（通信与信息系统专业论文）h323系统中网守的设计.pdf

摘要 在下代网络( n e x t g e n e r m i o n n e t w o r k ，n g n ) 架构中，软交换位于网络控制层， 通过与媒体网关的交互，接收和处理呼叫的相关信息，并指示网关完成呼叫。软交换技 术的主要设计思想为、i k 务、控制、传送和接入的分离，实体之间通过标准协议进行连接 和通信。软交换中与各种媒体网关、终端和网络进行通信采用的标准协议包括h 2 4 8 、 h 3 2 3 、会话启动协议( s i p ) 、网关控制协议( m g c p ) 等。其中h 3 2 3 协议被普遍认为 是目前在分组网上支持语音、图象和数据业务最成熟的协议。 h 3 2 3 是一个框架性协议，它是由系列协议组成，其中包括r a s 注服许可协议、h 2 2 5 呼叫控制协议、h 2 4 5 多媒体信道控制协议、g 系列音频信号处理协议、h 系列视频信 号处理协议、实时传输协议( r t p ) 实时传输控制协议( r t c p ) 等。 h 3 2 3 系统是在不保证服务质量的分组网络中提供多媒体通信业务，其中分组网络 中包括局域网( l a n ) 、企业网和城域网等。 l 3 2 3 系统由终端、网关( g a t e w a y ) 、多 点控制单元( m c u ) 和网守( g a t e k e e p e r ) 等单元组成。其中网守处于系统高层，管理一 个区域( z o n e ) 中的所有网关、终端和多点控制单元( m c l n 。 论文中首先介绍软交换体系和h 3 2 3 系统，在阐述网守功能的基础上，提出了网守 的总体设计，通过对具体协议的分析，提出对具体协议和功能处理的设计。本论文在最 后一章阐述了在a dh o c 方面的部分研究工作，提出了的一种基于a v b r 的计算c d s 的改 进算法。 第一章主要阐述了h 3 2 3 系统的体系结构和h 3 2 3 的协议体系，同时将对两种主要 v o l p 协议h 3 2 3 和s i p 进行比较，作为下一代网络的核心技术之一，最后对软交换 平台进行阐述。 第二章针对h 3 2 3 网守的特点和网守的功能要求，提出了一种以协议处理为核心的 统一的可扩展的网守实现方案。 第三章阐述了h 3 2 3r a s 协议的消息和功能，在此基础上提出了网守的h 3 2 3r a s 协议处理模块的设计。第四章阐述了h 3 2 3 呼叫信令协议的消息和功能，在此基础上提 出了网守的h 3 2 3 呼叫信令协议处理模块的设计。第五章阐述网守的认证和计费的问 题。第六章阐述网守的l r q 流程和互通性的问题，并提出路由和终端模块的设计和解 决方案。第七章针对h 3 2 3 呼叫在穿越n a t 防火墙所面l 临的一系列问题，提出一种网 守代理技术，实现在不改变网络设备、配置、猎构的基础上实现h 3 2 3 消息穿越n a t 防火墙，完成h 3 2 3 呼叫。第八章阐述了h 3 2 3 特殊的流程及其解决方案。 第九章在w ua n dl i 算法的基础上，提出一种有限状态机模型。利用有限状态机的 状态转移、节点的颜色标记和消息的发送和接收机制，建立了可靠的并行模型，实现节 点的颜色标记过程与冗余节点的删除过程的融合。算法使用新的缩减规则，减少生成的 主节点数，提高r 算法的性能。 关键词：软交换 i 3 2 3网守a dh o c a b s t r a c t i nt h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) s o f i s w t i c hi si nt h en e t w o r kc o n t r o ll a y e r , b y e x c h a n g i n gm e s s a g e sw i t hg a t e w a y s ，s o f i s w i t c he q u i p m e n t sc a r lg i v et h e mi n s t r u c t i o n sa n d c o n t r 0 1t h e i rc a l l s i ns o f t s w t i c h s e r v i c e c o n t r o la n dt r a n s m i s s i o ns h o u l db ed o n es e p a r a t e l y a l le n t i t i e su s es t a r d a r d p r o t o c o l sf o rc o n n e c t i o n sa n dc o m m u n i c a t i o n s t h e s es t a r d a r d p r o t o c o l si n c l u d eh 2 4 8 ，h 3 2 3 ，r a d i u s ，s n m p , s i p , m g c p , a n ds oo n ，i nw h i c hh 3 2 3i s c o n s i d e r e dt ob et h em o s tm a t u r ep r o t o c o lf o ra u d i o ，v i d e oa n dd a t as e r v i c eo np a c k e t b a s e d n e t w o r k a c t u r a l l y , h 3 2 3i sc o m p o s e do fas e r i e so fp r o t o c o l s ，i n c l u d i n gr a s ，h 2 2 5 ，h 2 4 5 ， r t p r c t pa n ds oo n t h eh 3 2 3s y s t e mi s c o m p o s e do fs e v e r a lk i n d so fu n i t ss u c ha s e n d p o i n t ，g a t e w a y ，m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i ta n dg a t e k e e p e r , g a t e k e e p e rc a nm a n a g ea l l e n d p o i n t sa n dg a t e w a y si ni t sz o n e t h i st h e s i sd e t a i l e d l yi n t r o d u c e st h eh 3 2 3a r c h i t e c t u r ea n dt h es o f t w a r es y s t e m b a s e d o nt h e s e ，w ep r e s e n tt h ed e s i g no ft h eg a t e k e e p e r w ea l s op r e s e n tt h ed e s i g no fh a n d l i n gt h e p r o t o c o la n df u n c t i o n i nt h el a s tc h a r to ft h i sp a p e r , w ei n t r o d u c es t u d yi na dh o c t e c h n o l o g y , a n d p r e s e n ta ni m p r o v e da l g o r i t h mf o rc o m p u t i n gc d sb a s e do na v b r c h a p t e r1m a i n l yi n t r o d u c e st h ea r c h i t e c t u r eo ft h eh 3 2 3s y s t e ma n dt h eh 3 2 3p r o t o c a l s y s t e m t h em a i nt w ov o i pp r o t o c o la r ec o m p a r e d ，a tl a s tw ei n t r o d u c e ss o f l s w i t c h t e c h n o l o g yw h i c hi st h ek e yt e c h n o l o g yi nn g n c h a p t e r2p r e s e n t sa ne x t e n s i v eg a t e k e e p e ri m p l e m e n t a t i o np l a nw h i c hl a y se m p h a s i so n p r o t o c o lh a n d l i n ga c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro ft h eh 3 2 3g a t e k e e p e r w es t u d yt h em a i n p r o b l e m i nh 3 2 3d e s i g na n d p r e s e n tt h em a i nm e c h a n i s mo ft h eg a t e k e e p e ri m p l e m e n t a t i o n c h a p t e r3i n t r o d u c e sm e s s a g e sa n df u n c t i o ni nh 3 2 3r a sp r o t o c a l ，b a s eo nt h e s e ，w e p r e s e n tt h ed e s i g no fh 3 2 3r a sp r o t o c a lh a n d l i n go ng a t e k e e p e r c h a p t e r4i n t r o d u c e s m e s s a g e sa n df u n c t i o ni nh 3 2 3c a l ls i g n a l i n gp r o t o e a l ，b a s eo nt h e s e ，w ep r e s e n tt h ed e s i g n o fh 3 2 3c a l ls i g n a l i n gp r o t o c a lh a n d l i n go ng a t e k e e p e r c h a p t e r5d i s c u s s e sa u t h o r i z a t i o n a n da c c o u n t i n gi n g a t e k e e p e r c h a p e r6i n t r o d u c e sl r qf l o wa n di n t e r c o m m u n i c a t i o n p r o b l e m ，b a s eo nt h e s e ，w ep r e s e n tt h ed e s i g no fr o u t i n gm o d u l ea n de n d p o i n tm o d u l e c h a r p t e r7i sf o c u s e do nt h ep r o b l e mt h eh 3 蝥b r i n ga b o u tw h e nt h eh 3 2 3m e s s a g e s t r a v e r s ef i r e w a l l s n a t b a s e do nt h es t u d yo ft h eh 3 2 3t e c h n o l o g ya n dt h ef i r e w a l l s n a t t e c h n o l o g y , i ti n t r o d u c e st h r e es o l u t i o n s b a s e da l lo ft h i s ，i tp r e s e n t sag a t e k e e p e rp r o x y t e c h n o l o g y , r e a l i z i n g t ot r a v e r s ef i r e w a l l s n a tw i t h o u tc h a n g e so fn e t w o r kd e v i c e s 、 4 c o n f i g u r e 、a r c h i t e c t u r e c h a r p e r8d i s c u s s e st h es p e c i a lf l o wp r o b l e m c h a p t e r9p r e s e n t saf i n i t es t a t em a c h i n eb a s e do i lw ua n dl i sa l g o r i t h m s w i t ht h en o d c c o l o rl a b e l i n ga n dm e s s a g es e n d i n g r e c e i v i n gm e c h a n i s m ，w ec o n s t r u c ta d i s t r i b u t e da r l d p a r a l l e lm o d e l ，a n dr e a l i z et h ea m a l g a m a t i o no f t h em a r k i n gp r o c e s sa n dt h e r e d u c i n gp r o c e s s w i t ht h en e wr u l c so fr e d u c i n gn o d e ，t h ea m o u n to fn o d e si n c d si sd e c r e a s e da i l dt h e a p p r o x i m a t i o nf a c t o ro ft h ea l g o r i t h mi si m p r o v e d k e yw o r d s ：s o f t s w i t c h h 3 2 3 g a t e k e e p e r a dh o c 5 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, gr l d h 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：耋。螽b 耻日期：玉! ! ! 乙互乒 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，可以允曲采用影印、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) 保密论文注祥：本学位论文属于保密在年解密屙适用本授权书。非保密论文注释：本学位论 文不属- 丁保密 本人签名 导师签名 日期：盒z d ：王：2 日期：也曝 毒扛 h 3 2 3 系统中网守的设训一第1 页共6 8 页 第一章h 3 2 3 体系概述 h 3 23 是i t u t 在19 9 6 年所提出，其协议架构的初衷是针对局域网络( l a n ) 中多媒 体视频会议所设计的。但在网络电话的构想被提出之后，h 3 2 3 的标准相继被应用在v o l p 的通讯技术上。这一章主要阐述了h 3 23 系统的体系结构和h 3 2 3 的协议体系，同时将 对两种主要v o l p 协议一一h 3 2 3 和s i p 进行比较，作为下一代网络的核心技术之一，最 后将对软交换平台进行阐述。本章的组织结构为：l 1 主要阐述h 3 23 系统的体系结 构；1 2 主要阐述h 3 2 3 的协议体系；1 3 对h 3 2 3 协议和s i p 协议进行比较：1 4 主要对软交换系统进行介绍。 1 1h 3 2 3 系统的体系结构 为了能在不保证服务质量( q o s ) 的分组交换网络上展丌多媒体通信，由i t u 的 第1 5 研究组s g 一1 5 于1 9 9 6 年通过h 3 2 3 建议的第一版，并在1 9 9 8 年提出了h 3 2 3 的 第二版。h 3 2 3 制定了无服务质量保证的分组网络( p a c k e tb a s e dn e t w o r k s 。p b n ) 上的 多媒体通信系统标准，这些分组网络主宰了当今的桌面网络系统，包括基于t c p i p 、i p x 分组交换的以太网、快速以太网、令牌网、光纤分布式数据接口r f d d i ) 技术。因此，h 3 2 3 标准为局域网l a n 、广域网w a n 、互联网上的多媒体通信应用提供了技术基础和保障。 h 3 2 3 是一个框架性建议，它涉及到终端设备、视频、音频、数据传输、通信控 制和网络接口方面的内容。h 3 2 3 体系中包括了组成多点会议的多点控制单元 ( m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t , m c u ) 、网关( g a t e w a y ) 、网守( g a t e k e e p e r ) 和终端( e n d p o i n t ) 等设备。在h 3 2 3 体系中，基本组成单元是“域”。所谓“域”是指一个由网守管理的 网关、多点控制单元和所有终端组成的集合。一个域最少包含一个终端，通常有且只有 一个网守；在可运营的h ，3 2 3 体系中，通常为关键的网守配置备份网守，这时一个域内 将有多于一个的网守。h 3 2 3 系统中各个逻辑组成部份称为h 3 2 3 实体，其种类有：终 端、网关、多点控制单元和网守。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，而有些实体是不能被呼叫 的，如网守。其体系结构如下图1 1 所示： h 3 2 3 系统中网守的设计 第2 页共6 8 页 1 越j 爆；差摊臻蜘 图1 1h 3 2 3 系统的体系结构 h 3 2 3 终端( e n d p o i n t ) 是h 3 2 3 定义的最基本组件。所有的h 3 2 3 终端必须支持 h ，2 4 5 标准，h 2 4 5 标准用于控制信道使用情况和信道性能。所有终端都必须支持语音 通信，视频和数据通信可选。终端的功能主要是对原始模拟语音、图像或者视频按照给 定的| 办议量化、编码、压缩，并能够产生相应的系统控制信令。终端可以是呼叫的发起 者，也可以是呼叫的终结者。它可以发起对别的终端的呼叫，也可以接收别的终端的呼 叫。 网关( g a t e w a y ) 由网关控制器( m g c ) 和媒体网关( m g ) 以及信令网关( s g ) 组 成。网关是在网络中完成将一个基于i p 的网络接入电信网的节点。它必须在基于i p 的 网络和电信网之间提供双向的、实时的通信接口。它必须能和h 3 2 3 网守进行互操作， 因此它具有处理h 2 2 5 和h 2 4 5 消息的能力。它还负责认证以及网络的安全工作。与此 同时，它还监视着整个系统的资源状况，并维护所有的连接。 网守( g a t e k e e p e r ) 也称为关守，是h 3 2 3 系统的一个重要组件。一个关守将管理一 组终端、网关及多点控制单元( m c u ) ，这个组称为一个区域。一个区域是由这些元素构 成的逻辑联系，而在物理上有可能跨越多个局域n ( l a n ) 。其功能是向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，其必须提供以下四种基本服务：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 等为关守的可选功能。虽然从逻辑上，关守和壬i 3 2 3 节点设备上分离的，但是生产商可 以将关守的功能融入h 3 2 3 终端、网关和多点控制单元等物理设备中。由单一关守管理 的所有终端、网关和多点控制单元的集合称之为h 3 2 3 域。 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 ) 支持在三个或三个以上的终端和网 2 h 3 2 3 系统中网守的设计第3 页共6 8 页 天之问的多点会议。一个两终端的点对点的会议可被扩展到一个多点会议。m c u 包括 个命令多点控制器( m c ) 和h j + 选的多点处理器( m p ) 。 o e c e n t r a l i z e d 1 2h 3 2 3 协议体系 川 图1 2 多点控制单元 h 3 2 3 是国际电信联盟( i t u ) 的一个标准协议栈，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。该协议从系统的总体框架、视频编解码、音频编解码、 系统控制、数据流的复用等各方面作了比较祥细的规定，为网络电话和可视电话会议系 统的进一步发展和系统的兼容性提供了良好的条件。系统控制协议包括h 3 2 3 、h 2 4 5 和h 2 2 5 0 ，h 2 2 5 0 的主要组成部份是q 9 3 l 和r t p r t c p 。系统控制是h 3 2 3 系统的 核心。整个系统控制由h 2 4 5 信道控制、h 2 2 5 0 呼叫信令控制和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 ，注册、许可、状态) 控制提供。音频编解码协议包括( 2 7 1 1 协议 ( 必选) 、g 7 2 2 、g 7 2 3 1 、g 72 8 、g 7 2 9 等协议，编解码器使用的音频标准由h 2 4 5 协议协商确定。h 3 2 3 终端能够对本身所具有的音频编解码能力进行非对称操作，如以 g 7 1 1 标准发送，以g 7 2 9 标准接收。视频编解码协议主要包括h 2 6 1 协议( 必选) 和 h 2 6 3 协议，在h 3 2 3 系统中视频功能是可选的。数据会议功能也是可选的，其标准是 多媒体会议数据协议t 1 2 0 。整体框架如下图所示： h 3 2 3 系统t 1 1 网守的设i 第4 页共6 8 页 至三因固固固 国园园 图1 3h 3 2 3 协议栈 h 3 2 3 主要协议介绍： 注册一接纳一状态( r a s ) ：r a s 信令提供注册、确认、带宽改变等功能。它用于 网守和终端之间，如果没有网守就不需要r a s 。网守通过和网关或终端之间 r a s 消息的交互为终端提供注册服务、呼口q 许可控制、地址转换、带宽管理 以及呼叫管理等功能。 h 2 2 5 0 ：终端获得网守的呼叫许可之后，在进行通讯前，首先必须建立起点 对点或点对多点的通信信道，日的在使传送端能够告知接收端现在将与它进 行通信并如何通信。在这个过程中，h 2 2 5 0 呼叫信令使用q 9 3 1 和q 9 3 2 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 守之蚓或是在两个终端之间建立呼叫信令信道。在h 2 2 5 协议标准中用到的 q 9 31 和q 9 3 2 消息包括s e t u p 、a l e r t i n g 、c a l lp r o c e e d i n g 、c o n n e c t 、p r o g r e s s 、 r e l e a s ec o m p l e t e 、i n f o r m a t i o n 、n o t i f y 、s t a t u se n q u r r y 、s t a t u s 、f a c i l i t y 、u s e r i n f o r m a t i o n 。 h 2 4 5 ：终端彼此知道要进行通信后，即必须协调出双方用于通信的逻辑信道 为何，以及终端设备间所要传送媒体的规格、编码方式及频道使用的相关信 息，以告知各个参与通信的终端要使用什么样的方式来沟通，来控制所要传 输的视频音频及数据，而这个工作即是h 2 4 5 来负责，所以h 2 4 5 基本上是个 控制机制协议。具体来说，h 2 4 5 控制协议实现的功能包括主从决定 ( m a s t e r - s l a v ed e t e r m i n a t i o n ) 、能力交换( c a p a b i l i t ye x c h a n g e ) 、打开和关闭 逻辑信道( o p e na n dc l o s el o g i c a l c h a n n e l ) 、流控制消息( f l o wc o n t r o l m e s s a g e ) 、一般命令( c o m m a n d ) 和指示( i n d i c a t i o n ) 。 编码技术标准：音频信号包括语音压缩和数字化。h 3 2 3 所支持的压缩算法都 是i t u 的标准。h 3 2 3 终端必须支持语音压缩的g 7 1 l 标准，对其他1 1 u 语音 h 3 2 3 系统中网守的设计 绍5 页共6 8 页 标准的支持是可选的。用于语音信号数字化和压缩的不同的i t u 推荐反映了 语音质量、编码速率、计算机处理能力和信号延迟之间不同的折衷。g 7 1 l 以 5 6k b i t s 或6 4k b i t s 的速率传输语音，主要是面向连续比特速率的网络。g 7 2 3 使用更低的编码速率，凼此是h 3 2 3 应用中j 二要推荐使用的编码器。所采用 的标准为i t u t 的g 7 2 3 1 ，它提供5 3 k b i t s 和6 3 k b i t s 两种码率，采用线性 预测综合分析编码方法，分别使用代数码本激励线性预测和多脉冲最大似然 量化，从而各自获得编码复杂度和质量的优化。 1 3h 3 2 3 与s i p 的比较 h 3 2 3 和s i p 分别是由电信领域与因特网两大阵营推出的建议。h 3 2 3 核心思想 是把i p 电话当作是众所周知的传统电话，只是传输方式发生了改变，由电路交换变成 了分组交换。而s i p 的核心思想将i p 电话作为因特网上的一个应用，较其它应用( 如 文件传输协议f t p ，电子邮件e m a i l 等) 增加了信令和服务质量( q o s ) 的要求。它们支 持的业务基本相同，也都利用r t p 作为媒体传输的协议。与s i p 相比，h 3 2 3 是一个相 对复杂的协议。 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。a s n 1 通常需 要特殊的代码生成器来进行词法和语法分析。而s i p 的基于文本的协议，类似于h t r p 。 基于文本的编码意味着头域的含义是一目了然的，如f r o m 、t o 、s u b j e c t 等域名。这种 分布式、几乎不需要复杂的文档说明的标准规范j x l 格，其优越性已在过去的实践中得到 了充分的证明( 现在广为流行的邮件协议s m t p 就是这样的一个例子) 。s i p 的消息体 部份采用s d p 进行描述，s d p 中的每一项也比较简单。 在支持会议电话方面，h 3 2 3 由于由多点控制单元( m c u ) 集中执行会议控制功 能，所有参加会议终端都向m c u 发送控制消息，m c u 可能会成为瓶颈，特别是对于 具有附加特性的大型会议；并且h 3 2 3 不支持信令的组播功能，其单播功能限制了可扩 展性，降低了可靠性。而s i p 设计上就为分布式的呼叫模型，具有分布式的组播功能， 其组播功能不仅便于会议控制，而且简化了用户定位、群组邀请等，并且能节约宽带。 但是h 3 2 3 集中控制便于计费，对宽带的管理也比较简单、有效。 h 3 2 3 中定义了专门的协议用于补充业务，如h 4 5 0 1 、h 4 5 0 2 和h 4 5 0 3 等。s i p 并未专门定义的协议用于此目的，但它很方便地支持补充业务或智能业务。只要充分利 用s i p 已定义的头域( 如c o n t a c t 头域) ，并对s i p 进行简单的扩展( 如增加几个域) ， 就可以实现这些业务。例如对于呼叫转移，只要在b y e 请求消息中添加c o n t a c t 头域， 加入意欲转至的第三方地址就可以实现此业务。对于通过扩展头域较难实现的一些智能 业务，可在体系结构中增；b l l l k 务代理，提供一些补充服务或与智能网设备的接口。 h 3 2 3 系统中网守的设计 第6 页共6 8 页 在h 3 2 3 中，呼l j q 建立过程涉及到三条信令信道为：r a s 信令信道、呼叫信令信 道和h 2 4 5 控制信道。通过这三条信道的协调才使得h 3 2 3 的呼叫得以进行，呼叫建立 时间很长。在s i p 中，会话请求过程和媒体协商过程等一起进行。尽管h 3 2 3 v 2 已对呼 叫建立过程作了改进，但较之s i p 只需要l ，5 个回路时延来建立呼叫，仍是无法相比。 h 3 2 3 的呼叫信令通道和h 2 4 5 控制信道需要可靠的传输协议。而s i p 独立于低层协议， 一般使用u d p 等面向无连接的协议，用自己信用层的可靠性机制来保证消息的可靠传 输。 总之，h 3 2 3 沿用的是传统的实现电话信令模式，比较成熟，已经出现了不少h 3 2 3 产品。h 3 2 3 符合通信领域传统的设计思想，进行集中、层次控制，采用h 3 2 3 协议便 于与传统的电话网相连。s i p 协议借鉴了其它因特网的标准和协议的设计思想，在风格 t 遵循因特网一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展性等原则，比较简单，但推出时间 不长，协议并不是很成熟。 1 4 软交换体系 软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关( 传输层) 中分离出来，通过 软件实现基本呼口q 控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制( 建立，拆除会话) 和 信令互通，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立 分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、 信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装 起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，从而可方便地在网络上快速提供新 业务。 软交换位于网络控制层，通过与媒体层网关的交互，接收处理中的呼叫相关信息， 指示网关完成呼叫。其主要任务是在各点之间建立关系，这些关系可以是简单的呼q ， 也可以是一个较为复杂的处理。软交换技术主要用于处理实时业务，如话音业务、视频 业务、多媒体业务等，此外还提供一些基本补充业务，与传统交换呼叫控制和基本业务 的提供非常类似。 软交换是多种逻辑功能实体的集合，它提供综合业务的呼叫控制、连接和部分业 务功能，是下一代电信网语音数据，视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。 软交换技术的主要设计思想为业务、控制、传送、接入分离，实体之间通过标准协 议进行连接和通信，下面重点介绍软交换的功能： 呼叫控制和处理：为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处 理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等：接收来自业务交换功能的监 视请求，著对与呼叫相关的事件进行处理，接收来自业务交换的呼叫控制相关 6 h 3 2 3 系统中网守的设计第7 页共6 8 页 信息，支持呼叫的建立和j 盗视；支持两方或多方呼叫控制功能，提供多方呼u 控制功能，包括多方呼叫特殊逻辑关系、呼叫成员的加入、退出、隔离、旁听 和混音控制等；识别媒体网关报告的用户摘机、拨号和挂机等事件，控制媒体 网关向用户发送音信号，如拨号音、振铃音、同铃音等，满足运营商的拨号计 划。 协议功能：软交换是一种开放和多协议实体，采用标准协议与各种媒体网关、 终端和网络进行通信，包括h 2 4 8 , s c t p 、i s u p 、t u p 、i n a p 、h 3 2 3 、r a d i u s 、 s n m p 、s i p 、m 3 u a 。m g c p 、b i c c 、p r i 、b r i 等。 业务提供：提供公共交换电话网( p s t n ) ，综合业务数字网( i s d n ) 交换机业务， 包括基本业务和补充业务：可与现有智能网配合，提供现有智能网所能提供的 业务；可与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。 业务交换：业务交换与呼叫控制功能结合，可提供在呼叫控制功能和业务控制 功能( s c f ) 之间进行通信所要求的一组功能。 互通功能：可通过信令网关实现分组网与现有七号信令网的互通；可通过信令 网关与现有智能网互通，提供多种智能业务；允许s c f 控制v o l p 呼叫，并对呼 叫信息进行操作( 号码显示等) ；可通过互通模块，实现与现有h 3 2 3 体系的互 联网电话的互通；可通过甄通模块，采用s i p 协议实现与s i p 网络体系的互通： 可实现与其他软交换的互通互连，采用s i p 、b i c c 协议：可提供i p 网内h 2 4 8 终端、s i p 终端和m g c p 终端之间的互通。 资源管理：提供资源管理功能，对系统的各种资源进行集中管理，如资源的分 配、释放和控制。 计费功能：提供资源管理功能，对系统的各种资源进行集中管理，如资源的分 配、释放和控制。 认证授权：软交换与认证中心连接，可将辖区内的用户、媒体网关信息送往认 证中心，进行认证与授权，防止非法用户或设备接入。 地址解析：完成e 1 6 4 地址至i p 地址、别名地址至i p 地址的转换，同时可完成 重定向功能。 语音处理：软交换控制媒体网关可选择语音压缩算法，包括g 7 2 9 、g 7 2 3 等； 软交换向媒体网关提供语音包缓存区，减少抖动对语音质量的影响。 7 h 3 2 3 系统中网守的设计第8 页共6 8 页 第二章网守总体设计和o p e n h 3 2 3 体系 本章针对h 3 2 3 网守的特点和嗣守的功能要求，提出了一种以协议处理为核心的统 一的可扩展的网守实现方案。本文以下部分的组织结构如下：1 1 阐述了网守的功能； 1 2 阐述了基于0 p e n f l 3 23 体系h 3 2 3 软件的软件体系结构；1 3 提出了网守总体实 现框架；1 4 简单地阐述了网守的核心机制，包括网守稳定性的实现、互通性的实现、 多级域管理的实现、n a t 的穿越、直接信令模式的网关与网守的互通。 2 1 网守的功能 r a s 功能 r a s 部分的功能包括用户认证、地址解析、带宽管理、路由管理、安全性管理、区 域管理。 1 、区域管理：由于互联网电话f 在发展中，网络的拓扑结构各种各样，考虑到目前 的发展趋势，网守在结构上应能适应各种结构，既能支持单网守、单区域，也能支持多 网守、多区域：在多区域情况下，各个区域即可以建立平等和直接的联系，也可通过上 级网守联系。每个区域可配置多个网守，以用于备份和负荷分担。每个网关保存两个网 守的地址，网关启动后定期向网守发注册请求消息( r r q ) 登录，如果登录失败，则向另 一网守登录。登录时网守保存网关的登录生存周期，超时后未重新收到网关的r r q 则认 为网关故障，将其状态置为不可用。 2 、用户认证：网关用a r q 把用户卡号和密码发给网守，网守再把卡号和密码送给 计费认证中心，如果计费认证中心认证通过，网守向网关发a c f ，否则回a r j 。 3 、地址解析：网关在用户认证完成后，接受被叫号码，接收完被叫号码后把号码用 a r q 送给网守，网守在路由表中查找目的网关的i p 地址，如果目的网关不在本区域中， 向上级网守或邻近网守请求在别的区域中查找。找到目的网关后在a c f 中返回其i p 地 址，未找到返回a r j 。网守到网守的通信方式遵循h ，2 2 5 0a n n e xg 的建议。 4 、带宽管理：由于每个网关接入到互联网的带宽有限，为了避免在话务高峰期造成 网络拥塞，影响所有的呼叫，网守可设定进行带宽管理，网关在a r q 中填入所需的带 宽，网守判断有无足够的带宽资源，如果资源不足，就拒绝呼叫。由于呼叫所需的带宽 取决于语言编码的类别、是否采取静音、每个r t p 包带几帧数据等，因此，在a r q 中 8 h 3 2 3 系统中网守的设计 第9 页共6 8 页 的带宽心按最大需求中请，在通话丌始时，_ 手用b r q 修改所需带宽。 5 、路l 如管理：为了提高网络的叮靠性和接通率，对话务流量进行分配，网守提供路 由管理。在路由表中，每个区号川以g , j j a ：多个路由，路由具有优先级，选路时先选高优 先级路m ，如果高优先级路由拥塞或1 i 可达，再选低优先级的路由。当呼叫跨区域时， 双方的网i j ：可以直接建立联系，也可以通过上级网守联系，还可以通过别的同级刚守联 系，方式灵活，保证系统的灵活配置和网络的可靠性。具有相同区号和路由特性的网关 可以组成网关组，选路时可以针对网关，也可以针对网关组。对某一网关组选路时，可 以按每个网关的优先级，也可以按百分比在网关问进行流量分配。为了在某些情况下能 与即_ ；_ i i 在本网守的控制下，也无法与其网守通信的网关互通，路由还可设为“独立网关”， 直接与之通信。 6 、安全性管理：由于i n t e r n e t 是一个开放的网络，容易遭到攻击，网守应提供基于 h 2 3 5 的安全机制，在相互通信的网关和网守之间、网守与网守之间设置密码，相互认 证。为了与别的设备互通或别的原因，嘲守也可以彳；提供基于h 2 3 5 的安全性机制或也 可以针对i p 地址进行认证，根据对方的i p 地址来判断对方是否是合法用户。 呼叫处理功能 网守除了进行r a s 功能外，还需要具有呼叫处理功能，利用h 2 2 5 0 和h ，2 4 5 进行 呼叫的建立，能力交换，呼叫维护和结束呼叫等处理。对于p c t o p h o n e 业务，p c 需要 对网守发起呼i n 。再由网守向被叫网关发起呼叫，网守在进行呼叫处理的时侯，其处理 能力会下降很多。 用户界面和参数设置 用户界面和参数设置部分完成路由表、 定等数据的输入、修改、保存和调试信息、 网关数据表、网关组数据表、本网守数据设 同志信息、告警信息的管理和用户权限管理。 1 、各种数据的管理：网守的数据主要有网关数据表、网关组数据表、网守数据表、 路由表、国家信息表五个表格和本网守的各种设置，如r a g 端口号，是否采用h 2 3 5 ， 本网守的国家号和国家号前缀等。通过用户界面，可以实时修改大部分数据，少数参数 如端口号等只能在系统初始化时设定，运行中禁止修改。所有的数据都可以保存在文件 中，下次启动可直接使用。 2 、告警信息管理：提供告警窗口，在系统出现异常时打印告警信息。 3 、调试信息管理：可以输入一些命令，来控制系统的运行和显示某些感兴趣的信息， 如v o s 的内存信息，显示收到的消息等。 h 3 2 3 系统中刚守的设计第1 0 页共6 8 页 4 、r 1 志管理：记录网守所有的操作，以便进行问题跟踪等。 5 、用户权限管理：对操作设置各级权限，根据权限确定用户对网守的操作。 r a d i u sc l i c n t 程序 计费认证中心中保存着所有卡号用户的信息，当网关向网守发送a r q 请求对用户进 行认证时，嘲守通过r a d i u sc l l e n t 向计费认证中心发送用户验证请求，等待计费认证 中心的验证结果。呼叫开始通话时，网守收到网关的通知后通过r a d i u sc l i e n t 向计费 认证中心发送计费开始消息，通话结束后发送计费结束消息。 网管功能 网守支持s n m p ，通过运行s n m p 代理，与网管中心建立联系。 其他功能 l 、设备备份的考虑：为了保证系统的可靠性，每个区域应至少配置两个网守，。这两 个网守可以配置为一个为主，一个为从，也可以配置为两个平等的网守，对区域内的网 关进行负荷分担，同时互为备用。在正常情况下网关只向主网守登记，但主备网守中都 保存有该网关的数据，当网关向主网守登记失败后，向备用网守登记。 2 、设备管理：为了在某一网关或网守出现故障时能及时改变路由，提高接通率，网 守应能及时发现其管理下的网关和与之联系的其它网守的状态改变并以此改变路由数 据。网守管理下的网关不断向网守发送登记请求，每次登记的生存周期可以设得很短， 当生存周期已到而未收到网关新的登记请求时，网守就可以认为网关发生故障，并不在 向其分配呼叫。与此同时，网关不停向所有与之向连的网守发送服务请求，与之建立联 系。当向对方发出服务请求未收到对方的证实，重发也超过最大重发次数时，认为对方 发送故障，这时改变自己的路由表。 3 、会话管理：网关上的每一个呼叫在网守中都有一与之对应的呼叫控制块，当网关 发起呼叫时向网守发送a r q ，网守在收到后a r q 创建呼叫控制块，呼叫结束时网关向网 守发送d r q ，网守释放呼叫控制块。为了避免在某些情况下网守未收到网关的d r q 而造 成网守无法释放呼叫，网守定期向网关发送查询命令，检查呼叫是否存在，如果不存在， 则释放呼叫控制块。为了避免呼叫超出网守处理能力而造成网守崩