（通信与信息系统专业论文）ngn架构中h323协议栈直接方式网关呼叫鉴权研究.pdf

武汉理上人学硕士学位论文 摘要 随着电信技术和互联网技术的迅速发展，语音网和分组数据网的融合已成 为网络发展的必然趋势，传统电信网正向着以软交换为核心的下一代网络 ( n g n ) 演变。软交换技术作为n g n 中的核心技术也正被广泛的应用于现网中。 在n g n 体系结构中，软交换作为一个开放的功能实体和控制中心，通过支持 h 2 4 8 m e g a c o 、s i p 、s i g t r a n 、b 1 c c 、h 3 2 3 等多种协议实现与外部实体的 通信。其中，h 3 2 3 协议作为n g n 体系结构中软交换与电信网络互通的主流协 议，有着更为广泛的应用空间。 本文在详细介绍n g n 技术和h 3 2 3 协议的基础上，以n g n 架构中h 3 2 3 协议的现有应用为基础，研究和实现了n g n 架构中h 3 2 3 协议栈直接方式网关 呼叫鉴权技术。论文首先对下一代网络中的软交换技术作了整体概述，描述了 软交换技术产生的背景，软交换的概念、体系结构、软交换的主要功能和软交 换中的主要应用协议；然后研究了广泛应用于下一代网络中的h 3 2 3 协议和s i p 协议，并对这两种协议从复杂性、可扩展性、业务规模和补充业务能力这四个 方面进行了简单的比较，列出了每种协议的优点和不足；最后详细阐述了n g n 架构中h 3 2 3 协议栈直接方式网关呼叫鉴权课题的研究背景、解决方案、组网框 架的理论研究和具体应用实现 通过实际的现网应用表明，n g n 架构中h 3 2 3 协议栈直接方式网关呼叫鉴 权技术具有很好的应用性，主要表现为在现有网络实际应用的基础上，该技术 采用的组网方式实现起来相对比较简单；同时在具体实现时，通过采用软件方 式代替硬件方式的方案，更大程度的节省了应用成本，提高了经济效益，更好 的满足了设备运营商的需求，具有实际的应用意义。 关键词：下一代网络，软交换，h 3 2 3 协议，网关，呼叫鉴权 武汉理工大学硕士学位论文 w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft e l e c o ma n di n t e m e tt e c h n i q u e s i ti sc l e a rt h a t t e l e p h o n en e t w o r ka n dp a c k e td a t ac o m m u n i c a t i o nn e t w o r kw i l lc o n v e r g ei n t on g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) i nt h en e a rf u t u r e a sak e yt e c h n i q u ei nn g n ， s o f t s w i t c hi s w i d e l yb e i n gu s e di nn e t w o r k i nn g ns y s t e ma r c h i t e c t u r e ， s o f t - s w i t c hi sb e i n gu s e da sao p e n - s y s t e mf u n c t i o ne n t i t ya n dad o m i n a t i o nc e n t e r i t c o m m u n i c a t e sw i t l lo u t e re n t i t i e st h r o u g hs u s t a i n i n gm u l t i p r o t o c 0 1 w h i c hi n c l u d e s h 2 4 8 m e g a c o 、s i p 、s i g t r a n 、b i c c 、h 3 2 3p r o t o c o l 、e t c f u r t h e r ，a sam a i n p r o t o c o lb e t w e e ns o f t s w i t c ha n dt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k h 3 2 3p r o t o c o li s m u c hm o r ew i d e l yb e i n gu s e d t h i st h e s i si sm a i n l yo r g a n i z e da r o u n dg a t e w a yc a l la u t h o r i z a t i o nd i r e c t l yi n h 3 2 3p r o t o c o ls t a c kb a s e do na p p l i c a t i o no fh 3 2 3p r o t o c o li nn g na r c h i t e c t u r e f i r s t l y ，i td e s c r i b e ss o f t w a r e s w i t c ht e c h n o l o g yi nn g n i ta l s od e s c r i b e st h e a p p e a r a n c eb a c k g r o u n do f s o f t - s w i t c ht e c h n o l o g y 、t h ec o n c e p t 、a r c h i t e c t u r e 、f i m c t i o n a n dm a i na p p l i c a t i o np r o t o c o l so fs o f t - s w i t c ht e c h n o l o g y s e c o n d l y ，w ep r e s e n tt h e h 3 2 3p r o t o c o la n ds i pp r o t o c o l ，w h i c ha l ew i d e l yb e i n gu s e di nn g n a n dw e s i m p l yc o m p a r eh 3 2 3p r o t o c o lw i t hs i pp r o t o c o li nc o m p l e x i t y 、e x t e n s i o n 、s e r v i c e a p p l i c a t i o na n ds u p p l e m e n t a r ys e r v i c ea b i l i t y f i n a l l y ，w ep u tf o r w a r daq u e s t i o nf o r d i s c u s s i o na n dd e s c r i b ei t sa c t u a l i z a t i o ni nn g na r c h i t e c t u r e w ep a r t i c u l a r l y d e s c r i b ei ns o m ea s p e c t s ，i n c l u d i n gt h ec u r r e n ta p p l i c a t i o no fh 3 2 3p r o t o c o l 、t h e r e s o l u t i o np r o j e c t 、t h ea c a d e m i cn e t w o r kf r a m ea n dt h e m a t e r i a lr e a l i z a t i o n t h r o u g ht h ea c t u a la p p l i c a t i o ni nc u r r e n tn e t w o r k ，i ti sc l e a rt h a tg a t e w a yc a l l a u t h o r i z a t i o nd i r e c t l yi nh 3 2 3p r o t o c o ls t a c kb a s e do na p p l i c a t i o no fh 3 2 3p r o t o c o l i nn o na r c h i t e c t u r ei s w i d e l yu s e d i tp r e s e n t st h a ti th a sas i m p l en e t w o r k ， c o m p a r i n g 、i t l lt h ec u r r e n ta p p l i c a t i o nn e t w o r k i ta l s oa d o p t ss o f t w a r ei n s t e a do f h a r d w a r ei nr e a l i z a t i o n ，w h i c hi sb e n e f i tf o rr e t r e n c h i n gt h ee x p e n d i t u r e 、i m p r o v i n g b e n e f i t sa n ds a t i s f y i n gt h en e e d so f t h ep r o d u c t i o no p e r a t o r i ti sc o n t e n tf o rt h ea c t u a l a p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：n g n ，s o f t - s w i t c h ，h 3 2 3p r o t o c o l ，g a t e w a y ，c a l la u t h o r i z a t i o n 独创性声明 y8 6 0 8 8 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的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 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了谢意。 签名：i 萤篮日期：趔：兰! 丝 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 【保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：圃趣导师签名：立：i 兰二刍期：鱼塑! 曼：2 2 ( 注：此页内容装订在论文扉页) 武汉理工大学硕十学位论文 1 1 背景研究 第1 章绪论 在刚过去的1 0 年中，电信业经历了重大的技术变革，保持了持续的发展， 也面临了巨大的挑战。从2 0 世纪9 0 年代初开始，电信业倾注全力研究和开发 a t m 技术，积极部署a t m 宽带通信网络。到2 0 世纪9 0 年代中，随着w w w 应用的突出，i n t e m e t 获得空前的发展。从2 0 世纪9 0 年代后期开始，得力于光 通信技术的突破性进展和v o l p 技术的逐步完善，电信业和计算机业开始趋于统 一，认同未来通信网的演进方向应是以i p 为核心的分组网络。基于这一共识， 业界大力投资基于i p 优化光网的基础设施建设。不幸的是，由于缺乏合理的商 业模型和有效的业务支持，所建设的网络远未得到充分利用，也就无法获得预 期的投资回报。这一事实促使人们冷静地思考，综合市场需求、投资保护和技 术发展等多方面因素，认真研究网络演进地策略和技术方案选择。电信业正是 顺从这样地轨迹，在1 0 年间不断探索和调整自己的发展方向。近年来，经过制 造业、运营业和技术界地反复研究和市场论证，提出以软交换为下一代网络的 演进技术，各大制造厂积极响应，推出各自的解决方案【】捌。 随着软交换技术的迅猛发展和近年来计算机网络技术的迅猛发展，以多媒 体通信为主题的信息网络成为世界关注的热点。尤其是随着基于t c p i p 协议族 的因特网的高速发展，i p 网络已经在全世界构筑了一个可以实现信息互通的统 一平台，以i p 技术为核心的分组化和以移动通信为核心的无线化已经取代电路 交换技术而成为电信网络发展的主流方向。在成为数据领域的主导技术后，i p 技术选择电话业务作为进入电信领域的突破口：i p 网络电话的成功是以多媒体 为目标的电信业务综合化和以i p 为标志的网络分组化相融合的结果，i p 电话技 术受到了传统电信运营商的极大重视，国际上许多标准化组织积极制定系统标 准，各国的厂商竞相开发相关的产品。我国也于2 0 0 0 开始构建自己的试验网络， 并为此制定了m 电话传真业务总体技术要求和i p 电话网关设备互通技术规范 等标准规范l j ，4 j 】。 当前，在i p 电话系统中应用最广泛也是最成熟的标准是h 3 2 3 协议。它与 武汉理工大学硕士学位论文 相关的h 2 2 5 、h 2 4 5 、h 4 5 0 和h 3 4 1 等支持协议一起，为多媒体信息的编码、 通信过程中呼叫和媒体信道的控制以及媒体流的传输方式等内容制定了统一的 规范。h 3 2 3 协议 提供了一种和电信网管理方式相匹配的集中处理和管理的工作模式。在我 国，信息产业部也选择h 3 2 3 协议作为我国v o l p 体制的基础。 1 2 国内外研究现状 目前，随着网络的发展，软交换技术正被广泛应用于现有网络中，各个运 营商也都采用具有软交换技术的设备作为网络的核心控制设备。h 3 2 3 协议作为 软交换技术中一种被广泛采用的开放式标准协议，其协议包含的对等型h 3 2 3 中继组网方式、g w 型h 3 2 3 中继组网方式、g k 型h 3 2 3 中继组网方式、外部 g k 型h 3 2 3 中继组网方式也被广泛的运用到现有的实际组网中。但是，随着这 么多h 3 2 3 中继组网方式的使用，也出现了一些新的问题：在现有网络上存在着 众多的软交换设备，同时也存在着众多的软交换设备运营商，各个软交换设备 运营商又根据自己的实际需要采用不同类型的中继组网方式，应用于不同类型 中继组网方式中的软交换设备也变的越来越繁多和难于管理。在现有网络上无 法集中区分哪些软交换设备和中继的组网同属于同一个运营商，哪些不同属于 同一个运营商，不利于同一运营商对软交换设备进行集中的管理。同时，由于 网络设备的繁杂也非常不利于网络的进一步扩展，无法进一步满足各个设备运 营商的新增需求。针对这种情况，有部分运营商提出需求，要求对于那些属于 自己的软交换设备特别是被大量使用的网关设备要由目前的针对每一个网关进 行的分散式管理方式统一规划到可以进行集中管理的方式上来，这样非常有利 于各个运营商的集中管理，也可以集中区分现有网络上同一运营商的多个网关 设备，便于现有网络的扩展和满足新增的需求。 1 3 论文的组织结构 下一代网络中的软交换技术是一门新兴的技术，本文从下一代网络中的软 交换技术写起进入到应用于软交换技术中的h 3 2 3 协议，并根据运营商提出的要 求针对目前应用于h 3 2 3 协议中的网关呼叫鉴权的新需求，提出了解决方案，并 予以实现。在理论上提出了虚拟中继的组网方式；在实现上，实现了对同一运 2 武汉理工大学硕士学位论文 营商的所有出中继网关的集中管理。 全文共分为5 章，其中： 第1 章即本文的绪论部分，提出了软交换技术产生的背景和h 3 2 3 协议在软 交换技术中的应用背景以及国内外研究现状。 第2 章详细的介绍了软交换技术的概念、体系结构、软交换的主要功能和 软交换中应用到的主要协议。 第3 章全面的介绍了h 3 2 3 协议：包括h 3 2 3 协议的特点、体系结构，h 3 2 3 协议包括的主要协议及各协议的组成。此外，还介绍了h 3 2 3 协议中的中继的概 念，并具体列举了4 种中继的组网类型和应用场景。在此基础上又进一步阐述 了h 3 2 3 协议中基本呼叫的建立流程。最后，介绍了新近发展起来的s i p 协议， 并将h 3 2 3 协议与s i p 协议进行了简单的比较。 第4 章阐述了n g n 架构中h 3 2 3 协议栈直接方式网关呼叫鉴权技术产生的 背景，从解决方案、组网理论框架和具体实现等几个方面进行了阐述。其中在 具体实现部分又具体介绍了虚拟网首部分、配置管理模块部分和软交换呼叫鉴 权处理模块部分的实现。 第5 章对全文的工作进行了总结并给出了对未来工作的展望。 3 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 软交换的概念 第2 章软交换技术 基于t d m ( t i m e - d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，时分复用技术) 的传统p s t n ( p u b l i c s w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ，公共交换电话网络) 交换网络中，提供给用户的各 项功能或业务都直接与交换机有关，业务和控制都是由交换机来完成的。如要 增加新业务，首先需要修改标准再对交换机进行改造，每提供一项新业务都需 要较长的时间周期。智能网由交换机完成呼叫连接，智能网完成业务提供，实 现了呼叫连接和业务提供的分离。但是，随着承载的多样化，呼叫控制和承载 必须进一步分离，这样就产生了下一代网络n g n ( n e x t g e n e r a t i o n n e t w o r k ) 体 系结构的概念i 6 。 n g n 体系采用开放的网络架构，将传统交换机的功能模块分离成独立的网 络构件，各个模块可按相应的功能划分，各自独立发展，构件间的接口基于相 应的标准，使得原有的电信网络逐步走向开放，运营上可以根据业务的需要自 由组合各部分的功能产品来组建网络，实现各种异构网的互通。n g n 也是业务 驱动和可编程的网络，通过业务与呼叫控制分离，呼叫控制与承载分离实现相 对独立的业务体系，使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务地提供。用 户可以自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式以及终 端类型，使得业务和应用的提供有较大的灵活性。 软交换的概念是由美国贝尔实验室首先提出来的，软交换是一个软件的实 体，用于提供呼叫控制功能。软交换的基本定义为：“软交换是一种支持开放标 准的软件，能够基于开放的计算平台完成分布式的通信控制功能，并且具有传 统的t d m 电路交换机的业务功能。”软交换是一种基于软件实现传统程控交换机 的“呼叫控制”功能实体。软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关( 传 输层) 中分离出来，通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选 路、管理控制、连接控制( 建立会话、拆除会话) 和信令互通( 如从n o 7 信令网 络到i p 网络) 。其结果就是把呼叫传输与呼叫控制分离开，为控制、交换和软件 可编程功能建立分离的平面，使业务提供者可以自由地将传输业务与控制协议 4 武汉理工大学硕士学位论文 结合起来，实现业务转移。其中更重要的是，软交换采用了开放式应用编程接 口( a p i ) ，允许在交换机制中灵活引入新业务1 7 , 8 】。软交换主要提供连接控制、 协议转换、选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细 记录的生成等功能。软交换能够集成话音、数据和视频业务，能够在不同网络 之间，比如无线网络和有线电视网络之间，完成不同通信协议的转换。 2 2 软交换的体系结构 软交换( s o f t - s w i t c h ) 技术作为业务控制与传送接入分离思想的体现，是 n g n 体系结构中的关键技术，其核心思想是硬件软件化，通过软件的方式来实 现原来交换机的控制、接续和业务处理等功能，各实体之间通过标准的协议进 行连接和通信，便于在n g n 中，更快地实现各类复杂的协议及更方便地提供业 务。因此，软交换技术是下一代网络地核心技术。 软交换的体系结构在未来的网络中可以分为以下四层：边缘接入层、核心 交换层、网络控制层和业务管理层【9 , 1 0 ，如图2 1 所示。 各层的功能如下： 边缘接入层：将用户连接到分组核心网络，并将业务量集中后传送到目的 地址。 核心交换层：将要通过核心网络传送的业务转换成正确的格式，并在分组 核心网上进行传送，例如将话音业务打包成a t m 信元或l p 包；此外，核心交 换层还可以将业务选路到目的地址。 网络控制层：包含呼叫智能，主要是对呼叫信令的处理，包括呼叫的建立 和拆除等，同时该层也决定了用户应该接收哪些业务，还控制其他的在较低层 的网络单元进行业务流的处理。 业务管理层：在纯呼叫建立之上提供附加的业务。 这种网络拓扑结构与现有网络相比具有如下优点： ( 1 ) 可以使用基于包的承载传送，例如l p 、a 1 m ，克服了t d m 网络中容 量不足的缺点； ( 2 ) 具有开放式端点的拓扑结构，既能良好的传送语音数据和视频数据， 也能支持数据业务； ( 3 ) 将网络的承载部分和控制部分相分离，允许二者分别演进，有效地打 破了单块集成交换地结构： 5 武汉理工大学硕士学位论文 ( 4 ) 在各单元之间使用开放的接口，允许运营者为其网络的每一部分购买 最理想的产品。 业i 务： 管： 理： 屡一 网i 络： 控1 制： 层 综合运营 应用 策略 智能网 媒体资源 支撑系统 服务器服务器服务器 i 软交换软交换 。夕、 糊糖翼歹 图2 1 软交换的体系结构 新的网络结构固然有其优势所在，但原有网络近期不会消失，这就产生了 新、旧网络融合、互通的问题，如何灵活、有效地使现有地p s t n 网络逐步地向 i p 网络演进，其关键地技术就是软交换。 2 3 软交换的功镌 软交换地核心是将呼叫控制功能与媒体网关( 传输层) 分离，通过网络或 服务器上的软件实现呼叫路由、连接控制及信令转换。软交换采取分布交换、 6 核心交换层 边缘接八层 武汉理工大学硕士学位论文 分布业务智能、集中网络智能的体系结构，智能集中于网络，接入设备只完成 最基本的语音压缩编码等功能。软交换的功能主要有以下几个： 媒体网关接入功能：该功能可以被认为是一类适配功能，它可以连接各种 媒体网关，如p s t n 1 s d n 、i p 中继媒体网关、a t m 媒体网关、用户媒体网关、 无线媒体网关、数据媒体网关等，完成h 2 4 8 协议功能。同时它还可以直接与 h 3 2 3 终端和s i p 客户端终端进行连接，提供相应业务。 呼叫控制功能：呼叫控制功能是软交换的重要功能之一，它完成基本呼叫 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，可以说是整个网络的灵魂。 业务提供功能：由于软交换在电路交换向分组网演进的过程中起着十分重 要的作用，因此软交换应能够提供p s t n i s d n 交换机提供的全部业务，包括基 本业务和补从业务：同时还应该可以与现有智能网配合提供现有智能网提供的 业务。 互联互通功能：目前，存在两种比较流行的i p 电话体系结构，一种是i t u t 制定的h 3 2 3 协议，另一种是i e l 下制定的s i p 协议标准，两者是并列的、 不可兼容的体系结构，均可以完成呼叫建立、释放、补从业务、能力交换等功 能，软交换可以支持多种协议，当然也可以同时支持这两种协议1 ”。 2 4 软交换中的协议 软交换作为一个开放的功能实体，采用标准的开放协议与外部实体实现通 信。在n g n 体系结构中，软交换作为控制中心，正是通过支持h 2 4 8 m e g a c o 、 s i p 、s i g t r a n 、b i c c 、h 3 2 3 等多种协议实现的。同时采用了开放的标准接e l 和开放式应用编程接口( a p i ) ，大大加速了新业务和新应用的开发。h 3 2 3 、 m g c p 、h 2 4 8 和s i p 均是在分组网络上实现话音。多媒体等通信业务的控制协 议，各个协议的特点如下： ( 1 ) h 3 2 3 协议：h 3 2 3 是i t u t 第1 6 工作组的建议，由一组协议构成。 h 3 2 3 协议基于集中式对等结构，其优点式协议成熟，定义完全，设备的稳定性 强，互通性较好；缺点式协议复杂，成本高，不能与n o 7 集成，不适用于组件大 规模网络，且没有拥塞控制机制，服务质量不能得到保证，效率和扩展性较差。 通常情况下，h 3 2 3 用于软交换与其终端、软交换与应用服务器或软交换与 h 3 2 3 网络的互通1 “ i “。 ( 2 ) m g c p 协议：m g c p 协议是h 3 2 3 电话网关分解的结果，由i e t f 的 7 武汉理工大学硕士学位论文 m e g a c o 工作组制定。 m g c p 协议基于主从结构，因此其解决方案有利于网关的互联，适合构建 大规模网络，且可以和n o 7 信令网关配合工作，能与n o 7 信令良好集成，协议 具有很好的扩展性。此外，由于呼叫控制与媒体处理分离，使得运营商可用多 个厂家的设备来构建网络。m g c p 协议的缺点是m g c p 与h 2 4 8 m e g a c o 存 在竞争关系，而后者已于2 0 0 0 年初由i e t f 和i t u 签署认可，很有可能被h 2 4 8 取代。 在软交换系统中，m g c p 协议主要用于软交换和媒体网关或软交换与m g c p 终端之间，软交换通过此协议控制媒体网关m g c p 终端上的媒体控制流的连 接、建立和释放。 ( 3 ) h ，2 4 8 协议：与m g c p 一样，m e g a c o 也是由i e t f 的m e g a c o 工 作组制定的，后来被提交给i t u - - t s g l 6 并被采纳，形成了i t u t h 2 4 8 建议， 因而h 2 4 8 和m e g a c o 实质上是一样的，是i e t f 和i t u t 共同认可的标准 协议。 h 2 4 8 协议与m g c p 协议非常类似，m g c p 和h 2 4 8 均是网关分离的产物， 也是基于主从工作模式，所以具备m g c p 的所有优点，且h 2 4 8 独立于承载， 支持二迸制和文本两种编码格式。其缺点是目前尚不完善，不成熟。 在软交换系统中，h 2 4 8 协议主要用于软交换和媒体网关或软交换与 h 2 4 8 终端之间，软交换通过此协议控制媒体网关h 2 4 8 终端上的媒体控制流 的连接、建立和释放1 1 6 1 。 ( 4 ) s i p 协议：s i p ( 会话初始协议) 是i e t f 提出的在i p 网络上进行多媒 体通信的应用层控制协议，采用基于文本格式的客户机，服务器的工作方式，由 客户机发起请求，服务器进行响应。s i p 独立于底层协议，采用自己的应用层可 靠性机制来保证消息的可靠传送。s i p 协议最大的特点是仅需利用已定义的消息 头字段，对其进行简单必要的扩充就能很方便地支持各项新业务和智能业务， 具有很强地灵活性和扩充性。 s i p 协议的优点是协议简单、灵活，很容易增加新业务，扩展性强，具备终 端能力检测、在线检测、支持移动性、组播等能力，而且采用文本格式，开发 人员容易理解，并被制定为3 g 的控制协议，具有很大的发展前景。其缺点是目 前还不够成熟，需与其他协议配合使用 1 3 , 1 4 , 1 7 1 。 在软交换系统中，g i p 协议用于软交换与s i p 终端、软交换与应用服务器或 软交换与s i p 网络的互通。 8 武烈理工大学硕士学位论文 3 1 h 3 2 3 协议 第3 章h 3 2 3 协议 h 3 2 3 协议是由国际电信联盟( i t u ) 制定的通信控制协议，用于在分组交 换网中提供多媒体业务，目标是为分组交换网上的多媒体通信系统提供标准。 t i 3 2 3 协议属于i t u t 多媒体通信h 3 2 x 系列，提供基于分组网络的语音、视 频、数据和控制等协议，目前最新的h 3 2 3 版本是v 5 。h 3 2 3 支持点对点通信 及在m c u 支持下的点对多点通信。h 3 2 3 作为一个协议框架，提供了系统及组 成部分描述、呼叫方式描述以及呼叫信令程序，呼叫控制是其中的重要组成部 分。h 3 2 3 协议经过多年发展，功能不断增强、受到广大厂商的支持。 3 1 1 - 3 2 3 协议的特点 h 3 2 3 协议的推出符合在开放式网络平台和应用平台上进行互连互通的通 信发展趋势。h 3 2 3 协议主要有以f6 个特点： ( 1 ) 编码标准统：h ，3 2 3 为音频和视频数据流的压缩和解压缩提供了统 一的标准，保证来自不同厂商的设备具备相同的支持。 ( 2 ) 采用西商机制：用户希望在与其他用户进行通信时无需考虑兼容性问 题。h 3 2 3 协议在保证接受这可以解压缩信息以外，还规范了接收端和发送端之 间在交换媒体流之前的控制过程，借以通告彼此的处理能力集，进而协商媒体 通信的方式。 ( 3 ) 网络独立性：h 3 2 3 基于底层瞒络结构之上。髓着包括带宽管理技术 在内的各种网络技术的不断发展，基于h3 2 3 的解决方案可以无需修改直接利用 这些增强的特性。 ( 4 ) 平台独立性：h 3 2 3 不依赖于任何硬件和操作系统，遵循h 3 2 3 的平 台可以是各种各样和大小的，包括个人电脑、专用平台、有i p 功能的电话、有 限电视的机顶盒等。 ( 5 ) 多点支持：h3 2 3 中的多点控制单元提供了一个强大的灵活的结构， 可以支持三点和更多点的会议。 可以支持三点和更多点的会议。 9 武汉理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 带宽管理：由于音频和视频通信传送的数据量大，不仅本身对网络带 宽的需求高，而且很容易引起网络拥塞。h 3 2 3 的带宽管理功能，可以限制同时 发生在网络中的h 3 2 3 连接数目和h 3 2 3 可使用的总带宽从而保证关键的通信 不受影响 9 , 1 8 , 2 0 1 。 3 1 2h 3 2 3 协议的体系结构 从整体上来说，h 3 2 3 是一个框架性协议，它包括了系统及组成部分描述、 呼叫方式描述以及呼叫信令程序等。 h 3 2 3 相关的协议包括h + 2 6 3 、h 2 6 1 视频编码标准和g 7 1 1 、g 7 2 3 、g 7 2 9 、 g 7 2 8 音频编码标准；t 1 2 0 多点数据会议系列标准；h 2 2 5 0 分组和同步标准： h 2 4 5 系统控制标准等。作为一个属于应用层的协议族，h 3 2 3 协议栈的结构如 图3 一l 所示。 音视频应用l终端控制与管理i数据应用 爿r t p 眦9 i 终鬻r a s 守i 导蒜2 4 5 r 2 。 li 信令l 呼叫信令i i lllll 不可靠传输( u d p )l 可靠传输( t c p ) 网络层( i p ) 链路层 物理层 图3 1h 3 2 3 协议栈的体系结构 协议栈的下面三层为p b n 的底层协议。涉及的传输层协议有两类：u d p ( u s e r d a t a g r a m p r o t o c 0 1 ) ，用于传送实时媒体流以及传送终端与网守间交互的信 令：t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ，用于传送呼叫控制和媒体信道控制 信令以及数据信号。 从图3 1 可以看出，h 3 2 3 是一个庞大的协议族，h 3 2 3 系统的运行需要诸 多协议的相互配合协调工作。 协议栈中的语音编码协议采用g 系列标准，其中g 7 1 1 为必选编码方式， 其余任选。目前在i p 电话中最常用的是g 7 2 3 1 和g 7 2 9 a 。视频编码采用h 2 6 0 系列标准，如h 2 6 1 、h 2 6 3 等。经过编码的语言视频信号封装在r t p ( 实时传 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 输协议，r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 分组中发送到网络上，同时由r t c p ( 实 时传输控制协议，r e a l t i m ec o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 提供q o s 检测控制。 数据通信采用t 1 2 0 系列协议，它是用于多媒体会议的数据协议。t 1 2 0 系列协议规定了如何在一次多媒体多点会议的过程中有效、可靠且实时地分配 应用数据，以确保不相似端点之间透明地互操作性。其中t 1 2 2 t 1 2 5 协议定义 了多点通信层的功能、结构，t 1 2 3 协议定义了底层地网络传输协议，在不同地 网络上向多点通信层提供了共同的接口0 9 , 2 1 22 1 。 h 2 2 5 0 和h 2 4 5 是协议中的核心协议，前者主要用于端点与网守间的通信 以及呼叫的控制，后者建立媒体信道，控制媒体流的传输。在h 3 2 3 中，呼叫指 的是两个端点之间的一种点到点的联系。而呼叫建立后，端点之间的通信可能 包含多种媒体，每种媒体信息在一个逻辑信道上传送。逻辑信道可以是面向连 接的t c p 通道，也可以是无连接的u d p 通道。每个通道的打开、关闭、参数设 定、收发双方的能力协商等控制功能由h 2 4 5 协议完成。h 2 4 5 的控制信号在一 条专门的可靠信道上传送，称为h 2 4 5 控制信道，控制信道必须先于传送媒体流 的逻辑信道建立，并在通信结束后释放。 在呼叫开始之前，端点一般需要遵循h 2 2 5 0 中的r a s ( r e g i s t r a t i o n ， a d m i s s i o n ，s t a t u s ，登记、呼叫接纳和状态) 协议，在h 3 2 3 系统中的控制点一 网守上注册，以便接受网守的呼叫认证管理和地址解析服务；之后由h 2 2 5 0 中 的呼叫控制协议规范端点之间建立呼叫连接的交互过程，但也可以到整个通信 过程结束后才释放呼叫，呼叫的释放也遵循h 2 2 5 0 协议的规定。h 2 2 5 0 协议 还规定了在发送前如何对数据进行封装：从栈结构中可以看出音频视频信息是 用r t p 协议封装的，r a s 协议消息在传输层上用u d p 协议封装，呼叫控制信 息、h 2 4 5 消息和数据信号用t c p 封装【2 3 】。 3 1 31 t 3 2 3 协议中的主要协议 h 3 2 3 是一个协议族，其中主要协议包括r a s 协议、h 2 2 5 0 的呼叫控制协 议、h 2 4 5 多媒体通信控制协议等。 r a s 全称为r e g i s t r a t i o n 、a d m i s s i o n 、s t a t u s ，是端点和网守间的通信协议， 它包含的过程主要有以下8 个： ( 1 ) 网守搜寻：用于端点搜寻其归属网守，采用多播机制完成。随后所有 r a s 消息均限定在端点和其归属网守之间传送。 武汉理工大学硕上学位论文 ( 2 ) 端点登记：用于端点向g k 登记其自身信息，主要是别名和呼叫控制 信道传输层地址。包括注销过程。 ( 3 ) 端点定位：用于端点或g k 向相应的g k 询问某一端点呼叫控制信道 的传输层地址。 ( 4 ) 呼叫接纳：起呼时的第一步操作，询问网守是否允许该呼叫发起。 ( 5 ) 呼叫退出：呼叫结束后通知网守，该端点已退出呼叫( 回复空闲) 。 ( 6 ) 带宽管理：支持端点在呼叫过程中提出带宽改变要求，由网守决定。 ( 7 ) 状态查询：主要用于网守询问终端的开机关机状态。 ( 8 ) 网关资源指示：向网守通告该网关的可用资源。 r a s 的主要请求和响应消息类型有：o r q ( 网守搜寻请求) 、g c f ( 网守 搜寻证实响应) 、g r j ( 网守搜寻拒绝响应) 、l r q ( 地址解析请求) 、l c f ( 地 址解析回答响应) 、l r j ( 地址解析拒绝响应) 、r r q ( 注册请求) 、r c f ( 注 册确认响应) 、r r j ( 注册拒绝响应) 、a r q ( 允许请求响应) 、a c f ( 允许确 认响应) 、a r j ( 允许拒绝响应) 、d r q ( 脱离请求) 、d c f ( 脱离确认响应) 、 d r j ( 脱离拒绝响应) 、i r q ( 信息请求) 、i r r ( 信息请求响应) 、b r q ( 带 宽请求) 、b c f ( 带宽确认响应) 。 h 2 2 5 0 的呼叫控制协议报文主要取自q 9 3 1 和q 9 3 2 协议，q 9 3 1 和q 9 3 2 是i s d n 的标准，之所以被直接借用，是为了加快h 2 2 5 0 协议制定的速度、保 证可靠性且便于与s c n 的互通。其中最重要的是q 9 3 1 。q 9 3 1 协议是l t u t 制定的一种关于呼叫控制的标准，是i s d n 用户网络接口第三层关于基本呼叫控 制的描述，其用于h 2 2 5 0 的主要呼叫信令消息类型有：s e t u p ( 建立呼叫请求) 、 a l e r t i n g ( 提醒指示) 、c o n n e c t ( 连接) 、p r o g r e s s ( 进展指示) 、c a l lp r o c e e d i n g ( 呼叫进行中指示) 、r e l e a s ec o m p l e t e ( 释放完成响应) 、n o t i f y ( 通知指示) 、 s t a t u se n q u i r y ( 状态询问请求) 、s t a t u s ( 状态响应) 、f a c i l i t y ( 性能指示) 、 u s e r i n f o r m a t i o n ( 用户信息指示) 1 2 4 】。 h 2 4 5 协议是一种通用的多媒体通信控制协议，主要针对会议通信设计。 h 3 2 3 协议群采用h 2 4 5 协议作为控制协议，用于控制通信信道的建立、维护和 释放。 h 2 4 5 协议规定的主要控制过程有： ( 1 ) 能力交换：终端通过交换能力集，让对方知遂自己可以接收的信号组 合，目的是为了确保对方发送的都是自己能接受和解码的多媒体信号。 1 2 武汉理工人学硕士学位论文 ( 2 ) 主从决定：主从决定过程是为了避免信令过程中的冲突现象。主从状 态确定后，在整个呼叫中将保持不变。 ( 3 ) 媒体信道信令过程：这一过程包括媒体信道的打开和关闭。在建立双 向媒体信道时，为了避免两方同时打开信道，首先通过主从决定过程确定一个 主终端，由它启动信道的打开，在双方都知道对端的媒体信道地址并确保对端 也知道己端地址以后，才开始媒体数据的传送 2 3 , 2 5 , 2 6 1 。 h 2 4 5 消息报文分为4 种类型：请求、响应、命令和指示。请求信息要求接 收机有动作，包括立即响应；响应消息响应一个请求；命令消息要求规定的动 作，但不要求响应；指示消息只是通知的作用，不要求任何动作和响应，通常 是指示终端的信息状态。 3 1 4h 3 2 3 协议的系统组成 h 3 2 3 系统的组成部件称为h 3 2 3 实体( e n t i t y ) ，它包括终端、网关、网守、 多点控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 、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 ) 。其中，终端、网关和m c u 统称为端点，端点可以发起呼叫也可以接受 呼叫，媒体信息流就在端点生成或终结。 h 3 2 3 终端：h 3 2 3 终端是在基于分组的网络p b n ( p a c k e t - b a s e dn e t w o r k ) 上遵从h 3 2 3 建议标准进行实时通信的端点设备，它可以集成在个人计算机中， 也可以是一个独立的设备，如以太网电话机或可视电话机。h 3 2 3 终端主要实现 直接与用户交互、发起或接受呼叫、媒体流处理等功能。 g a t e k e e p e r 网守( g k ) ：网守是网络的管理点，一个网守管理的所有终 端、网关和m c u 的集合称之为一个管理区( z o n e ) 。一个管理区至少包含一个 终端，可以有也可以没有m c u 或网关，但必须有且仅有一个网守。网守为h 3 2 3 端点提供以下服务： 接入认证：网络资源使用许可，身份验证： 地址解析：别名和网络地址之间的翻译； 带宽管理：初始带宽申请，带宽改变控制； - 计费管理：提供计费信道； 区域管理：下辖设备的管理； 呼叫控制：提供各种补充业务。 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 g a t e w a y网关( g w ) ：网关是在h 3 2 3 终端和广域网上其它i t u 终端之间 提供实时二方通信的端点设备。从概念上讲，网关的作用是完成两项转换功能： 媒体信息编码的转换和信令的转换。对于后者来说，如果把网关视为原来网络 的一个终端，则网关需完成的是用户信令至h 3 2 3 控制协议的转换：如果网关两 侧分别连接不同的网络，如p b n 和s c n ，则需完成其它网络信令至h 3 2 3 协议 的转换。h 3 2 3 网关主要实现异种网络互通、信令消息格式和内容转换、通信协 议流程转换和媒体流格式转换等功能1 9 刀捌j 。 多点通信：多点通信功能部件包括m c 、m p 和m c u ，用于会议通信。m c 提供多点会议的控制功能。它和参加会议的每个端点执行“能力交换”过程，指示 信息可发送的操作模式。当有终端加入或离开此会议时，m c 可能会调整向各终 端发送的能力集信息。m p 接收来自各参会端点的音频、视频和数据信号流，经 处理后回送各端点。因此，m p 应能执行各种媒体信息的编解码算法。m c 和 m p 只是功能实体，并非物理实体。m c