１０５の一例として、Fore Systems, Inc.製のASX-2000交換局がある。トランクライン１１９はDS1またはテレコミュニケーション会社からリースされるDS3トランクでもよい。
ＡＴＭネットワークは仮想（バーチャル）回路ネットワークである。二台の装置がＡＴＭネットワークを介してコミュニケーションをとりたい場合、ネットワークがこれらの装置間に少なくとも一つの仮想回路を確立する。仮想回路はネットワークを通る固定ルートに従っており、その仮想回路を使用するパケットはすべてそのルートを通る。その結果、パケットは発信元から出た時と同じ順番で目的地に到着する。つまり、仮想回路は実際の回路と同様の論理特性を有する。ＡＴＭ交換局において使用されるキュー（待ち行列）の原理は、仮想回路に対する限界(bounded)最大往復遅延を指定することができる。詳細はTraffic Management Specification version 4.0, ATM Forum/95-0013r9,Straw Vote, December 1995、特に、Section 2のATM Service Architectureを参照されたい。
ＡＴＭネットワークは限界最大遅延を有する仮想回路を提供するので、ＡＴＭシステムにおけるパケットを使用して、ボイスコミュニケーション（音声通信）、ビデオ、データ通信等のリアルタイム要求を有する通信を行うことができる。ＡＴＭネットワーク１０３に使用されるＡＴＭ交換局１０５と、電話ネットワークにおいて現状で使用されている中央交換局との決定的な差異は、ＡＴＭ交換局は、コールウェイト、ボイスメール、８００ナンバーサービス、あるいは、呼（コール）転送（これらのサービスを今後「特徴」と呼ぶ）ができないかわりに、仮想回路の確立及びパッケットのルーティングについて最適化されていることである。
図１を用いて続けて説明すると、ＡＴＭネットワーク１０３は交換局１０５とトランク１１８だけでなく、課金・設定・メンテナンスシステム１０５を含む。このシステムに保持される情報は、電話システム１０１の構成、設定情報、メンテナンス情報、加入者情報に関する。更に加入者情報は、ディレクトリ情報と課金情報を有する。以下に更に詳しく説明するように、電話システム１０１のある特性によって、これらのデータベースは、現在使用されている電話システムよりも、さらに有益で簡単なものになる。
電話システム１０１においては、ネットワークインターフェイスユニット１１３は、中央交換局１１７のような標準的電話装置と顧客側装置１１１間、およびコンピュータやオーディオビジュアル装置といった電話以外の装置とＡＴＭネットワーク１０３の間においてインターフェイスとして機能する。ネットワークインターフェイスユニット１１３は、例えば光ファイバーケーブル、同軸ケーブル、ワイヤレスメディア等の各種のメディア１１２および１１４によってＡＴＭネットワーク１０３に接続されてもよい。実際、メディアは、ＩＳＤＮ電話線であってもよいし、標準的電話線であってもよい。電話システム１０１はパケットや仮想回路を使用するため、多数のネットワークインターフェイスユニット１１３間で単体のコミュニケーションメディア１１２または１１４を多重送信してもよい。
例えば、電話システム１０１のある実施形態において、コミュニケーションメディア１１２は双方向通信ができるＣＡＴＶネットワークでもよい。係る実施形態においては、交換局１０５（ｃ）はＣＡＴＶネットワークのヘッドエンドに接続され、ネットワークインターフェイスユニット１１３は家庭のケーブル（出口（アウトレット）に接続され、顧客側装置１１１はネットワークインターフェイスユニット１１３に接続される。多くのネットワークインターフェイスユニット１１３の中でも多重送信コミュニケーションメディア（媒体）１１２を用いる利点は、交換局１０５がコミュニケーションメディア１１２に接続されるだけで良く、各ネットワークインターフェイスユニット１１３に直接接続される必要がないことである。
電話システム１０１をネットワークインターフェイスユニットとして使用して、電話システム１０１と標準的な電話交換局とを連結してもより。図１において、例えば、ネットワークインターフェイスユニット１１５はＡＴＭ交換局１０５（ａ）と標準中央交換局１１７との間の接続され、交換局１１７は標準的加入者ーループ１１６によって、顧客側装置１１１に接続される。ネットワークインターフェイスユニット１１５は、ＡＴＭネットワーク１０３と、中央交換局１１７等の標準的電話交換局との間に接続される。これによって、電話システム１０１を使用して、標準的電話システムの加入者間での長距離サービスを提供することができる。さらに、電話システム１０１の加入者でない使用者が加入者に電話することができる。もちろん、後者の目的のために、ネットワークインターフェイスユニット１１５を、中央交換局の代わりにトール交換局に接続してもよい。
システム１０１の他の形態において、ネットワークインターフェイスユニット１１３の一部あるいは全ての機能を、標準的電話線によって利用者に接続され、さらにＡＴＭネットワークにも接続している交換局を用いて実行することができる。この交換局におけるインターネットインターフェイスは、利用者側に設置されたＮＩＵ１１３と全く同様の方法で、ＡＴＭパケットやボイス（音声）信号を中継することができる。交換局は、利用者ごとに別個のネットワークインターフェイスユニット１１３を有るすこともできるし、何人かの利用者に対してネットワークインターフェイスユニット１１３を多重化することもできる。係る構成によって、ローカルサービスを提供している電話会社は、従来の方法を使用する場合より安価に長距離ネットワークを構築することができる。更に、標準的電話システムにおいてネットワークインターフェイスユニット１１３を使用することができる。係るシステムにおいては、ネットワークインターフェイスユニット１１３は、標準的電話線によって標準的電話交換局に接続される。このシステムでは、電話線をメディアとして用いて、現在データを送信している方法と同様にＡＴＭパケットを送信する。
ネットワークインターフェイスユニット１１３はインテリジェントな装置であり、これを使用して電話システム１０１において上記特徴を実現する。同様のネットワークインターフェイスユニットを用いて、標準的電話装置、コンピュータ、およびオーディオビジュアル装置間のインターフェイスを実現することができる。ネットワークインターフェイスユニット１１３に直接アクセスすることができる、電話システム１０１のユーザは、ボイスコミュニケーションだけでなくデータコミュニケーションに電話システム１０１を使用することができる。さらに、音楽やテレビのソースとしても電話システム１０１を使用することができる。これらのコミュニケーション形態は仮想回路を用して実現されるので、電話システム１０１を同時に用いてボイスコミュニケーションやデータコミュニケーション等の多様なコミュニケーション形態を実現する際に、他の装置は必要ない。
インターフェイスユニット１１３は、標準的電話装置とＡＴＭネットワーク１０３とのインターフェースを実現する場合、以下の二つの機能を実行する。
・制御情報を標準電話装置にあわせた形態からＡＴＭネットワーク１０３にあわせた形態に変換する
・ＡＴＭネットワークのボイスパケットに使用される、ボイス信号の高圧縮表現(representation)と、標準的電話装置にあわせた形態との間の交換を行う。
パケットに高圧縮表現を使用し、パケットを運ぶ仮想回路を使用することにより、現在の電話システムが提供するボイス電話とほぼ同質ボイス電話を、６４Ｋｂでなく１６Ｋｂの帯域幅で実現することができる。さらに改良すれば８Ｋｂで実現することもできる。これは、電話システム１０１は、同等の能力を有する標準的電話システムに比べて、はるかに少ないトランクライン１１０と交換局１０５しか必要としないことを意味する。交換局は、より小型でより簡単である。したがって、標準的電話システムにおける同等のものより安価に作り維持することができる。小型の信号が可能であるのは、第一に多重化した通信メディアを用いて信号をネットワークインターフェイスユニットに接続使用しているからであり、第二に、ネットワークユニットのインテリジェンス（情報処理能力）の大部分が、交換局からネットワークインターネットユニットに移されたからである。
各加入者がそれぞれのネットワークインターフェイスユニット１１３を有する電話システム１０１の形態において、ネットワークインターフェイスユニット１１３によって「特徴」が実施されるということは大きな利点である。まず、交換局１１５に代わってネットワークインターフェイスユニット１１３によって特徴が実施されれば、効果的に特徴をネットワークのほかの部分から切り離すことができる。所定のネットワークインターフェイスユニット１１３がＡＴＭネットワーク１０３上に送信したパケットが、そのネットワークにとって適正な形態を有していれば、所定のネットワークインターフェイス１１３内で生じた出来事は、そのネットワークインターフェイス１１３と、このネットワークインターフェイスユニット１１３がＡＴＭネットワーク介してアクセスするほかのネットワークインターフェイスユニット１１３にのみ作用し、ＡＴＭネットワーク１０３や他のネットワークインターフェイスユニットには作用しない。
特徴が切り離されれば、ネットワークの動作と維持が簡単になるだけでなく、ネットワークインターフェイスユニット１１３をオープンプラットフォームとして扱って、誰でもが「特徴」を開発することができる。その結果、有益な特徴の数が急激に増え、「特徴」開発のコストの大部分は電話サービスプロバイダあるいは交換局製造業者からソフトウェア製造者に移り、加入者は、中央交換局において特徴が実施されたときよりも早く多くの特徴を享受することができる。
交換局の代わりにネットワークインターフェイスユニット１１３において特徴を実施することの最後の利点は、各ネットワークインターフェイスユニット１１３が加入者の望む特徴のみを実施することである。この点で、交換局を用いた場合は、その交換局を使用しているすべて加入者が望む全ての特徴を実施しなくてはならない。したがって、交換局を使用する場合は、加入者は、望むサービスに対して支払う額だけでなく、全ての特徴をその交換局で実施しなくてはならないが故の全ての経費を反映する額を支払うことになる。一方、ネットワークインターフェイスユニット１１３を用いれば、加入者は自分の経費のみを負担すればよい。
各ネットワークインターフェイスユニット１１３がＡＴＭネットワーク１０３に接続しておりインテリジェンスを有しているので、加入者が新たな特徴を購入する際には、その「特徴」のプロバイダに電話をかけ、その特徴をネットワークインターフェイスユニット１１３にダウンロードしてもらい、ネットワークインターフェイスユニット１１３を使って自分でインストールできるようにしてもらうだけでよい。もちろん、ネットワークインターフェイスユニット１１３が顧客側に有れば、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピディスクからインストールすることができる。これは現在もパソコンを用いて行っていることである。
パケット交換を用いた場合の問題はセキュリティである。この問題は２段階ある。ネットワークを介して送信されるメッセーッジのプライバシーとネットワーク１０３自身の安全である。後者は、制御情報がメッセージと同様の方法で送信されるために生じる。電話システム１０１において、セキュリティはBruce Schneier, Applied Cryptography, Wiley, 1994に述べられた公開キー暗号化技術等の暗号化技術によって提供される。暗号化と復号化に必要なキーは、ネットワークインターフェイスユニット１１３が電話システム１０１に加入された時に、ネットワークインターフェイスユニット１１３と交換局１０５に提供される。
プライバシーとネットワークセキュリティは、公開キーと共有キーを含む技術を用いて達成される。所定の交換局１０５は、コミュニケーションメディア１１２を介して接続されるネットワークインターフェイスユニット毎の公開キーを有し、各ネットワークインターフェイスユニットは、その交換局１０５の公開キーを有する。
公開キー暗号化は計算処理上(computationally)高価である。したがって、所定の交換局とネットワークインターフェイスユニットとが、例えば、仮想回路を設定するために互いにコミュニケーションを開始する時に、その公開キーを使用して、仮想回路が維持されている間の共有キーを作るために必要なメッセージを送信する。共有キーを用いて、仮想回路が維持されている間にパケット暗号化する。回路が消えたら、共有キーは廃棄される。
電話システム１０１の動作の概説：図３
電話システムを介して電話をかける発呼者の側から見ると、電話システムは標準的電話システムと全く同様に動作する。例えば、電話システム１０１に直接接続している電話１１１（ａ）から、標準的電話システムの一部であり、したがって中央交換局１１７に接続されている電話１１１（ｚ）に対して電話をかけるとする。
図３は、ネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）から見た呼（コール）の流れを示す。図３のパケットにおいて、ヘッダはボディからダブルラインで分離される。発呼者は、電話１１１（ａ）のヘッドセットを取り上げる。これに応じて、電話１１１（ａ）はオフフック信号３０３をネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）に送信する。ネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）は、ダイヤルトーン３０５を電話１１１（ａ）に返信する。発呼者は、電話１１１（ｚ）の番号をダイヤルする。ネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）は、ダイヤルされた番号に反応して、セットアップ制御パケット３１１を作りコミュニケーションメディア１１２に送信する。セットアップパケット３１１は少なくとも以下の情報を含む。
・ヘッダーにおいて、
１．交換局１０５（ｃ）の通信メディア１１２におけるローカルアドレス３１３；および、
２．パケット用の仮想回路３１５（この場合、システム１０１において制御回路として使用される仮想回路０）。
・ボディにおいて、
１．パケットのタイプ３１２、この場合、呼セットアップ；
２．発信元電話番号３１９、つまり、電話１１１（ａ）の番号；および、
３．発信側電話番号３１７、つまり、電話１１１（ｚ）の番号。
発信元および着信側電話番号はネットワークアドレスである。つまり、これらの電話は現在接続されているネットワーク１０３に対して一義的に識別される。接続あるいは所属しているＡＴＭネットワーク１０３上の各装置は係るネットワークアドレスを有する。後で更に詳しく説明するように、インターフェイスユニット１１３のネットワークアドレスは場所依存的である。交換局等の携帯用ではない部分のネットワークアドレスは、ロケーション（位置）情報を符号化する。
交換局１０５（ｃ）は、パケット３１１を受信し、これに反応して制御パケットをＡＴＭネットワーク１０３に送信する。これによって、単信方式（シンプレックス）の仮想回路１１９および１２１（点線によって指示）がネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）とネットワークインターフェイスユニット１１５との間でセットアップされる。仮想回路１１９は、発信元がＮＩＵ１１３（ａ）であるパケットを宛先ＮＩＵ１１５に、及びその逆に、を運ぶ。
仮想回路をセットアップするために、交換局１０５（ｃ）はパケット３１１からの着信側電話番号を、電話１１１（ｚ）に宛てられたパケットが送信されるべきＮＩＵ１１５のネットワークアドレスに変換する。ネットワーク１０３は係る変換を行うためのテーブルを保持し、インターフェイスユニット１１３内の交換局はルーティング情報を含む。この情報から、仮想回路をセットアップ時に、仮想回路内の所定の交換局は、仮想回路の次の部分をいかにルートさせるか決定することができる。仮想回路が一旦確立されると、その回路が通過する各交換局は、仮想回路の識別子を、仮想回路を有する進行中のリンクと関連づけるテーブルを有する。仮想回路のセットアップの一部として、タイマがセットされ、発信元電話番号３１９と関連付けられる。
回路がセットアップされると、交換局１０５（ｃ）は、３２１に示すように、パケット３２４をネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）に送信する。パケット３２４の中のヘッダは、NIU１１３（ａ）のコミュニケーションメディア１１２中のローカルアドレス３２６と、そのパケット用の仮想回路、つまりVC(0)３１５を含む。ボディ３２７は、パケットが仮想回路の確立を指示したことを示す少なくともタイプ３２５と、仮想回路１１９（３２９）および１２１（３３１）の識別子を含む。パケット３２４を受信すると、インターフェイスユニット１１３は、ボイスパケットの送受信をする準備ができる。
仮想回路が一旦確立すると、交換局１０５（ａ）はＮＩＵ１１５に対して、回路が確立したことを示し、少なくとも仮想回路の識別子と、恐らくは着信元電話番号を含むパケットを送信する。ＮＩＵ１１５はこれに反応して、標準的電話交換局１１７と電話１１１（ｚ）との接続を確立するために必要な信号を生成する。接続が確立すると、電話１１１（ａ）と１１１（ｚ）とは、仮想回路１１９および１２１を介して送信されたボイスパケットによってコミュニケーションを始めることができる。
ボイスパケットを作るためには、ネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）および１１５が電話システムから受信したボイス信号をボイスパケットで使用する圧縮表現に変換する。ネットワークインターフェイスユニットがボイスパケットを受信すると、ユニットは圧縮表現ボイスパケットを電話装置用のボイス信号に変換する。この段階で、交換局１１７からのベルあるいはビジー信号の送信を始める。これは、３３１のネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）に示す。電話１１１（ａ）からのボイス信号３３３は、ネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）に入力される。ネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）はボイスパケット３３７（ａ）を生成し、メディア１１２に出力する。
各ボイスパケット３３７（ａ）のヘッダは、メディア１１２中の交換局１０５（ｃ）用のローカルアドレス３４３と、仮想回路１１９用の仮想回路識別子３４１とを含む。ボディはパケットタイプ３４５と、ボイス信号３３９の圧縮表現を含む。交換局１０５（ｃ）はパケットを受信し、仮想回路１１９を介して交換局１０５（ａ）に送信する。交換局１０５（ａ）は、ＮＩＵ１１５のローカルアドレスを示すようにフィールド３４３を変化させる。ＮＩＵ１１５は、各パケット３３７（ａ）に反応して、圧縮表現３３９において指定されたボイス信号を生成し、交換局１１７に供給する。交換局１１７は、これを電話１１１（ｚ）に送信する。ＮＩＵ１１５は電話１１１（ｚ）からのボイス信号を、ネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）について説明した方法と同様の方法で扱い、圧縮表現を含むボイスパケット３３７（ｂ）を仮想回路１２１を介して交換局１０５（ｃ）に送信する。交換局１０５（ｃ）は、ＮＩＵ１１３（ａ）のローカルアドレス３２６を加え、パケットをメディア１１２に送出する。ネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）がパケットを受信すると、圧縮表現３３９をボイス信号３３５に変換する。
上記のボイス信号の交換はつながっている電話のどちらか一方が電話をきるまで継続される。図３の３４９に、電話１１１（ａ）が電話をきると何が起こるかを示す。ネットワークインターフェイスユニット１１３（ａ）はオンフック信号３５１を電話１１１（ａ）から受信し、これに反応してパケット３５５を交換局１０５（ｃ）に送信する。パケット３５５は仮想回路解体パケットである。ボディは、少なくとも解体タイプ３６１と仮想回路１１９および１２１の仮想回路識別子を含む。ヘッダは、交換局１０５（ｃ）（ＳＷＡ３４３）のアドレスを含み、制御仮想回路０（３５９）を特定する。交換局１０５（ｃ）はパケット３５５に反応して、このふたつの仮想回路を解体するために必要なほかの交換局に宛てたメッセージを生成する。これらのメッセージのうちの一つに応じて、タイマは、課金されるべき電話番号の電話と呼がつながっていた時間を読み出し、これが課金・設定・メンテナンスシステム１０７の課金データベースに送信される。この情報はもちろんＡＴＭパケットでネットワークを通過する。交換局１０５（ｃ）が自らの解体メッセージを受信すると、呼通信パケットを生成し、ＮＩＵ１１５に送信する。ＮＩＵ１１５は、これに反応して、電話１１１（ｚ）においてダイアルトーンを生成する信号を交換局１１７に送出する。
交換局１２５に代わってネットワークインターフェイスユニット１１３において制御パケットを用いて特徴を実施する。例えば、電話１１１（ｋ）において呼転送特徴を始動すると、この特徴は電話１１１（ｋ）のネットワークインターフェイスユニット１１３（ｋ）において始動される。着信先が電話１１１（ｋ）である呼用のパケット３２４がインターフェイスユニット１１３（ｋ）に到着すると、インターフェイスユニット１１３（ｋ）が、呼が転送されるべきであることを示し転送先の電話番号を有する交換局１０５（ｃ）にあてた制御パケットに反応する。交換局１０５（ｃ）は仮想回路を電話１１１（ｋ）ではなくてその電話につなげる。
コールウェイトも同様に動作する。電話システム１０１が、本物の電話の代わりに仮想回路を採用しているので、所定のインターフェイスユニット１１３（ｋ）が、最初の電話中にかかってきた二番目の電話を簡単に扱うことができる。インターフェイスユニット１１３（ｋ）側からすると、呼が進行中であるということはインターフェイスユニット１１３（ｋ）が、その呼の仮想回路を介して、他のインターフェイスユニット１１３（ｉ）とパケットを交換中であることを意味する。これが進行中、インターフェイスユニット１１３（ｋ０は、インターフェイスユニット１１３（ｋ）を到着先に指定する他のパケットに応じることができる。これらの一つがパケット３２４であれば、インターフェイスユニット１１３（ｋ）はパケットに反応して、電話１１１（ｋ）において、現在と同様のコールウェイトを知らせるビープ音を流す。
８００ｍ番等のサービスも専用のネットワークインターフェースユニット中で実現可能である。かかるサービスでは、ネットワークインターフェースユニット（おそらく８００サービスに支払いを行う個人が所有）は、８００番々号への着信を、該呼を扱う人々の電話番号へルーチングする。電話システム１０１に関しては、８００番々号と通常の電話番号との唯一の差は、発呼元ではなく着呼先の電話番号に課金されることである。
好適な実施形態の詳細
以下の好適な実施形態の詳細な議論では、まず好適な実施形態の音声符号化について述べ、その後、ネットワークインターフェースユニットの詳細を説明する。
音声符号化：図２
好適な実施形態では、音声パケット２０５中の音声信号は、J.-H. Chen著の"Low Complexity wideband speech coding", in Proc. IEEE Workshop on Speech Coding for Telecommunications, pp.27-28, Annapolis, MD, Sept. 1995に記載の変換予測符号化等の符号化スキームを用いて符号化される。エンコーディングおよびデコーディングはどちらもネットワークインターフェースユニット中のマイクロプロセッサで行われる。現在、Inetel製のPentiumマイクロプロセッサ等（PentiumはIntel所有の商標）上で動作するエンコーダおよびデコーダは、商業用品質の音声に必要な帯域幅を６４Ｋｂｓから１６Ｋｂｓに下げることができ、将来は８Ｋｂｓまで下げることが可能とみられている。
帯域幅をさらに削減するには、ネットワークインターフェースユニット中のマイクロプロセッサを用いて無音（沈黙）時間を検出する。無音が検出されると、マイクロプロセッサはこの事実をエンコーダに知らせ、これによりエンコーダが現在実行中のスピーチパケット中に無音マーカを挿入して、符号化を中断する。その後、マイクロプロセッサは即座にパケットを送信する。マイクロプロセッサが無音時間の終了を検出すると、マイクロプロセッサはエンコーダに符号化（エンコード）の再開を指示し、エンコーダがこれを完了するとすぐに次のスピーチ（音声）パケットを送信する。ある実施形態では、マイクロプロセッサは無音期間中に定期的に「無音」パケットを送信して、電話システム１０１に仮想回路がまだ「生きている」ことがわかるようにしてもよい。
目的地ネットワークインターフェースユニットでは、デコーダは低レベルのバックグラウンドノイズの発生を開始して無音マーカに応答し、ユーザに回路がまだ「死んでいない」ことを知られることができる。ある実施形態では、無音マーカまたは無音パケットは、ソースネットワークインターフェースユニット中に取り付けられた電話機から受信中のバックグラウンドノイズを反映するある特定の種類のバックグラウンドノイズの発生を特定することもできる。
こうして図２に示す音声パケットの流れができあがる。２０１はＮＩＵ１１３に接続された電話から入力されたスピーチ信号であり、信号２０３（ａ）で示すスピーチの第１期間の次に、無音期間２０５が続き、その後に信号２０３（ｂ）で示すスピーチの第２期間が続く。入力２０１はＮＩＵ１１３で受信され、これによりスピーチパケットのシーケンス２１９を形成する。シーケンス中の第１の有音（スピーチ）期間はパケット２１９である。他のパケットと同様、このパケットはヘッダ２０７と本体２１７とをもつ。ヘッダはシーケンス中のすべてのパケットについて同じであり、ＮＩＵ１１３が送信媒体１１２を介して接続される最低２つの交換局アドレス２１４と、スピーチパケットを保持する仮想回路用の仮想回路番号２１５とを含む。パケットの本体は、パケットに符号化されたスピーチが含まれることを示し、かつ符号化についての情報を特定しうるタイプフィールド２１３と、スピーチの第１期間２０３（ａ）から符号化された圧縮音声データ２０９（ａ）と、無音期間の開始を示す無音マーカ２２１と含む。無音マーカの後に、発生されるバックグラウンドノイズの種類を示すデータが続いてもよい。
無音パケットを定期的に提供する実施形態では、ネットワークインターフェースユニット１１３は無音パケット２１６を定期的に送信する。このパケットの本体は、それが無音パケットであることを示すタイプだけを含めばよいが、どのような種類のバックグラウンドノイズかを示すデータも含みうる。無音期間が終了すると、ＮＩＵ１１３はスピーチパケットの送信を再開する。２０６はこのようなパケットの最初のものを示す。これはパケット２１９と同じヘッダおよびタイプを含み、スピーチの第２期間２０３（ｂ）から符号化された圧縮音声データ２０９（ｂ）を含む。当然、もしスピーチ２０３（ｂ）の期間が短すぎてパケット全体に充たなければ、パケット２０６もまた無音マーカを含みうる。
好適な実施形態における遅延
電話システムにおいて厳重な遅延が要求されるのは、該システムが人間の会話用に設計されているためである。かかる会話では、一方側が相手側を中断するが、この場合、中断した側は中断された側からの「即時」応答を期待する。応答の入来が遅すぎる場合は、中断した側は中断された側が愚鈍なまたは酔っている状態ではないかと推測する。
電話網の両側で会話している場合、中断した側が応答を受けるまでに知覚する遅延を構成するのは、中断された側が中断を聞いてから応答するまでにかかる時間の長さだけでなく、双方の側が会話している電話網の回路の「往復遅延」も含まれる。回路の往復遅延は、音声信号が回路の一方端まで行ってから戻るまでにかかる時間である。短い往復遅延は許容できるが、遅延が長くなると、各側は相手側がおかしいと知覚し、ある地点をすぎると、遅延のために双方向の会話が不能となり、ウォークマン型の「押しボタン式会話」を使用しなければならない。
電話システム中で許容可能な遅延を特定するためにより経験的な作業がなされている。この作業の結果はITU standards document ITU-TG.114, Transmission Systems and Media. General Recommendations on the Transmission Quality for an Entire International Telephone Connection. One-Way Transmission Time, dated March, 1993, published 1994に記載されている。そこで説明されているように、エコーキャンセレーションを用いた場合は、２５〜１５０ｍｓｅｃの片道遅延（往復遅延の半分）は許容できるが、１５０ｍｓｅｃを越えた場合は、高性能のエコーキャンセレーションが必要で、一方側が他方側を中断した場合の遅延は許容範囲外となり、４００ｍｓｅｃを越える片道遅延は可能な限り回避しなければならない。
遅延が問題となるのは、標準的な電話システムよりもパケットベースの電話システムのほうである。これには次の３つの理由がある。
●パケット交換局中のキューイング遅延
●圧縮音声表現の符号化および復号化に必要な時間
●パケットのアセンブリに必要な時間
好適な実施形態では、音声データ保持に短いパケットを使用する、ネットワークにかかる仮想回路中の送信パケットに含まれる遅延を結合したパケット交換局中でキューイング技術を使用する、高速符号化および復号化技術を用いて音声信号−音声データ間の交換を行う、ＮＩＵ中でエコーキャンセレーションを行う、ことによって上記の問題を解決する。これらの技術を組み合わせることによって、好適な実施形態はITU-T G.114に記載のある範囲に十分含まれるエコーキャンセレーションを備えた往復遅延収支を達成できる。
好適な実施形態の遅延収支は、国際通話では３００ｍｓｅｃ、国内通話では１２０ｍｓｅｃである。１２０ｍｓｅｃのうち、６０ｍｓｅｃはＡＴＭネットワーク１０３を介しての往復遅延に割り当てられ、４５ｍｓｅｃは音声信号からパケットへ、かつパケットから音声信号への変換用に割り当てられ、１５ｍｓｅｃはＡＴＭネットワーク１０３と関連のＮＩＵとの間の転送に割り当てられる。
ネットワークインターフェースユニット１１３の詳細：図４
図４は、システム１０１中で実現されうるネットワークインターフェースユニット１１３を示し、通信媒体１１２ははケーブルＴＶシステムに属する同軸ケーブル（ＣＡＴＶ）４０２であり、上流方向への通信用に確保された一部の帯域幅が能動化されている。図４に示すハードウェアを組み入れた製品は、Hybrid Systems, Inc.から発売されている。この製品については米国特許第５，３４７，３０４号（発明者Moura et al.、発明の名称"Remote Link Adapter for Use in TV Broadcast Data Transmission System"、１９９４年９月１３日発行）に説明されている。
ネットワークインターフェース１１３は、マイクロプロセッサ４２３を含み、音声信号処理制御の大半を行うコア４１０と、イーサネットインターフェース４２８と、標準電話インターフェースユニット４３１と、の３つの主要構成要素を含む。イーサネットインターフェース４２９は、ネットワークインターフェースユニット１１３をEthernet（Xerox Corporation所有の登録商標）等のプロトコルを用いてＬＡＮに接続し、これにより自宅で他の装置と通信できるようにする。ＬＡＮはホームネットワークとして有効に動作し、イーサネット上でパケットの生成または消費が可能な任意の装置と接続できる。かかる装置の例には、パソコンは当然ながら、そのほかにデジタルテレビ、デジタルオーディオ装置、およびホームセキュリティ装置がある。もちろん、イーサネット以外に他種類のデジタルホームネットワークを使用してもよい。標準電話インターフェース４３１は、コア４０１で生成されたデジタル信号と標準電話１１１で使用されるアナログ信号との間の変換を行う。
コア４０１の説明を続けると、コア４０１はマイクロプロセッサ４２３を含み、これはネットワークインターフェースユニット１１３が実行する処理を行える任意のマイクロプロセッサでよい。図４に示すハードウェアを電話システム１０１中のネットワークインターフェースユニット１１３として使用する場合、マイクロプロセッサ４２３はメモリ４２７に記憶されたプログラムを実行して、少なくとも以下の機能を実行する。
●イーサネットインターフェース４２９上のでパケットの提供および応答を行う
●ＣＡＴＶ４０２上でＡＴＭパケットの提供および応答を行う
●ＡＴＭネットワーク１０３からのメインテナンスおよび設定要求に応答する
●音声圧縮および伸張
●無音検出
●エコーキャンセレーション
●ＰＯＴＳ信号送信
●ネットワークインターフェースユニット１１３のユーザによって購入される機能のダウンロードおよび実行マイクロプロセッサ４２３がこれらすべての機能を実行するようにプログラミングするアルゴリズムは、当該技術分野で周知である。特に、ネットワークインターフェースユニット１１３および１１５で必要な種類のエコーキャンセレーションについては、米国特許第５，４０６，５８３号（発明者N.R.Dagdiveren、発明の名称"Modem with Received Signals and Transmitted Signals Comprising Signal Sets"、１９９５年４月１１日発行）に説明がある。
暗号化回路４２５は、同軸ケーブル４０２を介して送信されるパケットを暗号化し、かつ同軸ケーブル４０２から受信したパケットのデクリプト（復号化）を行い、かつまたＬＡＮ４２９から送受信したパケットの暗号化および復号化も行いうる。他の実施形態では、回路４２５によって与えれる暗号化および復号化機能は、マイクロプロセッサ４２３が実行してもよい。
マイクロプロセッサ４２３と同軸ケーブル４０２との間は、高周波数モデムによってインターフェースされる。図４に示すように、モデムは受信コンポーネント（ＲＣＶ）４０３と送信（ＸＭＴ）コンポーネント４１３とを含む。受信コンポーネント４０３は高周波数レシーバ４０５を含み、これは通信媒体１１２上で移動するＡＴＭパケットストリームを表す高周波信号４０５を受信し、これらをＡＴＭパケットのストリームを表すアナログ信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器４０７はアナログ信号をデジタル信号に変換し、モデム４０９はデジタル信号をビットストリームに変換する。メディアアクセス４１１はこのビットストリームを読みとってＡＴＭパケットとして翻訳し、ネットワークインターフェースユニット１１３にアドレス指定されたＡＴＭパケットを見つけると、そのＡＴＭパケットの内容をマイクロプロセッサ４２３に送る。
送信コンポーネント４１３は逆の動作を行う。すなわち、マイクロプロセッサ４２３からＡＴＭパケットの内容を受信し、それをメディアアクセス４２１でＡＴＭパケットに変え、そのＡＴＭパケットをモデム４１９に与える。モデム４１９は次にそのパケットを表すデジタル信号をＤ／Ａ変換器４１７に送り、ここでアナログ信号に変換されてＲＦトランスミッタ４１５に送られる。ＲＦトランスミッタ４１５は最後に、アナログ信号を高周波数信号に変換し、同軸ケーブル４０２に送る。
先に述べたように、通信媒体１１２は、媒体１１２が接続される多数のインターフェースユニット１１３および交換局１０５に共有されている。従って媒体１１２に接続された装置間で媒体１１２に対する競合が発生する可能性がある。この問題に対処する方法は多数あり、もし媒体１１２中の伝幡遅延が短ければ、周知の衝突検出技術、すなわち送信時にある装置が媒体１１２上にあるものを送信および聴取する方法を用いることができる。以前に送信されたものと異なる場合は他の装置が送信を試みて、双方の装置は任意の間隔だけ待って、再度、送信を試みる。
伝搬遅延が長い媒体１１２の場合は、予約ベースの媒体アクセスプロトコルを用いることができる。これらのプロトコルでは、２つの独立チャネル、すなわちＮＩＵ１１３から交換局１０５（ｃ）へのパケットを保持する上流チャネルと、交換局１０５（ｃ）からＮＩＵ１１３へのパケットを保持する下流チャネルとがある。これらのパケットはフレームのスロット中に保持される。下流フレームには、上流フレームの予約に利用可能なスロットを特定する上流予約スロットが含まれる。媒体１１２へのアクセスを持つ装置が上流予約スロットを争う場合、もしある装置が成功すれば、その装置は上流フレーム中の予約スロットによって特定されるスロットを使用できる。インターフェースユニット１１３では、メディアアクセス４１１およびメディアアクセス４２１は協力して競合の検出と対処を行う。
コア４０１と電話１１１との間のインターフェースは、標準電話インターフェース４３１によって与えられる。マイクロプロセッサ４２３が電話１１１に関する制御パケット、または電話１１１での呼の音声パケットを処理した場合、マイクロプロセッサ４２３はデジタル出力を生成して、標準電話インターフェース４３１に送る。この出力は信号プロセッサ４３３に送られ、これはデジタル出力を変換して、Ｄ／Ａ変換器４３５によるアナログ信号への変換に適当な形式をもつデジタル信号にする。その後、変換器４３５は信号を加入者回線インターフェース回路（ＳＬＩＣ）４３７に送る。これは呼び出し、オンフック／オフフック検出、およびハイブリッド回路を介しての電話１１１への２線通信を支援する。電話線４３９はネットワークインターフェースユニット１１３を電話１１１へ接続する。電話１１１からの入力は、ＳＬＩＣ４３７からＡ／Ｄ変換器、信号プロセッサ４３３、そして最後にマイクロプロセッサ４２３へという逆経路をたどる。
好適な実施形態では、交換局４４１は電話１１１をネットワークインターフェースユニット１１３または標準電話網のいずれかに接続するように使用され、これにより電話１１１のユーザは電話システム１０１または標準電話システムのいずれかを介して発呼できる。停電の場合は、交換局４４１は自動的に電話１１１を標準電話システムに接続させる。
メモリ４２７の詳細：図５
マイクロプロセッサ４２３はメモリ４２７中に含まれる。図５にメモリ４２７を示す。これは３つハードウェアコンポーネント、すなわち書き込み不能で停電時に内容を保持する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）５０１と、読み出しおよび書き込み可能だが停電時に内容を消失してしまう揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５１９と、読み出しおよび書き込み可能で停電時に内容を消失しない不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５２３と、を含む。読み出し専用メモリ５０１の内容はメモリ製造時にメモリ中に記憶される。好適な実施形態では、読み出し専用メモリ５０１はマイクロプロセッサ４２３のオペレーティングシステム用のコード５０３と、イーサネット４２９との通信に使用するイーサネットドライバ用のコード５０５と、交換局１０５との通信に使用されるＡＴＭドライバ用のコード５０６と、ネットワーク１０３との接続の設定および維持に使用されるコード５０７と、を含む。暗号化および復号化がマイクロプロセッサ４２３によって行われるならば、ＲＯＭ５０１もまた暗号化および復号化コードを含む。読み出し専用メモリ５０１はさらに、ネットワークインターフェースユニット１１３中でＰＯＴＳの実現に使用されるコード５０９を含み、これは音声信号圧縮コード５１１と、音声伸張コード５１３と、無音検出コード５１５と、標準電話インターフェース４３１を駆動するＰＯＴＳ信号コード５１６と、エコーキャンセレーションコード５１７と、を含む。
揮発性ＲＡＭ５１９は、マイクロプロセッサ４２３によるプログラム実行時に使用される揮発性データ５２１を含む。例えば、ネットワークインターフェースユニット１１３によって生成かつ受信されるＡＴＭパケットの内容は、マイクロプロセッサ４２３による処理時に揮発性ＲＡＭ５１９中に記憶される。不揮発性ＲＡＭ５２３は、ＥＰＲＯＭＳ（電子的プログラム可能な読み出し専用メモリ）等のどのタイプの不揮発性の書き込み可能なメモリでもよい。不揮発性ＲＡＭ５２３は、ネットワークインターフェースユニット１１３の構成後、該ユニット中にインストールされるが、停電時にも消失しないデータおよびプログラム用に用いられる。
不揮発性ＲＡＭ５２３の一部は、電話システム１０１に対してネットワークインターフェースユニット１１３を特定する値に用いられる。これらの値には次のようなものがある。
●インターフェースユニット１１３の構成時に設定され、電話システム１０１にインターフェースユニット１１３がどのような種類の装置であるかを示す装置シリアル番号５２５
●インターフェースユニット１１３のネットワーク１０１中へのインストール時に設定され、交換局１０５（ｃ）に、該交換局が媒体１１２によって接続されているネットワークインターフェースユニット１１３を特定するローカルネットワークアドレス（ＬＮＡ）５２７。ネットワークインターフェースユニット１１３は、そのＬＮＡ５２７に特定的にアドレス指定されているＡＴＭパケットまたはシステム１０１中でネットワークインターフェースユニット１１３が属する装置群にのみ応答する。
●ネットワークインターフェースユニット１１３用の個人キーと、交換局１０５（ｃ）用の公開キーとを含む装置キー５８２。前者はネットワークインターフェースユニット１１３の構成時に設定され、後者はネットワークインターフェースユニット１１３がネットワーク１０１中にインストールされた時に設定される。
●ネットワーク１０１に対してネットワークインターフェースユニット１１３を特定する電話番号５３０
ネットワーク１０１中でＡＴＭパケットの送受信が可能なすべての装置は装置のシリアル番号と、ネットワーク１０１に装置の存在を知らせるネットワーク識別子とをもつ。好適な実施形態では、消費者構内のネットワークインターフェースユニット１１３用のネットワーク識別子は、ネットワークインターフェースユニット１１３用電話番号である。またかかる装置はどれも、保守および設定コード５０７の等価物をもつ。維持および設定コード５０７の機能の１つは、該コードを含む装置についての情報を要求するシステム１０１からの制御パケットへの応答である。かかる制御パケットに応答して、保守および設定コード５０７は、少なくとも装置のシリアル番号、電話番号、およびステータス情報を含むメッセージをネットワーク１０１に送信する。保守および設定コード５０７はさらに、診断テストを実行し、その結果メッセージをシステム１０１に返送することによって、システム１０１の他の制御パケットに応答できる。テストの結果が、システム１０１と装置との協力によって修正されうる状態を示す場合、システム１０１からのさらなる制御パケット１０１が装置に必要な修正動作をとらせる。このような構成の結果、システム１０１は現在システム１０１にどの装置が接続しているか、位置はどこか、現在のステータスはどうかを判定し、さらに診断テストおよび修正動作を実行しうる。
不揮発性ＲＡＭ５２３中の残りスペースは、機能用のコードおよび不揮発性データ５２９に使用できる。ある機能用のコード５２９を入手するには、加入者はシステム１０１中の電話番号に電話をかける。支払い手続き完了後、該機能用のコードが、ＡＴＭネットワーク１０３に接続された記憶装置から、命令をだしたＮＩＵ１１３にダウンロードされる。制御パケットはダウンロードコードを伴い、マイクロプロセッサ４２３はコードを機能５２９にロードするオペレーティングシステム５０３中のコードを実行して、該制御パケットに応答する。マイクロプロセッサ４２３が該機能を含むタイプのパケットを受信すると、マイクロプロセッサ４２３はダウンロードしたコードの一部を実行する。もちろん、機能用のコードのダウンロードは、イーサネット４２９に接続したコンピュータからイーサネット４２９を介して行ってもよい。かかるコードは、コンピュータとネットワークインターフェースユニット１１３との緊密な協力が求められる機能の場合などに設定されうる。
ＡＴＭネットワーク１０３を中央交換局１１７または他の標準電話システムにインターフェースするネットワークインターフェースユニット１１５は、ネットワークインターフェースユニット１１３と同じ原則で動作するが、ただし制御パケットおよび音声パケットの内容は、ネットワークインターフェースユニット１１５が取り付けられる交換局用に必要に応じて変換される。
システム１０１における設定、保守及び課金処理の詳細（図６）
電話システム１０１の設定（プロヴィジョニング：provisioning）及び保守は、大幅に単純化できる。これは、ネットワークインタフェースユニットだけでなく、ネットワーク１０１においてＡＴＭパケットを送受信するすべての装置が、装置シリアル番号５２５と、電話番号５３０のようなネットワーク識別子を持っており、それらすべての装置が個々に情報処理機能を有し、保守・設定コード５０７と同じものを持っているからである。保守・設定コード５０７は、その機能の一つとして、そのコードを有する装置についてのシステム１０１からの情報要求の制御パケットに対して、応答を行う。そのようなパケットに対する応答において、保守・設定コード５０７は、ネットワーク１０１へ、少なくとも装置シリアル番号、装置の電話番号、及びステータス情報を含んだメッセージを送信する。
保守・設定コード５０７は、システム１０１からの別の制御パケットに応答できるようにすることもできる。この場合、例えば、診断テストを実行しその結果を含むメッセージをシステム１０１に返す。もしそのテストの結果が、システム１０１と当該装置との協調動作により修正可能な状態を示していれば、システム１０１からその装置に更なる制御パケットが送られ、これによりその装置は修正のための必要な動作を行う。このような構成により、システム１０１は、現在どの装置がシステム１０１に接続され、それら装置がどこに位置し、それら装置の現在のステータスがどのようなものであるか、を求めることができ、更に診断テストやそれに伴う修正動作を行うことさえ可能である。
図６は、システム１０１において課金、設定、保守処理がいかに為されるかについての論理的な全体像を示す図である。この図は、単一のプロセッサとデータベースを示しているが、プロセッサ及びデータベースはそれぞれ複数でもよく、電話番号をネットワーク上での位置に変換するための専用のデータベースを含む。例えば、ネットワークインタフェースユニット１１３（ａ）の電話番号についてエントリは、そのユニットが現在交換局１０５（ｃ）に接続されていることを示している。更に、個々の交換局１０５は、アドレス変換キャッシュを持っていても良い。そのようなキャッシュを用いる一つの方法は、アレキサンダー  Ｇ．フレイザー（Alexander G. Fraser）による１９９５年７月１８日発行の米国特許５，４３４，９１４号"Name Translation in Communication Networks"に開示されている。
課金・設定・保守スシステム１０７の主要な構成要素は、メモリ６０３を備えたプロセッサ（ＣＰＵ）６１１と、システムデータベース６１５である。プロセッサ６１１は、ＡＴＭネットワーク１０３に接続され、ネットワーク１０３の他の構成要素からの制御パケットやメッセージに応答することができる。プロセッサ６１１は、クレジットカード会社が運営するクレジットカードデータベース６１３との間で、課金情報をやりとりする。メモリ６０３は、ＣＰＵ６１１が、ネットワーク１０３において自分の機能を実現するのに必要なデータ及びコードを保持している。そのコード及び機能は、少なくとも次に挙げるものを含む。
・課金処理コード６０５：加入者に課される金額を決定する
・登録処理コード６０７：新たな加入者及びＮＩＵ１１３を電話システム１０１に登録する
・設定・保守コード６０９：各ＮＩＵ１１３及びネットワーク１０３における他の構成要素の動作を追跡する
・変換処理コード６１０：電話番号を、現在接続されている交換局のネットワーク識別子に変換する
ここで注目すべきは、ＣＰＵ６１１は、ネットワーク１０３上のどこに配置しても良く、課金・保守・設定システム１０７は、一般に販売されている標準的なコンピュータ及びデータベースを用いて実現できるということである。
システムデータベース６１５は、加入者を電話番号及びネットワークインタフェースユニット１１３に対応づけると共に、電話番号を交換局のネットワーク識別子に対応づける。システムデータベース６１５は、論理的には、電話システム１０１によるサービスのための各加入者ごとのエントリ６１７を有するテーブルとみなすことができる。エントリ６１７は、少なくとも次のフィールドを有する。
・加入者６１９：加入者の名前及び住所
・電話番号６２１：加入者の電話番号
・加入者情報６２３：加入者についての課金情報
・シリアル番号６２５：加入者のＮＩＵ１１３のシリアル番号
・ネットワーク位置情報６２７：ネットワークにおけるＮＩＵ１１３の現在位置を示す情報
・ネットワークインタフェースユニット情報６２９：ＮＩＵ１１３の現在のステータスを含む、ＮＩＵ１１３の情報
電話システム１０１の重要な利点は、システムデータベース６１５における情報の取得及び保守が高度に自動化されている点である。
好適な実施形態では、ある加入者についてのデータベース６１５の設定は、加入者がネットワークインタフェースユニット１１３を取得したときに始まる。ネットワークインタフェースユニット１１３のプロバイダ（販売業者）は、当然ながら、電話システム１０１を介してシステム１０７に接続されている。加入者がネットワークインタフェースユニット１１３を取得すると、加入者は自分の名前と住所とクレジットカード番号をプロバイダに提示する。プロバイダは、その情報を、販売したネットワークインタフェースユニット１１３のシリアル番号及びネットワークインタフェースユニット１１３の公開キーと共に、システム１０７に通知する。すると、システム１０７は、登録処理コード６０７を実行することにより、その加入者に電話番号を割り当て、その加入者についてのエントリ６１７を生成する。このエントリ６１７において、フィールド６１９、フィールド６２１、フィールド６２３の一部、フィールド６２５、フィールド６２９の一部は、プロバイダから取得した情報によりセットされる。ネットワーク位置フィールド６２７は、ヌル（ｎｕｌｌ）値である。その電話番号は加入者に与えられる。
すると加入者は、ネットワークインタフェースユニット１１３を家に持って帰り、ケーブルテレビのケーブル及び電話線に接続する。好適な態様では、システム１０７は、新たなネットワークインタフェースアドレスを登録可能であることを示す制御パケットを、定期的にブロードキャスト（broadcast:一斉同報）する。交換局１０５は、制御パケットを受信すると、通信媒体１１２上での当該交換局のアドレス、当該交換局の公開キー、及びヌル値のローカルネットワークアドレスを含んだ制御パケットを、通信媒体１１２を介して送信する。通信媒体１１２上のまだローカルネットワークアドレスを持っていない各ネットワークインタフェースユニット１１３は、この制御パケットに対する応答として、装置キー５２８にその公開キーを書き込み、その交換局に対して制御パケットを送る。この制御パケットは、その交換局の公開キーによって暗号化されており、少なくともそのネットワークインタフェースユニットのシリアル番号を含んでいる。交換局１０５は、この制御パケットを受けると、そのシリアル番号と当該交換局のネットワーク識別子を含んだ制御パケットを、システム１０７に送信する。
システム１０７は、交換局１０５からのこの制御パケットを受信すると、シリアル番号６２５を用いて、ＮＩＵ１１３を取得した加入者のエントリ６１７を特定する。システム１０７は、交換局のネットワーク識別子を、ネットワーク位置情報フィールド６２７に書き込む。これが終わると、システム１０７は、ＮＩＵ情報フィールド６２９から当該ＮＩＵ１１３の公開キーを、電話番号フィールド６２１から電話番号を、それぞれ取得し、ＮＩＵ１１３のシリアル番号、電話番号及び公開キーを伴った新たな制御パケットを、交換局１０５に送る。交換局１０５は、この情報を自分のテーブルに格納し、暗号化した制御パケットをネットワークインタフェースユニット１１３に送る。このパケットは、まだヌル・アドレスを用いているが、ＮＩＵ１１３の公開キーを用いて暗号化されているので、当該ＮＩＵ１１３のみが解読できる。そのパケットにより、ネットワークインターフェースユニット１１３は、当該ユニットが電話システム１０１に組み込まれたことを確認できる。そのパケットは、少なくとも、ネットワークインタフェースユニット１１３の媒体１１２におけるローカルネットワークアドレスと、該ユニット１１３の電話番号とを含んでいる。ネットワークインタフェースユニット１１３は、このパケットを受信すると、その電話番号を電話番号フィールド５３０に書き込む。これにより、ＮＩＵ１１３は動作可能となり、この旨を加入者に対して表示する。この結果、加入者は、電話システム１０１を介して電話をかけたり受けたりすることが可能となる。電話コールは、電話システム１０１の他の加入者や、電話システム１０１が接続されている他の電話システムの加入者との間でやり取りすることができる。
電話システム１０１にネットワークインタフェースユニット１１３を追加するための前述のプロトコルは、もちろん唯一のものというわけではない。例えば、プロトコルは、システム１０７からのメッセージから開始する代わりに、ネットワークインタフェースユニット１１３のメッセージから開始するようにしても良い。少なくとも必要なのは、プロトコルの最後で、ＮＩＵ１１３と交換局１０５（ｃ）とがお互いに通信でき、システム１０７がＮＩＵ１１３の現在位置をＮＩＵ１１３の電話番号に対応づけているという、要件のみである。
以上の結果、システムデータベース６１５の情報は、電話番号変換、保守及び課金に利用可能となる。電話番号変換では、データベース６１５は、システム１０１で用いられるすべての電話番号を、該電話番号に関連づけられたＮＩＵ１１３の位置を特定するのに用いられる。ネットワーク位置情報６２７は電話番号と独立しているので、システム１０１において電話番号と物理的な位置とを恒久的に対応づける必要は全くない。加入者が引っ越した場合には、加入者はＮＩＵ１１３を新た場所に持って行くだけでよい。ＮＩＵ１１３とシステム１０７とが前述の相互処理を再び行い、ネットワーク位置情報６２７が新たな位置を反映するように更新される。ただし、電話番号は従前のままに維持される。電話番号とネットワーク１０１上での物理位置とに恒久的な関係がないことにより、ＮＩＵ１１３をモバイル（携帯型）装置として用いることが可能になる。
システム１０７は、制御パケットを各ＮＩＵ１１３に定期的に送ることにより、予防的は保守処理を行っている。ここで用いる制御パケットは、ＮＩＵ１１３に対し、当該ＮＩＵのシリアル番号とステータス情報との返信を要求するためのパケットである。この技術の一つの利点は、システム１０７が、常に、ネットワークインタフェースユニット１１３のレベルまでのシステム１０１の構成に関する完全な情報を、利用できる状態で持っているということである。もちろん、システム１０１の一部が損傷を受けた場合には、システム１０７は、損傷の程度を求めるためにもっと高頻度にポーリングを行うこともできる。さらに、ネットワークインタフェースユニット１１３について既に説明したように、欠陥のあるネットワークインタフェースユニット１１３を発見した場合には、システム１０６は、その欠陥ネットワークインタフェースユニットについての診断を行い更に復旧処理を行うことすら可能である。
課金処理を続けるにあたり、加入者情報６２３は該加入者のクレジットカード番号を含み、現在の課金情報を含むことになる。好適な態様では、加入者には均一の月極アクセス料金と、均一の分単位の従量制利用料とが課される。したがって、電話システム１０１は、加入者に対して項目ごとの料金明細を用意する必要がない。課金処理コード６０５は、加入者の前月のネットワークの利用時間（分単位）を監視し、その総計とアクセス料金とから課金の合計を求め、その合計を、クレジットカードデータベース６１３に送り、当該加入者が指定したクレジットカードに対応づける、という処理のみを行えばよい。加入者の電話料金は、当該加入者のクレジットカード利用明細に１行で表示される。したがって、電話システム１０１自身が加入者に料金明細を送ったり、料金支払いを取り扱ったりする必要はなくなる。
システム１０１におけるドメインネーム付け（図７）
標準的な電話システムでは、すべての電話番号が電話サービス業者により割り当てられる。インターネット・パケット・ネットワークでは、ドメインネームの階層構造により論理アドレスが構成されている。例えば、本特許出願の発明者のインターネットアドレスは、agf@research.att.comである。階層構造の最上位レベルは“att.com”であり、これはＡＴ＆Ｔコーポレーションのドメインネームである。この１つ下のレベルは“research”であり、“agf”はそのリサーチ（research）ドメインにおける一人のユーザを示している。インターネットは階層構造の最上位レベル、すなわちここでは“att.com”のみを割り当てる。それより下位のレベルのドメインネーム及びユーザネームは、各レベルが属する上位パーティによって割り当てられる。すなわち、ＡＴ＆Ｔコーポレーションがリサーチラボラトリのメンバーに使用されるドメインネーム“research”を割り当て、“research”ドメインのインターネット管理者が発明者にユーザネーム“agf”を割り当てる。
電話システム１０１において、電話番号は当該システムによって割り当てられたドメインネームである。ネットワークインタフェースユニット１１３のユーザは、屋内電話回線４３９やＬＡＮ４２９を介してネットワークインタフェースユニット１１３に接続された装置に対し、インターネットと同様の方式で、自分自身のサブドメインネームを割り当てることができる。電話システム１０１におけるネーム（名前）は、図７に示す形式を有している。ネーム１０１は、電話番号７０３から始まり、１又は複数のサブドメインネーム７０７を含むことができる。各サブドメインネームは記号「＊」のあとに続いて示され、ネームの最後尾は記号「＃」で終わる。これらの記号は、もちろん、標準的な電話機のダイヤルパッドで使用できるものである。もし電話システム１０１が電話番号７０３だけを受信し、他の記号を受信しなければ、該システムは、ネットワークインタフェースユニット１１３に対して上述した仮想回線の設定処理のみを行う。もし電話システム１０１がサブドメインネームを含んだ電話番号を受信すれば、該システムはネットワークインターフェースユニット１１３に対してコール設定パケット（call set-up packet）にてサブドメインネームを通知する。すると、ネットワークインタフェースユニット１１３は、コール設定パケットにより設定された仮想回線から受け取ったパケットを、そのサブドメインネームを用いて、そのサブドメインネームによって特定される装置に対してルーティングする。
例えば、ユーザは、電話機だけでなく、ネットワークインタフェースユニット１１３に接続されたファクシミリ装置を持っていることもある。ユーザがそのファクシミリ装置を接続すると、インタフェースユニット１１３は例えば「Ｆ」などのドメインネームをそのファクシミリに割り当てる。そのファクシミリ装置にファックスを送りたい者は、“＜電話番号＞＊Ｆ＃”をダイヤルするだけでよい。するとネットワークインターフェースユニット１１３は、そのパケットを仮想回線を通じてファクシミリ装置にルーティングする。この場合、ドメインネームは予め決められている場合もあるが、ユーザがインタフェースユニット１１３との間で対話的にドメインネームを割り当てることもできる。もちろん、電話システム１０１における仮想回線の使用により、ネットワークインタフェースユニット１１３は、ファクシミリ装置に接続された仮想回線、電話機に接続された仮想回線、及び他の装置に接続された仮想回線を、同時に制御することができる。
まとめ
以上の詳細な説明は、当業者に対し、新たな種類の電話システム、すなわちユーザにとっては従来の電話システムと同じように振る舞いながらも、従来の電話システムより実質的に安いコストで構築、設定、運用、保守することができ、音声とデータとを同じ効率で取り扱うことができる電話システム、の構築及び利用法を開示したものである。このような利点を持つこの電話システムの一つの特徴点は仮想回線パケットネットワークであり、電話コールは、このパケットネットワーク上を、音声信号の圧縮表現を有する短いパケットとして移動する。圧縮表現を採用したので、この電話システムは、標準的な電話システムよりも実質的に少ないバンド幅しか必要としない。そして、短いパケット、仮想回線、及びエコーキャンセル技術の利用により、パケット電話システムによくある遅延の問題を解決できる。パケットネットワークは、制御パケットをやり取りすることもできるので、別の信号ネットワークを設ける必要がない。
別の特徴点は、ネットワークの末端において、この電話システムと標準的な電話設備との間のインタフェースとして機能する知的な（情報処理機能を有する）ネットワークインタフェースユニットを用いた点である。このネットワークインタフェースユニットは、ネットワークのパケットを生成及び消費し、音声信号の圧縮・伸張処理を行い、暗号化・復号化処理を行い、制御パケットと標準的な電話設備の制御信号との間の相互変換を行い、コールウェイト（call wait）やコール転送などの機能を実現する。更に、ネットワークインタフェースユニットは、本電話システムと、コンピュータやオーディオ・ヴィジュアル装置が接続されたローカルエリアネットワークとの間のインタフェース処理を行う。ネットワークインタフェースユニットをパケットネットワークに接続する伝送媒体は、多数のネットワークインタフェースユニットの間で多重化することができる。この事実は、特徴点を実現するためのネットワークインタフェースユニットの利用とあいまって、パケットネットワークにおいて用いられる交換局群の複雑さの大幅な低減に寄与する。
本電話システムは、ネットワークの準備及び保守のコストを低減し、課金処理を単純化し、電話番号とネットワークインタフェースユニットを移動（携帯）可能にする多くの特徴点を有している。ネットワークインタフェースユニット及びネットワーク上の他のすべての装置は、ネットワークからのポーリングパケットを受けると、自分自身であることをネットワークに対して証明するとともに、診断及び修正のためのコードを実行する。電話システムでは、この結果、自動設定、自動診断が大幅に実現されている。そして、電話システムは、自身の構成及び状態を常に検知することができる。単一の加入者電話帳（ディレクトリ）データベースは、電話番号をネットワークインタフェースユニットのネットワーク上での位置情報に対応づけている。その位置情報のみが、位置としての意味を持つ。この結果、加入者は、ネットワークインタフェースユニットを移動させたり、電話番号を変えないでおくことができる。課金は、均一のアクセス料金と均一の分単位の従量制料金とによって行われ、電話料金の請求書は、加入者の月別のクレジットカード利用明細の１行の記載になる。
以上の詳細な説明は、本電話システムを開発し利用する発明者が現在知っている最良の形態を示したものである。しかし、その電話システムに関する当業者には明らかなように、様々な異なる方式により、ここに示した電話システムの原理を採用した電話システムを実現することができる。例えば、ここに示した電話システムはパケットネットワークとしてＡＴＭネットワークを採用しているが、符号化及び復号化の遅延の総和やパケットネットワークの限界遅延が、妥当な電話サービスが可能な程度に十分小さいものであれば、どのようなパケットネットワークを採用しても良い。同様に、好適な実施態様におけるネットワークインタフェースユニットは電話機とは別体に構成されていたが、ネットワークインタフェースユニットを電話機に組み込むこともできる。また、ネットワークインタフェースユニットのいくつかの、あるいはすべての機能は、電話機が普通の電話回線を介して接続される交換局から提供するようにすることもできる。本発明の上述の原理に係る音声圧縮及び伸張、自動設定、保守、アドレス変換、課金のためのシステムは、様々な方法により実現できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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