局域網(wǎng)IP電話(huà)系統中信令控制協(xié)議研究

何畏 虞水俊 李俊　2002/01/08

1、引言

　　局域網(wǎng)電話(huà)以開(kāi)放的局域網(wǎng)包交換技術(shù)實(shí)現專(zhuān)用PBX語(yǔ)音服務(wù)的功能，與現有的局域網(wǎng)無(wú)縫集成。它不僅可以使內部的數據網(wǎng)和話(huà)音網(wǎng)合一，還可以滿(mǎn)足保持企業(yè)持續運作和蓬勃發(fā)展的全方位需求。從復雜的呼叫控制和呼叫中心能力，到集成的語(yǔ)音郵件和計算機/電話(huà)集成；從呼叫者身份識別到多重、多級自動(dòng)值機員，到終端話(huà)機的輕松添加、移動(dòng)和改變；從局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)（LAN/WAN），到Internet的連接能力，并可同時(shí)降低相關(guān)的整體費用，使企業(yè)能夠以經(jīng)濟、易管理的方式獲得所有功能。

　　局域網(wǎng)電話(huà)作為企業(yè)內部電話(huà)系統的解決方案越來(lái)越受到人們重視。典型的局域網(wǎng)電話(huà)系統內部組成結構如下圖：

　　以太網(wǎng)話(huà)機與常見(jiàn)PBX話(huà)機在外觀(guān)和感覺(jué)方面十分相似，唯一的例外是這些話(huà)機直接插入數據網(wǎng)絡(luò )，并不使用傳統的電話(huà)配線(xiàn)。 應用服務(wù)器在一些方案中稱(chēng)為網(wǎng)守，是局域網(wǎng)電話(huà)系統中的關(guān)鍵設備。它主要完成地址翻譯、呼叫連接的建立和拆除等控制功能，另外它還能完成局域網(wǎng)電話(huà)系統內呼叫管理功能如多重及多級自動(dòng)應答服務(wù)功能、呼叫中心、呼叫轉移以及計算機電話(huà)集成功能，此外它控制所有的計算機電話(huà)功能，如話(huà)音郵件、統一消息、桌面呼叫控制、自動(dòng)話(huà)務(wù)員、交互話(huà)音響應和自動(dòng)呼叫分配等。

　　傳統的IP網(wǎng)絡(luò )主要是用來(lái)傳輸數據業(yè)務(wù),采用的是盡力而為的、無(wú)連接的技術(shù),因此沒(méi)有服務(wù)質(zhì)量保證,存在分組丟失、失序和時(shí)延抖動(dòng)等情況。數據業(yè)務(wù)對此要求不高,但話(huà)音屬于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),對時(shí)序、時(shí)延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來(lái)保障一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

　　控制信令技術(shù)保證電話(huà)呼叫的順利實(shí)現和話(huà)音質(zhì)量，并且可以實(shí)現各種高級的電話(huà)業(yè)務(wù)，是局域網(wǎng)電話(huà)系統中的一項關(guān)鍵技術(shù)。信令控制層協(xié)議依賴(lài)于傳輸層等下層提供的服務(wù)，它的主要功能是保證電話(huà)呼叫的順利實(shí)現和通話(huà)的話(huà)音質(zhì)量。局域網(wǎng)電話(huà)系統中目前被廣泛接受的控制信令體系包括ITU－T（International Telecommunication Union）的H.323系列和 IETF(Internet Engineering Task Force ) 的會(huì )話(huà)初始化協(xié)議SIP。下面分別介紹這兩種信令控制協(xié)議以及在局域網(wǎng)電話(huà)系統中如何應用通過(guò)它們建立連接。

2、H.323信令標準

　　§2.1 H.323簡(jiǎn)介

　　H.323是ITU－T有關(guān)多媒體通信的一個(gè)協(xié)議集,包括用于ISDN的H.320,用于B－ISDN的H.321和用于PSTN終端的H.324等建議。它定義了在無(wú)業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的Internet或其它分組網(wǎng)絡(luò )上多媒體通信的協(xié)議及其規程。這些分組網(wǎng)絡(luò )主宰了當今的桌面網(wǎng)絡(luò )系統。因此，H.323標準為局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Intranet和Internet上的多媒體提供技術(shù)基礎保障。它的編碼機制,協(xié)議范圍和基本操作類(lèi)似于ISDN的Q.931信令協(xié)議的簡(jiǎn)化版本,并采用了比較傳統的電路交換的方法。 H.323提供設備之間、高層應用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò )結構,獨立于操作系統和硬件平臺,支持多點(diǎn)功能、組播和帶寬管理。H.323具備相當的靈活性,支持包含不同功能的節點(diǎn)之間的會(huì )議和不同網(wǎng)絡(luò )之間的會(huì )議。

　　§2.2 H.323下局域網(wǎng)電話(huà)系統中的呼叫建立

　　H.323呼叫建立過(guò)程涉及到三種信令：RAS（注冊：Registration、許可：Admission和狀態(tài)：Status）信令，H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。其中RAS信令用來(lái)完成局域網(wǎng)話(huà)機與網(wǎng)守（應用服務(wù)器）之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離解除等過(guò)程；H.225.0呼叫信令用來(lái)建立兩個(gè)局域網(wǎng)話(huà)機之間的連接，這個(gè)信令使用Q.931消息來(lái)控制呼叫的建立和拆除，當系統中沒(méi)有網(wǎng)守時(shí)，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個(gè)話(huà)機之間打開(kāi)；當系統中包括一個(gè)網(wǎng)守時(shí)，由網(wǎng)守決定在局域網(wǎng)話(huà)機與網(wǎng)守之間或是在兩個(gè)終端之間開(kāi)辟呼叫信令信道；H.245控制信令用來(lái)傳送終端到終端的控制消息，包括主從判別、能力交換、打開(kāi)和關(guān)閉邏輯信道、模式參數請求、流控消息和通用命令與指令等。H.245控制信令信道建立于兩個(gè)終端之間，或是一個(gè)終端與一個(gè)網(wǎng)守之間。H.323的基本信令協(xié)議結構如下圖所示。

　　局域網(wǎng)電話(huà)系統中根據網(wǎng)守的參與程度，呼叫建立過(guò)程可分為網(wǎng)守路由的呼叫和話(huà)機之間直接的呼叫。下圖，以網(wǎng)守路由的呼叫為例說(shuō)明了H.323中呼叫的建立過(guò)程

　　1——ARQ許可請求注冊 2——AFC/ARJ許可確認/拒絕

　　3——SET UP 建立連接請求 4——SET UP建立連接請求

　　5——ARQ許可注冊請求 6——AFC/ARJ許可確認/拒絕

　　7——建立連接 8——建立連接

　　9——H.245 信道 10——H.245 信道

　　由于 H.323推出較早，協(xié)議發(fā)展得比較成熟，并且它采用的是傳統的實(shí)現電話(huà)信令的模式，便于與現有的電話(huà)網(wǎng)互通。在局域網(wǎng)電話(huà)系統中很多的解決方案是基于H.323協(xié)議規范的。

3、 SIP信令標準

　　SIP(Session Initiation Protocol)是一個(gè)面向Internet 會(huì )議和電話(huà)的簡(jiǎn)單信令協(xié)議標準。

　　§3.1 SIP信令簡(jiǎn)介

　　SIP最初由IETF MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) 工作組提出。MMUSIC工作組致力于在現今的多媒體骨干上提供松散控制型會(huì )議的支持。

　　SIP與HTTP和SMTP是類(lèi)似的，都是基于文本的協(xié)議。它用于用戶(hù)間建立和配置交互式通信會(huì )議(如：語(yǔ)音、圖象、交談、交互游戲、虛擬現實(shí)等)。SIP是應用層控制信令協(xié)議，可用于建立、修改或結束一個(gè)或幾個(gè)參與者的會(huì )議，包括Internet 多媒體會(huì )議、Internet 電話(huà)呼叫、多媒體分發(fā)。會(huì )議中的成員可以通過(guò)多點(diǎn)傳送(multicast)方式或單點(diǎn)傳送網(wǎng)( unicast mesh)方式、甚至兩者混合的方式進(jìn)行通信。SIP支持會(huì )議描述，允許與會(huì )者協(xié)商選用兼容的媒體類(lèi)型。由于SIP沒(méi)有捆綁于任何特定的會(huì )議控制協(xié)議，因而協(xié)議具有普遍重要性，而且特別適用于局域網(wǎng)電話(huà)系統的應用。

　　由于SIP與下面的傳輸層和網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議無(wú)關(guān)，而且提供內在的可靠保證機制，所以只要求底層提供可靠或不可靠的分組業(yè)務(wù)或字節流業(yè)務(wù)，而SIP消息的格式與之無(wú)關(guān)。 在局域網(wǎng)電話(huà)系統中SIP可以利用UDP做傳輸層協(xié)議；其中，UDP允許上層的應用更仔細地控制消息序列、重傳和使用多點(diǎn)傳送技術(shù)等。

　　§3.2 SIP下局域網(wǎng)電話(huà)系統中的呼叫建立

　　SIP主要有兩種結構元素：用戶(hù)代理UA（user agent）和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器。在局域網(wǎng)電話(huà)系統UA 駐留在局域網(wǎng)電話(huà)的話(huà)機中，它包含兩個(gè)部分：用戶(hù)代理客戶(hù)（UAC）模塊，該部分負責發(fā)布SIP請求；用戶(hù)代理服務(wù)器（UAS）模塊，它負責響應SIP請求。其中用戶(hù)代理服務(wù)器有三種不同的類(lèi)型：重定向服務(wù)器，代理服務(wù)器和注冊服務(wù)器（register）。基本SIP 呼叫不需要服務(wù)器，但是其他一些增強特性需要服務(wù)器的支持。 重定向服務(wù)器作為用戶(hù)代理服務(wù)器的三種類(lèi)型之一，它是通過(guò)發(fā)送被呼叫者可獲得的SIP URL地址來(lái)處理INVITE消息的。代理服務(wù)器執行應用層的SIP請求和響應路由。代理服務(wù)器可以是記憶的或者無(wú)記憶的，有記憶的代理服務(wù)器擁有整個(gè)呼叫建立過(guò)程中的相關(guān)信息，而無(wú)記憶的代理服務(wù)器則在處理完一個(gè)呼叫后將完全忘記有關(guān)該呼叫的所有信息直到下一個(gè)消息的到達。另外，代理可以是有分支代理或者無(wú)分支代理，例如，有分支代理可以在同時(shí)讓幾個(gè)電話(huà)都振鈴直到有人拿起其中的一個(gè)電話(huà)為止。注冊服務(wù)器一般用于記錄SIP地址（SIP URL）和相關(guān)的IP地址。注冊服務(wù)器經(jīng)常用作啟動(dòng)后的注冊，由于在REGISTER消息中使用了SIP URL地址的緣故，因此，當請求到達時(shí)，代理服務(wù)器或者重定向服務(wù)器可以直接正確地轉發(fā)請求信息。這一基于注冊服務(wù)器的轉發(fā)特性形成了網(wǎng)絡(luò )對支持真正的號碼移動(dòng)性服務(wù)的基礎。因此在局域網(wǎng)電話(huà)系統中話(huà)機可以隨意的移動(dòng)，通話(huà)時(shí)幾乎不用做任何工作。

　　在局域網(wǎng)電話(huà)系統中 SIP采用類(lèi)似Email地址的方式分配用戶(hù)地址，并利用一些現有的電子郵件架構進(jìn)行傳送。在代理模式中，代理服務(wù)器是SIP網(wǎng)絡(luò )的核心，包含所有的服務(wù)邏輯。它可以是有狀態(tài)的和無(wú)狀態(tài)的，業(yè)務(wù)開(kāi)展靈活，安全性較好。它通過(guò)復制來(lái)保證可靠性，通過(guò)區域劃分來(lái)實(shí)現可伸縮性，但如果考慮不周則存在潛在的超載可能性，其中混合半狀態(tài)（semi-stateful）模式提供最大的效益。在重定向模式中，重定向服務(wù)器主要功能是返回路由信息給呼叫發(fā)起端。它較少的狀態(tài)開(kāi)銷(xiāo)；由于處理較少的消息，具有高容量；由于將業(yè)務(wù)的執行推到了客戶(hù)端，與客戶(hù)端設備相關(guān)。

　　在局域網(wǎng)電話(huà)系統中應用SIP 的優(yōu)勢在于該協(xié)議允許用戶(hù)直接與終端設備協(xié)商通信能力和屬性，帶寬和QoS可以實(shí)時(shí)交流而不需要事先明確。

4、 SIP和H.323 協(xié)議的比較

　　SIP和 H.323實(shí)現信令功能基本相同， 但兩者的設計風(fēng)格截然不 同，這是由于其推出的兩大陣營(yíng)（電信領(lǐng)域與Internet領(lǐng)域）都想沿襲自己的傳統。H.323是由 國際電聯(lián)提出來(lái)的，它力圖把IP電話(huà)當作是眾所周知的傳統電話(huà)，只是傳輸方式由電路交換變成了分組交換，就如同模擬傳輸變成數字傳輸、同軸電纜傳輸變成了光纖傳輸。而SIP側重于將IP 電話(huà)作為Internet上的一個(gè)應用，較其他應用（如FTP，E-mail等）增加了信令和QoS的要求。H.323優(yōu)勢在于它推出較早，協(xié)議發(fā)展得比較成熟，又自己的應用產(chǎn)品推出；由于其采用的是傳統的實(shí)現電話(huà)信令的模式，便于與現有的電話(huà)網(wǎng)互通，但相對復雜得多。另外H.323不支持多點(diǎn)發(fā)送（Multicast）協(xié)議,只能采用多點(diǎn)控制單元（MCU）構成多點(diǎn)會(huì )議,因而同時(shí)只能支持有限的多點(diǎn)用戶(hù)。H.323也不支持呼叫轉移,且建立呼叫的時(shí)間比較長(cháng)。與H.323相反,SIP是一種比較簡(jiǎn)單的會(huì )話(huà)初始化協(xié)議。它不像H.323那樣提供所有的通信協(xié)議,而是只提供會(huì )話(huà)或呼叫的建立與控制功能。 SIP既支持單點(diǎn)發(fā)送（Unicast）也支持多點(diǎn)發(fā)送,會(huì )話(huà)參加者和媒體種類(lèi)可以隨時(shí)加入一個(gè)已存在的會(huì )議。SIP可以用來(lái)呼叫人或機器設備,如呼叫一個(gè)媒體存儲設備記錄一個(gè)會(huì )議,或呼叫一個(gè)點(diǎn)播電視服務(wù)器向會(huì )議播放視頻信號。

　　在局域網(wǎng)電話(huà)系統的應用中，SIP相對于H.323協(xié)議的優(yōu)越性主要表現在:

　　（1）SIP是位于TCP/IP協(xié)議簇中應用層的協(xié)議，是基于文本的協(xié)議，如同HTTP協(xié)議一樣；H.323采用基于A(yíng)SN.1和壓縮編碼規則的，它用二進(jìn)制方法表示其消息，SIP比H.323簡(jiǎn)單。在局域網(wǎng)電話(huà)系統中電話(huà)終端一般體積比較小，集成密度較高，很多的解決方案中由DSP主芯片完成大部分的功能，簡(jiǎn)單高效的控制信令協(xié)議顯然是首選。

　　（2）SIP會(huì )話(huà)請求的建立過(guò)程和能力協(xié)商過(guò)程等是同時(shí)進(jìn)行的，因此呼叫建立的時(shí)間很短，效率很高；H.323的呼叫建立過(guò)程和媒體能力協(xié)商過(guò)程是分開(kāi)進(jìn)行的，會(huì )話(huà)建立的時(shí)間較長(cháng)，同時(shí)中途容易產(chǎn)生錯誤。連接建立的時(shí)間和連接的成功率是局域網(wǎng)電話(huà)系統一個(gè)很重要的性能參數，選擇SIP協(xié)議的綜合性能明顯高于H.323協(xié)議。

　　（3）H.323在設計時(shí)沒(méi)有考慮到業(yè)務(wù)的可擴展性問(wèn)題，因此H.323為進(jìn)行功能擴展定義了一些列的"補丁"協(xié)議，如 H.450.1/2/3，這使整個(gè)H.323框架顯得非常龐大和臃腫；而SIP在設計之初SIP效仿了較為成熟的HTTP和SMTP，具有豐富的擴充能力和兼容功能。 只要充分利用已定義的頭域，必要時(shí)對頭域進(jìn)行簡(jiǎn)單擴展就能很方便地支持補充業(yè)務(wù)或智能業(yè)務(wù)，例如它支持許多種地址描述和尋址方式，如： 用戶(hù)名＠主機地址、被叫號碼＠PSTN網(wǎng)關(guān)地址。還有SIP的功能是用于發(fā)起會(huì )話(huà)，它能控制多個(gè)參與者參加的多媒體會(huì )話(huà)的建立和終止，并能動(dòng)態(tài)調整和修改會(huì )話(huà)屬性，如會(huì )話(huà)帶寬要求、傳輸的媒體類(lèi)型（語(yǔ)音、視頻和數據等）、媒體的編解碼格式、對組播和單播的支持等，比起H.323來(lái)可擴充性要好得多。

5、結束語(yǔ)

　　目前構建IP電話(huà)體系結構主要的兩種信令控制標準：H.323協(xié)議和SIP協(xié)議。它們二者是完全平行的，它們所要達到的目的都是構建IP電話(huà)網(wǎng)，并且兩者都在發(fā)展完善中，但兩者使用的方法不同，因此它們是不可能互相兼容。H.323協(xié)議是為多媒體會(huì )議系統而提出，并不是為IP電話(huà)專(zhuān)門(mén)提出的，而SIP協(xié)議的出發(fā)點(diǎn)則是以現有的Internet為基礎來(lái)構架IP電話(huà)業(yè)務(wù)網(wǎng)。因此，SIP有著(zhù)與 H.323完全不同的設計思想，它是一個(gè)分散式的協(xié)議，它將網(wǎng)絡(luò )設備的復雜性推向網(wǎng)絡(luò )邊緣，與以H.323協(xié)議為基礎的IP電話(huà)相比， SIP協(xié)議更適用于局域網(wǎng)電話(huà)系統中。

計算機世界網(wǎng)　2002/01/08