基于SIP的VoIP系統

2008/04/25

圖1 基于SIP的VoIP協(xié)議棧結構

　　2、VoIP關(guān)鍵技術(shù)

　　由于VoIP完全建立在分組交換的基礎上，而分組交換固有的時(shí)延、丟包等弱點(diǎn)使VoIP的通話(huà)質(zhì)量無(wú)法得到保證。因此在VoIP系統中必須采取特殊措施來(lái)保證一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量。VoIP的關(guān)鍵技術(shù)如下：

　　1）信令技術(shù)

　　信令技術(shù)是電話(huà)呼叫的順利實(shí)現和話(huà)音質(zhì)量的保證，目前主要的信令體系包括國際電信聯(lián)盟遠程通信標準化組（ITU-T）的H.323系列和互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）的SIP。H.323制定了無(wú)服務(wù)質(zhì)量保證的分組網(wǎng)絡(luò )（PBN）上的多媒體通信標準，已經(jīng)比較成熟并已在VoIP領(lǐng)域廣泛應用。SIP是IETF根據IP電話(huà)網(wǎng)上存在的問(wèn)題開(kāi)發(fā)的新協(xié)議，因此有更多的靈活性。與H.323相比，SIP是一種比較簡(jiǎn)單的協(xié)議。它不像H.323那樣提供所有的通信協(xié)議，SIP僅用于初始化呼叫，而不是傳輸媒體數據，因而帶來(lái)的附加傳輸代價(jià)不大。SIP的統一資源定位符（URL）甚至可以嵌入到Web頁(yè)或其他超文本鏈路中，用戶(hù)只需用鼠標一點(diǎn)即可發(fā)出一個(gè)呼叫，SIP還有建立呼叫快、支持傳送電話(huà)號碼的特點(diǎn)。

　　2）語(yǔ)音處理技術(shù)

　　話(huà)音壓縮處理技術(shù)是VoIP技術(shù)的核心，目前，主要有ITU-T定義的G.729、G.723/G.723.1等。由于在分組交換網(wǎng)絡(luò )中無(wú)服務(wù)質(zhì)量保證，因而需要話(huà)音的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度適應性。G.729可以?xún)H用8kbit/s的帶寬傳輸語(yǔ)音，所用的算法為對生結構代數碼激勵線(xiàn)性預測編碼（CS-ACELP），這種算法構成了G.729標準的基礎。G.723.1采用5.3/6.3kbit/s的雙速率話(huà)音編碼，話(huà)音質(zhì)量好，但是處理時(shí)延較大，是目前已標準化的最低速率的話(huà)音編碼算法。

　　3）計算機電話(huà)集成（CTI）技術(shù)

　　計算機電話(huà)集成是通過(guò)一些硬件和軟件將計算機與電話(huà)集成為一體，它是IP電話(huà)的技術(shù)基礎。目前，CTI的構成可分為兩種方式：a）PC與電話(huà)綜合，以PC為基礎，交換網(wǎng)絡(luò )與計算機網(wǎng)絡(luò )并未綜合在一起。b）PC與電話(huà)間沒(méi)有直接聯(lián)系，采用客戶(hù)/服務(wù)系統（Client/Server）結構，將性能卓越的CTI服務(wù)器連接到用戶(hù)級交換機（PBX）、大型計算機的數據庫或分布式結構的服務(wù)器上。第二種方式所使用的軟件較為復雜，但當使用人數較多時(shí)，可以降低每個(gè)使用者的成本。

　　4）QoS保障技術(shù)

　　VoIP網(wǎng)絡(luò )中QoS保障的途徑有：過(guò)度建設、優(yōu)先級、隊列、避免擁塞和傳輸整形等。VoIP中主要采用資源預留協(xié)議（RSVP）來(lái)保證IP優(yōu)先級，并采用隨機早起檢測技術(shù)和加權技術(shù)來(lái)避免網(wǎng)絡(luò )擁塞，保障通話(huà)質(zhì)量。

　　5）網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)

　　網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)是IP電話(huà)走向運營(yíng)的保障。IP電話(huà)網(wǎng)絡(luò )管理系統主要包括呼叫管理系統（CMS）、流量分析系統（TAS）、網(wǎng)絡(luò )管理系統（NMS）、網(wǎng)絡(luò )監視系統。對一個(gè)實(shí)時(shí)性要求很高的通信系統來(lái)說(shuō)，其網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量直接影響通信質(zhì)量。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)，可以迅速處理網(wǎng)絡(luò )故障，保證網(wǎng)絡(luò )及各個(gè)節點(diǎn)穩定、高效運行。

3、SIP的VoIP系統及其業(yè)務(wù)環(huán)境

　　3.1 基于SIP的VoIP系統

　　SIP是IETF標準進(jìn)程的一部分，建立于簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議（SMTP和超文本傳送協(xié)議（HTTP））的基礎上。利用SIP可實(shí)現會(huì )話(huà)的連接、建立和釋放，并支持單播、多播和可移動(dòng)性。為了提供電話(huà)業(yè)務(wù)，它需要與其他標準和協(xié)議相結合，特別是應確保實(shí)時(shí)傳送協(xié)議（RTP）與當前公共交換電話(huà)網(wǎng)絡(luò )（PSTN）的信令互連，能確保語(yǔ)音質(zhì)量（資源預留協(xié)議（RSVP）），能提供目錄（輕量目錄訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議（LDAP）），能鑒權用戶(hù)（遠程用戶(hù)撥號認證系統（RADIUS））等。此外，SIP如果與會(huì )話(huà)描述協(xié)議（SDP）配合使用，可以動(dòng)態(tài)調整和修改會(huì )話(huà)屬性，如通話(huà)帶寬、所傳輸的媒體類(lèi)型及編解碼格式。

　　基于SIP的VoIP系統主要的功能部件如下：

　　1）用戶(hù)代理（UA）

　　它是VoIP系統的終端，包括各種使用SIP協(xié)議的軟件或硬件，例如一個(gè)IP電話(huà)機或裝有客戶(hù)端軟件的PC機。每個(gè)UA又包括用戶(hù)代理客戶(hù)系統（UserAgentClient）和用戶(hù)代理服務(wù)系統（UserAgent Server）。用戶(hù)代理客戶(hù)系統用于向用戶(hù)代理服務(wù)系統發(fā)出SIP請求并與之建立連接。用戶(hù)代理服務(wù)系統接收用戶(hù)代理客戶(hù)系統的請求，并給予應答，內容包括接收、重定向或拒絕呼叫請求。

　　2）SIP網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器

　　它包括注冊服務(wù)器、代理服務(wù)器和重定向服務(wù)器，它們可分布在不同的物理實(shí)體中，也可以共存于一個(gè)設備。注冊服務(wù)器從用戶(hù)當前的地址中接收更新信息，同時(shí)還負責維護數據庫中所有用戶(hù)的當前位置列表。代理服務(wù)器負責接收UA發(fā)來(lái)的呼叫請求消息，根據網(wǎng)絡(luò )策略將請求發(fā)送給相應的服務(wù)器，并根據收到的應答對用戶(hù)做出響應。重定向服務(wù)器用于為代理服務(wù)器指出轉發(fā)消息下一次應該送達的代理服務(wù)器的地址。

　　3）會(huì )議服務(wù)器

　　負責提供多點(diǎn)通信支持。

　　3.2 基于SIP的VoIP業(yè)務(wù)環(huán)境

　　在VoIP業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，主要有軟交換機（Softswitch）、媒體網(wǎng)關(guān)（MG）、信令網(wǎng)關(guān)（SG）和應用服務(wù)器（ApplicationServer）4個(gè)基本控件。其業(yè)務(wù)環(huán)境如圖2所示。

圖2 基于SIP的VoIP業(yè)務(wù)環(huán)境

　　Softswitch主要實(shí)現連接、路由和呼叫控制、關(guān)守和帶寬的管理以及話(huà)務(wù)紀錄的生成，是網(wǎng)絡(luò )的核心。它通過(guò)各種協(xié)議與各種網(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)。通過(guò)媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）與媒體網(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)流控制傳輸協(xié)議（SCTP）與信令網(wǎng)關(guān)通信。

　　信令網(wǎng)關(guān)負責網(wǎng)絡(luò )的信令處理，接收PSTN傳來(lái)的SS7信令，并將其轉換為IP網(wǎng)上對應的信令協(xié)議（反之亦然）。信令網(wǎng)關(guān)通過(guò)SCTP將轉換后的信令消息傳送至Softswitch。

　　媒體網(wǎng)關(guān)負責PSTN與Internet的互聯(lián)。由PSTN發(fā)起的呼叫經(jīng)過(guò)媒體網(wǎng)關(guān)時(shí)，網(wǎng)關(guān)進(jìn)行編碼轉換，并將脈沖編碼調制（PCM）語(yǔ)音數據通過(guò)壓縮算法編碼轉換為RTP包。同樣，在反方向會(huì )進(jìn)行解碼操作。

　　應用服務(wù)器本身含有業(yè)務(wù)執行環(huán)境，同時(shí)具有業(yè)務(wù)管理功能。應用服務(wù)器與Sofeswitch間的接口通過(guò)SIP協(xié)議，提供對第三方應用和各種增值業(yè)務(wù)的支持功能。另外，當應用服務(wù)器之間全部采用SIP協(xié)議時(shí)，應用服務(wù)器可通過(guò)交互共同為用戶(hù)提供業(yè)務(wù)。

　　VoIP業(yè)務(wù)環(huán)境還有媒體服務(wù)器等幾個(gè)重要的功能部件。

　　媒體服務(wù)器既可處于PSTN，也可處于IP網(wǎng)，為IP網(wǎng)絡(luò )中的各種業(yè)務(wù)提供所需的媒體資源和服務(wù)。媒體服務(wù)器不僅提供語(yǔ)音增值業(yè)務(wù)中的傳統項目（如語(yǔ)音短信、電話(huà)QQ、互動(dòng)式語(yǔ)音應答（IVR）等），還可以充分利用IP網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢，提供更具有差異性的融合網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)（如點(diǎn)擊呼叫、Web呼叫中心、IP-PBX以及其他多媒體業(yè)務(wù)）。此外，諸如彩鈴、背景音樂(lè )聊天等業(yè)務(wù)在IP上實(shí)現更方便，同時(shí)也更節省網(wǎng)絡(luò )和系統資源。

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，系統可提供許多智能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。

　　假設用戶(hù)A為IP網(wǎng)上的PC用戶(hù)，用戶(hù)B為PSTN網(wǎng)上的電話(huà)用戶(hù)。PC用戶(hù)撥打一個(gè)特服號碼接入系統，通過(guò)一些交互后連接到PSTN上的一個(gè)電話(huà)用戶(hù)進(jìn)行通信。

　　通信過(guò)程如下：

1. 用戶(hù)A通過(guò)Internet客戶(hù)端軟件撥打某一特服號，客戶(hù)端軟件向Softswitch發(fā)送業(yè)務(wù)請求、用戶(hù)信息業(yè)務(wù)類(lèi)型和業(yè)務(wù)信息。


2. Softswitch檢查用戶(hù)的授權情況，確定該用戶(hù)是否有權使用該項業(yè)務(wù)。


3. Softswitch接受此呼叫，并通過(guò)它與應用服務(wù)器之間的SIP接口將呼叫中繼到應用服務(wù)器。


4. 應用服務(wù)器收到呼叫后，接受此業(yè)務(wù)的控制并激發(fā)此業(yè)務(wù)，創(chuàng )建一個(gè)業(yè)務(wù)邏輯實(shí)例。


5. 在業(yè)務(wù)邏輯中，命令Softswitch建立用戶(hù)到媒體服務(wù)器的RTP連接。


6. 通過(guò)路由服務(wù)控制點(diǎn)（RSCP）命令媒體服務(wù)器播放媒體。


7. 用戶(hù)收到媒體信息后，根據自己的需要進(jìn)行選擇。


8. 媒體服務(wù)器接收選擇結果，通過(guò)RSCP將結果上報應用服務(wù)器。


9. 應用服務(wù)器收到后，根據業(yè)務(wù)邏輯和用戶(hù)選擇進(jìn)行相應操作，命令Softswitch建立PC用戶(hù)與電話(huà)用戶(hù)之間的話(huà)路連接。

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