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独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机 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。 申请学位论文与资料若有不实之处。本人承担一切相关责任。 本人签名：盔马至蔓l 日期：呈型：墨塑 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学 校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段 保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学 位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期 2 册i 弓留 n g n 中相关协议的研究与开发 摘要 下一代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 是一个以分组网络 为承载，提供固定移动语音、数据和视频业务等多种业务的业务融合网 络。它实现了业务与控制分离、控制与承载分离以及承载与接入分离， 形成了全开放的完全分层体系结构。n g n 涉及的核心技术存在两个层 次：一个是承载网层面；一个是业务网层面，软交换技术将在其中发挥 核心的作用。软交换是n g n 的控制功能实体，为n g n 提供具有实时 性要求的业务呼叫控制和连接控制功能，是n g n 呼叫与控制的核心。 基于软交换的v o i p 实现了在i p 网络上进行通信，不仅能提供语音业 务，还能提供传统电话网所不能提供的新型增值业务，如视频、即时消 息和各种数据业务。由于其低廉的价格及提供广泛的业务，v o i p 将是 n g n 的主要业务之一。 基于n g n 业务驱动的核心思想，新的网络体系结构要求进一步简 化网络的控制功能以实现平台的统一，这就要求网络边缘的终端具备智 能化。因此，n g n 智能终端的开发在下一代网的发展中，也是一个重 要的内容。 论文分为四个部分，首先简单介绍了n g n ，软交换及v o i p 的概念， 以及论文研究的主要内容，笔者工作等。第二章分析了软交换技术中三 种主要信令控制协议h 3 2 3 、s i p 、m g c p 的功能及各自v o l p 系统的特 点等，重点分析了采用m g c p 的v o i p 的优势和s i p 协议的内容；第三 章介绍了s i p 硬件终端实现o - 基于时间及成本的考虑，硬件终端采用开 源代码的移植的方式实现。本章主要阐述了从终端总体模块设计，到终 端软件的移植。其中对嵌入式开发的交叉编译环境搭建和步骤进行了详 细的描述。第四章简单介绍了s i p 软件终端的模块构成，及呼叫转移功 能的开发实现。给酊概要设计、详细设计及部分代码示例。 关键词：n g n ，v o l p ，h 3 2 3 ，s i p ，m g c p ，s i p 硬件终端， s i p 软件终端 r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h e m a i np r o t o c o li nn e x tg e n e r a t l 0 nn e t w o r k a b s t r a c t n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) i sas y n c r e t i cn e t w o r k ，i tc a n p r o v i d e sl o t so fs e r v i c e s ，s u c ha sv o i c e ，v i d e oa n dd i g i t a ls e r v i c e s n g n h a sr e a l i z e dt h es e r v i c ea n dt h ec o n t r o ls e p a r a t e s ，t h ec o n t r o la n dt h e l o a db e a r i n gs e p a r a t i o na sw e l la st h el o a db e a r i n gw i t ht u r n so n s e p a r a t e s ，a n d f o r m e dt h e c o m p l e t e l yo p e n i n g l a m i n a t i o n s y s t e m s t r u c t u r e t h ec o r et e c h n o l o g yi n v o l v e di nn g nh a st w ol e v e l s ：t h e ，o ，n ei st h e ，一 l o a d b e a r i n g n e t w o r ks t r a t i f i c a t i o n p l a n e ；t h e o t h e ri st h es e r v i c e n e t w o r ks t r a t i f i c a t i o np l a n e ，t h es o f t s w i t c ht e c h n o l o g yw i l ld i s p l a yt h e c o r ef u n c t i o n t h es o f t s w i t c hi st h et h en g nc o n t r o lf u n c t i o ne n t i t y , i t p r o v i d e st h ec a l la n dc o n n e c tc o n t r o lf u n c t i o nt ot i m e l yr e q u e s ts e r v i c e f o rn g n ，a n di st h ec a l la n dt h ec o n t r 0 1c o r ei nn g n s o f t s w i t c h - b a s e d v o l pr e a l i z e dt oc a r r yo nt h ec o m m u n i c a t i o ni nt h ei pn e t w o r k v o l pn o t o n l yc a np r o v i d et h ep r o n u n c i a t i o ns e r v i c e ，b u ta l s oc a np r o v i d et h en e w i n c r e m e n ts e r v i c ew h i c ht h et r a d i t i o n a l t e l e p h o n e n e t w o r kc a n n o t p r o v i d e ，l i k ev i d e of r e q u e n c y , i m m e d i a t em e s s a g ea n dm a n yk i n d s o f d a t as e r v i c e s be c a u s ei t si n e x p e n s i v ep r i c ea n dw i d e s p r e a dp r o v i s i o no f s e r v i c e ，v o i pw i l lb eo n eo fn g np r i m a r ys e r v i c e s b a s e do nt h ec o r et h o u g h to fs e r v i c ea c t u a t i o ni nn g n ，t h en e w n e t w o r ks y s t e ms t r u c t u r er e q u e s tf u r t h e rs i m p l i f i e st h ec o n t r o lf u n c t i o n o ft h en e t w o r k ，i no r d e rt or e a l i z et h ep l a t f o r mu n i f i c a t i o n t h i sr e q u i r e s n e t w o r ke d g et e r m i n a lh a st h ei n t e l l e c t u a l i z a t i o n t h e r e f o r e ，i n t e l l i g e n t t e r m i n a ld e v e l o p m e n ti sa ni m p o r t a n tc o n t e n ti nt h ee v o l u t i o no fn e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k t h ep a p e rd i v i d e si n t of o u r p a r t s ，f i r s ts i m p l y i n t r o d u c e dt h e c o n c e p ta b o u tn g n ，s o f t s w i t c ha n dv o i p , a sw e l la st h em a i nc o n t e n to f p a p e rr e s e a r c h ，a u t h o r sw o r ka n ds oo n t h es e c o n dc h a p t e ra n a l y z e d 3 t h r e ek i n do fm a i ns i g n a lc o n t r o l l i n gp r o t o c o l si nt h es o f t s w i t c h t e c h n o l o g y ：h 3 2 3 ，s i p t h em g c p i n t r o d u c e dt h e i rf u n c t i o n sa n d r e s p e c t i v ev o i po v e r h e a dc o n s t r u c t i o nc h a r a c t e r i s t i ca n ds oo n t h et h i r d c h a p t e ri n t r o d u c e dt h er e a l i z a t i o no ft h es i ph a r d w a r et e r m i n a l b a s e do n t h et i m ea n dt h ec o s tc o n s i d e r a t i o n ，t h er e a l i z a t i o no fh a r d w a r et e r m i n a l u s e st h eo p e ns o u r c ec o d e t h i sc h a p t e rm a i n l ye l a b o r a t e dt h ep r o c e s s f r o mt h ed e s i g no ft e r m i n a lo v e r a l lm o d u l e t ot h et r a n s p l a n to ft e r m i n a l s o f t w a r e t h ec o n c e p to fc r o s s c o m p i l ee n v i r o n m e n ti ne m b e d d e ds y s t e m d e v e l o p m e n ta n dh o wt ob u i l dw i t ht h es t e ph a sc a r r i e do nt h ed e t a i l e d d e s c r i p t i o n t h e f o u r t h c h a p t e rs i m p l yi n t r o d u c e dt h es i ps o f t w a r e t e r m i n a lm o d u l ec o n s t i t u t i o n a n dt h er e a l i z a t i o no fc a l l f o r w a r d i n g f u n c t i o nd e v e l o p m e n ti nt h eo p e ns i ps o f t w a r et e r m i n a l h a sp r o d u c e d t h eo u t l i n e d e s i g n ，t h e d e t a i l e d d e s i g n a n dt h e p a r t i a l c o d e s d e m o n o t r , 。d o n k e y w o r d s ：n g n ，v o l p ，h 3 2 3 ，s i p ，m g c p ，s i ph a r d w a r et e r m i n a l ， s i ps o f t w a r et e r m i n a l 4 ： j 匕塞鲣皇太堂亟生些诠塞 第一章绪论 1 1 研究背景 2 0 世纪末开始，电信市场在世界范围内开放竞争，互联网的广泛使用使数 据业务急剧增长，用户对多媒体业务产生了强烈需求，对移动性的需求也与日俱 增，电信业面临着强烈的市场冲击与技术冲击。下一代网络( n g n ：n e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ) 的概念就在这种氛围中逐步诞生。 n g n 不是现有电信网和d 网的简单延伸和叠加，而是整个网络框架的变革。 它是以软交换为核心、光网络和分组型传送技术为基础，提供固定移动语音、数 据和视频业务等多种业务的开放式业务融合网络。以软交换为核心的n g n 实现了 业务与控制分离、控制与承载分离以及承载与接入分离，形成全开放的完全分层 体系结构，在高层业务上实现计算机网、通信网和广播电视网，三网的融合，为 语音，数据，视频等各种业务在三网上的传输提供一个统一开放的平台。 1 1 1 软交换概述 下一代网络的功能体系结构从下往上可分为接入层、媒体层、控制层和业务 层，软交换位于控制层，是提供呼叫控制功能的软件实体，是下一代网络提供话 音、数据、视频等融合业务的核心设备。软交换的主要设计思想是业务与控制， 控制与承载以及承载与接入分离，各实体间通过标准的协议进行连接和通信。 图1 1 软交换功能结构示意图 图1 1 是软交换功能结构示意图，其主要功能包括：呼叫控制功能；业务提 供功能；业务交换功能；互通功能；终端的控制和管理功能；计费、网管、地址 解析和认证功能等。 1 1 2v o l p 概述 随着n g n 逐步走向实际应用，v o i p 成为n g n 提供业务的亮点。v o l p 通 过将语音信号进行编码数字化、压缩处理成压缩帧，然后转换为i p 数据包在i p 网络上进行传输，从而达到在p 网络上进行通信的目的。其最大优势是能广泛 地采用i n t e m e t 和全球i p 互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。基于 软交换的v o l p 不仅能提供语音业务，还能提供传统电话网所不能提供的新型增 值业务，如视频、即时消息和各种数据业务。 国际软交换联盟( i s c ) 将v o p 网络分为四种不同的功能平面：传输平面， 呼叫控制和信令平面，业务应用平面和管理平面。 1 ) 传输平面 负责v o l p 的消息传输，这些消息可能是用于呼叫和媒体建立的信令消息， 也可能是媒体消息。其主要功能是用来支持来自外部网络或终端的信令和媒体接 入到v o l p 网络。传输消息的底层技术可以是各种各样的，只要能够满足消息的 传输需求即可。 2 ) 呼叫控制和信令平面 负责v o l p 网络中主要设备的控制。利用来自传输平面的信令消息进行呼叫 控制，通过控制传输平面中的设备组件建立和释放媒体连接。 3 ) 业务应用平面 ： 提供网络中应用业务的控制、逻辑和执行。该平面上的设备与和控制和信 令平面上的设备通信，以实现对基于业务执行逻辑的呼叫流进行控制。 4 ) 管理平面 包含租户和业务供给、运行支持、计费和其他网络管理功能。 1 2 课题实现目标 目前业界普遍认同终端融合是网络融合的最初出发点和最终归属点之一， 未来终端的趋势是：小型化、多媒体化、网络化、个性化，也是计算机、娱乐、 通信集成的终端，但因终端市场的细分，其多样性也仍将继续，由此具有c p u 、 支持软件升级的智能终端成为了今后发展的方向。n g n 控制与承载相分离、为 用户提供丰富业务等诸多特性都将通过各种可随时随地方便使用的终端形式提 供给最终消费者，因此设计开发n g n 智能终端是可明确预见的n g n 市场需求 之一。 在这种市场背景下，我们研究n g n 的主要协议，分别设计并实现支持各种 协议的软件终端和硬件终端。具体研究内容包括： 设计实现基于h 3 2 3 、s i p 和h 2 4 8 m g c p 协议的软件终端 设计实现基于h 3 2 3 、s i p 和h 2 4 8 m g c p 协议的硬件终端 软终端和硬终端实现的主要功能包括：基本呼叫处理功能；提供基本语音业 务、视频业务、数据业务和即时消息业务；友好的用户界面；支持语音处理处理 功能，提供g 7 1 1 、g 7 2 9 格式的编解码功能，支持回音抵消、静音检测和压缩， 支持舒适噪音输出和输入缓存；支持图像处理功能，提供h 2 6 1 、h 2 6 3 和m p e g 4 的图像编解码；提供注册功能、软件升级功能；用户号码支持e 1 6 4 地址和s i p 地址；安全性方面支持注册鉴权和业务授权；支持防火墙网络地址转换穿越。 在终端实现上述基本功能的基础上设计并实现多媒体实时互动远程教学系 统的应用软件。实现课程管理功能，包括创建课题、课程日历等；实现课堂角色 描述；提供讲义共享、白板共享、应用程序共享等共享功能；以及其他协作教学 活动等。 1 3 论文工作 在项目中，笔者所做的工作主要分为三个部分： 第一部分是m g c p 软终端的研究开发。主要是研究分析了m g c p 协议，及 采用m g c p 的v o l p 系统结构的特点及优势，研读分析了部分开源m g c p 协议 栈代码。期间发表了论文“m g c p 在v o i p 中的应用及优势”。 第二部分是s i p 硬件终端开发中，开源协议栈及s i p 软件终端的选择，并完 成终端软件到硬终端平台( 基于t io m a p 5 9 1 0 处理器) 的移植，实现基本的呼 叫连接的建立。期间，主要研究对比了几种常用开源s i p 协议栈及s i p 软件终端； 完成h 3 2 3 软终端o p e n p h o n e 、s i p 软终端l i n p h o n e 在各种环境下语音通信的测 试；搭建嵌入式开发环境，进行s i p 终端软件的移植。 第三部分是s i p 软件终端的二次开发，在研究s i p 开源终端l i n p h o n e 的基 础上进行功能扩展。参与的工作是l i n p h o n e 代码的研读和呼叫转移功能的开发 实现。采用的开发环境是c 语言和l i n u xg n u 编译环境。 1 4 论文组织结构 论文主要围绕笔者在项目中进行的研发工作展开论述。 第一章绪论介绍了研究背景，软交换及v o l p 的概念等，并给出了本课题 的开发目标，课题中笔者的工作、以及论文的组织结构。 第二章简单介绍了基于软交换的v o 口中三种主要的信令协议及其特点，详 细介绍了m g c p 协议和采用m g c p 的v o i p 系统的特点，以及基于s i p 的i p 电话结 构、s i p 组件、呼叫流程及i p 电话技术中使用到的相关技术与协议。 9 第三章介绍s i p 硬件终端系统的设计与实现。首先简单介绍n g n 智能终 端的概念及分类；硬件终端的总体设计及s i p 开源协议栈和软件终端的对比选 择；阐述了本项目中所用到的嵌入式集成开发环境一删l i n u x 集成开发环境 的组成及软硬件开发环境的建立，然后详细介绍了在a r ml i n u x 环境下进行终 端软件移植的方法和步骤。 第四章介绍了s i p 软件终端系统的功能扩展。首先简单介绍了软终端的主 要功能模块，然后介绍了基于l i n p h o n e ，进行呼叫转移功能开发的过程。 第五章对全文进行总结展望。 1 0 j e 塞邮电太堂亟垡些论塞 第二章协议简介 软交换技术是一个开放的、多协议的实体，因此必须采用标准协议于各种媒 体网关、终端和网络进行通信，这些协议包括：h 3 2 3 、s i p 、m g c p 、h 2 4 8 、 s c t p 、b i c c 等等。 本章将介绍三种n g n 中主要的信令控制协议：h 3 2 3 通信协议族、媒体网 关控制协议( m g c p - m e d i ag a t e w a yc o n t r o lg a t e w a yp r o t o c a l ) 以及会话初始 协议( s i p ：s e s s i o ni n i t i a lp r o t o c a l ) ，并简单分析基于不同协议的v o l p 系统的特 点。 2 1h 3 2 3 协议 h 3 2 3 是i t u t 第1 6 研究组于1 9 9 6 年通过，2 0 0 3 年7 月又通过了它的第5 版h 3 2 3 v 5 。它定义了在无服务质量保证的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。h 3 2 3 对呼叫控制、多媒体管理、带宽管理，以及l a n 和 其他网络的接口都进行了详细的规范说明；它提供设备之间、高层应用之间和提 供商之间的互操作性，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、多播和带宽管理。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间的会议。 2 1 1 i - i 3 2 3 协议概述 从整体上来说，h 3 2 3 是一个框架性协议族，它涉及到终端设备、视频、音 频和数据传输、通信控制、网络接口方面的内容，规定了在主要包括i p 网络在 内的基于分组交换的网络上提供多媒体通信的组件、协议和规程。其协议栈结构 如图2 1 所示。 声像应用终端控制与管理数据应用 g 7 敞h 2 6 xh 2 2 5 0h 2 2 5 oh 2 4 5t 1 2 0 r 丁p r a s 呼叫系统控数据会 r t p 信令信令铝0 信令议系统 不可靠传输协议( u d p ) 可靠传输协议c r c p ) 网络层( p ) 数据链路层 物理层 图2 1 h 3 2 3 协议体系结构 h 3 2 3 系统的基本组成单元是”域”，域是一个由网守( g k ，g a t e k e e p e r ) 管理 的网关( g w g a t e w a y ) 、多点控制单元( m c u ，m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t ) 、多点 控制器( m c ，m u l t i p o i n tc o n t r 0 1 ) 、多点处理器( m p ，m u l t i - p o i n tp r o c e s s o r ) 和所有终端( t e r m i n a l ) 组成的集合。一个域最少包含一个终端，而且必须有且 只有一个网守。h 3 2 3 系统中各个逻辑组成部份称为h 3 2 3 的实体，其种类有： 终端、网关、多点控制单元、多点控制器、多点处理器。其中终端、网关、多点 控制单元是h 3 2 3 中的终端设备，是网络中的逻辑单元。终端设备是可呼叫的和 被呼叫的，而有些实体是不可被呼叫的，如网守。 1 系统结构组件 h 3 2 3 系统结构包括四个基本组件：终端、网关、网守和多点控制单元。其 中终端、网关和多点控制单元又统称为h 3 2 3 端点。h 3 2 3 系统及其组件结构图 如下所示： 图2 2 h 3 2 3 系统结构组件 h 3 2 3 终端是遵守h - 3 2 3 协议进行实时通信的端点设备，它可以是一个软件 或语音信箱系统，也可以是一个单独的设备，如以太网电话或可视电话。它需要 支持下面3 项功能：支持信令和控制，即支持h 2 4 5 ( 有关通道使用和通道能力 的复杂协议) 和h 2 2 5 ( 一个类似q 9 3 1 的呼叫信令收发和建立协议) 以及r a s ( 用于终端与网守之间的通信协议) ；支持实时通信，即支持r t p r t c p ( 一个对 声频和视频信息包顺序处理的协议) ；支持编解码，即传前压缩，收后进行解压 缩。为互操作性，每个h 3 2 3 终端需支持q 7 1 l ，其它的编码方式作为选项。 网关是h 3 2 3 会议系统的一个可选组件。网关能提供很多服务，其中包含 h 3 2 3 会议节点设备与其他i t u 标准相兼容的终端之间的转换功能，这种功能包 括传输格式( h 2 2 5 0 到h 2 2 1 ) 和通信规程( 如h 2 4 5 到h 2 4 2 ) 的转换。另外， 在分组网络和电路交换网之间，网关还执行语音和图像编解码器转换工作以及 呼叫的建立和拆除工作。 网守在h 3 2 3 系统中是可选的。它的功能是向h 3 2 3 节点提供呼叫控制服务。 当系统中存在h 3 2 3 关守时，它必须提供以下四种服务：地址翻译、带宽控制、 许可控制与区域管理功能。带宽管理、呼叫鉴权、呼叫控制信令和呼叫管理等为 网守的可选功能。当一个h 3 2 3 系统中有网守时，所有类型的端用户在建立呼叫 之前都需要到网守登录并获得它的许可。 多点控制单元用于支持三个以上终端参加的多点会议，并实现多点会议。在 h 3 2 3 系统中，一个多点控制单元由一个多点控制器和几个多点处理器组成。 m c 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 要的情况下，m c 还可以通过判断哪些视频流和音频流需要多点广播来控制会议 资源。m c 并不直接处理任何媒体信息流，而将它留给m p 来处理。m p 对音频、 视频或数据信息进行混合、切换和处理。m c 和m p 可能存在于一台专用设备中 或作为其它的h 3 2 3 组件的一部分。 2 信令媒体通道 h 3 2 3 呼叫建立过程涉及到三种信令：h 2 2 5 0r a s ( r e g i s t r a t i o n ，a d m i s s i o n a n ds t a t u s ) 信令，h 2 2 5 0 呼叫信令和h 2 4 5 控制信令。 h 2 2 5 0r a s 信令用来完成终端与网守之间的登记注册、授权许可、带宽改 变、状态和脱离解除等过程，对应的r a s 信令通道建立于终端与网守之间，通 过r a s 通道，端点用户登录到网守上，并请求允许它与另一个端用户进行呼叫。 如果通过请求，网守返回一个传输地址( 含i p 地址和端口号) 作为被叫点的呼 叫信令通道。 h 2 2 5 0 呼叫信令用来建立两个终端之间的连接，这个信令使用q 9 3 1 消息 来控制呼叫的建立和拆除，当系统中没有网守时，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网守之间或是 在两个终端之间开辟呼叫信令信道。呼叫信令通道承载呼叫和补充业务的控制信 息，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。 h 2 4 5 控制信令用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 制信令通道建立于两个终端之间，或是一个终端与一个网守之间。该通道承载 h 2 4 5 协议的信息，在参与呼叫的各方完成能力交换后，通过本通道创建一个媒 体的逻辑通道。 媒体的逻辑通道用于承载话音、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 和r t c p 。 2 1 2 h 3 2 3 基本呼叫过程示例 下面以h 3 2 3 系统中使用g k 进行一次最基本的语音通信为例，简单说明整 个呼叫过程中，所用网络实体的作用和各协议的具体作用。 h 3 2 3 呼叫的基本过程包括以下几步： 1 ) 查找g k ( h 2 2 5 0r a s ) ：由终端广播一条g r q ( g a t e k e e p e r r e q u e s t ， 网守搜寻请求) 消息，收到g k 发送来的g c f ( g a t e k e e p e rc o n f i r m ，网守搜寻 证实) 或者g r jg i l l ( g a t e k e e p e rr e j e c t ，网守搜寻拒绝) 消息； 2 ) 终端登记( h 2 2 5 0r a s ) ：终端根据具体情况，选择一个收到g c f 的 g k 向起发r r q ( r e g i s t r a t i o nr e q u e s t ，注册请求) 消息，相应的收到g k 发来 的r c f ( r e g i s t r a t i o nc o n f i r m ，注册确认) r r j ( r e g i s t r a t i o nr e j e c t ，拒绝注册) 消息；另外在终端从g k 注销登记的时候还有相应的u r q ( u n r e g i s t r a t i o n r e q u e s t ，注销请求) u c f ( u n r e g i s t r a t i o nc o n f i r m ，注销请求) u r j ( u n r e g i s t r a t i o n r e j e c t ，注销拒绝) 消息交互； 3 ) 终端间经过g k 转发呼叫信令( h 2 2 5 0r a s q 9 3 1 ) ：完成传统p s t n 信令交互过程，使需要进行通信的终端间能够相互知道对方地址( i p p o r t ) ； 4 ) 初始化通信和能力交互( h 2 4 5 ) ：以收方为主协调通信双方的通信能力； 5 ) 终端间建立音频通信的逻辑信道( h 2 4 5 ) ：逻辑信道上将进行媒体通信； 6 ) 音频流传输( r t p r t c p ) ：进行实质上的双方通话； 7 ) 信道关闭、呼叫释放。 基本的呼叫流程图如图2 3 所示。 t e r m in a lh 3 2 3g km e r m in a a r q a c f s e t u p s e t u p c a i ip r o c ee d i ng c a l lp r o c ee d i ng a r o a c f a i e r t i n ga i e r t l n g c o n n e c t c o n n e c t r e l e a s ec o m p l e t e r e l e a s ec o r n p l e t e d r o o c f d r q d c f 图2 - 3 h 3 2 3 基本呼叫流程 1 4 其中： 主叫方a r q ( a d m i s s i o nr e q u e s t ，接入请求) a c f ( a d m i s s i o nc o n f i r m ， 接入确认) 消息交互作用：a r q 告知g k 被叫方的地址( i p 地址或者是e 1 6 4 号码) 和主叫方信息( i p 地址、e 1 6 4 号码、h 3 2 3a l i a s ) ，g k 发送的a c f 中 则告知主叫方下一步发送呼叫信令( q 9 3 1 ) 的传输层( t c p ) 地址； s e t u p 消息：建立呼叫信令的t c p 连接( 本方端口随机、对方的为固定 的1 7 2 0 ) 消息中同样包括了消息发起方的端口号，另外还有一个重要的信息集： u u i eu s e r u s e ri n f o r m a t i o ne l e m e n t ； 通过g k 和被叫方进行过a r q a c f 消息交互后，被叫方终端向主叫方 向发出a l e r t i n g 消息，如果希望接受呼叫则在摘机的同时发出c o n n e c t 消息； c o n n e c t 消息：包含c o n n e c t 消息发送方的h 2 4 5 协议控制信道的传输层 地址( i p p o l 玎) ： c o n n e c t 到达主叫方后，由h 2 2 5 0q 9 3 1s e t u p 消息建立起来的呼叫信 令t c p 连接将继续保持，同时将开始h 2 4 5 控制信道的建立。 2 1 3 采用h 3 2 3 的v o l p 体系结构及特点 目前市场上v o l p 系统主要是基于h 3 2 3 协议的。基于h 3 2 3 的v o l p 系统 有4 个基本组件：终端设备、网关( g w g a t e w a y ) 、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 ) 和网守( g k g a t e k e e p e r ) 。其系统结构如图所示。 m c u ：多点控制单元 g w ：网关g k ：网守 图2 4 h 。3 2 3 的v o l p 体系结构 在上图中，g k 主要提供地址翻译、带宽管理、区域管理和网关定位等服务， g k 、g w 和计费认证等服务器协同工作，实现系统的用户认证、计费等功能。 网关是实现p s t n 和i p 互通的设备，主要完成媒体信息的变换、控制和信令信 息的转换。基本通信流程是：用户发起呼叫请求后，用户侧网关向g k 发送请求 消息进行接入认证，主叫g w 收集用户输入的被叫用户号码后，发送给g k 进 行地址解析，得到被叫用户的g w 地址；然后主被叫的g w 通过h 2 2 5 0 进行通 信，建立连接时，被叫侧网关也要向g k 发送请求消息进行接入认证；获得g k 认证后被叫侧振铃，连接建立；在此连接之上，g w 间通过h 2 4 5 进行通信，建 立媒体通道；主被叫之间便可进行通话了。 h 3 2 3 协议是由i t u t 为多媒体会议系统提出的一个建议书，并不是为v o i p 专门提出的，是一项复杂的协议，升级和扩展性不是很好。在h 3 2 3 体系中，网 关不仅要执行媒体格式转换，还要进行信令转换，在i n t e m e t 侧执行h 3 2 3 协议， 在p s t n 侧执行i s d n 信令。并且网关还要控制其内部资源，为每个呼叫建立网 关内部的话音通信，网关结构过于复杂；而且，定义h 3 2 3 时，设计人员是从终 端设备的角度入手的，而非从现有p s t n 的内部设备入手，因此h 3 2 3 不能与 s s 7 集成，或补充s s 7 必须提供的强大功能，这样h 3 2 3 体系对7 号信令的支持 能力有限。随着v o i p 的发展和应用日益广泛，h 3 2 3 体系的不足逐渐暴露，并 成为制约v o l p 发展的瓶颈。 2 2m g c p 协议 m g c p 是简单网关控制协议( s g c p s i m p l eg a t e w a yc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 和p 设备控制规范( i p d c i n t e m e tp r o t o c o ld e v i c ec o n t r 0 1 ) 融合而成，是i p 网络和 p s t n 网络之间接口的统一规范。 “ 2 2 1 网关分离的思想 m g c p 协议是网关分离的产物。m g c p 协议把h 3 2 3 网关和网守功能整合， 重新划分为媒体网关控制器( m g c ，m e d i ag a t e w a yc o n t r 0 1 ) 、信令网关( s g ， s i g n a l l i n gg a t e w a y ) 和媒体网关( m g ，m e d i ag a t e w a y ) ，如图所示。 p s t n i s d np s t n ，l s d ni p h3 2 3 的网关结构 m g c p 分离网关结构 g w ：网关g a t e w a yg k ：网守g a t e k e e p e rs g ：信令网关m g ：媒体网关 m g c ：媒体网关控制器 图2 - 5 m g c p 中的网关分离结构与h 3 2 3 网关结构的对比 媒体网关( m g ) ：主要处理用户数据，提供必要的信号转换，负责媒体 变换以及p s t n 和i p 两侧通路的连接； 信令网关( s g ) ：主要负责连接s s 7 网络，进行信令转换； 媒体网关控制器( m g c ) ：又可称为软交换或呼叫代理( c a c a l l a g e n t ) ， 主要是处理控制信令，负责根据接收到的信令控制媒体网关的连接建立和释放。 m g c 与m g c 之间一般采用s i p 进行通信。m g c 对于m g 而言是不可见的， m g c 对不同的网关可以发出相同的消息。 2 2 2 m g c p 内容简介及基本工作流程示例 m g c p 采用和s i p 类似的协议结构，为文本协议。协议从功能上可以分为两 个实体：m g c 和m g 。m g c 物理上可对应为软交换机，m g 对应的媒体网关主 要包含t g w ( t r u n k i n gg a t e w a y ) 、v o a t mg a t e w a y 、r g w ( r e s i d e n t i a lg a t e w a y ) 、 a c c e s sg a t e w a y 和b u s i n e s sg a t e w a y ，分别负责桥接相应类型的网络。m g c 与 m g 之间通过m g c p 协议进行通信。 m g c p 的呼叫模型包括连接模型和呼叫控制模型两个部分。连接模型中两 个基本构件是端点( e n d p o i n t ) 和连接( c o n n e c t i o n ) ，它们是建立呼叫通路的重 要概念。一个或多个连接组合成一个呼叫。呼叫控制模型，即呼叫建立和释放中 的重要概念是事件( e v e n t ) 和信号( s i g n a l ) 。事件是网关能侦测出的状态，如 摘机、挂机等。信号是根据网关监测出端点所处的状态，m g c 命令网关在端点 上产生的。在通信过程中，网关将侦测出的事件报告给m g c ，m g c 给m g 发 送信号或控制m g 向用户发送各种音信号，来进行呼叫控制与管理。 m g c p 协议消息采用u d p 协议传送，以加快消息传送速度。但由于u d p 本 身只能提供不可靠的传送服务，所以m g c p 采用了重发定时机制、“至多执行一 次”功能、消息捎带机制和临时响应机制，以保证消息的可靠传送和正确处理。 m g c p 协议消息分为命令和响应两类，每个命令需要接收方回送响应，采 用三次握手方式证实。m g c p 是通过命令来实现呼叫控制的，协议定义了9 种命 令：e p c f ( e n d p o i n t c o n f i g u r a t i o n ，端点配置) 、r q n t ( n o t i f i c a t i o n r e q u e s t ，通 知请求) 、c r c x ( c r e a t e c o n n e c t i o n ，创建连接) 、m d c x ( m o d i f y c o n n e c t i o n ， 修改连接) 、n t f y ( n o t i f y ，事件通知) 、d l c x ( d e l e t e c o n n e c t i o n ，删除连接) 、 a u e p ( a u d i te n d p o i n t ，审计端点) 、a u c x ( a u d i tc o n n e c t i o n ，审计连接) 和 r s i p ( r e s t a r ti np r o g r e s s ，重启命令，即重新注册) 。m g c p 协议基本工作流程 如图2 6 所示。 图中，粗线为命令消息，细线为对应的响应消息。图示为一个基本的呼叫建 立与释放流程：m g c 一) 主被叫网关g w l 、g w 2 发r q n t ，命令其侦听主被叫 的摘机事件；主叫摘机，g w l ) m g c 发n t f y 报告主叫摘机事件；m g c ) g w l 发r q n t ，命令其侦听主叫输入被叫号码，并给主叫发送拨号音；主叫拨号， g w l 一) m g c 发n t f y ，报告输入被叫号码的事件；m g c 一) g w l 、g w 2 发c r c x ， 命令网关按要求建立连接，并给主被叫发送回铃音和振铃，此时主叫方建立的是 单工连接；被叫摘机，g w 2 ) m g c 发n