（计算机科学与技术专业论文）嵌入式环境下基于sip和h323的voip系统结构优化.pdf

zi-，1：，114 i：1i，!111 1_ k 篱 1 i o i 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，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：塑垄型 同期：2 皇f 全：! 生：! 鱼 关于论文使用授权的说明 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。非保密论 p 一 卜 嵌入式环境下基于slp 和h 3 2 3 的v o lp 系统结构优化 摘要 随着因特网的普及和i p 技术、v o l p 技术的发展，v o l p 产品在电 信市场中占有的份额不断提高，v o l p 技术已经成为计算机业和电信 业最热门的话题之一。s i p 协议具有简单、灵活和可扩展的特点，成 为v o l p 技术中最重要的协议之一，被认为是下一代网络技术中的关 键技术。 为了提供v o l p 业务，需要引入许多体积小、成本低的嵌入式v o l p 终端设备，包括语音网关、中继网关和i p p b x 。本文所提到的v o l p 系统正是运行于这些嵌入式设备上，且同时支持s i p 和h 3 2 3 协议的 实现方式。 本文从v o l p 的原理和关键技术入手，介绍了v o l p 中的重要协议 和体系结构。在简略描述了嵌入式环境下的v o l p 系统的设计与实现 后，详细介绍了如何对v o l p 系统结构进行优化，提出并实现了一种 优化的v o l p 软件框架。 本文重点论述了v o l p 系统软件新框架，包括了需求分析、总体 设计，模块设计。并从业务实现角度重点介绍了各模块间的消息交互。 通用呼叫控制状态机是新框架的重点和难点，参考当前呼叫模型的研 究成果，设计出了基于h 3 2 3 和s i p 的通用呼叫模型。 本文是作者在研究生期间对v o l p 技术的研究和实践后的成果总 结，其中新框架的设计是和上一届师兄邵子华同学一起完成的，编码 测试工作是本人独立完成的。 关键字v o l ps i ph 3 2 3 嵌入式呼叫模型 p j ， o p t i m i z a t i o no fe m b e d d e d v b i ps y s t e ms t r u c t u r eb a s e do ns i pa n dh 3 2 3 a b s t r a c t w i t ht h eb l o o mo fi n t e m e ta n dt h ed e v e l o p m e n to fi p t e c h n o l o g ya n dv 0 i p t e c h n o l o g y , v o l pp r o d u c t sa r en o wh a v i n gar i s i n gm a r k e to ft h et e l e c o m m u n i c a t i o n ， v o l pt e c h n o l o g yb e c o m e so n eo ft h em o s tp o p u l a rt o p i ci nc o m p u t i n ga n d t e l e c o m m u n i c a t i o nf i e l d b e c a u s eo ft h eg o o df e a t u r es u c ha ss i m p l e n e s s ，f l e x i b i l i t y a n de x t e n s i b i l i t y , s i pb e c o m e so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt e c h n o l o g yi nv o l pa n d c o n s i d e r e dt h ek e yt e c h n o l o g yi nt h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kt e c h n o l o g y t op r o v i d ev o l ps e r i v e s ，i tn e e d st ou s em a n ye m b e d d e dv o l pe n dd e v i c e s ，w h i c hi s s m a l li ns i z ea n dl o wc o s t ，i n c l u d i n gv o i c eg a t e w a y , t r u n kg a t e w a ya n di p p b x t h e v o i ps y s t e mm e n t i o n e di nt h i sp a p e ri sr u n n i n go na l lt h e s ee m b e d e dd e v i c e s ，a n di t s u p p o r tb o t hs i pa n dh 3 2 3 a tt h eb e g i n n i n go ft h i st h e s i s ，ii n t r o d u c et h eb a c k g r o u n da n dk e yt e c h n o l o g i e so f v o l p , a n dt h e nd e s c r i b es o m ei m p o r t a n tp r o t o c o l sa s s o c i a t e dw i t hv o l pi nt h es e c o n d p a r t i nt h et h i r dp a r t ，id i s c u s sa n e wa d v a n c e dv o i ps o f t w a r es y s t e mf r a m e w o r k t h i sp a p e rf o c u s e so nt h en e ws o f t w a r ef r a m e w o r k ，i n c l u d i n gr e q u i r e m e n ta n a l y s i s ， o v e r a l ld e s i g na n dm o d u l ed e s i g n au n i v e r s a lc a l lc o n t r o l ls t a t em a c h i n ei st h e k e y s t o n ea n dd i f f i c u l t yo ft h en e wf r a m e w o r k r e f e r e n c et o t h ea l r e a d ye x i s t e d p o p u l a rc a l lm o d e l ，au n i v e r s a lc a l lm o d e lb a s e do ns i p a n dh 3 2 3i sc a r r i e do u t t h i sa r t i c l ei st h er e s u l to fm yg r a d u a t es t u d ya n dp r a c t i c eo fv o i pt e c h n o l o g y , t h e n e wv o i pf r a m e w o r ki sd e s i g n e db yb o t hs h a o z i h u aa n dm e b u tt h ec o d i n ga n d t e s t i n gi sd o n eb ym y s e l fo n l y k e yw o r d sv o i ps i pi t 3 2 3e m b e d d e dc a l lc o n t r 0 1 一莨 矿 j l 0 厶c l 目录 第一章绪论1 1 1 课题的背景1 1 1 1v oip 概述。1 1 1 2v b i p 的发展过程2 1 1 3v oip 的发展趋势3 1 2 本人在研究生阶段所做的工作4 1 3 论文的章节安排4 第二章v o i p 原理与协议栈5 2 1v 0ip 的原理5 2 2v o 口相关协议7 2 2 1 h 3 2 31 办议8 2 2 2m g c p1 办议9 2 2 3r t p r t c p 协议1 0 第三章s i p 相关协议介绍1 2 3 1sip 协议1 2 3 1 1sip 协议概述1 2 3 1 2sip 协议的系统组成1 2 3 1 3sip 协议的基本功能1 3 3 1 4slp 协议的特点和优势1 4 3 1 5slp 的消息结构1 4 3 1 6sip 的一个典型呼叫流程1 6 3 1 7sip 与h 3 2 3 的比较1 7 3 2 s d p 协议。18 3 2 1s d p 的概述l8 3 2 2s d p 的语法。1 8 第四章优化的v o i p 软件系统新框架的设计和实现2 0 4 1需求分析2 0 4 1 1 原v 0ip 软件架构介绍。2 0 4 1 2 原v 0lp 软件架构的缺陷2 0 4 1 3 新v o i p 软件架构的提出2 l 4 2 总体设计2 2 4 3sip 模块的设计2 3 4 3 1 设计原则2 3 4 3 2sip 结构2 3 4 3 3sip 重要概念2 4 4 3 4sip 协议栈0 sip 介绍2 5 4 3 5 数据结构2 6 4 3 6 主要接口函数2 9 4 4 控制模块的设计3 0 4 4 1 呼叫控制模块的总体设计3 0 4 4 2 呼叫控制有限状态机的设计3 l 4 4 3 补充呼叫控制状态机的设计3 3 4 5 模块间的交互3 6 4 5 1n 乎n l i 控制模块与sip 模块间的交互3 7 4 5 2 呼叫控制模块与中继s d 模块间的交互5 0 4 5 3 呼叫控制模块与舢l 间的交互。5 l 4 5 4 呼叫控制模块与驱动间的交互5 2 4 6 测试一5 3 4 6 1 测试的目的5 3 4 6 2 测试的内容5 3 4 6 3 测试环境5 3 4 6 4 测试方案一不同网关f x s 端口电话互通测试。5 4 4 6 5 测试方案二 lp 侧电话与p s t n 侧电话互通5 5 4 6 6 测试结果分析5 7 第五章结束语5 8 参考文献5 9 j 酷【谢6 0 0 ， - ， k 1 1 课题的背景 第一章绪论 1 1 1v o ip 概述 上个世纪9 0 年代，i p 技术以其简单、灵活的优点被国际标准组织和各大厂 商的认可，在全球得到了广泛的使用。e v e r y t h i n gi so v e ri p 的观念得到了越来越 多人的认同。现在i p 网遍及世界的每个角落，新业务层出不穷，这种廉价而有 效的技术为传统的电话业务天然的提供了一种新的承载方式。 v o l p 又称i p 电话或i p 网络电话，是v o i c eo v e ri p 的缩写，这种技术通过 对语音信号进行编码数字化、压缩处理成压缩帧，然后转换为i p 数据包在i p 网 络上进行传输，从而达到了在i p 网络上进行语音通信的目的。i p 电话极大的改 进了网络带宽的利用率，大大降低了通信的费用，它的广泛应用也促进了宽带多 媒体应用的发展。v o l p 最大的优势是能广泛地采用i n t e r n e t 和全球i p 互连的环 境，提供比传统业务更多、更好的服务。v o l p 可以在i p 网络上传送语音、传 真、视频、和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音传真邮箱、查号 业务、i n t e m e t 呼叫中心、i n t e m e t 呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转 发和各种信息的存储转发等。 i p 电话的产生在i n t e m e t 商业化以后，在全世界，特别是发达国家迅速发展 起来。在一些国家( 如美国) 本地电话i n t e m e t 接入采用包月制，不限时限量， 因此i n t e r n e t 是近乎免费的，人们都希望能通过这近乎免费的网络进行传统的 电话和传真服务。1 9 9 5 年2 月以色列v o c a l t e c 公司研制出可以通过i n t e m e t 网 打长途电话的软件产品”i n t e m e tp h o n e ”。用户只要在多媒体p c 机上安装该软件， 就可以通过i n t e m e t 网和任何地方安装同样软件的联机用户进行通话。这项技术 上的突破引起全世界的瞩目，其背后的无限商机也使许多公司进行此项技术的研 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 r n e t 上实现电话业务称 为i n t e m e t 电话，应该说是i p 电话的雏形。经过五年的发展，i p 电话成为信息 技术进步带来的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 电话从当初的p c 到p c 发展到今天的p c 到p c 、p c 到电话、电话 到电话等多种业务形式，但不论是现在还是将来，电话到电话的应用将拥有最大 的市场，i p 电话承载网络可以是i n t e r n e t ，更多的是遵循t c p i p 协议的专用网 或i n t e m e t 。因此i p 电话传真就是通过i p 网络传送电话传真业务。i p 网泛指 基本t c p i p 协议的网络，包括i n t e m e t 和企业网i n t r a n e t 从最初的i n t e m e t 应用到可以利用普通电话实现通话，i p 电话在短短的几年 间得到了非常迅速的发展。i p 电话为什么会在这样短的时间里引起全球电信界 的关注，并且正在对传统的通信方式产生巨大的冲击? 这除了i p 电话采用语音 压缩和统计复用技术节约宽带从而造成运营成本降低外，还有以下两个原因： 第一，电话业务历来都是各国管制最为严格的业务，但对于i p 电话各国大 多采取宽容甚至是扶植的态度，如美国将i p 电话归类为增值业务，从而不必承 担长途电话公司所受的管制规定，这样i p 电话提供长途电话业务时，不必向本 地电话公司交纳占长途电话费4 0 左右的接入费。这样庞大的通信市场潜力，必 然吸引众多传统和新型的电信公司加入到口电话的研究、开发和运营的队伍中。 第二，各国国际长途电话费用存在着严重的不平衡性，且国际长途电话业 务在很多国家都是垄断经营的。这样，国际话费低的国家电信运营者可以利用各 国对i p 电话的政策优惠，通过p 电话向国际话费高的国家渗透，直接或间接进 入电信市场中尚未开放国家的国际长途业务经营领域；而资费高的国家可以降低 i p 电话同国际回叫业务来争夺用户，同时开拓新的用户群；在国际电信业务垄 断经营国家，新的电信或i s p 运营者迫切希望进入这一高利润的垄断经营领域， i p 电话的应运而生好f 好为其提供了一条有效途径。 1 1 2v o i p 的发展过程 v o l p 通过分组交换极大提高网络带宽利用率，从而大幅降低语音业务的成 本，因此在全球引起了极大的关注，并得到了迅速的发展。其发展过程从技术上 主要经历了三个阶段： ( 1 ) 技术突破期。上世纪9 0 年代中期，口电话最早是作为因特网上的联机 应用出现的，那时只要通话双方拥有同样的客户端应用软件就可以在因特网上进 行实时通话了，当然语音质量存在很多问题。自从v o c a l t e c 推出了软件”i n t e m e t p h o n e ”后，不少软件公司，都相继推出了类似的软件，比如微软的n e t m e e t i n g 、 i d t 的n e t 2 p h o n e 、英特尔的i n t e m e tv i d e op h o n e 等，用户只需在p c 机上安装 客户端软件，并配合麦克风、声卡、音响等设备，就可以在口网上与同样安装 了这些软硬件的用户通话了。由于当时这种应用只限于在i n t e r n e t 上使用，因此 那时人们通常将这种应用称为”i n t e m e t 电话 。这一时期，使用者大多数是 i n t e m e t 上的网迷，语音质量基本没有保证，技术还不完全成熟，人们对它的认 识也比较稚嫩，也可以把这一时期口电话发展的萌芽期。 ( 2 ) 发展期。从上世纪9 0 年到中到世纪末，电信公司开始逐渐认识到利用 2 协 0 4 妒 讪 k 因特网实现语音业务的巨大潜在市场，他们开始考虑如何将因特网和已有的 p s t n 结合起来，从而更加广泛的普通电话用户提供业务。于是，用以连接因特 网和p s t n 的网关设备出现了，由于利用因特网代替传统的长途电话线路可以大 大降低成本，许多产品制造商和业务商纷纷看好这一市场并开始制造设备和提供 业务。可以说，这时i p 电话进入快速的发展阶段。由于利用公司的因特网传输 实时的语音存在很多不足，难以保证用户接受的语音质量，这对一项业务来说显 然是不行的。因此很多i s p 建立了专用的i p 网或在因特网上构建v p n 来提供语 音业务，从而实现较好的语音质量，这时的i p 电话也可以真正地称为i p 电话。 ( 3 ) 成熟期。从2 0 0 0 年至今，v o l p 技术进入成熟期。此时，v o l p 技术的 成熟表现在s i p 协议推出新版本r f c 3 2 6 1 ，m e g a c o h 2 4 8 协议代替m g c p 协议； 不同的厂商都使用同样的标准来实现v o l p 产品；语音通信质量提高至良好；大 多数运营商开始提供i p 电话业务；v o i p 从语音业务向基于v 0 p 技术的数据业务 过渡。 1 1 3v o lp 的发展趋势 目前这类业务在国外发展很快，是市场关注的重点。一些宽带接入提供商非 常看好这个商机。其中日本的宽带接入提供商y a h o ob b 的经营最好，其用户已 超过4 0 0 万。这种网络电话业务提供方式在我国很多地方已经出现。用户从业务 提供者那里购买专用的口电话机，然后通过宽带接入网实现端到端的通话。p 网络电话机就相当于硬件化的口电话客户端软件，呼叫寻址、路由及呼叫控制 由专门的服务器，如软交换机、s i p 服务器完成，甚至可以通过固化在终端中的 软件实现。网络的传送段可由i n t e m e t 或专用的p 网完成，运营商为了提供保证 服务质量的业务，通常需要采用专用的i p 网，而在我国私下经营的业务一般是 由公众的互联网承载的。因此当用户拥有了i p 网络电话机后就可进行m 电话机 之间的通话。如果该业务提供者与传统电信运营商的本地电话网通过网关互联， 用户还可以直接呼叫普通的电话用户。另外，用户还可以通过l a d 设备直接将 普通话机与宽带网连接实现上面类似的业务。 对于传统的电话公司来说，也同样能通过这种方式来为用户提供服务，但是 由于这类业务会与其自身的话音业务有竞争关系，因此他们不会轻易为用户提供 类似的服务，从而为独立的球业务提供商留下了发展空间。但从未来的发展 角度出发，出于节省成本考虑，固定和移动网络运营商都会逐步地在自己的核心 网络上通过m 提供话音业务，并将i p 化从核心网往边缘网推进，运营商用软交 换替代电路交换机的趋势已经非常明显。对于新进入市场的运营商来说，可以直 接建立全i p 化的网络提供业务，但对于那些传统的电信运营商来说，考虑到保 护已有投资，i p 化演进的进度可能比较慢。但是为了节约维护成本，一些大的 传统运营商，如d t 已经开始在其电路交换网络需要更换的时候引入了软交换。 3 如果维护一个i p 网络的成本比分别维护电路交换和分组交换网络的成本低，i p 化演进就是成本有效的。未来采用软交换技术提供v o l p 网络电话将成为必然的 发展趋势。 1 2 本人在研究生阶段所做的工作 本人在北京万林克通信技术有限公司实习期间，作为语音部门s i p 小组的组 员，期间在学习v o i p 技术特别是s i p 协议相关知识的基础上，对现有的v o l p 应 用程序进行维护，并与上一届师兄邵子华同学一起研究并提出了一种优化的嵌入 式环境下的v o l p 应用程序新框架。邵子华主要是完成一些文档编写的工作，本 人负责完成代码实现和系统功能测试，代码量将近2 万行，阅读的代码大约1 0 万行。 1 3 论文的章节安排 论文的结构安排如下： 第一章绪论：介绍了v o i p 概念和该技术在国内外的发展过程和趋势，本人在 研究生阶段所做的工作及论文的章节安排。 第二章v o l p 原理与协议栈：对v 0 口技术相关知识进行了较为全面的介绍，包 括v o l p 的原理和使用的主流协议栈。 第三章s i p 相关协议介绍：重点介绍了s i p 协议及s d p 协议。 第四章一种优化的v o l p 系统新框架设计和实现：提出了一种协议实现和呼叫 控制分离的v o l p 应用系统框架，通过呼叫模型的引入，详细介绍了如 何参考当前流行的呼叫模型设计出基于s i p 和h 3 2 3 的通用呼叫模型， 并通过例子验证了以该呼叫模型为指导可以实现协议和呼叫控制、业务 和控制分离的v o l p 系统新框架。 第五章结束语：对论文工作进行总结，并对以后的工作进行了展望。 4 k 力 ， o v k ， 氏 图2 1v o i p 原理图 ( 1 ) 语音数据转换 语音信号是模拟波形，通过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数据帧为单位进行编码。典 型的帧长为1 0 3 0 m s 。考虑传输过程中的代价，话音包通常由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r r u tg 7 11 。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 ) 原数据到转换 一旦语音信号进行数字编码，下一步就是对语音包以固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，则把从第 一来的6 0 m s 的包分成4 帧，并按顺序进行编码。每个帧有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。 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，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，转发到目的地。 ( 3 ) 数据传送 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 可以在某个范围内变化，反映了网络传输中的抖动。 网络中的不同间节点检查每个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。 ( 4 ) i p 包一数据的转换 目的地v o l p 设备接收这个p 数据并开始处理。它可以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 将经编码的语音包经过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 ，则它是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。 ( 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m 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、口分组的解包和数字语音还原到模拟信号等过程。 6 l z o v r 、k ， “ 2 2v 6 i p 相关协议 图2 2v o l p 协议栈结构图 为了在网络上传输数据，v o 口要求有相应的协议栈支持。首先是基础的网 络协议，主要是传输层和网络层的t c p i p 协议；然后需要应用层上的信令进行 连接管理；当连接完成后需要实时传输协议来进行语音数据传输；为了传输语音 数据，还需要对语音数据流进行编码，用来减少网络中传输的语音数据量。 图2 2 为当前流行的v o i p 协议栈，其中信令交互协议有三种：h 3 2 3 协议 ( 由h 2 4 5 和h 2 2 5 组成) ，s i p 协议和m g c p 协议。r t p r t c p 为实时传输协 议。下面几节将详细介绍各个协议。 7 2 2 1 h 3 2 3 协议 图2 3h 3 2 3 在整个协议栈中的位置 h 3 2 3 是国际电信联盟电信标准部( i t u t ) 制定的标准，用于i p 网络上传 输音频、视频和数据。如果能够与h 3 2 3 兼容，供应商的产品和应用系统就可 以相互通信和互操作。h 3 2 3 标准描述了呼叫信令和控制、多媒体传输和控制、 点对点带宽控制以及多点会议等业务。h 3 2 3 系列标准还定义了综合业务数字网 的( i s d n ) h 3 2 0 和简单老式电话业务( p o t s ) 传输机制的h 3 2 4 。 h 3 2 3 标准由下列组件和协议组成： 表2 1h 3 2 3 协议族 功能协议 呼叫信令 h 2 2 5 媒体控制 h 2 4 5 音频编码器 g 7 11 , g 7 2 3 ，g 7 2 9 等 视频编码器 h 2 6 1 ，h 2 6 3 媒体传输 i u l p ，r t c p 其中，h 2 2 5 和h 2 4 5 是h 3 2 3 协议集中的核心协议。前者主要用于呼叫控 制，描述了媒体、流打包、媒体流同步、控制流打包，以及控制消息格式等信息； 后者用于媒体信道控制，描述了用于打开和关闭传输的媒体的逻辑信道，以及容 量交换、模式请求、控制和指示等信息。h 2 2 5 还包含了一个很重要的功能，就 是定义了r a s ( r e g i s t r a t i o n ，a d m i s s i o na n ds t a t u s ) 协议，其主要作用是为网络 管理提供确定端点地址和状态、施行呼叫接纳控制等功能。 h 3 2 3 协议规定，音频和视频分组必须被封装在实时协议r t p 中，并通过发 送端和接收端的一个u d p 的s o c k e t 对来进行承载。而实时控制协议r t c p 用来 评估会话和连接质量，以及在通信方之间提供反馈信息。相应的数据及其支持性 的分组可以通过t c p 或u d p 进行操作。h 3 2 3 协议还规定，所有的h 3 2 3 终端 一 k 争 k “ 都必须带一个语音编码器，最低要求是必须支持g t l l 建议。 h 3 2 3 作为企业口电话解决方案已得到了业界最强有力的支持，在电信网中 使用的i p 电话几乎均采用了基于h 3 2 3 的i p 电话工作模式。h 3 2 3 的核心优势 在于其成熟性，这有助于诸多软件供应商开发性能稳定的设备，并且还有利于不 同的供应商消除互操作性中出现的问题，并在市场上推出各种支持h 3 2 3 标准的 设备。但是由于协议本身开放性不够，可扩展性相对较差，不能很好的满足的日 益增长的新需求和新业务。而作为轻量级的s i p 协议已悄然成为第三代通信口 网络的核心协议。 2 2 2m g c p 协议 图2 4m g c p 在整个协议栈中的位置 m g c p 协议是1 9 9 9 年由i n t e r n a 工程任务组( i e t f ) * r j 定的媒体网关控制协 议，m g c p 协议定义的连接模型包括端点( e n d p o i n t ) 和连接( c o n n e c t i o n ) 两个主要 概念。端点是数据源或数据宿，可以是物理端点，也可以是虚拟端点。端点类型 包括数字通道、模拟线、录音服务器接入点及交互式话音响应接入点。端点标识 由端点所在网关域名和网关中的本地名两部分组成。连接可以是点到点连接或多 点连接。点到点连接是两个互相发送数据的端点之间的一种关联，该关联在两个 端点都建立起来后，就可开始传送数据。多点连接是多个端点之间的联。连接可 建在不同类型的承载网络上。呼叫代理可要求端点在检测到某些事件( 如摘机、 挂机、拍叉或拨号) 发生时，向其发出通知，也可请求将某些信号( 如拨号音、回 铃音、忙音等) 加到端点上。事件和信号组合成包，每个包由某一特定端点支持。 每个事件( 含信号) 可用“包名事件名”表示，每类端点有特定的包，每个包包含 有规律的事件和信号，包名和事件名均用数字字母串表示。 m g c p 是一种基于文本的协议。其中事务的进行由一条命令和强制响应完 成。下面提供了8 种命令： m g c - m g c r e a t e c o n n e c t i o n ：创建两个终点间的连接；通过s d p 规定终点的接收能力。 m g c - m g 9 m o d i f y c o n n e c t i o n ：更改连接的属性；与c r e a t e c o n n e c t i o n 命令具有相同的参 数。 m g c m g d e l e t e c o n n e c t i o n ：终止连接，并在连接的执行过程中收集统计数据。 m g c m g n o t i f i c a t i o n r e q u e s t ：当终端的特定事件发生时，请求媒体网关发送相关通知。 m g c m g a u d i t e n d p o i n t ：决定终点状态。 m g c m g a u d i t c o n n e c t i o n ：检索与连接相关的参数。 m g c ( 一m g r e s t a r t l n p r o g r e s s ： 指单个终点或终点组将进入或退出服务的信号。 总之，m g c p 相对于其他v o i p 协议具有如下优点： ( 1 ) 适合于配置大型应用系统 ( 2 ) 应用m g c p 可以实现与s s 7 网络良好的集成，为呼叫处理提供更大的控 制和流通量。 ( 3 ) 可由多个设备提供商开发更简洁的系统 2 2 3 r t p r t c p 协议 图2 5r t p r t c p 在整个协议栈中的位置 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 e 0 1 ) ，是由i e t f 的多媒体传 输工作小组与1 9 9 6 年公布的，主要实现的是一种端到端的多媒体流同步控制机 制。r t p 实际包括两个协议，r t p 和r t c p 。 r t p 是针对i n t e m e t 上多媒体数据流的一个传输协议，由i e t f ( i n t e m e t 工程 任务组) 作为r f c l 8 8 9 发布。i 汀p 被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作， 其目的是提供时间信息和实现流同步。r t p 的典型应用建立在u d p 上，但也可 1 0 p i r 圹 q - 以在t c p 或a t m 等其他协议之上工作。r t p 本身只保证实时数据的传输，并不 能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它 依靠r t c p 提供这些服务。 r t c p 用于传送实时信号传递的质量参数，提供q o s 监视机制，同时还可以 传送会议通信中的参会者信息，向没有显示的成员控制和呼叫建立的“松弛型” 会议通信提供控制机制。 3 1slp 协议 第三章s i p 相关协议介绍 3 1 1s ip 协议概述 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ，r f c3 2 6 1 ) 是i e t f ( 国际互联网标准制 定组织) 标准进程的一部分，它是在诸如s m t p ( 简单邮件传送协议) 和h t t p ( 超文本传送协议) 基础之上建立起来的。它用来建立，改变和终止基于i p 网 络的用户间的呼叫。为了提供电话业务它还需要结合不同的标准和协议：特别是 需要确保传输( i h p ) ，与当前电话网络的信令互连，能够确保语音质量( r s v p ) ， 能够提供目录( l d a p ) ，能够鉴权用户( r a d i u s ) 等等。 s i p 被描述为用来生成，修改和终结一个或多个参与者之间的会话。这些会 话包括因特网多媒体会议，因特网( 或任何i p 网络) 电话呼叫和多媒体发布。 会话中的成员能够通过多播或单播联系的网络来通信。s i p 支持会话描述，它允 许参与者在一组兼容媒体类型上达成一致。它同时通过代理和重定向请求到用户 当前位置来支持用户移动性。s i p 不与任何特定的会议控制协议捆绑。 下图为s i p 在整个协议栈中的位置： 图3 1s i p 在整个协议栈中的位置 3 1 2s ip 协议的系统组成 1 2 矿 譬 ， 图3 2s i p 体系结构框图 如上图3 - 2 所示s i p 系统主要由一下几种实体： ( 1 ) 用户代理( u s e r a g e n t ) ：用户的系统接口，负责与终端用户进行交互。 可分为用户代理客户端( u a c ，u s e ra g e n tc l i e n t ) 和用户代理服务器( u a s ，u s e r a g e n ts e r v e r ) 。 ( 2 ) 代理服务器( p r o x ys e r v e r ) ：用于转发s i p 消息，代表u a c 发起请求， 并向u a c 返回响应，既充当客户机又充当服务器。可分为无状态代理服务器和 保留状态代理服务器两类。 ( 3 ) 重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) ：重定向服务器通过提供可能的位置来 帮助定位目标s i p 用户代理。它不发出任何定位目标代理的行为，而仅仅返回目 标代理可能的出现位置信息。 ( 4 ) 注册服务器( r e g i s t e rs e r v e r ) ：注册服务器存储用户的位置信息，负责 将用户的s i p 地址与用户当前所在的物理地址进行绑定，这样就能够向代理服务 器提供用户的位置信息，协助代理服务器在转发s i p 请求消息时能够迅速定位用 户。 3 1 3s lp 协议的基本功能 s i p 主要提供以下几个功能： ( 1 ) 名字翻译和用户定位：无论被呼叫方在哪里都确保呼叫达到被呼叫方。 执行任何描述信息到定位信息的映射。确保呼叫( 会话) 的本质细节被支持。 ( 2 ) 特征协商：它允许与呼叫有关的组( 这可以是多方呼叫) 在支持的特 征上达成一致。例如视频可以或不可以被支持。总之，存在很多需要协商的范围。 ( 3 ) 呼叫参与者管理：呼叫中参与者能够引入其他用户加入呼叫或取消到 其他用户的连接。此外，用户可以被转移或置为呼叫保持。 ( 4 ) 呼叫特征改变：用户应该能够改变呼叫过程中的呼叫特征。例如，呼 叫可以被设置为“v o i c e o n l y ”，但是在呼叫过程中，用户可以根据需要开启视 频功能。也就是说一个加入呼叫的第三方为了加入该呼叫可以开启不同的特征。 1 3 3 1 4s ip 协议的特点和优势 ( 1 ) 与h 3 2 3 采用二进制方法表示消息不同，s i p 消息基于文本，采用u t f 8 字符集编码，具有词法和语法简单、可读性好的优点。 ( 2 ) h 3 2 3 中的呼叫建立和媒体逻辑信道建立的过程是分离的，呼叫建立 时延较长。s i p 系统的呼叫控制信令由s i p 传送，由会话描述协议s d p 完成媒 体能力交换和r t p 地址信息获取的任务。s d p 消息作为s i p 的消息体来发送， 会话控制和媒体能力交换同时进行，会话建立的时延较短。 ( 3 ) h 3 2 3 网络中各元素均为对等实体，实体间传送的是对等控制信令消 息，而s i p 网络则采用i p 网络常用的c s ( 客户机服务器) 结构。 ( 4 ) 定位用户、支持用户移动性。s i p 利用注册服务器将用户的实际物理 位置与用户的s i p 地址相绑定，便于在定位用户时实现地址映射功能；利用重定 向服务器将目标用户地址信息返回给代理服务器。 ( 5 ) 协议简单，有良好的扩展性。s i p 是在诸如s m t p 、h t t p 的基础上建 立起来的，借鉴了其它i n t e m e t 标准和协议的设计思想。由于s i p 与h t t p 非常 相似，许多解析h t t p 协议的程序只要经过少许修改就可以用到s i p 中。 3 1 5s ip 的消息结构 在s i p 系统中，组件之间的通信是通过s i p 消息来实现的。s i p 消息分成s i p 请求和s i p 响应。当两个用户代理交换s i p 消息的时候，发送请求的用户代理就是 用户代理客户端( u a c ) ，而返回响应的用户代理则是用户代理服务器( u a s ) 。 ( 1 ) s i p 请求消息 一个s i p 请求消息由一个请求行，几个标题头，一个空行