VoIP技術及業(yè)務的研究
2002/07/29
摘要：首先介紹了VoIP的相關協(xié)議，然后介紹了VoIP業(yè)務的業(yè)務環(huán)境和體系結構，并對其中的功能實體進行描述和說明。最后以一個具體的業(yè)務為例對VoIP業(yè)務的實現(xiàn)進行了具體的研究。
關鍵字：VoIP H.323 SIP MGCP SoFtSwitch
1 概述
Internet在這幾年發(fā)展迅速，一方面，用戶容量增長迅速、網(wǎng)絡覆蓋范圍不斷擴大、網(wǎng)絡滲透的密度與深度不斷加大、網(wǎng)絡業(yè)務不斷繁榮發(fā)展；另一方面，網(wǎng)絡本身傳輸容量不斷擴大、網(wǎng)絡技術不斷得到創(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網(wǎng)（PSTN）以外的第二大國際通信網(wǎng)絡。
Internet得以迅猛發(fā)展的原因在于：一方面IP協(xié)議的簡單性和健壯性，這使是它的成長具備了必備的基礎；另一方面它是第一個世界級的、基于包交換的、上升到網(wǎng)絡層互聯(lián)的通信網(wǎng)，這使得幾乎每一種先進的網(wǎng)絡技術，包括路由算法，網(wǎng)絡結構的規(guī)劃與設計，基于網(wǎng)絡的分布計算等技術幾乎毫無例外地率先在國際互聯(lián)網(wǎng)得到大規(guī)模的試驗和應用，其原因也很簡單，一個網(wǎng)絡的影響與其覆蓋的用戶范圍和應用業(yè)務的豐富程度成正比。
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，接入網(wǎng)的速率的不斷增長，因而Internet上的業(yè)務正在從窄帶走向帶寬，非實時走向?qū)崟r，VoIP業(yè)務是其中的一類重要的業(yè)務。
2 VoIP相關技術
這里我們主要介紹三種VoIP相關協(xié)議：H.323、SIP、MGCP。
H.323協(xié)議
ITU的H.323系列建議定義了在無服務質(zhì)量保證的Internet或其他分組網(wǎng)絡上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)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基礎保障，同時又發(fā)展成為滿足Internet電話技術復雜要求的協(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似于ISDN的Q.931信令協(xié)議的簡化版本，并采用了比較傳統(tǒng)的電路交換的方法。相關的協(xié)議包括用于控制的H.245，用于建立連接的H.225.0，用于大型會議的H.332，用于補充業(yè)務的H.450.1、H.450.2和H.450.3，有關安全的H.325，與電路交換業(yè)務互操作的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，它不依賴于網(wǎng)絡結構，獨立于操作和硬件平臺，支持多點功能、多播和帶寬管理。H.323具備相當?shù)撵`活性，支持包含不同功能的節(jié)點之間的會議和不同網(wǎng)絡之間的會議。
會話初始化協(xié)議
會話初始化協(xié)議（session Initiation Protocol,SIP）是由IETF提出并主持研究的一個應用層控制協(xié)議。它用來創(chuàng)建、修改以及終結一個或多個參與者參加的會話進程。這些會話包括Internet多媒體會議、Internet電話、遠程教育以及遠程醫(yī)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，在風格上遵循Internet一貫堅持的簡練、開放、兼容和可擴展等原則，另一方面，它也考慮了對傳統(tǒng)公眾電話網(wǎng)的各種業(yè)務，包括IN智能網(wǎng)業(yè)務和ISDN綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)業(yè)務的支持，它也支持“個人移動”（Personal
Mobility）。具體地說，會話初始化協(xié)議SIP支持多媒體通信的五種信令功能：
用戶定位：確定參與通信的終端（用戶）。
用戶通信能力和協(xié)商：確定通信的媒體類型和參數(shù)。
用戶意愿的交互：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(shù)。
呼叫處理和控制：包括呼叫重定向、呼叫轉移、咨詢呼叫、中止呼叫等等。
SIP協(xié)議是Internet多媒體通信和控制協(xié)議體系的一個部分，其他協(xié)議包括用于預留網(wǎng)絡帶寬資源的RSVP、用于多媒體數(shù)據(jù)傳輸并提供QOS反饋的RTP/RTCP、用于多媒體流數(shù)據(jù)分發(fā)控制的RTSP、用于描述會話屬性的SDP以及用于通告會話的SAP，而且將來隨著該體系結構的不斷發(fā)展和完善，還會有其他新的協(xié)議產(chǎn)生，加入該協(xié)議體系。但是SIP協(xié)議所規(guī)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（Signal Gateway,SG），媒體網(wǎng)關（Media
Gateway,MG）和媒體網(wǎng)關控制（Media Gateway Control,MGC）。這個體系結構的先進之處在于實現(xiàn)了呼叫控制和承載控制的相分離，而在這兩個分離的單元之間需要定義新的協(xié)議，MGCP（Media
Gateway Control Protocol）就是這個接口上的一個較通用的協(xié)議，后來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，以實現(xiàn)網(wǎng)絡中MG之間的連接，并且處理MG與MGC的交互。
3 VoIP業(yè)務環(huán)境
在VoIP業(yè)務的網(wǎng)絡環(huán)境中，主要有四個基本控件，Softswitch、本地網(wǎng)關（Residential Gateway,RG）、中繼網(wǎng)關（Trunk
Gateway,TG）和信令網(wǎng)關（Signaling Gateway,SG）。
Softswitch在網(wǎng)絡中處于核心地位，它通過各種具體協(xié)議與各種具體的網(wǎng)絡實體通信，實現(xiàn)各種語音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務，可能的協(xié)議有MGCP、MeGaCo、SIP、ss7、H.323、Q.931/Q.2931等。它通過MGCP與本地網(wǎng)關和信令網(wǎng)關通信，控制網(wǎng)關進行呼叫處理，同時通過SCTP（Streaming
Control Transmission Protocol）與信令網(wǎng)關通信。
信令網(wǎng)關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SCTP協(xié)議與Softswitch通信，SCTP用于IP網(wǎng)上七號信令用戶部分信息（如ISUP和TCAP）的可靠傳輸，信令網(wǎng)關通過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PSTN信令接口傳遞到PSTN信令網(wǎng)上。
中繼網(wǎng)關TG和本地網(wǎng)關RG負責PSTN和Internet的互聯(lián)。由PSTN發(fā)起的呼叫經(jīng)過中繼網(wǎng)關或本地網(wǎng)關時，網(wǎng)關進行編碼轉換，及將PCM語音數(shù)據(jù)通過壓縮算法編碼轉換為RTP包，同樣反方向上進行解碼。網(wǎng)關也支持MGCP，Softswitch通過MGCP控制網(wǎng)關進行呼叫處理。
除了上面介紹的四個部分件，還有應用服務器、資源服務器等幾個重要的功能部件。
應用服務器含有業(yè)務執(zhí)行環(huán)境，同時具有業(yè)務管理功能，也可能具有業(yè)務生成環(huán)境。在應用服務器與Softswitch之間采用SIP+協(xié)議，這是因為SIP作為一個通用的協(xié)議，已廣泛用于各種實體之間的接口，如Softswitch之間的接口就采用SIP-T。通過SIP，應用服務器可與所有具有SIP接口的呼叫控制實體互聯(lián)，進而提供附加業(yè)務。另外，應用服務器之間也可采用SIP協(xié)議，這樣應用服務器可通過交互共同為用戶提供業(yè)務。
資源服務器用于提供特殊資源，如語音資源、傳真資源、語音識別資源等。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器。它也可處于IP網(wǎng)上，為IP網(wǎng)上的業(yè)務提供資源服務。IP網(wǎng)上的資源服務器有一個對外的RTP接口，用于實時媒體流的傳送。在資源服務器與TG/RG之間就采用這種接口。資源服務器與其他網(wǎng)絡實體之間也可能存在RTP接口，如H.323終端。由于資源服務器提供的資源是各種各樣的，不僅包括提示音、視頻、音樂等實時媒體流，還可能是文件、WWW網(wǎng)頁、聊天室、BBS、網(wǎng)絡游戲等，因此它可能通過不同協(xié)議與外部實體連接，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器都可視為一種資源服務器。
4 VoIP業(yè)務實例
通過應用服務器和資源服務器，系統(tǒng)可提供很多智能VoIP業(yè)務，下面以一個業(yè)務為例，對系統(tǒng)的業(yè)務提供進行分析。假設User1為IP網(wǎng)上的PC用戶，User2為PSTN的電話用戶。PC用戶撥打一個特服號碼接入系統(tǒng)，通過一些交互后接續(xù)到一個電話用戶。
當User1撥打某一特服號（假設其通過一SIP終端軟件），此呼叫請求通過路由器轉接到Softswitch，Softswitch接受此呼叫，發(fā)現(xiàn)為一智能呼叫，將此呼叫中繼到應用服務器（利用Softswitch與應用服務器之間的SIP接口，此時Softswitch相當一個Proxy
Server）。應用服務器接愛此業(yè)務的控制，激發(fā)此業(yè)務，創(chuàng)建一個業(yè)務邏輯實例。在業(yè)務邏輯中，首先命令Softswitch建立用戶到資源服務器的RTP連接。然后通過RSCP命令資源服務器播放媒體（此處可以是提示音，也可是圖像、視頻）。用戶收到媒體信息后，可根據(jù)自己的需要進行選擇，資源服務器接收選擇結果，通過RSCP將結果上報應用服務器，業(yè)務收到后根據(jù)業(yè)務邏輯和用戶選擇進行下面的操作，命令Softswitch建立PC用戶和電話用戶之間的話路連接。
5 小結
本文對VoIP技術和業(yè)務提供進行了研究，討論了三種相關協(xié)議，提出了VoIP智能業(yè)務網(wǎng)絡環(huán)境，并對業(yè)務的具體實現(xiàn)進行了相關的研究。
通信標準與質(zhì)量信息網(wǎng)