（信息与通信工程专业论文）基于h323有无线集成平台关键技术研究.pdf

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 摘要 现代指挥中心，汇集了各种通信手段，包括卫星、i p 、常规有线电话以及多 种无线电台，但这些装备往往独立使用，无法满足多种指挥模式的需求，大大影 响了指挥效能的发挥。为此构建一个能够整合多种通信资源的平台，集成多种通 信手段于指挥中心，显著提高指挥效能。 本文针对上述问题，利用v o l p 技术，采用h 3 2 3 协议，提出一个有无线集成 平台的解决方案。在此平台下，能够集成多种通信手段，使得各种通信手段之间 相互通信，达到融合通信以提高指挥效能的目的。 本文首先对v o l p 构架进行分析，在此基础上对基于h 3 2 3 有无线集成平台的 结构进行了分析与设计。然后分析集成电话和电台的有无线集成平台中的关键技 术，在v c 环境下用m f c 库和o p e n h 3 2 3 协议栈实现平台中t r t 、t r m c u 、t r g k 等基 本通信单元；然后实现平台实际需求中控制管理功能，包括扩展终端功能，规定 控制消息作为对h 3 2 3 协议的扩充和完善，增加t r g k 权限管理功能；最后对t r m c u 中的混音算法进行改进并对改进算法进行评估。 主题词：v o l ph 3 2 3 协议有无线集成 第i 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ec o m m a n dc e n t e r , t h e r ea r em a n yk i n d so fc o m m u n i c a t i o nm e a n s ，i n c l u d i n g s a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o n ，i pp h o n e ，o r d i n a r yp h o n ea n dv a r i o u sw i r e l e s sr a d i o b u t u s u a l l yt h e s ec o m m u n i c a t i o nm e a n sa r eu s e di n d e p e n d e n t l y t h a tc a n tm e e tt h en e e do f m u l t i p l ep a t t e r nc o m m a n d ，a n dr e d u c et h ee f f i c i e n c yo fc o m m a n d i n g t l l i sp a p e rd e s i g n sap l a t f o r mw h i c hc o u l da s s e m b l eal o to fc o m m u n i c a t i o n r e s o u r c ea n di n t e g r a t et h e s ec o m m u n i c a t i o nm e a n s t 1 1 i sp a p e ra d o p t st h et e c h n o l o g yo f v o i pa n du s eh 3 2 3p r o t o c o lf o rt h a tp r o b l e m ，p u t sf o r w a r da p r o j e c to fat e l e p h o n ea n d r a d i op l a t f o r mt oi m p r o v et h ee f f i c i e n e yo fc o m m a n d i n g f i r s t l y , t h i sp a p e ra n a l y s e st h ef r a m eo fv o l pa n dd e s i g nt h et e l e p h o n ea n dr a d i o i n t e g r a t e dp l a t f o r mb a s e do nh 3 2 3a n da n a l y s e st h ek e yt e c h n o l o g i e s t h e nt h i sp a p e r d e s i g n st h ee l e m e n t a r yc o m m u n i c a t i n gu n i t si n c l u d i n gt r t , t i t m c u ，t r g kb yv c a n da c h i e v e st h ec o n t r o lf u n c t i o n si n c l u d i n ge x t e n d i n gf u n c t i o n so ft r t , c o n t r o lo f t 之m c u ，a u t h o r i t ym a n a g e m e n to ft r g k f i n a l l y , t h i sp a p e ri m p r o v e st h em e t h o do f m i x i n ga u d i o i nt r m c ua n de v a l u a t e si t k e yw o r d s ：v o l p h 3 2 3p r o t o c o l t e l e p h o n ea n dr a d i oi n t e g r a t i o n 第i i 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 表目录 表4 1t r m c u 主要类分类表3l 第1 h 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 图1 1 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图3 1 图3 2 图3 3 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图4 1 3 图4 1 4 图4 1 5 图4 1 6 图5 1 图目录 有无线集成平台整合资源示意图2 v o l p 语音通信原理图7 h 3 2 3 的框架图。8 网守搜寻流程1 0 端点登记流程l o 端点注销流程1 l 软交换网络与h 3 2 3 网互通示意图1 2 基于h 3 2 3 的v o l p 典型构架图1 4 有无线集成平台结构图。1 6 最小化有无线集成平台组成图1 7 有无线集成平台关键技术分析图2 0 o p e n h 3 2 3 协议栈类之间关系图。2 3 t r t 工作流程图2 5 t r t 设置音频设备2 7 t r t 呼叫界面截图2 8 t r m c u 内部连接示意图3 0 t r m c u 连接内部缓冲区示意图3 0 t r m c u 主要类之间关系图3 2 t 蹦c u 工作流程图3 3 t 蹦c u 会议管理中添加成员流程图3 4 n 洲c u 会议管理中删除成员流程图3 5 t 砌订c u 工作截图3 6 t r g k 工作截图3 8 邀请成员加入会议控制流程3 9 删除指定会议终端控制流程4 0 结束指定会议控制流程4 l t r g k 权限管理流程图4 2 分布式有无线集成平台框图4 9 第1 v 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我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的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 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谢意。 学位论文题目：基王旦：3 2 直歪堡篡盛圣鱼苤筵遮苤盈窥 学位论文作者签名： 塑雌日期：，罗年。t 月b 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，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。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文作者签名： 作者指导教师签名： 日期：少口7 年，f 月 r 日 日期：矽年，1 月，弓日 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第一章绪论弟一早瑁下匕 1 1 课题研究背景 在目前的指挥系统中，存在多种通信手段，包括卫星通讯、i p 通信、常规有 线电话，还有各种常规、集群、短波、超短波等方式的电台通信，而指挥中心是 指挥系统的通信枢纽，各种通信装备都同时存在，但是这些通信手段在实际中往 往是独立使用的，它们之间通常不相互通信。而在当今社会上各种效率日益提高 的情况下，客观也要求指挥中心也能做到快速、机动反应，这要求我们必须进一 步提高指挥效能，而且随着指挥中心的功能扩展，指挥中心也进一步划分为更多 等级，在特殊情况下还会出现多级指挥和越级指挥的情况。现有的指挥通信通常 都是采用多种手段反复切换使用，相对繁琐，不利于指挥效能的发挥。比如指挥 中心在呼叫执勤人员时，必须通过集群电台呼叫配备有电台的执勤人员，这样他 们才能进行通信，而在需要与其他指挥中心或者与其他人员进行有线通信的同时， 又要换成有线电话，这样使得指挥人员在有线和无线之间来回切换大大影响了指 挥效能的发挥。这种通信方式如果仅在简单模式的指挥中心还可以使用，但是随 着指挥模式的改变，在应对多级指挥和越级指挥时就显得极为不便。为此要调整 目前指挥中心的通信方式，应对指挥模式的改变，增加对多级指挥和越级指挥的 应变能力。 v o i p ( v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 是在i n t e m e t 和口的数据网上传送话音业务的 技术。v o i p 技术的提出已经有十余年的，但初期由于软硬件以及网络带宽的限制， 其通话质量存在种种缺陷而导致v o i p 电话没有大范围地兴起。当时传统的基于电 路交换机制的p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ，公共交换电话网) 仍然占 据通信领域主要地位，然而随着人们对于通信手段多样化的需求不断增加，传统 的电信网的弱点就体现出来，它只是在语音通话方面质量相对较好，在多媒体通 信方面却难以满足。v o l p 提出的初衷恰恰是为用户提供语音、视频和本文等多媒 体通信手段，近年来网络带宽的逐步增加，软硬件水平的进一步提高，v o i p 得到 了飞速的发展，其关注程度也是越来越高1 。目前v o l p 已经吸引了大量通信领域 人士的关注，很多国外的通信厂商都已经转向了v o l p 市场。吸引他们眼球的是v o l p 的一个突出特点价格低。造成价格低的根本原因在于v o l p 所采用的技术，v o l p 所用的传输媒介就是网络，而网络的大范围普及使得v o l p 如鱼得水，网络费用的 逐步降低使得v o l p 在与传统电信网的价格战中必然胜出乜】。 从根本上讲，v o l p 能提供多样的多媒体通信方式，j 下式i p 技术的包容性、开 放性、共享性。它使得基础网络与应用业务同趋分离，v o l p 采用的是软交换方式， 第1 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 它的控制功能完全由软件实现；而传统的电信网则是主要靠硬件电路实现，这难 以和软件的灵活性相媲美。在多媒体通信上，v o l p 可以结合丰富的软件资源利用 i p 网络集成语音、视频和文本等多种通信手段，将各种通信业务的数据转为数字 信号，进行打包分组统一集成到p b n ( p a c k e tb a s e dn e t w o r k ，基于包分组的网络1 中，具有很高的集成性；同时能够将数据进行有效压缩再到i p 网络上传输，带宽 利用率很高口1 。而传统的电信网则不能有效地结合软件资源，同时对带宽要求很严 格，并且无法采用先进的压缩格式提高带宽利用率，因此带宽利用率比前者差很 多。 针对指挥中心问题我们可以采用v o i p 技术，利用其开放性、共享性、包容性 以及可以集成多种媒体通信的特性搭建一个框架，利用此框架构建一个有无线集 成平台，将各种有线通信资源和无线通信资源都集成到本平台下，同时在平台上 建立集成终端，集成终端将所有的有无线资源整合到一起并实施控制，指挥中心 可以通过使用集成终端调用有无线通信资源，实现“融合通信”，可以显著地提 高指挥效能。 集成终端 接入终端 集成终端l 卫星终端 集成终端2 电话终端 集成终端3 | 卜 有无线集成平台 1卜 手机终端l 电台终端 集成终端n 图1 1 有无线集成平台整合资源示意图 有无线集成平台对资源整合方式如图1 1 所示，其中接入终端表示各种有无 线通信资源终端，包括卫星、电话、传真、手机、电台等多种通信终端，它们接 入到有无线集成平台上，本平台对通信资源进行整合，将通信资源交由集成终端 进行控制，集成终端控制这些整合资源可以根据需要适时与其中任何一种或者几 种资源通信，比如可以同时与卫星和电话通信，也可以将手机、电话、电台三者 结合到一起进行会议通信等。这样指挥中心通过集成终端就可以调度所有的有无 线通信资源，使得指挥效能得以提高。 1 2v o i p 国内外发展现状 现在v o l p ( v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 已是一个全球性的热门技术，大量的 第2 页 国防科学技术大学研究生院硕十学位论文 v o l p 成果涌现出来，如s k y p e 网络电话软件风靡全球，语音质量己达到堪比固定 电话的标准“1 。即时通信软件例如，腾讯q q 、微软m s n 、o h p h o n e 等都很出色地 完成音视频和文本通信的任务。v 0 口的市场前景更是可观，根据资料显示，v o i p 企业级市场未来五年的增长率将达到4 8 。从国外来看，v o m 技术的优势获得充 分体现，荷兰v o i p 用户数量达到1 3 0 万占市场份额的3 0 ，独立运营v o i p 服务 提供商v o n a g eh o l d i n g s 集团在2 0 0 8 年前三个月中，在2 2 5 亿美元的销售额基础 上，利润达到8 0 0 万美元。国内的v o i p 市场也很好，截止到2 0 0 8 年第一季度末， 中国市场即时消息用户数量达到了3 9 0 亿，比2 0 0 7 年第四季度增长了1 5 ，比 2 0 0 7 年同期增长了5 4 。据高科技咨询机构i n - s a t 预测0 9 年全球v o l p 用户将 达到5 5 0 0 万晦1 。 目前可以支持v o l p 业务开展的主要实现形式有两种：即基于h 3 2 3 协议的i p 电话网络和基于会话初始协议( s i p 协议) 的i p 网络。目前囡内已有的v o l p 技术虽 然有各种各样的实现方式，但都采用t c p i p 协议作为传输层协议，而且依据的通 信协议基本是一致的，如h 3 2 3 协议、h 2 4 8 d g c p 协议、s i p 涛议等哺1 。h 3 2 3 协 议是i t u - t 标准，是在g o l p 网络中被用得最广泛的一种协议，那些由深厚传统电 话业背景的网络运营商以及设备制造厂家对其给予有力的支持。它最初用于局域 网( l a n ) 上的多媒体会议，后来扩展至覆盖v o l p 。由h 3 2 3 构架的v o l p 功能完善， 结构是秉承了i t u t 的方式，可以做成电信级大网络，有关基于h 3 2 3 的v o i p 系 统构架将在后续章节介绍，这里暂不做详细介绍订1 。 尽管v o l p 有许多的优点，但它毕竟是一个新生的事物，还处于发展状态，目 前v o l p 的发展还存在许多问题。 ( 1 ) 服务质量 由于i p 电话是在因特网技术的基础上发展起来的，是一种无连接的技术，因 特网的数据传送遵循的是一种“尽力而为的原则，就是尽量将每个分组都传送 到目的地，每个传送的分组根据当时的网络状况独立的选择路由。由于i n t e r n e t 是一个公众的信息网络，用户众多，不能保证足够的带宽用来传送数据报，每个 分组在到达目的地时会有不同的时延。对于语音和视频这些对时效有着很高要求 的实时业务，就无法保证业务的服务质量。 ( 2 ) 安全问题 因特网是一个开放的网络，虽然它为广大的用户提供了很大的灵活性，同时 也带来了很大的安全问题，i p 电话面临着同样的问题。目日每i p 电话作为主要业 务的新型电信运营商为保证网络的安全，不得不使用专网传输i p 电话业务，或在 与国际因特网的接口中采取背对背的传输方式以保证安全性。但是这也同时抵消 了i p 电话本身具有的价格低廉的优势。i p 电话网络必须发展自身的安全措施，以 第3 页 国防科学技术大学硼f 究生院硕十学位论文 适应开放商业f f ：l 信业务的需要。 ( 3 ) 不同厂家设备之间的互通问题 目前i p 电话业务主要遵循的h 3 2 3 标准定义了终端、网关、网守及多点控制 单元等，与i p 电话业务相关的协议功能主要有系统控制、分组与同步、音频编解 码器标准等。但是由于1 - 1 3 2 3 标准是针对开展视频会议而制定的，因此有很多内 容与i p 电话无关。特别是涉及到网关与网守之间，网关与网关之间的通信标准等 只是确定了基本的框架，许多细节并没有定义。这使得即使是宣称遵循相同国际 标准的各厂家的i p 电话设备之间也不能完全兼容，大大影响了同一】：p 电话网中 多厂家产品并存情况下的使用。 ( 4 ) 不同运营商之间的连接问题 目前不同运营商之间所拥有的i p 电话系统由不同设备制造商提供的网关、路 由设备及计费系统组成，而且在建设i p 电话网络时，也大多没有考虑与其他运营 商的网络互通问题，因此在实现不同运营商之间业务互通时会遇到许多技术问题。 ( 5 ) i p 电话与传统电话业务之间的竞争问题 i p 电话对人们最具有吸引力的地方在于：长途话费大幅度下降，加之i p 电话 业务发展不可避免的分流了长途电话话务量，使得经营长途电话的运营尚的经济 效益减少很多。传统的运营商将通过进一步降低资费，影响国家通信政策等手段 来与i p 电话竞争。从长远看，电信网从传统的窄带电路交换网，演进到以i p 为 基础的综合业务网，是电信发展的方向。传统语音业务将逐步转移到以i p 技术为 核心的综合业务上来，这是一个较长的过程陋1 。可见，完善v o i p 还有许多工作要 做。 1 3 章节安排 本论文内容安排如下： 第一章，绪论。简要说明课题研究背景、v o l p 发展现状、本文章节安排以及 本文的主要工作。 第二章，h 3 2 3 与v o l p 。首先说明v o i p 系统通信原理、h 3 2 3 协议在v o i p 中 的地位和h 3 2 3 主要信令协议，然后介绍软交换网络以及基于h 3 2 3 的v o l p 系统 构架。 第三章，基于h 3 2 3 有无线集成平台结构。对基于h 3 2 3 有无线集成平台的 用途、目的和意义进行说明，分析集成有线电话和无线电台平台实现的思路，再 针对本平台进行结构化分析，对平台结合实际进行扩展功能做出说明，最后分析 设计有无线集成平台所需关键技术。 第四章，基于h 3 2 3 有无线集成平台关键技术的研究。首先介绍o p e n h 3 2 3 第4 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 协议栈，针对有无线集成平台关键技术，首先对本平台中基本功能单元进行设计 及实现，包括n 汀、t r m c u 和t r g k ，然后对电话电台集成平台在实际中所需的 控制管理部分进行设计，包括终端功能扩展、控制消息的添加以及权限管理功能 的实现。首先对t r m c u 混音进行说明，然后介绍常见的混音算法并分析其中不 足，再提出改进的动态因子组法并对算法进行评估。 第五章，结束语。总结本文设计的主要内容，针对如何完善平台提出下一步 工作，对前景展望做了一定阐述，指明了研究方向。 1 4 研究内容和主要工作 本课题旨在利用h 3 2 3 技术，将有线和无线的一些通信手段集成到一起，统 一在v 0 i p 的框架下。课题自2 0 0 7 年1 1 月提出来构建一个有无线集成平台一直到 2 0 0 8 年7 月。在这段时间里，作者完成的主要工作如下： ( 1 ) 翻阅了大量关于软交换系统关键技术资料，阅读并分析了大量关于v o 口 和h 3 2 3 协议的相关资料和应用技术文档。 ( 2 ) 分析o p e n h 3 2 3 协议栈，熟悉o p e n h 3 2 3 对h 3 2 3 协议实现的原理并结合 说明文档深入了解工作方式。 ( 3 ) 分析基于h 3 2 3 的v 0 m 系统工作原理以及软交换的特点，设计基于h 3 2 3 的有无线集成平台的解决方案，就如何实现本平台进行分析并结合实际指出需要 在原有框架中扩展的部分。 ( 4 ) 用v c 借助于m f c 库和o p e n h 3 2 3 协议栈开发有无线集成平台的基本功 能单元：t r t ( 有无线终端) 、t r m c u ( 有无线多点控制单元) 和t r g k ( 有无线 网守) 。 ( 5 ) 为了满足平台实际需求增加新的控制消息，对这些控制消息作为对h 3 2 3 协议的补充和完善。 ( 6 ) 对t r m c u 中混音算法采用动态因子组法进行改进。 ( 7 ) 构建完成平台大体框架，对平台结构进行软件方面的测试。 1 5 本章小结 本章首先介绍课题研究背景，然后介绍v o i p 国内外发展现状，对本文的章节 安排进行说明，最后说明了本人课题研究内容和主要工作。 第5 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第二章h 3 2 3 与v o ip 2 1v o i p 系统通信原理 为了在一个i p 网络上传输语音信号，要求几个元素和功能。最简单形式的网 络由两个或者多个具有v o i p 功能的设备组成，这些设备通过一个i p 网络连接阳。 可以简单地将v o i p 的传输过程分为下列几个阶段： ( 1 ) 语音信号一数据 语音信号是模拟波形，通过口方式来传输语音，不管是实时应用业务还是非 实时应用业务，首先都要对语音信号进行模拟数据转换，也就是对模拟信号进行8 位或者1 6 位的量化。然后送入到缓冲存储区中，缓冲期的大小可以根据延迟和编 码的要求选择。许多低比特率的编码器是采用以帧为单位进行编码。典型的帧时 长为1 0 - 3 0 m s 。数字化可以使用各种语音编码方案来实现。目前采用的语音编码 标注主要有i t u tg 7 1 1 、c l 7 2 9 等。目的地的语音编码必须采用与源地相同的算 法才能正确解码，这样目的地的语音设备才可以还原模拟语音信号。 ( 2 ) 数据婵包 一旦语音信号进行数字编码，下一步就是对语音包以特定的帧时长进行压缩 编码。大部分的编码器都有特定的帧时长，若一个编码器使用1 5 m s 的帧，则6 0 m s 的语音数据分为4 帧，并按顺序进行编码。每帧含有1 2 0 个语音样点( 采样率是 8 k h z ) 。编码后，将4 个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处 理器为语音添加包头、时间戳和其他信息，最后以r t p 流的形式通过网络传送到 另一端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接( 一条线路) ，并在端点之 间传输编码的语音。i p 网络不像电路交换网络，它不形成连接，它要求把数据放 在可变长的数据报或者分组中，然后给每个数据报附带寻址和控制信息，并通过 网络发送，一站一站地转发到目的地。 ( 3 ) i p 包传送 在这个通道中，全部网络被看成一个从输入端接收语音包，然后在一定时间t 内将其传送到网络输出端。t 可以在某范围内变化，反映了网络传输中的抖动延时。 网络传输中间节点检查每个i p 数据附带的寻址信息，并使用这个信息把该数据报 转发到目的地路径上的下一站。网络链路可以是支持i p 数据流的任何拓扑结构或 访问方法。 ( 4 ) i p 包一数据 目的地v o i p 设备接收这个i p 数据并丌始处理。网络级提供一个可变长度的缓 冲器，用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包，用户可以选择缓 第6 页 国防科学技术大学研究生院硕十学位论文 冲器的大小。小的缓冲器产生虽然延迟较小，但不能调节大的抖动。其次，解码 器对已经编码的语音包进行解压缩操作，解压后产生新的语音包，这个模块也可 以按帧进行操作，完全和解码器的长度相同。若帧长度为15 m s ，是6 0 m s 的语音 包被分成4 帧，然后它们被解码还原成6 0 m s 的语音数据流送入解码缓冲器。在数 据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保留原始的原数据，然后把这个原数 据提供给解码器。 ( 5 ) 数据一模拟语音 播放驱动器将缓冲器中的语音样点( 4 8 0 个) 取出送入声卡，通过扬声器按预 定的频率( 例如8 k h z ) 播出。简而言之，语音信号在i p 网络上的传送要经过从 模拟信号到数字信号的转换、数字语音封装成i p 分组、i p 分组通过网络的传送、 i p 分组的解包和数字语音还原到模拟信号等过程。整个过程如图2 1 所示n 叫。 图2 1v o 口语音通信原理图 2 2h 3 2 3 协议 在v o p 的开发中，主要用两大协议分别是国际电信联盟标准n ( i t u t ) 提出的 h 3 2 3 协议和i n t e m e t 工程任务组( i e t f ) 提出的s i p 协议。两者都对i p 电话系统信 令提出了完整的解决方案，但两者的设计风格各有千秋，h 3 2 3 采用的是传统的电 话信令模式，包括一系列协议；而s i p 借鉴互联网协议，采用基于文本的协议。 采用h 3 2 3 协议，各个不同厂商的多媒体产品和应用可以相互操作，用户不必考 虑兼容性问题，而且h 3 2 3 协议支持电信信令；而s i p 协议应用较为灵活，可扩展 性强，但是s i p 在支持电信信令协议方面略显不足。由于本平台要接入p b x 故选 择h 3 2 3 协议构建v o i p 构架。 h 3 2 3 是国际电信联盟( i t u ) 的标准，以它为标准构建的多媒体通信网很容易 第7 页 国防科学技术火学研究生院硕士学位论文 与传统的p s t n 兼容，从这点上看，h 3 2 3 更适合构建电信级大网。目前来说，包 括我国在内的许多国家都采用h 3 2 3 协议作为i p 电话网关之间的协议，同时大多 数电信运营商也已经将h 3 2 3 作为建立新一代视讯系统的首选。h 3 2 3 版本不断更 新和扩展已经促使其日益完善，为多媒体业务提供了很好的保障。虽然也有部分 运营商在用s i p ，但是若想构建电信级大网还必须对s i p 进行补充完善，s i p 较为 灵活，也有很大的发展空间。总体来说，现有的电信市场上，h 3 2 3 已经成为事实 的“统治者”，而s i p 很有希望成为下一代网络主力军。 v o l p 需要将声音、图像、文本等数据进行编码、压缩、打包等再传输到i p 网 络中，在另一个v o l p 终端接收数据包，再解压然后恢复为原来的声音、图像、文 本等。这一系列的操作必须有统一的格式，这就需要协议来完成。下面对h 3 2 3 协议进行简单介绍。h 3 2 3 是i t u t 第1 6 工作组的建议，由一组协议族构成，其 中有负责音频与视频信号的编码、解码和包装，有负责呼叫信令收发和控制的信 令，还有负责能力交换的信令。h 3 2 3 协议族规定了在主要包括i p 网络在内的基 于分组交换网络上提供多媒体通信的部件、协议和规程。具体协议如下3 ： ( 1 ) 媒体协议 视频编解码- h 2 61 和h 2 6 3 音频编解码一g 71 1 、g ；7 2 3 、g 7 2 8 和g 7 2 9 媒体流- - r t p r t c p 。 ( 2 ) 数据传送t 1 2 0 ( 3 ) 呼叫控制及信令 能力交换、媒体通路建立释放、会议控制h 2 4 5 呼叫建立信令一h 2 2 5 0 呼叫信令 端点( 终端或网关) 向网守注册及接纳控制- h 2 2 5 0r a s 。 弼郓 l 应用l 闩 t 1 2 0l ii 纷、_ ：ou d p”t 、”：习 t c p ，：。i 嚣，t 。 一? i i ? 。： ，? i 。a 网络从 数据链路层 物理层 图2 2h 3 2 3 的框架图 第8 页 国防科学技术大学研究生院硕十学位论文 h 3 2 3 的协议框架如图2 2 所示： 从图中可以发现，用于文本传输的是用t c p 方式以保证文本的准确性，虽然 信令也要求准确但并不是所有的信令都是基于t c p 方式的，h 2 2 5 0r a s 信令就是 基于u d p 方式的，另外与音视频有关的协议都是基于u d p 的，以保证其快速性和 高效性n 羽。 2 3h 3 2 3 主要信令协议 h 3 2 3 系统中通信可以看成是视频、音频、控制信息的混合。系统控制功能是 h 3 2 3 终端的核心，它提供了h 3 2 3 终端正确操作的指令。这些指令包括呼叫控制 ( 包括呼叫的建立与释放) 、能力协商、命令和指示以及描述逻辑信道内容的报文 等。整个系统的控制由h 2 2 5 呼叫信道、h 2 4 5 控制信道和r a s 信道提供。在h 3 2 3 多媒体通信系统中，控制指令和数据流的传送采用了面向连接的传输机制。在i p 协议栈中，i p 与t c p 协作完成面向连接的可靠传输。可靠传输保证了数据分组传 输时的流量控制、连续性以及正确性，但也可能引起传输延时和占用网络带宽。 h 3 2 3 将可靠的t c p 方式传输用于h 2 4 5 控制信道、t 1 2 0 数据信令、呼叫信令通 道。而对g a s 信道以及视频、音频的传输采用不可靠的、面向非连接的u d p 方式， 即利用用户数据报协议。u d p 无法提供很好的q o s ，只提供最少的控制信息，因此 传输时延较t c p 小n 钔。下面对h 2 2 5 0 呼叫信令协议、h 2 4 5 会议控制协议和 h 2 2 5 0r a s 协议进行介绍。 2 3 1h 2 2 5 0 呼叫信令协议 h 2 2 5 0 呼叫信令协议用于建立两个h 3 2 3 端点设备( 包括终端、网关) 之间 的连接。信令消息通过h 2 2 5 0 呼叫信令通道传输，该通道可以建立在两个端点 设备之间，也可以建立在端点设备与网守之间“耐。 2 3 2h 2 4 5 控制协议 h 2 4 5 控制信令协议用于端点设备与端点设备之间交换控制消息，这些控制消 息决定了端点设备的相应操作。控制消息包括：能力交换、打开或者关闭用于媒 体传输的逻辑信通道、媒体流控制、通用指令等n 6 1 。 2 3 3h 2 2 5 0r a s 协议 注册、准入、状态( r a s ) 协议是端点设备( 包括终端、网关) 与网守之间的 通信协议。该协议描述了端点注册、准入控制、带宽调整、状态表示、连接释放 第9 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 等一系列端点与网守之间的通信过程。该r a s 通道必须在所有其他通道建立之的 打开，用于端点与网守之间交换m s 消息。r a s 消息包括网守搜寻消息、端点登记 消息、端点注销消息、呼叫接纳消息、端点定位消息、呼叫退出消息、状态查询 消息等，下面仅就网守搜寻消息、端点登记消息和端点注销消息对h 3 2 3 消息流 程予以说明n 引。 端点网守 图2 3 网守搜寻流程 g r q 表示g a t e k e e p e rr e q u e s t ，即网守搜寻请求消息，g c f 表示g a t e k e e p e r c o n f i r m ，即网守搜寻确认消息，g r j 表示g a t e k e e p e rr e j e c t ，即网守搜寻拒绝 消息。端点启动后，首先向网守发送g r q ，寻找网守。该端点发送的g r q 包含端点 类型、端点自身的r a s 地址、希望在其上登记的网守标识参数等。网守对端点信 息进行分析，确定是本区域端点，发g c f 确认；如果网守不愿意该端点在其上登 记，则返回g r j 消息，并给出拒绝原因。 端点 网守 幽2 4 端点登记流程 r r q 表示r e g i s t r a t i o nr e q u e s t ，即登记请求消息，r c f 表示r e g i s t r a t i o n 第1 0 页 国防科学技术大学研究生院硕十学位论文 c o n f i r m ，即登记确认消息，r r j 表示r e g i s t r a t i o nr e j e c t ，即登记拒绝消息。端点 向网守的r a s 地址发送r r q 消息，该消息包含两个重要的参数：端点别名及呼 叫信令传输地址。网守对端点信息进行分析，确定是本区域端点，发送r c f 确认； 如果网守发现不是本区域端点或者其他原因，则回送r r j 消息拒绝。 端点网守 图2 5 端点注销流程 u r q 表示u n r e g i s t r a t i o nr e q u e s t ，即注销请求消息，u c f 表示u n r e g i s t r a t i o n c o n f i r m ，即注销确认消息，u r j 表示u n r e g i s t r a t i o nr e j e c t ，即注销拒绝消息。如 果端点想退出服务或者想改变其别名和地址的对应关系，可以向网守发送u r q ， 请求注销登记。一般情况下，网守会返回u c f 进行确认；如果网守发现该端点并 未在它上面登记，则返回u r j 消息。 2 4 软交换 软交换( s o f ts w i t c h ) 作为下一代网络的核心技术，是现代通信网络研究的热点 之一。它的基本思想是建立开放、分层的体系结构，实现业务与呼叫控制分离、 呼叫控制与承载分离。软交换设备位于控制层，提供多种业务的连接控制、路由、 网络资源管理、计费、认证等，是下一代网络的重要设备之一n 钔。 h 3 2 3 符合下一代网络的需求，采用的通信方式与软交换的要求相同。h 3 2 3 采用协议控制信道的建立与释放，主要建立r a s 信令通道、呼叫信令通道、h 2 4 5 信令通道三条信令通道和媒体逻辑通道。其中r a s 信道主要负责终端向网守注册 并允许其与另一个终端呼叫；呼叫信令通道主要承载呼叫和补充业务的控制信息， 协议描述在h 2 2 5 0 和h 2 4 5 x 中，在呼叫建立后，h 2 4 5 信道建立方式和传输地 址在本通道内声明；h 2 4 5 控制通道承载h 2 4 5 协议的信息，用于主从能力交换、 逻辑信道管理、模式优先请求、环路延迟检测以及能力集交换等；媒体逻辑信道 第11 页 国防科学技术大学研究生院硕十学位论文 承载音频、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， 每一个方向采用r t p 和r t c p n 引。虽然现在i t u t 正在尝试是否可以将音视频和 其他媒体信息都放在同一个通道里，但目前的版本中各个媒体类型承载的通道还 是分离的。 从上述介绍可以看出，h 3 2 3 通信正是采用软交换的方式实现的。在业务承载 方面主要由终端向网守注册并由网守监测通信情况，业务控制承载在r a s 信道上； 在呼叫控制上，通信双方建立呼叫信令通道，实现呼叫监听、呼叫发起、控制h 2 4 5 信道建立等功能，该通道与r a s 信道是相互独立的，分别由不同的协议描述，实 现了软交换中的业务与呼叫控制分离；呼叫信令通道建立后再依据协议参数采用 隧道方式或者独立信道方式建立h 2 4 5 信道，该信道对通信双方进行协商；媒体 信道用的是u d p 方式建立，承载媒体信息，该信道与信令通道是相互独立的，也 实现了软交换中的呼叫控制与承载分离。可见，h 3 2 3 的各种信道建立都是独立的， 这样有利于业务的进一步扩展、呼叫更为独立地控制、媒体信息更优化地处理， 同时还增加了多种补充业务，这正是软交换的要求所在啪3 。 图2 6 软交换网络与h 3 2 3 网互通不意图 h 3 2 3 网络与软交换网络互通如图2 6 所示。h 3 2 3 网络采用多级网守的方式 与软交换网络交互控制，顶级网守接入到软交换网络与其他网络的互通点，一级 网守和二级网守都接入到软交换网络，一级网守受控于顶级网守，同时又控n - - 级网守。二级网守控制h 3 2 3 网络内部的各种信令，同时又协同一级网守参与软 交换网络的信令交互。软交换网络包括h 2 4 8 终端、s i p 终端和媒体网关。由此可 见，在软交换网络中，h 3 2 3 协议和s i p 协议都是紧跟软交换的步伐，它们二者之 间的终端也同样可以在软交换网络中借助各种媒体网关进行互联口。 2 5 基于h 3 2 3 的v o i p 系统构架 为构建基于网络的通信系统，h 3 2 3 定义4 种主要组件：终端( t e r m i n a l ) 、网 第1 2 页 国防科学技术大学研究生院硕+ 学位论文 关( g w g a t e w a y ) 、网守( g k ，g a t e k e e p e r ) s 1 多点控制单元( m c u ，m u l t i p o i n tc o n t r o l u n i t ) 。下面对4 种主要组件进行详细介绍乜羽。 2 5 1h 3 2 3 主要组件 终端是h 3 2 3 定义的最基本组件。它支持双向多媒体通信，可以是一个p c 或 者一个运行h 3 2 3 与媒体应用的独立设备。它支持音频通信，视频和数据通信是 可选的。因为终端提供的基本服务是语音通信，因此它在i p 电话系统中占有关键 角色。h 3 2 3 的主要目标是在h 3 2 3 终端和其他终端之间提供互操作性，h 3 2 3 终 端与s c n 和无线网络上的h 3 2 4 终端，b i s d n 上的h 3 1 0 终端，i s d n 上的h 3 2 0 终端，b i s d n 上的h 3 2 1 终端以及提供q o s 的局域网内的h 3 2 3 终端，都是兼容 的。h 3 2 3 终端也可以用于多媒体会议中。 网关是h 3 2 3 系统的一个可选组件。网关提供多种服务，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( 如h 2 2 5 0 到h 2 2 1 ) 和通信规程的转换( 如h 2 4 5 到h 2 4 2 ) 。另外，在分组网络 段和电路交换网络端之间，网关还执行语音和图像编解码转换工作以及呼叫建立 和拆除工作。终端使用h 2 4 5 协议和h 2 2 5 0 协议与网关进行通信，采用适当的编 解码器，h 3 2 3 网关可支持符合h 3 1 0 、h 3 2 1 、h 3 2 2 以及v 7 0 标准终端。 网守是h 3 2 3 系统一个可选组件，其功能是向h 3 2 3 节点提供呼叫控制服务。 当系统存在h 3 2 3 网守时，其必须提供以下四种服务：地址翻译、带宽控制、许 可控制、区域管理。带宽管理、呼叫鉴权、呼叫控制信令和呼叫管理的等为网守 的可选功能。虽然从逻辑上，网守和h 3 2 3 节电设备上是分离的，但是生产商可 以将网守的功能融入到h 3 2 3 终端、网关和多点控制单元等物理设备中去。由单 一网守管理的所有终端、网关和多点控制单元的集合称为h 3 2 3 的一个域。 多点控制单元支持三个以上节点设备的会议。在h 3 2 3 系统中，一个多点控 制单元有一个多点控制器m c 和多个多点处理器m p 组成，也可以不包含m p 。 m c 处理h 2 2 5 0 呼叫控制消息，同时处理端点间的h 2 4 5 控制信息，从而决定它 对音频和视频的通用处理能力。在必要的情况下，m c 还可以针对会议进行管理， 通过判断哪些音频流和视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，而将它交由m p 处理。m p 对音频、视频或者数据信息进行混合、切换 和处理。m c 和m p 可能存在在同一台专用设备中或者作为其他h 3 2 3 组建的一部 分2 制。 2 5 2 基于h 3 2 3 的v o lp 构架 在v o l p 系统构架中，终端就对应于客户端，有多个客户端连接于网络，g w 第1 3 页 国防科学技术大学研究生院硕