IP电话系统和呼叫路由技术(3)

第3讲 H.323 IP电话系统移动呼叫路由

赵志峰1, 2, 3 杨永康2 仇佩亮1

1. 浙江大学博士后科研流动站

2. 东方通信博士后科研工作站

3. 解放军理工大学通信工程学院

　　摘要 文章首先分析了H.323 IP电话系统需要提供移动服务的原因。在对移动IP技术进行了简单介绍后，详细分析了移动IP技术的不足，并得出了其无法满足H.323 IP电话系统移动性管理需要的结论。文章随后介绍了ITU-T最新提出的H.323移动框架，描述了在此框架下移动用户的位置更新过程和呼叫路由过程。

　　关键词 H.323 IP电话系统 移动框架 呼叫路由 位置更新

1 引言

　　近年来，在技术、需求和市场多重力量的推动下，移动计算技术得到了飞速发展。移动通信系统经历了第1代、第2代和第2.5代，并开始向第3代迈进，第4代移动通信技术也已经在研究中。在一些发达国家，移动手机用户的数量已经超过了固定电话用户的数量，由此可见移动通信的魅力。随着技术的不断进步，移动通信系统提供的数据通信能力也越来越强。与此同时，因特网也在全球迅速普及。网络的规模和网民的数量曾一度呈指数增长，人们对网络的依赖性越来越强。在移动通信技术和因特网飞速发展双重力量的推动下，人们希望能够在移动中接入因特网，以满足移动中通信的需要。由此产生了“移动因特网”、“无线因特网”等概念。并涌现出了掌上电脑、智能手机等移动终端设备和WAP（Wireless Application Protocol）、移动IP等网络技术。

　　正是由于因特网的飞速发展，推动了IP电话系统的迅速普及。在这股“移动”潮流的推动下，基于分组网络技术的IP电话系统也不得不面对“移动”这个发展方向。即要考虑如何在IP电话系统中提供用户的移动性、终端的移动性和业务的移动性。

　　H.323系列协议的设计初衷是通过分组网络来实现多媒体通信，并没有考虑终端、用户和业务移动性的需求。IETF提出的移动IP[1]技术也无法满足H.323 IP电话系统提供移动服务的需要（详见2.2节分析）。在这种情况下，ITU-T在对H.323系统的移动性管理进行了研究后，在H.501[2]和H.225.0 Annex G version 2[3]的基础上，于2002年3月推出了H.510 [4]建议，解决H.323系统对移动的支持问题。本文将对该移动框架和移动呼叫路由进行介绍。

2 IP的移动性支持

　　为了支持计算机在移动中接入因特网，IETF专门开发了移动IP。该协议的目标是主机不用更改IP地址就可以在移动中接入网络，并且对上层应用透明。但要把移动IP应用于IP电话系统还存在一些问题。

2.1 移动IP简介

　　在移动IP出现以前，移动的计算机可以通过拨号、修改IP地址等方式接入因特网。但由于因特网是基于IP地址进行寻址的，这些移动主机在移动后，其IP地址必须属于接入地的IP地址网段。即要实现移动中接入因特网，移动计算机要不断修改自己的IP地址。这将会使上层应用（比如TCP连接）中断。在更改了IP地址后，因特网中的其他计算机无法访问该移动计算机。为了使IP层的移动对上层应用透明，并且使移动的计算机能够被其他计算机访问，IETF成立了移动IP工作组来制定移动IP。

　　移动IP借鉴了现有蜂窝移动通信系统中的登记、查询、HLR（Home Location Register）、VLR（Visited Location Register）等概念。在网络中引入了家乡代理、外地代理两个功能实体。移动主机以一个唯一不变的IP地址来标识（就如手机的手机号码）。家乡代理的作用类似于移动通信系统中的HLR，记录移动主机的当前位置（以一个临时的IP地址来标识）。外地代理的作用类似于VLR，它负责检测移动主机的移动，并为其分配临时的IP地址。

　　当移动主机移动到一个外地网络时，它将从外地代理处获取一个临时的IP地址，称为转交地址（此处描述的是使用外地代理转交地址的情况）。移动主机将转交地址向自己的家乡代理登记，告知家乡代理自己现在的位置。通过这种登记手段，家乡代理可以随时获取移动主机的当前位置信息。当通信对端要向移动主机发送报文时，他使用移动主机的固定IP地址。报文将被路由到移动主机的家乡网络，并被家乡代理截获。家乡代理将该报文封装（如IP in IP），通过隧道将报文发送到移动主机所在的外地网络。外地代理对此报文解封装后将报文发送给移动主机。移动主机要向通信对端发送报文时，直接通过外地代理转发即可。

　　由此可见，移动IP对通信对端是透明的。通信对端根本不用知道移动主机当前是否移动，当前在哪里。它只要用移动主机的固定IP地址发送报文就可以了。其次，移动IP对上层应用也是透明的。移动主机不管移动到哪里，其IP地址都固定不变，上层应用根本感知不到主机位置的变化。一切的变动和需要做的工作都在IP层完成，因此说移动IP是一个网络层的移动解决方案。这些透明带来的好处是通信对端可以不知道移动IP的存在，这对移动IP的部署至关重要，因为不能要求因特网上的所有主机都一定要支持移动IP。另外，移动主机在移动时其上层的应用（如FTP、Telent等）可以不中断，这对持续时间较长的文件传输是非常有用的。当然应用的不中断首先要保证物理链路通信的持续性。

2.2 移动IP的不足

　　移动IP虽然解决了IP层的移动，实现了对通信对端和上层应用的透明性。但将其应用到IP电话系统中仍存在很多问题。

　　· 三角路由带来的时延问题：移动IP存在著名的三角路由问题。即通信对端将报文发送给家乡代理，然后家乡代理隧道给外地代理，再转交给移动主机。而移动主机发送的报文则直接由外地代理转发给通信对端。两个方向的报文路径形成了一个三角形。研究表明[5]，在校园网中移动IP的三角路由使报文的平均时延增加了45%。如果在广域网中，这个数字可能会更大。这对于IP电话、多媒体应用等对时延非常敏感的实时业务而言是无法接受的。虽然移动IP现在已提出了一定的路由优化方法来消除三角路由的影响，但路由优化需要更多功能实体的支持，在实施中存在很大的难度。

　　· 隧道封装带来的开销问题：在向移动主机发送IP报文时，家乡代理通过封装使用隧道将IP报文发送给移动主机。这将增加大概20字节的开销。而对于IP电话系统来说，低速率编码的语音报文本身才10~20字节。隧道封装增加的开销太大，将会严重影响系统的效率。

　　· QoS和集中处理问题：移动IP只是解决了网络层的移动性问题，对与带宽预留等QoS保障手段的结合并没有进行说明，在支持实时业务方面还有很多问题要解决。另外，当一个家乡代理负责的移动主机的数目增多时，转发大量的多媒体报文将给它带来严重的负担。这种集中转发方式可扩展性差，严重时会影响系统的效率。

　　· IP地址问题：使用移动IP的前提是每个移动主机要有一个全球唯一的IP地址，无论它移动到何处，该IP地址都不用改变。这在当前的IPv4网络中是不可能实现的。目前大多数企业（尤其在中国）都使用的是私有地址，这将影响移动IP的使用。

　　· 用户标识问题：移动IP的出发点是IP地址全球唯一。但在现在的网络中，IP地址往往只能代表终端设备。而用户需要用电话号码、URI地址等来标识。就像目前移动通信系统中的手机设备号只能代表手机，而用户需要用手机号码来标识一样。

　　 当我们从业务层面，尤其是从用户的角度综合考虑终端、用户和业务的移动性时，就会发现只有网络层的移动性是不够的，业务层面的移动性仍无法回避。因此，仅有移动IP根本无法满足基于H.323的IP电话系统的移动性需要。在这种情况下，ITU-T在对H.323系统的移动性进行了深入而全面的研究后，在H.501和H.225.0 Annex G version 2建议的基础上，于2002年3月推出了H.510建议——Mobility for H.323 Multimedia Systems and Ser-
vices，用于解决H.323系统对移动性的支持问题。

3 H.323的移动框架

　　目前的H.510主要解决H.323终端的移动性问题，并对用户的移动性也作了相关的规定，但没有涉及业务的移动性。

　　H.510的框架也参考了现有移动通信系统采用的框架，在H.225.0 Annex G域间模型的基础上，定义了归属地和拜访地，还引入了VLF（Visited Location Function）、HLF（Home Location Function）、AuF（Authentication Function）等功能实体。这和现有移动通信系统中采用的HLR、VLR、AC（Authentication Center）等思想完全一致。其作用也基本相同：HLF存储其管辖范围内的终端和用户的基本信息及当前位置信息；VLF存储漫游到其管辖范围的移动终端或用户的基本信息；AuF负责对终端和用户的合法性进行验证。

　　仅仅给出了各功能实体间的逻辑关系。在实现时，这些功能实体可以有各种各样的组合形式。比如边界单元、网守和VLF可以位于一个物理实体中，放置在管理域的边缘，实现与其他域的互通。同样边界单元、网守、HLF和AuF也可以位于一个物理实体中，为一个管理域服务。

　　H.323移动性支持的工作原理及工作过程也基本上与现有移动通信系统的工作原理和过程相仿，也是采用登记/去登记、认证、位置更新、位置查询等过程来实现。

4 位置更新过程

　　H.323移动性管理位置更新的过程。当移动至拜访地并接入网络后，移动终端或用户首先发起网守搜索过程（GRQ和GCF）来搜索可提供服务的网守。搜索到合适的网守后，使用RRQ向网守发起登记。拜访地的网守收到移动终端或用户的登记消息后，对终端或用户的身份进行验证（向归属地的AuF）。验证通过后，注册该移动终端或用户，然后利用H.225.0 Annex G定义的域内和域间通信过程使用描述符更新消息（DescriptorUpdate）来更新VLF和HLF中的地址模板信息，即向VLF和HLF登记该移动终端或用户的当前位置和其他信息。HLF收到登记请求后，还要使用描述符更新消息向旧的VLF发起去登记，删除旧VLF中保存的移动终端或用户的相关信息。旧VLR也要通知旧网守删除该用户的地址信息。如果需要的话，旧网守还要使用去登记消息URQ（Unregistration Request）通知旧移动终端对移动用户进行去登记。

　　位置更新执行后，HLF就可以获知移动终端或用户当前的位置信息。移动终端或用户也已在新的网守和VLF成功登记，可以发起和接收呼叫。

5 呼叫路由

　　因移动终端或用户已经在新的网守成功登记，当发起呼叫时，路由过程比较简单。移动终端或用户只要直接向其登记的网守发起接入请求ARQ（Admission Request）就可以了。与正常呼叫流程一样，网守会负责对被叫地址进行解析，并将解析结果返回给终端。终端按照解析的结果使用Setup消息来发起呼叫。

　　当H.323移动终端或用户作为被叫时，路由过程比较复杂。图4给出了这种情况下的呼叫路由过程。

　　主叫方通过向其登记的网守发送接入请求消息ARQ而向移动终端发起呼叫。网守负责进行地址解析，它是通过使用地址解析请求消息（Access-
Request）请求边界单元对被叫地址进行解析。边界单元将请求转发给移动终端的HLF。因移动终端的HLF记录了移动终端当前的位置信息，它将该请求转发给移动终端的VLF。VLF对地址进行解析后将结果通过地址解析确认消息（Access Confirmation）返回给HLF。最后主叫的网守收到解析结果后，通过接入确认消息ACF将解析结果返回给主叫方。主叫方可以使用解析结果发起呼叫。由于主叫和被叫可以分别采用不同的呼叫路由方式，解析结果可以是主叫网守（主叫方是网守选路方式）、被叫网守（被叫方是网守选路方式）或移动终端（主被叫都是直接选路方式）的呼叫信令地址。

6 结束语

　　随着人们对移动通信需求的增强，基于H.323的IP电话系统也不得不考虑如何提供移动服务。移动IP作为网络层的移动方案存在很多问题，难以满足IP电话和多媒体通信的需要。因此，ITU-T专门为H.323系统制定了移动框架H.510，以提供移动多媒体通信服务。由于起步较晚，目前的 H.510只初步描述了终端移动性和用户移动性管理过程和简单的呼叫路由过程，没有定义业务移动性。目前，ITU-T正在对H.510系列协议进行完善，如何更好地在H.323系统中提供终端移动性、用户移动性和业务移动性是下一步的研究重点。

参 考 文 献

[1] IETF RFC 3344’IP Mobility Support for IPv4, August 2002

[2] ITU-T Recommendation H.501 (2002), Protocol for Mobility Management and Intra/inter-domain Communication in Multimedia
Systems

[3] ITU-T Recommendation H.225.0 Revised Annex G (Version 2) (2002), Communication between and within Administrative Domains

[4] ITU-T Recommendation H.510 (2002), Mobility for H.323 Multimedia Systems and Services

[5] Schulzrinne H，Wedlund E . Application-Layer Mobility Using SIP . Mobile Computing and Communications Review, Volume 4,
Number 3, pp. 47-57

----《中国数据通信》