（通信与信息系统专业论文）基于h323协议的voip研究及c实现.pdf

摘要 作为一种数字电话技术，v o i p ( i p 电话) 将语音信息经过压缩编码、打包分 组、分配路由、存储交换、解包解压等处理过程，在i p 网或互联网上实现语音通 信。与传统电话业务相比，它促进了网络资源的利用，降低了语音业务的成本。 因此，v o i p 在全球范围内得到了迅速发展，可以说是当今世界上发展最快的应用 服务技术之一，也是计算机网络界关注的热点之一。本研究课题结合大连海事大 学伽利略导航研究中心船舶调度指挥系统项目中的c t i ( 电话语音系统) 建设，在 v o i p 技术的应用与开发上进行了深入研究，用以为这一项目系统提供更高效，更 多元化的语音通信方式。 本文详细阐述了在实现基于h 3 2 3 协议的v o i p 的过程中所应了解的v o i p 的 核心及重点内容，解释了我在研究和实现基于h 3 2 3 协议的v o i p 过程中所遇到的 难点问题。在我的研究课题中，选择的v o i p 协议为i t u t ( 国际电信联盟) 的h 3 2 3 协议，并对该协议进行了深入剖析，利用c + + 语言在w i n d o w s 平台上实现了h 2 2 5 0 呼叫信令，h 2 4 5 控制信令，r t p r t c p 媒体流及媒体控制这三个h 3 2 3 核心协议， 以及话音的采集回放过程。v o i p 作为一种发展中的技术，在q o s 技术方面尚存在 一些需日趋完善的地方，因此本课题在v o i p 的q o s 问题方面也进行了较深入的研 究，探讨了相应的解决方案，提供了“尽力而为”的q o s 保证，并具体在抖动缓 冲设计和数据包丢失隐藏处理算法方面进行了深入的研究，实现了四缓冲抖动处 理机制以及w s o l a 数据丢失隐藏算法。 在最终的实验测试中，运行着实现程序的两台p c 机在实验室局域网环境中能 够顺利进行相互的呼叫和守听电话，同时引入了i t u t 的m o s 话音评价法，话音 评价结果达到了设计目标：在网络环境恶化的情况下，四缓冲抖动处理方式和 w s o l a 数据包丢失隐藏算法处理对话音质量的提高也起到了明显作用。 关键词：v o i p ：h 3 2 3 协议；呼叫信令；控制信令；q o s a b s t r a c t v o l p ，o rc a l l e di pp h o n e ，i sak i n do fd i g i t a lt e l e p h o n et e c h n o l o g y v o i c e i n f o r m a t i o ni so p e r a t e dt h r o u g ht h ep r o c e s sa sf o l l o w s ：c o m p r e s s i o na n dc o d e c ，p a c k a n dd i v i s i o n , d i s t r i b u t i o na n dm u t i n g ，s t o r a g ea n ds w i t c h ，u n p a c ka n dd e c o m p r e s s i o n a n de t e ，i nw h i c hw a yt h ev o i c ec o m m u n i c a t i o n so v e ri pn e t w o r ka r ea c c o m p l i s h e d c o m p a r e d 砸t l lt r a d i t i o n a lt e l e p h o n e i pp h o n ee n h a n c e st h ee f f i c i e n c yo ft h eb a n d r e s o n l ea n dr e d u c e st h ec o s to ft h ev o i c es e r v i c e s t h e r e f o r e i pp h o n ei sd e v e l o p e d r a p i d l yo v e rt h ew h o l ew o r l d n o w a d a y s ，i ti ss u r et h a tv o l pi so n eo ft h ef a s t e s ta n d t h em o s tp o p u l a rs e r v i c ea p p l i c a t i o nt e c h n o l o g i e si nt h ew o r l da n da l s oo n eo ft h e h i g h l i g h t so f t h em o d e mc y b e rw o r l d ih a v em a d ead e e pr e s e a r c hi nv o i pc o m b i n i n gw i t ht h ep r o j e c to fg n s sl a b ， d l m ua n dt h em s e a r c ht a r g e ti st op r o v i d em o r ee f f i c i e n ta n dm o r ea d v a n c e dm e t h o d s o f v o i c ec o m m u n i c a t i o nf o rt h ec t io f t h en a v i g a t i o ns y s t e m t h i st h e s i sg i v e st h ec o r e c o n c e p t s a n di m p o r t a n tp r o b l e m s c o n c e r n i n gt h e i m p l e m e n to fv o l pi nd e t a i l i nm ym s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fv o l p ，1c h o o s et h e i t u th 3 2 3p r o t o c o la st h em a i np r o t o c o la n dt r yt oa n a t o m i z ei td e e p l y ii m p l e m e n t t h eh 2 2 5 0 ，h 2 4 5 ，r t p r t c pp r o t o c o l s ，v o i c es a m p l i n g r e s t o r ea n de t ci nc + + l a n g u a g e t h ep r o g r a ms t e p sa r e 嬲f o l l o w s ：( 1 ) v o i c ep r o c e s s i n g ；( 2 ) h 2 2 5c a l ls i g n a l ； ( 3 ) h 2 4 5c o n t r o ls i g n a l ；( 4 ) m e d i as t r e a ma n dm e d i as t r e a mc o n t r o l ；( 5 ) c a l lr e l e a s i n g s i n c ev o l pi st h ed e v e l o p i n gt e c h n o l o g y ，i th a ss o m ep r o b l e m st ob es o l v e d t h e m f o r e ， t h es e c t i o na b o u tt h em s e a r c ho f i m p r o v i n gt h eq o si ss e ti nt h el a s tc h a p t e r i nt h el a s t ， s o m ec u r r e n tp r o b l e m so fq o si ss h o w na n ds e v e r a lc o n c e r n i n gr e s o l u t i o nm e t h o d sa r e i n t r o d u c e da n da n a l y z e d ，a m o n gw h i c ht h ed e s i g no ft h ej i t t e rb u f f e r sa n dt h ew s o l a a r et h et w o p o i n t s i nt h ep r o g r a mt e s t ，t h er e s u l ti sg o o d t h et w op co v e rt h el a ni nt h el a b s u c c e e d e dt oc a l le a c ho t h e ra n dt h ev o i c ei nt h e mi sc l e a ra n dl e g i b l e a l s o m o s m e t h o di su s e dt or a t et h eq u a l i t yo fv o i c e o nt h eo t h e rh a n d ，i nt h ec o n c l u s i o nr ， s e v e r a lp r o b l e m se n c o u n t e r e dd u r i n gt h er e s e a r c ha r ec o n c l u d e da n ds o m et h o u g h to f o p t i m i z a t i o na n di m p r o v e m e n t o f v o l pi sp r o v i d e d k e yw o r d s ：v o l p ；h 3 2 3 ：c a l ls i g n a l ；c o n t r o ls i g n a l ；o o s 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写 成博士顾士学位论文 ：基王h 13 婴垃这笪! 婴塞霆! ! 塞班：。除论文中 已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开 发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密盯( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名易嚷澎式号师签名：猃对芦蓬 日期：o 易年弓月玎日 第1 章绪论 1 1v o i p 基本概念 v o i p ( v o i c eo v e ri n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) ，俗称i p 电话，是利用i p 网络实 现语音通信的一种先进通信手段，是基于i p 网络的语音传输技术 1 。它利用终端 或电话网关服务器之类的设备将电话语音数字化，将数据压缩后打包成数据包， 通过i p 网络传输到目的地；目的地收到这一串数据包后，将数据重组，解压缩后 还原成声音进行回放。这样，网络两端的人就可以听到对方的话音，因此，可以 说，v o i p 是现代分组交换通信思想的延伸和发展。 1 2 研究背景 1 2 1v o i p 发展优势 随着i n t e r n e t 的深入应用与发展，i p 将成为未来信息通信的主导技术，各种 业务可由i p 包来承载，而i p 信息流又可以在各种传输媒体中传送，并以i p 网为 基础：最终实现数据、话音、图像业务的融合以及网络的融合。采用统一的技术 解决方案来构建新一代信息网络，以其提供话音、数据和图像等综合服务，将成 为人们追求的目标，代表着2 1 世纪新一代通信网络的发展方向。v o i p 就是在这一 新网络时代发展起来的具有代表性的应用技术之一。 v o i p 相对于传统电路交换技术的电话业务相比，存在明显的优势，包括技术 优势和低资费优势等。电信运营商及最终用户均能从中能获益匪浅。 从电信运营商角度说，i p 电话使用基于i p 的、多业务的分组骨干数据网提供 类似标准电路交换的话音业务，并为新的集成话音、数据、视频的应用和服务提 供统一平台。相对于电路交换技术，i p 技术带宽利用率更高，话音业务和数据业 务的传输可以基于同一个数据网络，这样就降低了网络的建设和维护成本 2 。电 信运营商利用v o i p 技术实现话音业务带来的技术优势主要包括： ( 1 ) 能够快速提供多种业务。应用开发对第三方的软件开发商开放，易于实旄 高附加值的业务，业务提供商几乎可以无限制地给用户提供新业务。集中化控制 使得易于扩展地理覆盖范围，增加新客户。 ( 2 ) 降低运营支出。运营成本的降低，一部分原因是由于y o l p 更有效地利用 了带宽，另一部分原因是由于v o l p 使运营商能够实现数据和话音网络的集中化管 理。 ( 3 ) 降低投资成本。通过规模效益和中心局合并，可简化网络，降低初期投资 成本；而且i p 网络也更易于扩展，能够充分利用已有投资。 从最终用户角度看：首先，v o l p 使电话接入和使用范围大大扩展。理论上， 只要能够接入i n t e r n e t ，就可以使用i p 电话。电话可以随用户移动，用户旅行或 出差到外地时，可以继续使用原来的号码，不用更改有关设置。另外，v o l p 使得 接入终端由传统电话网接入扩展到包含i p 网、固定电话网和移动网的一体化网络。 同时，很多企业已经建立或通过租借线路组建了自己的内部专用网络，利用 v o l p 技术，这些网络既可以传输数据业务，也可以在同一平台传输话音业务，不 需要太多的额外投入。在经济环境比较严峻和激烈竞争的形势下，大的公司、企 业内部网络传输能力闲置，在寻找新的业务出口上，话音业务无疑是值得优先考 虑的突破口之- - a 。 y o l p 的技术日渐成熟，宽裕的网络环境、明显的价格优势吸引着用户，使得 v o l p 技术必将成为未来语音通信的主流技术之一。 1 2 2v o i p 发展现状 v o l p 目前在全球范围内正得到迅速发展，并可以说是当今世界发展最快的应 用服务技术之一。 从美国的情况看，v o l p 打破了美国电信业格局。据a n a l y s y s 公司预测，2 0 0 4 年底美国使用v o l p 服务的宽带家庭用户将接近1 0 0 万，到2 0 0 8 年前，将有1 1 7 0 万宽带家庭用户成为v o l p 服务的成员，占美国家庭用户总数的1 7 ，届时还有8 0 万的小型企业也将使用v o l p 服务；个人和小型企业用户每年在v o l p 服务方面支 付的费用可望达到5 7 亿美元；v o i p 运营商的总收入将增加1 0 0 多倍。 2 ( 1 ) 能够快速提供多种业务。应用开发对第三方的软件开发商开放。易于实施 高附加值的业务，业务提供商几乎可以无限制地给用户提供新业务。集中化控制 使得易于扩展地理覆盖范围，增加新客户。 ( 2 ) 降低运营支出。运营成本的降低，一部分原因是由于v o i p 更有效地利用 了带宽，另一部分原因是由于v o i p 使运营商能够实现数据和话音网络的集中化管 理。 ( 3 ) 降低投资成本。通过规模效益和中心局合并，可简化网络，降低初期投资 成本；而且i p 网络也更易于扩展，能够充分利用已有投资。 从最终用户角度看：首先，v o i p 使电话接入和使用范围大大扩展。理论上。 只要能够接入i n t e r n e t ，就可以使用i p 电话。电话可以随用户移动，用户旅行或 出差到外地时，可咀继续使用原来的号码，不用更改有关设置。另外，v o l p 使得 接入终端由传统电话网接入扩展到包含l p 网、固定电话网和移动网的一体化网络。 同时，很多企业已经建立或通过租借线路组建了自己的内部专用网络，利用 v o l p 技术，这些网络既可以传输数据业务，也可以在同一平台传输话音业务，不 需要太多的额外投八。在经济环境比较严峻和激烈竞争的形势下大的公司、企 业内部网络传输能力闲置，在寻找新的业务出口上，话音业务无疑是值得优先考 虑的突破口之- - 3 。 v o l p 的技术日渐成熟，宽裕的网络环境、明显的价格优势吸引着用户，使得 v o i p 技术必将成为未来语音通信的主流技术之一。 1 2 2v o i p 发展现状 v o i p 目前在全球范围内正得到迅速发展，并可以说是当今世界发展最快的应 用服务技术之一。 从美国的情况看，v o l p 打破了美国电信业格局。据a n a l y s y s 公司预测，2 0 0 4 年底美国使用v o l p 服务的宽带家庭用户将接近1 0 0 万，到2 0 0 8 年前，将有1 1 7 0 万宽带家庭用户成为v o l p 服务的成员，占美国家庭用户总数的1 7 ，届时还有8 0 万的小型企业也将使用v o i p 服务；个人和小型企业用户每年在v o i p 服务方面支 付的费用可望达到5 7 亿美元；v o i p 运营商的总收入将增加1 0 0 多倍。 付的费用可望达到5 7 亿美元；v o i p 运营商的总收入将增加1 0 0 多倍。 从中国情况看，根据信息产业部的统计，2 0 0 5 年上半年i p 通话时长( 去话) 达到6 4 4 1 亿分钟，同比增长1 7 4 ，据i r e s e a r c h 预测，2 0 0 8 年中国的p ct op c 的v o i p 电话用户将达到8 0 0 0 万户，而p ct op h o n e 的v o l p 电话用户将达到2 8 0 0 万户( 如图1 1 ) 4 3 。2 0 0 4 - 2 0 0 5 年，中国i p 电话业务保持较高速度增长，但增 长率已经有所下降，因此中国i p 电话业务处于扩张期。可以预见i p 电话业务仍 将保持增长，但增长率将持续下降。 图1 1 中国v o l p 用户现状及趋势预测 f i 9 1 1s i t u a t i o na n dt r e n do fv o i p i nc h i n a 中国v o i p 市场的特点可以归纳为：使用v o l p 技术的应用环境正在逐步成熟 尚需要迎接质量、网络带宽、安全等方面的挑战。 1 3v o l p 主流协议 在传统电话系统中，一次通话从建立系统连接到拆除连接都需要一定的信令 来配合完成。同样，在i p 电话中，如何寻找被叫方、如何建立应答、如何按照彼 此的数据处理能力发送数据，也需要相应的信令系统，般称为协议。目前在国 际上，比较有景响的i p 电话方面的协议包括i t u t ( 国际电信联盟) 提出的h 3 2 3 协议和i e t e ( 国际互联网工程任务组) 提出的s i p 协议。 1 3 1h 3 2 3 协议 i t u t 国际电联第1 6 研究组首先在1 9 9 6 年通过h 3 2 3 第一版的制定工作， 同时并在1 9 9 8 年完成第二版协议的拟定。原则上，该协议提供了基础网络( p a c k e t b a s e dn e t w o r k s ；p b n ) 架构上的多媒体通信系统标准，并为i p 网络上的多媒体 通信应用提供了技术基础。h 3 2 3 并不依赖于网络结构，而是独立于操作系统并在 硬件平台之上，支持多点功能、组播和频宽管理。h 3 2 3 具有相当的灵活性，可支 持包含不同功能节点之间的视频会议和不同网络之间的视频会议。h 3 2 3 并不支持 群播( m u l t i c a s t ) 协议，只能采用多点控制单元( m c u ) 构成多点会议，因而同 时只能支持有限的多点用户。h 3 2 3 也不支持呼叫转移，而且建立呼叫的时间也比 较长。早期的视频会议多半支持h 3 2 3 协议，例如微软n e t m e e t i n g 、i n t e li n t e r n e t v i d e op h o n e 等都是支持h 3 2 3 协议的视频会议软件 5 。 1 3 2s i p 协议 s i p 协议是由i e t f 所制定，其特性几乎与h 3 2 3 相反，原则上它是一种比较 简单的会话初始化协议，也就是只提供会话或呼叫的建立与控制功能。s i p 协议可 支持多媒体会议、远程教学及i n t e r n e t 电话等领域的应用。s i p 同时支持单点播 送( u n i c a s t ) 及群播功能，换句话说，使用者可以随时加入一个已存在的视频会 议之中。在网络0 s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c tr e f e r e n c em o d e l 。开放式系统 互联参考模型) 属性上，s i p 属于应用层协议，所以可透过u d p 或t c p 协议进行传 输。s i p 另一个重要特点就是它属于一种基于文本的协议，采用s i p 规则资源定位 语言描述( s i pu n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r s ) ，因此可以方便地进行撰改或测试 作业。s i p 的u r l 可以嵌入到w e b 页面或其它超文本链接之中，用户只需用鼠标一 点即可发出呼叫。所以与h 3 2 3 协议相比，s i p 协议具备了快速建立呼叫与支持电 话号码传送等特点 5 】。 4 1 3 研究目标 如今，v o i p 主要有两大应用领域：已在国内获得初步应用的广域网数据、话 音综合接入与传输；在企业网内进行的局域网数据、话音综合处理与应用企 业级i p 电话系统。本课题所研究开发的内容侧重于后者，即把v o i p 应用到船舶 调度指挥系统的c t i 中，构成一个现代化的，高效的企业级语音通信平台。 c t i ( c o m p u t e rt e l e p h o n yi n t e g r a t i o n ，计算机电话集成) 是集计算机、交 换通信的优势为一身，将计算机系统的良好的用户界面、庞大的数据库、优良的 应用软件和交换通信系统的呼叫控制相结合，提供基于呼叫的数据选择、计算机 拨号、呼叫监视、智能路由、屏幕管理和语音数据处理等功能的通信系统 6 。传 统的c t i 是基于电路交换原理来实现集团通话功能的，电话交换设备采用的均是 专有技术，缺乏开放性和标准性，因此可扩充性较差，且运行成本较高；而v o i p 是基于分组交换的原理，采用全球通行的标准在互联网上实现会话的功能，因此， 将c t i 与v o i p 结合，能有效弥补传统c t i 的不足。 在船舶调度指挥系统项目中c t i 呼叫中心是重要的组成部分，用于保障操作 员与船舶终端之间的话音联络与调度。如图l - 2 所示。 图1 2 船舶调度指挥系统项目c t i 呼叫中心结构图 f i g1 2a r c h i t e c t u r eo fc t is y s t e m 呼叫中心系统由坐席客户端和服务器监控端组成。系统通过坐席通道与i p 绑 定机制，使一个坐席通道对应一个i p 地址( 即一个客户端) ，而一个坐席通道连 接一部话机，服务器通过i p 地址对客户端进行呼叫控制并提供相应服务。 原c t i 呼叫系统虽然控制采用的是基于i p 的方式，但是通话采用的还是基于 电路交换原理的固定电话通信，而c t i 从固定电话呼叫向集众多优势于一身的v o i p 的发展也是一个必然趋势。 本课题旨在为未来在船舶调度指挥系统c t i 中的基于i p 的语音通信进行前期 的课题研究。 1 4 研究内容 1 4 1 协议的选择 如1 3 节提到的，v o l p 目前存在两大主流协议，即h 3 2 3 协议和s i p 协议。 v o l p 协议庞大而复杂，由于课题研究的时间有限，所以在进行研究开发前，先对 两大v o l p 协议进行比较，从而根据实际项目工程情况，明确本课题的研究核心。 h 3 2 3 协议和s i p 协议分别来自两个不同的组织，有着不同的设计思想，但是内 容是基本相同的，即始终都是围绕着电话的各种信令；而其实现方式却又有所不 同。作为实现实时i p 呼叫和多媒体通信业务的两大v o l p 协议，它们之间的区别 与联系的分析就显得至关重要，如表1 1 所示。 表1 1h 3 2 3 与s i p 比较 h 3 2 3s m 制定组织 i t u t i e t f 架构 p 2 p p 2 p 设计对象i s d n 及a 1 m i n t e m e t q o s无有 复杂度高低 编码二进制编码基于文本，类似h t t p 从起源上来看，h 3 2 3 协议提出的根本动力来自于“三网合一”。当时i p 技 术和以太网技术发展迅猛，许多的企事业单位都已拥有了自己的局域网，迫切要 求一个没有严格q o s 保障的可以基于以太网或i p 网来开展语音、视讯、数据业务 的网络，于是h 3 2 3 协议就应运而生了，它是通信领域的协议。而s i p 协议是在 i n t e r n e t 飞速发展的情况下，由计算机工作者提出的基于计算机和网络的多媒体 通信协议，可见s i p 是个计算机网络领域的协议。 由于出发点不同，他们的控制结构也不同。在呼叫控制和信令方面，h 3 2 3 主 要参考了传统p s t n ( 公共交换电话网) 的呼叫控制和信令架构。p s t n 在呼叫控制 和信令方面是一种分层、主从、集中式的控制方式，h 3 2 3 也采用这样的控制方式。 i n t e r n e t 是一个分布、客户机服务器、水平控制的网络，因而s i p 协议本身实现 的通信方式也是基于一个分布、客户机n 务器、水平的控制结构。 不同的设计思想、借鉴不同的标准以及不同的开发目的，使得两大协议特色 鲜明。h 3 2 3 协议采用了i s d n 的设计思想，用q 9 3 1 协议完成呼叫的建立和释放， 具有电信网集中处理和管理的工作模式，具备做任意规模i p 电话系统的能力。 h 3 2 3 的开发目的是在分组交换网络上为用户提供取代普通电话的v o l p 业务和视 频通信业务。 而作为一个i e t f 提出的标准，s i p 在很大程度上借鉴了其它各种广泛存在的 i n t e r n e t 协议的设计思想，如h t t p ( 超文本传输协议) 、s m t p ( 简单邮件传输协 议) 等，本身也是一个文本协议。s i p 协议同时借鉴w e b 业务成功的经验，以现有 的i n t e r n e t 为基础来构架i p 电话业务网 7 j 。 国际电联的h 3 2 3 协议基本上是一种兼顾传统呼叫流程和i p 网络特点发展而 来的成熟的开放标准体制，代表了v o l p 的大潮流。它吸取了许多电信网的组网、 互联和运营经验，能够与p s t n 网，以及其他数据业务和应用网互联互通。由于用 于船舶调度指挥的c t i 系统基于传统电话的设计，考虑到兼容性和可拓展性，而 h 3 2 3 协议基本符合这一要求，于是本课题对v o l p 的研究核一t l , 将集中于h 3 2 3 协 议。 7 1 4 幺内容概述 结合实际工程需要，本课题在v o l p 技术的运用与开发上进行了深入的研究， 并且通过之前的比较分析，在本课题中选用的v o l p 协议为国际电信联盟i t u t 的 h 3 2 3 协议。 本课题首先对y o l p 进行了理论研究和协议分析，在此基础上，将基于h 3 2 3 协议的v o l p 在局域网内进行了实现，即在w i n d o w s 平台上用c + + 编程语言搭建了 一个p ct op c ( 无网守、无语音网关) 的v o l p 实现程序。在实现过程中，首先依 据h 3 2 3 标准设计了v o l p 的应用程序流程及通信过程，其中的通信过程主要包括： ( 1 ) 呼叫建立过程；( 2 ) 控制信令过程；( 3 ) 媒体流及媒体控制过程； ( 4 ) 呼叫释放过程。其中，呼叫建立过程涉及的是h 2 2 5 0 信令协议，控制信令过程主 要是h 2 4 5 协议过程，媒体流及媒体控制过程主要是r t p r t c p 通信过程，呼叫 释放过程包括h 2 2 5 0 ，h 2 4 5 等通道的关闭释放过程。接着，运用c + + 编程语言 对该设计进行了实现，在实现的过程中结合开发代码进一步对h 3 2 3 中的各个重 要信令协议、通信过程中的细节问题进行了进一步的深入分析。 之后，在此基础上，对v o l p 的q o s 问题也进行了思考与研究，做出了相应的 解决方案，并着重对四缓冲处理及数据包丢失隐藏技术中的w s o l a 算法 ( w a v e f o n ns i m i l a r i t yo v e r l a p a d d ，即音频近似叠加法) 进行了较深入的研究分 析，并加以编程实现。 最后，在实验环节中，运用r r u t 的标准语音评价方法m o s ( m e a no b j e c t i o n s c o r e ) 对本课题中所实现的p ct op cv o l p 应用程序进行了测试，测试结果基本达 到了预期目标。另外，在结论中总结了在整个课题研究中碰到的问题，也为今后 进一步的研究开发工作提出了自己的构想。 第2 章h 3 2 3 协议分析 为了能在不保证q o s 的分组交换网络上展开多媒体通信，由i t u 第1 5 研究组 s g - 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q o s ( 服务质量) 保证的分组网络p b n ( p a c k e tb a s e dn e t w o r k s ) 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、f d d i 技术 8 。因此，h 3 2 3 标准为l a n 、? a n 、i n t e r n e t 、因特网上的多媒体通信应用提供了技术基础和保障。 本章首先介绍了v o l p 的基本通信过程，然后，分别从h 3 2 3 物理体系结构和 协议栈体系结构两个方面对h 3 2 3 协议进行分析。 2 1v o i p 基本通信过程 传统的龟话网是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为6 4 k b i t s 。 而所谓的v o l p 是以i p 分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行压缩、 打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的u d p 协议进行传输。 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 络由两个或多个具有v o l p 功能的设备组成，这一设备通过一个i p 网络连接av o l p 模型的基本结构图如图2 1 所示。 图2 1v o l p 的模型结构 f i g2 1v o i pm o d e l 9 从图1 1 中可以发现v o l p 设备是如何把语音信号转换为i p 数据流，并把这 些数据流转发到i p 目的地，i p 目的地又把它们转换回到语音信号。两者之间的网 络必须支持i p 传输，且可以是i p 路由器和网络链路的任意组合 9 。因此可以简 单地将v o l p 的传输过程分为下列几个阶段：语音一数据转换、原数据到i p 转换、 传送、i p 包一数据的转换、数字语音转换为模拟语音。 2 1 1 语音一数据转换 语音信号是模拟波形，通过i p 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，首先要对语音信号进行模拟数据转换，也就是对模拟语音信号进 行8 位或1 6 位的量化，然后送入到缓冲存储区中，缓冲器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取以帧为单位进行编码。典型帧长 为i 0 3 0 m s 。考虑传输过程中的代价，网络语音包通常由6 0 、1 2 0 或2 4 0 m s 的语音 数据组成。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准 主要有i t u tg 7 1 1 、g 7 2 9 等。源和目的地的语音编码器必须实现相同的算法， 这样目的地的语音设备才可以还原模拟语音信号。 2 1 2 数据- i p 包转换 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长进行压缩编 码。大部份的编码器都有特定的帧长，若一个编码器使用1 5 m s 的帧，则把从采集 来的6 0 m s 的包分成4 帧，并按顺序进行编码。每个帧合1 2 0 个语音样点( 抽样率 为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a 网 络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后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 信号。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。 2 1 3 网络传送 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 , - i p a 在全范围内变化，反映了网络传输中的抖动。网 1 0 络中的同间节点检查每个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。 2 1 4i p 包一数据的转换 目的地v o l p 设备接收这个i p 数据并开始处理。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 缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小，但不能调节大的抖动。其次，解码器 将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包，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1 5 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。 2 1 5 数字语音转换为模拟语音 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 2 所示 9 ： 图2 2v o i p 基本传输过程 f i g2 2t r a n s p o r t a t i o np r o c e s so fy o i p 2 2h 3 2 3 网络物理体系结构 h 3 2 3 标准规定了4 个网络组件。终端( t e r m i n a l ) ，网关( g a t e w a y ) ，网 守( g a t e k e e p e r ) ，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 ，简写为m c u ) 。 这些组件组合在一起，提供点对点，点对多点多媒体通信服务。h 3 2 3 网络组成结 构如图2 3 ： 图2 3h 3 2 3 网络组成结构 f i g2 3a r c h i t e c t u r eo f h 3 2 3n e t w o r k 2 2 1 终端( t e r m i i q a l ) 终端用于实时双向多媒体通信。h 3 2 3 终端可以是一个p c 或者一个运行n 3 2 3 与多媒体应用的独立设备。它支持音频通信，视频和数据是可选的。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的角色。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。 1 2 2 2 2 网关( g a t e w a y ) 网关是h 3 2 3 系统的一个可选组件。网关提供很多服务，其中包含h 3 2 3 会 议节点设备与其它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 5 0 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 组网络端和电路交换网络端之间，网关还执行语音和图像编解码器转换工作，以 及呼叫建立和拆除工作。终端使用h 2 4 5 和h 2 2 5 0 协议与网关进行通信。采用 适当的解码器，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。 2 2 3 网守( g a t e k e e p e r ) 网守是h 3 2 3 系统的一个可组选件，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 网守时，其必须提供阻下四种服务地址：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 管理等为网守的可选功能。虽然从逻辑上，网守和h 3 2 3 节点设备上分离的，但 是生产商可以将网守的功能融入h 3 2 3 终端、网关和多点控制单元等物理设备中。 由单一网守管理的所有终端、网关和多点控制单元的集合称之为h 3 2 3 域。 2 2 4 多点控制单元( m c u ) 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 制单元由一个多点控制器m c 和几个多点处理器m p 组成，但可以不包含m p 。 m c 处理端点问的h 2 4 5 控制信息，从而决定它对视频和音频的通常处理能力。在 必要的情况下，m c 还可以通过判断哪些视频流和音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，而将它留给m p 来处理。m p 对音频、视 频或数据信息进行混合、切换和处理。m c 和m p 可能存在于一台专用设备中或作 为其它的h 3 2 3 组件的一部份。 2 2 5h 3 2 3 区域 h 3 2 3 区域是一个由所有终端、网关、多点控制单元组成的集合，它由单个网 守负责管理( 如图2 4 所示) 。一个h 3 2 3 区域至少要包括一个终端，网关和多点 控制单元为可选组件，网守也是可选组件，但是一个区域只能存在一个网守。一 个h 3 2 3 区域可以是一个独立的局域网或网段，也可以是由路由器或其他网络设 备连接起来的多个网段的组合 1 们。 2 3h 3 2 3 协议栈体系结构 图2 4 h 3 2 3 区域 f i g2 4h 3 2 3z o n e 图2 5h 3 2 3 协议体系结构 f i g2 5a r c h i t e c t u r eo f h 3 2 3 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，h 3 2 3 协议体系结构如图2 5 所示。 h 3 2 3 协议栈主要由以下协议组成： 1 4 h 2 2 5 0 注册准入状态协议( h 2 2 5 0r 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 ) ； h 2 2 5 0 信令协议( h 2 2 5 0c a l ls i g n a l i n g ) ： h 2 4 5 控制信令协议( h 2 4 5c o n t r o ls i g n a l i n g ) ： r t p 实时传输协议( r e a l - t i m et r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) ： 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 ) ： 语音编解码协议( a u d i oc o d e c ，g 7 11 ，g 7 2 9 g 7 2 3 1e t c ) ： 视频编解码协议( v i d e oc o d e c ，h 2 6 1 ，h 2 6 3e t c ) ； i t u t 为该协议从系统的总体框架到各个子协议等各方面都作了比较详细的 规定。 2 3 1h 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 放等r 系列端点与网守之间的通信过程。r a s 该通道必须在所有其他通道建立之 前打开，该通道被用于端点与网守之间交换r a s 消