（信号与信息处理专业论文）基于h323和sip协议的通信系统互通的研究与实现.pdf

南京邮电学院硕士毕业论文 摘要 摘要 随着多媒体与网络技术的发展，p 电话和多媒体会议已经曰益得到广泛的 应用。h 3 2 3 和s i p 就是针对这样一些应用而提出的信令协议。 h3 2 3 建议是由i t u t 第十六研究组制定的，用来在分组网络上提供包含语 音、视频和数据等媒体的多媒体业务，它运行在网络的传输层上。s i p 是由i e t f 的多方多媒体会话控制( m m u s i c ) 工作组负责制定的，是应用层协议，用来建立、 修改和拆除会话。 本文首先简单描述了p 网络电话系统及其关键技术，以及与多媒体通信相 关的协议。 接着对h 3 2 3 建议和s i p 协议进行了较详细的介绍，并从复杂性、可伸缩性、 可扩展性、提供的业务以及q o s 支持能力等诸方面对两者进行了比较。 本文着重讨论了分别基于h 3 2 3 和s i p 协议的通信系统之间的互通问题，通 过设置信令网关解决两者之间消息系列的相互转换。由于h 3 2 3 和s i p 本身就是 两个比较复杂的系统，因此，本文只讨论了双方地址格式、用户注册和协议消息 系列等之间的转换以及呼叫的建立过程。 最后，本文提出了信令网关的软件模型。依据通信软件的分层设计思想，分 析了信令网关的各个功能模块，对各模块的功能进行了详细的分析，设计了各模 块的有限状态自动机，给出了一些主要的信令处理函数，并在局域网环境下，模 拟了信令网关的部分功能。 关键词：口电话h3 2 3s i p信令网关 南京邮电学院硕十毕业论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm u l t i m e d i aa n dn e t w o r kt e c h n o l o g y , i pt e l e p h o n ya n d m u l t i m e d i ac o n f e r e n c eh a v eb e e nu s e dm o r ea n dm o r e w i d e l y h 3 2 3a n ds i p b o t ha r e s i g n a l i n gp r o t o c o l sf o r t h o s ea p p l i c a t i o n s t h er e c o m m e n d a t i o nh 3 2 3d e v e l o p e db yt h es t u d yg r o u p1 6o f i t u t ，w h i c h r u n so nt h et r a n s p o r t l a y e l i su s e dt o p r o v i d em u l t i m e d i as e r v i c e s w i t hv o i c e ， v i d e o ，a n dd a t ao np a c k e t - b a s e dn e t w o r k s s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ( s i p ) ， i n t r o d u c e db yi e t fm m u s i c ，i sa na p p l i c a t i o n l a y e rs i g n a l i n g p r o t o c o lf o rc r e a t i n g ， m o d i f y i n g ，a n dt e r m i n a t i n gs e s s i o n s t h i sp a p e ri so r g a n i z e da sf o l l o w s f i r s t l y ，i pt e l e p h o n ya n ds o m ei m p o r t a n tr e l e v a n tt e c h n o l o g i e s a r ei n t r o d u c e d s i m p l y a n ds o m ep r o t o c o l su s e df o rm u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o na r ea l s ol i s t e d s e c o n d l y ，h 3 2 3a n ds i pa r ed e s c r i b e di nd e t a i la n dc o m p a r e df r o mt h ea s p e c t so f c o m p l e x i t y ，s c a l a b i l i t y ，e x t e n s i b i l i t y ，s e r v i c e s ，a n dq o s a n d t h e n ，t h ep r o b l e m sc o n c e r n i n gi n t e r o p e r a t i o n b e t w e e nc o m m u n i c a t i o n s y s t e m sr e s p e c t i v e l yb a s e d o nh 3 2 3a n d s i pa r ed i s c u s s e dt h o r o u g h l y t h e p r o b l e m s i nt r a n s l a t i n gs i g n a l i n gm e s s a g e so fs i pt ot h a to fh3 2 3a n dv i c ev e r s aa r es o l v e db y s e t t i n gas i g n a l i n gg a t e w a y ( s g w ) b e c a u s et h et w oc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sb o t ha r e c o m p l e x ，o n l yt h ea d d r e s st r a n s l a t i o n ，u s e rr e g i s t r a t i o n ，m a p p i n go fm e s s a g e s ，a n d p r o c e d u r e o fc a l le s t a b l i s h m e n ta r ed i s c u s s e d a tl a s t ，t h es o f t w a r em o d e lo ft h es i g n a l i n gg a t e w a yi sp u tf o r w a r d a c c o r d i n gt o t h e d e l a m i n a t i n gt h i n k i n g o fc o m m u n i c a t i o ns o f t w a r ed e s i g n ，w e a n a l y z e t h e s i g n a l i n gg a t e w a y ss u b m o d e la n dt h e i rc o r r e s p o n d i n g f u n c t i o n a f t e rd e s i g n i n gt h e f i n i t es t a t em a c h i n eo f e v e r ys u b - m o d e l ，s o m em a i np r o g r a m so fh a n d l i n gs i g n a l i n g a r ei n t r o d u c e d a n d p a r t so f s g wf u n c t i o na r es i m u l a t e di nal a n k e y w o r d s ：v j 口h 3 2 3 s i p s i g n a l i n gg a t e w a y 南京邮电学院学位论文独创性声明 y 、6 28 8 7 2 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：日期： 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名：导师签名： 日期 南京邮电学院硕士毕业论文 刚舌 日u 舀 i p 电话是在邛网上实现话音通信的技术。由于通信网络技术和市场的双重 驱动，i p 电话在过去的几年得到了快速发展和广泛应用，并对传统电话业务形 成越来越大的威胁。口电话从当初的p c 到p c 发展到今天的p c 到p c 、p c 到 电话、电话到电话等多种业务形式。 目前，实现口电话主要有两种系统结构，分别是基于h 3 2 3 建议和s i p 协 议的通信系统。前者是由i t u t 制定，将m 电话看作是传统的电信业务，只是 将电路交换机换成了h 3 2 3 网关，采用分组交换的传输方式；后者是由i e t f 制 定，将i p 电话看成是因特网的一种应用，只是增加了信令和q o s 的要求。这两 种方式都各有特色。s i p 信令简洁，继承了因特网的设计思想，能够灵活地提供 多种业务，具有广阔的应用前景，但其制定的时间较晚，在应用上还有不成熟之 处。h3 2 3 建议承袭了传统电信的一些特点，技术成熟，目前仍然是p 电话市 场的主流技术。冈此，为了保护现有的投资，节约网络建设成本，研究和实现 h 3 2 3 网络和s i p 网络的互通具有重要的现实意义。 南京邮电学院 i 受士毕业论文 第l 章i p 网络电话系统 第1 章i p 网络电话系统 随着计算机和宽带网络技术日新月异的发展，以多媒体通信为主体的信息 网络已成为世界关注的热点。尤其是因特网( i n t e r n e t ) 的巨大成功，已使p 成 为未来信息网络的支柱技术，以口为核心的分组化和以移动通信为核心的无线 化己成为电信网络演进的主流方向。基于t c p f l p 的网络技术不但成为数据领域 的主导技术，而且已开始进入电信领域，其突破口依然是电话业务。i p 网络电 话的成功开发和应用预示了以p 为基础的新一代信息网络的出现。 尽管目前的口网络电话的质量还有不尽人意的地方，但是作为一个重要的 技术发展方向己受到业界高度重视，国际上许多标准化组织积极制订系统标准， 各国厂商竞相开发相关产品，我国也已经部署试验网，其着眼点不仅在于d 电 话应用本身，更重要的是未来口多媒体多点通信应用。口网络电话是一项涉及 计算机网络、信令协议、数字信号处理等多个领域的综合性技术。 i p 网络电话系统泛指在以口协议为网络层协议的计算机网络中进行话音 通信的系统，它是利用语音压缩编码、打包分组、分配路由、存储交换、解包 解压等技术在坤网上实现语音通信。从技术上说，口网络电话则是以i p 为标 志的网络分组化和以多媒体为目标的网络业务综合化两大主流技术融合的结 果。v 0 的出现促进了网络资源利用，降低语音业务成本，因此在全球范围内 得到了迅速的发展。 1 1 i p 电话产生的背景 伴随着社会经济的发展，全球信息产业也发生着前所未有的变化。i n t e m e t 在几年内的迅猛发展和巨大成功，使人们更加注意该领域的应用及业务的研究 扩展。传统的电信网络高昂的资费和p c 机的普及促使了i p 电话的产生。1 9 9 5 年以色列v o c a l t a c 公司研制开发出一种可以利用个人计算机和相关附加设备通 过i n t e m e t 相互通话的软件( i p h o n e l o ) ，i p 电话由此而来。如图1 1 所示为一个 i p 电话的p c 终端。经过最近几年的发展，p 电话成为信息技术进步带来的一 项新型电话业务在全世界开展，并对传统电话业务形成越来越大的威胁。婵电 南京邮电学院硕士毕业论文 第1 章i p 网络电话系统 用户接口 ： ： 素j 兰resilience l l ： ： l十 l ! 网络的协议栈 音频 控制信令 图1 1i p 电话p c 终端的软件体系结构 话从当初的p c 到p c 发展到今天的p c 到p c 、p c 到电话、电话到电话等多种 业务形式，但不论是现在还是将来，电话到电话的应用将拥有最大的市场。 1 2 i p 电话的几种关键技术 1 2 1 语音处理技术 i p 网络中的话音处理主要需要解决两个问题。一是在保证一定话音质量下 尽可能降低编码比特率，二是在p 网络环境下保证一定的通话质量。前者主要 是语音编码技术，包括静音检测；后者主要包括分组丢失补偿和回波抵消技术。 * 语音编码标准 语音编码技术的进步对分组语音的发展起到重要的作用。分组语音的传输 常要求网络提供一一定的带宽，对现有多数分组网络而言，语音压缩技术是实施 分组语音通信的关键技术所在。语音编码算法需要考虑三个方面的问题：编码 比特率、话音质量和算法复杂度。一般说来这些指标是有矛盾的，比特率越低， 线路利用率越高；在同样比特率情况下，算法设计越复杂，话音质量会有所提 高，但处理时延将增加。因此，制订一个编码标准，首先必须确定其应用环境， 据此给出其性能要求，然后才能设计出编码方案和算法，实际上就是在上述三 个指标中取得某种折衷。目前i t u t 已制定了多种语音压缩编码标准。表1 列 出了几种编码方案的比较。 南京邮电学院硕l 毕业论文第l 章i p 网络电话系统 编鳃码方案算法帧大小速率 ， g 7 1 1p c m0 1 2 5 m s6 4 k b s g 7 2 2o 1 2 5 m s4 8 ，5 6 或者6 4 k b s g 7 2 6a d p c mo 1 2 5 m s 3 2 k b s g 7 2 8l d c e l p0 6 2 5 m s1 6 k b s g 7 2 9 ( a ) c s a c e l p1 0 m s8 k b s g 7 2 9 eh v b r i dc e l p1 0 m s1 l ，8 k b s g 7 2 3 1 ( 63 )m p c m l q 3 0 m s6 3 k b s g 7 2 3 1 ( 5 _ 3 1 a c e l p2 0 m s 5 3 k b s 表1 ：几种编码技术的比较 m o s ( m e a n s o p i n i o ns c o r e ) 是种通常用于对语音质量进行评定的主观 性评测法，分为5 个等级，4 0 5 0 等级为长途质量：3 , 0 - - - 4 0 为通信质量：小于 3 0 为合成质量。端到端语音业务包括网络和压缩算法应至少产生3 o 4 o 的 m o s 。 t 时延 在分组网中传输语音的时延可以分为几类： 第一类是编码和分组处理时延。编码时延由语音编解码器处理语音采样帧 造成，与语音编码器的类型有关。分组处理时延主要包括打包和拆包所造成的 时延。 第二类是网络时延。该时延与i p 网中多种因素有关。传输语音、数据的物 理媒体及协议，用于接受端消除分组抖动的缓冲区都会造成时延。网络时延是 由网络中链路容量和处理网络中的分组产生的。 * 抖动 i p 电话在发送端周期性地采集语音信号、压缩和打包，再把包传送到网络 上。在接受端，接受、解压缩后准备播放，播放时必须保证真实地重构出与发 送端相同的时间特性。然而，在p 网络上传输的数据包之间总会存在时间延迟 的变化，也即是抖动，极大地影响了通话质量。 为了消除这些由时延变化带来的抖动，典型的做法是在接收端设计一个分 4 南京6 船电学院硕j ：毕业论文 第1 章i p 嘲络电话系统 组缓冲区，将收到的语音包先在缓冲区排队。但缓冲区大小的设置要根据网络 的状况来确定，缓冲区过大，将导致较大的网络时延；过小，又会使分组溢出 而丢失。 * 静音检测 静音检测又称话音活动性检测( v a d v o i c e a c t i v i t y d e t e c t i o n ) ，它是一 种静音压缩技术。 在电话通信中，平均说来，每一方说话的时间和听对方说话的时间大体上 各占一半，即使在说话时也还有停顿间隙，因此任一方对线路的占用率，也就 是话音活动度大约只有4 0 左右。在电路交换中，即使通话者不说话，也要占 用6 4 k b i t s 的信道；在分组交换中，由于传输通道是统计复用的，因此在通话 者不讲话时就可以不发送话音分组，从而进一步降低话音比特率。这一技术的 关键就是如何检测说话者处于不发声状态，即v a d 。检测的基本原理是判断话 音信号能量，当低于一定门限值就认为是静默状态。 静音检测有两个技术难点。一是如何在噪声较大的环境中检测静音，二而 “剪音”问题。所谓剪音指的是话音还原时有部分被剪切掉了，使人感到失 真。其原因是通话者从说话到静默以及从静默到说话的检测都是要有一定时间 和一定判决门限的，因此当通话者从静默转为说话时，开始一段微弱话音部分 就可能被作为静默而丢弃了。解决这一问题的方法是在一组突发话音分组前增 加一个话音分组进行平滑，话音突发后沿剪音也可用同样方法解决。 在实际使用中还有一个问题，如果静音期不发任何分组，既完全无声，收 听者反而感到不自在，因此实用的静音压缩算法有两部分组成： 话音活动性检测( v a d ) ：确定输入信号是话音还是背景噪声。如果信 号被认为是话音，就以编码算法规定的固定比特率对其编码：如果信 号被确认为噪声，就以非常低的比特率对其编码，或者根本就不发送 任何比特。 舒适噪声生成器( c n g ) ：接收方采用某种机制重构背景噪声的主要特 征。噪声生成方法的设计必须保证解码器和编码器之间的同步；即使 在某段时间内编码器未发出任何比特，解码器也能正确理解，使得复 南京邮电学院硕士毕业论文 第1 章i p 网络电话系统 原后话音的有音段和无音段之间有平滑的过渡。 r - 分组丢失补偿 在口网络中分组丢失是不可避免的，丢失的原因可能是线路误码或者网络 路由故障，更常见的原因则是传输时延过长或网络拥塞导致分组被丢弃。由于 低比特率声码器都采用了预测编码原理，其当前值是通过以前历史值组合得到 的，因此通过内插的方法不难得到丢失分组的近似估计值。i t u t 定义的标准 编码解码器部分都已包含分组丢失补偿这一功能。所幸的是，话音通信对分组 丢失的容忍性远比数据通信强，一般不会影响通话的可懂度。 * 回波抵消 对于纯口电话系统来说，由于话音信号的接收和发送经由不同的物理线 路，也就是所谓的四线制，因此不存在回音的问题。如果p 网和p s t n 互连， 通信双方至少有一方是二线制电话，涉及有混合线圈的2 4 线路转换电路，就 会产生回音。从理论上说，混合线圈对端向的衰耗为无穷大，这样i p 电话发出 的话音信号只能送到p s t n 电话，不会串到对端。可是实际上混合线圈很难做 到完全平衡，这样一部分信号将漏到对端返回m 电话，如果传输时延较大，发 话者就会感到明显的回声，严重干扰通话。按照电话网的严格规定，单向时延 大于2 5 m s 就需要考虑回波问题，实际上单向时延到达1 0 0 1 5 0 m s 人耳感觉尚 可容忍。 目前回波控制均采用回波抵消方法，即通过自适应方法估计回波信号的大 小，然后在接受信号中减去此估计值。这种方法虽然比较复杂，但是已有专用 芯片推出，因此得到广泛的应用。 1 2 2 语音分组传输技术 在i p 网络传输层有两个并列的协议：t c p 和u d p 。t c p 是面向连接的， 它提供高可靠性服务；u d p 是无连接的，它提供高效率的服务。由于话音传输 需要实时性，口网络电话均采用u d p 作为传输层协议。 实时传输协议r t p 提供具有实时特征的、端到端的数据传输业务，可以用 南京邮电学院硕士毕业论文 第1 章i p 网络电话系统 来传送语音和视频数据，在这项数据传输业务中包含了装载数据的标识符、序 列号、时戳以及传送监视。r t p 的协议数据单元是用u d p 分组来承载的，采用 这种组合复用方法可以提高传输效率，满足话音传输的实时性要求。 1 2 3 信令控制协议 媒体的传输技术保证了话音的传输，而信令控制协议保证电话呼叫的顺利 实现和通话质量，并且可以实现各种高级的电话业务。目前被广泛接受的v 0 口 控制信令体系包括i t u t 的h 3 2 3 建议和i e t f 的会话初始化协议s i p 。 * h 3 2 3 建议 i t u 。t 的h 3 2 3 建议定义了在q o s 无保证的i n t e m e t 或其它分组网络上多 媒体通信的协议规程。这些分组网络主宰了当今的桌面网络系统。因此，h ，3 2 3 标准将广泛地应用到局域网、广域网、i n t r a n e t 和i n t e m e t 上的多媒体通信系统 中。 h 3 2 3 建议很大程度上是建立在i t u 以前有关多媒体通信协议的基础上， 包括用于i s d n 的h 3 2 0 ，用于b i s d n 的h 3 2 1 和用于g s t n 终端的h 3 2 4 等 建议。相关的协议包括用于控制的h 2 4 5 ，用于建立呼叫连接的h 2 2 5 0 ，用于 大型会议的h 3 3 2 ，用于补充业务的h 4 5 0 x ，有关网络安全的h 2 3 5 ，以及与 电路交换业务互操作的h 2 4 6 。 h3 2 3 提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。它不依赖 于网络结构，独立于操作系统和硬件平台，支持多点功能、组播和带宽管理。 h 3 2 3 具备相当的灵活性，支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之 问的会议。h 3 2 3 建议的多媒体会议系统中的信息流包括音频、视频、数据和 控制信息。信息流采用h 2 2 5 0 协议方式来打包和传送。 + s 口 会话初始化协议s i p 是由i e t f 提出并主持研究的一个应用层控制信令协 议。它被用来创建、修改以及终止两个或多个参与者参加的会话，可在会话中 邀请其它参与者加入。这些会话包括所有i n t e r n e t 上交互式两方或多方多媒体通 信活动。参与会话的成员可以通过组播方式、单播连网方式或两者结合来进行 要垦些里兰垦! 型兰些堡苎 篁! 兰! 塑垫皇堡至堕 通信。 s i p 协议是一个正在发展和研究中的协议。它借鉴了其它i n t e m e t 的标准和 协议的设计思想，坚持简练、开放、兼容和可扩展等原则，并且充分注意到 i n t e m e t 开放而复杂的网络环境下的安全问题。同时，它也考虑了传统p s t n 的 各种业务，包括智能网业务和i s d n 业务的支持。 用来创建会话的s i p 邀请消息带有会话描述，使得参与者能够通过s i p 交 互协商。通过用户的注册登记，可以支持用户的移动性。s i p 协议独立于其它 传输和控制协议，可以灵活方便地扩展其它附加功能。 我们将在下一章中较为详细地介绍h 3 2 3 建议和s i p 协议。 1 3 i p 网络实时多媒体协议 对于媒体流的传输，我们必须保证它的实时性。实时流的传输需要d 网络 实时多媒体协议的支持。在口网络上进行视频组播，r t p r t c p 为其提供了一 个从接收者得到反馈信息的框架，同时能避免反馈爆炸的问题。为了控制实时 数据的的发送，r t s p 提供了一个可扩展框架，使实时数据的受控、点播成为可 能。同时，我们可以使用r s v p 预留一部分网络资源，能在一定程度上为流媒 体的传输提供服务质量q o s 。各协议之间的关系，可用图1 2 来表示。 r s v p r t pr t c ph t t p r t s p u d p t c p i p 图1 2i p 网络实时多媒体船议 1 3 1 实时传输协议r t p 和实时传输控制协议r t c p r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 【6 】是用于p 网络上针对多媒体数据流的 一种传输协议。r t p 被定义为在单播和组播的情况下工作，提供负载标示、数 据序列号和数据戳等，其目的是提供时间信息和实现流同步。r t p 通常使用u d p 来传输数据。当应用程序开始一个r t p 会话时将使用两个端口：一个给r t p ， 南京邮电学院硕士毕业论文 第1 章l p 网络电活系统 一个给r t c p 。r t p 本身并不能为按时间顺序传输数据包提供可靠的传输机制， 也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务。r t p 协议通常为 一个具体的应用来提供服务，通过一个具体的应用进程实现，而不作为o s i 体 系结构中单独的一层来实现，r t p 只提供协议框架，开发者可以根据应用的具 体要求对协议进行充分的扩展。 r t c p 和r t p 一起提供流量控制和拥塞控制服务。在r t p 会话期间，各个 参与者周期性地传输r t c p 包。r t c p 包中含有已发送的数据包的数量、丢失 的数据包的数量等统计资料。因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输 速率，甚至改变有效载荷类型。r t p 和r t c p 配合使用，它们能以有效的反馈 和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传输实时数据。 1 3 2 实时流媒体协议r t s p r t s p ( r e a lt i m es t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) t 7 是应用级协议，控制实时数据的 发送。r t s p 提供了一个可扩展框架，使实时数据，如音频和视频的受控点播成 为可能。数据源包括现场数据与存储在剪辑中的数据。该协议的目的在于控制 数据的发送连接，协商和选择数据传输的方法，如u d p 、t c p 、单播和组播。 使用r t s p 时，客户机和服务器都可以发出请求，即r t s p 可以是双向的。 r t s p 建立并控制一个或几个时间同步的流媒体。尽管媒体流与控制流交叉 是可能，通常r t s p 本身并不发送媒体流。换言之，r t s p 充当多媒体服务器的 网络远程控制。r t s p 控制通过单独协议发送的流，与控制通道无关。例如， r t s p 控制可通过t c p 连接，而数据流通过u d p 。因此，即使媒体服务器没有 收到请求，数据也会继续发送。 1 3 3 资源预留协议r s v p 由于音频和视频数据流比传统数据对网络时延更敏感，要在网络中传输高 质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需要其它一些条件。r s v p ( r e s o u r c e r e s e r v ep r o t o c 0 1 ) 【8 】是还在开发的i n t e r n e t 上的资源预留协议，使用r s v p 预 留一部分网络资源，能在一定程度上为流媒体的传输提供q o s 。r s v p 是非路 由协议，但它同路由协议协同工作，建立与路由等价的动态访问列表。 9 南京邮 u 学院顾i ：毕业论文 第1 章i p 网络电话系统 r s v p 协议的两个重要概念是流和预定。流是从发送者到一个或多个接收 者的连接特征，通过婵包中“流标记”来认证。发送一个流前，发送者传输一 个路径信息到目的接收方，这个信息包括源i p 地址、目的口地址和一个流规 格。这个流规格是由流的速率和延迟组成的，这是流的q o s 需要的。接收者实 现预定后，基于接收者的模式能够实现一种分布式解决方案。 o 南京邮电学院硕f j 毕业论文 第2 章h3 2 3 和s i p 协议发其比较 第2 章h 3 2 3 和s i p 协议及其比较 随着多媒体与网络技术的发展，i p 电话和多媒体会议已经日益得到广泛的 应用。h 3 2 3 和s i p 就是针对这样一些应用而提出来的呼叫信令和控制协议。 2 1 硅3 2 3 建议 2 1 1h 3 2 3 建议概述 h 3 2 3 建议是由u t 第十六研究组制定的，1 9 9 6 年6 月提出了第一个版 本，至今已有四个版本。h 3 2 3 是用来为在分组网络上传输语音、视频和数据 提供信令控制的，运行在网络的传输层上1 9 。h 3 2 3 并不是单个的协议，而是 由一组协议所组成的协议栈，包括用于控制的h 2 4 5 、用于建立呼叫连接的 h 2 2 5 0 、用于大型会议的h 3 3 2 、用于补充业务的h 4 5 0 x 、用于安全机制的 h 2 3 5 和用于与电路交换网络互连的h 2 4 6 。h 3 2 3 最初是为在q o s 无保障的局 域网上提供多媒体服务而设计的，随着技术的发展和市场的需求，h 3 2 3 已广 泛应用于互连网络上。同时随着版本的不断升级，h 3 2 3 提供了越来越强大的 功能，并且各个版本之间保持了良好的兼容性。 h3 2 3 是i t u t 多媒体通信系统系列标准h 3 2 x 的一部分，这些系列标准 使得在现有的通信网络上进行多媒体通信成为可能。h 3 2 0 是在n i s d n 上进行 多媒体通信的标准；h 3 2 1 是在b i s d n 上进行多媒体通信的标准：h 3 2 2 是在 有q o s 保证的局域网上进行多媒体通信的标准；h 3 2 4 是在普通电话交换网和 无线网络上进行多媒体通信的标准。 在h 3 2 3 多媒体通信系统中，呼叫和控制信令以及数据业务利用面向连接 的传输机制，将可靠的传输控制协议t c p 用于h 2 4 5 控制信道、t 1 2 0 数据信 道和h 2 2 5 0 呼叫信令信道。视频和音频数据流则在采用r t p 实时协议打包后， 使用无连接的用户数据报协议u d p 来传输，以减少传输时延。 南京邮电学院硕士毕业论文 第2 章h 3 2 3 和s i p 协议及其比较 2 1 2h 3 2 3 系统结构 h 3 2 3 系 f h 终端( t e n n i n a l ) 、网关( g a t e w a y ) 、多点控制单元( m c u ) 和网守 ( g a t e k e e p e r ) 等单元组成。在这些单元中，除了终端( t e 珊i n a l ) 外，其他几个都是 可选组件。图2 1 是h 3 2 3 系统及其组件。 h h 3 2 3 终端l1h 3 2 3 多点控制单元 t 组交换网瘩 厂一 守l1h 3 2 3 n 关ilh 3 2 3 终端llh 3 2 3 终端 电话交换嘲 有服务质量保证 的局域网 v7 0 ll h3 2 4 ii 语音ji h3 2 2 终端l1 终端il 终端i1 终端 语音1i h 3 2 0 1i h3 2 1 il l h3 2 1 ： 终端 1 终端il 终端l i 终端l 工作于h3 2 1 模 式的h3 1 0 终端 图2 1h3 2 3 系统及组件 ( 1 ) 终端( t e r m i h a l ) h 3 2 3 的终端如图2 2 所示。图中虚线框外的部分不属于h 3 2 3 建议所定义 的范围。从图上可以看到，h 3 2 3 定义的终端主要包括视频编解码器、音频编 解码器、系统控制功能模块以及h 2 2 5 0 层。所有的h ，3 2 3 终端必须包含系统 控制单元、h 2 2 5 0 层和音频编解码器。语音通信功能是h 3 2 3 终端必须支持的， 而视频和数据通信则是可选的功能。h 3 2 3 没有对音频、视频的i o 设备以及网 络接口等给予规定。 里璺塑生堂竖竺生望些婆兰 塑! 兰坚：i 型塑曼堡垫坚丝基些墼 1视频i - j 视h 频2 6 编1 解h 码2 6 器3 l 接收 i o 设名t 广 路径 r 蒸 l 音频编解码器【 时延 - g 7 1 1g7 2 3 ，1l i g7 2 9 a l 数据应用lh 2 2 5 0 一网络 ( t1 2 0 等) l层 接口 系统控制 lh 2 4 5 控制l 系统控制用1 呼叫控制l 户接口 i h 2 2 5 0 l r a s 控制i h 2 2 5 0l ( 2 ) 网关( g a t e w a y ) 图2 2h3 2 3 终端结构 网关是h3 2 3 系统的一个可选组件。h 3 2 3 网关用来将p s t n 、n i s d n 、 b i s d n 等网络上的多媒体通信终端接入h ，3 2 3 系统，网关要负责网络之间数据 格式的转换、呼叫信令的转换、音频和视频编解码的转换以及网间呼叫建立和 拆除的功能。 图2 3h 3 2 3 与h 3 2 0 之间的网关模型 ( 3 ) 网守( g a t e k e e p e r ) 网守又叫网闸或关守，是h 3 2 3 系统的一个可选组件。网守相当于h 3 2 3 的管理中一i i , ，其功能是向h 3 2 3 端点提供呼叫控制服务。在系统中可以存在多 南京邮电学院硕士毕业论文 第2 章h3 2 3 和s i p 协议及其比较 于一个的网守，网守之间可以相互通信，但通信方式并没有具体指定。 当系统中存在网守时，所有类型的端点，包括终端、网关和多点控制单元 都必须到网守注册。任何一个网守都必须能够提供以下四项功能：地址转换、 呼叫允许、带宽控制和区域管理。同时，网守也可以执行一些其他的可选功能： 呼叫控制信令、呼叫授权、带宽管理、呼叫管理、别名地址修改、拨号数字翻 译、目录服务以及为不能进行带宽预留的终端执行带宽预留等。 ( 4 ) 多点控制单元( m c u ：m u l t i p o i n t c o n t r o lu n i t ) 在多点会议中，多点控制单元支持在三个或三个以上端点之间进行会议。 在h 3 2 3 系统中，一个多点控制单元由一个多点控制器( m c ) 和几个多点处理 器( m p ) 组成，但也可以不包含多点处理器。多点控制器处理终端间的h 2 4 5 控制信息，从而决定它对视频和音频的处理能力。在必要情况下，多点控制器 还可以通过判断哪些视频流和音频流需要多播来控制会议资源。 多点控制器并不直接处理任何媒体信息流，而将它留给多点处理器来处理。 多点处理器对音频、视频或数据信息进行混合、切换和处理。多点控制器和多 点处理器可能存在于一台专用设备中，或者作为别的h 3 2 3 组件的一个部分。 2 1 3h 3 2 3 协议栈结构 h 3 2 3 是由多个协议构成的协议栈，各个协议分别完成其特定的功能并协 同工作。图2 ，4 是h 3 2 3 协议栈的体系结构。在h 3 2 3 中，根据各个协议的不 同功能定义了四类典型通道。 r a s 通道：是由h 2 2 5 0 协议定义的，它是用来提供端点与网守之间的通 信机制。通过r a s 通道，各个端点在网守处进行注册，并请求允许其与另一个 端点进行通信，而网守根据网络的状况来确定是否允许该端点的请求。如果请 求获得同意，则网守回送一个传输地址( 含i p 地址和传输端口) 作为被叫点的 呼叫信令通道。 呼叫信令通道：该通道是建立在协议h 2 2 5 0 和h 4 5 0 x 的基础上的，用 来传输呼叫控制和补充业务控制信息的【1 0 1 。当呼叫建立好后，h 2 4 5 控制通道 的传输地址将在本通道中指明。 南京邮电学院硕士毕业论文 第2 章h 3 2 3 和s i p 协议及其比较 h 2 4 5 控制通道：该通道用来控制多媒体通信【1 1 】。比如，各端点之间的能 力交换、逻辑信道的开启关闭和流量控制等。在参与呼叫的各方完成能力交换 之后，通过本通道创建一个媒体的逻辑通道。 媒体的逻辑通道：该通道承载话音、视频和其他媒体信息，每一个媒体类 型承载在各自一对单向通道上，每一个方向上采用r t p r t c p 。 视频、音频应用终端控制和管理数据应用 g 7 x xh 2 6 x 呼叫信令 终端到 h 2 2 5 0 h 2 4 5 t 1 2 0 加密r t c p 网守信令 r t p r a s 不可靠传输( u d p )可靠传输( t c p ) 网络层( i p ) 数据链路层 物理层 图2 4h 3 2 3 协议栈结构( 终端侧) z 1 4h 3 2 3 的呼叫处理流程 通常情况下，若端点已在网守注册，则每次通信的主叫端向网守发送请求 接纳信令( a r q ) 。网守验证端点的身份，如果端点使用别名地址，则执行地址 解析，同时判断是否有足够的资源来接纳本次呼叫请求。 a r q 请求被接纳后，网守向主叫端发送a c f 确认，其中包含解析得到的 被叫方的传输端口地址( i p 地址及端口号) 。主叫端得到被叫的地址后，建立 h 2 2 5 信令信道，经过一系列信令交互后，被叫方向主叫发送c o n n e c t 消息， 其中包括h2 4 5 控制信道的传输端口地址，接着建立h ，2 4 5 控制信道。 h 2 4 5 信道建立后，主被叫方可以发送h 2 4 5 信令消息，完成能力集协商、 主从确定和逻辑信道协商后，打开逻辑信道。逻辑信道建立后，即丌始了媒体 通信。 南京邮电学院硕。i ：毕业论文第2 章h 3 2 3 和s i p 协议及其比较 2 。2 一s i p 协议 2 2 1s i p 协议概要 s i p 协议是由i e t f 提出并主持研究的一个应用层控制协议，可用于建立、 修改、结束多媒体会话【l2 】。这些会话包括i n t e r n e t 多媒体会议、v o i p 电话、 远程教育及远程医疗等。 s i p 协议采用基于服务器客户机模式，以易于阅读的文本格式表达各类消 息，由客户机发起请求，服务器进行响应。这非常类似于s m t p ( s i m p l em a i l t r a n s m i s s i o np r o t o c 0 1 ) 和h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s m i s s i o np r o t o c 0 1 ) 协议。s i p 沿用 了一些h t t p 的语法规则和定义，其中包括响应编码结构、一些消息头和它的 整个动作机制等。s i p 独立于底层协议t c p 和u d p ，而采用自己的应用层可靠 性机制来保证消息的可靠传输。 在s i p 巾，主要定义了两个基本组件用户代理和网络服务器。用户代 理位于网络的边缘，包含了用户代理客户机和用户代理服务器两部分。用户代 理客户机负责发起会话请求，而用户代理服务器用来接收会话请求，并作出相 应的应答。网络服务器又可以在逻辑上划分成三部分，代理服务器、重定向服 务器和注册服务器。 t 代理服务器：用来把呼叫请求转发到下一个服务器，在呼叫请求到达目 的方之前要经过多个服务器，而且响应会沿着与之相反的路径往回传递。 * 重定向服务器：就是在服务器找不到下一跳的服务器时，往回传一个信 息，告诉用户要改变传输路径并提供一个可达目的方的服务器地址。 * 注册服务：是指终端用户在自己所在区域的服务器上进行地址注册，以 便于服务器能够对用户进行精确又快速的查寻和定位。 值得一提的是，网络服务器的这样划分是基于逻辑功能的，而并不是在物 理上的划分。 s i p 消息主要包括请求( r e q u e s t ) 和响应( r e s p o n s e ) 两种，完全基于文 本格式。s i p 协议共定义了6 个与请求相关的、称之为方法的操作：邀请 ( i n v i t e ) 、证实( a c k ) 、选择( o p t i o n s ) 、再见( b y e ) 、取消c a n c e l ) 和登记 南京邮电学院硕士毕业论文 第2 章h3 2 3 和s i p 协议及其比较 ( r e g i s t e r ) 。各类方法都必须大写。 * i n v i t e ：用于邀请用户或应用程序加入某会话中，会话描述含于消息体 中。对于呼叫双方来说，主叫方在会话描述中指示其能够接受的媒体类型及其 参数，还可以指示其愿意发送的媒体类型。被叫方必须在响应消息的消息体中 指明其希望接收哪些媒体，还可以指示其即将发送的媒体。 * a c k ：用于证实客户机已经收到对于i n v i t e 请求的最终响应，该方法 仅和i n v i t e 请求配套使用。成功响应由用户代理客户程序( u a c ) 予以证实，不 成功响应由第一个收到此响应的代理服务器或u a c 证实。 * o p t i o n s ：该方法用于询问服务器的能力。某服务器确信能与用户通信， 如用户通过某用户代理登记并处于激活状态，一旦该用户代理收到该请求后就 可以发回响应消息，并告之其能力集。 * b y e ：用户代理客户程序用此方法指示释放呼叫。b y e 请求按i n v i t e 请求同样的方式前传，可由主叫方或被叫方发出。 * c a n c e l ：该方法用于取消一个尚未完成的请求，对于已完成的请求( 即 已收到最终响应的请求) 则没有影响。 * r e g i s t e r ：用于向注册服务器注册客户机的相关信息。客户程序使用 该方法在s i p 服务器上登记列于t o 字段中的地址。 一个最简单的i n v i t e 请求消息可以表示为： i n v i t e s i p ：u s e r a n j u p t