（计算机应用技术专业论文）基于软交换技术的voip分析与研究.pdf

摘要 v o i p ，就是指将语音进行抽样量化、编码、压缩成数据包，在基于t c p i p 协议的 l i n t e r n e t 中实时传送多媒体信息。软交换技术正是建立在v o i p 基础之上，它通过把 呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，利用服务器上软件实现包括呼叫选路、管理控 制、连接控制和信令互通等控制功能，因此它很容易能把不同的通信业务，包括语音、 视频、数据，转换到i p 网上，加以管理，实现了传统电信网络与数遣煎信网的融合。 ，) 、一， 同时它还能够实现传统电信网络不能实现的诸多业务。t 。 本文首先在简要介绍v o l p 的概念、基本原理，压缩编码技术和经i p 网络传输实 - - _ 。_ 。_ _ _ 。- _ 。_ - 。一 + 现语音通信的形式、v o i p 网络的基本构成原理，和现存各种标准和协议簇的基础上， _ _ q _ _ - 一 阐述了基于各种协议和标准的v o i p 解决方案、并针对v o i p 应用在不同网络上时存在 互联的问题，提出应用软交换技术构成的v o l p 网络的基本模型，然后详细讨论了作 为构建下一代网络( n g n ) 中核心技术一软交换技术，对软交换技术中关键设备媒体 网关控制( m g c ，即c a l ia g e n t ) 和媒体网关( m g ) 的作用以及运行在两者之间的媒 体网关控制协议( m g c pv 1 o ) 作了较为详细的分析，并就如何透过c p 协议实现信 令和媒体数据的传输和控制作了较详细的分析和研究。 ( 最后，给出了一个基于软交换技术的v o l p 系统模型框架，并以一个最典型的基 于i i i c , c p 协议的语音系统为例，进行了较详细的算法分析和设计，并给出部分重要程 、 序的伪代码。l p 关键词：v o i p 、缸3 2 3 s i p s s 7 蕊面弋商甄谚r 藐矿鬲i 矗f 百西) 。厂 关键词： 、币m g c p l e g c o h 2 4 8 软交换n g 道义p 一 1 _ 一一，- ，+ 一 冈浩泡它： a b s t r a c t v o l pm e a n ss a m p l i n g ，e n c o d i n g ，c o m p r e s s i n g t h ev o i c ew h i c hc o n v e yt h e v o i c eb a s e do ni n t e m e tr e a l - t i m eo n l i n e ，i ta l s oi n c l u d et r a n s f e rm u l t i m e d i a i n f o r m a t i o n s o f t s w i t c ht e c h n o l o g yi s e s t a b l i s h e do nv o l pw h i c hp r o v i d e r e a l 。t i m e ，s i g n a l i n gc o n t r o l l i n ga n di n t e r w o r k i n gc o n t r o l l i n g i ts e p a r a t et h e f u n c t i o no f s i g n a l i n gc o n t r o l l i n gf r o m m e d i ag a t e w a ya n du s i n gt h es o f t w a r e o nt h es e r v e rt or e a l i z et h ef u n c t i o ns u c ha st h ec h o o s i n gc a l lr o u t e 、m a n a g i n g c o n t r o l 、c o n n e c t i n gc o n t r o le t c s oi t i sv e r ye a s yt oc o n v e yc o m m u n i c a t i o n o p e r a t i o n ( i n c l u d ev o i c e ，v i d e o ，d a t a ) t o i pn e t w o r k i ti n t e g r a t et h et r a d i t i o n a l n e t w o r ka n dd a t ac o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，s i m u l t a n e o u s l y i tc a na l s o a c c o m p l i s hm a n yo p e r a t i o nw h i c h t r a d i t i o n a lt e l e c o mc a n tf i n i s h i nt h i sp a p e rw ef i r s ti n t r o d u c et h ec o n c e p t i o n ，t h e o r y , t e c h n o l o g yo f c o m p r e s s a n de n c o d i n g ，c o n v e yv o i c et h r o u g ht h en e t w o r ki n f o r m a l ，t h e s o l u t i o no fs c h e m eb a s e do nv a r i o u ss t a n d a r d sa n dp r o t o c o l s ，e x p o u n dt h e s o l u t i o no fs c h e m eb a s e do nv a r i a b l ep r o t o c 0 1 w e p r o p o s e t h ee s s e n t i a l m o d e lw h i c hh o wt ou s i n gt h es o f t w a r ee x c h a n g et e c h n o l o g yb a s e do nv o l e t h e nw ed i s c u s st h ec o r et e c h n o l o g yo ft h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r ki nd e t a i l w eh a v ea l s oa n a l y z et h ef u n c t i o no fm e d i ac a l la g e n t ( m g c ) a n dt h em e d i a g a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o l ( m g c p ) f u r t h e r m o r ew ee x p o u n dh o w t or e a l i z e t r a n s f e r r i n ga n dc o n t r o l l i n gt h es i g n a l i n ga n d m e d i ad a t a f i n a l l y , w ep r o p o s eas y s t e mm o d e lf r a m ea n dg i v e av o i c e s y s t e m w h i c hb a s e do nm g c p p r o t o c o l ，w ep r e s e n t t h e a l g o r i t h m sa n a l y s i s a n d d e s i g n ，s o m ei m p o r t a n ts o u r c ep s e u d o c o d e i sp r o v i d e da sa p p e n d i x k e y w o r d s ： v o l ph 3 2 3s i ps s 7m g c p m e g c o 但2 4 8 s o f t s w i t c hn g n 中南人学坝i 论文 第一章绪言 随着计算机通信的飞速发展，一方面传统的基于电路交换的电信网络已经无法满 足人们对许多数据业务的日益增长的需要，不得不重新构建新的数据通信网：另一方 面，随着数据网的快速发展，人们尝试在基于t c p i p 协议的数据通信网上传输诸如 语音、图像等到多媒体业务，这较之传统的电话网，后者具有成本低、利润高、价格 便宜、易推出新的业务等诸多优势。因此，传统电话网络向i p 数据网络的转换已是 大势所趋【1 1 。 v o i p ，就是适应这一新的发展方向，把传统的p s t n 电话业务转移到i p 网络，利 用i p 网络来完成语音通信的一种新兴的技术。 本章主要包括v o l p 的基本概念、特点、y o i p 的标准和v o i p 的产生和发展。 1 1 传统语音技术 图1 1 给出了传统电话网络p s t n 的组织结构图。它是目前规模最大的电话业务 网络，通过标准的信令控制网络( s s 7 ) ，成为覆盏全球的大型电话网络。这个网络和 i n t e r n e t 互联网有着惊人的相似，它们都采用级联结构，具有易于扩展的特性。 2 1 图1 1 传统i b 话网络p s t n 的坌 l 织结构图 p s t n 传送语音业务具有良好的服务质量( q o s ) 保证和极低的延迟( ( 卜2 ) 毫秒) 1 皇塑叁兰坠! ：堡兰二_ 一 等优点，但也存在如下缺点：i j j 基于电路交换的结构，使得p s t n 电路数量庞大结构复杂，成本高，补充新业 务复杂( s s 7 的应用已使得p s t n 向智能网发展，但硬件的改造仍很复杂) ： 计费复杂，交换机问互通性问题严重： 业务提供商问互联困难。 1 2v o i p 的基本概念 一、v o i p 的定义 v o i p ( v o i c e o v e r i n t e r n e t p r o t o c 0 1 ) ：是目前i n t e r n e t 应用领域的一个热门 话题，它主要指在i n t e r n e t 中实时传送声音，即通常我们说的i p 电话。从广义上讲， 它包括在i n t e r n e t 中实时传送多媒体信息。v o i p 也称为网络电话、i p 电话、i n t e r n e t t e l p h o n e 等等，它是建立在i n t e r n e t 基础上的新型数字化传输技术，是i p 网上通 过t c p i p 协议实现的一种电话应用。这种应用包括p c 对p c 连接、p c 对电话连接、 电话对电话的连接，其业务主要有i n t e r n e t 或i a t r a n e t 上的语音业务、传真业务( 实 时和存储转发) 、w e b 上实现的i v r ( 交互式语音应答) 业务等等，另外还包括e - m a i l 、 实时电话、实时传真等多种通信业务。【4 】 二、v o i p 的特点 由于v o i p 采用了基于统计时分复用的i p 网络为基础进行电话业务传送，并采用 了先进的数字信号处理技术进行语音编码、语音压缩、语音静默检测消除等，比固 定传送速率、固定电路分配的p s t n 网络更具优势，同时运用v o i p 交换信息具有： 符合三网合一发展方向【5 】 从发展的趋势看，数据网中的数据业务量将大大超过电话网中的语音业务量并且 两者有互补的高峰流量时间，因而在一个统一以传输数据业务为主的网络中传输数 据、语音、图像、视频等所有信息是未来网络发展方向。 充分利用网络资源 v o i p 采用了先进的数字信号处理技术，可以将原6 4 k b s 的语音信号压缩成 8 k b s 或更低码速率的数据流，能够在同一条线路上传输比采用模拟技术时更多的呼 日q ，大大提高了效率。并且v o i p 采用的是分组交换技术，可以实现信道的统计复用， 使得网络资源的利用率更好，大大降低运营商的投入成本a 低廉价格的服务 v o i p 的最大优势就是价廉。通过i n t e r n e t 打长途电话的成本仅相当于传统电话 的1 5 ，最多不到5 0 。 尽管如此，v o i p 仍存在通话质量不高和标准较多存在互连互通的问题，这是 由于i n t e r n e t 是为数据通信目的而设计的，只能“尽力而为( b e s te f f o r t ) ”的服 务，其通信方式是通过打包传输方式实现的，当语音包在一个无服务质量保证的网络 中传输时，会产生包到达顺序的错位，从而产生网络抖动，产生语音变形和语音包丢 失。目前，针对多媒体应用提供不同的q o s 保证，研究人员从拓扑控制和数据控制两 个方面已做了大量工作，如i e t f 提出的：综合服务( i n t s e r v ) r s v p ；区分服务 ( d j f f s e r v ) ：多协议标记交换m p l s ；业务流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ) 和基 于约束的寻路。这些工作改善了v o l p 的通话质量，推动v o l p 技术的发展和应用。p l 1 3v o i p 的标准 涉及v o l p 标准的组织有：国际电信联盟标准化部门( i t u - t ) 、欧洲电信标准协 会( e t s i ) 、i n t e r n e t 标准化组( i e t f ) 和多媒体远程会议集团( i m t c ) 等。i t u - t 制 定了h 3 2 3 系列建议。i e t f 制订新了的信令协议会话初始协议( s i p ) 。 目前，v o i p 仍没有一个统一的标准，现在应用的标准主要可分为两大类：h 3 2 3 协议集和s i p 协议。这是当前构筑v o i p 的两大网络体系结构的基础，但随着v o i p 技术的发展，走向融合、统一的网络已成必然。本文后面要讨论的软交换技术就是明 证。 1 3 1h 3 2 3 系列协议 一、概述 h 3 2 3 协议最初并不是为v o l p 提出的协议。h3 2 3 是i t u - t 于1 9 9 6 年提出的基 于包交换网的多媒体网络会议的建议。h 3 2 3 作为一个协议框架提供了系统及组成部 分的描述，语音、视频和图像编码、呼叫方式及呼叫信令规程等，但是无服务质量( q o s ) 保证。1 9 9 8 年h 3 2 3v 2 中增加了补充业务( h 4 5 0 1 3 ) ，系统控制( h 2 2 5 0 ，h 2 4 5 ) 以及安全( h 2 3 5 ) 等内容。h 3 2 3v 3 中又增加了呼叫保持、呼叫暂停和代答、呼叫等 塑叁兰塑! ：堡兰一 待、消息等待、识别服务以及忙时呼叫完成( h 4 5 0 4 、8 ) 等内容【6 | 。h 3 2 3 协议中与 v o i p 相关的协议( 对应于o s i 模型) 主要有： 表示层的音频编码协议：g 7 2 9 g 7 2 3 g 。7 1 1 ，会话层的实时传输控制协议( r t c p ) 和h 2 2 5 0 分组和同步标准，h 2 4 5 系统控制标准，传输层的实时传输协议( r t p ) ， 网络层的资源预整协议( r s v p ) 等。 二、h 3 2 3 的组织结构 如图1 2 所示，h 3 2 3 提供了设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。 它不依赖于网络结构，独立于操作系统和硬件平台，支持多点功能、组播和带宽管理。 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。h 3 2 3 建议的多媒体会议系统中的信息流包括音频、视频、数据和控制信息。 基于h 3 2 3 系列协议的v o i p 系统的基本组件包括：终端、网关、关守、多点控制单 元等。 r_ i l i l i i i i l i i i i i i 幽i 2h 3 2 3 的组织结构 下面介绍一下各个组件的功能： 7 1 终端( t e r m i n a l ) ： h 3 2 3 终端是网络的端点，包括传统的语音电话、i s d n 终端、p c ，也可以是集语 音、数据和图像于一体的多媒体业务终端。它可以提供与其它终端、网关或多点控制 单元问实时双向通信，从而完成两个终端之间的控制、指示、音频、动态视频图像或 数据信息的交换的通信过程。由于不同种类的终端产生的数据源结构是不同的，要在 4 中南人学坝i 。论殳 同一个网络上传输，这就要由网关或者是通过一个适配器进行数据转换，形成统的 i p 数据包。在未来，终端的发展趋势应当是标准和规格统一的，以减少数据转换带 来的开销。 网关( g a t e w a y ) ： 网关负责提供h 3 2 3 网络和其它类型网络的接口，如i s d n 网络、传统电话网络、 g s t n ( g e n e r a l s w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 网络等，它还提供语音编码压缩解 压、回声控制、静音检测、呼叫控制、信令转换、动态路由计算等功能。 网守( g a t e k e e p e r ) ( 或称关守、网闸) ： 网守是一个能够对局域网或广域网的h 3 2 3 终端、网关或一些多点控制单元提供 地址解析、访问控制、身份验证、安全检查、域管理、呼叫控制信令以及呼叫管理等 的h 3 2 3 实体，有时它也具有带宽控制和管理、路由控制和计费等功能。在一个由关 守管理的域内，对所有的呼叫来说，网守不仅提供呼叫控制业务并且起到了中心控制 点的作用，在许多场合下可称之为一个虚拟交换机。 根据业务发展的需要，v o i p 的网守可分为三层，它们分别是二级网守、一级网 守与顶级网守。 多点控制单元( l c u s ) ( m u l t i p o i n tc o n t r o l l e ru n i t s ) ： 它是h 3 2 3 t 1 2 0 的多点控制单元，在两个以上的用户间进行通信时，它负责控 制多用户连接控制、数据与声音混合以及视频数据的切换等。h 3 2 3 会议的多点控制 和管理工作方式通常有三种：集中方式的多点控制和管理、分布式的多点控制和管理 以及混合方式的多点控制和管理。 三、h 3 2 3 的协议集 h 3 2 3 协议集包括以下子协议： 图像编码：h 2 6 1 ，h 2 6 3 ； 语音编码：g 7 l l 、g 7 2 2 、g 7 2 8 、g 7 2 9 、g 7 2 3 ： 数据通信：t 1 2 0 ； 呼叫控制：h 2 2 5 ( 包括信令、注册、媒体同步、分组打包等) ： 系统控制：h 2 4 5 ( 包括打丌或关闭一个呼f i t l 、功能协商等) ： 实时传送协议：r t p 、r t c p 。 语音编码和图像编码： 5 ! 堕叁兰些! ! 堡兰 目前，语音和图像压缩技术发展十分迅速，已经研究- 丌发出很多高效率的压缩编 码技术。如先进的以线性预测压缩编码( c e l p ) 原理为基础的g 7 2 9 、g 7 2 3 ( g 7 2 3 1 ) 语音压缩编码技术。以g 7 2 9 为例f 8 】，它可将经过采样的6 4 k b s 语音以几乎不失真 的质量压缩至8 k b s 。语音压缩编码技术是v o i p 技术的一个重要组成部分。图像编 码方面有i p 网络会议系统采用的h 2 6 1 ( 活动图像编码) 【9 】和h 2 6 3 ( 低速率活动图 像编码) d o 。 由于在分组交换网络中，业务质量不能得到很好保证，因而需要语音和图像的编 码具有一定的灵活性，也就是说编码速率、编码尺度的可变可适应性。在图像编码方 面，h 2 6 3 采取了多种方式使得图像编码的尺度可变( 分层编码、多精度编码) ，即 根据不同的信道质量可以对码流进行调整，以保证所需的业务质量。在语音编码方面， 近年来的研究得出g 7 2 9 中一种很好的算法。g 7 2 9 原来是8 k b s 的语音编码标准， 现在经进一步的研究和实践将其工作范围扩展至6 4 1 1 8 k b s ，语音质量也在此范 围内有一定的变化，但即使是6 4 k b s ，语音质量也还不错，因而很适合在v o i p 系 统中使用。g 7 2 3 1 采用5 3 6 3 k b s 双速率语音编码，其语音质量好。但是处理时 延较大，它是目前已标准化的最低速率的语音编码算法。在目前接入网速度普遍较低 的情况下，g 7 2 3 1 语音编码也大量运用于h 3 2 3 会议系统中【i i 】。 相关的语音技术还包括静音检测技术和回声消除技术。有研究结果表明，人们在 打电话时约有5 0 为聆听对方讲话的静默时间，1 0 为讲话时短暂停顿的静默时间。 静音检测技术可以有效剔除静默信号，从而使语音信号占用的带宽要求进一步降低到 3 5 k b s 左右；回声消除技术利用数字滤波器技术来消除对通话质量影响很大回声干 扰，保证通话质量。这点在时延相对较大的分组网络环境中尤为重要【1 2 】。 实时传送协议： 在i p 网中传输层有两个并列的协议：t c p 和u d p 。t c p 是面向连接的，它提供高 可靠性服务：u d p 是无连接的，它提供高效率的服务。商可靠性的t c p 用于一次传输 要交换大量报文的情况，高效率的u d p 用于一次交换少量的报文或实时性要求较高的 信息。 。 实时传输协议r t p ( 】提供具有实时特征的、端到端的数据传输业务，可以用来传 送声音和活动图像数据，在这项数据传输业务中包含了装载数据的标识符、序列号、 时戳以及传送监视。通常r t p 的协议数据单元是用u d p 分组来承载的。而且为了尽量 主壹叁兰堡! ：笙兰一 减少时延，语音净荷通常都很短。图1 3 表示一个i p 语音分组的结构，图中i p ，u d p 和r t p 的控制头都按最小长度计算。 i! ! 坚! ! 坐! i旦里! 坚! 型! ! i 堕! 坚! 型竺一一_ l 兰生型翌塑竺u m i n 2 0 b y t em i n 8 b y t e m i n 1 2 b y t e1 0 2 0 b y t e 圈1 3 基于r t p 的l p 语音分组 由图1 3 以可看出，这种i p 语音分组的开销很大，约为6 6 8 0 。于是有人 提出了组合r t p 分组的概念，如图1 4 所示。采用这种组合复用方法的确可以大大提 高传输效率，但是目前尚无标准。 h e a d e ru d p h e a d e rr t ph e a d e r i p llllil m i n 2 0 b y t em i n 8 b y t e m i n 1 2 b y t e多个v o i c ep a y l o a d 图i 4 基于组合r t p 的i p 语音分组 r t p 本身没有提供任何确保及时传送的机制，也没有提供任何传输质量保证的机 制，因而业务质量完全由下层网络的质量来决定。同时，r t p 不保证数据包按序号传 送，即使下层网络提供可靠性传送，也不能保证数据包的顺序到达。包含在r t p 中的 序列号就是供接收方重新对数据包排序之用。 与r t p 相配套的另一个协议是r t c p 协议【4 1 。r t c p 是r t p 的控制协议，它用于监 视业务质量并向在进行的会话者传送信息。 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 ( 注册：r e g i s t r a t i o n 、许可：a d m i s s i o n 和状态：s t a t u s ) 信令，h 2 2 5 0 呼叫信令1 1 5 】和h 2 4 5 控制信令【m 。其中r 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， 其信道称作r a s 信道，使用u d p i p ：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【1 7 】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，出网守决定在终 端与网守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道，如果收到被叫终端发送的 c o n n e c t 信息呼叫建立成功；下一步就可以建立h 2 4 5 信道；h 2 4 5 控制信令用柬 传送终端到终端的控制消息，包括主从判别、能力交换、打丌和关闭逻辑信道、模式 参数请求、流控消息和通用命令与指令等， | 2 4 5 控制信令信道建立于两个终端之间， 或是个终端与一个网守之问， 1 2 4 5 控制信道办是基于t c p 的可靠信道。h 3 2 3 的 中南人学顺卜论文 基本信令协议结构如图1 5 所示。 终端，应用控制 音频视频 h 2 4 5h 2 2 5 0 h 2 2 5 0 音频视频 控制呼叫 r a sr t c p 编码 信令信令 信令 信道信道 r t p t c p u d p i p 底层传输技术 删1 5 墨本信令协议 1 3 2 会话初始化协议( s i p ) 一、s i p 的组织结构 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 会话发起协议) 是由i e t f ( i n t e r n e t 工 程任务组) 提出的v o l p 信令协议1 引。正如其名字所隐含的，s i p 用于发起会话，它 能控制多个参与者参加的多媒体会话的建立和终结，并能动态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。 s i p 在设计上充分考虑了对其他协议韵扩展适应性。它支持许多种地址描述和寻 址，包括：用户名 主机地址、被叫号码 p s t n 网关地址和如t e l ：0 2 5 3 4 7 8 8 8 8 这 样普通电话号码的描述等。这样，s i p 主叫按照被口q 地址，就可以识别出被叫是否在 传统电话网上，然后通过一个与传统电话网相连的网关向被叫发起并建立呼叫。s i p 的最强大之处就是用户定位功能。s i p 本身含有向注册服务器注册的功能，也可以利 用其他定位服务器如d n s 、l d a p 等提供的定位服务器来增强其定位功能。 如图1 6 所示s i p 中有客户机和服务器之分。客户机是指为了向服务器发送请 求而与服务器建立连接的应用程序。用户代理( u s e ra g e n t ) 和代理( p r o x y ) 中含 有客户机。服务器是用于向客户机发来的请求提供服务并回送应答的应用程序。共有 4 类基本服务器： + 用户代理服务器( u s e ra g e n ts e r v e r ) ：当接到s i p 请求时联系用户，并代 表用户返回响应。 堕叁兰竺上堡兰一 图1 6s i p 组织结构图 代理服务器( p r o x ys e r v e r ) ：代表其他客户机发起请求，既充当服务器又充 当客户机的媒介程序。它在转发请求之前可能改写原请求消息中的内容。 重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) ：接收s i p 请求，把请求中的原地址映射 成零个或多个新地址，返回给客户机。 注册服务器( r e g i s t r a rs e r v e r ) ：接收客户机的注册请求，完成用户地址的 注册。 用户终端程序往往需要包括用户代理客户机和用户代理服务器。s i p 独立于低层 协议，一般使用u d p 等无连接的协议，而采用自己的应用层可靠性机制来保证消息的 可靠传输。 二、s i p 的消息定义和格式 s i p 的消息定义完全基于文本的格式。分为消息头和消息体，其中中消息头主要 有如下几个字段。 t o ：注册的目的地址。 f r o m ：注册的源地址。如果是第一次注册，则与目的地址相同。 c o n t e n t t y p e ：消息的类型 c o n t e n t l e n g t h ：消息的长度 r e q u e s t u r ：注册请求的目的地址 c a l 卜r d ：所有的来自一个客户机的注册都是用相同的c a l l i d c s e q ：以相同c a l 卜i d 的注册必须拥有递增的c s e q 号。 消息体则包括有关需要交换的媒体的一些信息，如r t p 载体类型，地址和端口，这些 9 ! 查叁兰! 塑! ：兰墨一 包含在r f c 2 3 2 7 中指定的s d p ( s e s s i 。nd e s c r i p t i 。n p r o t 。c 。1 ) 协议中1 19 1 。 三、s i p 呼叫控制的实现方法 s i p 主要用以下六个方法来实现对呼叫的控制【2 0 】。 i n v i t e i n v i t e 方法说明一个用户或业务参加一个会话。消息体部分包含了被叫的信息 说明。对于双方呼叫，主叫需说明他能接受和发送的媒体类型。示例如下： i n v i t ea 一 p r o x yl i n v i t es i p ：u s e r b t h e r e c o i ns i p 2 0 v i a ：s i p 2 o u d ph e r e c o m ：5 0 6 0 f r o m ：b i g g u y t o ：l i t t l e g u y c a l1 - i o ：1 2 3 4 5 6 0 0 h e r e c o i l ) c s e q ：1i n v i t e c o n t a c t ：b i g g u y c o n t e n t t y p e ：a p p l i c a t i o n s d p c o n t e n t l e n g t h ：1 4 7 v = o o = u s e r a2 8 9 0 8 4 4 5 2 6 2 8 9 0 8 4 4 5 2 6i ni p 4h e r e c o m s = s e s s i o ns d p c = i ni p 41 0 0 1 0 1 1 0 2 1 0 3 t = o0 m = a u d i o4 9 1 7 2r t p a v p0 a = r t p m a p ：0p c m u 8 0 0 0 a c k a c k 方法主要用于确认客户端对i n v i t e 方法的请求已经响应。示例如下： a c ks i p ：u s e r b t h e r e c o ms i p 2 0 v i a ：s i p 2 o c d ps s l w c o m c o m ：5 0 6 0 ：b r a n c h = 2 d 4 7 9 0 1 v i a ：s i p 2 o u d ph e r e c o m ：5 0 6 0 r o u t e ： “ 塑叁兰! ! ! ：堡墨一 f r o m ：b i g g u y t o ：l i t t l e g u y ：t a g = 3 1 4 1 5 9 c a ll i d ：1 2 3 4 5 6 0 l h e r e c o m c s e q ：1a c k c o n t e n t l e n g t h ：0 b y e 客户机用b y e 方法向服务器发消息来结束该呼叫。示例如下 b y es i p ：u s e r a h e r e c o ms i p 2 0 v i a ：s i p l 2 o u d pt h e r e c o m ：5 0 6 0 r o u t e ： f r o m ：l i t t l e g u y ：t a g = 3 1 4 1 5 9 t o ：b i g g u y c a l l - i o ：1 2 3 4 5 6 0 1 骱e r e c o m c s e q ：1b y e c o n t e n t l e n g t h ：0 c a n c e l c a n c e l 方法用于取消一个挂起的呼叫。示例如下： c a n c e ls i p ：u s e r b t h e r e c o ms i p 2 0 v i a ：s i p 2 o u d ph e r e c o m ：5 0 6 0 f r o m ：b i g g u y t o ：l i t t l e g u y c a ll i d ：1 2 3 4 5 6 0 0 h e r e 。c o m c s e q ：lc a n c e l c o n t e n t l e n g t h ：0 r e g i s t e r 用于向定位服务器注册客户机的相关信息。 o p t i o n s 用于查询服务器的相关信息和功能。 状态码的定义： ! 塑叁兰堡! ：堡二一 s i p 主要定义了如下的五种类型的响应状念。 i x x ：信息。表示请求已经收到，可以继续处理请求。 2 x x ：正确。表示呼叫已经正确的被接受和处理。 3 x x ：重定向。表示该呼叫需被重定向处理。 4 x x ：客户机错误。表示该消息存在表达错误，不能被服务器处理。 5 x x ：服务器错误。表示服务器不能处理该消息。 1 4s i p 与h 3 2 3 的分析比较 h 3 2 3 和s i p 设计之初都是作为多媒体通信的应用层控制( 信令) 协议，目前一 般用于i p 电话。它们能实现的信令功能基本相同，也都利用r t p 作为媒体传输的协 议。但两者的设计风格截然不同，这是由于其推出的两大阵营( 电信领域与i n t e r n e t 领域) 都想沿袭自己的传统。h 3 2 3 是由国际电联提出来的，它企图把i p 电话当作 是众所周知的传统电话，只是传输方式由线路交换变成了分组交换，就如同模拟传输 变成数字传输、同轴电缆传输变成了光纤传输。而s i p 侧重于将i p 电话作为i n t e r n e t 上的一个应用，较其他应用( 如f t p ，e - m a i l 等) 增加了信令和o o s 的要求。h 3 2 3 推出较早，协议发展得比较成熟；由于其采用的是传统的实现电话信令的模式，便于 与现有的电话网互通，但相对复杂得多。s i p 借鉴了其他i n t e r n e t 标准和协议的设 计思想，有其突出的优点。 1 ) 它是基于文本的协议。而h 3 2 3 采用基于a s n 1 和压缩编码规则的二进制方 法表示其消息，因此，s i p 对以文本形式表示的消息的词法和语法分析就比较简单。 2 ) s i p 会话请求过程和媒体协商过程等是一起进行的，因此呼叫建立时间短， 而在h 3 2 3 中呼叫建立过程和进行媒体参数等协商的信令控制过程是分开进行的。 3 ) h 3 2 3 为实现补充业务定义了专门的协议，如h 4 5 0 1 、h 4 5 0 2 和h 4 5 0 3 等，而s i p 只要充分利用已定义的头域，必要时对头域进行简单扩展就能很方便地支 持补充业务或智能业务。 4 ) h 3 2 3 进行集中、层次式控制，这种控制模式与电信的管理模式是匹配的， 较易实现与电信网络和融合。但是当用于控制大型会议电话时，h 3 2 3 中执行会议控 制功能的多点控制单元很可能成为瓶颈。而s i p 类似于其他的i n t e r n e t 协议，设计 中南人学坝i j 论文 上就为分布式的呼叫模型服务的，具有分布式的组播功能。 但是值得注意的是s i p 要求它的终端是智能的，而h 3 2 3 由于其提供的是一种 集中处理和管理的工作模式，功能不可能分配到边缘，正好符合电话是无智能的这一 特点，因而目前电信网中使用的i p 电话几乎都采用基于h 3 2 3 的i p 电话工作模式。 与此同时，现在的h 3 2 3 以及对于该协议的相关发展，多级多域i p 电话体系结构和 多层非广播方式地址解析机理的研究，使其具有做任意规模的i p 电话系统的能力川。 1 5v o l p 的的发展 从7 0 年代初期以来，公用电话网的语音通信技术没有发生根本的变化。这种技 术的主要特征是：采用面向连接的基于6 4 k b s 信道的电路交换，通过信令来控制连 接，传输上使用同步传输方式( s t m ) 。这种方式的主要优点是业务质量( q o s ) 有保 障：控制相对简单。但随着通信业务需求的变化和技术进步，其不足之处日渐突出起 来，如呼叫建立需要时间并占用资源；每个连接的带宽固定，不能适应非6 4 k b s 速 度和可变速度的业务需求；在对话静音期间也占资源，浪费带宽。另外，6 4 k b s p c m 语音编码技术已经明显落后，占用了过多的资源。与此同时，分组数据网络在网络经 济性和业务质量控制方面取得了巨大的进步和发展。通过i p 、a t m 和帧中继等分组数 据网进行通信，已经成为企业和公共网络规划者的首选策略。由世界网络业务的数据 化趋势可以预见，数据业务流量将很快超过电话业务流量。出于分组交换具有很多优 点，例如，采用统计复用，资源利用率高、带宽灵活可变，用户可同时进行多个通信 等，使语音业务逐渐和数据业务综合在一起，在分组网上进行传送，这就是语音的分 组化趋势。 到目前为止，i p 电话的发展经历了如下四个阶段： ( 1 ) p c p c ：最初i p 电话的应用研究是基于i n t e r n e t 网上p c 到p c 的通话。主 要采用语音压缩、打包传送的方案，解决了通过i n t e r n e t 的p c 机之间的实时数据传 送问题。但是这种通信应用和公用电话通信有很大的差异，并且限定在i n t e r n e t 网 内，所以有很大的局限性。 ( 2 ) p c 呼叫盒电话：采用在普通电话机端加装i p 电话呼叫盒的方式。通话 时，首先利用公用电话网连通到对端的呼叫盒，在获得到对端的经i n t e r n e t 所需的 ! 塑墨鲎堡! ! 堡i _ 一 地址等信息后，呼叫盒自动拆线。然后再经i n t e r n e t 完成两端呼叫盒的连接，至此， 通话双方开始通话。此种方式虽然说完成了电话到电话的通信，但由于没有标准t 通 话双方需要用同一个厂家的产品，这样，用户既要增加终端的投资，又受到了不同型 号呼叫盒的限制。并且，每次通话仍然需要占用电话网 ( 3 ) 电话电话：市场的驱动使得i p 电话发展到采用i p 电话网关实现p s t n 和 i n t e r n e t 的互通，进而实现电话到电话、p c 机到电话的实时通信。 ( 4 ) 目前，以软交换为核心技术的，承载多种业务的统一的下一代网络的研究，风 头正劲。如德国电信1 9 9 7 年开始国内电话网络优化工作。正在积极进行技术准备， 目前正在准备技术投标、实验室设备测试等计划，计划在2 0 0 2 年内在国际网络进行 软交换的试验，放置一台软交换机和4 个媒体网关来开展i p 网络提供话音业务。呼 叫中心业务和v p n 业务的试验。英国电信( b t ) 话音网络在长途网层面进行网络优化， 1 9 9 8 年开始将原有的近2 0 0 个长途汇接交换机优化为6 7 个大容量的基于a t m 的交 换机n g s ，n g s 处理能力达5 m b i t s ，具有1 5 5 m b i t s 中继接口和2 5 6 k 个交换模块。 在本地网层面，准备开展有关软交换的试验，计划利用5 年的时间替换6 5 的t d m 交换机。软交换的本地试验拟选择5 个节点，2 个或3 个设备供应商参与试验。一些 北美运营商正在积极开展利用软交换提供话音业务的试验，有些运营商已经- 丌始提供 商用业务，例如，用g l o b a l c r o s s i n g 采用软交换提供全球的v o i p 业务，a t & t _ 丌展 开放业务平台的试验等 2 2 1 。 总之，现在，v o l p 受到了广泛关注，大量产品投入市场，新的技术和标准层出 不穷。并且也有了大容量的v o l p 业务应用。如1 9 9 7 年秋天，美国丹佛的o w e s t 通信 公司以每分钟7 5 美分的价格向用户提供的基于v o l p 技术的长途电话业务。国内的 大规模i p 电话业务目前正在逐步开展，主要的业务提供商有中国电信、中国联通、 中国吉通和中国网通四家公司。 1 6本文研究的主要内容 v o l p 就是把传统的p s t n 电话业务转移到i p 网络，利用i p 网络来完成语音通信 的一种新兴的技术。作为- - 1 3 新兴的技术总存在许多方面的问题，诸如，如何来保 证语音传输的服务( q o s ) ，如何实现众多标准的统一，实现不同标准产品的设备互通 ! ! 叁兰竺! ：丝苎 互连等。为了实现这一目标，i e t f 工作组和i t u 组织做了许多卓有成效的工作，因 而使得v o i p 发展迅速，新标准、新技术e i 新月异，成为目前国际上最有热门的技术 之一。 本文旨在阐明v o i p 的基本原理，分析各标准和协议存在的