（计算机应用技术专业论文）基于sip的voip计费系统设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 v o 口技术集语音信令技术、语音编码压缩技术、网络传输技术、 q o s 技术、实时传输等技术为一体，是当前通讯行业最热门、发展 最快的领域之一，是n g n 目标的重要部分。它将语音传输与碑网 络联系起来，改变了语音传输的承载网络和传输方式，极大地冲击 着全球传统电信市场，挑战着语音通讯业务的运营模式。 v o 口按照其信令技术而言，可划分为h 3 2 3 和s 疋两大体系。 其中，s 口体系把语音传输业务当作p 网络的一种应用，具有简单、 实现成本低、业务扩展方便等特点，它正成为构建v o p 体系的首 选。 目前，v o 口体系的各项技术已逐渐成熟，v 0 口正处于大规模 推广前的准备阶段，作为v o p 运营的重要支撑系统之一，v o 口计 费系统的地位与意义也显得尤为重要。 本文分析、讨论了基于s 口协议的v o 口计费系统的设计与实 现，主要工作有： ( 1 ) 根据口计费系统的特点以及现有v 0 口计费现状，提出 了通过增设计费代理服务器来解决计费系统与s p 系统无缝融合问 题的解决方寨，并规划了系统的功能组成模块和各功能实体。针对 话吧计费系统“一号多终端”的特殊计费需求，提出了利用f r o m 头字段值区分不同终端的解决方案。 ( 2 ) 搭建第三方v o 口测试平台，分析了s 口消息，确定了计费 开始、计费结束点。使用s i o 工具，设计了核心计费系统和话吧 计费系统的总体计费流程图、线程构成图，并从线程执行流程和线 程间数据流向两方面对各线程做了详细的设计。 ( 3 ) 根据核心计费系统和话吧计费系统的详细设计，采用面向 对象方法，针对不同系统的各功能，实现了系统的各模块。在系统 实现过程中，针对一些关键问题提出了解决方法：针对会话状态表 查询性能要求高的问题，采用哈希链表的数据结构实现；为提高多 线程的管理和调度能力。设计并实现了线程调度器；为提高数据采 集性能，基于先拆分后解析的思路，实现了s 口解析器。 ( 4 ) 将核心计费系统、话吧计费系统与与第三方测试平台衔接， 搭建了系统测试环境，并从终端兼容性、拨打时延、抗压能力等多 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 方面对系统进行了详细的测试。 关键词：v o i p ；s i p ；计费系统；核心计费；话吧计费 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t a sa i lm l p o r t a n tp a no fn g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) ，v o 口 c v b i c eo v e r 口)i s o n eo fm eh o t t e s te m 呼n gt e c h n o l o 西e si n t e l c c o i n m u i l i c a t i o ni n d u s 虹y w h i c h 妇e 掣a t e st e c h n o l o 百e si n c l u 曲1 9 v o i c es i 弘a l ，v o i c ee n c o d i n g 蛆dc o m p r e s s i o n ，r l e t w o r kt r a 脚i s s i o n ， q o s ，a 1 1 dr e a lt i i n et r a l l s m i s s i o n c o m b i n i n gv o i c e 廿趾s m i s s i o nw i t hm n c t w o r k ，v o 口c h a i l g e s 也ec a n 研n gn e o r ka i l d 订a i l s m i s s i o nw a y ， 铲e a t l yi n n u c e st h e 廿a d “i o m lt e l e c o mm a r k e ti 1 1t h ew o r l d ，a n d c h a l l e n g e st l l em n i l i n gp a t t e mo f v o i c ec o m m u n i c a t i o nb u s i l l e s s a c c o r m n gt ot h es i 盟a lt e c h n o l o 跚v o pc a l lb ed i v i d e di n t o 柳o s y s t e m s ，i e ，h 3 2 3a n ds p ( s e s s i o n “t i a lp m t o c o i ) s pt a k e sv o i c e 仃a 1 1 s m i s s i o nb u s i l l e s sa sak i l l do f 即p l i c a t i o n0 f 口n e t w o r k ，w 1 1 j c hi s s i m p l e ， l o w - c o s ta n dc o n v e n i e n tf o rb u s i n e s s d c v c l o p r n e n t ， a i l d t i l e r e f o r eb e c o m e st h ef h 吼c h o i c et oe s t a b l i s hv b 口s y s t e m c u n e n t l y ，s i n c e a l lt h et e c h n o l o 亩e so fv b 口h a v eb e c o m e r c l a t i v e l ym a t l l r e ，v o i pi so n 廿1 ep r 印撕n gp h a s eo fe x t e n s i o ni ns c a l e a so n eo ft i l ci n o s ti m p o n a n ts y s t 锄ss u p p o 血gf o rv b 口m r m i n t h e s t a m sa n ds i 弘i 丘c a n c eo f b i l l i n gs y s t e mo fv o di sb e c o m i gv e r y c r u c i a l t l l i st h e s i sp r e s e n t sm e d e s i 弘a 1 1 di m p l e m e l l t a n o no fv o 口b i l l 崦 s y s t e l b a s e do ns mp r o t o c 0 1 t h em a i nr e s e a r c hi sa sf o l l o w s ： ( 1 ) c o n s i d e 血gt 1 1 es p e c i a lf e a t u r e sa n dc u r r e n tc h a r g i n gs t a t u so f v o 口b i l l i n gs y s t e n l ，也i st l l e s i sp u t sf o 九a r das o l u t i o no f 也es e a n l l e s s i n t e g r a t i o no f b i l l i n gs y s t e mw i i hs ps y s t e mb y1 1 s i n gc h a r g i n ga g e n t s e e r s ，a n ds p e c i f i e s 也e 劬c t i o nm o d u l e sa n de m i t i e sf o rt h eb i i l i n g s y s t e 【n a s f o rm es p e c i a l r e q l l i r e m e l l t so f “o n en u 玎曲e rw i m m u l d - t e r r n i n a l s ”，m i st h e s i sp r o p o s e saw a yt od i 艉凇1 t i a t ed i f 融。n t t e m i n a l sb ym e a i l so f 吐l eh e a ds e g m e n tv a l u ea tf r o mf i e l d ( 2 ) b yb u i l d i n gt h et h i r dp a n yv o 口t e s t i n gp l a t f o m ，m et h e s i s a n a l y z e ss 邛m e s s a g e ，a 1 1 dd e t e n i n e sm es t a r t i n ga n de n d i n gp o i l l t so f c h a r g e b yh e l po fv i s b ，m eg e n e r a ic h a r g i n g 舶wc h a r ta n dt h r e a d c o m p o s i t i o nf i g i l r eo ft h ec o r ec h a r g i n gs y s t e ma n dt h ep h o n e b a r c h a r 垂n gs y s t e ma r ed e s i 驴e d m o r e o v e r ，d e t a i l e dd e s i 弘i sm a d e 丘d m 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 t 、v o a s p e c t s ，t h a ti s ，m ee x e c u t i n gn o wc h a no fm r e a da n d 也ed a i a n o w 锄o n g t l l r e a d s 。 ( 3 ) b a s e do nt h ed e t a i l e dd e s i g na b o v e ，也em e s i si m p l e m e n t st l l e f h n c t i o nm o d u l e sb yu s i n gt l l eo b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d a tt h i ss t a g e ， s o l u t i o n sf o rm ek e yp r o b l e m sa r ep u tf o r w 砌，f o re x 锄p l e ，朗1 p l o 姐n g h a s h c h a i n - t a b l ed a t as t m c t l l r et om e e tt h ed e m a n do ft h eq u e r y p e r f o n n a n c eo f 也es e s s i o n s t a t i l st a b l e ，a d o p t i n gt h i e a ds c h e 血1 e rt o i m p r o v e 血em a n a g e m e n ta n ds c h e d u l eo fm u n i 一让l r e a d ，a 工l du s i n gs m p a r s e rt oi m p r o v e t h ed a t a c 0 1 1 e c t i n gp e d b n 】柚n c e ( 4 ) t h es y s t e mt e s t e n v i r o n m e n ti ss e tu pb yc o 皿e c t i n g 也e t h i r d p a r t yt e s t i n gp l a t f o 咖w i mt h ec o r eb i l l i n gs y s t e ma 1 1 dp h o n e - b a r b i l i i i 培s y s t e m ，a n dm ed e t a i l e dt e s t i n g i sc 删e do u to nm i st c s t e n v i r o m n e n t 丘o ms u c ha s p e c t sa st e m i n a lc o m p a t i b i l i t y ，d i a l i n gd e l a y a i l da i m - p r e s s i l r ea b i l i t y e t c k e y w o r d s ：v b i p ；s i p ；b 珊i gs y s t e m ；c o r eb i u i 彩p h o n e _ b a r b 珊i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1v o i p 的发展及其重要意义 1 1 1v o i p 的发展历史 随着互联网全球化、标准化、商用化的发展，人们开始希望通 过互联网进行电话、传真等服务。1 9 9 5 年，以色列v o c a l t e c 公司 的i n t e r n e tp h o n e 因特网电话软件研制成功，它可使联机用户通 过因特网进行相互通话。技术上的突破，在i t 界引起了巨大的震 动，其廉价的语音业务成本带来的无限商机，也促使许多公司开始 投入到v o i p ( v o i c eo v e ri p ) 技术研发上。随后，m i c r o s o f t 公 司的n e t m e e t i n g ，i n t e l 公司的工n t e r n e tv i d e op h o n e 等各种因特 网电话软件相继问世。 v o i p 技术的持续、蓬勃发展对传统电信业构成了巨大的威胁， 同时也给电信业带了商机。上个世纪末，电信公司开始考虑如何把 传统的p s t n 和i n t e r n e t 结合起来，减低成本，提供电话服务。一 些国家，如美国、奥地利、瑞典、德国、荷兰、墨西哥等，也制定 了相应的政策法规，认可i p 电话经营的合法性，各种v o i p 设备投 入使用，v o i p 也从此进入了发展期。 近年来，v o i p 相关技术日渐成熟，标准逐渐统一，业务形式由 原来的电脑到电脑单一的形式发展成电脑到电脑、电脑到电话、电 话到电话等多种形式。市场调研公司i r e s e a r c h 的统计显示，2 0 0 4 年全球v o i p 设备市场规模已达到5 0 亿美元，预计2 0 0 8 年市场规 模将达2 0 0 亿美元。此外，全球v o i p 服务市场也将从2 0 0 4 年的3 5 亿美元迅速增长至2 0 0 8 年的2 1 0 亿美元【l j 。2 0 0 5 年9 月2 1 日，经 信息产业部批准，中国电信在广东深圳和江西上饶，中国网通在吉 林长春莉山东泰安的本地网范围内，作为试点承担电脑对电话方式 的网络电话业务，这也标志着国内v o i p 政策也由禁止到观望到放 开的逐渐演变。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 1 2v o i p 的重要意义 v o i p 对电信技术的最终影响可能是彻底的更换。v o i p 不仅成 为i n t e r n e t 应用技术领域令人瞩目的焦点，而且已经在全球电信 行业掀起了层层波澜。v o i p 技术的发展加速了p s t n 与i p 网络、语 音与数据业务的融合，随着技术和标准的不断成熟，伴随着”三网 合一”的大潮，v o i p 可望成为下一代电信基础设施结构的核心，它 使未来各电信业务综合统一在i p 网络上成为可斛”。传统电信业所 提供的产品和服务可能将成为将来互联网应用产品和服务的一个 分支。 v o i p 技术极大地冲击了电信运营商的商业模式。v o i p 技术的 突破及其飞速的发展，证实了语音通信可以基于分组网络得以实 现，这将冲击改变电信业利用p s t n 网络提供语音业务的传统理念。 同时，v o i p 技术使电话语音通信的成本大幅度下降，实现手段变得 简单容易，将从根本上改变只有大型运营商才有能力经营语音业务 的定律。2 0 0 5 年1 月3 1 日，西南贝尔宣布收购美国电信巨人a t t ， 同年5 月8 日，v e r i z o n 收购美国第二大长途电话公司i 。与此 相反的，些发达国家的v o i p 服务提供商激增，新型的通信公司 兴起。成立于2 0 0 2 年的美国v o n a g e 通信公司，经过3 年的发展， 由雇员5 0 名发展到员工近2 0 0 0 人，用户多达8 0 万户，成为美国 市场最大的v o i p 提供商【l 】。在国内，政策管制限制了v o i p 的发展， 但是互联网上”随身行”、“爱可聆”等网络电话服务依然风行。 越来越多的地下运营商，逐步蚕食电信市场。随着中国加入w t o ， 我国电信运营商如何改变商业模式，应对v o i p 带来的机遇和挑战 成为不可回避的问题。 1 2v o ip 计费现状 当今，许多i t 公司，如国内的腾讯公司，国际i t 巨头微软公 司，已经或者即将把网络电话软件集成到已有的系统中，为互联网 用户提供免费的电脑到电脑语音服务。但是，在短时间内，利用v o i p 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 方案来完全代替电路交换网络是不切实际的，在较长一段时间内， 各种提供语音服务的网络将共同存在。v o i p 与传统p s t n 网络的融 合及商用，必将使v o i p 的计费问题目益突出。 在国内，v o i p 发展相对国外发达国家来说，进展相对缓慢，尤 其是电脑到电话的语音业务由于国家政策所限，一直是在管制下慢 步。直到2 0 0 5 年，国家才允许部分电信运行商在个别地区进行试 点。此前，该服务一直是由一些地下运营商私自提供。各运营商v o i p 系统相对独立，不同运营商发展的客户之间很难相互通话，其计费 系统也缺乏统一标准，各成一体。对于提供传统电话业务的国内大 型电信运营商而言，要想后来居上，争夺v o i p 市场，必须建设一 套标准、全面的v o i p 系统，那么，作为直接影响用户对运营商忠 诚度的【3 1 、直接关系着运营商收入的【4 1 、能考虑多种计费需求、广 泛可用的标准化的v o i p 计费方案也显得尤为重要。 1 3 论文研究内容及思路 本文按照提出问题、分析问题、解决问题、总结问题的总体思 路来开展工作。 提出问题 简要、概括地介绍了v o 发展的历史背景、重要意义及其相 关的技术基础知识，把v o 口计费现状与v o 口推广过程中的实际需 求结合，提出了设计、实现综合性、可适配、可扩展强的基于s i p 的v o i p 计费系统这一总体目标。 分析、解决问题 综合了多种不同类型v 0 d 用户的计费需求，将系统层次化、模 块化，把系统分解成若干个功能实体，并设计、分析了由各主要功 能实体构成的核心计费系统的总体工作流程和数据流向。 数据采集、汇集是计费流程的重要环节，它是计费系统进行计 算、处理的前提，也是本文分析、设计的重点； 数据采集、汇集后，根据不同的计费策略生成通话记录，进行 话费的结算并保存。由于业务的多样性必然导致计费策略的多样 性，也将导致系统实现的多样性，在此，本文仅以按时长计费为例 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 对此环节做了简单的分析和设计。 计费系统的外围模块包括用户话费查询、话费统计、数据库 维护等诸多可扩展的应用模块。这些模块应根据实际应用需求做详 细设计和实现，许多文章对这些模块做了详细的讨论，本文对其不 做讨论。 话吧计费系统具有”一号多终端”的特殊计费需求，本文提出并 阐述了利用s p 协议定义的f r o m 头字段值区分终端号的解决办法。 并比较分析了话吧计费系统与核心计费系统的不同之处。 在总体分析、设计的基础上，文章从线程构成、线程流程、线 程数据流向等方面对核心、话吧计费系统的重要组成部分进行了详 细分析和设计，并对系统实现时遇到的问题，重要数据结构、算法 进行详细的阐述。 总结问题 总结了系统设计与实现过程中的一些想法，展望了v o i p 的发展 及其计费系统的值得进一步研究的一些问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 1v o i p 第2 章涉及的知识基础 2 。1 1v 0 i p 概述 ( 1 ) 概念及基本原理 v o p 泛指应用进行的简单语音业务的传输【5 】a 其基本原理 是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，把这些语音数 据按p 等相关协议进行数据封装，然后通过d 网络把数据包传输 到接收地，再把这些语音数据包经过解码解压处理后，恢复成原来 的语音信号，从而达到利用口网络传送语音的目的。 ( 2 ) 相关技术 v o 技术是涵盖多种技术的综合性的技术体系。 信令技术 信令技术是v 0 技术体系中，重要的组成部分之一，它保证 呼叫的顺利连接和控制，目前广泛使用的是i t u t 的h 3 2 3 系列和 珥t f 的s 口( s e s s i o nh l i 石a 1p r o t o c 0 1 ，会话初始化协议) 系列。 h 3 2 3 系列定义了无业务质量保证的分组网络上多媒体通信的 协议及其规程【6 j 。它在技术体制上、组网方式上都借鉴了传统电话 网的方式，是早期伊解决方案中使用较多的信令技术。 s p 协议是应用层控制( 信令) 协议，它用于创建、修改和终止 单方或多方会话，这些会话包括互联网电话会话、多媒体会议等 7 】。 它完全参照了h e m e l 的组网方式，寻址方式。由于其相对简单， 易于实现，能更好地支持多媒体的应用的特点，它正在越来越广泛 地被采用。 语音技术 语音压缩编码技术是语音得以在分组口网络上传输的前提， 是降低带宽使用的关键。表2 一l 对比了几种常用语音压缩编码的技 是降低带宽使用的关键。表2 - 1 对比了几种常用语音压缩编码的技 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 术参数。m o s ( m e a no p “o ns c o r e ，平均意见得分) 值由高到低表示 语音质量由好到差。5 为最高，1 为最低。 表2 1 常用语音编码的技术参数比较 名称传输速率缳b i 讹)m o s 值 g 7 1 16 44 3 g 7 2 3 16 3 5 33 8 g 7 2 9 8 4 0 此外，相关的语音技术还有静音检测技术和回声消除技术等。 静音检测技术能有效检测、删除用户的静默时间内的信号，进一步 降低语音传输所需带宽。 回声消除技术主要利用数字滤波器技术来消除对通话的回声 干扰，保证通话质量。 网络传输技术 v 0 p 网络传输技术主要是t c p 和u 】) p 相对而言，大多数v 0 d 方案利用u 1 ) p 进行传输。此外，v 0 p 网络传输技术还包括路由选 择技术、网络管理技术、v p n ( n i l a lp 咖a t en e m o r k ) 技术、穿 透n a t ( n e t w o r k a d d r e s st r a n g l a t i o n ) 及防火墙技术等。 媒体传输技术： 利用u d p 传输媒体，无法作到避免数据包丢失和确保数据包 有序，同时语音业务又具有实时性特点。通过配合使用 瑚曙( r e a l 廿n et r a n s 6 玎p r o t o c o l ，实时传输协议) 和r t c p 低e a l - t i m e t r a n s f e rc o n n d lp r o t o c 0 1 ，实时传输控制协议) 可以较好地解决上述 问题。 r t p 提供了基于多播或者单播网络上传输实时数据( 例如音、 视频等) 的端到端网络传输功能【8 1 。它通过序列号字段检测分组的丢 失及重组分组，通过时间戳字段来确保不同媒体流的同步。 r t c p 为会话用户之间提供了大量的关于会话质量的反馈信 息。系统通过r t c p 反馈动态调节会话参数或执行相应策略，来提 高系统传输质量、保证实时性。 q o s ( 服务质量) 技术 q o s ( 啦a l i t yo f s e n r i c e ) 是现阶段v o 口面临的主要挑战之一。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 目前主要的解决方法包括r s v p ( 资源预留) 、d e 脓s e ( 区分服务) 和标记交换等。r s v p 定义了多播或者单播数据流资源预留的建立 过程一j 。它通过预先发送r s v p 消息，在发送端到接收端途径上的 一系列路由器上预留传输所需资源来达到保证通话质量的目的。 区分服务定义了一种可以在互连网上实现可扩展的分类业务 的体系结构，它通过标记口层数据包的d s 字段，体现不同的业 务级别 m 】，使得应用程序能优先处理实时要求高的业务流。 多协议标记交换在数据包上附加短标签。路由器通过标签值察 看下一跳，以进行快速选路。同时，路由器通过标签中的f e c ( 转 发等价类) 值，来确定同一个给定数据流的所有包，确保其经过同 样的路由，按照发送时顺序到达目的地。 无线、移动技术 v o 口技术与w i f i 、蓝牙等无线接入技术的融合，为v o m 技术 进入无线领域奠定了技术基础。作为移动通信标准化组织的3 g p p 已经决定在s 口基础上建立第三代移动通信的全p 网络，并要求 未来的3 g 终端必须支持s p 协议。 ( 3 ) v o i p 优点 利用口来传输语音，与传统的利用电路交换来传输相比，具 有许多优点： 节省带宽资源 电路交换电话以“k b 训s 的速率传输话音，在v 0 口方案中， 通过选用高效的语音编码方式如g 7 2 9 ，可以以8 k b i t s 甚至更低的 速率传输，其语音效果相当。 便于语音与数据的集成 将语音、视频、数据等综合业务在统一的网络上传输，是下一 代网络的建设目标，是通讯网络的发展趋势。v o 口作为n g n ( n e x t g e n e r a l i o nn e 觚o r k ) 的先驱，其主要一点就是其宜于多媒体集成的 特性。口呼叫中心、语音信箱、视频会议就是其典型应用。 通信设备成本维护费用低，业务更新升级简单 口技术体系是个开放、灵活的体系。各种软、硬件供应商分别 提供更加专业化的产品，这使的运营商选择供应商有更大的余地。 新业务的开发和部署更加简单。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 1 2v o i p 之h 3 2 3 技术体系 就信令标准而言，v o d 可分为h 3 2 3 和s p 两大技术体系。 下面对h 3 2 3 进行介绍，关于s 口体系则在下一节介绍。 h 3 2 3 的系统组成 h 3 2 3 标准是由i t u t 提出，作为v o 的标准化信令协议广泛 使用。h 3 2 3 描述了在可能不提供网络质量保证的包交换网络上， 提供多媒体通讯服务的终端和其他实体 1 1 。它主要包括四种实体： 终端、网关、关守及多点控制单元( m c u ) 。h 3 2 3 体系中的实体 组成如图2 1 所示。 图2 1h 3 2 3 体系结构示意图 h 3 2 3 终端：分组网络中提供实时、双向通信的端点即终端用 户通信设备。 h 3 2 3 多点控制单元：管理多个终端之间的进行多点会议的资 源以及对媒体流的交换、混合等处理。 h 3 2 3 关守：对h 3 2 3 终端、网关和多点控制器各类节点进行 控制。包括访问授权、呼叫控制、带宽管理等功能。 h 3 2 3 网关：是h 3 2 3 网络和其他类型网，例如p s t n 、i s d n 等之间的转换节点。它负责不同网络间信令、媒体的转换。 h 3 2 3 协议族及其协同工作 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 h 3 2 3 节点之间信令交换参照h 2 2 5 o 和h 2 4 5 协议。 h 2 2 5 o 描述了在包交换网络中的h 3 2 3 设备如何管理音频、 视频、数据和控制信息，提供会话服务 1 2 】。它包括两个部分，一是 呼叫信令，用于h 3 2 3 端点间连接建立和拆除。二是r a s ( 登录、 许可状态) 信令，用于关守对端点的控制。 h 2 4 5 定义了终端消息的语法及语义，以及使用这些消息在会 话开始时进行带内协商的过程 ” 。 上述三者之间协同工作，建立基于直接端点呼叫方式的两端点 间的呼叫工作流程如图2 2 所示。 图2 - 2h 3 2 3 直接呼叫流程示例 ( a ) 终端a 向所在域的关守发送r a s “许可请求”( a r q ) 消息， 请求访问h 3 2 3 网络并加入会话。若请求得以通过，则关守向终端 a 发送r a s “许可确认”( a c f l 消息。 ( b ) 终端a 向终端b 发送呼叫信令的”初始化”消息。终端b 回 应呼叫信令的”呼叫在处理中”消息，表示已收到初始化消息，呼叫正 在建立过程中。 ( c ) 终端b 向所在域的关守发送r a s 许可请求消息，并接收到 r a s 许可确认消息。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ( d ) 终端b 向终端a 发送呼叫信令的”激活”消息和连接”消息。 前者表示，被叫用户已处于准备就绪的状态，后者表示被叫用户已 经接受呼叫方发起的呼叫。 ( e ) 终端a 和终端b 互通 l 2 4 5 信令。完成多媒体逻辑通道( 在 p 网络中，即坤地址和端口号组合) 的开通。 ( f ) 终端a 和终端b 利用r t p 、r t c p 进行多媒体的传输。 ( 曲终端a 和终端b 互通h 2 4 5 信令。完成多媒体逻辑通道( 在 口网络中，即疋地址和端口号组合) 的关闭，结束会话。 ( h ) 终端a 向终端b 发送呼叫信令的”释放连接”消息。 ( i )终端a 和终端b 分别向所在域的关守发送r a s “拆线请求” 及接收关守的”拆线确认”回应。 h 3 2 3 技术体系的缺点 ( 1 ) 呼叫处理时延大：从上述呼叫建立过程来看，h 3 2 3 呼叫建 立时，认证和呼叫相互分离。 ( 2 ) h 3 2 3 是主从、集中控制型系统，在商用化时，可能造成控 制点的瓶颈； ( 3 ) h 3 2 3 是一套复杂、庞大的协议族，其实现成本高； ( 4 ) h 3 2 3 是基于智能网络、简单终端的模式，这限制了在h 3 2 3 网络上高级应用的开发。 由于h _ 3 2 3 体系结构的种种特点，使其在大规模商用、提供运 营商级服务时，力不从心。同时，s d 协议由于其分布式、终端智 能化、简单的特点，成为h 3 2 3 体系的有力竞争者。 2 2s ip 协议 2 2 1 概述 s 是由m t f 的m m u s i c 小组在1 9 9 9 年提出来的一个实现 实时通信的应用控制( 信令) 协议，用来创建、修改以及结束两个 或多个参与者的多媒体会话。 基于s 婵的v o m 体系具有以下特点： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 s 口体系是基于h l t e m e t 体系。s m 在很大程度上借鉴了其它各 种广泛存在的i n t e m e t 协议的设计思想，以现有的i n t e m e t 为基础来 构架d 电话业务网，把v o i p 看作是一种h l t e m e t 应用。 s 碑体系是终端智能加简单网络的结构。终端智能化使得新业 务的开展易于实现。 s 口体系是个分布式体系。s 口协议是对等协议，抛弃了中心服 务器的模式，具有高度的灵活性和可扩展性。 s 口协议是一种文本协议，简洁、易懂、易于实现。s p 只定义 了六种主要请求，六类主要回应，一个基本呼叫的建立只需要传递 两个请求一个响应即可。 s 协议易于集成和扩展。s p 消息可以容纳许多标准的和非标 准的额外信息，终端通过这些信息可对呼叫进行智能处理。新的s 口 方法和消息的增加，对协议没有影响。 2 2 2s i p 体系结构 s 口协议是基于客户服务器模式的协议，它定义了两种基本 的网络实体：客户机和服务器。客户机发送请求，服务器回应请求。 s p 服务器主要分为四大类型：用户代理服务器、注册服务器、 重定向服务器、代理服务器。s 体系结构如图2 3 所示。 图2 3s i p 体系结构示意图 用户代理 是呼叫的终点，是发起和终止会话的实体。用户代理服务器能 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 充当用户代理客户端( u s e r a g e mc h e n t ，u a c ) 和用户代理服务器 ( u s e r a g e ms e e r u a s ) 的角色。u a c 发起s m 请求，u a s 接收并 回应s m 请求。从电话呼叫的角度看，u a c 可看作主叫方，u a s 可看作被叫方。 注册服务器 接收并认证s 球用户的r e g i s t e r 注册请求，提取用户的可用 网络地址和用户号码。并保存入重定向服务器中。 重定向服务器 接收s 口请求，将目的地址翻译成零个或多个可用的网络地址 并回应给请求的发起者。 代理服务器 接收s i p 请求，根据需要进行处理或不经处理，转发到其他服 务器。其功能类似局域网中访问w e b 的代理服务器。 网关 负责s m 网络与其他网络例如p s t n 网络的信令及媒体转换。 s p 协议定义的方法、消息及呼叫流程等将在章节4 4 “s m 解 析器”中做详细说明。 2 3r a d i u s 协议 r a d i u s ( r e m o t e a u t h e l l t i c a l i o nd i a lhu s e rs e i c e ，远程认证 拨号用户服务) 由l i v i n g s t o n 公司提出，原本专用于拨号用户的认证 和计费。后经多次改进，形成了通用标准，是在认证、授权、计费 方面应用最为广泛的协议之一。 2 3 1 概述 m i u s 协议在r f c 2 1 3 8 、r f c 2 1 3 9 中定义。r f c 2 1 3 8 描述 了网络访问服务器和r a d i u s 服务器之间的认证、授权、配置信息 【1 4 】。r f c 2 1 3 9 描述了网络访问服务器和计费服务器之间的计费信息 的传递旧。 i 认d i u s 协议是承载于u 】) p 之上的客户机服务器模式的通讯 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 协议，它使用两个端口1 8 1 2 、1 8 1 3 。前者用于认证，后者用于计费。 黜m i u s 协议的突出特点是良好的可扩展性。扎心i u s 消息的 主体由不同长度的类型、长度、值的三元组构成。新的属性值的加 入不会影响到原有协议。 2 3 2 数据包封装格式 r a d r u s 数据包封装格式如图2 4 所示，各个域的数据是从左 向右传输的。 图2 _ 4r a d i u s 数据包封装格式 编码：1 个字节长。用来标识r a d i u s 包的类型。与计费系 统相关的编码包括：4 表示计费请求，5 表示计费响应； 标识符：1 个字节长。用来匹配请求和回应。在一段时间内， p 地址、端口、标识符三元组可确定唯一的一对请求、回应数据包。 长度：2 个字节长。表示整个数据包的总长度。 鉴别码：1 6 个字节长。它用来认证r a d i u s 客户机和服务器之间 数据包的有效性。在请求数据包中的鉴别码称为请求鉴别码，在回 应数据包中的鉴别码被称为回应鉴别码。 请求鉴别码的计算公式为： m d 5 ( 编码+ 标识符+ 长度+ 1 6 个零字节+ 属性+ 共享密码) 回应鉴别码的计算公式为： m d 5 ( 编码+ 标识符+ 长度+ 请求鉴别码+ 属性+ 共享密码) 其中，m d 5 表示m d 5 算法；“+ ”表示字符串串联。 属性：不定长。它包含零个或多个类型、长度、值的三元属性 组。三元组的格式如图2 5 所示： r r t 1 类型 长度； 值 i 【j。，【j 图2 5 属性三元组格式 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 其中，类型、长度域各占1 个字节长，值域可变长。 类型值为4 0 表示记帐状态类型，其长度域值为6 ；值域的取值 为7 、8 时分别表示开始计费和结束计费。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 第3 章v o i p 计费系统的分析与设计 3 。1 系统目标 2 0 世纪以来，国际电联u t 定义的 l 3 2 3 是最早得到大规 模商用的对等呼叫控制的v o p 技术。h 3 2 3 由于继承和借用了 p s l n i s d n 的协议形式和内容，使其在较短时间里，担负起实验和 验证v 0 p 的分组媒体传输规模网络的重任。随着v o p 技术的不断 发展，人们发现早期的基于h 3 2 3 的v o p 技术并不能解决电信网 变革中的所有问题。 近年来，以s p 为体系架构的v 0 口方案正在国际上流行。它 在引起越来越广泛的关注，具有良好的发展前景。 本系统将定位于解决以s p 为体系架构的v 0 口的计费问题。 根据v 0 p 方案的各角色的不同计费需求，研制一套综合性、 可适配、可扩展的计费系统。 综合性 v o 口的用户类型繁多，按使用目的可分为盈利性客户和非盈利 性客户。盈利性客户，例如话吧、宾馆等大多需要一套相对独立的 计费系统用来与v o 口最终使用者进行结算。一些非盈利性客户， 为了管理的需要也需要一套相对独立的计费系统来进行内部结算， 例如，大、中型企业等。 此外，考虑到代理商在v o p 市场推广过程中的可能发挥的重 要作用，也需要一套相对独立的计费系统。 综上，v o p 方案中的各个角色，包括运营商、代理商、用户都 有不同的计费需求，本系统的目标之就是提炼出各类角色多种计 费需求的共同点，设计一套综合性的计费系统。 可适配性 模块化是计费系统设计的目标之一。实现特定功能的独立模 块、组件之间通过开放、标准的协议互联、互通，运营商、代理商、 各类用户根据各自的计费需求，选用不同的模块、组件进行装配， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 搭建适用的计费系统。 可扩展性 随着v 0 口业务的迅猛开展，用户的激增，必将对系统的抗压 能力、处理能力提出越来越高的要求。因此，建设一套易于升级、 扩容，具有高扩展性的计费系统是高质量的v o 口系统的重要目标 之一。 3 2 系统总体设计 3 2 1v 0 i p 系统拓扑图 计费系统作为一个相对独立的v o p 模块，以插件形式融入标 准v o p 体系，它无须对原有的、标准的s p 体系各组成元素，各 元素的功能做任何改动。 加入计费系统前后的v o p 体系网络拓扑分别如图3 1 、图3 2 所示。 图3 1 无计费系统的v b i p 网络拓扑简图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 图3 1 中列举了四种不同的s p 终端( 单口网关、多口网关、 口话机、软电话终端) ，他们都是s 坤体系中用户代理的具体实例。 其中软电话终端为安装了电话拨打软件的电脑或其他数字终端；单 口、多口网关为连接单部或多部普通电话和口网络的硬件设备；d 话机为将内嵌s 口终端模块的电话机。 通过配置参数可将各s 口终端的代理服务器地址指向口网络 中某台主机。对于s 口终端而言，v o p 平台的内部结构是透明的， s p 终端仅与s 口代理服务器通讯。 用户进行s 口会话时，s 碑终端产生的s p 消息，经过口网络 传输到该代理服务器，代理服务器根据不同的请求类型和v o p 平 台内部其余各s 疋服务器协同工作，完成用户认证、与p s t n 网络 互通、呼叫建立、连接拆除等各项工作。 图3 2 加入计费系统的v o m 网络拓扑图 图3 2 中涉及运营商、代理商、v 0 p 话吧三种角色。 运营商是v 0 p 平台的所有者，它占用所有的s p 号码资源。 代理商向运营商申请一个或多个s p 号段，并利用这些号段发 展v o p 最终用户，相对于运营商直接发展的最终客户而言，代理 商享有优惠的计费方式或计费价格。由代理商发展的最终用户在代 理商计费系统、运营商计费系统中进行两次不同计费方式或计费价 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 格的计费。在代理商计费系统中产生的计费数据作为代理商与最终 用户话费结算的依据，各最终用户在运营商计费系统中享有代理商 的优惠的计费方式或计费价格，产生的话费之和作为运营商与代理 上话费结算的依据。 话吧由运营商直接发展或由代理商间接发展。它占用一个s 邛 号码。 图3 2 中，运营商计费系统、代理商计费系统、话吧计费系统 具有大体相同的计费需求、计费流程和功能组成，分处于v o p 计 费环境的不同层次，共同构成一个多层次的v 0 口计费系统。其中， 运营商计费系统负责对该运营商直接发展和由代理商发展的最终 用户( 享有代理商的优惠计费方式和计费价格) 进行计费：代理商 计费系统负责对由该代理商发展的最终用户，按照自定的计费方式 和计费价格进行计费：v 0 p 话吧计费系统负责对利用该话吧电话进 行语音通讯的用户，按照自定的计费方式和计费价格进行计费。 运营商计费系统、代理商计费系统、话吧计费系统之间互通、 修改s 口消息，并按要求采集、处理计费数据。各计费系统的具体 结构将在下文给出。 各计费系统在标准s p 体系的s 口终端和s 口代理服务器或上 一级计费代理服务器之间增设计费代理服务器元素，它是s 口信令 的中转点，接收各类s p 终端发来的s p 消息，提取相关计费信息， 输入计费系统进行处理，同时，转发到下一级计费代理服务进行类 似处理或转发到v o p 平台的s 口代理服务器，以继续正常的s 口 呼叫。 3 2 2 系统模块划分 按照系统要实现的业务功能来划分，v o