（通信与信息系统专业论文）基于媒体处理平台的媒体网关实现技术研究.pdf

北京邮屯大学倾士学位论文 基于媒体处理平台的媒体网关实现技术研究 摘要 不同的网络共存了多年，然而，现在i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 确立了自己在数据通信领域的基础地位，以至于电信网络的语音通信 也开始由以电路交换为基础的网络向分组交换的网络过渡。在基于分 组的下一代网络中，软交换通过媒体网关在异构网络之间建立通信连 接，媒体网关是连接不同网络的实体，是不同网络之间翻译。它是人 们实现下一代网络中呼叫与业务分离，承载与控制分离的产物。本文 的研究集中在媒体网关的实现技术上，在媒体处理平台上，建立与媒 体网关控制器之间的h 2 4 8 协议的通信接口，并将媒体网关控制器的 消息转换成对媒体资源的处理命令，完成从p s t n 到i p 网络媒体的转 换，协助媒体网关控制器完成异构网络之间的呼叫功能，并且向媒体 网关控制器提供审计端点状态的能力。论文根据媒体网关所要实现的 功能，在媒体处理平台上的硬件资源进行整合，在实时操作系统 v x w o r k s 上实现了基本资源管理方法。并对媒体网关对媒体传输的实 时性和q o s 保障进行了深入地理论分析和验证。为媒体网关进，- 步开 发支持多种业务，多种媒体的转换提供了基础。 关键词：下一代网络媒体处理平台q o sh 2 4 8 m e g a c o 语音压缩v x w o r k s 北京邮电大学坝i 。学位论史 t h er e s e a r c ho fm e d i ag a t e w a yr e a l i z a t i o nt e c h n o l o g y b a s e d0 nm e d i ap r o c e s sp l a t f o r m a b s t r a c t f o ry e a r s ，m a n yd i f f e r e n td a t an e t w o r k i n gp r o t o c o l sh a v e e x i s t e d ，b u tn o w ，d a t ac o m m u n i c a t i o n sh a sf i r m l yf o u n dit sh o m e i nt h ef o r mo fi p ，t h ei n t e r n e tp r o t o c 0 1 o nt h eo t h e rh a n d e v e ns i n c et e l e c o m m u n i c a t i o n sb e g a n ，v o i c ec o m m u n i c a t i o t i sh a s r i g i d l ys t u c kt oac l a s s i cc i r c u i ts w i t c h e dn e t w o r k i n g e n v i r o n m e n t i nt h ep a c k e tb a s e dn e t w o r k s o f t s w i t c hs e tu p c o n n e t i o ni nd i f f e r e n tn e t w o r k st h r o u g hm e d i ag a t e w a y ，n g nc a n p r o v i d ev o i c e ，d a t aa n dm u l t i m e d i as e r v i c e s t h i sp a p e rf o c u s e s o nt h er e a l i z a t i o nt e c h n o l o g yo fm e d i ag a t e w a y m e d i ag a t e w a y h e l pm g ct oa c c o m p lis hc a llp r o c e s si n gf r o mp s t nt oi pn e t w o r k ， r e c u rt oh 2 4 8 t h ep a p e rd e s c r i b e dt h ep r o c e s so fac a l e s t a b l i s h e db e t w e e nc i r c u i ts w i t c hn e t w o r ka n ds o f t s w i t c h n e t w o r k i nt h ee n da n a l y z e dh o wt oe n s u r et h eq o so f t h e c o n n e c t i o na n d t h er e a l t i m et r a n s p o r t a t i o n k e yw o r d s ： v x w o r k sm e d i ag a t e w a y ( m g )m e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e f ( c c ) n g nm e g a c o h 2 4 8 北京邮电大学颐士学位论文 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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，沦文中不 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。 本人签名日期 关于论文使用授权的浣明 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。学校有权傈 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，可以允许采用影印、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) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密沦 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期 日期 第一章绪论 1 1 电信网络的现状与发展趋势 经过1 0 0 多年的发展，p s t n 经历了从模拟通信网络到数字通信网络的发 展过程，其网络规模几乎覆盖了全球的各个角落。在网络正常运行时，其所 提供的通话质量已能够使绝大多数用户感到满意。其网络优势在于网络的覆 盖面很大，话音服务质量满足人们的要求，技术成熟、网络设备、终端设备 价格以及通信费用可被用户所接受。 1 1 1 电信网络发展回顾与现状介绍 以往的电话通信网络每部话机在呼叫接通后都是以一路固定的线路传 输话音信息， d h 的p s t n 以6 4 k b it s 为一个时隙传输一路话音，呼叫建立 后每路通话独占一个信道，这种电路交换的方式很好的保证了通话质量。在 p s t n 满足了人们长途话音传输需求的同时，随着社会经济和社会交往的增 加，以及计算机技术的发展，远距离传送数据信息的需求被提到人们的议事 同程。二十世纪九十年代以柬数据通信业务量突飞猛进，原有的接入带宽远 远不能满足人们的实际需求，传统的交换技术由于独占通道对资源造成了一 定的浪费，同时由于其体系结构的封闭性，业务开发平台不能对第三方丌放， 不能适应现代人们对更多更丰富的通信业务的需要。 l _ 1 _ 2 电信网络的发展趋势 电信行业作为国民经济生产和人民生活的重要支柱型产业，其发展方向 和发展速度与我国经济发展和人民生活水平的发展是息息相关的。从人们对 电信网络的需求和技术发展的角度来看，现代电信网络发展应该满足阻下几 个需求： 1 满足人们“任何人、任何时间、任何地点”都能进行实时通信的需求。 2 满足人们对多媒体通信的需求。 3 满足人们对更加丰富多彩的业务的需求。 4 兼顾现有的网络资源和各种技术，能够在最大限度的利用现有网络资源的 基础上不断提高网络的服务质量，降低网络运营成本。 5 ，网络的发展将会越来越丌放，引入新技术，提供新业务的能力也越束越强。 6 网络的安全性能够得到保证，管理和维护成本下降。 北京邮电人学硕b 学位论立 基于以上几点需求，人们提出了下一代网络的概念。 1 2 下一代网络的基本特征和体系构架 下一代网络将是一个以数据和多媒体业务占据网络主要资源，话音业务 占据少量网络资源的网，适合数据传输的i p 协议被业界认为是下一代网络的承 载协议。在此基础之e ，人们提出了下一代网络的基本特征和特点。 1 2 1 下一代网络的基本特征和特点 基本特征： 分组传送 控制功能从承载、呼叫会话、应用业务中分离 业务提供与网络分离，提供i ：放接【_ 1 利用各基本的业务组成模块，提供广泛的业务和应用( 包括实时、流、非 实时和多媒体业务) 具有端到端q o s 和透明的传输能力 通过丌放的接i 规范与传统网络实现互通 具有通用移动性；允许用户i h 由地接入不刷业务提供商 支持多样标志体系，并能将其解析为i p 地址以用于i p 网络路由 同一业务具有统一业务特性 融合固定与移动业务 特点： 开放性：n g n 可以根据所处网络的不同，所提供功能的彳i 同划分为几个模块， 每个模块能独立发展，互不干涉，又能有机组合成一个整体；同时这种丌放性也 表现在各运营商可根据自己的需求来选择市场上的优势产品，而不必担心不同没 备问的互连互通f = 。 高效：因为n g n 网络能实现业务与呼叫控制的分离，为业务真正的从网络中 独立出来，有效的缩短新业务的丌发周期提供了良好的条件：而且随着多网瓦通 的实现，许多新兴业务也应运而生。 多用户：n g n 综合了固定电话网移动电话网和i p 网络的优势，使得模拟用 户，数字用户，移动用户，a d s l 用户，】s d n 用户，l p 窄带网络用户，i p 宽带网 络用户甚至是通过卫星接入的用户都能作为下一代网络中的。员相互通信。 多媒体：语音、视频以及其它多媒体流在下一代网络中的实时传输成为了n g n 的又亮点。 资源共享：国际互联网的丰富信息资源1 直是r u 信运营商面前的一块肥肉， 北京邮 u 人学坝l 。学位论上 由于采用了i p 技术，n g n 的出现使得在呼叫过程中获取国际互联网的资源变 得不再是难事。 低成本：采用了相对廉价的l p 等网络作为中问传输的载体，因而n g x 的通 信费用将大大降低，这种优势尤其体现在k 途，越洋电话上。 1 2 2 下一代网络的体系结构 n g n 的基本特征决定了它的体系结构。它是一个综合性的大网，结合了 现有的各种网络环境和周边的接入设备以及终端产品，从功能的角度卜柬渔 我们可以把它划分成四层：网络服务层、控制层、媒体层和传输接入层。其 分层结构如图卜l 所示： m 络联 控拳匿 鬟体暖 棒墙壁 秀甚 篓堡塑笠爨一。i f 爱润触f 鞘鲷 一一一4 ，一 至壅匿 r 一 孽匦至童噩堇塑 隧犟要j 一，_ = = ：三= = = ：专_ ：_ ：_ 一。 厂西南n 一茜基鐾西 赫崞辩声 图1 1n g n 分层结构 接入和传输层( a c c e s sl a y e r ) ：将用户连接至网络，集中用户业务将它们传 递至目的地，包括各种接入手段。 媒体传送层( m e d i aa n dt r a n s p o r tl a y e r ) ：将信息格式转换成为能够在网 络上传递的信息格式。例如：将话音信号分割成a t m 信元或i p 包。此外，媒体 层可以将信息选路至目的地。 控制层( c o n t r o ll a y e r ) ：包含呼叫智能。此层决定用户收到的、p 务，并能 控制低层网络元素对业务流的处理。 网络服务屡( n e t w o r ks e r v i c el a y e r ) ：在呼叫建立的基础上提供额外的服 务。 1 3 媒体网关在下一代网络中的位置 由于下一代网络上传输的媒体流的种类繁多，传输速率，码型，接口类型各 不相同，为了能够用统一的传输平台对媒体格式进行传输，为了能够与各种不同 的网络进行互联互通。在n g n 的媒体传送层需要有一种功能实体连连接各种异构 北京【 | | i 电人学硕l j 学位论义 的网络，媒体网关应运而生。它归纳起来有下面三种基本的应用形式。 1 3 1 中继应用 图1 2 表示了中继媒体网关替代汇接局的中继应用情况。图中软交换替代了 传统p s t n 的c 4 汇接交换机，信令网关进行n o 7 信令和基于s i g t r a n 的。i p 信令协议的转换和传输，而中继媒体网关则在m g c 的控制下完成从p s t n 到i p 再到p s t n 的媒体中继汇接。 图1 - 2 中继应用情况 1 3 2 搔入应用 图l 一3 表示了各种接入网络( v 5 、i s d n 等) ，通过软交换连接到p s t n 的情 形。接入嘲关( a g ) 通过v 5 i s d n 协议与接入例共同完成信令交互功能，划 ： v 5 或者i s d n 接入网关将终结其物理连接，并将信令消息通过s i g t r a n 协议 ( v 5 u a 或者i u a ) 传送到m g 。对于g r 3 0 3 则接入网关直接终结信令消息， 并将其转换为适当的m g c p 或h 2 4 8 m e g a c o 事件传送到m g c ；同时也对来 自接入网的话音媒体流进行分组和码型转换，并咀r t p 消息格式发送到中继媒 体网关( t g ) 。t g 再将分组化的话音媒体流转换为p c m 话音，然后通过电路交 换中继模式发送到p s t n 。 同样，无线接入网络可以通过无线接入媒体网关接入到核心网络。 国。 v s i g n 1 3 3 驻地用户应用 图1 3 接入网通过i p 连接到p s t n q 睁 北京邮屯大学硕士学位论文 扣国叠( 皂焖 圉1 - 4 通过i p 网络实现p o t s 之同的通信 1 4 论文的主要工作 本人对软交换的体系结构进行深入学习研究后，在对媒体网关的基本特征， 功能和关键技术有了全面把握的基础上，对媒体处理平台的硬件电路，驱动程序 和操作系统进行严谨、科学的调试分析，在此基础上提出了，基于本实验室开发 的媒体处理平台之上的媒体网关的实现技术。实现了对媒体网关控制器的消息处 理、回复功能以及对媒体网关内部资源的调动和管理功能，最后对媒体网关在下 一代网络中对于分组网络的q o s 的支持也做了理论上的探讨。 北京邮电大学硕士学位论文 第二章媒体网关的设计要求 2 1 媒体网关的基本功能 媒体网关的主要作用是将媒体从一种传输格式转换为另一种传输格式，最常 见的是将电路媒体格式转换为分组媒体格式，a t m 分组格式转换为i p 分组格式， 或者将模拟i s d n 电路格式转换为分组格式( 在用户驻地媒体网关中) ，所以， 所谓媒体网关就是连接异构网络，提供媒体转换功能的实体。 2 1 1 媒体网关的定义 n g n 中多媒体语音通信主要采纳软交换的思想，利用媒体网关实现语音分组 化，使用软交换设备完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、 路由、认证、计费等功能。语音分组化不但涉及数据编码格式的转换，更重要的 是语音编码模型( 算法) 之间的转换，具有物理含义。由于多媒体语音业务自身的 特点，媒体网关需要提供q o s ，它应当具有如下一些重要性质： 2 1 2 媒体网关的主要功能 ( 1 ) 支持多种语音编码算法 现有通信系统采用了多种语音编码算法，如g 7 11 ( p s t n ) 、g 7 2 3 1 ( i p 电话) 、g 7 2 9 a ( i p 电话) 、e f r ( g s m ) 、a m r ( 3 g p p ) 等。为了保证现有网络能 够平滑接入n g n 并能互通，客观上要求媒体网关支持多种语音编码算法，这也使 得自适应0 0 s 保障机制成为可能，如根据网络拓扑结构、动态负荷、链路状态， 系统动态调整采用的语音编码算法，确保整个网络q o s 最优化。 ( 2 ) 支持多种传输层q o s 保障机制 n g n 核心网是基于i p 的，这一点已经成为大家的共识，但是现有的i p 协议 ( 包括i n t s e r v ，d i f f s e r v ) 并不能完全解决n g n 面临的o o s 问题，加之已经存在 的a t m 、m p l s ，未来i p 究竟是怎样一种结构，工业界和学术界还存在争议。这就要 求，媒体网关能够支持多种传输层q o s 保障机制，在体系结构上具有足够的灵活 性，不但能够支持现有传输层o o s 机制，也能够通过有限的修改快速支持新出现 的o o s 机制。 ( 3 ) 高度可靠、易于控制和维护 n g n 不仅仅是一个网络，它将会是一个巨大的分布式系统，拥有众多具有强 6 北京邮电大学烦士学位论义 大计算能力的节点。在这样一种计算环境下，媒体网关必须高度可靠，另外媒体网 关要接受软交换设备的控制。如何支持多种不同的控制协议，实现媒体网关的维 护、监控、管理等功能，也是媒体网关要关注的问题。n g n 是不断完善的，未来i p 网络的走向很难预测，更高效的语音编码算法会随着语音信号处理技术的发展不 断出现。在这样一种背景下媒体网关要具有良好的可扩展性和高度的灵活性。体 系；l i 构高度可配胃和可编稃就必须依托具有可扩展忭的硬件结构综合语音分 组化、自适应q o s 保障、传输o o s 保障等多种技术机制。 2 2 媒体网关的关键技术 2 2 1 语音分组化 2 2 1 1 语音信号的数学模型 语音分组化( 语音编码算法) 是n g n 中实现多媒体语音通信的酊提和基础。大 部分算法建立在人发音的数学模型基础之上。最常用的一种发音模型认为人的语 音可以通过适当的激励信号通过一个线形声道模型进行模拟，即准周期脉冲激励 通过声道产生浊音( v o i c e ds p e e c h ) ：声带不振动，而在某处收缩，迫使气流高速 通过这一收缩部分而产生湍流就产生清音( u n v o i c e ds p e e c h ) ：如果声道在完全 闭合的情况下突然释放就产生爆破音( p l o s i v es p e e c h ) 。声道使用一个线形滤 波器来模拟，并把声门辐射和声道因素全部结合起来，引入一个全极点形式的转 移函数，即h ( z ) = g ( z ) v ( z ) r ( z ) 来进行数学描述。其数学模型如图2 一l 所示： 璧舞品 i 瞄尊，l 麓生善卜蝠卜j 一一 图2 1 语音产生的数字模型 语音合成模型是一个缓变的线形系统，其参数在l o m s 2 0 m s 时间范围内近 似不变，对此时间段的语音进行分析，提取表征声道和声源激励的有关特征参数， 将特征参数编码、传输、解码，在接收端便可以重现语音。选取不同的声源激励 形式和声道模型就形成了多种语音编码算法，它们在语音质量、编码速率、编码 延时、计算复杂度、容错能力上各有不同，需要根据不同的应用环境进行选取。 语音分组化具有严格的实时性要求，一帧语音必须在规定的时间内获取参数。前 后语音帧存在一定相关性，出现短暂的传输中断或者错误，语音可以利用前几帧 的特征参数进行预测，不至于让用户感到服务质量的突然下降，但是长时间的中 北京邮电人学顾 学位论文 断必然会使通话中断，仅依赖语音编码算法无法保证( 1 0 s 。 2 2 12 数字信号处理器( d s p ) 数字信号处理器是语音编码和调制解调的核心部件，它是一种专用处理器， 由于其具有体积小，功耗少，运算速度快等特点，它可以在短时问内完成大量的 乘、加运算，非常适合分组语音所需要的计算密集型运算和特殊处理。 图2 2 是d s p 与其它部件协同工作的情形。 图2 - 2d s p 与其他部件协同工作 d s p 可用于语音压缩、语音激活检测、回声抵消、时延抖动处理和时钟同步。 电话信令模块负责d s p 年n 分组协议模块之间的通信，而分组协议模块则把信号信 息从电话网络协议转换为分组网协议( i p ) 。网络管理协议监测整个系统的活动 状态，并且负责对各部分所执行的操作进行配置。 d s p 的语音分组模块可细分为以下几个部分。如图2 3 所示： 图2 - 3d s p 语音分组模块 p c m 接口模块可进行传统的g 7 1 1a d 和d a 变换，变换结果送到语音编解码 器模块，根据g 7 2 3 1 、g 7 2 9 a 等标准进行压缩和语法转换，p c m 接口单元还包括 信号音发生器和重新采样器。重新采样器的输入信号来自舒适噪声单元和分组五 北京邮电大学_ l 飒：学位论立 失管理单元。 在发送端，还用到了基于i t u tg 1 6 5 g 1 6 8 建议的回波抵消器，它的输出 分别送到增益控制器、语音激活检测器和信号音检测器。语音激活检测器的输出 经过遵循i t u tg 系列建议的编解码器处理，送到分组协议模块进行组装然后发 送出去。在接收端，分组协议模块接收分组数据，然后将这些数据送到自适应播 放单元，在此单元分组丢失管理器监测、补偿分组丢失的情况。 2 2 1 ，3 语音编码技术 语音编码器的主要功能是把用户语音的p c m 样值编码成少量比特( 帧) 。这种 方法使得语音在链路上产生误码、网络抖动和突发传输时具有健壮性。在接收端， 语音帧先被解码为p c m 语音样值，然后再转换成语音波形。 语音编码器分为三种类型：波形编码器、声码器和混合编码器。波形编码器 会尽可能重构出包括背景嗓音在内的模拟波形。由于波形编码器作用于所有输入 信号，因此会产生高质量的样值。因而，波形编码器工作在高比特率。例如，i t t - - tg 7 1 l 规范( p c m ) 用的比特率为6 4 k b p s 。声码器不会再生原始波形。这种编 码器会提取一组参数，这组参数被送到接收端，用来导出语音产生模型。 2 2 2 传输质量保证技术 2 2 2 1 基于r t p r t c p 协议的实时传输技术 根据多媒体实时传输的网络需求以及当前的网络体系环境，为了解决低延 迟、高时实性、q o s 保证等问题，由h s c h u l z r i n n e 等提出了专为实时数据传输 的新型协议：实时传输协议r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 及其伴随协议 实时传输控制协议r t c p ( r e a l t i m ec o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ，r t p 可以在多橘或单 播网络上为实时连续数据提供端到端的网络传输服务。这些服务包括荷载数据类 型的识别、序列号的产生、时间戳的建立、数据传输的q o s 监控等。正是这些服 务机制才为数据的实时传输提供了保证。r t p 在协议层中所处的位置如图2 4 所 刁o 卜 i 肼共ir t p 头【m 趣荷敦据 i l 图2 - 4r t p 在协议层中所处的位置 一个r t p 协议的数据包包括一个1 2 字节的固定r t p 数据头和不定长的连续媒体 数据，如图2 5 所示 殷奉号l 补齐位i 扩晨位i c s r c 蠡i 标记瞬藏类型i 序列号 ( 2 位) i ( 1 位) l ti 位) i i4 位) i 1 位) lt7 位) i i1 6 位) 时阔矗( 3 2 位) 同步瓤标识s s b c ( 3 2 位) 贡簟原标i 只c s r c ：t 2 位) 弼裹 负蕾数据p s y l o “t 9 北京邮屯人学顾 ：学位论文 图2 - 5r t p 协议的数据包格式 需要重点说明的几个部分： c s r c 源数( c c ) 定义了本头部包含的c s r c 源数目： 负载类型( p t ) 定义了r t p 负载的格式和编码的压缩方法，常见的负载类型 有：p c m 、g 7 2 1 音频编码、m p e g 音频和视频、j p e g 视频、h 2 6 1 视频流等。 序列号( s e q u e n c en u m b e r ) 每发送个r t p 包，序列号加l ，它可以被接收方 用来检查包丢失及重组包的顺序，序列号的初始值是随机的。 时间戳( t i m e s t a m p ) 是实时数据传输的重要信息，它记录了发送数据块首字 节的创建时间，采样时问是线性单调增长的，其时钟频率驳决于荷裁类型。 同步源标识s s r c ( s y n c h r o n i z a t i o ns o u r c ei d e n 2 t i f i e r ) 定义s s r c 的定义 符，可以随机选取，它是r t p 报文流的源。在同一个r t p 会话中，不同的s s r c 源应该 有不同的s s r c 值。 常用的r t c p 包包括：发送方报告包( s r ) ，用来发送和接收活动源的统计信息 接收者报告包( r r ) ，用来接收非活动站的统计信息：源描述包( s d e s ) 、点离玎系 统报告包( b y e ) 和特殊应用包( a p p ) 。发送方报告数据包( s r ) 的格式如图2 6 所示 其中需要重点说明的几个部分： 版本号 朴齐位i 按收报告计数l 包类型z 硎 长度 ( 2 位) 3 2 位) ( 5 位)l ( 8 位) l ( 1 6 位) $ s r c 同步擐( 3 2 位) n t p 时间蠹高位 3 2 位) n t p 时问霉幢位( 3 2 位) 盯p 时问碱( 3 2 位) 发送方盯p 包计数3 2 位) 敏进方字节计魏i3 2 位) s s r c - i ( 第一十发送霞) 3 2 位) 盖失事( 8 位)熏计丢失包羹( 2 4 位) 扩腱蚺最大序粥号3 2 证、 间陌到达抖动( 3 2 位) 最近发进方报告的时间拙( 3 2 位) 字最近发送方报告之后的延迟3 2 位) s s r c - 2i 簧二十发避豫) 图2 - 6 发送方报告数据包格式 包类型( p t ) 8 位，发送方报告的r t c p 包定义为2 0 0 ： 时间戳( n t p ) 6 4 位，表明这个报告发送的绝对时间，可以与接收方报告包中 的时佃】戳比较，估计往返传播时延： 时间戳( r t p ) 3 2 位，与n t p 时间戳对应，但是形式上同r t p 包的时间戳有相同 的初始值，它由n t p 时间戳根据r t p 时间戳计数器与实际时间的比例计算出来： s s r c 2 u 3 2 位，本块统计的s s r c ，以下各个字段的说明均指这个s s r c u 。 丢失率8 位，自发出上一个放送方报告后丢失的包数除以期望得到的包数， 北京邮电人学颤i 学位论义 得到丢失率，乘以2 5 6 放入本字段。 累计丢失包数2 4 位，接收开始后丢失包数的累计。它等于期望得到的包数减 去已经得到的包数，已经得到的包数包括迟到的和重复的，所以丢失有可能是负 数，期望得到的包数是收到的最大序列号减去初始序列号。 接收方报告包中不含发送方信息，包类型代码为2 0 1 ，其余都与发送方报告 包相同。 会议的参与者通过发送r t c p 报告包提供接收质量反馈，该包依据接收者是否 同时也是发送者，选用两种格式中的一种。发送方报告和接收者报告除了包的类 型码不同外，格式上的差别仅在于发送方报告包含个2 0 字节的发送者信息字 段。接收音频视频流的应用程序周期性的产生接收方报告控制包r r 。该控制包 含有已接收数据包的最大序列号、丢失包数目、时延抖动和时间戳等重要信息。 发送方应用程序收到这些包后可以估计往返时延，还可以根据丢包数和时延抖动 动态调整发送端的数据发送速率，以改善网络拥塞状况，实现公平带宽共享，并根 据网络带宽状况平滑调整应用程序的服务质量。 2 22 2q o s 保证措施 由于基于分组的i p 网络的传输占用的是逻辑信道，而不是实际的物理信道， 因此是不提供服务质量( q o s ) 保障的，媒体网关处于连接p s t n 与i p 网的中间环 节，从提供服务质量保障的电路交换域到不提供服务质量保障的分组域，媒体川 关需要有支持分组域q o s 保障的功能，所以媒体网关的q o s 问题主要集中在i p 网络 上。传输层q o s 保障目前主要集中在m p l s ，a t m ，i n t s e r v ，d i f f 2 s e r v 等技术上， 仪刹用这些机制是否就可以在n g n 上支持大规模有q o s 要求的多媒体业务，目前 还没有定论，但是它们比较有希望实现这个目标。 ( 1 ) 多协议标签交换m p l s i p 协议最初是面向“尽力而为”数据业务的，每个分组转发需要根据分组 首部目的i p 地址来确定输出端! e l 。随着通信链路速度的快速增加，路由器转发分 组的速度成为影响网络性能的一个重要因素。m p l s 将分组映射到转发等价类 f e c ，为每一个f e c 指派一个标记并把此标记加到i p 数据包头，交换机根据标记 采用硬件完成快速交换，实现选路与转发的分离。m p l s 交换机分为边缘交换机 ( l e r ) 和核心交换机( l s k ) ，通过标记分配协议( l d p ) 为边缘路由器建立直达的 数据连接，它们建立时就承诺支持多媒体通信所需的q o s 。目前m p l $ 主要用在骨 干网上提供一种大粒度的q o s 保障。 ( 3 ) 综合服务i n t s e r v i n t s e r v 为多媒体实时应用定义了两类服务，即有保障服务( g u a r a n t e e d s e r v i c e ) 和可控负载服务( c o n t r o l l e d 2 l o a ds e r 2 v i c e ) 。有保障服务的特点是 性能非常可靠或者时延有上限：可控负载服务提供与“尽最大努力”服务在轻负 北京邮l 乜太学顾 ：学位论文 载时相比拟的q o s 。i n t s e r v 参考实现框架包括资源预留协议在传送数据之前 先建立会话路径并预留所需的资源：接纳控制用来决定是否同意对某资源 的请求：队列管理对进入路由器的分组进行分类，放入不同的队列，根掘服务 质量要求决定分组发送的先后顺序i n t s e r v 主要存在的问题是：状念信息的数量 与流的数目成正比，这就使路由器需要很大的存储空间和处理开销，因此不适合 因特网的主干部分：对路由器要求很高，若要得到有保证的服务，所有的路由器都 必须支持r s v p ，定义资源预约的信令机制，实现接纳控制、分类和调度等具体机 制。 ( 4 ) 有区别服务d i f f s e r v d ir f s e r v 的主要思想是利用i p 协议的首部t o s 字段，引入有限的几类服务： 优质服务( p r e m i u ms e r v i c e ) 、有保证的服务( a s s u r e ds e r v i c e ) 、奥林匹克 服务( o ly m p i cs e r v i c e ) 来实现各种业务( 包括多媒体业务) 。d i f f s e r v 将网络 划分成边缘网络和核心网络，将所有与用户管理有关的工作留在网络边缘。边缘 路由器负责对用户输入到网络的流进行识别、分类和整形，并将一个流应该接受 的服务类型，明确地标记在该流的每个分组的头上：核心路由器根据分组所标记 的类型信息对它进行转发处理，而不用顾及这些标记是否正确，送出这些标记的 流是否合法，以及这样处理是否会产生质量问题。究竟采用何种策略在边缘路由 器对分组进行标记是d if f s e r v 成功实施的关键。i n t s e r v 和d if f s e r v 是对现有 i n t e r n e t 结构和协议的扩展，受原有i p 协议的限制，它们是否可以支持太规模多 媒体业务的运行，目前还缺乏这方面的实证。m p l s 和a t m 在v o l p 上已经有比较成 熟的使用，它们也可以移植到n g n 中的媒体网关实现上。这四种技术机制可以综合 使用，形成端到端的有保障q o s 方案。 。 2 2 3 与媒体网关控制器的信息交互 h 2 4 8 m e g a c o 协议是由m g c p 协议发展而来的，它体现了下一代网络中业务 与控制分离，控制与承载分离的思想。在软交换系统中，该协议主要用于软交换 和媒体网关，或者软交换与h 2 4 8 终端之i | 日j ，软交换通过此协议控制媒体网关， 或h 2 4 8 终端上的媒体，或控制流的连接建立和释放。 h 2 4 8 协议主要包括以下8 条命令： ( 1 ) a d d ：此命令由m g c 发往m g 。向连接关系添加一个终端。在一个连接 关系中添加第一个终端，也可以创建一个连接关系。 ( 2 ) m o d i f y ：此命令由c 发往。用来修改终端的属性，信号或事件参 数等。 ( 3 ) s u b t r a c t ：此命令由m o c 发往m g 。删除连接中的终端，并且返回终端 在连接中的活动统计列表。 北京邮电人学硕士学位论文 ( 4 ) m o v e ：此命令由m g c 发往m g 。将终端从一个连接移到另一个连接。 ( 5 ) a u d i t v a l u e ：此命令由m g c 发往m g 。查询终端上的当前特征。 ( 6 ) a u d i t c a p a b i l i t i e s ：此命令由m g c 发往m g 。查询终端所支持的功能 特性。 ( 7 ) n o t i f y ：此命令由m g c 发往m g 。向软交换报告其检测或发生的事件。 ( 8 ) s e r v i c e c h a n g e ：此命令既可以由m g c 发往m g 。也可以山m g 发往m g c 当注册、启动或者发生故障时都可以使用该命令，其功能是用来向对方报告当日t 状态的改变。 m e g a c o h 2 4 8 的连接模型如图2 7 ： j 璺i2 - 7m e g a c o h 2 4 8 的连接模型 媒体网关控制器借助于媒体网关完成在不同网络中的呼叫处理功能，其中 比较典型的是通过媒体网关建立p s t n p s t n 呼叫的情况，通过m g 进行呼叫的 p s t n 终端，在用户侧也就是进入m g 之前，还是电路域，进入媒体网关以后经过 媒体网关的处理，语音信息和信令信息都以分组的形式发送的i p 网络，其呼叫建 立流程如图2 - 8 ： 北京郴i 也人学顾j ? 学位论文 用广板m gm g cm g用广 拨号音 被叫号码 同铃音 停同铃音 n o t i f y ( 摘她 2 r e p l y 3 m o d j f y 送拨弓音和收蹙号码 4 r e p l y 5 n o t i f y ( 被叫号 7 a d d ( 终端特性) 终端特性、送振 监视话机 1 0 r e p l y 1 7 m 0 d i f v ( 停回铃音) 3 n o t j ( 摘机) l4 r e p l y l5 m o d i 知 断铃瀛、监视挂 1 6 r e p l y 启动语音 处理 振铃 f 、t 苫 停铃滤 图2 - 8p s t n - - p s t n 终端呼叫建立流程 ( 1 ) m g 检测到用户摘机，并将消息发送给、i g c ( 2 ) m g c 回复己收到此信息 ( 3 ) m o c 命令向主叫终端发送拨号音，根据编号方案检测被叫号码，并监 视挂机事件 ( 4 ) m g 回复响应 ( 5 ) m g 收到第一位拨号数字( 第一个事件) ，按照协议规定，立即停止当 前信号( 拨号音) 的发送。因为当前激活的数字映像完成事件尚未满足触发条件， 北京邮电大学顾士学位论文 所以资源板继续采集d t m f 数字， 码通知m g c 。 ( 6 ) 8 g c 回复响应 ( 7 ) m g c 分析所收到的号码 板的关联域上添加终端。 ( 8 ) m g 回复响应 直至判定终端类型为止。此时，主控板将此号 确定需在两个之间建立承载连接，在主控 ( 9 ) m g c 命令m g 创建关联域，加入t d m 终端 ( 1 0 ) m g 回复响应 ( 1 1 ) 主控板将上述m g 的r t p 接收信道地址及媒体格式通知主控板 ( 1 2 ) m g 回复 ( 1 3 ) m g 检测到用户摘机，报告给m g c ( 1 4 ) m g c 回复响应 ( 1 5 ) m g c 命令m g 监视t d m 终端挂机事件，并断铃流 ( 1 6 ) m g 回复响应 ( 1 7 ) m g c 命令主控板停止铃音，并将r t p 终端的媒体流模式改为“收发” 型 ( 1 8 ) m g 回复响应，至此两个媒体网关之间的双向通道建立 ( 1 9 ) m g c 对m g 上r t p 终端的特性进行审计，要求m g 报告该终端当前激活 的检测事件信号和数字映像、媒体特性、支持的封包，以及目前这些封包规定的 统计数据 ( 2 0 ) m g 报告审计结果 呼叫释放消息流程如图2 - 9 ： 用户 m g m g cm g 用户 挂机 一 1 n o f i f y 一 一2 r e p i y 一3 s u b t r a d 4 s u b 乜a c l r e p l y 一7 r e p l y 图2 - 9p s t n p s t n 终端呼叫释放流程 北京邮电人学硕士学位论文 ( 1 ) 端用户挂机，主控板向m g c 报告该事件 ( 2 ) m g c 回复响应 ( 3 ) m g c 命令主控板删除终端 ( 4 ) m g 回复响应上报统计数据 2 3 媒体网关的结构模型 媒体网关要完成语音分组化、支持多1 0 f l q o s 传输机制、支持应用层自适应q o s 机制、具有良好的可扩展性和高度的灵活性，所有这一切依赖于一个良好的体系 结构硬件和软件结构。下面将对媒体网关的结构模型进行详细的介绍： 2 3 1 媒体网关的硬件 语音分组化是计算密集性任务，需要使用高性能计算引擎，同时传输层q o s 实现也主要依靠硬件。综合上面的分析，这罩给出媒体网关的一个参考硬件结构 图( 图2 1 0 ) 。此设计的最大特点是采用数字信号处理器( d s p ) 作为计算g 擎， 利用软件完成语音分组化过程：采用通用的主处理器来支持各种通信协议和信令 采用接口逻辑实现与n g n 其他部件可靠、高速的通信，如支持i o m 1 0 0 m 以太网、 s d h 、a t m 、m p l s 等协议。 图2 - l0 媒体网关硬件结构模型 2 3 2 媒体网关的软件 媒体网关的软件应该包含以下一些特征：回音抵消、分组再生、话音处理、 分组打包、信令支持以及网络管理。可以分为设备驱动、网络接v i 和媒体网关控 制协议的实现几个主要部分。其结构框图如图2 1 1 ： 北京邮电又学顾士学位论文 p c m 接i l ，一l r 一r 厂 | ， f 广 r nr 厂 i 7 ”愀”喊叫搿鏖i 。h 剐一引分组 厂! i 啦元【j 嚣ik编il 打乜 罐岬! 岳；慷卡 己ji 釜! ；曲l 1 ，一。，。，j i t i 息处胖 l 隹元 图2 - n 媒体网关软件结构模型 7 生 、l 一。一蚴眠一 北京邮电大学硕十学位论文 第三章媒体处理平台介绍 3 1 硬件支撑系统 3 1 1 系统概况 媒体处理平台采用了背板插拔式模块化设计思想，精选目前器件市场上技术 较为先进、质量成熟可靠的通用专用电路，集成度高、功耗低；在控制方式上 采用了分布式控制管理，重要单元冗余备份，所有部件支持热插拔。这样使得该 系统操作简单、维护方便，利于系统的扩容和版本的升级，而且易于构成多功能、 大容量的系统。( 系统框图见附图1 ) 媒体处理平台整体采用了1 0 u x 6 u 的标准机框，插拔式背板结构共提供了2 0 个板位接口：m p u 主控板( 主备用2 块) 和c c s 信令板( 主备用2 块) 位于中问， r e s 资源板、d t u 数字中继板和a s l 模拟用户板、a t l 模拟中继板分别位于两 边；其中，r e s 资源板和d t u 数字中继扳可以混插，共8 个板位，a s l 模拟用 户板和a t l 模拟中继板可以混插，占用剩下的8 个板位。其正面分柿图如图3 1 所示 ccm m dd d d ddddccpptttttttt tt t t tt t t ss u ucccccccc uu uuuuu ul2l2， ，ssssssss rr r rrrrrllllllll ee e e ee ee iii iilji ssssssssc cc cccc c 图3 1 媒体处理平台机框正面分布图 3 1 2 主控板 主控板m p u 是媒体处理平台的控制系统，根据其功能模块进一步可分为： c p u 8 6 0 t 、1 0 m 1 0 0 m 以太网、交换网络、时钟、d s p 处理、地址逻辑译码、主各切 换互锁、电源、复位、驱动十个子模块。( 结构框图见附图2 ) 3 1 _ 3 数字中继模块 数字中继板d t u 提供合乎国标和c c i t t 标准的e 1 标准接口，共4 路，其功 北京帅l b 人学颂i ：学位论义 能模块进一步可划分为：c p u 8 6 0 t 、i o m i o o m 以太网、d s p 处理、e l 数字接口2 1 0 3 5 4 、 交换网络、f p g a 地址逻辑译码、电源、复位、驱动九个子模块。( 结构框