（计算机应用技术专业论文）单线ip电话网关的设计与实现.pdf

中文摘要 i p 电话技术使用i p 网络代替昂贵的传统长途电话网络，大大降低了通信线 路的成本，具有巨大的市场潜力。目前，作为v o i p 网络重要组成部分的i p 电话 网关，一般是在微机、路由器或者交换机平台上实现，造成其均线成本偏高、 系统灵活性不够、服务质量不稳定。集成电路技术和s o c 技术的发展使得单片 机和d s p 已经能够集成到- - 4 片芯片上，这就使得我们有可能开发基于单片机 平台的i p 电话网关，正好可以避免上述缺陷。0 一 本文首先介绍了i p 电话技术及其相关协议；然后分析了i p 电话网关在v o l p 网络中的工作原理，比较了其几种可行的实现方案，提出了在单片机平台下开 发单线i p 电话网关的具体方法，介绍了系统的总体方案，完成了硬件设计选型 和软件总体设计和模块划分：接着，介绍了软件开发工具和现有的底层库函数， 并对主控程序、中断处理程序、s d r a m 驱动、网络任务处理、地址映射、电话 任务处理、其他外围设备驱动等各个应用软件模块的设计与实现进行了详细的 介绍；最后，说明了实验软件的测试结果及今后改进的构想。 【关键词】：i p 电话9 关；实现方案v 单片机 第1 页 a b s t r a c t t h ei p p h o n et e c h o n o l o g y , w h i c h u s e si pn e t w o r ki n s t e a do fe x p e n s i v e t r a d i t i o n a ll o n gd i s t a n c et r u n k ，g r e a t l yr e d u c e st h ec o s to f l o n gd i s t a n c ec o m m i c a t i o n a n dh a se n o r l n o u sc o m m e r c i a lp o t e n c ya sai m p o r t a n tp a r to f v o l pn e t w o r k ，i p p h o n eg a t e w a y sa r cu s u a l l yp r o d u c e do np cp l a t f o r m ，r o u t e rp l a t f o r m o rs w i t c h p l a t f o r ma n dm a y h a v e h i g ha v e r a g e c h a n n e lc o s t ，l e s sf l e x i b i l i t ya n di n a d e q u a t eq o s t h e d e v e l o p e d i ca n ds o c t e c h o n o l o g i e sa l l o ws c m a n dd s pt ob e i n t e g r a t e do n a s i n g l ec h i p a c c o r d i n g l y o nt h es c m p l a t f o r m ，w ec a nd e v e l o p t h es i n g l ec h a n n e li p p h o n eg a t e w a y , w h i c hm a y o v e r c o m et h ed e f e c t sr e f e r r e da b o v e i nt h i sp a p e r , if i r s t l yi n t r o d u c et h ei pp h o n et e c h o n o l o g ya n dr a l a t c dp r o t o c o l s n e x tia n a l y z et h ew o r kp r o c e s so fi pp h o n eg a t e w a yi nv o l pn e t w o r ka n dc o m p a r e a l lk i n d so fe x i s t e n ti pp h o n eg a t e w a ys o l u t i o n s a f t e rt h a t ，ip u tf o r w a r dt h es c m p l a t f o r mb a s e dd e v e l o ps o l u t i o no f t h es i n g l ec h a n n e li pp h o n eg a t e w a ya n d d i s c r i b e t h ed e v d o ph a r d w a r e p l a t f o r m ，s o f t w a r ep l a t f o r ma n dc o m p i l e t o o l s ia l s od e s i g nt h e a p p l i c a t i o n ss o f t w a r ea n dd i v i d ei ti n t os e v e r a ld i f f e r e n tm o d u l e s t h e n ip a r t i c u l a r l y i n t r o d u c et h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h em a i n l yc o n t r o lm o d u l e ，i n t e r r u p td i s p o s e m o d u l e ，s d r a md r i v e rm o d u l e ，n e w o r kt a s kd i s p o s em o d u l e ，a d d r e s st r a n s f e r m o d u l e ，p h o n et a s kd i s p o s em o d u l ea n do t h e rp e f i p h e r a le q u i p m e n td r i v e rm o d u l e f i n a l l y , ip r e s e n tt h e t e s tr e s u l to ft h ee x p e r i m e n ts o f t w a r e ，a n dg i v es o m ei d e aa b o u t t h ew o r ki nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：i p p h o n e ，g a t e w a y , s o l u t i o n ，s c m 第1 i 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，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 获得电子科技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 说明并表示谢意。 签名： 日期：加巧年3 月石日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 日期：2 3 单线i p 电话网关的设计与实现 1 1 课题提出背景 第一章概论 当今的i n t e m e t 正不断地变化着自己的角色，网络中流动的“比特”所代表 的内容已从原来单纯的“数据”逐渐向“多媒体”演变。网络中信息量在不断 增长，而基于i n t e r n e t 的各种业务的发展更是令人眼花缭乱，i p 电话就是其中之 一。 技术和市场联合促成了m 电话技术的高速发展。目前，将话音转化为i p 包 的技术已经非常成熟，集成电路( i c ) 技术的发展使得i p 电话的核心元件数字 信号处理器( d s p ) 的价格大幅下降，为i p 的实用化准备了技术条件；而v o i p 技术也已从限定在i p 网络内部范围和仅具有话音服务的p c 初级产品发展到具 有多业务、高可靠性以及较好服务质量的含话音、传真、数据传送功能的电信 业务。通过网关等设备组建的v o i p 网络，以p s t n 作为本地用户的接入，用i p 网络代替了昂贵的传统长途传输网络，大大降低了通信线路的成本，从而为通 话价格提供了极大的下调空间。可以预见，i p 电话的市场潜力是巨大的。 在此背景下，使用i p 电话网关来实现p s t n 和i n t e m e t 互通已经具有技术上 的可行性和应用上的迫切性。国外的3 c o m 、c i s c o 、v o c a l t e c 和国内的华为、 中兴、大唐等知名通信厂商纷纷投入资金研究开发i p 电话网关，以求占据未来 市场的制高点。信息产业部也决定使用电子工业生产发展基金支持我校计算机 学院完成m 电话网关的研发工作。 为了确保项目的顺利完成，项目组选择了较为传统的p c 机加插语音卡方案 来实现i p 电话网关。但是集成电路和s o c 技术的发展使得开发基于单片机平台 的单线i p 电话网关成为可能，而且这种类型的网关可能会具有均线成本较低、 线路数目扩展灵活、服务质量稳定等优点，所以项目组同时决定对单线i p 电话 网关进行预研性质的研发，成为本课题的来源。 1 2 课题任务简介及本人所做的工作 本课题的目标是在单片机平台上实现i p 电话网关的开发，以使用i p 网络代 替昂贵的长途电话网络，为不同地区的两个p s t n 用户提供廉价的长途通信服 务，同时也可以使连接在网关两边的p s t n 电话用户和i p 电话用户能够顺利通 话。 根据上述目标，我在深入理解了i p 电话网关工作原理的基础上，做了以下 第1 页 单线i p 电话网关的设计与实现 几点工作： 1 分析和研究了i p 电话相关协议h 3 2 3 ，s i p ，h g c p ； 2 比较了现有i p 电话网关的不同实现方案，并给出了可行的基于单片机平 台的i p 电话网关的实现方案： 3 仔细研究和了解了p a l m m i c r o 公司的p a l 6 8 8 控制芯片和相应的软件库 函数，拟定了在此平台上开发单线i p 电话网关的总体方案； 4 对应用软件进行了总体设计和模块划分，并对主控程序、中断处理、 s d r a m 驱动、网络任务处理、地址映射、电话任务处理、其他外围设 备驱动等各个模块进行了详细的设计与实现； 5 完成了对预研所得单线i p 电话网关系统的调试和功能测试，并概括提出 了未来对系统进行改进的构想。 第2 页 单线i p 电话网关的设计与实现 第二章i p 电话技术及其协议 2 1ip 电话技术简介 二十世纪九十年代以来，世界步入信息时代。国际互联网络呈现爆炸性增 长，其在社会经济生活中的地位越来越突出，信息产业已经成为最有前途的新 兴产业。随着信息技术的日益发展，如何利用新技术，以更低的成本在数据网 上提供语音等传统电信业务，已成为众多研究机构、厂家及运营商关注的焦点。 1 9 9 5 年年初，以色列v o c a l t e e 公司研制出可以通过i n t e m e t 打长途电话的 软件产品“h a t e m e tp h o n e ”。用户只要在多媒体p c 上安装该软件，就可以通过 i n t e m e t 和任何地方安装同样软件的联机用户进行通话。这个技术上的突破引起 了全世界的瞩目，其背后的无限商机也使许多公司开始进行此项技术的研究， 从而使i p 电话技术得到迅速发展。 人们把这种在i n t e m e t 上实现的电话业务称为i n t e r n e t 电话。应该说这种 i n t e r n e t 电话只是i p 电话的雏形。经过七年多的发展，i p 电话已作为一项新型电 话业务在全世界开展，并对传统电话业务形成越来越大的威胁。i p 电话从最初 的p c 到p c 发展到p c 到p c 、p c 到电话、电话到电话等多种业务形式，但无 论是现在还是将来电话到电话的应用都拥有最大的市场。 一个完备的l p 电话系统是由一系列组件构成的，其中包括：终端、网关、 关守、网管服务器等。i p 电话系统的整体结构如图2 1 所示。 图2 1i p 电话系统网络结构图 第3 页 单线i p 电话网关的设计与实现 由于i p 电话技术采用分组交换与传输且为不对称方式，传输与交换的资源 利用率至少比传统电话方式高四倍；在同等业务承载能力下，i p 交换设备的综 合造价只是传统电路交换设备的1 ，2 左右；网管、计费等辅助管理系统简单、运 营成本较低；与传统专用电信设备相比较，通用计算机平台构造的i p 交换机或 路由器的软件、硬件成本有较大幅度的降低；可回避传统运营者间的网间结算。 因此，i p 电话可降低全社会使用电信业务的平均成本，有利于提高世界整体信 息化水平，有着很好的发展前景。 2 2h 3 2 3 协议族 h 3 2 3 是i t u t ( 国际电联电信标准部) 提出的一个协议族，它描述了在服 务质量无保证的分组网络中提供多媒体通信业务的多媒体通信系统。 该协议族于1 9 9 6 年3 月到6 月，由i t u t 第1 6 工作组在日内瓦会议上正 式提出。最初叫做“工作于不保证业务质量的l a n 上的多媒体通信终端系统”。 1 9 9 7 年底通过了h 3 2 3v 2 ，改名为“基于包交换网络的多媒体通信终端系统”。 1 9 9 8 年2 月正式通过时又去掉了版本2 的“v 2 ”称呼，就叫做h 3 2 3 。1 9 9 9 年 5 月i t u t 又提出了h 3 2 3 的第三个版本。2 0 0 0 年1 1 月其第四个版本也已通过。 尽管h 3 2 3 是基于包交换网络的多媒体通信的协议，但是目前在实际上， h 3 2 3 协议所定义的多媒体通信系统主要使用在i p 网中。 2 2 1 系统结构及组成部分 h 3 2 3 协议中定义了网间互连的框架，如图2 2 所示。 h 3 2 3 终端 基于包交换的网络 i t 3 2 3 关守lh 3 2 3 网关ih 3 2 3 终端jih 3 2 3 终端 v 设7 备0 嚣 ：奏嘉 第4 页 8 1 5 烈jh 3 1 0 终端 ， 。妻艿舀 单线i p 电话网关的设计与实现 h 3 2 3 为基于分组交换网络的通信系统定义了四个主要的组件：终端、网关、 关守和多点控制单元。下面简单介绍一下各个组件的功能。 1 终端 h 3 2 3 终端是网络的端点，它可以与其他终端、网关或多点控制单元进行实 时双向通信，从而完成两个终端之间控制、指示、音频、动态视频图像或数据 信息交换的通信过程。终端可支持语音、语音和数据、语音和图像，或者语音、 数据和图像等各种不同应用。终端的主要组成部分及完成的功能如下： ( 1 ) 视频编解码器将来自信号源( 摄像机) 的视频信号编码发送，并将接 收的信号解码输出显示。 ( 2 ) 音频编解码器将来自麦克风的音频信号编码发送，并将收到的信号解 码输出到扬声器。 ( 3 ) 终端系统支持如电子白板、静态图像传送、数据库访问等业务的数据 通道。 ( 4 ) 系统控制单元为终端提供信令控制，它实现呼叫控制、能力交换、传 送指令、描述逻辑通路等功能。 ( 5 ) h 2 2 5 0 模块将视频、音频、数据和控制信息流分组封装成消息输出 到网络接口，并将从网络接1 3 收到的消息还原成视频、音频、数据和 控制信息流，实现逻辑成帧、顺序编号、检错和纠错功能。 2 网关 h 3 2 3 网关是网络中的一个端点，帮助完成分组交换网上的h 3 2 3 终端与电 路交换网上的h 3 1 0 、h 3 2 0 、h 3 2 1 、h 3 2 2 、h 3 2 4 、h 3 2 4 m 、v 7 0 和普通电 话等i n j 终端之间的实时双向通信，也可以完成h 3 2 3 网关之间的实时双向通 信。其主要功能是： ( 1 ) 转换信令传送格式和通信规程。 ( 2 ) 执行分组交换网络侧和电路交换网络侧的呼叫建立与清除。 ( 3 ) 视频、音频和数据格式之间的转换。 3 关守 h 3 2 3 关守是网络上的一个h 3 2 3 实体，可以是软件或硬件设备。在i p 网 络中，关守向其他端点提供呼叫控t t t l i 务。h 3 2 3 关守的基本功能有： ( 1 ) 地址转换。 ( 2 ) 许可控制。 ( 3 ) 带宽控制。 第5 页 单线i p 电话网关的设计与实现 ( 4 ) 区域管理。 ( 5 ) 呼叫控制信令。 ( 6 ) 呼叫鉴权。 ( 7 ) 带宽管理。 ( 8 ) 呼叫管理。 在h 3 2 3 系统中，关守是一个可选的角色，可以有关守，甚至有多个关守， 关守之间还可以进行相互通信，但也可以没有关守。 4 多点控制单元 多点控制单元( m c u ) 支持多个节点设备的会议通信，如果一个网络不需 要进行多点会议，就无需m c u 的接入。m c u 由多点控制器( m c ) 和多点处理 器( m p ) 组成，一个m c u 可以包含一个m c 和多个m p ，也可以不包含m p 。 m p 提供音频视频的集中处理，如切换、混合等；m c 完成对参加多点会议的多 个成员的控制，还负责与所有终端进行能力协商并管理会议资源。m p 和m c 可 以存在于一台专用设备中，也可以与其他h 3 2 3 组件共存于一个物理设备。 2 2 2 协议栈组成 h 3 2 3 不仅提供了对系统及其组成部分的描述，还提供了对呼叫方式的描述 和呼叫信令规则，其相关的协议包括以下内容： 1 音频和视频信号的编码解码 2 公共呼叫的建立和呼叫控制协议 3 网络无关性 4 操作系统、硬件无关性 5 不需单独的多点控制单元 6 通过限制通信终端及进程的数量进行带宽管理 7 多目的广播 8 各种终端的互通 9 网络会议 具体而言，相关协议包括h 2 6 3 、h 2 6 1 视频编码标准和g 7 1 1 、g 7 2 2 、 g 7 2 3 1 、g 7 2 8 、g 7 2 9 音频编码标准；t 1 2 0 多点数据会议系列标准；h 2 2 5 分 组和同步标准；h 2 4 5 系统控制标准。h 3 2 3 以i e t f ( i n l e r n e t 工程任务组) 的 r t p r t c p 为基础，对呼叫信令和附加的音频、视频编码算法提供了扩展。 h 3 2 3 系统中的不同信息码流各有其特点，对下层网络的承载要求各不相 同。例如：对音频和视频码流，它们对实时性要求相当高，但是并不苛求杜绝 任何少量的包丢失，因此它们要求下层网络能够提供实时性好的传送机制。而 第6 页 望垡堡皇至旦苤塑垦盐兰塞垫 对数据和控制信息，情况则完全不同，它们要求下层能提供可靠的传送，而对 实时性却没有太高的要求。 h 3 2 3 系统的服务质量( q o s ) 是一个十分重要的问题。h 3 2 3 系统所使用 的网络环境是一个服务质量不能保证的通信网，而且系统中存在实时性要求很 高的音频和视频信号，必须在服务质量上采取措施。h 3 2 3 系统中的编码采用尺 寸可变的编码方案，如h 2 6 3 和g 7 2 9 等图像和语音的编码。h 3 2 3 系统还使用 r t c p 实时传送控制协议来监测网络的q o s ，以便采取相应的方法来维持一定的 服务质量。另外还可以采用一些积极的方法，例如采用r s v p 协议确保网络中 预留一定带宽，对特殊的应用提供特定的通道等技术来保证服务质量。 h 3 2 3 系统的协议栈如图2 3 所示。 数据应用控制和信令 音频应用视频应用 g 7 1 1 t 1 2 6t 1 2 7 t 1 2 8 g 7 2 2 h 2 6 l t 3 2 4 h 2 2 5 0h 2 2 5 0 g 7 2 8 h 2 4 5r t c pg 7 2 3 1 h 2 6 3 t 1 2 4t 1 2 5 q 9 3 1r a s g 7 2 9 t 1 2 3 r 、p t c pu d p 网络层( i p ) 链路层 物理层 图2 3h 3 2 3 系统协议栈 h 3 2 3 协议族下层使用标准t c p i p 协议族完成分组的传送。h 2 2 5 0 分组与 同步标准规定了音频、视频、数字、控制等各种不同信号复用和解复用的规则， 该标准在t c p u d p 层上统一划分了6 5 5 3 6 个逻辑信道，每个信道传送特定的一 种信号，对应于一个特定的t s a p 标识。这样对于每一个网络地址，每个h 3 2 3 实体可以有多个t s a p 标识。一些t s a p 标识已经分配，如端点的呼叫信令通路 t s a p 标识、关守的r a s 通路t s a p 标识、发现组播地址等，而h 2 4 5 控制通 路，音频、视频、数据通路等t s a p 标识则是动态分配的。 下面我们分节对h 3 2 3 系统的控制信道与信令、实时传输协议r t p 和实时 传输控制协议r t c p 、音频编码进行分析和介绍。 2 2 3 控制信道与信令 系统控制功能是h 3 2 3 系统的核心，包括呼叫控制( 建立与拆除) 、能力切 换、命名和指示信令以及开放和设置逻辑信道等。整个系统的控制通过在r a s 第7 页 单线i p 电话网关的设计与实现 信道、呼叫信令信道和h 2 4 5 控制信道上传送信令消息完成。 1 r a s 协议 r a s ( r e g i s t r a t i o n 、a d m i s s i o n a n ds t a t u s ) 是其他h 3 2 3 端点与关守间在完 成登记、接入许可认证和和获取状态信息等过程所用到的协议。它的主要功能 有：查找关守、端点注册、端点定位、接入许可、带宽管理、状态查询和呼叫 退出。这些功能基本都是通过在r a s 信道中传送r a s 信令消息实现的。 r a s 协议相关消息名称和内容如表2 - 1 所示： 表2 - 1r a s 协议相关消息 功能消息n a m e消息名 关守搜索g r q g a t e k e e p e rr e q u e s t关守搜索请求 ( 非r a s 信 g c f g a t e k e e p e r c o n f i r m关守搜索证实 道消息)g r j g a t e k e e p e rr e j e c t 关守搜索拒绝 r r qr e g i s t r a t i o nr e q u e s t 登记请求 r c f r e g i s t r a t i o nc o n f i r m 登记证实 端点注册与 r r j r e g i s t r a t i o nr e j e c t登记拒绝 注销u r q u n r e g i s t r a t i o nr e q u e s t 去除登记请求 u c f u n r e g i s t r a t i o nc o n f i r m去除登记证实 u i u u n r e g i s t r a t i o nr e j e c t 去除登记拒绝 l r q l o c a t i o n r e q u e s t端点定位请求 端点定位 l c fl o c a t i o nc o n t i r m 端点定位证实 l r jl o c a t i o n r e j e c t 端点定位拒绝 a r q a d m i s s i o n r e q u e s t呼叫接纳请求 呼叫接纳 a c fa d m i s s i o nc o n f i n n 呼叫接纳证实 a r ja d m i s s i o n r e j e c t呼叫接纳拒绝 d r qd i s e n g a g er e q u e s t呼叫退出请求 呼口q 退出d c f d i s e n g a g e c o n f i r m 呼口q 退出证实 d r j d i s e n g a g er e j e c t呼叫退出拒绝 b r q b a n d w i d t h r e q u e s t 带宽请求 带宽管理 b c fb a n d w i d t hc o n f i r m 带宽证实 b r jb a n d w i d t h r e j e c t带宽拒绝 状态查询i r qi n f o r m a t i o nr e q u e s t信息请求 i r ri n f o r m a t i o n r e q u e s tr e p o r t 信息报告 网关资源r a ir e s o u r c ea v a i l a b l ei n d i c a t e网关资源可用性指示 指示 r a cr e s o u r c ea v a i l a b l ec o n f i r m 网关资源可用性证实 第8 页 单线i p 电话网关的设计与实现 查找关守是端点寻找在哪个关守注册的过程。端点可以多点发送g r q 消息， 询问哪个关守可以注册。此时一个或多个关守可能响应g c f 消息，同时返回关 守的r a s 通路的传送地址：如果关守不想注册它，返回g r j 消息。如果有多个 关守响应，端点可以选择其中一个向其注册。为了给使用一个关守的系统提供 冗余，关守可以指定可供替换的关守。当主关守发生故障时，在g c f 消息中可 以提供备用关守的列表。如果超时仍没有收到关守响应，端点应重发g r q 消息。 注册是一个端点加入一个域，并告诉关守它的传送地址和别名地址的过程。 所有端点必须先执行寻找关守的过程，然后向确定的关守注册。注册必须在呼 叫之前完成，如果需要也可以进行周期性的注册。端点在关守寻找过程中得到 关守的网络地址和r a s 信道的t s a p 标识后，发送r r q 消息给关守的r a s 信 道传送地址，关守必须响应r c f 或r r j 消息。一个端点只能注册一个关守，r r q 消息可以周期性重发，因此关守必须能处理来自同一个端点的多个请求。如果 关守收到和前一个r r q 有同样别名和传送地址的r r q ，应该回r c f ；如果关 守收到的r r q 和前个有相同的别名和不同传送地址，它应该拒绝这个重复注 册请求：如果关守收到的r r q 有相同的传送地址，不同的别名，则应当更新翻 译表中的相应条目。端点要改变别名和传送地址的对应关系，可以发送u r q 消 息请求删除以前的注册信息，对此关守应该响应u c f 消息，如果端点没有在该 关守注册，则应该响应u i l i 消息。关守也可以主动发送u r q 消息取消端点的注 册，由端点响应u c f 消息。 一个端点或关守想和一个已知别名的端点进行通信，可以发送l r q 消息给 被叫端点注册关守的r a s 通道传送地址，也可以像发送g r q 样多点发送l r q 消息，以完成目标端点定位。关守响应l c f 消息，该消息中包含目的端点的呼 叫信令通路地址。对于没有注册被请求端点的关守，在r a s 通路上收到l r q 时 必须响应l r j ，在组播地址上收到l r q 则不予响应。 a r q 是端点向关守发送的用户接入认证地址解析修改密码请求消息。在 a r q 中，端点给出请求类型和认证密码，在呼叫接入请求中还应该包含目的端 点信息( 如其e 1 6 4 地址或h 3 2 3 标识) 以及所要求的带宽，在修改密码请求中 还应该包含新的认证密码信息。关守如果同意此次请求，则回送a c f 。对于呼 叫接入请求的应答还应该包括两项主要参数，即允许分配的带宽和翻译后所得 的目的端点呼叫信令通路地址或者是关守本身的呼叫信令通路地址。被叫端点 收到呼叫建立信令后同样需要向关守发送a r q 请求，因此在a r q 中还有一“应 答呼叫”参数来指示是否属于应答呼叫。关守如果要拒绝端点的请求，必须回 送a r j 消息，并在消息中给出拒绝的具体原因。 在呼叫连接建立以后，端点和关守还可以通过b r q b c f 消息协商调整呼叫 连接建立时确定的带宽。当端点需要增加某个逻辑信道的带宽时，如果端点所 第9 页 单线i p 电话网关的设计与实现 用带宽没有超过原来分配的总带宽，则无需向关守请求；如果超过总带宽，就 需要向关守发送b r q 请求消息。关守根据当时情况决定是否允许，若允许，就 回送b c f ，否则回送b i l l 。当端点在相当长一段时间内要减少所用带宽，建议 向关守发送b r q ， 以便释放带宽给其它呼叫使用。增加带宽请求可由发送方发 起，也可由接受方发起。此外关守也可主动向端点发送b r q ，请求改变带宽。如 果是降低带宽请求，端点必须回送b c f 表示服从。同时向对端发送h 2 4 5 消息， 通知其信道带宽已改变，然届由对端再通知关守。如果是增加带宽请求，端点 根据当时情况决定是否增加带宽并回送相应的信令消息。 呼叫任务完成后，端点和关守之间通过发送d r q 消息请求呼叫退出。当该 命令由关守发出时，端点必须回应d c f 消息；当该命令由终端发起时，可以包 含计费信息，关守可以回应d i l l 消息拒绝，但是必须说明拒绝原因。 m q 是关守向端点发送的询问某一话路或所有话路状态的请求信息。端点回 送的i r r 消息中包含目前处于激活状态的所有信道，包括音频信道、视频信道、 数据信道和h 2 4 5 控制信道的t s a p 标识。状态监视有轮询和报告两种实现方式： 前者由关守发送m q 消息，轮询周期应大于1 0 秒；后者由端点主动周期性地向 关守发送i r r 消息。 网关用r a i 消息向关守通告其当前可用资源的状况。r a i 消息包含的主要 内容是该网关当前能支持的各种h 系列协议的数据速率，以及资源即将用完的 警告。r a c 消息是关守对r a i 的确认消息。 2 呼叫信令 呼叫信令流程是h 3 2 3 协议中的重要组成部分，它是呼叫连接建立、保持与 拆除的过程，同时对互操作性的实施也有一定意义。 h 3 2 3 系统的呼叫信令协议是以i s d n 的q 9 3 1 q 9 3 2 q 9 5 0 为基础制订的， 其中尤以q 9 3 1 为最重要。h 2 2 5 0 基本呼叫控制消息取自于q 9 3 1 消息，但是 对其进行了大量的精简。 呼叫信令通路主要用于承载h 2 2 5 0 呼叫控制信令消息，是基于t c p 进行 传送的。如果网络中没有关守，主被叫之间直接使用呼叫信令传送地址建立呼 叫信令通路，用于传送呼叫控制信令消息。如果网络中有关守，主叫端点和关 守使用r a s 通路交换初始允许接入消息，关守必须在g c f 消息中指明呼叫信令 消息采用直接发送方式还是关守转发方式。呼叫信令消息内容如表2 - 2 所示： 表2 - 2 呼叫信令消息 i 消息名消息功能消息性质 l s e t u p 呼叫建立请求m l a l e r t i n g提示 m 第1 0 页 单线i p 电话网关的设计与实现 c o n n e c t连接m c a l lp r o c e e d i n g呼叫进程o p r o g r e s s进展 0 r e l e a s ec o m p l e t e释放完成m s t a t u s 状态m s t a t u se n q u i r y 状态询问o n o t i f y通知o f a c i l i t y设施报告m u s e ti n f o r m a t i o n 用户信息o 注：m - 必备消息o 可选消息 主叫端点通过r a s 信道的a r q a c f 交互后得到目的端点( 直接发送方式) 或者关守( 转发方式) 的呼叫信令通路地址后，通过呼叫信令通路向该地址发 送s e t u p 消息请求建立连接。被叫端点收到s e t u p 消息后首先回送c a l lp r o c e e d i n 2 消息表示收到请求，如果在有关守的情况下还需要与所属关守进行a r q a c f 交 互，然后回送a l e r t i n g 消息表示呼叫建立过程已经启动，最后回送c o r m e c t 消息 表示线路连接建立，呼叫已经到达被叫端，正在向被口q 发出通知提醒其应答。 p r o g r e s s 消息是在呼叫建立过程中的其他消息，作为一个可选消息可以满足某些 呼叫连接的特殊要求。 呼叫服务完成后，主叫或被叫端点均可以按序关闭视频、数据、音频、h 2 4 5 控制通道，然后在呼叫信令通道上发送r e l e a s ec o m p l e t e 消息，关闭呼口q 信令通 道，最后与关守进行d r q d c f 交互，结束呼叫。接收到r e l e a s e c o m p l e t e 消息 的端点也必须按照上述方法结束呼叫。 s l a m se n q u i r y 消息用于询问对方端点的呼叫状态；s t a t u s 消息是对s l a m s e n q u i r y 消息的响应，也可主动报告自己的呼叫状态或报告收到不认识消息； n o t i f y 消息用于通知对方端点呼叫过程中发生的事件；u s e ri n f o r m a t i o n 消息提 供附加的用户信息；f a c i l i t y 消息用来指示呼叫重定向，可以将呼叫前转、转向 m c 或者是强行将呼叫控制转向关守。 3 h 2 4 5 协议 h 2 4 5 协议详细说明了h 2 4 5 信令消息的语法格式、语义及其相应交互流程， 这些报文和交互流程用于在通信开始时与过程中进行带内协商。这些报文内容 覆盖了端点的接收与发送能力、来自接收端的模式要求、逻辑信道信令以及控 制和指令。同时为了保证可靠的数据、音频和视频通信，h 2 4 5 详细说明了经过 认可的信令流程，并且定义了控制信道和通信信道两类信道。 控制信道即通常说的h 2 4 5 信道，位于不同h 3 2 3 实体上的两个h 2 4 5 对等 信令实体通过该信道传送h 2 4 5 消息，以控制媒体信道的建立和释放。控制信道 第1 1 页 单线i p 电话网关的设计与实现 是可靠信道，在i p 网络中对应为一个t c p 连接，连接端1 ：1 号动态分配。在h 2 2 5 0 呼叫建立过程中主叫和被叫端点( 或关守) 通过s e t u p 和c o n n e c t 消息互相交换 各自分配的h 2 4 5 通道地址，呼叫建立过程完成后，h 2 4 5 控制信道就建立起来 了。每个呼叫有且仅有一个h 2 4 5 控制信道，它在整个呼叫期间始终存在，直到 呼叫完成后才被释放。 通信信道即通常说的媒体信道，在h 2 4 5 中称为逻辑信道，在其上传送用户 通信信息。两个实体间可有多条逻辑信道，在呼叫中可以根据需要随时建立和 释放，在h 2 4 5 协议中称为打开和关闭。逻辑信道的开关由h 2 4 5 控制协议完成， 每个逻辑信道在打开时赋予一个标识号。可以认为控制信道是一个特殊的永久 逻辑信道，其信道号指定为0 。 在h 2 4 5 控制信道中传送的信令消息如表2 3 所示。 袭2 3 h ，2 4 5 消息 消息类型m e s s a g en a m e消息名 t e r m i n a lc a p a b i l i t ys e t终端能力集 端点能力消息 t e r m i n a lc a p a b i l i t ys e ta c k 终端能力集证实 t e r m i n a lc a p a b i l i t ys e t r e j e c t 终端能力集拒绝 t e r m i n a lc a p a b i l i t ys e tr e l e a s e终端能力集释放 o p e nl o g i c a lc h a n n e l 打开逻辑信道 o p e nl o g i c a lc h a n n e l a c k 打开逻辑信道证实 o p e nl o g i c a lc h a n n e lr e j e c t 打开逻辑信道拒绝 o p e nl o g i c a lc h a n n e l c o n f i r m 打开逻辑信道确认 逻辑通路 c l o s el o g i c a lc h a n n e l关闭逻辑信道 信令消息 c l o s el o g i c a lc h a n n e la c k关闭逻辑信道证实 r e q u e s t c h a n n e lc l o s e请求信道关闭 r e q u e s t c h a n n e lc l o s ea c k请求信道关闭证实 r e q u e s tc h a n n e l c l o s er e j e c t请求信道关闭拒绝 r e q u e s t c h a n n e lc l o s er e l e a s e 请求信道关闭释放 m a s t e rs l a v ed e t e r m i n a t i o n主从确定 主从确定消息 m a s t e rs l a v ed e t e r m i n a t i o na c k 主从确定证实 m a s t e rs l a v ed e t e r m i n a t i o n r e j c o t 主从确定拒绝 m a s t e rs l a v ed e t e r m i n a t i o nr e l e a s e 主从确定释放 s e n dt e r m i n a lc a p a b i l i t ys e t 报告终端能力集 命令消息 e n c r y p t i o n 加密 f l o wc o n t r o l 流量控制 e n ds e s s i o n 结束会话 第1 2 页 单线i p 电话网关的设计与实现 一个h 3 2 3 呼叫的基本控制包括呼叫建立、能力交换、逻辑信道打开、信道 关闭和呼叫释放等过程，各个过程中都包含h 2 4 5 信令过程。 呼叫建立过程中，通过h 2 2 5 0 呼叫信令完成线路连接时，应答的c o n n e c t 呼叫信令消息中应该包含h 2 4 5 控制信道传送地址，这样在呼叫两端就建a t h 2 4 5 控制信道通路，可以开始传送h 2 4 5 控制信令。 h 2 4 5 控制信道通路建立后首先需要完成能力交换过程。各端点通过能力集 消息来描述自身能力，以便在各种合成模式中工作。能力集消息包含接收能力 描述和发送能力描述内容，接收能力描述终端接收和处理输入流的能力，发送 方发送的信息应该是接收方已经指明能够接收的。发送能力描述终端发送信息 流的能力，为接收方提供几种可能的操作模式，让接收方选择它更愿意的模式。 能力集消息还包含终端同时处理多种媒体信号的可能的组合操作模式，具体通 过一个能力表实现，该表列出了终端所有允许的操作模式，如( 3 7 2 3 1 音频、g 7 2 9 音频、h 2 6 3 视频等，每种模式对应能力表中的一个表项，赋予相应的序号即能 力号，若干个同类能力号构成一个“可选能力集”数据结构，表示该终端可以按 其中任一种方式传送该类信号，描述了终端的一个媒体信道的能力。若干个可 选能力集又构成一个“同时能力集”数据结构，表示该终端可以同时使用的一 组工作方式，如( 1 7 2 3 音频加h 2 6 3 视频。 如果一个会议系统中两个端点都具有m c 功能，或者两个端点间试图建立 双向逻辑通路，都需要通过主从确定过程解决冲突问题。在这个流程中两个端 点在m a s t e r s l a v e d e t e r m i n a t i o n 消息中交换随机数和端点类型值，然后进行比较 计算以决定主从端点。能力交换和主从确定是h 2 4 5 协议的两个初始过程，只有 在这两个过程成功完成后，才能进行后继的信道建立过程。如果其中任一过程 失败，必须重试至少两次，才能放弃连接建立并释放呼叫。 能力交换和主从确定过程完成之后，就可以开始建立传送用户通信信息的 逻辑信道了。每个逻辑通路承载从一个发送方至另一个或多个接收方的信息， 发送方可以用o p e n l o g i c a l c h a r m e l 消息请求建立逻辑通路，在该消息中全面描 述了逻辑通路的内容，包括媒体类型及其相应的通路传送地址、使用的运算法 则、任选项和其他接收方解释逻辑通路内容所需的信息。接收方对此应该响应 o p e n l o g i c a l c h a n n e l 消息，并在该消息中提供本方与媒体类型对应的通路的传送 地址，至此逻辑通路建立成功，发送方可以在此通路上向接收方发送信息。接 收方如果同时也需要向发送方发送信息，可以通过两种方式实现，其一是在前 向逻辑通路建立成功后重新建立另一反向逻辑通路，其二是在建立前向逻辑通 路时在o p e n l o g i c a c h a n n e l 消息中增加反向信道参数，在一次消息交换过程中同 时建立两个方向的信道。逻辑通路使用完毕后应该关闭。 呼叫服务结束后，通信双方均应该首先关闭视频逻辑通路、数据逻辑通路 第1 3 页 单线i p 电话网关的设计与实现 和音频逻辑通路，然后在h 2 4 5 控制通路中发送e n d s e s s i o n c o m m a n d 消息，关 闭h 2 4 5 控制信道。 2 2 4r t p 和r t c p 实时传输协议r t p