趙旨忠 ，吳秀梅

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.石家莊新華中學(xué)，河北 石家莊 050005)

一種應(yīng)用于IP網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制設(shè)計(jì)

趙旨忠1，吳秀梅2

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.石家莊新華中學(xué)，河北 石家莊 050005)

電信網(wǎng)絡(luò)逐步向IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，基于IP網(wǎng)絡(luò)的SIP(會(huì)話初始協(xié)議)逐步成為視頻、音頻多媒體業(yè)務(wù)互通的主要會(huì)話控制協(xié)議。呼叫控制為了滿足多種網(wǎng)絡(luò)融合互通的需要，提出以SIP協(xié)議互聯(lián)互通，兼容傳統(tǒng)信令的設(shè)計(jì)思想。呼叫控制實(shí)體通過實(shí)時(shí)同步用戶號(hào)碼實(shí)現(xiàn)呼叫尋址?；贗P網(wǎng)絡(luò)呼叫控制實(shí)體會(huì)話邏輯處理上只有源和目的節(jié)點(diǎn)，沒有中間節(jié)點(diǎn)，簡化了呼叫尋址的處理邏輯?；贗P技術(shù)設(shè)計(jì)的呼叫控制為實(shí)現(xiàn)媒體設(shè)備動(dòng)態(tài)組網(wǎng)提供了設(shè)計(jì)參考。

呼叫控制；實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議；會(huì)話初始協(xié)議；會(huì)話描述協(xié)議；用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議

0 引言

人們對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需求逐步呈現(xiàn)多樣化、綜合化和個(gè)性化的趨勢，但是傳統(tǒng)通信網(wǎng)是基于單一媒體交換技術(shù)所構(gòu)造，業(yè)務(wù)種類單一，因此對(duì)PSTN網(wǎng)(公共交換電話網(wǎng))提出了進(jìn)一步發(fā)展的要求。同時(shí)IP交換技術(shù)飛速發(fā)展，高速IP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能為話音、視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，所以傳統(tǒng)電信網(wǎng)向 IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。新型通信網(wǎng)是以IP技術(shù)為核心，可以同時(shí)支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的融合網(wǎng)絡(luò)[1-2]。

傳統(tǒng)電話程控網(wǎng)話音業(yè)務(wù)是面向連接的，信令系統(tǒng)復(fù)雜，信令種類多。而以IP技術(shù)為核心通信網(wǎng)絡(luò)的呼叫會(huì)話協(xié)議是以SIP為主，SIP是應(yīng)用層協(xié)議，主要承載在UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)傳輸協(xié)議上，SIP協(xié)議的本身不區(qū)分為用戶和局間，是一種“end-to-end”協(xié)議[3]。SIP設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供多媒體建立、修改和終止。呼叫控制以SIP為支撐，通過SIP完成用戶定位、能力管理、用戶可用性管理和會(huì)話管理[4]。

本文的呼叫控制實(shí)體采用SIP協(xié)議互聯(lián)互通，去掉了原有的中繼信令系統(tǒng)。并在IP 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由技術(shù)基礎(chǔ)上采用新的同步協(xié)議用于支持呼叫控制實(shí)體路由尋址，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)路拓?fù)涞谋馄交?/p>

1 呼叫控制

呼叫控制(CC)是控制面的功能實(shí)體，呼叫控制在各個(gè)信令點(diǎn)(SP)支撐的基礎(chǔ)之上，通過內(nèi)部的私有呼叫原語與各個(gè)信令點(diǎn)處理實(shí)體模塊互通，這樣呼叫控制需要完成與各個(gè)不同信令到原語時(shí)序、語義、語法的匹配，從而完成呼叫的建立、維持和拆除[5-6]。呼叫控制在軟件實(shí)現(xiàn)上的核心是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)的軟件模塊，在每個(gè)狀態(tài)機(jī)上處理不同類型的呼叫原語。因?yàn)槊總€(gè)呼叫從呼叫建立到呼叫拆除需要處理相同或不同的信令點(diǎn)的原語，所以每個(gè)呼叫的業(yè)務(wù)控制狀態(tài)機(jī)在呼叫控制模塊上都是不同的邏輯。如果把特服(補(bǔ)充業(yè)務(wù)控制)和普通呼叫的控制都集中在一個(gè)呼叫控制實(shí)體模塊來完成，呼叫控制模塊會(huì)因?yàn)槎喾N呼叫邏輯的疊加變得復(fù)雜，最合適的做法是采用分而自治的原則。

在邏輯上把復(fù)雜補(bǔ)充業(yè)務(wù)邏輯和普通呼叫分開實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到邏輯復(fù)雜度的平衡，軟件易于實(shí)現(xiàn)。通常呼叫控制架構(gòu)如圖1所示。

圖1 呼叫控制架構(gòu)

信令系統(tǒng)：由于IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)并存，信令系統(tǒng)是以SIP為主，兼容其他信令。傳統(tǒng)信令按照應(yīng)用工作區(qū)間上分為兩大類[7-8]:① 用戶線信令(比如模擬電話環(huán)路信令)，負(fù)責(zé)用戶話機(jī)和交換機(jī)之間傳遞的信令；② 局間信令(如No.7)，負(fù)責(zé)話音組網(wǎng)和號(hào)碼尋址[9]。SIP沒有嚴(yán)格用戶側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)區(qū)分，SIP是應(yīng)用層的會(huì)話控制協(xié)議，IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)SIP是完全透明。

媒體資源管理：現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)是融合的網(wǎng)絡(luò)，媒體業(yè)務(wù)有多種編碼格式。呼叫控制通過信令系統(tǒng)完成媒體的編碼協(xié)商后，通過消息和媒體資源管理模塊交互，完成媒體業(yè)務(wù)的編碼轉(zhuǎn)換。編碼后的媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載在RTP包中，通過IP交換完成媒體業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)[10]。

維護(hù)管理：呼叫控制通過消息與維護(hù)管理模塊交互，完成呼叫控制運(yùn)行參數(shù)管理。

呼叫控制：呼叫控制通過呼叫原語在時(shí)序、語義和語法3個(gè)方面完成傳統(tǒng)的信令與SIP協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

2 尋址技術(shù)

傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)的呼叫控制通過局間的尋路信令完成尋址過程，呼叫控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔潭?，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分層。由于固定電話網(wǎng)話音業(yè)務(wù)是面向全連接的，承載面和控制面緊密耦合，呼叫控制實(shí)體網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)潢P(guān)系依賴交換設(shè)備的實(shí)際拓?fù)潢P(guān)系。

傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)拓?fù)湓谠O(shè)計(jì)和布局上都以事先規(guī)劃為前提，特別是用戶號(hào)碼路由信息在一個(gè)局部區(qū)域基本固定，即使移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)也只是用戶終端漫游和切換[11-12]，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的交換設(shè)備位置相對(duì)固定。固定電話網(wǎng)呼叫控制實(shí)體尋址邏輯模型如圖2所示，呼叫控制實(shí)體3的用戶作為主叫尋址呼叫控制實(shí)體4 的用戶，呼叫路徑是呼叫控制3到呼叫控制4一跳固定路由3-4，如果呼叫控制3到呼叫控制4之間的鏈路出現(xiàn)故障，由于用戶號(hào)碼路由服務(wù)不能及時(shí)重新規(guī)劃呼叫控制3到呼叫控制4的其他路由，即使呼叫控制3到呼叫控制4之間有其他路徑3-1-2-4，呼叫控制3的電話也無法和呼叫控制4的電話互通。由此可見傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)的拓?fù)淙鄙凫`活機(jī)動(dòng)組網(wǎng)能力。

圖2 固定電話網(wǎng)絡(luò)邏輯尋址

新設(shè)計(jì)的呼叫控制是以IP路由技術(shù)為基礎(chǔ)而構(gòu)建的，由于IP網(wǎng)絡(luò)通過動(dòng)態(tài)路由協(xié)議可以機(jī)動(dòng)、靈活地完成交換設(shè)備的組網(wǎng)，呼叫控制實(shí)體通過被叫用戶信息得到用戶公開IP地址信息，從而完成被叫用戶的尋址過程。呼叫處理路由查詢流程如圖3所示，呼叫控制實(shí)體收到呼叫請(qǐng)求，通過查詢位置服務(wù)器得到被叫號(hào)碼對(duì)應(yīng)的IP地址。

呼叫控制1、2作為呼叫狀態(tài)相關(guān)的SIP代理服務(wù)器，用戶號(hào)碼位置服務(wù)作為SIP位置服務(wù)器。呼叫控制維持會(huì)話每個(gè)請(qǐng)求的處理狀態(tài)，還會(huì)維持會(huì)話的處理狀態(tài)。用戶號(hào)碼位置服務(wù)負(fù)責(zé)用戶公開地址(通常電話號(hào)碼)與實(shí)際地址(IP地址)的綁定關(guān)系維護(hù)。

圖3 呼叫處理路由查詢

新設(shè)計(jì)的呼叫控制為了實(shí)現(xiàn)靈活機(jī)動(dòng)組網(wǎng)，需要把用戶位置服務(wù)這一功能落到每個(gè)交換設(shè)備的呼叫控制實(shí)體內(nèi)部，這樣呼叫控制實(shí)體通過同步算法得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的用戶號(hào)碼對(duì)應(yīng)IP地址信息，呼叫控制動(dòng)態(tài)邏輯模型如圖4 所示。

圖4 動(dòng)態(tài)IP網(wǎng)絡(luò)尋址

呼叫控制實(shí)體邏輯上都有多個(gè)中繼方向，有別于傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)，圖4所有中繼話音業(yè)務(wù)和信令都是承載在IP網(wǎng)絡(luò)上。網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的中繼鏈路是動(dòng)態(tài)變化的。呼叫控制3的用戶尋址呼叫控制4的用戶，呼叫控制3到呼叫控制4有多條尋址路徑，即使一條路徑故障，呼叫控制3下的呼叫也可從其他路徑迂回到達(dá)，具體實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路如下：呼叫控制實(shí)體通過動(dòng)態(tài)路由協(xié)議(OSPF、RIP)或者維護(hù)管理得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制實(shí)體IP地址集合A，同步請(qǐng)求消息中的IP地址集合為B，C=A-(A∩B)(把集合A中所有與集合B所有相同地址元素剔除掉后得到集合C)[13]。每個(gè)呼叫控制實(shí)體按照集合C的IP地址同步電話號(hào)碼和IP地址的綁定信息。

同步流程的算法如下：本地呼叫控制實(shí)體在收到UAC(SIP用戶代理)或者其他用戶SP(信令處理點(diǎn))的注冊(cè)請(qǐng)求后，呼叫控制把注冊(cè)請(qǐng)求依照同步請(qǐng)求原語構(gòu)造同步請(qǐng)求消息，按照集合C地址信息發(fā)送同步請(qǐng)求[14]。網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備的呼叫控制實(shí)體收到同步請(qǐng)求后，先在本地用戶號(hào)碼和IP地址信息綁定信息表中查找同步請(qǐng)求的用戶號(hào)碼和IP地址。如果在本地沒有找到，則在地址號(hào)碼信息表中添加綁定信息，同時(shí)把本地呼叫控制實(shí)體的IP地址信息添加到同步請(qǐng)求消息IP地址集合B中，呼叫控制實(shí)體把同步請(qǐng)求向集合C中 IP地址信息(除去同步請(qǐng)求的路徑信息中的本呼叫控制IP)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，這樣最終把每個(gè)用戶號(hào)碼和網(wǎng)絡(luò)IP地址的綁定關(guān)系同步到網(wǎng)絡(luò)上所有的呼叫控制實(shí)體。為了防止呼叫控制同步請(qǐng)求形成路由環(huán)路，擴(kuò)展的SDP協(xié)議信息字段必須包括源設(shè)備節(jié)點(diǎn)和目的設(shè)備節(jié)點(diǎn)的IP地址、尋呼路徑(所經(jīng)過的所有的節(jié)點(diǎn)的IP 地址)、用戶號(hào)碼和TTL信息字段[15]。

呼叫控制實(shí)體同步用戶號(hào)碼與IP地址綁定信息的流程如圖5 所示。

圖5 用戶位置同步流程

3 呼叫控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

呼叫控制程序模塊開發(fā)語言為C語言，運(yùn)行在Linux或者vxWorks 操作系統(tǒng)平臺(tái)上。

呼叫控制軟件作為交換控制設(shè)備的核心軟件模塊，呼叫控制軟件在功能要和多個(gè)SP(信令點(diǎn)處理)交互，既要負(fù)責(zé)用戶信令的接入，還要負(fù)責(zé)SIP路由管理，每個(gè)呼叫的異常處理分支多，所以呼叫控制在程序劃分為多個(gè)子功能模塊，呼叫控制軟件模塊劃分如圖6所示。

圖6 呼叫處理的功能組成

呼叫控制為保證呼叫原語嚴(yán)格按照既定時(shí)序進(jìn)入呼叫控制的狀態(tài)機(jī)，呼叫控制在實(shí)現(xiàn)上只有一個(gè)任務(wù)或是線程。呼叫控制的核心是狀態(tài)機(jī)管理，其他軟件模塊都是為呼叫控制的狀態(tài)機(jī)模塊服務(wù)的。狀態(tài)機(jī)的維護(hù)管理與媒體資源、SIP路由和呼叫原語是異步消息通信；與號(hào)碼分析、工作參數(shù)函數(shù)的同步調(diào)用。SIP路由管理模塊為了實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)靈活組網(wǎng)能力，需要擴(kuò)展SDP(會(huì)話描述協(xié)議)用于支持同步信令，擴(kuò)展內(nèi)容必須有以下信息,具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

typedef union

{

unsigned int l_addr;

unsigned char b_addr[4];

}ipAddr_U;

typedef struct

{

unsigned short sigVer;

unsigned short sigType;

unsigned int callId[2];

ipAddr_U srNodeIp;

unsigned short srNoeIport;

unsigned char srcTel[];

unsigned char nodeNum;

ipAddr_U callPath[nodeNum]；

}roueInfoBa_T;

typedef struct

{

unsigned short sigVer;

unsigned short sigType;

unsigned int callId[2];

ipAddr_U srNodeIp;

unsigned short srNoeIport;

unsigned char srcTel[];

int anResult；

} roueInfoBaAns_T;

callPath[]地址路徑：地址信息集合B。

sigVer、sigType：信令版本、信令消息。

srTel、srNodeIp、srNoeIport：同步請(qǐng)求消息的電話號(hào)碼、IP地址、端口號(hào)。

callId：呼叫源端分配的呼叫ID。

anResult：同步響應(yīng)。

呼叫控制通過同步得到了網(wǎng)絡(luò)所有用戶的公開的IP地址信息，在后續(xù)的會(huì)話控制過程中省去了路由查詢過程。呼叫控制實(shí)體以單獨(dú)的任務(wù)守候在本節(jié)點(diǎn)呼叫控制IP地址上，IP端口地址固定，SIP協(xié)議軟件工作只對(duì)SIP協(xié)議字段與呼叫原語信息字段做對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換，沒有呼叫狀態(tài)機(jī)的處理。呼叫控制負(fù)責(zé)狀態(tài)機(jī)的處理，每個(gè)呼叫的后續(xù)呼叫信令就只涉及源和目的節(jié)點(diǎn)的呼叫控制實(shí)體，沒有中間節(jié)點(diǎn)參與，呼叫控制網(wǎng)絡(luò)側(cè)會(huì)話控制流程如圖7所示[16-17]。

圖7 呼叫控制網(wǎng)絡(luò)側(cè)會(huì)話流程

在呼叫建立后，控制面的呼叫控制協(xié)議SIP(承載在UDP或SCTP協(xié)議上)、業(yè)務(wù)面話音數(shù)據(jù)(承載在RTP協(xié)議上)[18-19]。業(yè)務(wù)和信令在網(wǎng)絡(luò)層都是源節(jié)點(diǎn)到目的端的IP分組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，在IP層以上沒有中間節(jié)點(diǎn)的控制，這樣簡化了呼叫處理處理程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[20-21]。

4 結(jié)束語

本文呼叫控制實(shí)體是由呼叫狀態(tài)SIP協(xié)議代理服務(wù)器，呼叫控制實(shí)體通過IP網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有呼叫控制實(shí)體的IP地址信息集，在此基礎(chǔ)上通過實(shí)時(shí)同步算法使每個(gè)呼叫控制實(shí)體掌握每個(gè)用戶號(hào)碼與其對(duì)應(yīng)的IP服務(wù)地址信息[22-23]，從而實(shí)現(xiàn)了交換設(shè)備動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，用戶設(shè)備靈活接入。呼叫控制的同步算法是一種逆向路由技術(shù)，適用于規(guī)模不大的網(wǎng)絡(luò)。

[1] 李靜林,孫其博,楊放春.下一代網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議分析[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社.

[2] 劉 飛.關(guān)于嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)[J].大眾科技, 2010, 28(1):15-17.

[3] IETF Request for Comments 3261.Session Initiation Protocol[S].

[4] IETF Request for Comments 5359.Session Initiation Protocol[S].

[5] 李 博，謝曉明，柴 政.數(shù)字無中心系統(tǒng)呼叫控制協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32(9):66-69.

[6] 余 昇.無中心通信系統(tǒng)中呼叫控制層協(xié)議的設(shè)計(jì)[J].江西科學(xué),2010,28(1):105-108.

[7] 葉 敏.程控?cái)?shù)字交換與現(xiàn)代通信網(wǎng)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，1998.

[8] 許 輝，王永添.現(xiàn)代通信網(wǎng)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005.

[9] GB3378-82(1982).電話自動(dòng)交換網(wǎng)用戶信令方式[S].

[10] RFC 3550-RTP:A Transport Protocol for Real-Time Applications[S].

[11] 韓斌杰，杜新顏，張建斌.GMS原理及其優(yōu)化[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[12] 袁東風(fēng).編碼調(diào)制技術(shù)原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006.

[13] 熊金城.點(diǎn)集拓?fù)鋄M].北京：高等教育出版社,2001.

[14] 張智江.SIP 協(xié)議及其應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.

[15] IETF Request for Comments 2327.Session Description Protocol[S].

[16] 孫少鵬,趙旨忠.基于Asterisk的SIP/H.323視頻網(wǎng)關(guān)研究[J].無線電工程,2013,43(6):6-9.

[17] 張亞夫,宣二勇.高速交換矩陣調(diào)度器的FPGA設(shè)計(jì)[J].無線電工程,2013,43(6):4-5,9.

[18] 劉 揚(yáng)，李智群，魯榮杰.基于FPGA的音頻交換混合矩陣設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子器件,2010,33(2):235-239.

[19] 李彩萍.基于寬帶柔性轉(zhuǎn)發(fā)器的高速交換技術(shù)研究[M].西安:西安電子科技大學(xué), 2014.

[20] 程時(shí)端.IP網(wǎng)上的話音傳遞技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[21] MINOLI D,MINOLI E.IP網(wǎng)上的話音傳遞技術(shù)[M].程時(shí)端，盧美蓮，等，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[22] 韓 笑,朱武增.TD-LTE網(wǎng)絡(luò)IP地址與VLAN ID規(guī)劃方法的研究[J].移動(dòng)通信,2014,38(6):39-43.

[23] 王煒發(fā),劉學(xué)軍.無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備技術(shù)方案研究[J].移動(dòng)通信,2014,38(12):28-32.

A Call Control Design for IP Network

ZHAO Zhi-zhong1,WU Xiu-mei2

(1.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China;2.XinhuaSchool,ShijiazhuangHebei050005,China)

With the gradual evolution of telecom network to IP network,SIP based on IP network has become the main session control protocol of video and audio multimedia service.In order to meet the needs of integration and interoperability of a variety of networks,a design of call control using SIP protocol for interoperability is proposed,which is compatible with the traditional signaling.The call control entity achieves call addressing through real-time synchronous user number.The IP network call control session handles only the source and destination node and there is no intermediate node，which simplifies the processing logic of call addressing.The call control based on IP network offers a design reference to the implementation of dynamic media device network.

call control；RTP；SIP；SDP；UDP

2017-03-20

河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(16210327D);通信網(wǎng)信息傳輸與分發(fā)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(2016YFB0800300)。

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.06.02

趙旨忠，吳秀梅.一種應(yīng)用于IP網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制設(shè)計(jì)[J].無線電工程,2017,47(6):6-9,14.[ZHAO Zhizhong, WU Xiumei. A Call Control Design for IP Network[J].Radio Engineering,2017,47(6):6-9,14.]

TN713.5

A

1003-3106(2017)06-0006-04

趙旨忠 男，(1981—)，工程師。主要研究方向：通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)。

吳秀梅 女，(1979—)，中教二級(jí)。主要研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)。