VoIP技术及业务的研究

杨飞　李晓峰　陈俊亮

　　摘要：首先介绍了VoIP的相关协议，然后介绍了VoIP业务的业务环境和体系结构，并对其中的功能实体进行描述和说明。最后以一个具体的业务为例对VoIP业务的实现进行了具体的研究。

　　关键字：VoIP　H.323　SIP　MGCP　SoFtSwitch

　　1　概述

　　Internet在这几年发展迅速，一方面，用户容量增长迅速、网络覆盖范围不断扩大、网络渗透的密度与深度不断加大、网络业务不断繁荣发展；另一方面，网络本身传输容量不断扩大、网络技术不断得到创新与发展。毋须置疑，Internet已成为当前世界除公众交换电话网（PSTN）以外的第二大国际通信网络。

　　Internet得以迅猛发展的原因在于：一方面IP协议的简单性和健壮性，这使是它的成长具备了必备的基础；另一方面它是第一个世界级的、基于包交换的、上升到网络层互联的通信网，这使得几乎每一种先进的网络技术，包括路由算法，网络结构的规划与设计，基于网络的分布计算等技术几乎毫无例外地率先在国际互联网得到大规模的试验和应用，其原因也很简单，一个网络的影响与其覆盖的用户范围和应用业务的丰富程度成正比。

　　正因为Internet自身的诸多优势，当前Internet的应用也日益广泛，特别是目前骨干网速率在高速增长，接入网的速率的不断增长，因而Internet上的业务正在从窄带走向带宽，非实时走向实时，VoIP业务是其中的一类重要的业务。

　　2　VoIP相关技术

　　这里我们主要介绍三种VoIP相关协议：H.323、SIP、MGCP。

　　H.323协议

　　ITU的H.323系列建议定义了在无服务质量保证的Internet或其他分组网络上多媒体通信的协议及其规程。H.323标准为局域网、广域网、Intranet和Internet上的多媒体提供技术基础保障，同时又发展成为满足Internet电话技术复杂要求的协议系列。

　　H.323很大程度上建筑在ITU以前的有关多媒体的协议，包括用于ISDN的H.320，用于B-ISDN的H.321和用于G.STN终端的H.324等建议的基础之上。其编码机制，协议范围和基本操作类似于ISDN的Q.931信令协议的简化版本，并采用了比较传统的电路交换的方法。相关的协议包括用于控制的H.245，用于建立连接的H.225.0，用于大型会议的H.332，用于补充业务的H.450.1、H.450.2和H.450.3，有关安全的H.325，与电路交换业务互操作的H.246。

　　H.323提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性，它不依赖于网络结构，独立于操作和硬件平台，支持多点功能、多播和带宽管理。H.323具备相当的灵活性，支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。

　　会话初始化协议

　　会话初始化协议（session Initiation Protocol,SIP）是由IETF提出并主持研究的一个应用层控制协议。它用来创建、修改以及终结一个或多个参与者参加的会话进程。这些会话包括Internet多媒体会议、Internet电话、远程教育以及远程医疗等。

　　SIP协议一方面借鉴了其他Internet的标准和协议的设计思想，在风格上遵循Internet一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则，另一方面，它也考虑了对传统公众电话网的各种业务，包括IN智能网业务和ISDN综合业务数字网业务的支持，它也支持“个人移动”（Personal Mobility）。具体地说，会话初始化协议SIP支持多媒体通信的五种信令功能：

　　用户定位：确定参与通信的终端（用户）。

　　用户通信能力和协商：确定通信的媒体类型和参数。

　　用户意愿的交互：确定被叫是否愿意参与通信。

　　建立呼叫：包括向被叫“振铃”，确定主叫和被叫的呼叫参数。

　　呼叫处理和控制：包括呼叫重定向、呼叫转移、咨询呼叫、中止呼叫等等。

　　SIP协议是Internet多媒体通信和控制协议体系的一个部分，其他协议包括用于预留网络带宽资源的RSVP、用于多媒体数据传输并提供QOS反馈的RTP/RTCP、用于多媒体流数据分发控制的RTSP、用于描述会话属性的SDP以及用于通告会话的SAP，而且将来随着该体系结构的不断发展和完善，还会有其他新的协议产生，加入该协议体系。但是SIP协议所规范的操作以及相应的功能独立于其它协议。

　　MGCP协议

　　Arango和Huitema提出了VoIP的新的体系结构，体系结构中涉及三部分：信令网关（Signal Gateway,SG），媒体网关（Media Gateway,MG）和媒体网关控制（Media Gateway Control,MGC）。这个体系结构的先进之处在于实现了呼叫控制和承载控制的相分离，而在这两个分离的单元之间需要定义新的协议，MGCP（Media Gateway Control Protocol）就是这个接口上的一个较通用的协议，后来IETF MeGaCo工作组和ITU-T　16研究组在MGCP的基础上提出了H.248协议，对MGCP进行了扩展。MGCP属于应用层控制协议，主要完成MGC对MG的控制，以实现网络中MG之间的连接，并且处理MG与MGC的交互。

　　3　VoIP业务环境

　　在VoIP业务的网络环境中，主要有四个基本控件，Softswitch、本地网关（Residential Gateway,RG）、中继网关（Trunk Gateway,TG）和信令网关（Signaling Gateway,SG）。

　　Softswitch在网络中处于核心地位，它通过各种具体协议与各种具体的网络实体通信，实现各种语音、数据、多媒体业务，可能的协议有MGCP、MeGaCo、SIP、ss7、H.323、Q.931/Q.2931等。它通过MGCP与本地网关和信令网关通信，控制网关进行呼叫处理，同时通过SCTP（Streaming Control Transmission Protocol）与信令网关通信。

　　信令网关负责信令的转换和传递，它将PSTN中的七号信令转换为IP网对应的信令协议，如H.323消息。通过SCTP协议与Softswitch通信，SCTP用于IP网上七号信令用户部分信息（如ISUP和TCAP）的可靠传输，信令网关通过SCTP将转化后的信令消息传递给Softswitch，相反从Softswitch接收IP网上的信令消息，转换为七号信令消息后通过PSTN信令接口传递到PSTN信令网上。

　　中继网关TG和本地网关RG负责PSTN和Internet的互联。由PSTN发起的呼叫经过中继网关或本地网关时，网关进行编码转换，及将PCM语音数据通过压缩算法编码转换为RTP包，同样反方向上进行解码。网关也支持MGCP，Softswitch通过MGCP控制网关进行呼叫处理。

　　除了上面介绍的四个部分件，还有应用服务器、资源服务器等几个重要的功能部件。

　　应用服务器含有业务执行环境，同时具有业务管理功能，也可能具有业务生成环境。在应用服务器与Softswitch之间采用SIP+协议，这是因为SIP作为一个通用的协议，已广泛用于各种实体之间的接口，如Softswitch之间的接口就采用SIP-T。通过SIP，应用服务器可与所有具有SIP接口的呼叫控制实体互联，进而提供附加业务。另外，应用服务器之间也可采用SIP协议，这样应用服务器可通过交互共同为用户提供业务。

　　资源服务器用于提供特殊资源，如语音资源、传真资源、语音识别资源等。它可处于PSTN，智能网中的智能外设就是这样的一种资源服务器。它也可处于IP网上，为IP网上的业务提供资源服务。IP网上的资源服务器有一个对外的RTP接口，用于实时媒体流的传送。在资源服务器与TG/RG之间就采用这种接口。资源服务器与其他网络实体之间也可能存在RTP接口，如H.323终端。由于资源服务器提供的资源是各种各样的，不仅包括提示音、视频、音乐等实时媒体流，还可能是文件、WWW网页、聊天室、BBS、网络游戏等，因此它可能通过不同协议与外部实体连接，如FTP、HTTP、TELNET等等。目前因特网上所有能提供有用信息的服务器都可视为一种资源服务器。

　　4　VoIP业务实例

　　通过应用服务器和资源服务器，系统可提供很多智能VoIP业务，下面以一个业务为例，对系统的业务提供进行分析。假设User1为IP网上的PC用户，User2为PSTN的电话用户。PC用户拨打一个特服号码接入系统，通过一些交互后接续到一个电话用户。

　　当User1拨打某一特服号（假设其通过一SIP终端软件），此呼叫请求通过路由器转接到Softswitch，Softswitch接受此呼叫，发现为一智能呼叫，将此呼叫中继到应用服务器（利用Softswitch与应用服务器之间的SIP接口，此时Softswitch相当一个Proxy Server）。应用服务器接爱此业务的控制，激发此业务，创建一个业务逻辑实例。在业务逻辑中，首先命令Softswitch建立用户到资源服务器的RTP连接。然后通过RSCP命令资源服务器播放媒体（此处可以是提示音，也可是图像、视频）。用户收到媒体信息后，可根据自己的需要进行选择，资源服务器接收选择结果，通过RSCP将结果上报应用服务器，业务收到后根据业务逻辑和用户选择进行下面的操作，命令Softswitch建立PC用户和电话用户之间的话路连接。

　　5　小结

　　本文对VoIP技术和业务提供进行了研究，讨论了三种相关协议，提出了VoIP智能业务网络环境，并对业务的具体实现进行了相关的研究。

摘自《中国数据通信》2001.8