（通信与信息系统专业论文）具有增值业务的ip电话系统分级管理的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 = ! 竺= ! ! 竺! ! 皇! ! 竺! ! ! ! ! 竺! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! i ! 竺! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 竺! ! 竺! ! ! ! ! ! ! ! 摘要 7 店、s l i p 电话已经成为现代长途通信中研究与应l j 的热点，“三网融合”和f 一代网 络的概念越束越受到人们的重视。在l p 电话系统c l ，添加统一消息等增值l k 务，实 现多种网络多种h k 经的互通，无疑将大大拓宽i p 电活系统的应用市场，并符合网 络业务发展的方向，采用何种方式引入j 前值业务以及采用何种机制实现系统的管理， 是系统运行的平稳性和可扩展性的关键，既是系统当前研究的重点，也是本文讨论 的中心内容。 本文研究的i pf 乜话系统，摒弃了将增值业务集成于网关的通用形式，采“新型 的系统结构，将支持增值业务的实体以增值业务服务器的形式引入系统，从而保持 了系统各实体结构、功能上的相对独立性和稳定性，使得各实体功能划分清晰，用 户在业务的使用和多业务的转换上方便、灵活。 本文所研究的具有增值业务的i p 电话系统的主要特点是：借鉴软交换的控制与 业务相分离的思想，提出分级管理策略，实现对系统和各业务的管理，即由网守完 成各种业务基本的呼叫控制和域管理，而将各种具体的业务管理与控制流程分散到 各业务终端去实现。这种方式提高了系统添加新业务后的稳定性，解决了新业务的 多样性所带来的管理上的困难，提高了系统模块化程度，为在本i p 电话系统中灵 活的扩展新的业务奠定了粒 i j | j 。另一方面，在l f l 值业务服务器内部的管理和控制r h 采用纯软件方式实现了增值业务服务器与其它h3 2 3 终端的信息交互和多媒体通 信，既充分利用了系统内已有的硬件资源，又为增值业务的管理和控制方式探索出 条新的途径。 关键字：】pf u 话系统，增值、务，分级管理，4 各式转换 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n t e r n e tp r o t o c o jo p ) b a s e dc o m m u n i c a t i o ni sf a s tb e c o m i n gav i a b l ea l t e r n a t i v ef o r v o i c ec o m m u n i c a t i o n s t o i n t e g r a t es u p p l e m e n t a r ys e r v i c e ，s u c h a su n i f e d m e s s a g e s e r v i c e ，i n t ot h ei pt e l e p h o n ys y s t e mi s a nu n d o u b t e dw a yt o i m p r o v et h ei pt e l e p h o n y m a r k e ta n dm a k e st h ei n t e r w o r k i n ga n di n t e g r a t i o no fv a r i e ds e r v i c e si nv a r i e dn e t w o r k s i n t or e a l i t y i tm e e t st h en e e d so fn e t w o r kd e v e l o p m e n t h o wt oa d dt h es u p p l e m e n t a r y s e r v i c ei n t oi pt e l e p h o n ys y s t e ma n dh o wt om a n a g es u c hs y s t e mi st h ek e yp r o b l e m r e l a t e dt os y s t e mr e l i a b i l i t ya n de x p a n s i o n n o to n l ya r et h e s ep r o b l e m se m p h a s e so ft h e r e s e a r c h ，b u tt h e ya r ea l s ot h i sp a p e rm a i n l yd i s c u s s e d i nt h i sp a p e r ，an e w s y s t e ma r c h i t e c t u r ef o r i pt e l e p h o n y ，b a s e do nt h ei t u ts t a n d a r d h 3 2 3 i sp r o p o s e d t h ei m p l e m e n t a t i o na d d st h es u p p l e m e n t a r ys e r v i c ee n t i t yi n t ot h e s y s t e m a sas u p p l e m e n t a r ys e r v i c es e r v e r ，w h i c i ar e s u l t si ns e v e r a la d v a n t a g e sw h e n c o m p a r e dt ot h en o r m a lm e t h o dw h i c hi n t e g r a t es u p p l e m e n t a r ys e r v i c ei n t og a t e w a y i t k e e p st h ef u n c t i o ns t a b i l i t y d e f i n i t i o n a n da r c h i t e c t u r e i n d e p e n d e n c e f o re a c hs y s t e m e n t i t y u s i n gt h en e wa r c h i t e c t u r e ，t h em u l t i - s e r v i c eu s i n ga n ds w i t c h i n gb e c o m e s m u c h c o n v e n i e n ta n df l e x i b l e t h em a j o rc h a r a c t e r i s t i c so ft h i si pt e l e p h o n ys y s t e mw i t hs u p p l e m e n t a r ys e r v i c ei n t h ep a p e ra r ea sf o l l o w s f i r s t l y ，w ep r o p o s et h eg r a d e ds y s t e mm a n a g e m e n tb a s e do nt h e s e p a r a t i o no f c a l lc o n t r o la n ds e r v i c e sc o n c e p t st a k e nf r o ms o f l s w i t c ht e c h n o l o g y s u c h m a n a g e m e n tm e c h a n i s m e n a b l e sg a t e k e e p e rt oc o n t r o lt h em o s tb a s i cc a l ls i g n a l i n gf o ra l l k i n d so fs e r v i c e sa n da c c o m p l i s ht h ez o n em a n a g e m e n tf o ra l l t h es y s t e me n t i t i e s m e a n w h i l e ，t h ed e t a i l e ds e r v i c ec o n t r o la n dm a n a g e m e n ti sd i s t r i b u t e di n t oe a c hs e r v i c e t e r m i n a lt o i m p l e m e n t ，s ot h a t ，t h e n e ws e r v i c ec o u l db ea d d e di n t ot h ei pt e l e p h o n y s y s t e mw i t h o u tl o s i n gt h er e l i a b i l i t ya n d o v e r a l lm a n a g e m e n t i tr a i s e st h em o d u l a r i z a t i o n d e g r e ef o rt h es y s t e r na n ds e t t l e st h eb a s i sf o rn e w s e r v i c ee x p a n s i o n b e s i d e s ，w ef i n do u t an e w w a yi ns u p p l e m e n t a r ys e r v i c ei n t e r n a lm a n a g e m e n t a n dc o n t r o lu s i n gp u r es o f t w a r e m e t h o dt oa c c o m p l i s ht h ei n f o r m a t i o ni n t e r a c t i o na n dm u l t i m e d i ac o m n m n i c a t i o nb e t w e e n s u p p l e m e n t a r ys e r v i c es e r v e ra n d o t h e rh 3 2 3t e r m i n a l s w h i c hf u l l yu t i l i z e st h eh a r d w a r e r e s o u r c e sa l r e a d ye x i s t e di nt h es y s t e m k e y w o r d s ：i pt e l e p h o n ys y s t e m ，s u p p l e m e n t a r ys e r v i c e ，g r a d e d m a n a g e m e n t ，f o r m a t c o n v e r s i o n 华中科技大学硕士学位论文 1 研究的现状、背景及目标 1 1 i p 电话系统引入增值业务的现状 随着i p 电话从技术到实现方式上的成熟，i pf 【l 话已经成为现代长途通信中研究 与应用的热点，它以其低廉的价格和不断提高的语音质量越来越受到广大用户的青 睐，i p 电话系统已经广泛的进入电信运营，为人们的生活带来了很大的便利。 伴随着电信技术的迅猛发展，“三网融合”和下一代网络的概念越来越受到人们 的重视。“三网融合”并不局限于网络的形式二，所谓融合可以是业务上的融合， 也可以是承载方式上的融合，它所需要的并不足物理结构上的变化，而是i 办议上的 变化，采用j k 同的协议或采用特殊f 内舒列! 设符使得刁i 同网络i t 的业务丈脱j i 通。i p 电话就体现了业务融合的思想，它通过i n t e r n e 实现了p s t n 的l _ l 讯业务，从某种 程度上在p s t n 与i p 网络业务f n j 架起了一座桥梁，灾现了p s t n 与分组网的互通， 但是这仅仅局限于电话业务的互通。 目前对于所有熟练使用p s t n 和i n t e r n e t 的人几乎都面临相同的窘境：我们可以 拥有除去固定电话业务外的多种通讯联系方式，如e m a i l 、手机、寻呼、传真等， 但是由于这些通讯工具互不相干，无法实现它们之间的信息互通，因此我们不得不 不停地忙碌穿梭于这些信息源之问，逐项检查这些信息源，从中提取个人通信信息。 拥有的通信方式越多，这个过程也就越复杂。对于企业而言，要为使用、维护和管 理这些不同的信息而承担额外的费用。那么，我们是否能利用i p 电话系统业务融 合的基础和低廉的价格，使得用户能通过任意利- 接入设备享受i pi 乜话通信业务 或访问任意一种媒体信息呢? 在i p 电话系统中引入增值j 务就是在这种思想下建 。就的。 基于丛本的i pi 乜话系统，通过引入新的接入机制，实现手机、p c 以及个人网 关的i p 电话通信：通过引入新型的管理机制和称为统一消息的增值业务，实现任 何一个人在任何一个地方、任何一个时刻、使用仔何一种消息设备都能处理任何一 种消息；通过多种增值业务的引入，i p 电话系统的功能将得到不断的扩展，川1 户的 适用面不断扩大，系统的生命力更加旺盛。 在多种增值业务中，统一消息业务( u n i f i e dm e s s a g es e r v i c e ，u m s ) 是近几年来 逐渐受到广泛关注的新兴业务，也是解决上述多种通信方式互通问题的一种的途 径。统一消息是2 0 世纪9 0 年代中期提出的一种信，鼠j j t l 务技术，简单地说，就足把 统一消息系统看作一个整合的信箱，它可以存储转发来自各种终端的各种类型的信 息，如语音、电子邮件、传真、短消息( s m s ) 、即时消息( i n s t a n tm e s s a g e ) 等， 用户可以随时随地通过电话、传真机、p c 机( 通过i n t e m e t 网络) 、手机、寻呼机 及p d a 设备收发基于以上信息的邮件。u m s 的目标是：打破终端和媒介的壁垒， 华中科技大学硕士学位论文 使用户可以在任何时间、任何地点使用不同的技术、媒介和终端与任何人进行通信。 统一消息业务将人们以f j 通过电话网、寻呼刚、移动网和互联网分别享受的各种信 息服务融合起来，因此十分适应网络发展的需要。统一消息业务主要牵涉两方面的 技术一是针对其媒体业务综合中的技术，如文语转换技术( t e x tt os p e e c h ，t t s ) ， 光学字符识别技术( o p t i c a lc h a rr e c o g n i z e ，o c r ) 等等；二是针对多种终端的接 入方式方面的技术。 作为增值业务的统一消息具有广阔的市场胁景，美国的o v u m 独立研究机构预 测，到2 0 0 3 年，全世界将有1 1 亿人使用统一消息，构成至少9 0 亿美元的市场； 到2 0 0 6 年，美国将在l 3 的消费者和3 4 的商业活动中使用统一消息。目i j 在国内， 统一消息尚属于一个比较新的概念，所处的阶段为研究阶段，虽然有一部分的学术 研究但还未有投放市场的成品；在国外，统一消息的原型出现的时间在1 9 9 5 年前 后，到现在已经经历了六年多的发展，已逐渐成为电信技术中的热点，不少厂商发 布了各自的产品，象n o r t e l 的s y m p o s i u mm e s s e n g e r ，o c t e l 的u n i f i e dm e s s e n g e r _ 1 2 0 , 2 1 1 ， d i g i t a ls o u n d 的l n f o m a l le x p r e s s ，l u c e n t 的i n t u i t ym e s s a g em a n a g e r e ”l 和最新的 a n y p a t hu n i f i e dm e s s a g i n gs y s t e m f 2 “。这些系统有的并不基于i p 网络，即使应用于 i p 网络也多半是以单纯的u m 业务网关或系统的形式存在，而没有看到将统一消息 业务作为增值业务引入i p 电话系统的方案。 i p 电话以其低廉的价格和同益提高的话音质量，越来越受到用户的青睐，统一 消息业务以其广泛的业务互通理念顺应了网络业务发展的需要。如果将统一消息业 务以增值业务的形式添加入i p 电话系统，必将呈现强强联合的念势，实现多种网 络多种业务的互通，大大拓宽了i p 电话系统的市场。由于该实现方式的新颖性， 到目前为止还没有一种统一的实现形式，因此，研究引入增值业务后的j p 电话系 统对于实现现代电信业务向下一代网络业务的平稳过渡具有深远的意义。 1 2 具有增值业务的i p 电话系统的核心问题及研究意义 在具有增值业务的i p 电话系统的研究中，采用何种方式引入增值业务，以及采 用何种机制实现系统的管理是关系到系统运行的平稳性和可扩展性的关键，是本系 统实现中的重点，也是本文讨论的中心。考察目前已有的基于i p 的增值业务的实 现，对上述问题的解决方式主要表现在以下方面。 通常在i p 网络中采用架没单纯的增值业务网关的形式引入增值业务。用户要使 用本业务时，便直接从p s t n 拨打到该网关上，请求业务，其逻辑位置与普通i p 电 话网关相当。但是，这样的体系结构不利于用户使用多种业务的转换和系统业务的 实时控制，如果在其中添加其它用户经常使用的业务，如i p 电话业务，也会使得 在i p 电话系统中出现功能重复的实体，模糊各终端功能脚的差异。 在对具有增值业务的i p 电话系统的管理中，采用集中式的管理机制，将各利t 业 华中科技大学硕士学位论文 务的控制都汇集在网守中完成，如业务使用权限的认证、业务的选择等等，是很容 易想到的系统管理方式。这样的管理机制刘于快速添加一至两项增值业务口_ j 足可行 的，但是随着业务种类的增多及其控制的多样性和复杂性的改变，采用集r j l 式的管 理机制将会导致负荷过度的集中于个别设备，从而影l l 向整体系统的稳定性，同时也 不利于平滑的添加或删除新的业务。 至于增值业务内部的管理和控制机制更足千差万别。那么是否能有一种新的机 制，既能很好的实现内部复杂业务流程的管理与控制，又能充分的支持系统管理， 利用网络特性和系统现有的资源，同时又不同于通常的软硬件相配合的实现方案， 成为我们关注的焦点。 在对具有增值业务的i p 电话系统管理策埘符的研究巾，系统及其j 曾值业务采用的 协议是这一研究的基础，它将决定系统的体系结构和增值业务的交互与控制策略， 因此是需要首先考虑的问题，如何选择系统适宜的1 办议是系统研究的牡 i i 。 对于具有增值业务的i p 电话系统管理机制的研究关系到系统的复杂度、稳定 性、可扩展性以及系统的服务质量，是整个系统技术难点和先进性的汇聚，极具研 究价值。 本人先后参与了i p 电话系统的网守以及基于i p 电话系统的增值业务一统一消 息( u m ) 业务的研制，由于网守在整个i p 电话系统中独特的管理地位，在u m 的 实现过程中，网守也无可避免的进行了管理方式和系统结构等方面的研究与改进， 因此本人将结合i p 电话系统和u m 的丌发硎：究成果，针剥+ 上述具有增值业务的j p 电话系统的管理策略问题进行分析与探讨，最终得到具有增值业务的i p 电话系统 总体管理与增值业务内部管理机制。 1 3 本具有增值业务的i p 电话系统结构及管理机制 本i p 电话系统及其增值业务仍采用h 3 2 3 协议结构，各组成部分问皆为国际标 准协议接口，这样既保证了系统升级的平滑性，又提高了系统组件的通用性，缩短 了丌发时削，同时利用在组网、管理上较为成热的h 3 2 3 防议体系，为实现对具有 增值业务的i p 电话系统的有效管理奠定了基础。 我们提出将支持增值业务的实体作为本i p 电话系统中的一个服务器来实现，系 统的体系结构如图1 一l 所示。其中u m s e r v e r 为统一消息业务服务器，也是作为i p 电话系统i 添加的增值业务的代表。当用户需蛆使用增值业务时( 如统一消息业务 时) ，用户首先通过p s t n 连接到i p 电话网关( 当该用户是p s t n 侧的r u 话或传真 用户时) ，请求统一消息业务并等待网守进行认证和地址解析。如果此时的统一消 息业务可用，网守将呼叫的被叫i p 地j _ l i ：解析到u m 服务； 上：反之，网r 将拒绝 用户的请求并对网络进行维护。 华中科技大学硕士学位论文 i 觚 i 0 图i 1 ：小系统粟j h 的i jm 、务山窠 在这种系统结构中，我们摒弃了将增值业务采用增值业务网关或集成在i p 电话 网关中引入系统的通用思想。将增值业务采用增值业务服务器的方式引入系统，使 系统各组件功能清晰、明确，新业务的添加不会影响到系统原有组件的结构和内部 机制，保持了系统各实体结构的相对稳定性和独立性，并方便用户的多业务使用和 转换。 基于如图1 1 所示的系统体系结构，面对业务多样性和复杂性不断增大的特点， 借鉴软交换技术中的控制与具体业务相分离的邢论，对本l p 电话系统采用分级管 理的策略，即在网j 卜f 1 完成备利- 业务基本的, , j ! lj q 接入控制和刈各增值业务终端的域 管理，在增值业务服务器中实现与各业务具体流程相关的个性化管理与控制。这种 方式提高了系统添加新业务后的稳定性，增强了系统各组件的模块化程度，并使得 在本i p 电话系统中灵活的添加或删除增值业务成为可能。 对于增值业务服务器，我们通过标准的功能模块与网守通信，完成组域、注册、 实时状态报告等域内终端的公共功能，以支持1 层的域管理。在增值业务服务器内 部充分实现了与各自业务相关的特性操作，集成自身完整的接入授权、业务控制和 认证及计赞的管理策略，并采用纯软件方式实现了增值业务服务器与其它h 3 2 3 终 端的信息交互和多媒体通信，省却了功能上存在局限的硬件的使用，这不仅充分的 利用了网络特性和系统现有的硬件资源，更为增值业务的管理和控制方式探索出一 条新的途径。 1 4 课题背景及研究方向与目标 随着v o i p 技术的同益成熟和服务质量的不断提高，i p 电话无论是在电信级还 是企业级的产品都有长足的进步，其业务也由丛础的语音业务向传真、数掘等多媒 体业务发展，同时用户的接入方式也由原来从p s t n 侧的普通电话接入发展到希望 使用传真机、p c 、手机以及个人网关( p e r s o n a lg a t e w a y ，p g ) 接入。深圳三九电 脑公司瞄准了i p 电话及其增值业务这一发展方向，先后提出了l p 乜话系统、基。j ：i p 华中科技大学硕士学位论文 电话系统的统一消息系统和p g 的研制等三个项目，由华中科技大学电信系和江汉 石油学院共同进行研究与设计。本文的研究绌沦足在i pf b 话系统和基于i p 电话系 统的统一消息业务两个项目的基础上做出的。 i p 电话系统的设计目标是实现具有网关、网守、认证计费中, l , l n 网络管理的完 整体系结构的i p 电话系统，满足电话到电话、p c 到电话和传真到传真的i p 电话业 务，其中，网守实现对整个i p 电话系统各终端的域管理功能。i p 电话系统容量为2 个e l ，支持多种p s t n 协议，系统各组成部分问通信采用标准协议并满足我圈关于 i p 电话、传真的各利t 技术体, n 年l l 规范的要求。 统一消息业务的设计目标是基于i p 电话系统结构，实现统一消息原形系统，满 足用户采用电话、传真机、p c 和p g 等接入设备进行多媒体信息发送、接收、定、j 事件提醒和多媒体定点转发业务。其r p 语音留啬及语音邮件可以通过电话、传真机、 p c 和p g 进行收发；传真通过传真机接收和发送，通过p c 实现接收；多媒体信息 能定点转发到电话或传真机上。 p g 的研究以用户p c 机插卡方式实现单路用户的i p 电话。 其中，i p 电话系统项目自2 0 0 0 年4 月f 式启动，同年1 0 月完成丌发；统一消 息系统和p g 项目自2 0 0 1 年4 月币式启动，同年1 1 月完成丌发。 华中科技大学硕士学位论文 2 具有增值业务的i p 电话系统总体研究 2 i 采用协议的分析 系统采用协议的选择是关系到系统的体系结构、通信与控制方式直至系统管理 机制的基础，是丌展研究的前提。 2 1 1 系统采用协议的选择 目前，v o i p ( v o i c eo v e ri p ) 技术在多媒体通信方面采用的协议体系有两大方向， 一是遵循i t u t( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i e a t i o nu n i o nt e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r ，国际电信联盟一电信标准部) 制定的h 3 2 3 标准，二是遵循i e t f ( t h e i n t e r n e t e n g i n e e r i n g t a s kf o r e ，i n t e r n e t 工程任务组) 制定的s i p 协议( s e s s i o n i n i t i a t i o np r o t o c o l ，会话初始化协议) 。它们成为分组网内两大互相竞争的协议体系， 两者均可以完成呼叫建立、释放、补充业务和能力交换等功能。 h 3 2 3 是i t u t 为多媒体会议系统定义的一套协议族，属于i t u 多媒体通信协 议系列h 3 2 x ，它并不是为i p 电话专门提出的，因而它涉及的范围要远比i p 电话 宽。h 3 2 3 协议提供基于分组网络的话音、视频、数据和控制等协议，支持点对点 通信及在m c u ( m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t ，多点控制单元) 支持下的点对多点通信。 h 3 2 3 作为一个协议框架，提供了系统及组成部分描述、呼叫方式描述和呼叫信令 程序。h 3 2 3 协议族包括h 2 6 3 、h 2 6 1 视频编码标准和g 7 1 1 、q 7 2 3 、g 7 2 2 、g 7 2 8 音频编码标准，t 1 2 0 多点数据会议系列标准，h 2 2 5 0 分组和同步标准以及h 2 4 5 系统控制标准等 i , i o , 4 2 】。其协议栈如图2 1 i i o l 所示。 g 7 l l g7 2 2 h 2 6 l ts h a r et 1 2 6t 1 2 7 h 2 4 5 g7 2 8 h2 6 3 g7 2 3 l h2 2 5 0 g7 2 9 a 1 il2 4 r s r t p t 1 2 2 t 1 2 5 r t c p t1 2 3 t c p i u d p 删绢层 链路层 物理层 酗2 i ：h 3 2 3 标准w 泌拽 s i p 协议是i e t f 提出的用于创建、修改和终止多媒体会话或呼叫的应月j 层叭议。 它是一种基于文本的协议，采用s i p 规则资源定位语言描述。它能控制多个参与者 6 华中科技大学硕士学位论文 参加的多媒体会话的建立和终结，并能动念调整和修改会话属性，如会话带宽要求、 传输的媒体类型( 语音、视频和数据等) 、媒体的编解码格式、对组播和单播的支 持等。一个s i p 系统主要由用户代理和网络服务器组成。用户代理有用户代理客户 机( u a c ) 和用户代理服务器( u a s ) ，其中用户代理客户机用于发起呼叫，而用 户代理服务器则用于响应呼l i t f 。用户代理客，o 机和用户代理服务器构成了用户端必 备的应用程序，由这两个应用程序完成呼叫的发起和接收。网络服务器也有两类， 它们是代理服务器( p r o x y ) 年i i 重定位服务器( r e d i r e c t ) 。代理服务器类化1 - j ：h t t p 的p r o x y 和s m t p 的m t a ( m e s s a g e t r a n s f e ra g e n t ) ，只足转发用户的巾继器，然 后将自身地址加入该消息的路径头部分，以保证将i 响应按原路返回并防止环路的发 生。重定位服务器非常类似于d n a ，它收到用户的请求后，若判定自身不是目的 地址，则向用户响应下一个应访问服务器的地址，而不是转发请求报文。 h 3 2 3 协议是一个较为完备的协议。它采用了i s d n 的设计思想，基本上是一种 兼顾传统呼叫流程和i p 网特点发展而束的成熟的丌放标准体制，它吸取了许多电 信网的组网、互联和运营经验，能够与p s t n ( p u b l i cs w i t c h e d t e l e p h o n e n e t w o r k ， 公共交换电话网) ，以及其他数据业务和应用网互联互通。h 3 2 3 协议在组网、运营 和管理等方面是相当成熟的，其严格的定义，使得在增值j 比务的实现中没有互操作 的问题。此外，h 3 2 3 协议提供的集中处理和管理的工作模式与电信网的管瑚方式 相匹配，这就是为什么电信网中使用的i p 电话几乎无例外地都采用了基于h 3 2 3 的 i p 电话工作模式的原因。h 3 2 3 协议的缺点是该协议是基于a s n 1 的二进制编码， 需要特殊的编译器，协议比较复杂，实现的4 - 6 - j 量比较大，但是剥+ 于包括l p 乜话 在内的任何一个通信系统而毒，在它的需求1 训确后，从系统角度来说，b ；i i , j 系统复 杂度就已经确定，剩下的只是功能分配的问题。是功能集中在中央，还是功能分配 到边缘，这是要根掘具体环境和管理体系而定的，而不是一概而论的。对于从电话 到电话的i p 电话柬晚，功能不可能分配到边缘( 电话机是无智能的) ，而只可能用 集中的管理和处理方式，因而h 3 2 3 模式实际。卜是一种很好的工作模式。 s i p j 、议的出发点是想借鉴w e b 业务成土) j 的经验，以现有的i n t e r n e t 为捧 i i l l 来 构架i p 电话业务网，因此s i p 有着与h 3 2 3 完全刁i 同的设计思想。s i p 的网络不是 一个多层次的网络，而是一个扁平的单层次网络，靠动态数据库的方式来寻址。它 是一个分散式的协议，它将网络设备的复杂性向网络边缘推，使核心网络仍是一个 “b e s te f f o r t ”的传送通道，这就是s i p 系统c | j 核心网络服务器口j 以一i 保留状态 ( s t a t e l e s s ) 的原因( s i p 消息本身含有个呼叫的所有信息) 。因为核心网络服务 器需要处理大量的呼叫不保留每一呼叫的状态，将人大提高系统的处理能力，为 组建火规模的i pf 乜话业务网奠定了丛础。j i j 边缘刚络服务器u t 以足柑状念的 ( , s t a t e f u l ) 。这种s t a t e l e s s 和s t a t e f u l 结合的模既可以充分发挥s i p 如用户定位和 查找功能，又保留了i n t e m e t 无连接数据传送的设计思路。s i p 模式的优点足与i n t e r n e t 华中科技大学硕士学位论文 结合紧密，适于丌发新的、与互联网结合的语音应用，它充分利用了已定义的头域， 对其进行简单必要的扩充就能很方便地支持各项新业务和智能业务，协议基于文 本，实现简单；但是s i p 协议需要相对智能的终端，即终端需要包含用户代理客户 机和用户代理服务器两部分，由这两部分实现呼叫请求、呼叫应答和一些用户的特 定需要，剥于用户终端是非智能终端的场合，也町以使月js i pi 办议作为呼叫信令， 但这将大大削弱s i p 协议特有的优势，同时，s i p 协议在组网、管理、运营、计费 方面的考虑还有待成熟，在与传统p s t n 网的互联互通方面对一些非正常情况的处 理还有待完善。在组建v o l p 网的实践方面，还有待积累经验。 因此，在目前网上p c 的数量与电话网上电话机的数量还很有限的情况下，本i p 电话系统引入增值业务后仍采用h 3 2 3 协议实现，利用其与传统电信网接近的呼叫 流程和处理机制，良好的扩容性、可管理性和可运营性，以及阱议木身很成熟的特 点，实现l p 电话的基本通话业务，以及基于该系统的增值业务。 引入增值业务后本i p 电话系统由网关、网守、增值业务服务器( 如统一消息服 务器，u n i f i e dm e s s a g es e r v e r ，u m s e r v e r ) 以及认证计费中心组成。我们在图2 2 中给出了一个各组成部分阳j 皆为国际标准接f i | | 勺i p 电话系统。 高级g k 卜_ 一训赞，认证l h3 2 3 i ( r a s ) i r a d i u s 、蓊磊1 型皿竖再丽蕊习 幽2 2 ：j i 入增1 ：i ! 【业务i h i p q l i 一( 系统i 办 义图 2 1 2 协议的实现 本i p 电话系统中h 3 2 3 协议及通信流程的实现，是通过配戳并调用r a d v i s i o n 公司的h 3 2 3 协议栈提供的一系列a p i 函数完成的。r a d i u s 卧议是依据r f c 2 1 3 8 和r f c 2 1 3 9 中规定的标准协议数据结构及通信流程丌发的，并利用国际标准的 r a d i u s 代理软什进行了可靠性测试。 2 2 系统的体系结构 2 2 l 聃本体系缩构 目前在国内己通过入网测试的l p 电话厂家有十余家，各家在i p 电话系统的结 构及各部分实际完成的功能上都有所不同。其中极具普遍性的做法是在网守内完成 华中科技大学硕士学位论文 帐务管理，例如采用集中式的网守策略i ”l 。另外有些公司的i p 电话系统中，认证、 计费的通信过程全部由网关完成，而网守仅仪实现路山功能。另有一些公副针剥企 业用户话务量比较小，网络j ：1 = 境比较单纯，系统的控制相对大型i p 电话网而言稍 微简单一些的特点，在l pr l l 话系统一 t 含弃了刚、) ：，) 髟成了如图2 - 3 1 ”1 所示的l pi - l 话 系统的体系结构。 t参一gw g w n 图2 3 ：l pl u 话系统2 构方案l 以上这些实现方式都存在一些弊端： 一 在网守内完成帐务管理，舍弃认证计费中心，或将认证、计费的通信过程全部 山网关完成，网守仅仅实现路山功能，会导致系统符设备的定义模糊，通信过 程中的负荷集中在个别设备，降低系统的可靠性； - 在系统中舍弃网守，将地址解析、许可控制以及带宽管理都在网关中实现，虽 然对于小规模的企业，网络节点数比较少附隋况，从设计到应用的周期比较短， 实现起来相对简单。但是当网络节点数发z l 变化时，如添加了一个新的网关或 者拆除了一个，原有节点上其它网关内的所有跟该网关相关的汜录都必须同步 更新，如地址映射表、当前网关状念表等等( 这些表的具体内容和作用将在第 三章第3 节中进行介绍) ，这无疑会增大唰乡 流最，并削弱器霄点接入、k 务的可 靠性： 一 将许可控制从网守中剥离或者缺少网- , g ：，导致网络域管理的概念( 域是指一个 网守管辖下的范围) 被削弱，网络中所有仃点的当前状态缺乏实时管理，使得 系统剥网关故障、存在：湃法网关使用小网络等异常状况不能做出及时的反应， 从而导致系统的不稳定性： - 由网关完成全部的认征、汁赞姬信流穰，将导致存通信过程中所有节点那去访 问后端数据库，这又将成为数据库的一大安全隐患，增大了数搦库实现的难度， 破坏了系统组成部分功能的独立性和单纯性。 以上这些系统结构方式以及功能划分既使系统符组成部分的关系不甚明晰，又 降低系统的可靠性。这些弊端将伴随着网络的扩允越水越严重的威胁系统的运行 基于它们开发研制的i p 电话系统内的各设备，缺乏功能独立性，在业务的可扩展 性以及设备的通用性方面都受到限制，并且为运营商问、业务问的互通也带来吲难。 因此，我们提 u 征本l p 电话系统q ，仍l 【 引入i i 3 2 3m 议r p 的可选组件酬：) ： ( g 缸e k e e d e r ，g k ) ，并在系统各组成部分上 i ! i 晰的实现h 3 2 3 协议中规定的设备 功能从而提出如图2 4 t ”i 所示的i p 电话系统结构： 华中科技大学硕士学位论文 图2 4 ：i p 电话系统结构 在这种系统结构中，网关只与p s t n 用户和网守进行交互，完成协议转换、链 路建立、通话流程控制以及通话记录的提交；】捌守只与网关、上层网守以及认证计 费中心进行交互，并完成身份认证、地址解析和带宽管理等域管理功能：认证计费 中心由r a d i u s 服务器和后端数据库组成，它只与网守和其它认证计费中心进行通 信，负责管理i p 电话用户的所有信息，并负责通话后用户及网关计费记录的生成、 查询和输出。网关、网守、r a d i u s 服务器和后端数据库在地理上都可以置于不同 的地方，也可以将其中的r a d i u s 服务器和后端数据库置于一台机器上。这样的系 统结构不仅灵活，功能划分清晰，独立性强，而且避免了认证计费过程中网守或如 前所述的网关对后端数据库的直接操作，新增的r a d i u s 服务器为网守和后端数掘 库i 旬进行的认证计费的消息交互提供了保护，并且还能实现对后端数据库工作状态 的监控，一旦数据库没有响应，r a d i u s 服务器将拒绝网守发来的所有请求消息， 以达到向网守报警的作用，使得网守能发现故障方向，从而进一步提高了系统的稳 定性和安全性。 以这种方式建立的i p 电话系统已经超越了运用于企业的限制，其体系结构无论 是对于小规模的组网还是网络扩充都是十分灵活和可靠的。由于在该系统中充分实 现了网守的域管理功能，为增值业务的引入( 新的h 3 2 3 实体的引入) 提供了可靠 的管理保障。系统内各组成部分功能及相互关系清晰，独立性强，系统模块化好， 并存在较为完善的监控、管理和告警机制，因此大大提高了系统的稳定性和峰固性。 2 2 2 增值业务的引入 构筑了基本的i p 电话系统之后，我们所丽临的问题是如果在该系统的基础上开 发基于本系统的增值业务，该业务实体应该以何种方式加入该体系。 以统一消息业务为例，从查找到的国际文献中，近几年对于u m 的实现一种通 用做法是将其直接作为i n t e r n e t 网关的形式提供业务口“，即在网络中架设单独的统 一消息业务网关，其位置及与系统其它实体阳j 的关系与前面介绍的i p 电话| j 6 | | 关相 当，功能上单纯的提供统一消息业务。当用户接入u m 业务时，他需要首先从p s t n 侧或i p 网络侧直接拨打到u m 网关，使u m 刚关与网关之间建立通道连接，从而 完成用户的媒体发送接收请求，其方案如图2 - 5 1 1 ”所示。 0 卿巫妇箸油洲 华中科技大学硕士学位论文 1 圆 c l e p h o n e f 8 1 斟2 5 ：采川u m 叫父的增值业务a 案 f a x 这种体系结构的优点在于，用户接入时流程较短，u m 网关内部流程较为简单， 能比较方便的进行呼叫控制，接收和播放多媒体信息卜分方便，延时比较小。但是 这样做也存在一些缺点： - 系统无法向用户指明当附可提供的增值业务。网守虽然对增值业务网关实现了 统一管理，并在网守中实时记录了当 i 各、j k 务的激活状态，但是对于用户而高 却无法获知相关信息，只有当他拨打泼网关不通后，才会放弃使用本业务，这 样提供的业务带给用户的感觉是服务质量不高，可靠性下降； - 用户使用该业务与使用i p 电话基本业务产生矛盾。用户使用了i p 电话蔡本业 务后想使用本增值业务或者用户使用了本业务后想拨打i p 电话，都必须先挂 机，然后重新拨打新的接入号，呼叫其它刚关，这无疑给用户的使用带来繁琐、 麻烦的感觉，同时在同一系统中使用多个接入号，也容易使用户造成混淆。当 然在该增值业务网关中也可将i p 电话网关的全部功能融合进去，但是这样将增 加网络中功能重复的实体，模糊增值业务j 删关的功能，削弱其独立性，增大了 用户身份管理和对于i p 电话和增值业务用户不同计费方式实现的难度，增大了 单个实体内呼叫控制的难度； - 增值业务到底是依附于基本业务之上的，无论从用户量和通信量而言，都小于 基本业务，因此增值业务网关的摆放数量远不及电话网关的数量，用图2 - 5 的 方式构建增值业务体系，必将导致一部分f j 户需要通过长途电话拨扣到该业务 网关，这无疑会增大业务的使用费用，不利于新业务的推广。 因此我们提出将支持增值业务的实体作为本i p 电话系统中的一个服务器来实 现。当用户需要使用增值业务时( 如统一消息业务时) 用户首先应通过p s t n 连 接到l p 电话嘲关( 当该用户是p s t n 侧的 l l t ，或传真j f j 户时) ，请求统一消息业务 并等待网守进行认证和地址解析。如果此时的统一消息业务- j 用恻守则将呼叫的 被叫i p 地址解析到u m 服务器上：反之，网：r 将拒绝用户的请求并对网络进行维 华中科技大学硕士学位论文 护。该方案如图2 - 6 所示 t e p a xi j c 圈2 6 ：木系统粟川的u mx l k 务山窠 这种方案虽然使得统一消息服务器在呼叫控制和多媒休的接收、播放方面的操 作较前种方案复杂，但是它几乎可以避免丽种方案的所有缺点。 - 用户使用增值业务的流程在i p 电话网关中与拨扣其它电话完全一样，区别只是 被叫号码的不同，因此这使得在i pi u 晤系统i 增加了新f l , j _ q t 务也无需修改原有 系统其它组件的程序，大大提高了系统的可扩展性和通用性，保持了各实体功 能的独立性与单纯性； - 如果该增值业务目前暂时不能使用，网守将及时拒绝网关的地址解析请求，使 用户清楚的了解当前系统可以提供的业务，提高系统在用户心目中智能化的地 位和服务信誉； 用户一次拨打