（计算机应用技术专业论文）voip的设计与实现.pdf

耍塑奎望盔兰壁主堡壅生堂垡堡奎 墨! 墨 _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ - _ - - _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - 一 。 摘要 网络技术与多媒体技术的发展，促进了通信技术综合化、数字化、 智能化、个人化的发展，使得在单一网络平台上实现语音、数据、图像 等多种业务成为可能。综合网络技术与多媒体技术的i p 电话技术正是在 这一背景下产生的，并得到了迅速的发展，成为语音通信领域中的一个 强有力的竞争者。i p 电话除了具有采用分组交换技术，提高线路利用率， 降低通信费用等优点外，可以实现多种业务的增值，并与多媒体技术相 融合，使其在通信领域中处于有利的地位，具有广阔发展前景的根本原 因。虽然i p 电话的语音质量还不是很完善，但是i p 电话技术的发展方 向却受到了通信业界的高度重视，许多国际标准化组织正积极制订各种 相关的标准，其着眼点不仅在于i p 电话本身，更重要的是在于未来i p 多媒体多点通信和i p 电话的各种增值业务的应用。 在这样的背景之下玎本论文结合了i p 电话的关键技术设计实现了一 个局域网环境下的p c 到p c 的可视i p 电话软件，并对i p 电话技术进行 了系统的研究与探讨。其目的是掌握i p 网络电话的工作原理，以及i p 网络电话实现中些关键技术的处理方法；同时，对该软件进行扩展可 以实现视频会议系统、w e b 电话以及语音信箱等业务。 论文首先探讨了i p 电话的相关协议、标准、关键技术及其工作原理， 然后对本文所设计实现的可视i p 电话软件进行了系统分析、系统设计、 系统实现，最后对该软件的语音进行了测试，使该软件的开发达到了预 期的目的。其中系统实现主要包括语音的录制、播放、编解码、压缩、 实时传输协议等的实现以及视频采集、回放等。对影响语音质量的语音 压缩技术、语音时延、语音抖动性、回声以及静音等问题进行了探讨和 处理。 关键词：v o i p ；i p 电话；音频：视频：时延；多媒体；实时传输协议“ 亘堕銮望查堂堡主堕塑生堂垡堡塞 苎! ! 墨 _ ，_ _ _ _ _ _ _ 一 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g yh a sg r e a t l y i m p r o v e d t h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y o f i n t e g r a t i o n ，d i g i t a l i z a t i o n ， l o t e l l e c t u a l i z a t i o na n dp e r s o n a l i z a t i o n ，w h i c hm a k e si tp o s s i b l et or e a l i z ei n t e g r a t e d s e r v i c e so fa u d i o ，d a t a ，v i e wa n ds oo n ，o nas i n g l en e t w o r kp l a t f o r m - t h e r e f o r e ， u n d e rs u c hab a c k g r o u n d ，t h ei pt e l e p h o n yt e c h n o l o g y ，w h i c hi n t e g r a t e sn e t w o r k t e c h n o l o g ya n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g y ，h a sa p p e a r e da n dm a d ef a s td e v e l o p m e n t n o wi th a sb e c o m eas t r o n gc o m p e t i t o ri nt h ef i e l do fa u d i oc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y a p a r tf r o mt h o s ea d v a n t a g e so fu s i n gp a c k e ts w i t c h i n g ，i m p r o v i n gt h e e f f i c i e n c y o ft h ec h a n n e la n dl o w e r i n gt h ec o m m u n i c a t i o nc o s t ，u s i n gt h ei p t e l e p h o n yt e c h n o l o g yi se a s i e rt or e a l i z et h ee x p a n s i v es e r v i c e sa n dt h ei n t e g r a t i o n w i t h t h em u l t i m e d i a t e c h n o l o g y w h i c h m a k e si t a d v a n t a g e o u sa m o n g t e l e c o m m u n i c a t i o nf i e l d sa n dp r o s p e r o u si nt h ef u t u r e a l t h o u g ht h eq u a l i t yo fi pt e l e p h o n yi sn o ts a t i s f a c t o r ya tp r e s e n t ，t h eo r i e n t a t i o n s o fi t sd e v e l o p m e n th a v eb e e nh i g h l yv a l u e db yt h et e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y m a n y i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d i z a t i o no r g a n i z a t i o n sh a v eb e e ne n g a g i n gi n s t i p u l a t i n g s y s t e ms t a n d a r d sa n dp r o t o c o l st h a tf o c u sn o tm e r e l y e l lt h ei pt e l e p h o n ys e l fb u t m o r eo nt h el pm u l t i m e d i am u l t i c a s tc o m m u n i c a t i o na n dt h ea p p l i c a t i o no fv a r i o u s e n h a n c e ds e r v i c e sb yi pt e l e p h o n y i nv i e wo ft h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ld e v e l o p m e n to fi pt e c h n o l o g y ，t h ep a p e r h a sc o n s i d e r e dt h ek e yt e c h n i q u e sa n dd e s i g n e das o f t w a r ew h i c hc a nr e a l i z ev i s u a l i pt e l e p h o n yf r o mp ct op ci nal a na n ds t u d i e dt h ei pt e l e p h o n yt e c h n o l o g y s y s t e m a t i c a l l y t h ep u r p o s ei st oa n a l y s et h ew o r k i n gp r i n c i p l e sa n dd e a lw i t ht h e k e yt e c h n o l o g yo fi pt e l e p h o n y a tt h es a m et i m e ，t h es o f t w a r ec a nb ee x t e n d e di n t oa v i d e o c o n f e r e n c es y s t e m ，w e bp h o n e ，v o i c ee - m a i la n ds oo nb ya p p e n d i n gs o m e s p e c i f i cf u n c t i o n s t h ep a p e rf i r s t l yd e s c r i b e sp r o t o c o ls t a n d a r d s ，k e yt e c h n o l o g ya n dw o r k i n g p r i n c i p l e so fi pt e l e p h o n y t h e n i t p r e s e n t st h es o f t w a r eo fp ct op cv i s u a l i p t e l e p h o n yi n c l u d i n gs y s t e ma n a l y s i s ，s y s t e md e s i g na n ds y s t e mr e a l i z a t i o n a n d f i n a l l yt h e r ea r es o m et e s t so l lt h es o f t w a r e t h es y s t e mr e a l i z a t i o nm a i n l yi n c l u d e s t h er e a l i z a t i o no fr e c o r d i n g ，p l a y i n g ，c o d i n g - d e c o d i n g ，c o m p r e s s i n ga n dr t po ft h e a u d i oa sw e l la s v i d e oc a p t u r i n g ， r e p l a y i n g ，e r e t h o s ep r o b l e m s o f a u d i o - c o m p r e s s i n gt e c h n o l o g y ，a u d i o - d e l a y i n g ，a u d i o - j i t t e r 。e c h o i n ga n dv o i c e a c t i v i t yd e t e c t i o nw h i c hi n f l u e n c et h ea u d i oq u a l i t yh a v ea l s ob e e nd i s c u s s e da n d d e a l tw i t h k e yw o r d s ：y e l p ；i pt e l e p h o n y ；a u d i o ；v i d e o ；d e l a y ；m u l t i m e d i a ；r e a l t i m ep r o t o c o l 西南交通大学硕士研究生学位论文 第l 页 _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 一一 第1 章绪论 1 1 概述 近年来，随着通信技术综合化、数字化、智能化、个人化的发展， 以及计算机网络技术的日益成熟，在单网络平台上实现语音、数据、 图像等多种综合业务已经成为通信行业发展的目标和必然趋势。而采用 分组交换技术的覆盖全球的i n t e r n e t 的存在与发展，以及多媒体信息处 理能力的不断增强，为实现网络通信奠定了基础，促进了i p 电话的出现 与发展，实现了语音业务在数据网上高效传送。这种强大的、经济的、 有效且崭新的通信手段，使得传统的电话网络和数据网络正在逐渐融为 一体。 i p 电话是利用i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 网络作为语音传输的媒介， 实现语音通信的一种全新的通信技术，泛指利用国际互联网i n t e r n e t 为媒介的语音电话。它采用的技术统称为v o i p ( v o i c eo v e ri p ) ，即在 i p 网络上传送语音。从技术上讲，i p 网络电话是以i p 为标志的网络分 组化和以多媒体为标志的网络业务综合化两大主流技术融合的结果。 1 1 1 p 电话的演进 早在1 9 9 5 年初，v o c a l t e c 公司推出了一种叫做i n t e r n e tp h o n e 的 客户软件即i p 电话软件，虽然当时该公司还没有提出在i p 网络上传输 语音的概念，但这确实是i p 电话第一次成功的商业化和市场化。从i p 电话出现至今，它已经经历了四代演变。 第一代i p 电话称为i n t e r n e t 电话，是通过p c 上的软件来实现的。 通话双方必须用在线p c 上相同的软件和语音压缩声卡进行通话。这是初 级阶段的i p 电话。 第二代i p 电话是通过电话黑盒子实现的。在黑盒子中集成了m o d e m 和i p 电话软件的功能，通过这个黑盒子用户可以直接用电话上网通话而 不必经过p c 。但是，这种方式在本质上和第一代i p 电话没有区别，通 话双方必须同时在线。 第三代i p 电话是用软件进行通话，它向传统电话发起了挑战。它是 一种基于i p 的通话方式，通过i p 电话软件，用户可以通过p c 将电话拨 到任意一部普通电话机上，这时打i p 电话已经没有时间限制，所要求的 只是主叫方的p c 在线，并且安装了i p 电话软件。这种方式已经能够降 低电话费用，但对用户来讲还不够方便。 第四代i p 电话是i p 电话技术发展的一个重大突破，实现了电话到 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 电话的通信。网关负责将i n t e r n e t 和企业i n t r a n e t 等数据网络与公用 电话网连接起来，这样i n t e r n e t 电话就能通过网关从计算机传送到对方 的电话机，也可以在两端都安装网关，实现从一方的电话机向另一方的 电话机传送i n t e r n e t 电话，而费用仅为本地的电话费加上很少的服务 费。第四代i p 电话是基于i p 网关的真正意义上的i p 电话，对用户来讲， 它既经济又方便。 i p 电话技术的发展从技术的角度讲经历了技术积累和实用两个阶 段。技术积累阶段是i p 电话技术的探索阶段，而实用阶段是i p 电话投 入运营的阶段。 1 1 2 p 电话的应用特点 i p 电话具有的特点有： 在i p 网络上进行语音传输； 音频和数据相结合； 传统声音服务与网络技术相结合； 节省带宽，降低通信费用； 开放的体系结构； 容易实现多媒体业务的集成； 灵活多样，容易实现业务的增值； 与采用电路交换的传统电话相比，i p 电话的语音传输媒介是完全不 同的，i p 电话的传输媒介为i n t e r n e t 网络，而传统电话为公众电话交 换网。它们的交换方式也是完全不同的，i p 电话运用的是分组交换技术， 信息根据i p 协议形成一个个分组进行传输，每个分组上都有目的地址与 分组序号，到达目的地后再还原成原来的信号，而且分组可以沿不同的 路径到达目的地，而传统电话用的是电路交换的方式，它没有i p 电话交 换的这些功能。从占用信道或带宽上讲，i p 电话有信息才传送，反之不 传送，这样，其语音信息不占用固定信道，使用压缩技术后，其语音信 息可以压缩到l o k b p s 以下，而传统电话一般要占用6 4 k b p s 的固定信道， 而且只要不挂机，传统电话始终占用这一信道，所以i p 电话所需的带宽 远远低于传统电话。 i p 电话与传统电话之间的比较见表卜1 。 1 1 3ip 电话快速发展的原因 i p 电话自1 9 9 5 年以来得到了迅猛发展，目前已成为数据语音通信领 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 表1 1i p 电话与传统电话的比较 项目i p 电话传统电话 承载网络 i p 网络 p s t n ( 公用电话交换网) 交换方式分组交换电路交换 每个呼叫所需带宽l o k b p s 以下 6 4 k b p s 信息传输时延短，抖动较大，一般低于2 0 0 m s短，抖动小，通常在m s 级 对业务过载的反应进行流量控制，延时增大 拒绝接受呼叫 网络利用率高 低 语音质量低 高 费用低 离 异种终端相互通信可以 不可以 实时会话业务适用 适用 提供的功能多 少 i p 电话技术正呈现出蓬勃的生命力，同时推动信息产业的进一步发展。 i p 电话之所以得到迅速发展，主要归功于技术的推动和市场的驱动。 1 技术的推动 经过多年的技术积累，将语音转化成i p 包的技术变得更为实用和便 宜；此外，集成电路( i c ) 技术的高速发展，使得i p 电话的核心元件数字 信号处理器( d s p ) 的价格也大幅度- fr * 。这些无疑为i p 电话的实用化准 备了技术条件。i p 电话已由初期的电话软件时期进入到i p 电话网关时 期，而目前的v o l p 技术也已从具有语音服务的p c 初级产品和仅限定在 i p 网络内部范围发展到具有多业务、多可靠性以及较好服务质量的含语 音、传真、数据传送功能的电话业务。目前，通过i p 电话网关来实现 p s t n 和i n t e r n e t 互通，从而实现p c 到电话、电话到p c 和电话到电话 之间的呼叫技术已经成熟，并且语音通信质量也大大得到改善，完全能 够满足商用的要求。 2 市场的驱动 促使制订i p 协议族和开发相关设备支持i p 电话业务的第一个原因 是日趋激烈的市场竞争形势。首先，应用软件的发展，要求w e b 服务器 必须具有与用户进行数据、语音和视频图像的交互的能力，而这势必要 窭语音和数据业务相融合；其次，语音和数据业务相融合，使得信道的 利用率得到提高；此外，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 网络代替了昂贵的长途传输网络，可以大大爷 省通信线路的成本。而成本的降低就意味着通话价格的下降，用户可以 直接受益，从而扩大用户数量。 正是由于上述的两种动力的驱动，网络设备、通信设备厂商竟相希 望在这个市场中取得立足之地，将v o l p 功能尽可能地内置到自己的网络 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 覆丽所西，各制造商的v o l p 产品纷纷进入市场，各家运营商亦纷纷 开展这方面的业务。与此同时，促进了i p 电话技术的快速发展。 1 2 课题背景 i p 电话技术是i n t e r n e t 的一个重要应用领域，利用覆盖全球的 i n t e r n e t 网络实时地传送语音业务。与传统的电话业务相比，它具有很 大的优势和广阔的市场前景。i p 电话正以超出人们想象的速度在全球迅 猛发展，开发和应用i p 电话业务己成为当前一个热门课题。 现在，i p 电话不仅可以提供p ct 0p c 的实时语音通信，而且可以 提供p ct op h o n e 、p h o n et op c 、p h o n et op h o n e 的实时语音通信， 并在此基础上可以实现语音、视频、数据合一的实时多媒体通信。掌握 了i p 电话的工作原理，便可以很容易地在现有i p 电话基础上实现多种 业务的扩展，如视频会议系统。我们研究i p 电话，其着眼点不仅仅在于 i p 电话应用本身，更重要的是在于未来i p 多媒体多点通信应用及其扩 展业务。i p 电话的应用领域十分广泛，它还可以提供多媒体功能和呼叫 管理功能，如交互式w e b 商务、呼叫中心、企业传真、i n t e r n e t 呼叫等 待、语音信箱业务等，最终可提供一体化信息处理，在高速线路上提供 多条虚拟线路，并提供多媒体会议、智能代理及信息业务等。 正是由于研究i p 电话基本技术对于i p 电话业务的扩展起着极其重 要的作用，所以本论文设计的主要目的就是探讨i p 电话的工作原理及其 一些关键技术的处理方法，并设计实现局域网环境下的p ct 0p c 的可视 i p 电话软件。 1 3 开发过程及论文组成 在开发p ct 0p c 可视i p 电话软件之前首先进行了资料的收集和整 理，接着进行了系统分析、系统总体设计、系统详细设计以及整个系统 的实现与测试等。整个软件由音频功能和视频功能两部分组成。音频部 分包括呼叫处理、音频录制与播放、音频数据的编解码、音频数据压缩 与解压、音频数据的打包与解析、音频包的发送与接收等；视频部分包 括视频数据的采集与回放、视频数据编解码、视频数据的打包与解析以 及视频数据包的发送与接收等。通过分别编程实现各个模块，最后形成 一个p ct op c 的可视i p 电话软件。 整个论文由两大部分组成，第一部分( 第一章到第六章) 探讨了i p 电话的标准、协议、关键技术及其工作的基本原理；第二部分( 第五章 到第十二章) 介绍了p c 丁0p c 的可视i p 电话软件的开发过程，包括该 软件的系统分析、系统设计、系统实现，以及系统的测试等。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 第2 章ip 电话技术的标准与协议 2 1ip 电话技术的相关标准组织 目前参与i p 电话技术标准开发和推广的组织超过2 0 家，其中最具 影响力的i p 电话的国际标准化组织主要有四家：国际电信联盟标准化部 门( i t u t ) 、欧洲电信标准协会( e t s i ) 、i n t e r n e t 工程任务组( i e t f ) 和国际多媒体远程会议协会( i m t c ) 。 1 i t u ts g l 6 国际电信联盟i t u ( i n t e r n a t i o n a lt e l e a o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 是联 合国的一个分支机构，下设电信标准部、电信开发部和无线通信部等， 主要侧重于电信标准的制定。其中电信标准部中的s g l 6 研究组主要负责 多媒体通信与服务的标准，包括终端、调制解调器和通信协议等方面， 最主要的工作就是制定h 3 2 3 系列标准。 2 e t s it i p h o n 工程组 欧洲电信标准协会e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s i n s t i t u t e ) 是一个拥有众多成员的开放论坛，主要目标是决定和产生电 信标准。e t s it i p h o n e 工程组的主要目标是规定一套业务互操作性要求， 确定接口和功能方面的体系结构，对呼叫控制程序、信息流和协议进行 规定，研究端到端服务质量参数及e 1 6 4 地址与i p 地址之间的转换，同 时规定计赞和安全方面的问题。t i p h o n 工程组希望向各类网络运营者都 提供面向业务的解决方案，其工作主要基于h 3 2 3 系列建议和现有的电 路交换网标准。 3 i e t f i n t e r n e t 工程任务委员会i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 负责制订标准化i n t e r n e t 协议，在i p 电话技术标准的开发中，也起着 举足轻重的作用。与i t u t 相比，反应速度快、组织开放性好。i e t f 制 订新的信令协议包括会议初始协议( s i p ) 、i n t e r n e t 和p s t n 的网络互 通协议等。 4 i m t c 国际多媒体电话会议协会i m t c ( i n t e r n a t i o n a lm u l t i m e d i a t e l e c o n f e r e n c i n gc o n s o r t i u m ) 是由来自世界各地的1 5 0 多个公司组成 的一个非赢利性社团。其宗旨是建立开放的国际标准，推动交互式多媒 体远程会议的解决方案的发展和实行。i m t c 的v o i p 论坛( v o ic eo v e ri p f o r u m ) 不定期地进行一些活动来制订标准，促进i p 电话业务。 2 2ip 电话技术相关协议标准 由于i n t e r n e t 的飞速发展，以及网上语音业务的巨大前景，在各厂 商的积极推动下，上述组织积极推进了i p 电话协议标准化进程。根据且 2 2 1h 3 2 3 协议 为了使不同厂商的i n t e r n e t 电话之间有良好的互连性，i t u t 于 1 9 9 6 年1 1 月通过了h 3 2 3 标准。该标准定义了在无q o s 保证的分组网 络中进行多媒体通信所需的技术要求，这些分组网络包括局域网、广域 网、城域网、i n t r a n e t 、i n t e r n e t 以及使用p p p 等分组协议通过p s t n 或i s d n 的拨号连接或点对点连接的网络。 h 3 2 3 是i t u 的多媒体通信 协议系列h 3 2 x 中的一个标准， 它提供基于分组网络的语音、视 频、数据和控制等协议，支持点 对点通信及在m c u 支持下的点对 多点通信。作为一个协议框架， h 3 2 3 提供了系统的基本构成和 各个部分功能的描述、呼叫方式 描述及呼叫信令程序等。h 3 2 3 所包括的子协议有视频编码标准 ( h 2 6 1 、h 2 6 3 ) 、音频编码标准 ( g 7 1 1 、g 7 2 2 、g 7 2 3 、g 7 2 8 、 表2 1h 3 2 3 协议堆栈 会议控制 数据音频视频 呼叫信令 t 1 2 3h 2 4 5g 7 1 1g 7 2 2 h 2 6 1 t 1 2 4h 2 2 5 0g 7 2 8 g 7 2 3 1h 2 6 2 t 1 2 5r a sg 7 2 9 a r t pr t c p t c pu d p 网络层( i p ) 链路层 物理层 g 7 2 9 ) 、多点数据会议系列标准( t 1 2 0 ) 、分组和同步标准( h 2 2 5 0 ， 包括信令、注册、媒体同步、分组打包等) 、系统控制标准( h 2 4 5 ，包 括打开或关闭一个呼叫、功能协商等) 、实时传协议( r t p 、r t c p ) 。 h 3 2 3 系统中的通信可以看成是音频、视频、控制信息的混合，其协 议栈如表2 - 1 所示。 2 2 2h 3 2 3 组件 h 3 2 3 提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。它不 依赖于网络结构，独立于操作系统和硬件平台，支持多点功能、组播和 带宽管理。h 3 2 3 具备相当的灵活性，支持包含不同功能的节点之间的 会议和不同网络之间的会议。h 3 2 3 建议的多媒体会议系统中的信息流 包括音频、视频、数据和控制信息。信息流采用h 2 2 5 0 建议方式来打 包和传送。h 3 2 3 为基于网络的通信协议定义了4 个主要的组件：终端 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 ( t e r m i n a l ) 、网关( g a t e w a y ) 、关守( g a t e k e e p e r ) 和多点控制单元( m c u ) 。 1 终端 h 3 2 3 终端是网络端点，它可以提供与其它终端、网关或多点控制单 元之间的实时双向通信，从而完成两个终端之间的控制、指示、音频、 动态视频图像或数据信息的交换的通信过程。终端可支持语音、语音和 数据、语音和图像，或者语音、数据和图像等应用，其功能框图如图2 1 所示。 在一个h 3 2 3 终端中，必须具有系统控制单元、h 2 2 5 0 层、网络接 口和音频编解码单元，视频编解码单元和数据接口单元是可选的。音频、 视频编解码单元根据g 7 1 1 、h 2 6 1 等标准分别对音频、视频信号进行编 码和解码；系统控制单元为h 3 2 3 终端的操作提供相应信令，包括呼叫 控制、能力交换、命令和指示信令，以及用于打开和描述逻辑信道内容 的消息等：h 2 5 5 0 层将音频、视频、数据和控制信息流打包后送往网 络接口；网络接口为h 2 4 5 控制信道、数据信道和呼叫信令信道提供可 靠的端到端服务( 如t c p ) ，为音频、视频和r a s 信道提供非可靠的端到 端服务( 如u d p ) ：r t p 是端到端的实时数据传输协议；r t c p 是监控传输 质量和提供q o s 信息的实时控制协议。 h 3 2 3 终端的系统控制包括h 2 4 5 控制、h 2 2 5 0 呼叫控制和r a s 控 制。 音频l_ j 话音编解码器l i o 设备广 l g 7 1 1 ，g 7 2 3 ，g 7 2 9 i 接受路径时延 视频l i 视频编解码器l ( r t p r t c p ) i o 设备广 h 2 6 1 ，h 2 6 3 l 数据设备l j * * # nt1 0 n h 2 2 5 0 一l a n 系统控制 层 接口 h 2 4 5 系统控制i l 系统控制i - 札2 2 5 0 呼叫控制 l 用户接口l r a s 控制 图2 - 1h 3 2 3 终端构成 h 2 4 5 控制信令用于传输端到端控制信息，控制h 3 2 3 实体的操作， 包括能力交换、打开和关闭逻辑信道、模式选择请求、流量控制消息、 命令与指示等。h 2 4 5 控制信令信道可以在两个端点之间或端点与关守 之间建立，每个控制信令信道处理一个呼叫，因此可以同时有多个h 2 4 5 控制信道。 r a s 信令用于在端点与关守之间实现登记、管理、带宽改变、状态查 询等功能。在无关守的网络环境中没有r a s 信令信道；当网络中包含关 守时，r a s 信令信道在端点与关守之间建立：当有关守时，其建立先于 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 h 3 2 3 端点之间其它信道。 h 2 2 5 0 呼叫信令用于在两个端点之间建立连接。在没有关守的系统 中，呼叫信令信道在两个端点之间建立；当有关守时，由关守确定呼叫 信令信道在端点与关守之间或是在端点之间建立。 音频、视频、数据、控制信息以及呼叫控制信令和r a s 信令均以 h 2 2 5 0 协议格式化，每个逻辑信道以逻辑信道号( l c n ) 来区分，其范 围是0 6 5 5 3 5 。逻辑信道号由发送端指定，逻辑信道0 固定分配给h 2 4 5 控制信令信道。 2 网关 网关是分组网络的一个端点，可以与h 3 2 3 终端以及其它i t u t 终 端之间进行实时双向通信。网关的功能完成异种网络之间协议的转换， 包括传输格式转换( 如h 2 2 5 0 到h 2 2 1 ) 和不同通信协议转换( 如h 2 4 5 到h 2 4 2 ) ，以及在分组网络侧和电路交换网络侧( 如p s t n ) 分别完成呼 叫的建立和清除，并进行音频、视频和数据编码格式的转换。总的来说， 网关就是在分组网络端点和电路交换网络端点之间进行透明的映射。 3 关守 关守在其负责的域中为h 3 2 3 终端、网关和m c u 提供地址转换和接 入控制功能。在h 3 2 3 系统中关守是可选的。但如果有关守，它提供鉴 权、选路、呼叫详细话单和带宽管理等服务。在一个h 3 2 3 系统中，可 以没有关守，也可以有一个或多个关守，关守之间可以相互通信。当网 络中存在关守时，也必须有关守提供e 1 6 4 地址与网络地址之间的转换。 在逻辑上关守是个独立的实体，但在物理上可以与终端、m c u 或网关 合并。 关守是h 3 2 3 系统中的一个重要组件，应具备以下基本功能： 地址转换 根据地址转换表将别名地址转换为网络地址。转换 表可由登记消息或其它方式更新。 接入控制 根据呼叫授权、带宽或其它原则来确定是否有权接 入。采用a r q a c f a r j 三种r a s 信令消息。此项功能可以不 设，即允许所有接入请求。 带宽控制关守应支持b r q b r j b c f 消息，根据带宽情况进行 带宽管理。此项功能可以不设，即允许所有带宽改变请求。 域管理关守应为向其登记的终端、m c u 和网关设备提供以上 功能。 关守除了应具有以上基本功能外，还可以具有其它功能： 呼叫控制信令 关守可以选择自行完成与端点之间的呼叫信 令，也可以让端点之间直接呼叫信令信道连接，此时关守可以 避免处理h 2 2 5 0 呼叫信令。 呼叫授权 利用h 2 2 5 0 信令，关守可以允许或拒绝某个终端 的呼叫。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 h 2 2 5 0 信令，当关守判定带宽不足时，可以拒绝菜个终端的呼 叫。当某个已建立的呼叫要求增加带宽时，此项功能也适用。 呼叫管理关守对正在进行的h 3 2 3 呼叫进行管理，这些信息 可以用于显示被叫终端忙闲或用于带宽管理功能。 4 多点控制单元 m c u 支持两个以上节点设备的会议，负责控制多用户连接控制、数据 与声音混合以及视频数据的切换等。在h 3 2 3 系统中，一个m c u 由一个 多点控制器m c 和几个多点处理器m p 组成，但也可以不包括m p 。m c 处理 终端问的h 2 4 5 控制信息，从而决定它对音频和视频的通常处理能力。 在必要的情况下，m c 还可以通过判断哪些音频和视频流需要多点广播来 控制会议资源。m c 并不直接处理任何媒体信息流，而将它交给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 组件的一部分。 2 2 3h 3 2 3 呼叫信令 h 3 2 3 呼叫信令包括呼叫建立、呼叫带宽改变请求、获取呼叫中的端 点状态和呼叫拆除等消息和规范。呼口q 信令采用h 2 2 5 0 建议所定义的 消息。 h 3 2 3 定义了两种基本的呼叫信令模型。第一种模型是直接呼叫，即 直接在终端之间进行呼叫信令的传输，如图2 2 所示；第二种模型是关 守路由选择呼叫，即关守对所有终端呼叫信令进行中继，如图2 - 3 所示。 1 a r o ：许可注册请求 2 a c f a r j ：许可确认许可拒绝 3 s e t u p ：建立连接请求 4 a r q ：许可注册请求 5 a c f a r j ：许可确认许可拒绝 6 c o n n e c t ：建立连接 7 h 2 4 5 控制信息 6 7 端点1 7 端点2 图2 2 直接呼叫模型 两种呼叫模型使用同种连接，发送同样的消息，实现相同的目标。 h 3 2 3 呼叫建立过程涉及到三种信令：r a s 信令、h 2 2 5 0 呼叫信令和 h 2 4 5 控制信令。其中r a s 信令用来完成终端与关守之间的登记注册、 授权许可、带宽改变、状态和脱离解除等过程。r a s 信令消息有 g r q g c f g r j 、r r q r c f r r i ，a r q a c f a r j ，d r q d c f d r j ，l r q l c f l r j ? i r q i r r 、b r q b c f b r j 以及u r q u c f u r j 等，分别用于关守的查找与响 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 应、登记请求与响应、接入请求与响应、断开连接请求与响应、定位请 求与响应、呼叫过程中查询网关信息、带宽请求与响应以及注销登记请 求与响应等。h 2 2 5 0 呼叫信令用来建立两个终端之间的连接，这个信 令使用q 9 3 1 消息来控制呼叫的建立和拆除。当系统中没有关守时，呼 叫信令信道在呼叫涉及的两个终端之间打开；当系统中包括一个关守时， 由关守决定在终端与关守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道。 h 2 4 5 信令用来传送终端到终端的控制消息，包括主从判别、能力交换、 打开和关闭逻辑信道、模式参数请求、流控消息和通用命令与指令等。 h 2 4 5 控制信令信道建立于两个终端之间，或是由关守在两个终端之间 转发h 2 4 5 控制信令信道。 1 a r o ：许可注册请求 2 a c f a r j ：许可确认许可拒绝 3 s e t u p ：建立连接请求 4 s e t u p ：建立连接请求 5 a r q ：许可注册请求 6 a c f a r j ：许可确认许可拒绝 7 c o n n e c t ：建立连接 8 c o n n e c t ：建立连接 9 h 2 4 5 控制信息 1 0 h 2 4 5 控制信息 2 2 4h 3 2 3 地址 图2 - 3 关守路由呼叫模型 h 3 2 3 系统中用到的地址有网络地址、t s a p 标识和别名地址等。 1 网络地址 每个h 3 2 3 实体至少必须具有一个网络地址，即i f 地址。该地址在 网络上唯标识h 3 2 3 相关设备。 2 t s a p 标识 h 3 2 3 实体，如网关、关守、终端等对应每个网络地址具有多个t s a p ( t r a n s p o r ts e r v i c ea c c e s sp o i n t ，传输业务接入点) 标识，以便多 个通路共享同一个i p 地址。网关、终端具有一个已知的呼叫信令通道 t s a p 标识，关守则具有一个已知r a s 通道t s a p 标识。端点采用动态t s a p 标识来标识h 2 4 5 控制通道、音频通道、视频通道和数据通道。关守采 用动态的t s a p 标识来标识呼叫信令通道。 3 别名地址( a ia s ) 端点可以拥有一个或多个与它相关的别名地址。别名地址用来描述 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 1 页 端点或端点所召集的会议。别名地址包括：e 1 6 4 或p a r t y n u m b e r 地址 ( 网络接入码、电话号码等) 、h 3 2 3 标识( 文字串描述的名字，类似 e m a i l 地址等) 、以及其它h 2 2 5 0 中定义的方式。 当系统中没有关守时，主叫端点必须直接采用被叫端点的呼叫信令 通道传送地址作为被叫端点地址。在有关守的系统中，主叫端点可以用 采用上述地址或别名地址，但别名地址需要由关守转换成前者。 2 2 5s ip 协议 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 是由i e t f 推出的会话初始化 协议，是一种基于文本的协议，采用s i p 规则资源定位语言描述。它不 像n 3 2 3 提供了所有的通信协议，而是只提供了呼叫的建立与控制功能。 s i p 协议被用来建立、修改以及终止一个或多个参与者参加的会话进程， 可在会话中邀请其它参与者加入。这些会话包括所有i n t e r n e t 上交互式 两方或多方多媒体通信活动。参与会话的成员可以通过组播方式、单播 联网方式或两者结合来进行通信。 与h 3 2 3 协议相比，s i p 协议的呼叫连接速度快，可以基于u d p 进行 呼叫，也可以基于t c p 进行呼叫：s i p 使用文本编辑，而h 3 2 3 使用二 进制进行编辑；s i p 协议没有逻辑信令通道，同时不支持会议控制，而 h 3 2 3 既采用了逻辑信令通道，也支持会议控制功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 甭百葺r _ 电话基本结构和通信原理 3 1in t e r n e t 语音通信概述 i n t e r n e t 是由遍布世界各地的不同类型的计算机网络组成，使用标 准的t c p i p 协议相互通信和交换数据。t c p i p 协议将要传输的计算机 数据分组排队发送，每个分组均包含目的地址及数据重组信息，确保数 据安全和数据包交换正确无误。 i n t e r n e t 语音通信的简单原理图如图3 - 1 所示。 圈3 1i n t e r n e t 通信原理图 基于i n t e r n e t 的语音通信过程为：首先，通话双方都通过计算机向 i s p 发出业务请求，i s p 经过身份认证后，与计算机建立连接，并为计算 机提供数据转发。当呼叫开始后，发送端通过语音输入设备将语音信号 传送到计算机内，计算机经过处理形成i p 包，然后经i s p 发送到 i n t e r n e t 上。i p 包内包含目的地址信息，供i n t e r n e t 选路用。数据到 达接收端，由接收方i s p 转接到被叫终端。然后，被叫端将i p 数据包还 原成语音信息，经由语音输出设备发出。这样，就完成了一个i n t e r n e t 的语音通信过程。 与电路交换的语音通信不同，i n t e r n e t 语音通信是无连接的，具有 如下特点： 1 通信双方不需要进行链路建立的初始化过程，可随时发送数据。 2 i n t e r n e t 内所有路由都