（通信与信息系统专业论文）软交换中pstn网与h323网互通互连设计与实现.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 软交换中p s t n 网与h 3 2 3 网互通互连的设计与实现 摘要 n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 的目标是建设一个分组融合网络，在这个网络 中可以为终端间或者终端与服务器端提供话音、数据、多媒体等多种通信业务， 它可以集通信、信息、电子商务、娱乐于体，满足自由通信。 本文介绍了下一代网络的概念和功能模型，以及其核心技术一软交换技术；概 述了该技术的产生背景、网络体系结构和现阶段的应用：并对软交换网络中的一 重要功能模块的设计和实现进行了阐述。 其中，详细的叙述了实现p s t n 网与h t3 2 3 网互通互连所涉及的h r2 4 8 协议和 h 3 2 3 协议，包括h 2 4 8 协议的主要功能、协议的结构和命令、呼叫接续过程和 h 3 2 3 协议族中一系列协议r a s ，h 2 2 5 和h 2 4 5 的细节以及它们如何相互作用完 成个呼叫建立的全过程。最后，讨论了所实现的软交换的功能模块的划分，控 制逻辑的实现以及涉及的主要数据结构。 关键词：下一代网络软交换h 2 4 8h 3 2 3p s t n 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o no f t h e i n t e r w o r k i n gb e t w e e np s t n a n dh 3 2 3 n e t w o r ki ns o f t s w i t c h a b s t r a c t t h eg o a lo f t h en g ni st oc r e a t ean e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，w h i c hc a np r o v i d et h e s e r v i c eo fr e a l t i m ea u d i o ，v i d e o ，a n dd a t ac o m m u n i c a t i o n s i tc a nc o m b i n ew i t hp s t n n e t w o r ka n dh 3 2 3d e t w o r ko rs i pn e t w o r k t h ep a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h ec o n c e p t i o na n df u n c t i o nm o d e lo fn g n ，a n d d e s c r i b e st h ek e yt e c h n o l o g yo fn g n ，s o f t s w i t c h s e c o n d l yi t a n a l y z e s t h e b a c k g r o u n d ，n e t w o r ks t r u c t u r ea n dc u r r e n ta p p l i c a t i o n so fs o f t s w i t c h f i n a l l y ，i t e x p l a i n st h ed e s i g na n dp r o g r a mo f m o d u l eu s e dt oc o n t r o li ns o f l s w i t c hn e t w o r k t h ep a p e re x p l i c a t e sm e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o la n dh 3 2 3p r o t o c o lu s e di n s o f l s w i t c hp r o j e c t ，i n c l u d i n gt h ec a l lm o d e l ，t h ep r o t o c o l ss t r u c t u r ea n dm e s s a g eo f h 2 4 8 ，a n dr a sp r o t o c o l ，h 2 2 5p r o t o c o l ，h 2 4 5p r o t o c o li nh 3 2 3p r o t o c 0 1 f u r t h e r m o r e ，i ts h o w sac a l l s w h o l e p r o c e s so f s e t u p b y t h e s e p r o t o c o l s l a s t l y ， i td e p i c t st h ef u n c t i o nm o d e l ，t h el o g i c a lc o n t r o la n dc e n t r a ld a t as t r u c t u r eo fc o n t r o l m o d e 】 k e yw o r d s ：n g n ，s o f t s w i t e h ，h 2 4 8 ，h 3 2 3 ，p s t n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 论文背景与目的 第一章绪论 随着网络体系结构的演变和宽带技术的发展，传统网络向下一代网络的演进 势不可挡。n g n ( 下一代网络) 将具有更广阔的业务范围。其主要目标是：支持 实时的多媒体业务，缩减服务投向市场的时间，支持多种接入方式和多种接入终 端，支持移动性，确保现有网络的平滑演进以及具有经济前景、可扩展的网络结 构。 n g n 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。n g n 网络的基本特征是控制、承载和业务的分离，因此， n g n 网络的最大优势是网络的开放性。这种开放性主要体现在各个功能实体之间 采用标准接口协议进行通信【1 ；承载网络的技术革新发展不会影响到高层业务的提 供：引入应用服务器和第三方接口可以快速部署增值业务和第三方业务。 而现存的电话网和数据网均存在一定的先天缺陷，无法通过简单地改造成为 下一代网络，因此，为了能够实现在不同网络上同时提供语音、数据以及多媒体 业务，即跨网络实现通信业务的融合，产生了软交换( s o f t s w i t c h ) 技术。 软交换技术继承了电话交换机的先进体系结构，并采用口网中的口包来承载 话音、数据以及多媒体流等多种信息，成为了下一代网络体系结构中的关键技术。 其核心思想是硬件软件化，通过软件的方式来实现原来交换机的控制、接续和业 务处理等功能，各实体直接通过标准的协议进行连接和通信，便于在下一代网络 中更快的实现各类复杂的协议及更方便的提供业务。 目前的软交换设备主要完成以下功能：媒体网关接入功能、呼叫控制功能、 业务提供功能、互连互通功能、支持开放的业务应用接口功能、认证与授权功能、 计费功能、资源控制功能和q o s 管理功能、| 办议和接口功能等。 p s t n 网络和h 3 2 3 网络是现在并存的两种通信网络。p s t n 网络属于传统的 电话网络，而h 3 2 3 网络是使用h 3 2 3 协议实现v o i p 的网络。根据n g n 的思想 实现这两个网络的互通互连是现阶段通信行业研究的重点【2 。在软交换系统中要实 现二者网络的互通互连基本任务是实现两种网络协议的转换和相应的呼叫处理， 一1 一 东北大学硕士学位论丈第一章绪论 以及媒体信道的建立和控制。 本文的目的是通过研究h 3 2 3 坍议和h 2 4 8 协议，建立连接p s t n 网络i u s p 模块、连接h 3 2 3 网络的h 3 2 3 模块、控制媒体网关的h 2 4 8 模块以及中心控制模 块来实现p s t n 网络和h 3 2 3 网络的互通互连。本文实现n 乎n t t 信令转换的基本思路 是利用不同的模块将不同的信令协议转化为软交换网络内部透明的信令，经过处 理后再转换为被叫端的网络协议，以次来实现不同网络的信令的互通。 1 2 论文的结构 在本章前两节简单介绍了本论文的研究背景及研究意义，论文的其他部分依 次展开论述了h 2 4 8 协议和h 3 2 3 协议，分析软交换网络中实现p s t n 网和h 3 2 3 网互通互连的各个模块，分析h 3 2 3 模块中的能力集交换、主从确定、逻辑信道 信令过程，研究了软交换网络中的控制模块中有限状态机的各个状态，实现了控 制模块状态转换算法。最后将软交换网络中呼叫信令转换流程详细描述。 以下是论文的具体组织结构： 第一章：作为论文的引子，主要介绍了论文的背景与研究的目的。 第二章：作为核心内容的铺垫，主要介绍了论文的理论基础。首先介绍了n g n 的定义：然后介绍了软交换技术产生的目地，软交换网络的体系结构，软交换技 术的应用。更重点的介绍了信令控制模块在软交换网络中的位置，各个模块在软 交换网络中的作用。 第三章：是论文的一个主要内容，介绍了h 3 2 3 和h 2 4 8 协议。首先介绍了 h 3 2 3 协议的实体、栈结构、呼叫控制和系统控制。然后介绍了h ，2 4 8 协议的主要 功能、协议消息及命令。 第四章：作为详细设计是本论文的核心部份。在第三章的基础上，首先将实 现p s t n 和h 3 2 3 互通互连的各个功能模块进行划分。进一步的介绍了h 2 4 8 模块 和h 3 2 3 模块的设计和实现。其中针对h 3 2 3 模块从消息数据、终端能力集、主 从确定、通信控制机制、逻辑信令过程几个角度进行分析。 第五章：该章重点描述了h 3 2 3 模块实体类和关于呼叫信令建立的实现、控 制模块的实现，并从控制模块的状态图、状态转换算法、呼叫信令转换流程三方 面进行阐述。 第六章：对全文进行了总结，并展望了软交换技术的未来。 一2 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 论文最后是致谢以及参考文献列表。 3 一 东北大学硕士学位论丈第= 章n g n 与软交换 2 1n g n 概述 第二章n g n 与软交换 随着通信技术和业务的多元化发展，数据业务异军突起，大有赶超话音业务 的势头，传统p s t n 话音网越来越不能适应多元通信的需求，正成为数据业务发 展的瓶颈。与此同时，数据通信技术的发展，给人们提供了新的业务平台，所有 业务共同承载在单一的数据网上，正在逐步成为可能。因此下一代网络建设方案 的提出成为必然。 所谓下一代网络n g n ( n e x t g e n e r a t i o n n e t w o r k ) 泛指一个不同于目前一代的， 大量采用创新技术，以口为中心同时町以支持语音、数据和多媒体业务的融合网 络。一方面，n g n 不是现有电信网和口网的简单延伸和叠加，而应该是这两者融 合的结果，所涉及的也不仅仅是单项节点技术和网络技术，而是整个网络的框架， 是一种整体网络解决方案。另一方面，n g n 的出现与发展不是革命，而是演进， 即在继承现有网络优势的基础上实现的平滑过渡。泛指的下一代网实际包容了所 有新一代网络技术，而狭义的下一代网络往往特指以软交换为控制层，兼容所有 三网技术的开放体系结构。本文基于的n g n 实际上是一个过渡的融合网络，包括 p s l 州i s d n 、h 3 2 3 、s i p 、a t m i p 等网络，网络互通是n g n 成功的必要条件。 简言之，下一代网络将是以软交换为核心，光联网为基础的融合网络。 n g n 网络主要包括软交换、媒体网关、信令网关、智能终端和各种数据库 服务器等。n g n 是业务驱动的网络，其功能特点为：业务与呼叫控制相分离，呼 叫与承载相分离【3 】。分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效的实现业务的 提供。业务供应商和用户可以配置和定义相应的业务特征，使得业务和应用的提 供有较大的灵活性。软交换技术作为这一分离思想的体现，是下一代网络体系结 构中的关键技术。 构中的关键技术。 一4 一 东北大学硕士学位论文第二章n g n 与软交换 2 2 软交换技术 2 2 1 技术产生目的 人与人之间的通信包括话音、数据、视频与音频组合的多媒体三大内容。一 直以来，上述三类通信业务均是分别由不同的通信网来承载和控制。电话网承载 和控制语音业务、数据网承载和控制数据业务，多媒体网承载和控制多媒体业务。 随着社会信息化程度的迸一步加深，通信己经成为人们生活和工作中不可缺少的 工具，人们对通信要求也不再仅仅是基本的语音通信业务和简单的w w w 浏览以 及收发e m a i l ，人们需要的是能够随时、随地、灵活地获取所需要的信息。因此 要求电信运营商能够灵活地为用户提供丰富的电信业务，而基于由不同通信网络 提供不同业务的运营模式难以满足用户灵活地获取所需要的信息的需求，只有构 建个全业务网络一即能够同时承载和疏通语音、数据、多媒体业务的网络才能 满足用户日益增长的对通信业务的需求。 电话网的历史最为悠久，其核心是电话交换机，电话交换机经历了磁石式、 共用电池式、步进制、纵横制、程控制五个发展阶段，其差别在于交换机的实现 方式发生了改变。程控制电话交换机的出现是一个历史性的变革，它采用了先进 的体系结构，其功能可以分为呼叫业务接入、路由选择( 交换) 和呼叫业务控制三部 分，其中的交换和呼叫业务控制功能均主要是通过程序软件来实现。但其采用的 资源独占的电路交换方式，以及为通信的双方提供的对等的双向6 4 k b i l s 固定带宽 通道，不适于承载突发数据量大、上下行数据流量差异大的数据业务。 数据网的种类繁多，根据其采用的广域网协议不同，可将其分为d d n ，x 2 5 ， 帧中继和i p 网，由于i p 网具有协议简单、终端设备价格低廉、以及基于d 协议 的w w w 业务的开展，基于口协议的i n t e m e t 呈爆炸式发展，一度成为了数据网 的代名词。i p 网要求用户终端将用户数据信息均封装在口包中，口网的核心设备 一路由器仅是完成p 包转发的简单工作，它采用资源共享的包交换方式，根据业 务量需要动态地占用上下行传输通道，因此i p 网实际上仅是个数据传送网，其 本身并不提供任何高层业务控制功髓，若在i p 网上开放语音业务，必须额外增加 电话业务的控制设备。而p 网中传送的i p 包能够承载任何用户数据信息，为实现 语音、数据、多媒体流等多种信息在一个承载网中传送创造了条件。 可见，电话网和数据网均存在一定的先天缺陷、无法通过简单地改造而成为 一个全业务网，因此，产生了软交换( s o f l s w i t c h ) 技术。软交换技术的目的就是为 了能够融合多种网络，实现在同一个网络 ：同时提供语音、数据以及多媒体业务， 一e 一 东北大学硕士学位论文第二章n g n 与软交换 即通信业务的融合。 2 2 2 软交换的网络结构及实现 软交换主要处理实时性业务，包括语音、视频和多媒体等业务，它可用于i p 网、a t m 网等数据通信网，也可用于电路交换网络。软交换用在口网上是很自然 的，因为网的呼叫控制与承载连接是分开的。从应用来说，软交换主要是应用 在p 网上的。 软交换的实现是通过网关发出信令，控制语音和数据业务的互通。信令网关 ( s g ) 将s s 7 信令转换成i p 信令或根据通信要求发出i p 信令控制媒体网关的数据通 信，媒体网关( m g ) 负责电话交换网的p c m 流与口网络的数据包的转换。s g 和 m g 都要受到媒体网关控制器控制模块( m g c c a ) 的控制，这里，s g 、m g c c a 及其附属的数据库和完成的功能就是软交换f “。 媒体网关用来处理电路交换网和口网的媒体信息互通。在h 2 4 8 协议中，m g 实体完成不同网络间不同媒体信息的转换。h 3 2 3 协议中相似的功能实体是 m m ( m e d i am a n a g e r ) ，它在m g 或其他网关中负责将电路交换网媒体( p c m 流等) 转换成h 3 2 3 媒体流( r t p r t c p ) 。 信令网关负责将电路交换网的信令转换成球网的信令，根据相应的信令生成 坤网的控制信令，在i p 网中传输。 媒体网关控制器呼叫代理负责控制m 网络的连接( 包括呼叫控制功能) 。 m g c c a 是软交换的重要组成部分和功能实现部分。m g c 是h 2 4 8 协议关于m g 媒体通道中呼叫连接状态的控制部分。m g c 可以通过h 。2 4 8 协议或媒体网关控制 协议( i v i g c p ) 、媒体设备控制协议( m d c p ) 对m g 进行控制，m g c c a 之间通过h 。 3 2 3 或者s i p 协议连接【5 1 。本地交换网( l o c a l s w i t c h ) 包括本地电路交换网和s s 7 网 等。 由于软交换要实现各种信令间的协议转换，因此，它需要支持s s 7 、i s u p 、 s p 、h 3 2 3 和m g c p 等协议。 软交换是下一代网络的控制功能实体，为下一代网络提供具有实时性要求的 业务呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。软交换技术， 是n g n 体系结构中的关键技术，其核心思想是硬件软件化，通过软件来实现原来 交换机的控制、接续和业务处理等功能，各实体间通过标准化协议进行连接和通 信，便于在n g n 中更快地实现各类复杂的协议，更方便地提供业务。软交换设备 一6 一 东北大学硕士学位论文第二章n g n 与软交换 是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、连接以及部分业务功能， 是n g n 中语音数据视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。 2 2 3 软交换技术的应用 ( 1 ) 长途语音业务 目前，大部分软交换设备供应商均已经能够提供成熟的虚拟中继业务，来转 接p s t n 语音业务。对于拥有庞大的、完善的口网络，但无p s t n 的电信运营商 来说，采用软交换网络提供长途语音业务是一种较好的选择，由于软交换网是采 用p 网作为承载，因此，可以节省t d m 传输电路建设的投资。建设软交换网的 t g 、s g 和软交换机，并完成它们与p s t n 的连接，同时选择合适的用户鉴权方式 即可开放业务。 对于拥有一个已经将自己各地分支机构通过i p 网连接起来的跨地域的企业来 说，采用软交换网将各分支机构的电话机连接起来，即t g 和s g 与各分支机构的 p b x 连接起来，或者通过a g 和l a d 直接连接各电话机，并建设软交换机即可使 用内部网络疏通长途电话业务，节省数目可观的电话费。 ( 2 ) 本地语音接入业务 对于拥有庞大的、完善的本地i p 网络，但无本地p s t n 端局的电信运营商来 说，采用软交换网络接入用户也是一种较好的选择，本地p s t n 端局的覆盖范围 有限，且用户线布放的工程实施难度较大，因此，可以在用户端设置i a d 设备， 利用已有的小区宽带i p 网络连接至软交换i p 网络，完成各个i a d 与软交换机、 其它媒体网关设备的连接，即实现了本地电话机的接入，同时为了保证本地接入 的电话能够与其它运营商的p s t n 通信，还需完成软交换网与p s t n 的连接f “。 同时，对接入的本地用户还可以灵活、多样地为用户开放软交换业务，并随 着软交换业务的发展不断丰富完善。 ( 3 ) 移动3 g 网络 无论是w c d m a 还是c d m a 2 0 0 0 ，其发展目标均是在核心网络实现语音和数 据业务的统承载和交换，软交换技术无疑将是一种较好的选择。在3 g 网络中， 原m s c 将裂变为m s c g w 和m s c s e r v e rm s c g w 完成媒体网关的功能， m s c s e r v e r 完成软交换机的功能，口网络作为3 g 网络的统一语音、数据媒体 流的承载网络，实现各种业务数据流的融合。 一7 一 东北大学硕士学位论文第二章n g n 与软交换 ( 4 ) 多种增值业务 应用服务器在软交换网络中的地位有点类似智能网的业务控制点( s c p ) ，由于 i p 网自身的优势，它除了能实现智能网中的业务外，还提供对电信增值业务的执 行和管理门】。采用应用服务器便于网络增加新的增值业务，即只需增加新的软件模 块或新的服务器即可方便地添加业务，些新型的增值业务也能方便的实现，如： 网络公告、语音邮件、语音门户、被叫集中付费( 8 0 0 1 、w e b 8 0 0 、预付费卡、统 一消息、会议电话、点击拨号、v 0 i p 、v p n 等【8 。通过这些增值业务，运营商可 向用户提供丰富的应用，对用户的需求做细分，并根据不同的应用制订灵活的价 格策略。 2 3 信令控制模块在软交换网络中的位置 如前所述软交换技术的核心思想就是业务与呼叫控制相分离，呼叫控制与承载 相分离。这样，在将不同网络( 如p s t n 网与网) 进行融合，形成统一的软交换 网络时，所要解决的就是在同一业务要求下，不同网络问呼叫控制以及传输媒体 的转换。由于传输媒体的转换不复杂，可以由硬件独立实现，因此，呼叫控制的 转换就成为建设软交换网络的技术重点。 在软交换网络中，承担呼叫控制和承载媒体转换任务的是媒体网关。在呼叫控 制与承载分离的思想下，媒体网关也可以进行分离，使网关只承担简单的媒体转 换功能，复杂的网关控制功能与呼叫控制转换功能则由网关之外的独立实体执行， 该实体就是信令控制模块。 以一部传统的电话机通过p s t n 网络拨打h 3 2 3 网络中的一个h 3 2 3 终端为例。 当传统的电话拨号后，呼叫信令通过s s 7 网络被传输到软交换设备中的控制模块， 控制模块将呼叫信令进行处理，并且根据呼叫号码( c a l l i n gn u m b e r ) 判断该传统用 户是否具有一定的服务以及根据被叫号码( c a l l e dn u m b e r ) 从数据库中查找路由信 息。如果控制模块处理呼叫信令后发现被叫号码属于h 3 2 3 网络，控制模块将呼 叫信令转换成h 3 2 3 网络识别的呼叫信令，由控制模块建立p s t n 与h 3 2 3 网络连 接的桥梁。当控制模块成功建立起信令的通道后，控制模块通过h 2 4 8 协议向p s t n 的媒体网关发控制信息来建立媒体流通道，媒体网关在h 2 4 8 协议的控制下将在 p s t n 网络中采用t d m 格式传输的音频、视频流转化成适合在包网络中传输的数 据包。当h 3 2 3 终端和媒体网关通过信令通道互相知道对方的口地址和p o r t 口， 媒体通道就建立起来，主叫和被叫就可以通话。系统结构图如图2 1 所示。 8 ， 东北大学硕士学位论文第二章n g n 与软交换 图2 1p s t n 与h 3 2 3 网路互联模型 f i g2 1t h em o d u l eo ft h ei n t e r w o r k i n gb e t w e e np s t na n dh 3 2 3n e t w o r k 网络各部件的功能特点如下： ( i ) h 3 2 3 终端：直接连接在邛网络中，可以支持语音通信，视频和数据通 信。另外该终端可以直接注册在软交换机上。 ( 2 ) l o c a ls w i t c h ：提供p s t n 网络传统用户的中继接入。 ( 3 ) g a t e w a y s ：负责桥接p s t n 和口网络，完成话音t d m 格式和r t p 数据 包的相互转换，并经h 2 4 8 协议( 媒体网关控制协议) 受软交换机中的h 。2 4 8 模 块的控制，完成媒体信道连接的建立。 在p s t n 侧，话音是经由中继线由本地交换机接入的，因此g a t e w a y s 必须能 支持多种类型的中继线，例如7 号信令中继、m f c 中继、模拟中继线等。还需要 能提供中继接入所需的各种音信号，如7 号信令的导通检验音、m f c 中继的多频 信号音等，能检测和解释这些信号音并向软交换报告。需要时，还可装备录音通 知或交互式语音应答设备，在软交换的控制下提供与p s t n 用户的交互。 ( 4 ) 软交换机：是电路交换网向分组网演进的核心设备，也是下一代电信网 络的重要设备之一，它独立于底层承载协议，主要完成呼叫控制、媒体网关接入 控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，并可以向用户提供 现有电路交换机所能提供的所有业务以及多样化的第三方业务。 一q 一 东北大学硕士学位论文第二章n g n 与软交换 它包含多种协议的处理模块，在p s t n 用户与h 3 2 3 用户建立连接过程中涉及 的模块有：i s u p 模块( 处理s s 7 信令) 、h 3 2 3 模块、h 2 4 8 模块以及处理中心模块。 如果p s t n 侧连接的是7 号信令中继，则7 号信令可以采用非直联方式，经由信 令转接点s t p 送往7 号信令网关。该网关将底层协议m t p 变换成t c p i p ，并对 地址信息等作必要的适配后，将上层信令消息f 如i s u p ) 经p 网络送往软交换的 i s u p 模块。因此，就软交换而言，7 号信令指的是其公共的底层传送协议栈。同 样，各类电信网控制消息也能经不同的模块转换后透明传给软交换处理中心，籍 此，不同的模块可与p s t n 网中的各类网络控制点交互，继承相应的增值业务， 实现业务与控制的分离。 ( 5 ) h 2 4 8 模块：其根据h 2 4 8 协议控制p s t n 网络端的网关g a t e w a y 建立 和拆除媒体信道 9 。当l o c a ls w i t c h 将用户摘挂机拨号等事件报告通过s s 7 信令网 传给软交换中的i s u p 模块，后者将s s 7 信令转换为软交换网络透明信令交给处理 中心模块处理，然后通过h 2 4 8 模块指示网关如何建立媒体信道。 在处理p s t n 用户与h 3 2 3 终端之间的呼叫控制时，在软交换机中的i s u p 模 块处理p s t n 中继的7 号信令( s s 7 ) ，转换为软交换网络内识别的透明信令( 现阶段 在众多通信厂商中没有统一的格式) 交给处理中心模块进行呼叫处理。处理后的呼 叫信令交于h 3 2 3 模块，h 3 2 3 模块再将透明信令转换为h 3 2 3 控制信令完成至 h 3 2 3 协议的转换，咀支持h 3 2 3 网络和p s t n 网络的互通。按照同样的机理，软 交换还能实现p s t n 与s i p 的互通，并能实现与智能网络相连。这样，不但能支持 目前p s t n 的各种业务，还可望未来在i p 电话环境下开发新的业务，可以有效实 现传统p s t n 网络与v o i p 网络的平滑过渡。 本论文设计和实现的软交换网络中的h 3 2 3 模块h 2 4 8 模块，就是分别控制 和处理p s t n 网用户与h 3 2 3 终端之间的呼叫信令连通的，因此，在下一章将对 h 2 4 8 和h 3 2 3 协议作一个概述。 1 0 一 东北大学硕士学位论文 第三章h3 2 3 和h2 4 8 概述 第三章h 3 2 3 和h 2 4 8 概述 3 1h 3 2 3 概述 h 3 2 3 建议是由i t u t 制订的基于分组交换网络( p b n ) 的多媒体会议系统。 h 3 2 3 会议系统不假定其工作的网络基础能提供服务质量( q o s ) 保证。它是定义在 通用网络体系结构之上，可应用在e t h e r n e t 、l a n 、i s d n 、f r 、a t m 、x 2 5 、d d n 等各类网络上【1 0 。它定义了采用r s v p 协议进行通信资源的协商和预留，因此它 可以在各类分组网络上( 特别是i p 网络) 最大限度地保证多媒体通信质量川。它定 义了自动调整带宽，可根据网络传输质量地变化自动调整通信带宽，从而改善通 信质量，并且提供对多点通信的支持和对组播通信的支持。 h 3 2 3 协议提供了当用于提供点到点和点到多点服务时的四种实体 终端( t e r m i n a l s ) 网关( g a t e w a y s l 关守( g a t e k e e p e r s ) 多点控制单元m c u s ( m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t s ) 3 1 1h 3 2 3 协议族 从整体上来说，h 3 2 3 是一个框架性建设，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，还包括了组成多点会议的多点控制 单元( m c u ) 、多点控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 、网关以及关守等设备。它的基 本组成单元是”域”( z o n e ) ，一个h 3 2 3 域是所有终端、网关和多点控制单元的集合 体，它是由单个关守( o a t e k e e p e r ) 进行管理的。一个域包括至少一个终端，也可以 包括网关或者多点控制单元。但是一个域只能有一个关守，一个域可能独立于网 络拓扑也可能由使用路由或者其他设备连接的多种网段组成的。一个区域中通常 只能有一个关守，关守的一个重要功能便是提供区域管理。区域与区域之间可设 计成对等的平级区域，也可借助于单独设立的关守来组建分级的大小区域。h 3 2 3 协议对区域间结构没有明确规定，但在一个实际运营的h3 2 3 网络中会影响到对 东北大学硕士学位论文第三章h3 2 3 和h2 4 8 概述 区域问互通的处理。 h 3 2 3 的终端处理了视频和音频的编解码和显示功能，同时具有数据功能 ( 传送静止图象、文件等) 。h 3 2 3 通过网关实现通信格式的转换，视频、音频、数 据信息编码格式之间的转换以及通信协议和规程之间的互译，以实现应用层的通 信。关守在h 3 2 3 中是个可选的，它主要对端点呼叫进行控制和管理。这样使h 3 2 3 的节点设备功能相对独立，复杂程度大大降低；同时由于分组网络低廉的成本优 势和计算机的灵活控制能力，使h 3 2 3 系统可以由此提供更多、更实用的业务和 服务。 图3 1 h 3 2 3 协议族 f i g 3 1t h ez o n eo fh 3 2 3 3 1 2h 3 2 3 协议实体 ( 1 ) 网关( g a t e w a y ) 网关是h 3 2 3 系统的一个可选件，负责在不同的网络间实现媒体信息编码的 转换和信令的转换。在模拟和数字语音终端之间建立链接；建立与非h 3 2 3 终端 之间的链接。网关提供许多服务，包括在h 3 2 3 会议终端与其它会议终端之间进 行转换。这一功能包括传输格式之问的转换( 如h 2 2 5 与h 2 2 1 ) 。通信规程之间的 转换f 如h 2 4 5 到h 2 4 2 ) ，以及在l a n 端和w a n 端进行呼叫建立和解除。 1 2 东北大学硕士学位论文第三章h 3 2 3 和h 2 4 8 概逑 h a n d s e l 图3 2 网关的功能 f i g3 2t h ef u n c t i o no fg a t e w a y 当无需与其它标准的终端相连时，网关是不需要的，因为h 3 2 3 终端能够通 过l a n 、i n t r a n e t 、e x t r a n e t 甚至i n t e r n e t 与其它h 3 2 3 终端直接通信。 ( 2 ) 关守( g a t e k e e p e r ) 关守，即网络的管理点，是h 3 2 3 系统的一个可选组件，负责为h 3 2 3 端点 提供地址翻译( 转换) 和分组网p b n 口a c k e tb a s e dn e t w o r k ) 接入控制及带宽管理和 网关定位等服务1 3 】。h 3 2 3 关守在系统中必须提供4 种基本服务：地址翻译、带宽 控制。许可控制与区管理功能。带宽管理、呼叫鉴权、呼叫控制信令和呼叫管理 等为关守的可选功能。在h 3 2 3 系统中关守并不是必需的，然而如果存在关守， 那么终端必须使用由关守提供的服务。这些服务在r a s 中定义。在逻辑上，关守 是一个独立于端点的功能单元，但在物理实现时可以包含在终端、m c u 和网关中。 关守提供服务的例子：电话号码到p 地址的映射、网关的口地址是什么以及在什 么带宽情况下不再允许建立新的通话。值得注意的是一个区域内至少要有一台终 端，但最多只能有一个关守。 ( 3 ) 多点控制单元( m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t ，m c u ) m c u 负责为会议电话等多点应用提供控制和处理服务一一个多点控制单元由 个多点控制器m c 和几个多点处理器m p 组成，但可以不包含m p 。m c 处理端 点捌的h ，2 4 5 控制信息，从而决定它对视频和音频的通常处理能力。在必要的情 、l3 一 东北大学硕士学位论文第三章h3 2 3 和h2 4 8 概述 况下，m c 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。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 组件的一部份。 m c u 的控制模式分为两种：集中式和非集中式。集中式模式下各个终端没有 集成上m p 功能，所有终端的音视频数据都由m c u 来进行混音、交换或者其他的 媒体控制，这种模式的特点是参加会议的各个终端之间的数据流不是直接互通， 集中由m c u 处理并分发混音后的数据【1 4 】。 非集中模式要求终端有m p 功能，各个终端的呼叫信令尽管都m c u 来控制， 但是混音、交换是由各个终端自己决定的。也就是说，终端将媒体数据流直接发 到另外的终端，而不需要经过m c u 。 图3 3 多点会议的混音过程 f i g3 3m i x e dm u l t i p o i n tc o n f e r e n c e ( 4 ) 终端 终端是分组网络中能提供实时、双向通信的节点设备，也是一种终端用户设 备，可以和网关、多点接入控制单元通信。所有终端都必须支持语音通信，视频 和数据通信可选。h 3 2 3 规定了不同的音频、视频或数据终端协同工作所需的操作 模式。它将是下一代因特网电话、音频会议终端和视频会议技术的主要标准。 一1 4 一 少。 东北大学硕士学位论文 第三章h3 2 3 和h 2 4 8 概述 图3 4h 3 2 3 终端组成框图 f i g 3 4h 3 2 3t e r m i n a le q u i p m e n t 图3 4 所示为h 3 2 3 终端的组成框图，在发端，从输入设备获取的视频和音频 信号，经编码器压缩后，按照一定格式打包，通过网络发送出去，在收端，来自 网络的数据包首先被解包，获得的视频、音频压缩数据经解码后送入输出设备， 用户数据和控制数据也得到了相应的处理。 3 1 3h 3 2 3 协议栈结构 h 3 2 3 协议是一个庞大的协议族，包括许多相关的协议，它们形成了一个协议 栈。如图3 5 。该协议栈是一个有机的整体，根据功能可以将其分为四类协议，也 就是说该协议从系统的总体框架( h 3 2 3 ) 、视频编解码( h 2 6 3 ) 、音频编解码 ( h 7 2 3 1 ) 、系统控制( l 2 4 5 ) 、数据流的复用( h 2 2 5 ) 掣1 5 ，1 6 1 。 h 3 2 3 终端根据不同的功能采用的协议简单分类，如表3 1 所示。 ( 1 ) 音频编码： 语音压缩编码采用i t u t 的g 系列建议。h 3 2 3 的音频编码方式主要有六种： g 7 1 1 、g 7 2 3 1 、g , 7 2 9 a 和m p e ga u d i o 。其中g 7 1 1 是必备的，其它为可选项。 一般情况下，人的话音在采样编码( 模数转换) 后未压缩前生成的是6 4 k b p s 的比特 一1 5 东北大学硕士学位论文第三章h 3 2 3 和h 2 4 8 概述 图3 5h 3 2 3 协议栈结构 f i g u r e3 5t y p i c a lh 3 2 3s t a c k 流，为了提高网络带宽的利用率，需要对编码后的语音进行压缩【1 ”。早期的语音 压缩采用波形编码的方式，如g 7 1 1 、g 7 2 6 、g 7 2 7 和g 7 2 2 等，最多只能将语音 压缩至1 6 k b p s 。现在则主要采用参数编码的方式，如g 7 2 9 a 和g 7 2 3 1 等。这种 方式的原理是模拟讲话者的发声声道，构造话音生成模型，再加上静音压缩机制( 即 在不讲话的情况下仅发送很少的比特流) ，至少能将语音压缩至8 k b p s 。一般情况 下，该方式能将比特流的速率降至2 4 k b p s ，而且话音质量仍保持良好水平，至 少可以分辨出讲话者。 ( 2 ) 数据通信： h 3 2 3 中除了传输视频和音频信号外，还要进行数据信息的传送频压缩编码 和数据通信分别采用1 t u t 的g 2 6 0 系列建议和t 1 2 0 系列建议。 ( 3 ) 图像编码： h 3 2 3 中的图像编码主要有两种，即h 2 6 1 和f t 2 6 3 。其中对于h 2 6 1 来讲。c i f 是必备的格式，除此之外可以通过能力集的协商来选择采用其它的编码方式。 1 6 一 东北犬学硕士学位论文第三章h 3 2 3 和h 2 4 8 概述 表3 1h 3 2 3 终端的协议分类 t a b l e3 1t h ec l a s s i f yo fp r o t o c o lu s e di nh 3 2 3t e r m i n a l 功能协议 呼叫信令 h 2 2 5 媒体控制 h 2 4 5 音频编码器 g 7 1 l 、g 7 2 3 、g 7 2 9 a 视频编码器 h 2 6 1 、n 2 6 3 数据共享 t 1 2 0 、t 3 8 媒体传输 r t p r t c p ( 4 ) h 2 4 5 控制： h 2 4 5 控制信道承载管理h 3 2 3 通信实体操作的端到端控制消息，包括能力交 换、逻辑信道的开和关、模式选择请求、流量控制消息及通用命令和指示。h 2 4 5 信令在两个终端间或一个终端和m c 间再或一个终端和网关间传递 1 8 , 1 9 。对于端点 参与的呼叫，端点应在每个方向上建立一个h 2 4 5 控制信道，并使用h 2 4 5 标准 的消息和控制。 ( 5 ) h 2 2 5 呼叫控制： 运用h 2 2 5 呼叫控制信令来建立两个h 3 2 3 终端间或终端与关守间的连接。 呼叫信令信道的建立先于h 3 2 3 终端间的h 2 4 5 控制信道和其它任何逻辑信道， 因此，它的建立不受h 2 4 5 控制信道的管理。 ( 6 ) r a s 控制： r a s ( r e g i s t r a t i o n ，a d m i s s i o na n ds t a t u s ，登记、接纳和状态协议1 信号运用h 2 2 5 控制消息在终端与关守之间执行登记、接纳、带宽改变和使二者脱离关系等过程。 r - a s 信道不受h 2 4 5 控制信道管理。系统没有关守时，无需建立r a s 信道。若系 统中存在关守，r a s 信道建立早于终端问的任何信道。总之，r a s 协议的作用是 为关守( g a t e k e e p e r ) ，即网络管理点提供确定端点地址和状态、进行呼叫接纳控制 一17 东北犬学硕士学位论文第三章h 3 2 3 和h2 4 8 概述 等服务。 ( 7 ) 实时传输协议实时传输控制协议r t p r t c p ： r t p r t c p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 是 i e t f 建议的，它并非专为p 电话设计的，而是适用于一般的多媒体通信的技术。 r t p 协议为音频、视频等实时数据提供端到端的传递服务，可以向接收端点传送 恢复实时信号必需的定时和顺序信息，r t c p 协议能向收发双方和网络运营者提供 q o s 的监测手段 2 0 , 2 1 1 。 3 1 4h 3 2 3 协议呼叫控制和系统控制 h 3 2 3 呼叫建立过程涉及到三种信令：r a s 信令，h 2 2 5 呼叫信令和i _ l 2 4 5 控 制信令。其中r a s 信令用来完成终端与关守之间的登记注册、授权许可、带宽改 变、状态和脱离解除等过程；h 2 2 5 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，当系统中没有关守时，呼叫信令 信道在呼叫涉及的两个终端