（机械设计及理论专业论文）企业级分布式voip系统.pdf

摘要 摘要 为了降低通话成本，满足更多的用户需求，越来越多的公司采用“i p 电话 ( v o i c e o v e r - i p ) 系统。这些企业通常已经架设了以太网络，采用v o l p 可以极大地减少 电话丌销。与专用分组交换机( p b x ) 解决方案相比，i p 电话平均可降低2 0 的企业服 务成本。v o l p 技术正日益成为企业通信的主流技术之一。 本文介绍了一种新型的企业级分布式v o l p 系统。论文详尽地描述了网络语音通信 系统的设计结构、相关技术及功能实现。 企业级分布式v o l p 系统软件由“企业级分布式v o l p 系统网关软件 和“企业级分 布式v o l p 系统网守软件”组成。 网守软件具有对网关用户的身份验证、配置及状态监控等功能。网关软件具有对电 话语音通道的状态监控、内网i p 电话用户的配置管理、网关用户问全连通平台搭建、 网络通信协议管理、电话语音通道流程控制、电话语音信号的路由交互等功能。 本文融合多项网络多媒体及相关技术，搭建起一套具有完整功能的v o l p 系统。通 过软件在应用层实现连接控制、路由、网络资源管理、认证等功能，在现有的p s t n ( 公 共交换电话网) 、l a n ( 局域网) 、w a n ( 广域网) 之间建立起一条逻辑在线语音链路。 通讯效果相当于电话通讯的由网关转接的点对点通讯模式，实现了网关下电话终端对异 地电话终端的呼叫及通信。这样不仅大大降低了设备成本，而且使整套系统具有良好的 可移植性，便于进行系统调整及维护。 本文的研究重点为高性能网络构建、网络协议设计、语音流程管理、系统的整体搭 建及优化。通过对以上一系列问题的研究和探讨，设计完成了企业级分布式v o l p 系统 的实验室系统。 经测试，系统的整体通信能力和各项功能指标都达到了预期的要求。通过对系统的 不断完善和改进，将有望投入到实际的工作中，以取得良好的经济效益和社会效益。 关键词：v o i p ，分布式系统，语音通信，协议设计，电话网关，网守管理，系统构建 a b s tr a c t i no r d e rt or e d u c et h ec o s to ft e l e p h o n ec o m m u n i c a t i o n s ，m e e tt h en e e do fm o r e u s e r s , m o r ea n dm o r ec o m p a n i e su s ev o l p ( v o i c e - o v e r - i p ) s y s t e m b e c a u s et h e s e c o m p a n i e s c o m m o n l yh a v eb u i l tt h ee t h e m e t ，t h eu s a g eo fv o l pc a nr e d u c et h ee x p e n s e so ft e l e p h c i n e c a l le n o r m o u s l y p a r t i c u l a r l yw i t ht h ep b x s o l u t i o n s ，i pt e l e p h o n em a yr e d u c et h ea v e r a g e 2 0 o ft h ec o s to fe n t e r p r i s e ss e r v i c e t h ev o l pt e c h n o l o g y i sb e c o m i n gt h eo n eo f m a i n s t r e a mt e c h n o l o g i e si ne n t e r p r i s ec o m m u n i c a t i o n s t h i st h e s i si n t r o d u c e so n en e w k i n do fe n t e r p r i s ed i s t r i b u t e dv o l ps y s t e m ，d e s c r i b e st h e d e s i g ns t r u c t u r eo fn e t w o r kv o i c ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，t h ec o r r e l a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h e f u n c t i o nr e a l i z a t i o n e n t e r p r i s ed i s t r i b u t e dv o l ps y s t e ms o f t w a r ei sm a d eo f e n t e r p r i s ed i s t r i b u t e dv o l p s y s t e mg a t e k e e p e rs o f t w a r e a n d e n t e r p r i s ed i s t r i b u t e dv o l ps y s t e mg a t e w a ys o f t w a r e ， t h eg a t e k e e p e rs o f t w a r ei s c a r r i e dt ot h ef u n c t i o no ft h eg a t e w a y si d e n t i f i c a t i o n v e r i f i c a t i o n ，c o n f i g ，c o n d i t i o nm o n i t o r i n ga n de t c ；t h eg a t e w a ys o f t w a r ei sc a r r i e dt ot h e f u n c t i o no ft h et e l e p h o n ev o i c ec h a n n e lc o n d i t i o n m o n i t o r i n g ，i pt e l e p h o n es u b s c r i b e r ，sc o n f i g m a n a g e m e n t ，t h ea l l 。s i d e dc o n n e c t i o np l a t f o r mb u i l d i n gb e t w e e nt h eg a t e w a y s ，t h en e t w o r k c o m m u n i c a t i o n sp r o t o c o l m a n a g e m e n t ，t h et e l e p h o n ev o i c ec h a n n e lf l o wc o n t r o l 。t h e t e l e p h o n ev o i c es i g n a lr o u t es w i t c ha n de r e b ya v a i lo fm a n yn e t w o r k sm u l t i m e d i aa n dt h er e l a t e dt e c h n o l o g y , t h i st h e s i sf i n a l l v b u i l d sac o m p l e t ev o l ps y s t e m t h r o u g ht h es o f t w a r ei na p p l i c a t i o nl a y e r , t h i st h e s i sr e a l i z e s t h ef u n c t i o n so f c o n n e c t i o nc o n t r o l ，r o u t e ，n e t w o r kr e s o u r c em a n a g e m e n t ，v e r i f i c a t i o na n d e t c 。 b e t w e e ne x i s t i n gp s t n ，l a n ，w a ne s t a b l i s h e sal o g i c a lc o n t r o ll i n k i t sc o m m u n i c a t i v e r e s u l tr e a l i z e df i n a l l yb yt h eg a t e w a yi se q u a lt ot h em o d eo f p o i n t t o - p o i n tc o m m u n i c a t i o n s w i t h s w i t c h i n go ft h ec o m m u n i c a t i o no ft h et e l e p h o n e i tr e a l i z e st h ec a l la n dm e c o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nt h et w ot e l e p h o n et e r m i n a l su n d e rt h ed i f f e r e n tg a t e w a y s i tc a n - t o n l yr e d u c et h ee q u i p m e n tc o s tg r e a t l y , b u ta l s oe n a b l et h es y s t e mt oh a v et h eg o o dp o r t a b i l i t y i ti sa d v a n t a g e o u sf o r t h es y s t e ma d j u s t m e n ta n dt h em a i n t e n a n c e t h i st h e s i sr e s e a r c hk e yf o rh i g hp e r f o r m a n c en e t w o r kc o n s t r u c t i o n ，n e t w o r kd r o t o c o l i i a b s t r a c t d e s i g n ，v o i c ef l o wm a n a g e m e n t ，s y s t e mb u i l d i n ga n do p t i m i z a t i o n b yd i s c u s s i o n sa n d r e s e a r c h e sas e r i e so fp r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e ，t h ee n t e r p r i s ed i s t r i b u t e dv o l ps y s t e mi s f i n a l l ys e tu pi nl a be n v i r o n m e n t t h r o u g ht h es y s t e m i ct e s t i n g ，t h ea b i l i t yo fc o m m u n i c a t i o n sa n dt h ef u n c t i o n a li n d e x e s h a v er e a c h e dt h ee x p e c t e dd e m a n d t h r o u g ht h ec o n s t a n tp e r f e c t i o na n di m p r o v i n go fi t s f u n c t i o na n ds y s t e mi t s e l f , i tw i l lb eh o p e f u lt op u ti n t op r a c t i c a lw o r ki no r d e rt og e tt h ew e l l e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s k e y w o r d s ：v o i c eo v e ri p 。d i s t ri b u t e ds y s t e m v o i c ec o m m u n i c a t i o n s p r o t o c o i d e sig n 。t eie p h o n e g a t e w a y g a t e k e e p e r m a n a g e m e n t s y s t e m c o n s t r u c tio n i l l 关于硕士学位论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解大连工业大学有关保留、使用学位论文的规 定，大连工业大学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，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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 是否保密( 乃) ，保密期至年月日为止。 学生签名：盟 导师签名：当立扭 印莎年9 月7 日 第一章绪论 1 1 选题意义 第一章绪论 随着p c 的普及和网络的高速发展，i p 宽带网络己形成一定规模，多媒体通信技术 也逐渐趋于成熟，传统的语音通信和服务已经满足不了多变的用户需求，开发新的基于 网络i p 技术的替代产品和服务是一个颇具发展潜力的方向。为了降低通话成本又能满 足更多的用户需求，越来越多的公司采用“i p 电话”( v o i c e o v e r - i p ) 系统，并对通话质 量提出了越来越高的要求，v o l p 技术正在日益成为主流技术。 据市场研究公司j u n i p e rr e s e a r c h 最新的研究报告称，全球i p 电话市场在2 0 0 9 年的 销售收入将达到3 2 0 亿美元，占全球电信市场总销售收入2 6 0 0 亿美元的大约1 2 。 目前，在国内企业对v o l p 的采用相对广泛，这是因为企业中通常普及了以太网连 接，采用v o l p 能极大地减少电话开销。企业部门内和部门之问通常已经拥有专用数据 网络，能方便地利用该网络实现v o l p 业务。特别是与专用分组交换机( p b x ) 解决方 案相比，i p 电话平均可将企业的服务成本降低2 0 【。 尽管语音i p 化已经是一种技术和市场趋势，但是v o l p 网络电话与传统电话相比， 仍然存在一些问题。如果要符合企业级营运标准，尤其是构建成熟的v o l p 服务网络， 仍然需要解决q o s 保障、高可用性、兼容性、安全性、可管理性等问题。 本文通过软件在应用层实现连接控制、路由、网络资源管理、认证等功能，在现有 的p s t n ( 公共交换电话网) 、l a n ( 局域网) 、w a n ( 广域网) 之间建立起一条逻辑在 线语音链路。不仅大大降低了设备成本，而且使整套系统具有良好的可移植性，便于进 行系统调整及维护1 2 j 。 除了成本的明显优势外，本文还采用了分布式网络构架以更大地发挥其性能优势。 对于分布式v o l p 系统来说它的特点主要体现在以下几个方面： 去中心化：分布式v o l p 网络中的资源和服务分散在所有逻辑节点上。信息的传输 和服务的实现都直接在节点之间进行，无需中间环节和服务器的介入，避免了可能的瓶 颈。去中心化是分布式v o i p 的基本特点，由此带来了其在可扩展性、健壮性等方面的 优势。 可扩展性：分布式v o l p 网络中，随着网关用户的加入，服务的需求也随之增加， 第一章绪论 系统整体的资源和服务能力也在同步地扩充。因此始终能较容易地满足用户的需要。 健壮性：分布式v o l p 网络具有耐攻击、高容错的优势。在分布式网络中服务是分 散在各个节点之间进行的。部分节点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小。整个分布 式v o i p 系统是以自组织的方式建立起来的，并允许节点自由地加入和离丌。 高性能：性能优势是分布式v o l p 系统被广泛关注的一个主要原因。它可以有效地 利用互联网中散布的大量普通节点，将媒体流处理、命令处理、数据处理分布到所有节 点上，以达到高性能的媒体交互的目的。 本文在融合当今多种先进的v o l p 技术的基础上，对现有v o l p 构架进行改进和发展， 搭建了一套满足特定需要且具有自身特色的v o l p 系统。 1 。2 国内外研究动态 1 9 9 5 年以色列v o c a l t e c 公司推出的i n t e m e tp h o n e 通常被看作是v o l p 电话的开端。 迄今为止，v o l p 已经经历了1 0 多年的发展。其发展过程大致可以分为三个阶段：1 9 9 9 年之前，v o l p 一般以p ct op c 的方式在公用i n t e m e t 上传送，这时它们常常被称作i n t e m e t p h o n e ；2 0 0 0 2 0 0 2 年，基于专用i p 网上的v o l p 出现，许多新兴的v o l p 公司也相继出 现，如n e t 2 p h o n e 、i b a s i s 等，一些传统电信公司也开始提供低价的v o l p 业务，如中国 电信的i p 长途电话；2 0 0 3 年以后，针对住宅用户的宽带v o l p 开始出现，企业i p 业务 开始出现，用户开始把数据与语音业务转移到统一的i p 平台上【3 】。 在实现方式上，v o l p 有p h o n et op h o n e ，p h o n et op c ，p ct op h o n e 和p ct op c 等4 种方式。最初v o l p 的模式主要是p ct op c ，利用i p 地址进行呼叫，实现因特网上p c 机间的实时话音传送、压缩、编解码和打包，这种模式是通过p c 上的软硬件资源完成， 和公用电话通信有很大的差异，且限定在因特网内，所以有很大的局限性。p h o n et op h o n e 即普通电话经过电话交换机连到i p 电话网关，用电话号码穿过i p 网进行呼叫，发送端 网关鉴别主叫用户、解析其电话号码及网关i p 地址，发起i p 电话呼叫，连接到被叫号 码所属的网关，并完成话音编码和打包，接收端网关实现拆包、解码和连接被叫终端。 对于p h o n et op c 或是p ct op h o n e 的情况，是由网关来完成i p 地址和电话号码的对应 和翻译，以及话音编解码和打包。 尽管语音i p 化已经是一种技术和市场趋势，但是v o i p 网络电话与传统电话相比仍 然存在一些问题。如果要符合企业级营运标准，仍然面临以下几个基本问题1 4 j ： q o s 保障：这是由传统电话过渡到v o l p 网络电话最基本要求。通常来说，v o l p 端 2 第一章绪论 到端延迟降低到4 0 0 毫秒以下，将丢包率降低到5 8 。才能使其通话质量与传统电 话相媲美。 高可用性( h i g h a v a i l a b l e ) ：v o l p 网络电话与已有1 0 0 年发展历史的p s t n 相比较， 其可用性方面明显不足。目前v o l p 是以负载平衡、路由备份等技术来解决这方面的要 求及问题，但是离h a 还有一段距离。 兼容性：传统电话网是属封闭式架构，但i p 网络则属开放式架构，v o l p 要发展大 规模的应用网络，关键点在于如何在开放架构下，达到各家v o l p 产品或建设的互通与 兼容，同时还要降低各家产品在整合测试及验证上的困难度。目前的解决方法是透过相 关的国际组织不断拟定及修改标准协议来达到不同产品间的兼容性以及i p 电话与传统 电话互通性的问题。 安全性：目前，v o l p 面临的安全威胁主要有四种：拒绝服务( d o s ) 攻击、非法存取、 话费诈欺和窃听。这些安全威胁大多源自v o l p 技术协议本身。另外，v o l p 的实现依赖 于t c p i p 协议栈的运行。所以t c p i p 协议面临的所有安全问题在v o l p 系统中都无 法回避。为此，v o l p 工业界已经组成了v o l p 安全联 盟( v o i p s a ：v o i ps e c u r i t y a l l i a n c e ) 。v o i p s a 主要负责有关v o l p 动态。是一个旨在提高公众对v o l p 安全性和保 密性问题的意识的开放性组织。是目前惟一一个专注于v o l p 安全性研究和教育的组织。 可管理性：大规模的语音业务需要后方管理工具和措施以支撑其商业运作。其服务 内容包括用户管理、认证授权、异地漫游、精确到秒或字节的可靠计费系统、网络管理 和大规模的业务管理、管理安全性、大规模网络配置和监控等都是运营商必须具备的条 件，才能提高网络运营效率。实现这些管理的难点在于骨干网技术基于分组而不是电路。 同时，在网络管理与安全方面的矛盾将日益突出，也是今后需要重点研究的问题【5 】。 1 3 研究内容 1 通过电话语音卡实现p c 与t e l 以及p s t n 的数据及命令交互。通过对语音卡的 控制，为每个电话语音通道建立一个独立的状态控制流程。采用基于模型的反射型智能 体思想把各路电话的逻辑处理时序封装到一个特定的智能体模块中，这样该个体可以在 外界条件的变化中根据约定的状态跳转规则以及对即将进入状态的预测来决定下一个 状态以及相关操作。 2 网关间通信采用基于异步选择模型的分布式网络平台，为整个系统提供一个高效、 稳定的底层支持。该平台实现了所有在线网关的端对端的信息交互。在数据传输时充分 3 第一章绪论 发挥t c p 与r t p r t c p 的协同优势，分别实现网络命令字以及媒体数据流的传输，从 而实现系统的网络传输层框架。 3 网守与各网关节点采用集中式管理模式，网络管理层采用i o c p 模型，应用层采 用数字签名加解密技术进行安全身份验证。 4 在已搭建好的端对端网络传输层基础上仿s i p 应用层协议，根据实际需求构建一 套本文特有的网络应用命令时序及数据规则。 5 在网络应用层基础上实现软交换功能，如：连接控制、路由、网络资源管理、认 证等功能。 6 音频处理技术。其中包括音频数据的采集、编码、解码、播放。 1 4 研究特色 近年来v o l p 虽然已经有很多比较完整的体系架构，形成了一系列传输标准和安全 标准，但是根据不同的应用环境和用户需求，仍然有很灵活的技术发展空间。本文将在 特定的条件下，融合多项网络多媒体及相关技术，最终搭建起一套具有完整功能的v o l p 系统。国内大多企业都是以硬件形式生产相关的v o l p 设备，构架成本较高，并且不利 于系统维护及调整。而我们是通过软件在应用层实现连接控制、路由、网络资源管理、 认证等功能，在现有的p s t n ( 公共交换电话网) 、l a n ( 局域网) 、w a n ( 广域网) 之 间建立起一条企业级的逻辑在线电话语音链路。这样不仅大大降低了设备成本，而且使 整套系统具有良好的可移植性，便于进行系统调整及维护。本文的研究特色在于： 1 分布式v o l p 架构。有效减少网守的路由压力，具有良好的可扩展性、健壮性， 提高数据的传输效率。 2 特有的应用层网络协议。参考s i p 协议，并发展出一套适合于本系统使用的网络 时序及数据规则。 3 以软件为主体的v o l p 工程。使工程成本大大降低，并且具有更高的可移植性。 便于进行系统调整及维护。 4 第二章系统结构设计 2 1 系统功能设计 第二章系统结构设计 “企业级分布式v o l p 系统 由“v o l p 网守 和“v o l p 网关 两部分构成。系统主 要功能如下： 1 v o i p 网守部分 1 ) 系统操作：包括“系统登录 、“启动 、“暂停”、“关闭”网守服务。 2 ) 配置网关用户：提供“添加 、“更新”、“删除 网关用户基本信息的功能。 网关用户基本信息主要包括“网关号码”、“i p 地址”、“备注 及“更新标 识”。 3 ) 认证网关用户：网关用户启动后需要登录到网守进行身份验证。网守需要对 其登录名、i p 地址等信息进行校验，并进行数字签名认证。 4 ) 分发网关配置：在网关成功登录网守后，网守需要检查其更新标识，并根据 需要发送网关配置信息到指定网关。 5 1 网关状态监控：网守要提供对各个网关在线状态的监控。 2 v o l p 网关部分 1 ) 网守i p 地址配置：登录网守之前需要配置网守的i p 地址。 2 ) 内网电话规则配置：配置信息包括“i p 号码位( 长度l 7 ) 、“密码位( 长 度1 7 ) ”。内网电话用户登录本系统需要提供正确的i p 号码及对应密码， 所以根据用户的需要预留密码位，并由用户申请调整。即在独立的网关进行 修改，用户通话过程中不提供密码修改的功能，以简化拨打电话的流程。 3 ) 内网用户信息配置：配置信息包括“i p 电话号码 、“密码”、“内网号码 、 “用户名”、“备注 。网守只负责编辑网关号，由各个网关编辑下属的i p 电 话号码。此处需要进行重复i p 号码校验。 4 1 语音提示文件配置：网关可根据不同需要重新配置网关语音提示文件，并根 据电话语音通道数自动进行更新。 5 ) 登录网守：网关用户启动后需要登录到网守进行身份验证。网守对其登录名、 i p 地址等信息进行校验，并进行数字签名认证。 5 第二章系统结构设计 6 ) 更新网关配置信息表：在网关成功登录网守后，如果是首次登录或网守已更 改了网关配置信息表，则需要重新下载更新。 7 ) 浏览日志文件：可以查看每个i p 电话用户的主叫记录。属性信息包括“主 叫i p 号码”、“被叫网关号码”、“被叫i p 号码”、“开始通话时间”和“结束 通话时间”。 8 1 网关用户状态监控：对各网关节点在线连通状态的监控。属性信息包括“网 关号”、“i p 地址、“备注”、“在线状态 、“套接字”。 9 1 电话通道状态监控：对各电话语音通道状态及相关操作参数的监控。属性信 息包括“通道”、“类型”、“状态”、“录音”、“放音”、“发d t m f 等。 1 0 1 管理电话语音流程：根据电话语音通道数，自动分配电话语音流程控制模块， 分别启动相互独立的电话控制时序。 1 1 1 全连通网络构建：在每一个网关完成网守注册后，自动启动分布式全连通网 络模块，依次完成与其他在线网关的注册。 1 2 ) 语音流控制：在全连通网络基础上对每路语音流进行封装、传输、路由、编 解码等操作。 1 3 ) 退出：如果己启动则发送消息到网守及各注册网关，最终释放相关资源。 通过对以上功能的设计实现，本系统最终将在i p 网络上搭建起一套进行电话语音 转发控制的交互平台【6 】。其物理网络拓扑结构如图2 1 所示： 6 繁二孝系统缝稳设净 图2 - 1 物理网络拓扑结构 f i g 2 1p h y s i c a ln e t w o r kf r a m e w o r k 如图2 1 所示，传统的通信方式是若a 地8 0 1 要呼叫b 地6 0 1 ，则需要通过两地p s t n 进行城际电话交换，属于长途电话通信监务。如果8 0 1 、6 0 1 两电话终端分别是本系统 a 、b 地电话网关下用户，则8 0 1 可以直接登录到本地电话网关p c ，然后拨打目的用户 6 0 1 所对应的i p 电话号码进行呼叫。本系统可以根据路出配置信息判断嚣的终端所属地， 并通过以太网络把相关请求发送到b 地网关p c ，再出b 地网关p c 进行解析并继续转 发相关操作。这样就实现了6 0 1 、8 0 1 终端用户的网内电话通信。因为企业内部电话交 换设备不计通信费用，且在租用的以太网络上进行数据传输费用也十分低廉，因此，此 运营模式在各地企业网内部间通信可以实现“0 ”通话费。而对于呼叫异地企业网外部 7 第二章系统结构设计 用户只需要花费本地通信费用。 综上所述，本系统将具备以下功能特色： 1 可提供企业内部电话业务； 2 企业内部可实现“0 通话费； 3 企业内部与分支机构所在地的市话网通讯可免除长话费； 4 可实现“等位拨号”； 5 通信安全、可靠。 2 2 系统模块划分 系统总体划分【7 】： 1 v o l p 网守软件 v o i p 网守软件功能模块划分： 1 1 网关属性批量设置模块。 2 ) i o c p 网络管理模块。 3 1 网关配置传输模块。 4 1 数字签名认证模块。 5 ) u i 管理模块。 2 v o l p 网关软件 v o l p 网关软件功能模块划分： 1 ) 网络参数配置模块。 2 ) i p 号码配置模块。 3 ) 内网用户属性批量配最模块。 4 1 电话提示语音文件配置模块。 5 ) 网关配置传输模块。 6 ) 数字签名认证模块。 7 ) 分布式全连通网络平台管理模块。 8 1 电话语音卡管理模块。 9 1 电话语音流程管理模块。 1 0 1 语音采集及播放模块。 1 1 ) 网络语音传输控制模块。 8 第二章系统结构设计 1 2 1u i 管理模块。 1 3 ) 通信日志管理模块。 2 3 音频处理格式的选用 任何一个语音处理系统所要考虑的很重要的一点是数字化语音所占空间的大小。采 样率越高，数据量越大，存储空间占用的也越多，网络压力也就越大【引。 本文所采用的模拟中继电话语音卡可以提供以下三种方法形成数字化语音： l1 a d p c m ( a d a p t i v ed i f f e r e n t i a lp u l s ec o d em o d u l a t i o n ) 。a d p c m 中，存储的不是 语音的采样值，而是这一次采样与上一次采样值间的差值。由于语音信号的变 化很慢，因此存储所需的空间也就相应减少。而且压缩解压缩算法非常简单， 所以是一种低空间消耗，高质量高效率声音获得的好途径。g 7 2 1a d p c m 标准 是一个代码转换系统，以实现6 4k b p sa 律或u 律p c m 速率与3 2k b p s 速率之 间的相互转换。 2 ) al a w p c m ( p u l s ec o d em o d u l a t i o n ) 。p c m 由贝尔实验室开发，并成为公共电 话网数字语音的世界统一标准。语音的采样率为8 k h z ，每个样值采用8 位二 进制编码，输出的数据率为6 4 k b p s 。p c m 包括有a 率和u 率两种，u 率在北 美洲一些国家使用，a 率在世界其它国家和地区使用。本文采用的是适合我国 国情的a 率p c m 编码。 3 1 有损压缩方式。有损压缩会令语音数据产生一定的失真，但可以大大降低网络 传输压力。有损压缩方式支持1 6 k b p s 、8 k b p s 的数据流参数。 综上所述，本文采用的是al a w p c m 编码格式。该格式具有良好的语音质量以及 通用性。另外，本系统可以根据实际的需要把al a w p c m 编码格式更改为a d p c m ， 以便进一步增大音频数据的压缩率，在语音质量没有明显下降的前提下，提高网络传输 效率。 音频采集和播放部分通过模拟中继电话语音卡的a p i 函数来实现，并最终整合成一 个语音采集及播放模块。它提供了套语音处理接口，可以采集从电话输入的音频数据 并保存到指定语音文件中，也为网络处理层预留出网络发送接收控制接口，以提供给各 个网络通信模块进行交互处理【9 l 。 9 第二章系统缝稳设谤 2 。4 网守网络模型的选用 对于服务器的网络管理层开发，w i n s o c k 提供了一些有效的y o 模趟，有助于应用 程序逯过一种“异步 方式，一次对一个或多今套接字上进行的通信加以管理。这些模 型包括： 1 ) s e l e c t ( 选择) 2 ) w s a a s y n c s e l e c t ( 异步选择) 3 w s a e v e n t s e l e c t ( 事件选择) 4 ) o v e r l a p p e di o ( 重叠式i 0 ) 5 ) c o m p l e t i o np o r t ( 完成端e 1 ) 以上五种摸型中，“完戚端墨”模型是最为复杂的一种i o 模型。然而，倘若一个 应用程序同时需要管理为数众多的套接字，那么采用这种模型，往往可以达到最佳的系 统性麓，获得最大的吞睦速度。 v o l p 网守软件是分布式网络的中心节点，将负责各个网关用户的登录验证以及路由 表的配置和投递。由于该软件运算复杂、用户数大，本文最终采用的是i o c p ( 完成端口) 模型作为其底层网络处理模块。i o c p 网络模型的特点是能满足大量套接字的连接请求， 并具有极高的数据处理效率，但如果设计不当，将无法发挥i o c p 模型的性能优势，甚 至影响数据处理的效率及系统的稳定性。在i o c p 多媒体网络服务器所面晒昀大复杂度 设计环境下，本文将就其网络底层开发、结构设计及逻辑模块设计方面对如何提升服务 器效率及稳定性进行深入讨论瑟o l 。 2 。5 网关身份验证技术的选用 本文v o l p 网守软件部分的主要功能之一是为各个网关节点提供身份校验功能，确 保网关节点登录的合法性，并保 歪了路由配置等相关参数的传输安全。这些预操作是各 分布式节点有效地进入安全通信的前提。因此本文对如下加密方式进行简要分析： 1 ) 对称密码术：发送端和接收端使用榴嗣的密钥来加密和解密文本。收发双方需 要在真正建立通信前交换密钥。 优点：高速地进行鸯疆解密。 缺点：需要密钥管理，为了安全地进行信息交互，发送端和接收端需要在实际 通信前，建立一个安全通道来交换密钥。 1 0 第一二章系统结构设计 2 1 非对称密码术：每个用户拥有一个私钥和一个公钥。公钥是公开的，用于加密 数据；私钥用于解密数据。使用公钥，任何人可以加密纯文本，只有一个拥有 私钥的人可以解密这个消息。 优点：不需要建立安全通道来交换密钥。 缺点：不能抵御“中间人攻击”。 3 1 消息摘要：它是一个单向的h a s h 函数过程。把一个变长的数据转化为定长的二 进制序列，该序列称作h a s h 值。一个消息摘要经常被用作验证数据的完整性和 正确性。最常见的单向h a s h 算法是r o d 4 ，m d 5 和s h a 。 4 1 数字签名：它所采用的技术有非对称密码体系( 通常使用的是r s a ) ；消息摘 要标记、验证。数字签名需要一个独立的公众可信的第三方c a ( c e r t i f i c a t i o n a u t h o r i t y 认证机构) 负责颁发证书。一个证书是个可以完全标识一个个体的 数据包。这个证书可以保存不对称公钥。数字签名具有比较完善的认证体系。 综上所述，本文最终采用数字签名技术构建了网守与网关之间的数据认证平台。此 技术具有较高的安全性和可操作性。通过数字签名的应用可以准确地验证来自各网关的 数据，有效地消除了“中间人攻击”【j 。 2 6 网关网络模型的选用 v o i p 网关软件作为分布式网络结构中的逻辑节点需要具有一套独立而完善的网络 模型。它通过全网搜索注册功能来自发构建全连通网络，最终达到所有有效网关节点的 网状互联。该底层互联模型为上层语音交互提供了必要的网络支持平台。网关的这种底 层网状互联是基于企业内v p n ( v i r t u a lp f i v a t en e t w o r k 虚拟专用网络) 环境而构建起来 的。v p n 的核心就是利用公共网络建立虚拟私有网。虚拟专用网络( v p n ) 被定义为通 过一个公用网络( 通常是因特网) 建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公 用网络的安全、稳定的隧道。虚拟专用网是对企业内部网的扩展。虚拟专用网可以帮助 远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公司的内部网建立可信的安全连接，并 保证数据的安全传输。虚拟专用网可用于实现企业网站之间安全通信的虚拟专用线路， 用于经济有效地连接到商业伙伴和用户的安全外联网虚拟专用网。针对不同的用户要 求，v p n 有三种解决方案：远程访问虚拟网( a c c e s sv p n ) 、企业内部虚拟网( i n t r a n e t v p n ) 和企业扩展虚拟网( e x t r a n e tv p n ) ，这三种类型的v p n 分别与传统的远程访问 网络、企业内部的i n t r a n e t 以及企业网和相关合作伙伴的企业网所构成的e x t r a n e t ( 外部 第二牵系统臻稳设诗 扩展) 相对应。本文所要构建的企业级分布式v o l p 系统具有大量的网络连接，其连接 的复杂性及传输数据的多样性使其对网络平台的稳定性及安全性有着更高的要求。企业 级v p n 网络的架设无疑是本系统底层网络传输平台构建的最佳选择【1 2 】。 其网络运行逻辑模型如图2 2 所示。 a 地电话 网关节点 ， ， 集中认涯 管理 网球 。 、 c 地电话 网关节点 | 全连通 、 逻辑链路 j 图2 - 2 逻辑网络拓扑结构 f i g 2 2l o g i c a ln e t w o r kf r a m e w o r k 8 地电话 网关节点 企业可以有选择地选取适当的方案进行网络组建，主要由特定的v p n 路由等专属 硬件来实现，或者飕w i n d o w s2 0 0 3s e r v e r 等软件平台来搭建。本系统为了应对不同的 网络构建形式，对网络开发模型的通用性及效率有很高的要求。由于各个网关节点需要 实现身份验证、全连通网络构建、网络语音交互等功能，其操作的复杂性以及数据的多 样性决定了网关节点需要高效率的网络开发模型作为软件底层支持。本文采用了多项措 施以提高网关的网络处理效率。首先在各网关节点开辟多个通信端口分别负责命令、控 剩、数据等网络流的传输，以避免单个端口聚集大量i o 操作致造成数据的拥塞，这样 有效地实现数据分流。此外网络端口操作选用异步选择模型，其异步处理、消息触发机 制可以进步提高服务器对i o 操作的处理效率，并且具有很高的可扩展性。 异步选择模型( w s a a s y n c s e l e c t ) 可以使应用程序接收以w i n d o w s 消息为基础的 网络事件通知。该模型最早出现于w i n s o c k 的1 1 版本中，具有缀强的兼容性及适应性。 1 2 | ， 、 第- 搴系统缭魏袭谤 在v o l p 网关软件中，采用的是以w i n d o w s 为基础的成用程序，丽且要进行窗口的消息 管理，因此w s a a s y n c s e l e c t 模型是 醚好的选择，因为w s a a s y n c s e l e c t 本是从w i n d o w s 消息模型借鉴来的。若采用这种模型，程序开始便具备了处理消息的能力1 1 3 】。 1 3 第三章详细设诗 3 1 系统支持模块的实现 第三章详细设计 系统支持模块是在系统功能搭建过程中，需要前期准备完成的具有独立功能的模块， 他们为后续复杂的网络时序、流程管理提供了必要的技术支持。这些模块都是由已有的 成熟而独立的技术搭建起来的，所涉及的技术或结构相对复杂，代码量庞大，其中大多 数都是利用成熟的网络开源代码，个别部分需要进行调整以适应本系统的需要。所以相 关技术细节不是本文的研究重点，本文所侧重的是如何将这些技术更有效地进行组装、 重用。系统支持模块主要包含以下四个部分： 1 网守i o c p 网络管理模型。 2 数字签名认证模块。 3 。网络语音传输控制模块。 4 电话语音卡管理模块。 3 。 。 网守lo c p 网络管理模型 网守是分布式网络中心节点，它负责对所有网关进行认证、配置以及监控。由于运 算复杂、用户数大，v o l p 潮守软彳牛最终选取i o c p 作为网络核心管理摸型。i o c p 是最 为复杂的种i o 模型。w i n s o c k2 0 为开发人员提供了一系列的功能函数以实现i o c p ， 因其设计的复杂性，简蕈堆砌这些醢数只是对i o c p 模型的模拟。要充分发挥i o c p 模 型的处理效率，不仅要进行代码级优化，还需要对其系统结构进行优化，以配合上层逻 辑结构的设计达到更好的运行效果。系统结构设计包括网络底层设计，数据处理结构设 计以及i o c p 总体结构设计 1 4 0 1 5 】。 3 。 1 。 l o o p 网络底层管理模块设计 i o c p 网络底层管理模块负责进行数据打包、发送和接收，为上层操作提供了必要 的网络层接口。整个底层撬架的搭建主要由以下操作实现： c r e a t e i o c o m p l e t i o n p o r t ( ) 函数，完成套接字与完成端1 5 1 关联。 p o s t q u e u e d c o m p l e t i o n s t a t u s ( ) 函数，进行异步调用。 1 4 第三章详细设计 g e t q u e u e d c o m p l e t i o n s t a t u s ( ) 函数，用于实现线程的同步。 上述函数通过对底层的t d i ( t r a n s p o r td r i v e ri n t e r f a c e ) 调用，实现在r i n g0 级的套接 字操作仿真。以实现数据到缓存，缓存到网络的快速交换。在此过程中需要注意的是数 据的打包和拆包过程，为了避免大数据包( 1 k b ) 受到m t u ( 最大交互单元) 缓存区限 制( 网络硬件最小的m t u 是5 7 6 字节) ，需要把大包切成若干小于m t u 最小限制的包 进行发送。一般交换数据