基于SIP的VoIP系統(tǒng)

2008/04/25

圖1 基于SIP的VoIP協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

　　2、VoIP關(guān)鍵技術(shù)

　　由于VoIP完全建立在分組交換的基礎(chǔ)上，而分組交換固有的時(shí)延、丟包等弱點(diǎn)使VoIP的通話質(zhì)量無法得到保證。因此在VoIP系統(tǒng)中必須采取特殊措施來保證一定的業(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)是電話呼叫的順利實(shí)現(xiàn)和話音質(zhì)量的保證，目前主要的信令體系包括國(guó)際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)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制定了無服務(wù)質(zhì)量保證的分組網(wǎng)絡(luò)（PBN）上的多媒體通信標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)比較成熟并已在VoIP領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。SIP是IETF根據(jù)IP電話網(wǎng)上存在的問題開發(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(shù)據(jù)，因而帶來的附加傳輸代價(jià)不大。SIP的統(tǒng)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，用戶只需用鼠標(biāo)一點(diǎn)即可發(fā)出一個(gè)呼叫，SIP還有建立呼叫快、支持傳送電話號(hào)碼的特點(diǎn)。

　　2）語音處理技術(shù)

　　話音壓縮處理技術(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)中無服務(wù)質(zhì)量保證，因而需要話音的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度適應(yīng)性。G.729可以僅用8kbit/s的帶寬傳輸語音，所用的算法為對(duì)生結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（CS-ACELP），這種算法構(gòu)成了G.729標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。G.723.1采用5.3/6.3kbit/s的雙速率話音編碼，話音質(zhì)量好，但是處理時(shí)延較大，是目前已標(biāo)準(zhǔn)化的最低速率的話音編碼算法。

　　3）計(jì)算機(jī)電話集成（CTI）技術(shù)

　　計(jì)算機(jī)電話集成是通過一些硬件和軟件將計(jì)算機(jī)與電話集成為一體，它是IP電話的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，CTI的構(gòu)成可分為兩種方式：a）PC與電話綜合，以PC為基礎(chǔ)，交換網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并未綜合在一起。b）PC與電話間沒有直接聯(lián)系，采用客戶/服務(wù)系統(tǒng)（Client/Server）結(jié)構(gòu)，將性能卓越的CTI服務(wù)器連接到用戶級(jí)交換機(jī)（PBX）、大型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)或分布式結(jié)構(gòu)的服務(wù)器上。第二種方式所使用的軟件較為復(fù)雜，但當(dāng)使用人數(shù)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：過度建設(shè)、優(yōu)先級(jí)、隊(duì)列、避免擁塞和傳輸整形等。VoIP中主要采用資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）來保證IP優(yōu)先級(jí)，并采用隨機(jī)早起檢測(cè)技術(shù)和加權(quán)技術(shù)來避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保障通話質(zhì)量。

　　5）網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)

　　網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)是IP電話走向運(yùn)營(yíng)的保障。IP電話網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)主要包括呼叫管理系統(tǒng)（CMS）、流量分析系統(tǒng)（TAS）、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)。對(duì)一個(gè)實(shí)時(shí)性要求很高的通信系統(tǒng)來說，其網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量直接影響通信質(zhì)量。通過網(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(jié)點(diǎn)穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

3、SIP的VoIP系統(tǒng)及其業(yè)務(wù)環(huán)境

　　3.1 基于SIP的VoIP系統(tǒng)

　　SIP是IETF標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)上。利用SIP可實(shí)現(xiàn)會(huì)話的連接、建立和釋放，并支持單播、多播和可移動(dòng)性。為了提供電話業(yè)務(wù)，它需要與其他標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議相結(jié)合，特別是應(yīng)確保實(shí)時(shí)傳送協(xié)議（RTP）與當(dāng)前公共交換電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN）的信令互連，能確保語音質(zhì)量（資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）），能提供目錄（輕量目錄訪問協(xié)議（LDAP）），能鑒權(quán)用戶（遠(yuǎn)程用戶撥號(hào)認(rèn)證系統(tǒng)（RADIUS））等。此外，SIP如果與會(huì)話描述協(xié)議（SDP）配合使用，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整和修改會(huì)話屬性，如通話帶寬、所傳輸?shù)拿襟w類型及編解碼格式。

　　基于SIP的VoIP系統(tǒng)主要的功能部件如下：

　　1）用戶代理（UA）

　　它是VoIP系統(tǒng)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電話機(jī)或裝有客戶端軟件的PC機(jī)。每個(gè)UA又包括用戶代理客戶系統(tǒng)（UserAgentClient）和用戶代理服務(wù)系統(tǒng)（UserAgent Server）。用戶代理客戶系統(tǒng)用于向用戶代理服務(wù)系統(tǒng)發(fā)出SIP請(qǐng)求并與之建立連接。用戶代理服務(wù)系統(tǒng)接收用戶代理客戶系統(tǒng)的請(qǐng)求，并給予應(yīng)答，內(nèi)容包括接收、重定向或拒絕呼叫請(qǐng)求。

　　2）SIP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

　　它包括注冊(cè)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(shè)備。注冊(cè)服務(wù)器從用戶當(dāng)前的地址中接收更新信息，同時(shí)還負(fù)責(zé)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)中所有用戶的當(dāng)前位置列表。代理服務(wù)器負(fù)責(zé)接收UA發(fā)來的呼叫請(qǐng)求消息，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)策略將請(qǐng)求發(fā)送給相應(yīng)的服務(wù)器，并根據(jù)收到的應(yīng)答對(duì)用戶做出響應(yīng)。重定向服務(wù)器用于為代理服務(wù)器指出轉(zhuǎn)發(fā)消息下一次應(yīng)該送達(dá)的代理服務(wù)器的地址。

　　3）會(huì)議服務(wù)器

　　負(fù)責(zé)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(jī)（Softswitch）、媒體網(wǎng)關(guān)（MG）、信令網(wǎng)關(guān)（SG）和應(yīng)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(xiàn)連接、路由和呼叫控制、關(guān)守和帶寬的管理以及話務(wù)紀(jì)錄的生成，是網(wǎng)絡(luò)的核心。它通過各種協(xié)議與各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)體通信，實(shí)現(xiàn)各種語音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)。通過媒體網(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(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的信令處理，接收PSTN傳來的SS7信令，并將其轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)上對(duì)應(yīng)的信令協(xié)議（反之亦然）。信令網(wǎng)關(guān)通過SCTP將轉(zhuǎn)換后的信令消息傳送至Softswitch。

　　媒體網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)PSTN與Internet的互聯(lián)。由PSTN發(fā)起的呼叫經(jīng)過媒體網(wǎng)關(guān)時(shí)，網(wǎng)關(guān)進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換，并將脈沖編碼調(diào)制（PCM）語音數(shù)據(jù)通過壓縮算法編碼轉(zhuǎn)換為RTP包。同樣，在反方向會(huì)進(jìn)行解碼操作。

　　應(yīng)用服務(wù)器本身含有業(yè)務(wù)執(zhí)行環(huán)境，同時(shí)具有業(yè)務(wù)管理功能。應(yīng)用服務(wù)器與Sofeswitch間的接口通過SIP協(xié)議，提供對(duì)第三方應(yīng)用和各種增值業(yè)務(wù)的支持功能。另外，當(dāng)應(yīng)用服務(wù)器之間全部采用SIP協(xié)議時(shí)，應(yīng)用服務(wù)器可通過交互共同為用戶提供業(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)器不僅提供語音增值業(yè)務(wù)中的傳統(tǒng)項(xiàng)目（如語音短信、電話QQ、互動(dòng)式語音應(yīng)答（IVR）等），還可以充分利用IP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，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、背景音樂聊天等業(yè)務(wù)在IP上實(shí)現(xiàn)更方便，同時(shí)也更節(jié)省網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)資源。

4、VoIP業(yè)務(wù)實(shí)例

　　通過應(yīng)用服務(wù)器和資源服務(wù)器，系統(tǒng)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(duì)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)提供進(jìn)行分析。

　　假設(shè)用戶A為IP網(wǎng)上的PC用戶，用戶B為PSTN網(wǎng)上的電話用戶。PC用戶撥打一個(gè)特服號(hào)碼接入系統(tǒng)，通過一些交互后連接到PSTN上的一個(gè)電話用戶進(jìn)行通信。

　　通信過程如下：

1. 用戶A通過Internet客戶端軟件撥打某一特服號(hào)，客戶端軟件向Softswitch發(fā)送業(yè)務(wù)請(qǐng)求、用戶信息業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)信息。


2. Softswitch檢查用戶的授權(quán)情況，確定該用戶是否有權(quán)使用該項(xiàng)業(yè)務(wù)。


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


4. 應(yīng)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建立用戶到媒體服務(wù)器的RTP連接。


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


7. 用戶收到媒體信息后，根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。


8. 媒體服務(wù)器接收選擇結(jié)果，通過RSCP將結(jié)果上報(bào)應(yīng)用服務(wù)器。


9. 應(yīng)用服務(wù)器收到后，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯和用戶選擇進(jìn)行相應(yīng)操作，命令Softswitch建立PC用戶與電話用戶之間的話路連接。

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