李艷紅，李國徽

(1中南民族大學(xué) 計算機科學(xué)學(xué)院 ,武漢 430074；2華中科技大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,武漢 430074)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及，越來越多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和設(shè)備進入到人們生活,在網(wǎng)絡(luò)呼叫方面研究者們提出了許多研究成果[1-7].孟憲明等人提出一種基于網(wǎng)關(guān)位置寄存器(GLR)的3G網(wǎng)絡(luò)呼叫建立機制.利用GLR在3G網(wǎng)絡(luò)中的作用,采用本地路由和緩存策略改進現(xiàn)有3G系統(tǒng)中的呼叫建立機制.張姣姣等人研究了IP軟交換的基本原理,并提出了相應(yīng)的實現(xiàn)方法.我們平時用QQ、飛信聊天，在論壇發(fā)表評論，在博客發(fā)表文章，使用網(wǎng)上銀行，甚至是收發(fā)郵件時，都在跟ID打交道.這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序都需要賬號(ID)，所使用的ID，其類型以及系統(tǒng)對其使用方法各有不同，但是有一個共同的特點，就是難以記憶，并且密碼容易忘記.

于是出現(xiàn)了一些試圖改善這種狀況的方法：比如和手機綁定的方法，典型的例子是飛信，除了飛信號，也同時有一個手機號碼與之對應(yīng)，這樣用戶只要用自己的手機號即可登錄飛信，忘記了密碼還可以通過短信的方式來重新設(shè)置.又比如委托第三方驗證授權(quán)，典型的例子是PPTV可以委托新浪微博、人人網(wǎng)、QQ、騰訊微博來驗證授權(quán)的方式登錄，這種方法可以通過已有的ID來使用新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用.也有人在不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中使用相同的ID，缺點是ID的選擇要盡可能復(fù)雜，在新應(yīng)用中注冊時才不會被人搶先一步，這個方法是用戶的行為，與程序和系統(tǒng)無關(guān).

全球范圍內(nèi)固定電話的綁定，鮮有人研究出實用性強的方法.究其原因，主要是以下幾個方面：(1)固話的通訊方式是電路交換，邊撥號邊連接線路，與手機的撥號完畢再建立連接不同，與互聯(lián)網(wǎng)的包交換方式更是有本質(zhì)的區(qū)別[8]；(2)每個國家的國家代碼長短不一，區(qū)號編碼各國自定，同樣長短不一，各區(qū)(城市)內(nèi)的電話號碼也長短不一；(3)各國有一到幾個運營商，每個運營商有各自的國際長途前綴和各自的國內(nèi)長途前綴；(4)有的國家和地區(qū)沒有區(qū)號，也就沒有國內(nèi)長途前綴的說法；(5)世界各地都可能隨時有城市合并、分裂，號碼升位，出現(xiàn)新運營商等情況，也即如果不是特殊的電信機構(gòu)，很難及時更新這些數(shù)據(jù)；(6)綁定的電話可能需要更換，比如搬家、旅游、換號.

本文研究的是一種適用的、ID綁定固定電話，進而用固定電話號碼替代ID來呼叫和建立網(wǎng)絡(luò)通訊的方法，可用于網(wǎng)絡(luò)電話的撥號、尋址和呼叫.本方法涉及固話號碼與ID的綁定方法、以及根據(jù)綁定數(shù)據(jù)來解析出被叫終端的ID的方法兩部分.綁定流程涉及通訊終端、服務(wù)器端以及綁定客服端.

1 根據(jù)綁定數(shù)據(jù)解析出被叫ID的流程和算法

1.1 綁定數(shù)據(jù)的組成

終端的ID與固定電話綁定完成后，在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，有一個根據(jù)“國家代碼+區(qū)號+電話號碼”(后文用ID查詢關(guān)鍵字)查找“終端ID”的表，本文稱為綁定數(shù)據(jù)表.該表包含“ID”、“國家代碼+區(qū)號+電話號碼”、“國家代碼”、“國際直撥前綴”、“區(qū)號”、“國內(nèi)直撥前綴”以及“電話號碼”等信息.終端可以根據(jù)自己的ID到服務(wù)器獲取表中的信息.

國際直撥前綴，又稱為國際長途出局號.例如：在中國打國際長途要先撥00，這個“00”就是中國的國際直撥前綴.國際直撥前綴是與運營商相關(guān)的，比如香港電訊盈科(PCCW)的國際直撥前綴是001，新世界(New World)是009.而美國、加拿大同屬“北美區(qū)號規(guī)劃”，國家代碼都是1，兩個國家的城市區(qū)號也是統(tǒng)一編號的，國際直撥前綴都是011，兩國城市之間的長途前綴都是1.

也有一些特殊的情況：有的國家或地區(qū)沒有國內(nèi)長途區(qū)號，例如新加坡；有的國家甚至沒有(或暫時沒有)自己的國家代碼，比如梵蒂岡，現(xiàn)在使用意大利的國家代碼39，和羅馬同區(qū)號06，只是形如698x xxxx的電話代表梵蒂岡.

為了描述清楚起見，下面舉例說明綁定數(shù)據(jù)的組成部分：

a) 國家或地區(qū)代碼：例如中國是86、中國香港是852、美國是1；

b) 國際長途(IDD)前綴：中國為00，中國香港新世界電信用戶是009，美國為011；

c) 國內(nèi)長途(DDD)前綴：中國為0，中國香港無，美國為1；

d) 區(qū)號：武漢為27，香港無，美國洛杉磯為213；

e) 電話號碼：武漢某用戶81234567,香港某用戶91234567，美國洛杉磯某用戶8765432；

f) ID查詢關(guān)鍵字：武漢某用戶862781234567，香港某用戶85291234567，美國洛杉磯某用戶12138765432.

1.2 用固話號碼來呼叫網(wǎng)絡(luò)終端，根據(jù)被叫號碼解析出被叫ID的算法

用固話號碼來呼叫網(wǎng)絡(luò)終端的含義是：在終端程序中填入與撥打?qū)Ψ焦淘捪嗤奶柎a，輸入完畢之后，終端程序計算出被叫終端的ID查詢關(guān)鍵字.然后，根據(jù)ID查詢關(guān)鍵字去服務(wù)器查找，就可以得到被叫終端的ID，使用ID就可以啟動網(wǎng)絡(luò)呼叫建立會話.從撥號字符串求得被叫終端ID查詢關(guān)鍵字的步驟如算法 1所示.

Algorithm 1: calculateIDLookupKey

input: Data_Binding,

Number_DialingOut

output: Key_IDLookup

1 if Number_DialingOut prefixed with IDD

2 Key_IDLookup = remain of Number_DialingOut with IDD canceled

3 else if Number_DialingOut prefixed with DDD

4 Key_IDLookup = remain of Number_DialingOut with DDD canceled

5 Key_IDLookup = country code + Key_IDLookup

6 else

7 Key_IDLookup = country code + area code + Number_DialingOut

以下分別舉例說明在撥打市話、國內(nèi)長途以及國際長途時，從撥出的號碼解析出ID查詢關(guān)鍵字的步驟.

a) 撥打市話：撥打市話時，不需要地區(qū)出局號、國際出局號，只需撥打電話號碼.這時終端將自己(主叫方)綁定的國家代碼和區(qū)號加在撥出的電話號碼前面，就得到被叫的ID查詢關(guān)鍵字.例如武漢用戶，輸入號碼11223344，號碼不是“00”開頭也不是“0”開頭(也即開頭數(shù)字不是IDD前綴，也不是DDD前綴)，所以這是個市話，終端程序?qū)?627加在前面，得到862711223344，這就是被叫終端的ID查詢關(guān)鍵字.

b) 國內(nèi)長途直撥：撥打國內(nèi)長途時，需要先撥地區(qū)出局號(在中國是0)，再撥被叫的區(qū)號，最后撥被叫的電話號碼.這時終端將自己(主叫方)撥出碼中的地區(qū)出局號去掉，在前面加上自己(主叫方)綁定的國家代碼，就得到被叫的ID查詢關(guān)鍵字.例如武漢用戶欲與深圳用戶通訊，輸入號碼075511223344，號碼以“0”開頭(也即開頭數(shù)字不是IDD前綴，而是DDD前綴)，所以這是個國內(nèi)長途電話，終端程序去掉0，再在前面加上86，得到8675511223344，也即被叫終端的ID查詢關(guān)鍵字.

c) 國際長途直撥：撥打國際長途時，需要先撥國際出局號(在中國是00)，再撥國家代碼、區(qū)號、電話號碼.這時終端將自己(主叫方)撥出碼中的國際出局號去掉，就得到被叫的ID查詢關(guān)鍵字.例如武漢欲與洛杉磯用戶通訊，輸入0012138765432，號碼以“00”開頭(也即開頭數(shù)字是IDD前綴)，所以這是個國際長途電話，終端程序?qū)?0去掉，這就是被叫終端的ID查詢關(guān)鍵字.

2 固話綁定終端ID的流程和算法

2.1 固話綁定工作原理及約束條件

終端呼叫另一終端需要服務(wù)器提供軟交換服務(wù)，真正用來呼叫從而建立網(wǎng)絡(luò)會話的是終端ID，這里涉及主叫方的ID和被叫方的ID.終端的ID，可以是預(yù)設(shè)固化在設(shè)備中不可更改的標(biāo)識，也可以是用戶到服務(wù)器注冊得到的賬號，也就是說終端程序知道自己的ID.被叫終端的ID則采用上一節(jié)的方法來求得.

固話綁定的目的是在服務(wù)器存放終端的PSTN信息(Public Switched Telephone Network，也即固定電話)，包括終端ID查詢關(guān)鍵字、國家代碼、IDD前綴、DDD前綴、區(qū)號、電話號碼.

綁定最簡單的方法是用戶在終端的UI輸入所有上述信息，但是這樣做有兩個嚴(yán)重的問題：1)這涉及到用戶的操作，則肯定需要驗證，經(jīng)過驗證的數(shù)據(jù)才能寫入到綁定數(shù)據(jù)庫.否則如果出現(xiàn)錯誤的綁定，就會擾亂其他用戶，擾亂系統(tǒng)的運行；2)大多數(shù)用戶不清楚國際長途出入局號、國內(nèi)長途出入局號等概念.因此，要求綁定的使用難度小、輸入盡可能少，又能保證用戶輸入的綁定信息是正確的.

本文的綁定功能由普通電話機、通訊終端、服務(wù)器、綁定客服機組成的系統(tǒng)來完成.通訊終端需要設(shè)計一個綁定向?qū)?，用戶在向?qū)У膰伊斜碇羞x擇國家，終端程序到服務(wù)器去查詢本國的運營商列表以及運營商對應(yīng)的國際長途出入局號及國內(nèi)長途出入局號，向?qū)э@示出運營商列表，用戶選擇他的固話的運營商，然后填入電話號碼，程序則將“ID”、“國家代碼”、“國際出入局號”、“國內(nèi)出入局號”以及“電話號碼”封裝為“綁定請求”，發(fā)送給服務(wù)器要求綁定.這時向?qū)э@示一個客服號碼(本國的客服機)，讓用戶用綁定ID的電話撥打這個號碼，然后用一個倒計時的方式來提醒用戶要撥打電話，用戶打通客服后能聽到電腦應(yīng)答的聲音后掛機.很快，終端的綁定向?qū)@示出綁定結(jié)果.

綁定客服機，則是在安裝了語音卡的PC機上運行綁定客服程序，同時還能從服務(wù)器收發(fā)綁定服務(wù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù).語音卡要求接上電話線，它有接收來電顯示和自動語音應(yīng)答的功能，同時綁定客服程序需要知道這根電話線的各種信息，就像客服機也是綁定了固話的終端那樣.

終端向?qū)С绦虬l(fā)送給服務(wù)器的“綁定請求”信息，將通過互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)交給綁定客服機來處理.用戶撥打客服電話時，客戶機的語音卡將收到來電顯示.這些信息和語音卡收到的來電顯示號碼進行對照，就能驗證用戶填入的電話號碼是否是真實的.如果是正確的，則客服程序計算出終端的“ID查詢關(guān)鍵字”、“區(qū)號”，從而得到完整的綁定數(shù)據(jù)，接著將這些綁定數(shù)據(jù)發(fā)回服務(wù)器.驗證錯誤時，也向服務(wù)器發(fā)回驗證錯誤的信息.服務(wù)器收到驗證正確的信息，則將綁定數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，驗證錯誤則不寫數(shù)據(jù)庫，然后向終端返回綁定結(jié)果.終端UI顯示出結(jié)果.

綁定客服是同時為很多用戶服務(wù)的，所以需要解決并發(fā)的問題，包括同一個終端經(jīng)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)來的信息與來電號碼不同步的問題.

2.2 固話綁定流程和算法

綁定流程涉及到多個設(shè)備和程序，這里用圖1所示的時序圖來表示.其中需要說明的是綁定客服機如何計算出待綁定終端的“區(qū)號”和“ID查詢關(guān)鍵字”.接到電話時，語音卡獲得的來電顯示(CallerID)，如果不以IDD入局號開頭也不以DDD入局號開頭(因為是來電，所以叫做入局號)，那么是市話來電，綁定程序只要在前面加上本身的區(qū)號以及國家代碼就得到了待綁定終端的“ID查詢關(guān)鍵字”了.如果以DDD入局號開頭而不以IDD入局號則為國內(nèi)長途來電，綁定程序只要將DDD入局號去掉，再在前面加上國家代碼就得到待綁定終端的“ID查詢關(guān)鍵字”.如果是以IDD入局號開頭則為國際長途來電，綁定程序只要將IDD入局號去掉就得到待綁定終端的“ID查詢關(guān)鍵字”.

圖1 終端ID與固話綁定時序圖

對于市話來電，終端綁定的區(qū)號與綁定客服機相同.對于國內(nèi)長途，終端綁定的區(qū)號在CallerID中，將電話號碼去掉就是終端綁定區(qū)號，電話號碼可從服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)來的“綁定請求”中獲得.對于國際長途來電，需要去掉CallerID尾部的電話號碼，還要去掉頭部的IDD入局號以及終端所在國的國家代碼，這里的國家代碼需要客服機自己在國家代碼列表去查找.

本文的綁定方法涉及到3個算法，分別用于終端程序、服務(wù)器程序和客服機程序.其中終端和服務(wù)器的算法相對簡單，此處只介紹客服機的算法，如算法2所示.

Algorithm 2: Binding customer service

input: Binding request,

Incoming call

output: Binding acknowledgement

1 while incoming network data or incoming PSTN call do

2 if incoming network data then

3 if it’s binding request then

4 insert request data into request list

5 else if incoming PSTN call then

6 get CallerID

7 iterate request list,compare CallerID with phone-No in the list

8 if match then

9 fetch area code from CallerID

10 calculate key for ID-lookup,formatted with “countrCode+areaCode+phoneNo”

11 remove corresponding item from request list

12 envelope binding data into a acknowledge packe,and send to server

13 remove all items in the request list whose exists for more than 10 minutes

算法2中提到的匹配，也即將綁定請求數(shù)據(jù)中的電話號碼與CallerID對比，電話號碼是用戶在綁定向?qū)е刑钊氲募冸娫捥柎a，不包含區(qū)號，而CallerID是電話線路傳送的來電顯示，如果是跨區(qū)撥打則包含區(qū)號，所以此處只要CallerID的尾端與電話號碼相同就算是匹配成功.第13行將超過10 min的綁定請求從隊列中移除，是考慮到用戶放棄撥打客服電話的情況下，避免隊列有無用的數(shù)據(jù)堆積.

3 模擬實驗

3.1 實驗環(huán)境和實驗參數(shù)

本文通過模擬實驗來驗證所提出的綁定流程產(chǎn)生綁定數(shù)據(jù)的正確性.實驗分4個程序：終端模擬軟件、服務(wù)器模擬軟件、綁定客服機模擬軟件、電話機模擬軟件，均是用c++開發(fā)，在linux上執(zhí)行.

服務(wù)器程序需要用到數(shù)據(jù)庫，本實驗選用mysql，建三張表.第1張是運營商表，字段由“國家名稱”、“國家代碼”、“運營商名稱”、“IDD出入局號”、“DDD出入局號”組成.第2張是綁定數(shù)據(jù)表，字段由“ID”、“國家代碼+區(qū)號+電話號碼”、“國家代碼”、“IDD出入局號”、“區(qū)號”、“DDD出入局號”、“電話號碼”組成.第3張是軟交換表，及其內(nèi)存鏡像表，由“ID”、“密碼”、“外網(wǎng)ip”、“外網(wǎng)port”、“內(nèi)網(wǎng)ip”、“內(nèi)網(wǎng)port”、“防火墻特性”、“國家代碼+區(qū)號+電話號碼”字段組成.

在運營商表中手動添加如表1所示的數(shù)據(jù)來代表全球各國的運營商，綁定數(shù)據(jù)表初始化為空表，在軟交換表手動添加如表2所示的數(shù)據(jù)來代表終端的認證信息，其中ID為“01:02:03:04:00:01”的信息代表綁定客服機，軟交換表的內(nèi)存鏡像表在服務(wù)器程序運行時創(chuàng)建并從軟交換表中復(fù)制數(shù)據(jù)，終端發(fā)送登錄UDP包及心跳包時，鏡像表更新它的ip和port.假設(shè)終端用MAC地址作為ID.

表1 PSTN運營商表

表2 軟交換表

綁定客服機由兩路數(shù)據(jù)輸入，一個是服務(wù)器發(fā)來的綁定請求，一個是語音卡收到PSTN來電獲得CallerID.本文的實驗省略了電話機和語音卡兩部分，電話機模擬軟件與綁定客服機程序之間的CallerID傳送用UDP來完成.“打電話”時運行電話機模擬軟件，命令行參數(shù)為撥出的電話號碼.

3.2 綁定固話的實驗

考慮到該模型涉及到軟交換，并且服務(wù)器與終端的通訊是大容量和高并發(fā)的，所以用UDP來實現(xiàn).在進行圖1所示綁定流程前，終端和綁定客服機都登錄到服務(wù)器，用ID和密碼來驗證合法性，登錄之后每隔30s發(fā)送一次心跳包(也即終端定時向服務(wù)器發(fā)送一個心跳包，服務(wù)器收到后也向終端返回一個心跳包).服務(wù)器收到終端的登錄包或者心跳包時，就會獲得終端的外網(wǎng)ip和外網(wǎng)port，然后記錄到軟交換表.軟交換表是用來查找發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的目的地址.

終端程序啟動兩個實例，一個是ID為1A:2B:3C:09:08:01的終端(下稱終端A)，一個是ID為1A:2B:3C:09:08:02的終端(下稱終端B).

本實驗假設(shè)綁定客服機都是在深圳，那么對應(yīng)的國家代碼為“86”，IDD出入局號為“00”，DDD出入局號為“0”,區(qū)號為“755”.

假終端A在武漢(81234567)，終端B是香港和記電訊的用戶(91234567).對于終端A，客服機收到的CallerID是02781234567，對于終端B，客服機收到的CallerID是0085291234567.

按照算法2設(shè)計綁定流程，得到綁定數(shù)據(jù)填入表3，并發(fā)回給終端程序.

表3 綁定數(shù)據(jù)表

3.3 用固定電話號碼實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)呼叫的實驗

上述的終端B呼叫終端A時，在UI上輸入“0080862781234567”,終端B的程序用根據(jù)算法1計算得終端A的ID查找關(guān)鍵字“862781234567”,然后去服務(wù)器查找(查找表2的內(nèi)存鏡像表)終端A的ID得到“1A:2B:3C:09:08:01”，根據(jù)ID就可以在軟交換表中查找到終端A的外網(wǎng)ip和port，進而建立網(wǎng)絡(luò)會話.

3.4 實驗結(jié)論

本實驗?zāi)M了一個終端用常規(guī)固定電話撥號方式來呼叫另一個網(wǎng)絡(luò)終端從而建立網(wǎng)絡(luò)會話的過程.綁定過程引入了客服機來驗證用戶選擇的國家、運營商以及填寫的電話號碼是真實的和唯一的.將ID與固話號碼綁定之后，用戶像平常撥打固話那樣輸入被叫電話號碼，系統(tǒng)將輸入的數(shù)字轉(zhuǎn)換成被叫的ID查詢關(guān)鍵字，然后用這個關(guān)鍵字去綁定數(shù)據(jù)表中找到被叫的ID，最后根據(jù)被叫的ID，通過服務(wù)器的軟交換功能來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)呼叫，并建立會話.模擬實驗表明：本文所提出的方法是切實可行的.

4 結(jié)束語

通訊類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序通常都需要一個ID，用以標(biāo)識使用者或者設(shè)備的身份.但是，這些ID通常難以記憶.本文提出了綁定固定電話號碼與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序或者設(shè)備ID的方法，以及使用固定電話號碼來替代ID進行呼叫和建立網(wǎng)絡(luò)會話的方法，具有較強的適用性，很容易應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)音視頻會話類的產(chǎn)品中.最后，通過模擬實驗驗證了本文所提出方法的可行性.此外，輸入電話號碼建立網(wǎng)絡(luò)尋址呼叫和會話后，軟件可以保留會話歷史記錄和好友列表，通過會話歷史記錄和好友列表也能直接發(fā)起呼叫.

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