（通信与信息系统专业论文）voip系统的分析和设计研究.pdf

卜海交通人学坝士学位论文：v o i p 系统的分析和设计研究 摘要 随着光网络的飞速发展和数字传输技术不断取得重大应用突破， 原来在数据通信网中被视为应用瓶颈的带宽和服务质量等问题一一 得到解决，推动了i p 技术的飞速发展，带动各种应用向i p 靠拢，一 个典型的应用就是i p 语音业务。 和传统的基于电路交换的电话网相比，i p 语音使用t c p i p 作为 传输协议，利用现有的网络技术将语音集中到i p 网络上来，如果以 后需要扩充新的业务( 如话音邮箱) ，只需增加新的服务器软件即可。 因为统一采用i p 网络，语音和数据传输在同一线路上统计复用，更 高效地利用了线路带宽，而且省掉了昂贵的长话费，为企业节省了大 笔的开销，提高了带宽利用率，对总带宽的要求也有所降低，管理时 只需要对i p 网络进行管理即可。 本论文通过对v o l p 技术较为深入的分析研究，根据作者的实际 工作情况，提出了针对v o l p 系列产品的v o l p 软件系统设计思想，这 些设计思想在实际的团队式开发中较为有用，并可以缩短新产晶进入 市场的i t , i - f 日q ，有一定的新意。在论文中所提到的针对h 3 2 3 协议软件 的a s n 1 优化技术，可以有效的提高v o l p 信令处理的效率，在业界 也是不多见的。 本文首先介绍了本课题相关领域迄今为止的发展，并对主要的相 关技术作了介绍。然后对开发v o l p 系统的难点进行讨论和分析，相 应指出了这些难点的解决方法并介绍了作者攻读硕l 学位期问在作 l 海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 者所在单位一一上海博达数据通信有限公司完成的主要工作之 一一一v o i p 系统的设计和实现。在此基础上，重点并较为详细的介 绍了设计中的创新和特点，其中包括了两个部分：a s n 1 的优化和基 于路由器的实时传真业务的实现。最后简要介绍了v o l p 技术当前需 i 缓解决的问题并在展望v o l p 技术的未来的同时提出了自己的见解。 关键词：实时传真，i p 传真，f o l p ( f a x o v e ri p ) ，v o l p ( v o i c eo v e r i = l p ) ，h 3 2 3 ，s i p ，m g c p ，m e g a c o h 2 4 8 l 海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研宄 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e ta n dd i g i t c o m m u n i c a t i o n t l b | c h n o l o g y ，i pt e c h n o l o g y h a sw i t n e s s e df a n t a s t i ci m p r o v e m e n t ，at y p i c a l a g p l i c a t i o no f w h i c hi st h ei pv o i c eb u s i n e s s c o m p a r e d w i t ht h et r a d i t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n ，i pv o i c ei sb a s e d o l at c p i pp r o t o c o la n dt r a n s f e r st h ev o i c et oi pn e t w o r k o n l yn e w s o f t w a r ei sn e e d e di fn e wb u s i n e s sd e v e l o p s ( s u c ha sv o i c em a i l b o x ) t h a n k s t ot h ei pn e t w o r ko nw h i c hb o t hv o i c ea n dd a t ea r et r a n s f e r r e d ， e n t e r p r i s e sc a ng r e a t l yi m p r o v e t h ee f f i c i e n c ya n dr e d u c ec o s t i na d d i t i o n ， i 黔n e t w o r k m a n a g e m e n t i sa l s os i m p l i f i e d t h i sp a p e ri si n n o v a t i v eb e c a u s ei tg i v e sa c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so f v b i p t e c h n o l o g y a n dc o m b i n e st h ea u t h o rf i r s t - h a n de x p e r i e n c et op u t f o r w a r d , t h es t r u c t u r a ld e s i g nc o n c e p t so f s o f t w a r eb a s e do nv o l p s y s t e m ，w h i c h i su s e f u li na c t u a lt e a m d e v e l o p m e n t a n dc a n p u s h n e w 1 哐o d u c ti n t om a r k e tm o r eq u i c k l yt h a nb e f o r e t h ea d v a n c e dd e s i g nt o o p t i m i z e a s n 1f o rh 3 2 3p r o t o c o ls o f t w a r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e rc a n i m p r o v e t h ep e r f o r m a n c eo f p r o c e s s i n g v o l p s i g n a l l i n ge f f e c t i v e l y , w h i c h i s in e w l yi n t r o d u c e di nt h i si n d u s t r y t h i sp a p e r b e g a n w i t ht h ei n t r o d u c t i o no f t h e b a c k g r o u n d a n d o b j e c t i v e o ft h i sp r o j e c ta n dt h el a t e s td e v e l o p m e n ta n dr e l e v a n t t e c h n o l o g y i nt h i sa r e a t h e n a n a l y z e d t h eb o t t l e n e c k so fv o l p s y s t e m 上海交通大学硕士学位论文：v o i p 系统的分析和设计研究 a n d p r o v i d e d s o l u t i o nt ot h e s ep r o b l e m s t h e nt h ep a p e rb r i e f l ye x p l a i n e d t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f v o l p s y s t e m ，w h i c h w a sc o n d u c t e d b y t h ea u t h o rw h e n w o r k i n g i nb a u dd a t ac o m m u n i c a t i o nc o m p a n y o n t h e b a s i so f d e s i g np a p e rp r o v i d e d i n t r o d u c t i o na b o u tt h ei n n o v a t i v e c h a r a c t e r i s t i c so f t h ed e s i g n ，i n c l u d i n gt h ei m p r o v e m e n t o fa s n 1a n d r e a l i z a t i o no fr e a lt i m ef a x s e r v i c eb a s e do nr o u t e r s f i n a l l yb r i e f l y i n t r o d u c e dt h ep r i n c i p a lp r o b l e m so f v o l p t e c h n o l o g y a n d g a v ep e r s o n a l v i e w p o i n t o nt h ef u t u r ed e v e l o p m e n to ft h i st e c h n o l o g y k e y w o r d s ：r e a l t i m ef a x , f o l p ( f a x o v e ri p ) ，v o l p ( v o i c eo v e ri p ) ， f - i 3 2 3 ，s i p ，m g c p ，m e g a c o h 2 4 8 i v 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密曰。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 指导教师签名：荐镨鹪 日期：z 。咚年歹月7 日日期：沙，年尹月7 日 e 海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 符号说明 1 r s v p ：r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l ，资源预留协议 2s i p ：s e s s i o ni n i t i a l i z a t i o np r o t o c 0 1 会话初始化协议 3 m g c p ：m e d i a g a t e w a y c o n t r o lp r o t o c o l ，媒体网关控制协议 4 i p ：i n t e m e tp r o t o c o l ，互联网协议 5 t c p ：t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l ，传输控制协议 6 r t p ：t r a n s p o r tp r o t o c o lf o rr e a l t i m ea p p l i c a t i o n s 实时传输协议 7 v o l p ：v o i c eo v e ri p ，在i p 协议上承载语音 8 f o l p ：f a xo v e ri p ，在i p 协议上承载传真 上海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 第一章绪论 本章主要介绍了课题的研究背景、主要研究内容以及本论文的组织结构。 1 1引言 当今世界正日益向信息化时代迈进，人们在j 二作和生活中己越米越离不开通信嗣i 信息 作。可以肯定，综合了语音、豳像、文字等多种表现方式的多媒体远程协作将是未来的一 重要发展方向，尤其是语音通信近几年更是得到了突飞猛进的发展。在这种趋势f ，适用 多媒体的广泛的协作通信设施及表现形式已经越来越成为信息化世界必不可少的基础。 1 2研究课题的社会背景 1 2 1 通信基础设施的迅速发展 进入9 0 年代中划，i n t e r n e t 业务量的增长已经构成数据业务的主要增| 丈冈素，除r _ j ， 数避的指数式增垤外，业务带宽也呈现了指数式增长态势。两者的结台使i p 业务所需的e 络带宽急剧增k ，形成了新l t , l j t ) j 网络带宽的主要驱动力。从全世界的范嗣看，估计在来d 1 0 年内，包括中国电信网在内的世界主要网络的数据业务量都将会相继超过电酯业务鼙。 最终1 乜信网的业务将士要由数据构成。网络业务的构成将发生根本性的变化。网络的业9 将向数据业务为中心的方向融合。 传统的i 乜信i _ 6 1 | 在扩人基本电信业务( 电话、数据) 的普及服务的同时，不断推山l 也信翟 能、i k 并干| | 扩展业务。j 1 捕l b 视网在扩人覆盖率的同时，l e 在实施数字化变举，推出般向、置 换新、l t 务。讣算机网络在发展网络麻州方面有其独特的优势：无论网络i ，点还址网络终端煮 足基丁计算机的系统，可以将信息的传输、变换、处理、存姑和利川集成一体可以方便州 将j ：- 爵、数据、斟像等多种媒体信息集成体。 上海交j i 6 大学埘l 学位论史：v o l p 系统的分析和设计研究 1 2 2 基于i p 的网络互连的广适应用 统一的t c p i p 融议豹游遍装删，使得再种以1 p 为基础的业务都能在不同的弼上实现互 通，t c p i p 捺议不议已经成为，+ ：主导地位抟通信协议，辑蛙，从技术上为传统电信、胄线 电视豢l 计算机弼络韵融合蔓定了坚蜜的联网基础。个凡通信与型攫通信技术及其癍埘豹发展 萄，簿聂，宽带c d m a 技术阳发艘与成熟，谩通信更向着全球他妁力向发展。 1 3 研究醋标 本文将对1 p 网络中的种重要实时应用系统v o l p 系统进行分析和设讲研究，鼋点 在于v o l p 系统的体系结构的分析和改计具有一定的现实意义。首先我们对v o l p 系统进行 较为充分的分析，主要针对实现中的一些难点加以深入讨论。其次，我们在对v o i p 系统经 过分析的前提f ，提出，v c ，i p 系统的设计思路，奉文所提出的v o i p 系统| 殳计着眼下实际 忭中的项目开发，考虑了交际开发状况f 可能遇到的困难。接着，我们对基r 本文垃计思想 丌艘的产品的性能指标进行了定的分析，并在一定程度上讨论了性能指标和殴计思想问的 芙系。最后本文讨轮了v o p 今肝的发展方向以及当前需要解决的问题。 1 4 论文结构 本文将分为八章米进打论述： 第一奄简要阐进了本漂题的研究背景干n 研究目标。 第二二章简要介 _ 了本谍题胡戈领域迄今为i f ：的艘展，并对主要的相荚技术张：了舟州。 第三章对v c 4 f = ! 系统的难点进行讨论羁；分析+ 弗粕赢指出了这牡雉赢柏嘏狭方法。这里 的讨论乖1 分析 要着重卜黎个i 蜒】l 开笈良发产弗r 钱盼 奉系结构，则1 寅际 v b i p 技术缩m 并不是这一章1 j 论和分浙胥j 豫 第四章紧接上章，简要介削了作者攻读词匕学何j l l i 闸在作蒴所在毕位b 母博逃数 据通信鸯默公司宽成的e 要jn 之一v o i p 表统的设计和实现，土要阐述v o l p 系统的体 系结构设“心璐。 第五章是对上章所究纲的设谢思想豹 克，重点并瓣为详粕船舟烈了蹬计中的割新和 特点其中包括r 研个部分：a s n + i 盼优化和鐾f 料 赴群的实列传真鼬务的实蛾 卜海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 第六章对基丁本文设计思想实现的一款v o i p 网关产品进行性能测试并分析测试结果， 通过分析对比，迸一步对本文的所介绍的v o l p 系统的设计思想进行探讨。 第七章简要介绍了v o l p 技术当前需要解决的问题并在展望v o l p 技术的未来的同时提出 了自己的她解。 第八章对本课题进行了回顾和总结，并提出了未来的发展方向。 本章小结 本章从当今社会的发展谈起，论述了当今通信基础设施、l p 网络技术、v o l p 技术的发 展需求，提出了本漯题的主要研究内容和意义。并对整篇文章的组织结构作了提要， 上海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 第二章v o i p 技术以及相关领域的发展 本章简要介绍了v o i p 技术的发展史以及其相关领域的发展、现状及相关协议。 2 1v o i p 技术的发展和现状 2 1 1v o l p 技术简述 v o l p ( v o i c eo v e ri p ) 技术，俗称i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 电话技术，在当前通信技术巳 益发达的信息社会中作为“卜一代电话”而倍受瞩目。究其根本原因，是与通信业务经营者 所传输的语音量和i p 信息量比率有关。以因特网为代表的i p 通信的信息量，现在以指数函 数的方式增加。由丁i 在全部信息传输最中，i p 信息量r i ，极高的比例，因此整个网络应适廊 于i p 信息量，少量的语言信息量也应搭载在l p 网上，这比起分别建立i p 网和语音网要经 济得多。正因为如此，l p 电话技术将成为未来的电话技术。 i p 电话从内在原理t 讲与传统的模拟电话有着根本的医别，它是一种数字电话，是技 术创新的一种通信服务业务。它把语音、压缩编码、打包分组、分配路由、存储交换、解包 解压等交换处理在l p 网或互联网上实现语音通信。它促进，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，可以说是当今世界上发展最快、普及最快的一 门应用服务技术之一，也是计算机网络界关注的热点之。 2 1 2v o i p 发展简史 1 ) i p 电请产生的背最 i p1 4 = 话的产生丁i n t e r n e t 商业化以历，在全世界，特别是往发达国家迅速发展起米。在 些国家( 如美国) 本地i 乜薛i n t e r n e t 接入采j f 包f 【_ _ | 制，不限时限越，冈此i n t e r n e t 是近乎 免费的( f r e e ) 的人们都希望能通过这近乎免费的嘲络进行传统的i u 话平传真服务。1 9 9 5 1 ：2j j 以色列v o c a l t e c 公r d 研制m _ u 】以通过i n t e r n e t 删扣k 选电话的软f l 产耕t “i n t e r n e t p h o n e ”。 j j 户只要舀：多姒体p c 机l 宜装该软件，就可以通过i n t e m e t 网和j 任何地方安装同样软 4 上海交通大学颂士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 件的联机用户进行通话。这项技术的突破引起全世界的瞩目，其背后的无限商机也促使许多 公司进行此项技术的研究，从而使i p 电话技术得到迅速发展，人们把这种在 n t e r n e t 上实现 电话业务称为i n t e r n e t 电话，应该说是i p 电话的雏形。 经过五年的发展，i 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。i p 电活从当初的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j _ _ l 将拥 有最大的市场，i p 电话承载网络可以是i n t e r n e t ，更多的是遵循t ( ：p i p 协议的专用网或 i n t e m e t 。因此对我们来说，i p 电话，传真就是通过l p 网络传送电活传真业务。这里的i p 网泛指基本t c p i p 协议的网络，包括因特网i n t e r n e t 和企业网i n t e r n e t 。 2 ) i p 电话迅速发展的背景1 5 6 j 从最初的i n t e r n e t 联机应用到可以利用普通电话实现通话，l p 电话在短短的儿年间得剑 了非常迅速的发展。l p 电话为什么会在这样短的时问里引起全球电信界的关注，并且j l 住 或将要对传统的通信方式产生巨大的冲击? 这除了i p 电话采用语音压缩和统计复j ；_ j 技术仃 约宽带从而造成运营成本降低外还有以下两个原因： 第一，电话业务历来都是各国管制最为严格的业务，但对于i p 电话各国大多采取宽容 甚至是扶植的态度，如美国将i p 电话归类为增值业务，从而不必承担k 途电话公司所受的 管制规定，这样l p 电话提供长途电话业务时，不必向本地电话公司交纳 & 途电话费4 0 左右的接入费。这样庞大的通信市场潜力，必然吸引众多传统雨i 新型的电信公司加入剑i p 电话的研究、开发和经营的队伍中。 第二，各国国际长途电话费存在着严重的不平衡性，且国际长途电话业务在很多国家都 是垄断经营的。这样，国际话费低的国家电信运营者可以利j ；| 各国对i p 电话的政策优惠， 通过i p 电话向国际话费高的国家渗透，直接或间接进入电信市场中尚未开放国家的国际妖 途业务经营领域：而资费高的国家可以降低i p 【乜话同国际同叫业务争夺用户，同时开拓新 的j j 户群：在国际电信业务穗断经营国家，新的电信或i s p 运营者迫切希望进入这一高利润 的肇断经营领域，i p 电话的应运而生好正好为其提供了一条有效途径。 3 )i p 电话发展阶段1 7 8 l i p 电话在技术上火致经历这样的几个阶段： t 1 ) 技术突破静j ( 1 9 9 5 1 9 9 6 ) i p 电活最早是作为i n t e r n e t 上的联机麻州 i j 现的，那时只要通哺烈方拥有同样的样o 端 惠j h 软r l 就可以往i n t e r n e t 上进行实时通话了当然语音质培存红报多i 日题。最早推出这干l | | 客户端软什的是以色列的v o c a l t e c 公司，他们在1 9 9 5 年2 月宣布推出”i n t c r n e tp h o n e ”，卅 以说足现代i p 电话的雏形。 自从v o c a l t e c 推出了软件” n t e r n e t p h o n e ”厉，不少软什公司包括微多人公r q 都相继 推r 类似的软什，比如微软的n e t m e e t i n g 、i d t 的n e t 2 p h o n e 、n e t s p e a k 的w e b p h o n e 、 诞特尔的l t l t c m e tv i d e op h o n e 等川户只需往p c 机j 二安驶客j 二3 端软仆斤配合友克风、j ：， t 海交通太学硬士学位论文：v o w 系统的分析和设计研究 、音响等设备，就可眺在l p 网上与同样安装了这些软硬件的用户通话了。由于当对这科 应粥只限于在i n t e r n e t 上使用，因此那时人们通常将这种应用称为”i n t e r n e t 电话”。这一删 期，使用者大多数是i n t e m e t 上的网迷，语音质量基本没有保证，技术还不完全成熟- 人 ： 对它的认识也比较稚嫩，我们也可以把这一时期r p 电话发展的萌芽期。 t 2 ) 发疆鹈( 1 9 9 6 - 1 9 9 9 ) 逐渐地，电信公司开始认识剑利用i n t e r n e t 实现语音业务的巨大崭在市场，他们开始考 虑如何将i n t e m e t 和已有的p s t n 结合起来，从而更加广泛的普通电话用户提供业务。于是， f j 以连接i n t e r a c t 和p s t n 的网笑设备出现了，由下利用i n t e m e t 代替传统的长途电话线踺 明以人火降低成本，许多产品制造商和业务商纷纷看好这一市场并开始制造设备和提供皿 务。可以说，这时i p 电话进入快速的发展阶段。由于利用公司的i n t e m e t 传输实时的语舀 存在很多不足，难以保证用户接受的语音质量，这对一项业务来说显然是不行的。因此很宝 业务提供商建立了专用的i p 网或在i n t e m e t 上构建v p n 来提供语音业务，从而实现较好僚 语音质嚣，这时的【p 电话也可以真正地称为f p 电话了。 ( 3 ) 成熟精( 2 0 0 0 , - ) 也许再过几年，i p 电话将步入成熟期，届时i p 电话将具有以f 特点： 1 ) 技术成熟。 2 ) 统一标准。 3 ) 全球网络实现豆通。 4 ) 语音质超良好。 5 ) 火部份传统电信运营公司开始提供i p 电话业务。 6 ) 向i p 传输多媒体业务过渡。 目前，i p 电话l e 处于发展期，各个设备制造商纷纷推出i p 电话网关产品，众多电信起 营公司开始经营l p 电话业务，i p 电话正以强大的吸引力吸引着传统和新型的电信公司。 同顾l p 电话的发展历程，著名i p 电话分析家j e f f p u l v e r 做出了如f 总结： 1 9 9 5 年是业余家之年。 1 9 9 6 年是i p 电话客户端软件年。 1 9 9 7 年是l p 电话网关( g a t e w a y ) 年。 1 9 9 8 年是l p 电话网守( g a t e k e e p e r ) 年。 1 9 9 9 年是l p 电话麻用年。 2 2v o i p 与传统电信业务的区别和优势 6 上海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 2 2 1v o i p 与传统电信业务的区别 传统的电话、传真业务，一般是通过接入电信局提供的p s t n 实现的。这种类型的接入 方式使用的是线路交换的方式，独占通信线路。当使用长途业务时，费用很高。 图2 - i 传统电话嗍络示意图 f i g2 - 1 t r a d i t i o n a lt e l e p h o n en e t w o r k 而我们的v o i p 廊用是使用i p 网络取代其中一部分的p s t n 网络功能进行语音数据的 传输，使用的是包交换技术。 _ 一_ _ - _ 一 7 e 海交通大学硕士学位论文：v o i p 系统的分析和设计研究 蚓2 2 鼙于h 3 2 3 协 义栈的v o l p 删络尔意到 f i g2 2 v o l pn e t w o r kb a s e d0 1 1h3 2 3p r o t o c o l 侄上| 垒| 我们看到在基丁h 3 2 3 协议栈的v o l p 网络中语音终端接入网络的形式有多种。 h 3 2 3 t e r m i a l i 及h 3 2 3 t e r m i a l 2 是以终端方式随接楼入l p 网络的。 t e l e p h o n e l 、t e l e p h o n e 3 、f a x i 、f a x 2 是通过h 3 2 3g a t e w a y l 、h 3 2 3g a t e w a y 3r 的语 音端口接入v o l p 网络的。 t e l e p h o n e 2 、t e l e p h o n e 4 接在p b x l 、p b x 2 上提供的i u 哺终端接u ，通过p b x 晌接i 与h 3 2 3g a t e w a y l 、h 3 2 3g a t e w a y 2 连接，升通过这她个嘲笑接入v o l p 刚络。 f a x 3 、t e l e p h o n e 5 、t e l e p h o n e 6 的情况1 以上一：种不同，它们通过p s t n ! 接a ：p s t n l 的h 3 2 3g a t e w a y 3 相连，然后接入v 0j p 网络。我们h 常使川的l p 【也龋就是使川tj 这 种接入方式。 上海交通大学硕士学位论文：v o i p 系统的分析和设计研究 图示的t e l e p h o n e 、f a x 、h 3 2 3t e r m i n a l 这些终端设备之间都是可以互通的。 当这些终端间互相发起呼叫时，如果经过中间的i p 网络进行传输，就形成了一次v o l p 的呼叫。 2 2 2v o l p 对线路交换的优势9 1 1 1 价格低廉 州i p 网络来代替跃途电话线路进行传输，可以= 符约人量话费。我们通常使州的i pl 乜话 比艮途电话便宜很多。 2 ) 接入便捷 随着数据网络的建设速度越来越快，几乎在世界的任何角落都能够轻易接入i n t e r n e t ：网 络的带宽也在飞速增长，在l p 网络中可以轻易地运行各种应用。h 3 2 3 协议为各种语音、 数据、视频应用的集成提供了一个统一的平台使原先可能需要为各类语音、视频、数据应 川单独建设的网络简化到唯一的i p 网络。 3 )多样化的应用 在以h 3 2 3 协议为基础的应用平台上我们可以轻松集成电酯、e m a i l 、视频会议、呼叫中 心等等多样化的应用。所以当前c t i ( c o m p u t e r t e l e p h o n yi n t e g r a t i o n ) 产品的开发商们均不 约而同地把开发重点放在v o l p 上。 2 3 v o l p 技术的现状和几大趋势 v o l p 技术至今尚无一个统一的标准，如果从体制的角度看，e 】前士要订h 3 2 3 和s i p 两种蕾要技术，代表了v o i p 发展的两大潮流。其他的一些流行标准如m g c p 、m e g a c o h2 4 8 是。前得剑大力发展的v o l p 接入技术。 2 3 1 遵循国际电联的h 3 2 3 标准1 8 h 3 2 3 是国际电联制订的标准，它遵循了传统运营商的管理体系，。公众电话嗍( p s t n ) 的州嘲比较一致，即采刚了公心号码、静态组网的方式，例如拨叫区号为0 2 1 时，肯定是- 9 j ：海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 海的被叫用户。这种方案在网络规模很大的情况下有明显优势，因为它能够沿用传统p s t n 网的话务模型来帮助组网在很多方面符合运营商和最终用户的习惯。 国际电联的h 3 2 3 基本上是一种兼顾传统呼叫流程和i p 网特点发展而来的成熟的开放 标准体制，代表了v o l p 的大潮流。它的特别之处是吸取了许多电信网的组网、互联和运营 经验，能够与p s t n 网，以及其他数据业务和应用网互联互通。这止是自1 9 9 5 年以来，h ，3 2 3 标准在全世界j 泛使用的一个重要原因。采用h 3 2 3 技术体制，v o l p 运营商可以基本上继承 传统返营商的管理和运营模式这对中国以及东南亚国家组建v o i p 大网特别重要。在中 国，运营商纽建的v o i p 网都是全国性人网，而且对网络的扩展性和稳定性要求极高，组网 必须多层多域覆盖城市多达4 0 0 个，每月的话务量在j l 亿分钟以上。组建这样的人网，采 州h ，3 2 3 技术是合适的选择。一些新技术可能在数据与语音的结合上做得比较好，但是它们 对丁如何组网、运营、管理却考虑得比较少。 中国话音通信市场开放的控制比较合理，保持着j l 个大犁全国性运营商共存的局面。这 些网络普遍要求有电信级的组网、运营、维护水平，而且期望能够与现有p s t n 网能很好地 结合。那么，h 3 2 3 无疑是符合这一要求的。这也是h 3 2 3 今后5 年甚至更k 时间都会长期 存在的最重要原冈。 2 3 2 遵循i e t f 的s i p 协议【1 9 2 5 1 s i p 在组网上则明显体现了互联网的思想，它不是采用类似p s t n 的号码，其号码可以 转化为互联网域名，冈此是一。种动态组网方式，具有很好的移动性。_ l = j 户在打电话时，类似 ：寻找某个网址。如果i ；薹营商建设的是一个大规模、电信级网络，那么当前s i p 在体制、远 营、管理笛诸多方面还不是很成熟。它的优点可能在某些接入的应用环境中体现出米，例如 灵活性、终端智能化、多业务等。如果一个全国范嗣内的入网采_ s i p ，那么其成熟度刺o 现行资费、运营体制的矛盾便会充分暴露出来。例如对呼叫属于国内k 途还是国际k 途就0 i 好判断。从艮远看，s i p 应该有搬立r 的发艘，但是在最近的几年中它在人删远营商中的膨川 还不会太j 泛。基1 ：h 3 2 3 的i p 电话网络相比，s i p 协议需要相对智能的终端，即终端需 要包含川户代理客户机 = f ：j 和j 户代理服务器两部分，由这两部分实现呼叫请求、f 于叫! ：j 衄干 些j j ，、的特定需要。j f 是为s i p 系统订_ ：r 相对智能的终端系统，所以它才有可能实叫川 户个性化的需要。s i p 协议的蒋遍使用有待r 互联l ：c = 9 川户的进一步发展和网上pc 的数 d ：1 l 乜话刚j 二i 乜淆机的数醋凡订i j ，比性。 2 3 3m g c p 和m e g a c o h 2 4 8 标准【2 6 0 七海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 国内现在还非常流行的一种v o l p 技术是m g c p 。严格说来，它不能算是一个话音网络 的体系结构，也不是一种组网技术，只能说是一种接入技术。单纯用作网关尚可胜任但是 组网、互联还是要依赖h 3 2 3 和s i p 等技术。其核心思路是采用集中方式来控制大容量、简 单化的终端。m g c p 通过把一个体系性的结构分割成媒体终端和媒体控制器，进而发展为 软交换，这是一种技术上的革命。 媒体网关被分离出来以后所有的控制功能都被集中，管理起来极为复杂。如果系统再 加上呼叫控制器、七号信令系统，那么实际上义重新走同传统程控交换机的老路。从本质上 来说，软交换没有提山新的体系结构。目前l p 电话的体系结构只有两种，一种是基丁h 3 2 3 的i p 电话体系结构，另一种是基于s i p 的i p 电话体系结构，目前还没有第三种体系结构。 麻该说软交换只是一种实现手段，它的一些思想可以被吸收到基1 二h 3 2 3 或s i p 的i p 电奔 体系内。 从网关的角度看，未来它应该能够动态地支持各种应用，并要具有“即插即刚”的功能， 以便能够为运营商迅速开展业务带来方便其硬件成本依然会继续r 降。 为了简化操作和改进信令控制效率i e t f 义提出了m e g a c o 信令协议标准，m e g a c o 是m g c p 的进一步开发它与m g c p 在结构上和m g m g c 间交互动用关系上相似。但是 在m e g a c o 场合，信令网关直接管理着m g 码流的山，入和起，j p 以及各种码流问的组合关系， 从而减少了m g 和m g c 之间交互操作，提高了效率。 2 4 v o i p 关键技术简介阶2 8 1 住许多场合，v o l p 技术仅指通过i p 网络实现类似普通老式电啸的功能。但是，在传统 l 乜活网的业务不断发展的情况下，v o l p 的含义和设计目标也超越了其字面意义：也就是说 v o l p 技术不仅指提供双方会话的传统电话技术，而且娃包含话音、幽像和数据、支持箨种 钾能业务的x 卫方及多方多媒体通信技术。 v o l p 的关键技术包括： ( 1 ) 信令技术，包括i t u th 3 2 3 丰i ii e t f 会计初始化协议s i p 两套标准体系，还涉及 剑进行实时同步连续媒体流传输控制的实时流协议r t s p l 2 。 ( 2 ) 媒体编码技术，包括流行的g 7 2 3 1 、g 7 2 9 ，g 7 2 9 a 酯音压缩编码算法雨im p e g i i 彰媒体压缩技术。 ( 3 ) 媒体实时传输技术主要采抖j 实时传输协议r t p i ”】。 ( 4 ) 、i t 务质龄保障技术，采j ：i ；i 资源预留协议r s v p 2 3 j 平| 0 1 _ r 业务质罐监控的实时传输 拧制协l 义r t c p 米避免网络拥塞。保障通话质量。 e 海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 ( 5 ) 网络传输技术，主要是t c p 和u d p 。 此外还涉及到分组重建技术和时延抖动平滑技术、动态路由平衡传输技术、网关互联技 术( 包括媒体互通和控制信令互通) 、网络管理技术( s n m p ) 以及安全认证和计费技术等 等。 本文着重介蜊编解码技术、媒体实时传输技术、控制信令技术。 2 4 1 控制信令技术 媒体的传输技术保证了话音的传输，而控制信令技术保证电话呼叫的顺利实现乘j 活音质 量，1 ：且可以实现各种高级的电话业务，如类似p s t n 上的智能网( i n ) 业务，综合业务数 字网( i s d n ) 上的补充业务。目前被广泛接受的v o l p 控制信令体系包括i t u 的h3 2 3 系列 午| ii e t f 的会话初始化协议s i p 。 1 1h 3 2 3 i t u 的h 3 2 3 系列建议定义了在无业务质量保证的i n t e m e t 或其它分组网络上多媒体通 信的协议及其规程。这些分组网络主宰了当今的桌面网络系统。因此，h 3 2 3 标准为局域蛔、 j 。域网、i n t r a n e t 和i n t e r n e t 上的多媒体提供技术基础保障。 h 3 2 3 很人程度上是建筑在i t u 以前有关多媒体协议的基础上，包括用i s d n 的 h3 2 0 ，用丁_ 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。其编码机制，协议范 和基本操作类似丁i s d n 的q 9 3 i 信令协议的简化版本，井采_ 【 ；j 了比较传统的电路交换的方 法。相荚的协议包括用于控制的h 2 4 5 ，用于建立连接的h ，2 2 5 0 ，_ f 。r 人型会议的h3 3 2 ， _ l j 丁二补充业务的h 4 5 0 1 、h 4 5 0 2 和h 4 5 03 。有关安全的h 2 3 5 ，与电路交换业务操作 的h 2 4 6 。 h 3 2 3 提供设备之间、高层廊埘之间年l f 提供商之间的互操作性。它不依赖丁- 网络结榴， 独立r 操作系统平硬件平台，支持多点功能、组播利带宽管理。h3 2 3 具备相当的灵活性 支持包含不同功能的1 7 点之间的会议_ 手i i 不同网络之间的会议。h 3 2 3 建议的多媒体会议系统 - p 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 建议方式来打包年传送。 h3 2 3 为基r 网络的通信协议定义了4 个主要的组仆：终端( t e r m i n a l ) 、嘲芙( g a t e w a y ) 、 嘲守( g a t e k e e p e r 、l 千名? i 控i 单儿( m c u ) 。 h ，3 2 3 呼叫建立过雕涉及到二种信令：r a s ( 注册：r e g i s t r a t i o n 、汁可：a d m i s s i o nf l 状态：s t a t u s ) 信令。h 2 2 50n 于叫信令和h 2 4 5 控制信令。其中r a s 信令川米j ；成终端1 。 州守之问的登记注册、授权许i n 带宽改变、状态用j 脱离解除等过剧：h2 2 5 0j 呼i l u 信令川 米建立两个终端之l h j 的连接，这个信令使川q9 3 l 消息米控制呼叫的建、2 和拆际、1 系筑中 2 上海交通大学硕：b 学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 没有网守时，呼叫信令信道在呼叫涉及的两个终端之间打开：当系统中包括一个网守时，由 网守决定在终端与刚守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道；h 2 4 5 控制信令j ； j 来传 送终端到终端的控制消息，包括主从判别、能力交换、打开和关闭逻辑信道、模式参数请求、 流控消息和通用命令与指令等。h 2 4 5 控制信令信道建立丁两个终端之间，或是一个终端与 一个网守之间。h 3 2 3 的协议栈示意图如图二3 所示，h 3 2 3 的基本信令协议结构如图一4 所示。 幽2 - 3 3 2 3 拂议栈示意图 f i g2 - 3 h3 2 3p r o t o c o ls t a c k 海交通大学硕士学位论文：v o l p 系统的分析和设计研究 砰叫控制信道 呼叫信争信道r a s n i t 音频税额 n z t sh2 2 5 0r t p r t c p t c p u d p f p 数据链路层 物理层 翻2 - 4 h3 2 3 信令协议结构 f i g2 4 s t r u c t u r eo f h3 2 3s i g n a lp r o t o c o l 呼叫建立过程根据网守的参与程度可分为网守路由的呼叫和端点直接的呼叫。在蚓- - 5 中，分别说明了h 3 2 3 中呼叫的这两种建立过程1 4 6 4 7 1 。 筚j 叫q ：龉由呼叫的建i = l ：稃 一 、 j tj 端 “授呼川的矬口d ， 、 j j ，：j ， 幽2 - 5h3 2 3i i 手i il | 豹矬f 过撑 1a r q ( 许i d 注册请求) 2a c f i c j ( 许可确认许叫扣绝) 3 s e t u p ( 建立连接请求) 4s e t u p ( 进矗连接