6-接入网VoIP技术

烽火通信股份有限公司

接入网产品部

罗文毅

2006年8月25日•技术背景及发展趋势

•VoIP组网应用

•VoIP相关协议

•几种协议通话流程

•AN3300-01综合接入设备中VoIP部分介绍

•FTTH产品中VoIP语音实现技术背景

•传统意义的PSTN电话网络和以INTERNET 为代表的数据通信网络是彼此、互不存在业务联系的两张网。

•而随着计算机技术、光纤通信技术、数字技术、交换技术和语音压缩技术的发展，两大网络即语音网络和数据网络出现了融合的趋势。

VoIP（Voice over IP）

•是把话音或传真转换成数据，然后与数据一起共享同一个IP网络（Internet互联网）。由于话音和传真在Internet上免费搭乘了“顺风车”，所以点对点(网关---网关)国际或国内长途通讯是完全免费的。

•信息产业部2003年发布的《电信业务分类目录》中对IP电话的定义为：“IP电话业务在此特指由电话网络和IP网络共同提供的Phone-Phone以及PC-Phone的电话业务，其业务范围包括国内长途IP电话业务和国际长途IP电话业务。IP 电话业务在整个信息传递过程中，中间传输段采用IP包方式。”

•IP电话又可分为：互联网上的IP电话(如Skype)，IP电信承载网中的IP电话(NGN电话)。

NGN（Next generation network）•ITU-T SG13 2004年1月给出了NGN的定义：NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务；利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相。此外，NGN可以使用户自由接入到不同的业务提供商，并支持通用移动性。

•NGN话音与互联网上的VoIP的区别是：NGN话音是基于相对封闭的运营商私网提供VoIP业务，虽然采用了开放的体系结构，但网络与业务都被运营商所严格控制与管理，网络与业务的关联性依然很大，其话音业务质量与PSTN 相当并且能够提供PSTN不能提供的更多新业务，在监管上参照PSTN。

软交换（SoftSwitch）

•作为NGN网络的核心技术，软交换的发展因而受到越来越多的关注，作为下一代网络的控制功能模块，软交换为下一代网络(NGN)具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能。

•我国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是：“软交换是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，它于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。”

•我国已完成并颁布了《软交换设备总体技术要求》(YDC003-2001)，明确规范了软交换在网络中的位置，功能要求、业务要求、操作维护和网管要求、协议和接口要求，计费要求和性能指标，并规定了与IP 电话及智能网的互通要求等。

发展趋势

•在软交换之间互通协议方面，目前固网中应用较多的是SIP-T，移动应用的是BICC，未来的发展方向是SIP-I；

•在软交换与媒体网关（AG、IAD）之间的控制协议方面，MGCP较成熟，但H.248继承了MGCP的所有的优点，有取代MGCP的趋势；

•软交换与终端之间的控制协议方面，SIP是趋势；•软交换与应用服务器之间，SIP是主流，目前此业务接口基本成熟；

•应用服务器与第三方业务，Parlay是方向，但目前商用不成熟。

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•AN3300-01综合接入设备中VoIP部分介绍

•FTTH产品中VoIP语音实现

SS7

M3UA

TG

AG PSTN

H.248SG SS

SIP/PARLAY

oss APP Server

SS IAD

MSAN SIP

PHONE

•中继媒体网关(Trunk Gateway)：位于电路交换网和分组网络之间的媒体网关设备，用来终结大量的数字电路。根据中继媒体网关承载方式不同，中继媒体网关分为IP 中继媒体网关和ATM 中继媒体网关。

•媒体资源服务器(Media Sever)：提供专用媒体资源功能的设备，提供基本和增强业务中的媒体处理功能，包括DTMF信号的采集与解码、信号音的产生与发送、录音通知的发送、会议、不同编解码算法间的转换等各种资源功能以及通信功能和管理维护功能。

•综合接入设备（Integrated Access Device）：软交换网络用户接入层设备，将用户的数据、语音及视频等应用接入到分组交换网络中，在分组交换网络中完成相应的功能，IAD 的用户端口数一般不超过48 个。•接入网关（Access Gateway）：一种提供用户网络接口（UNI）的媒体网关。

•多业务综合接入网关（Multi-Service Access Network ）：提供xDSL、POTS、ISDN等多种用户业务接口接入网关设备。

•媒体网关控制器(MGC)：MGC 对MG 中的与媒体通道的连接控制相关的呼叫状态进行控制。

•媒体网关(MG)：MG 将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式。例如：MG 能够在电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换。MG 可以处理音频、视频或者T.120，也可以具备处理这三者任意组合的能力。MG 能够进行全双工的媒体转换。MG 可以演示视频/音频消息，实现其它IVR (Interective Voice Response •) 功能，也可以进行媒体会议。

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H.323协议

•H.323是ITU-T第16工作组的建议，由一组协议构成，与其中有负责音频视频信号的编码、解码和包装，有负责呼叫信令收发和控制的信令，还有负责能力交换的信令。H.323的第4版本具备做电信级大网的特征，以它为标准构建的IP电话网能很容易地与传统PSTN电话网兼容。

•H.323协议族规定了在主要包括IP网络在内的基于分组交换的网络上提供多媒体通信的部件、协议和规程。H.323一共定义了四种部件：终端，网关，网守和多点控制单元。利用它们，H.323可以支持音频、视频和数据的点到点或点到多点的通信。H.323协议族包括用于建立呼叫的

H.225.0、用于控制的H.245、用于大型会议的H.332 以及用于补充业务的H.450.X等。H.323 协议中包含3条信令控制信道：RAS信令信道、呼叫信令信道和H.245 控制信道。3 条信道的协调工作使得H.323的呼叫得以进行。

终端

•在基于IP的网络上是一个客户端点。它需要支持下面3项功能：支持信令和控制，即支持H.245（有关通道使用和通道能力的复杂协议）和H.225（一个类似Q.931的呼叫信令收发和建立协议）以及RAS（定义在H.225，用于终端与网守通信协议）；支持实时通信，即支持RTP/RTCP(一个对声频和视频信息包顺序处理的协议)；支持编码，即传前压缩，收后进行解压缩。为互操作性，每个H.323终端需支持Q.711，其它的编码方式作为选项。

网关

•提供在包交换网络和电路交换网络(SCN，Switch Circuit Network)之间的一个连接。

网守

•在H.323系统中是可选的，但如果出现，它们就具有某些强制性的功能，网守完成地址翻译、接纳控制、带宽控制、域管理4个必须功能。网守还支持呼叫控制信令、呼叫鉴权、带宽管理和呼叫管理4个可选的功能。当一个H.323系统中有网守时，所有类型的端用户在建立一次呼叫之前都需要到网守登录并获得它的许可。

多点控制单元

•多点控制单元支持3个以上的端用户进行会话。典型的MCU包括一个多点控制器（MC）和若干个(也可以没有)多点处理器（MP）。MC提供控制功能，如终端之间的协商，决定处理话音或视频共有的能力。MP完成会话中的媒体流的处理，如话音的混合、话音/视频交换。

MGCP协议

•MGCP协议与H.223不同，H.323提出了一套IP电话体系结构。MGCP不涉及IP电话的体系结构，只涉及网关分解问题，因而可用于H．323 IP电话系统。网关可分解成媒体网关(MG)和媒体网关控制器(MGC)，MG 在MGC(或软交换)的控制下，实现跨网媒体业务。从逻辑上看很简单，网关由MG和MGC组成。从物理上看就不那么简单了，到目前为止，网关的分解还没有确定的方式，可根据不同的需求进行分解。

MGCP协议

•MGCP协议是1999年由Internet工程任务组(IETF)制定的媒体网关控制协议，MGCP协议定义的连接模型包括端点(endpoint)和连接

(connection)两个主要概念。

•端点是数据源或数据宿，可以是物理端点，也可以是虚拟端点。端点类型包括数字通道、模拟线、录音服务器接入点及交互式话音响应接入点。端点标识由端点所在网关域名和网关中的本地名两部分组成。•连接可以是点到点连接或多点连接。点到点连接是两个互相发送数据的端点之间的一种关联，该关联在两个端点都建立起来后，就可开始传送数据。多点连接是多个端点之间的关联。连接可建在不同类型的承载网络上。呼叫代理可要求端点在检测到某些事件(如摘机、挂机、拍叉或拨号)发生时，向其发出通知，也可请求将某些信号(如拨号音、回铃音、忙音等)加到端点上。事件和信号组合成包，每个包由某一特定端点支持。每个事件(含信号)可用“包名／事件名”表示，每类端点有特定的包，每个包包含有规律的事件和信号，包名和事件名均用数字字母串表示。

MGCP协议

•MGCP采用文本协议，协议消息分为命令和响应，每个命令需要接收方回送响应，采用三次握手方式证实。命令消息由命令行和若干参数行组成，响应消息带有3位数字的响应码。MGCP采用媒体描述协议(SDP)向网关描述连接参数。为了减小信令传送时延，MGCP采用用户数据报协议(UDP)传送。

•(l)端点配置命令(EndpointConfiguration)，从呼叫代理到网关；

•(2)通知请求命令(NotificationRequest)，从呼叫代理到网关；

•(3)通知命令(Notify)，从网关到呼叫代理；

•(4)创建连接命令(CreateConnection)，从呼叫代理到网关，呼叫代理用该命令将某端点与指定的IP地址和UDP端口关联，另外还向远端端点发送创建连接命令，建立两个端点间的连接；

•(5)修改连接命令(ModifyConnection)，从呼叫代理到网关，修改以前建立连接的参数；

•(6)删除连接命令(DeleteConnection)，从呼叫代理到网关(也可从网关到呼叫代理)，删除以前建立的连接；

•(7)审计端点命令(AuditEndpoint)，从呼叫代理到网关；

•(8)审计连接命令(AuditConnection)，从呼叫代理到网关；

•(9)重启动进行中命令(RestartInprogress)，从网关到呼叫代理。

Megaco/H.248协议

•H.248协议规定的协议是软交换设备（或MGC与综合接入媒体网关、IP中继媒体网关、ATM中继媒体网关、多媒体网关、综合接入设备IAD、媒体服务器和H.248智能终端之间的接口协议，多点控制器MC和多点处理器MP之间的接口协议。

Megaco/H.248协议•H．248协议是2000年由ITU-T第16工作组提出的媒体网关控制协议，它是在早期的MGCP协议基础上改进而成。H.248／MEGACO协议是用于连接MGC与MG的网关控制协议，应用于媒体网关与软交换之间及软交换与H．248／MEGACO终端之间，是软交换应支持的重要协议。

•H.248协议定义的连接模型包括终端(termination)和上下文(context)两个主要概念。终端是MG中的逻辑实体，能发送和接收一种或多种媒体，在任何时候，一个终端属于且只能属于一个上下文，可以表示时隙、模拟线和RTP(real time protocol)流等。终端类型主要有半永久性终端(TDM信道或模拟线等)和临时性终端(如RTP流，用于承载语音、数据和视频信号或各种混合信号)。用属性、事件、信

号、统计表示终端特性，为了解决屏蔽终端多样性问题，在协议中引入了包(package)概念，将终端的各种特性参数组合成包。一个上下文是一些终端间的联系，它描述终端之间的拓扑关系及媒体混合／交换的参数。朗讯公司

(Lucent)在MGCP协议中首次提出context概念，使协议具有更好的灵活性和可扩展性，H.248／MeGaCo协议延用了这个概念，它可用Add命令创建，用Subtract或Move命令删除。

H.248协议消息

•消息是协议发送的信息单元，一个消息包含一个消息头和版本号，消息头包含发送者的ID。消息中的事务彼此无关，可以处理。协议消息的编码格式为文本格式和二进制格式。MGC必须支持这两种格式，MG可以支持其中任一种格式。当MG 发起呼叫时，MGC建立一个新的上下文，并使用Add命令将终端从上下文中删除，释放资源。用Modify命令可以修改终端的属性和信号参数。

•Modify-使用Modify 命令可以修改一个终结点的特性，事件和信号。

•Add--使用Add 命令可以向一个关联添加一个终结点，当使用Add 命令向一个关联添加第一个终结点时，同时就相当于使用Add 命令创建了一个关联。•Subtract--使用Subtract 命令可以删除一个终结点与它所在的关联之间的联系。当使用Subtract 命令删除一个关联中最后一个终结点与它所在的关联之间的联系时，同时就删除了这个关联。

•Move--使用Move 命令可以自动地将一个终结点从一个关联转移到另一个关联。•AuditValue--使用AuditValue可以获取有关终结点的当前特性，事件，信号和统计信息。

•Auditcapabilities--使用Auditcapabilities可以获取MG 所允许的终结点的特性，事件和信号的所有可能值的信息。

•Notify--MG 使用Notify 命令可以向MG 报告MG 中所发生的事件。•ServiceChange--MG 使用ServiceChange命令向MGC 报告一个终结点或者一组终结点将要退出服务或者刚刚进入服务。MG 也可以使用ServiceChange命令向MGC 进行注册，通报其可用性，以及向MGC报告MG 将要开始或者已经完成了重新启动工作。同时，MGC 可以使用ServiceChange命令通知MG 将一个终结点或者一组终结点进入服务，或者退出服务。

H.248协议和MGCP协议比较•H.248协议是由MGC控制MG的协议，也称MEGACO。H.248中引入了context概念，增加了许多package的定义，从而将MGCP 大大推进一步。H.248建议可以取代MGCP，成为MGC与MG之间的协议标准。

H.248协议和MGCP协议比较•H．248与MGCP在协议概念和结构上有很多相似之处，但也有不同。H.248／MEGACO协议简单、功能强大，且扩展性很好，允许在呼叫控制层建立多个分区网关；MGCP是H．248／MEGACO以前的版本，它的灵活性和扩展性不如H.248／MEGACO 。H．248支持多媒体，MGCP 不支持多媒体。应用于多方会议时，H.248比MGCP容易实现。MGCP基于UDP传输，H.248基于传输控制协议(TCP)、UDP等。H.248的消息编码基于文本和二进制，MGCP的消息编码基于文本。

SIP协议

•SIP（Session Initiation Protocol）是一个应用层控制协议，它用来创建、修改和终结会话。会话的类型包括Internet 电话呼叫、多媒体会议和多媒体传输等，会话的参与者可以是一方或多方。

•SIP 用INVITE 请求消息携带会话描述信息，允许会话的参与者就会话所采用的媒体方式、类型等进行协商。SIP 通过代理服务器（Proxy）将请求消息路由到被叫用户的当前位置，对用户的业务请求进行鉴权和授权，实现一定的路由策略，以及向用户提供某些业务特性等。SIP 还提供注册功能，使得用户能够更新他们当前位置信息，以便代理服务器能够根据最新位置信息查找用户。

•SIP中有客户机和服务器之分。客户机是指为了向服务器发送请求而与服务器建立连接的应用程序。用户代理（User Agent）和代理（Proxy）中含有客户机。服务器是用于向客户机发出的请求提供服务并回送应答的应用程序。共有四类基本服务器：

•用户代理服务器：当接到SIP请求时它联系用户，并代表用户返回响应。

•代理服务器：代表其它客户机发起请求，既充当服务器又充当客户机的媒介程序。在转发请求之前，它可以改写原请求消息中的内容。

•重定向服务器：它接收SIP请求，并把请求中的原地址映射成零个或多个新地址，返回给客户机。

•注册服务器：它接收客户机的注册请求，完成用户地址的注册。用户终端程序往往需要包括用户代理客户机和用户代理服务器。代理服务器、重定向服务器和注册服务器可以看出是公众性的网络服务器。在SIP中还经常提到定位服务器的概念，但是定位服务器不属于SIP服务。

•SIP共规定了六种信令：INVITE、ACK、CANCEL、OPTIONS、BYE、REGISTER。其中INVITE和ACK用于建立呼叫，完成三次握手，或者用于建立以后改变会话属性；BYE用以结束会话；OPTIONS用于查询服务器能力；CANCEL 用于取消已经发出但未最终结束的请求；REGISTER用于客户出向注册服务器注册用户位置等消息。

SDP协议

•SDP就是用来描述多媒体会话通告，多媒体会话邀请和其他形式的多媒体会话初始化的协议。

•SDP描述由许多文本行组成，文本行的格式为<类型>=<值>，<类型>是一个字母，<值>是结构化的文本串，其格式依<类型>而定•SDP包通常包括以下信息1）会话信息

•·会话名和目的。

•·会话活动时间。

•由于参与会话的资源是受的，因此包括以下附加信息是非常有用的。

•·会话使用的带宽信息。

•·会话负责人的联系信息。

•（2）媒体信息

•·媒体类型，例如视频和音频。

•·传输协议，例如RTP/UDP/IP和H.320。

•·媒体格式，例如H.261视频和MPEG视频。

•·多播地址和媒体传输端口（IP多播会话）。

•·用于联系地址的媒体和传输端口的远端地址（IP单播会话）。

RTP/RTCP协议

•实时传输协议RTP（Realtime Transport Protocol）：是针对Internet上多媒体数据流的一个传输协议, 由IETF(Internet工程任务组)作为

RFC18发布。RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP的典型应用建立在UDP上，但也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。RTP本身只保证实时数据的传输，并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。

RTCP协议

•实时传输控制协议RTCP（Realtime Transport Control Protocol）：负责管理传输质量在当前应用进程之间交换控制信息。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包，包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP 配合使用，能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，故特别适合传送网上的实时数据。•RTCP协议中接收方用RR发送QoS报告，发送方以SR来辅助媒体之间的同步等。

T.30传真

•ITU-T T.30建议定义了PSTN 上传输传真的过程，它包含了传真终端间端到端的性能协商，以及按标准格式编码的图像数据传

输。

Endpoint T.30 Gateway SS

IP Endpoint T.30

Gateway

RTP

T.38传真（1）

•ITU-T T.38 标准基本思想是不使用音频带数据传输，而是在源端由T.38网关进行传解调、将所有相关的握手交换信息打包、在网络间发送IP 包、在接收方的T.38网关根据包数据中载有的信息对模拟线路重新调制。

Endpoint T.38 Gateway SS

IP Endpoint T.38

Gateway

UDPTL

T.38协议包括两种类型的包：

•30_INDICATOR（指示包），指示包携带传送到远端的信息，它们与CNG/CED音调、调制解调器调制训练、或者每次线路回转时的前导码标志的出现有关。

•T_DATA（数据包），数据包携带页面传输数据和HDLC 控制帧。

IFP（Internet Facsimile Protocol）允许使用TCP或者UDP作为传输协议。当使用TCP时，IP有效载荷就是TCP报头、连接指示符或者数据包。当使用UDP时，有效载荷还包含一个新层报头（UDPTL），跟在连接指示符或者数据包之后。

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•VoIP相关协议

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•FTTH产品中VoIP语音实现

H.248协议注册流程

•流程说明：

1) MG 向MGC 发送ServiceChange进行注

册，ServcieChange中的TerminationId

为Root,Method为Restart；

ServiceChangeReason在冷启动时为

901（Cold Boot）；热启动时为902

（Warm Boot）；

2) MGC 回送注册成功的Reply 消息；

3) MGC 向MG 发送Modify 命令，要求

MG 检测所有用户的摘机(al/of)；

4) MG 应答Reply 消息。

H.248协议基本呼叫流程

H.248协议基本呼叫流程

•流程说明：

•1)MG1检测到用户User1 的摘机，将此摘机事件通过Notify 命令上报给MGC；

•2)MGC向MG1 返回Reply；

•3)MGC向MG1 发送Modify 消息，向MG1 发送号码表（Digitmap）；请求MG1 放拨号音（cg/dt）；并检测收号完成（dd/ce）、挂机（al/on）、拍叉簧（al/fl）事件；•4)MG1向MGC 返回Reply；

•5)MG1上的用户User1 拨号，MG1 根据MGC 所下发的号码表进行收号，并将所拨号码及匹配结果用Notify 消息上报MGC；

•6)MGC向MG1 返回Reply；H.248协议基本呼叫流程

7) MGC 向MG1 发送Add 消息，在MG 中创建一个新context，并在

context 中加入用户User1 的termination 和RTP termination，其中RTP 的Mode 设置为ReceiveOnly，并设置语音压缩算法；

8) MG1 为所需Add 的RTP 分配资源RTP1，并向MGC 应答Reply 消息，

其中包括该RTP1的IP 地址，采用的语音压缩算法和RTP 端口号等；

9) MGC 向MG2 发送Add 消息，在MG2 创建一个新context，在context 中

加入用户User2的termination 和RTP termination，其中Mode 设置为SendReceive，并设置远端RTP 地址及端口号、语音压缩算法等；10) MG2 为所需Add 的RTP 分配资源RTP2，并向MGC 应答Reply 消息，

其中包括该RTP2的IP 地址，采用的语音压缩算法和RTP 端口号等；

11) MGC 向MG2 发送Modify 消息，MG2 向被叫送振铃音（al/ri）；

12) MG2 向MGC 应答；

13) MGC 向MG1 发送Modify 消息，让User1 放回铃音，并设置RTP1 的

远端RTP 地址及端口号、语音压缩算法等；

14) MG1 向MGC 返回Reply；H.248协议基本呼叫流程

H.248协议基本呼叫流程

15) MG2 检测到用户User2 的摘机，将此摘机事件通过Notify 命令上报给MGC；

16) MGC 向MG1 返回Reply；

17) MGC 向MG2 发送Modify 消息，让MG2 检测User2 的挂机（al/on）、拍叉簧（al/fl）事件；

18) MG2 向MGC 返回Reply；

19) MGC 向MG1 发送Modify 消息，让User1 停回铃音signal{}，并设置RTP1 的Mode 为SendReceive；

20) MG1 向MGC 返回Reply；User1 与User2 正常通话。

MGCP协议注册流程1) MG向MGC发RSIP命令，

Endpoint为*、mg或具体的终结

点，启动方式为restart；

2) MGC回响应；

3) MGC下发检测摘机RQNT命

令；请求MG检测摘机

（L/HD）事件；

4) MG回响应。

MGCP协议基本呼叫流程