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VoIP技術(shù)及業(yè)務(wù)的研究

2002/07/29

　　摘要：首先介紹了VoIP的相關(guān)協(xié)議，然后介紹了VoIP業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)環(huán)境和體系結構，并對其中的功能實(shí)體進(jìn)行描述和說(shuō)明。最后以一個(gè)具體的業(yè)務(wù)為例對VoIP業(yè)務(wù)的實(shí)現進(jìn)行了具體的研究。

　　關(guān)鍵字：VoIP　H.323　SIP　MGCP　SoFtSwitch

1　概述

　　Internet在這幾年發(fā)展迅速，一方面，用戶(hù)容量增長(cháng)迅速、網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍不斷擴大、網(wǎng)絡(luò )滲透的密度與深度不斷加大、網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)不斷繁榮發(fā)展；另一方面，網(wǎng)絡(luò )本身傳輸容量不斷擴大、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)不斷得到創(chuàng )新與發(fā)展。毋須置疑，Internet已成為當前世界除公眾交換電話(huà)網(wǎng)（PSTN）以外的第二大國際通信網(wǎng)絡(luò )。

　　Internet得以迅猛發(fā)展的原因在于：一方面IP協(xié)議的簡(jiǎn)單性和健壯性，這使是它的成長(cháng)具備了必備的基礎；另一方面它是第一個(gè)世界級的、基于包交換的、上升到網(wǎng)絡(luò )層互聯(lián)的通信網(wǎng)，這使得幾乎每一種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，包括路由算法，網(wǎng)絡(luò )結構的規劃與設計，基于網(wǎng)絡(luò )的分布計算等技術(shù)幾乎毫無(wú)例外地率先在國際互聯(lián)網(wǎng)得到大規模的試驗和應用，其原因也很簡(jiǎn)單，一個(gè)網(wǎng)絡(luò )的影響與其覆蓋的用戶(hù)范圍和應用業(yè)務(wù)的豐富程度成正比。

　　正因為Internet自身的諸多優(yōu)勢，當前Internet的應用也日益廣泛，特別是目前骨干網(wǎng)速率在高速增長(cháng)，接入網(wǎng)的速率的不斷增長(cháng)，因而Internet上的業(yè)務(wù)正在從窄帶走向帶寬，非實(shí)時(shí)走向實(shí)時(shí)，VoIP業(yè)務(wù)是其中的一類(lèi)重要的業(yè)務(wù)。

2　VoIP相關(guān)技術(shù)

　　這里我們主要介紹三種VoIP相關(guān)協(xié)議：H.323、SIP、MGCP。

　　H.323協(xié)議

　　ITU的H.323系列建議定義了在無(wú)服務(wù)質(zhì)量保證的Internet或其他分組網(wǎng)絡(luò )上多媒體通信的協(xié)議及其規程。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，同時(shí)又發(fā)展成為滿(mǎn)足Internet電話(huà)技術(shù)復雜要求的協(xié)議系列。

　　H.323很大程度上建筑在ITU以前的有關(guān)多媒體的協(xié)議，包括用于ISDN的H.320，用于B-ISDN的H.321和用于G.STN終端的H.324等建議的基礎之上。其編碼機制，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。相關(guān)的協(xié)議包括用于控制的H.245，用于建立連接的H.225.0，用于大型會(huì )議的H.332，用于補充業(yè)務(wù)的H.450.1、H.450.2和H.450.3，有關(guān)安全的H.325，與電路交換業(yè)務(wù)互操作的H.246。

　　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，獨立于操作和硬件平臺，支持多點(diǎn)功能、多播和帶寬管理。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。

會(huì )話(huà)初始化協(xié)議

　　會(huì )話(huà)初始化協(xié)議（session Initiation Protocol,SIP）是由IETF提出并主持研究的一個(gè)應用層控制協(xié)議。它用來(lái)創(chuàng )建、修改以及終結一個(gè)或多個(gè)參與者參加的會(huì )話(huà)進(jìn)程。這些會(huì )話(huà)包括Internet多媒體會(huì )議、Internet電話(huà)、遠程教育以及遠程醫療等。

　　SIP協(xié)議一方面借鑒了其他Internet的標準和協(xié)議的設計思想，在風(fēng)格上遵循Internet一貫堅持的簡(jiǎn)練、開(kāi)放、兼容和可擴展等原則，另一方面，它也考慮了對傳統公眾電話(huà)網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)，包括IN智能網(wǎng)業(yè)務(wù)和ISDN綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持，它也支持“個(gè)人移動(dòng)”（Personal Mobility）。具體地說(shuō)，會(huì )話(huà)初始化協(xié)議SIP支持多媒體通信的五種信令功能：

　　用戶(hù)定位：確定參與通信的終端（用戶(hù)）。

　　用戶(hù)通信能力和協(xié)商：確定通信的媒體類(lèi)型和參數。

　　用戶(hù)意愿的交互：確定被叫是否愿意參與通信。

　　建立呼叫：包括向被叫“振鈴”，確定主叫和被叫的呼叫參數。

　　呼叫處理和控制：包括呼叫重定向、呼叫轉移、咨詢(xún)呼叫、中止呼叫等等。

　　SIP協(xié)議是Internet多媒體通信和控制協(xié)議體系的一個(gè)部分，其他協(xié)議包括用于預留網(wǎng)絡(luò )帶寬資源的RSVP、用于多媒體數據傳輸并提供QOS反饋的RTP/RTCP、用于多媒體流數據分發(fā)控制的RTSP、用于描述會(huì )話(huà)屬性的SDP以及用于通告會(huì )話(huà)的SAP，而且將來(lái)隨著(zhù)該體系結構的不斷發(fā)展和完善，還會(huì )有其他新的協(xié)議產(chǎn)生，加入該協(xié)議體系。但是SIP協(xié)議所規范的操作以及相應的功能獨立于其它協(xié)議。

MGCP協(xié)議

　　Arango和Huitema提出了VoIP的新的體系結構，體系結構中涉及三部分：信令網(wǎng)關(guān)（Signal Gateway,SG），媒體網(wǎng)關(guān)（Media Gateway,MG）和媒體網(wǎng)關(guān)控制（Media Gateway Control,MGC）。這個(gè)體系結構的先進(jìn)之處在于實(shí)現了呼叫控制和承載控制的相分離，而在這兩個(gè)分離的單元之間需要定義新的協(xié)議，MGCP（Media Gateway Control Protocol）就是這個(gè)接口上的一個(gè)較通用的協(xié)議，后來(lái)IETF MeGaCo工作組和ITU-T　16研究組在MGCP的基礎上提出了H.248協(xié)議，對MGCP進(jìn)行了擴展。MGCP屬于應用層控制協(xié)議，主要完成MGC對MG的控制，以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )中MG之間的連接，并且處理MG與MGC的交互。

3　VoIP業(yè)務(wù)環(huán)境

　　在VoIP業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，主要有四個(gè)基本控件，Softswitch、本地網(wǎng)關(guān)（Residential Gateway,RG）、中繼網(wǎng)關(guān)（Trunk Gateway,TG）和信令網(wǎng)關(guān)（Signaling Gateway,SG）。

　　Softswitch在網(wǎng)絡(luò )中處于核心地位，它通過(guò)各種具體協(xié)議與各種具體的網(wǎng)絡(luò )實(shí)體通信，實(shí)現各種語(yǔ)音、數據、多媒體業(yè)務(wù)，可能的協(xié)議有MGCP、MeGaCo、SIP、ss7、H.323、Q.931/Q.2931等。它通過(guò)MGCP與本地網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)通信，控制網(wǎng)關(guān)進(jìn)行呼叫處理，同時(shí)通過(guò)SCTP（Streaming Control Transmission Protocol）與信令網(wǎng)關(guān)通信。

　　信令網(wǎng)關(guān)負責信令的轉換和傳遞，它將PSTN中的七號信令轉換為IP網(wǎng)對應的信令協(xié)議，如H.323消息。通過(guò)SCTP協(xié)議與Softswitch通信，SCTP用于IP網(wǎng)上七號信令用戶(hù)部分信息（如ISUP和TCAP）的可靠傳輸，信令網(wǎng)關(guān)通過(guò)SCTP將轉化后的信令消息傳遞給Softswitch，相反從Softswitch接收IP網(wǎng)上的信令消息，轉換為七號信令消息后通過(guò)PSTN信令接口傳遞到PSTN信令網(wǎng)上。

　　中繼網(wǎng)關(guān)TG和本地網(wǎng)關(guān)RG負責PSTN和Internet的互聯(lián)。由PSTN發(fā)起的呼叫經(jīng)過(guò)中繼網(wǎng)關(guān)或本地網(wǎng)關(guān)時(shí)，網(wǎng)關(guān)進(jìn)行編碼轉換，及將PCM語(yǔ)音數據通過(guò)壓縮算法編碼轉換為RTP包，同樣反方向上進(jìn)行解碼。網(wǎng)關(guān)也支持MGCP，Softswitch通過(guò)MGCP控制網(wǎng)關(guān)進(jìn)行呼叫處理。

　　除了上面介紹的四個(gè)部分件，還有應用服務(wù)器、資源服務(wù)器等幾個(gè)重要的功能部件。

　　應用服務(wù)器含有業(yè)務(wù)執行環(huán)境，同時(shí)具有業(yè)務(wù)管理功能，也可能具有業(yè)務(wù)生成環(huán)境。在應用服務(wù)器與Softswitch之間采用SIP+協(xié)議，這是因為SIP作為一個(gè)通用的協(xié)議，已廣泛用于各種實(shí)體之間的接口，如Softswitch之間的接口就采用SIP-T。通過(guò)SIP，應用服務(wù)器可與所有具有SIP接口的呼叫控制實(shí)體互聯(lián)，進(jìn)而提供附加業(yè)務(wù)。另外，應用服務(wù)器之間也可采用SIP協(xié)議，這樣應用服務(wù)器可通過(guò)交互共同為用戶(hù)提供業(yè)務(wù)。

　　資源服務(wù)器用于提供特殊資源，如語(yǔ)音資源、傳真資源、語(yǔ)音識別資源等。它可處于PSTN，智能網(wǎng)中的智能外設就是這樣的一種資源服務(wù)器。它也可處于IP網(wǎng)上，為IP網(wǎng)上的業(yè)務(wù)提供資源服務(wù)。IP網(wǎng)上的資源服務(wù)器有一個(gè)對外的RTP接口，用于實(shí)時(shí)媒體流的傳送。在資源服務(wù)器與TG/RG之間就采用這種接口。資源服務(wù)器與其他網(wǎng)絡(luò )實(shí)體之間也可能存在RTP接口，如H.323終端。由于資源服務(wù)器提供的資源是各種各樣的，不僅包括提示音、視頻、音樂(lè )等實(shí)時(shí)媒體流，還可能是文件、WWW網(wǎng)頁(yè)、聊天室、BBS、網(wǎng)絡(luò )游戲等，因此它可能通過(guò)不同協(xié)議與外部實(shí)體連接，如FTP、HTTP、TELNET等等。目前因特網(wǎng)上所有能提供有用信息的服務(wù)器都可視為一種資源服務(wù)器。

4　VoIP業(yè)務(wù)實(shí)例

　　通過(guò)應用服務(wù)器和資源服務(wù)器，系統可提供很多智能VoIP業(yè)務(wù)，下面以一個(gè)業(yè)務(wù)為例，對系統的業(yè)務(wù)提供進(jìn)行分析。假設User1為IP網(wǎng)上的PC用戶(hù)，User2為PSTN的電話(huà)用戶(hù)。PC用戶(hù)撥打一個(gè)特服號碼接入系統，通過(guò)一些交互后接續到一個(gè)電話(huà)用戶(hù)。

　　當User1撥打某一特服號（假設其通過(guò)一SIP終端軟件），此呼叫請求通過(guò)路由器轉接到Softswitch，Softswitch接受此呼叫，發(fā)現為一智能呼叫，將此呼叫中繼到應用服務(wù)器（利用Softswitch與應用服務(wù)器之間的SIP接口，此時(shí)Softswitch相當一個(gè)Proxy Server）。應用服務(wù)器接愛(ài)此業(yè)務(wù)的控制，激發(fā)此業(yè)務(wù)，創(chuàng )建一個(gè)業(yè)務(wù)邏輯實(shí)例。在業(yè)務(wù)邏輯中，首先命令Softswitch建立用戶(hù)到資源服務(wù)器的RTP連接。然后通過(guò)RSCP命令資源服務(wù)器播放媒體（此處可以是提示音，也可是圖像、視頻）。用戶(hù)收到媒體信息后，可根據自己的需要進(jìn)行選擇，資源服務(wù)器接收選擇結果，通過(guò)RSCP將結果上報應用服務(wù)器，業(yè)務(wù)收到后根據業(yè)務(wù)邏輯和用戶(hù)選擇進(jìn)行下面的操作，命令Softswitch建立PC用戶(hù)和電話(huà)用戶(hù)之間的話(huà)路連接。

5　小結

　　本文對VoIP技術(shù)和業(yè)務(wù)提供進(jìn)行了研究，討論了三種相關(guān)協(xié)議，提出了VoIP智能業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，并對業(yè)務(wù)的具體實(shí)現進(jìn)行了相關(guān)的研究。

通信標準與質(zhì)量信息網(wǎng)


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