局域網IP電話系統(tǒng)中信令控制協(xié)議研究

何畏 虞水俊 李俊　2002/01/08

1、引言

　　局域網電話以開放的局域網包交換技術實現(xiàn)專用PBX語音服務的功能，與現(xiàn)有的局域網無縫集成。它不僅可以使內部的數(shù)據網和話音網合一，還可以滿足保持企業(yè)持續(xù)運作和蓬勃發(fā)展的全方位需求。從復雜的呼叫控制和呼叫中心能力，到集成的語音郵件和計算機/電話集成；從呼叫者身份識別到多重、多級自動值機員，到終端話機的輕松添加、移動和改變；從局域網和廣域網（LAN/WAN），到Internet的連接能力，并可同時降低相關的整體費用，使企業(yè)能夠以經濟、易管理的方式獲得所有功能。

　　局域網電話作為企業(yè)內部電話系統(tǒng)的解決方案越來越受到人們重視。典型的局域網電話系統(tǒng)內部組成結構如下圖：

　　以太網話機與常見PBX話機在外觀和感覺方面十分相似，唯一的例外是這些話機直接插入數(shù)據網絡，并不使用傳統(tǒng)的電話配線。 應用服務器在一些方案中稱為網守，是局域網電話系統(tǒng)中的關鍵設備。它主要完成地址翻譯、呼叫連接的建立和拆除等控制功能，另外它還能完成局域網電話系統(tǒng)內呼叫管理功能如多重及多級自動應答服務功能、呼叫中心、呼叫轉移以及計算機電話集成功能，此外它控制所有的計算機電話功能，如話音郵件、統(tǒng)一消息、桌面呼叫控制、自動話務員、交互話音響應和自動呼叫分配等。

　　傳統(tǒng)的IP網絡主要是用來傳輸數(shù)據業(yè)務,采用的是盡力而為的、無連接的技術,因此沒有服務質量保證,存在分組丟失、失序和時延抖動等情況。數(shù)據業(yè)務對此要求不高,但話音屬于實時業(yè)務,對時序、時延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來保障一定的業(yè)務質量。

　　控制信令技術保證電話呼叫的順利實現(xiàn)和話音質量，并且可以實現(xiàn)各種高級的電話業(yè)務，是局域網電話系統(tǒng)中的一項關鍵技術。信令控制層協(xié)議依賴于傳輸層等下層提供的服務，它的主要功能是保證電話呼叫的順利實現(xiàn)和通話的話音質量。局域網電話系統(tǒng)中目前被廣泛接受的控制信令體系包括ITU－T（International Telecommunication Union）的H.323系列和 IETF(Internet Engineering Task Force ) 的會話初始化協(xié)議SIP。下面分別介紹這兩種信令控制協(xié)議以及在局域網電話系統(tǒng)中如何應用通過它們建立連接。

2、H.323信令標準

　　§2.1 H.323簡介

　　H.323是ITU－T有關多媒體通信的一個協(xié)議集,包括用于ISDN的H.320,用于B－ISDN的H.321和用于PSTN終端的H.324等建議。它定義了在無業(yè)務質量保證的Internet或其它分組網絡上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。這些分組網絡主宰了當今的桌面網絡系統(tǒng)。因此，H.323標準為局域網、廣域網、Intranet和Internet上的多媒體提供技術基礎保障。它的編碼機制,協(xié)議范圍和基本操作類似于ISDN的Q.931信令協(xié)議的簡化版本,并采用了比較傳統(tǒng)的電路交換的方法。 H.323提供設備之間、高層應用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網絡結構,獨立于操作系統(tǒng)和硬件平臺,支持多點功能、組播和帶寬管理。H.323具備相當?shù)撵`活性,支持包含不同功能的節(jié)點之間的會議和不同網絡之間的會議。

　　§2.2 H.323下局域網電話系統(tǒng)中的呼叫建立

　　H.323呼叫建立過程涉及到三種信令：RAS（注冊：Registration、許可：Admission和狀態(tài)：Status）信令，H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。其中RAS信令用來完成局域網話機與網守（應用服務器）之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離解除等過程；H.225.0呼叫信令用來建立兩個局域網話機之間的連接，這個信令使用Q.931消息來控制呼叫的建立和拆除，當系統(tǒng)中沒有網守時，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個話機之間打開；當系統(tǒng)中包括一個網守時，由網守決定在局域網話機與網守之間或是在兩個終端之間開辟呼叫信令信道；H.245控制信令用來傳送終端到終端的控制消息，包括主從判別、能力交換、打開和關閉邏輯信道、模式參數(shù)請求、流控消息和通用命令與指令等。H.245控制信令信道建立于兩個終端之間，或是一個終端與一個網守之間。H.323的基本信令協(xié)議結構如下圖所示。

　　局域網電話系統(tǒng)中根據網守的參與程度，呼叫建立過程可分為網守路由的呼叫和話機之間直接的呼叫。下圖，以網守路由的呼叫為例說明了H.323中呼叫的建立過程

　　1——ARQ許可請求注冊 2——AFC/ARJ許可確認/拒絕

　　3——SET UP 建立連接請求 4——SET UP建立連接請求

　　5——ARQ許可注冊請求 6——AFC/ARJ許可確認/拒絕

　　7——建立連接 8——建立連接

　　9——H.245 信道 10——H.245 信道

　　由于 H.323推出較早，協(xié)議發(fā)展得比較成熟，并且它采用的是傳統(tǒng)的實現(xiàn)電話信令的模式，便于與現(xiàn)有的電話網互通。在局域網電話系統(tǒng)中很多的解決方案是基于H.323協(xié)議規(guī)范的。

3、 SIP信令標準

　　SIP(Session Initiation Protocol)是一個面向Internet 會議和電話的簡單信令協(xié)議標準。

　　§3.1 SIP信令簡介

　　SIP最初由IETF MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) 工作組提出。MMUSIC工作組致力于在現(xiàn)今的多媒體骨干上提供松散控制型會議的支持。

　　SIP與HTTP和SMTP是類似的，都是基于文本的協(xié)議。它用于用戶間建立和配置交互式通信會議(如：語音、圖象、交談、交互游戲、虛擬現(xiàn)實等)。SIP是應用層控制信令協(xié)議，可用于建立、修改或結束一個或幾個參與者的會議，包括Internet 多媒體會議、Internet 電話呼叫、多媒體分發(fā)。會議中的成員可以通過多點傳送(multicast)方式或單點傳送網( unicast mesh)方式、甚至兩者混合的方式進行通信。SIP支持會議描述，允許與會者協(xié)商選用兼容的媒體類型。由于SIP沒有捆綁于任何特定的會議控制協(xié)議，因而協(xié)議具有普遍重要性，而且特別適用于局域網電話系統(tǒng)的應用。

　　由于SIP與下面的傳輸層和網絡層協(xié)議無關，而且提供內在的可靠保證機制，所以只要求底層提供可靠或不可靠的分組業(yè)務或字節(jié)流業(yè)務，而SIP消息的格式與之無關。 在局域網電話系統(tǒng)中SIP可以利用UDP做傳輸層協(xié)議；其中，UDP允許上層的應用更仔細地控制消息序列、重傳和使用多點傳送技術等。

　　§3.2 SIP下局域網電話系統(tǒng)中的呼叫建立

　　SIP主要有兩種結構元素：用戶代理UA（user agent）和網絡服務器。在局域網電話系統(tǒng)UA 駐留在局域網電話的話機中，它包含兩個部分：用戶代理客戶（UAC）模塊，該部分負責發(fā)布SIP請求；用戶代理服務器（UAS）模塊，它負責響應SIP請求。其中用戶代理服務器有三種不同的類型：重定向服務器，代理服務器和注冊服務器（register）。基本SIP 呼叫不需要服務器，但是其他一些增強特性需要服務器的支持。 重定向服務器作為用戶代理服務器的三種類型之一，它是通過發(fā)送被呼叫者可獲得的SIP URL地址來處理INVITE消息的。代理服務器執(zhí)行應用層的SIP請求和響應路由。代理服務器可以是記憶的或者無記憶的，有記憶的代理服務器擁有整個呼叫建立過程中的相關信息，而無記憶的代理服務器則在處理完一個呼叫后將完全忘記有關該呼叫的所有信息直到下一個消息的到達。另外，代理可以是有分支代理或者無分支代理，例如，有分支代理可以在同時讓幾個電話都振鈴直到有人拿起其中的一個電話為止。注冊服務器一般用于記錄SIP地址（SIP URL）和相關的IP地址。注冊服務器經常用作啟動后的注冊，由于在REGISTER消息中使用了SIP URL地址的緣故，因此，當請求到達時，代理服務器或者重定向服務器可以直接正確地轉發(fā)請求信息。這一基于注冊服務器的轉發(fā)特性形成了網絡對支持真正的號碼移動性服務的基礎。因此在局域網電話系統(tǒng)中話機可以隨意的移動，通話時幾乎不用做任何工作。

　　在局域網電話系統(tǒng)中 SIP采用類似Email地址的方式分配用戶地址，并利用一些現(xiàn)有的電子郵件架構進行傳送。在代理模式中，代理服務器是SIP網絡的核心，包含所有的服務邏輯。它可以是有狀態(tài)的和無狀態(tài)的，業(yè)務開展靈活，安全性較好。它通過復制來保證可靠性，通過區(qū)域劃分來實現(xiàn)可伸縮性，但如果考慮不周則存在潛在的超載可能性，其中混合半狀態(tài)（semi-stateful）模式提供最大的效益。在重定向模式中，重定向服務器主要功能是返回路由信息給呼叫發(fā)起端。它較少的狀態(tài)開銷；由于處理較少的消息，具有高容量；由于將業(yè)務的執(zhí)行推到了客戶端，與客戶端設備相關。

　　在局域網電話系統(tǒng)中應用SIP 的優(yōu)勢在于該協(xié)議允許用戶直接與終端設備協(xié)商通信能力和屬性，帶寬和QoS可以實時交流而不需要事先明確。

4、 SIP和H.323 協(xié)議的比較

　　SIP和 H.323實現(xiàn)信令功能基本相同， 但兩者的設計風格截然不 同，這是由于其推出的兩大陣營（電信領域與Internet領域）都想沿襲自己的傳統(tǒng)。H.323是由 國際電聯(lián)提出來的，它力圖把IP電話當作是眾所周知的傳統(tǒng)電話，只是傳輸方式由電路交換變成了分組交換，就如同模擬傳輸變成數(shù)字傳輸、同軸電纜傳輸變成了光纖傳輸。而SIP側重于將IP 電話作為Internet上的一個應用，較其他應用（如FTP，E-mail等）增加了信令和QoS的要求。H.323優(yōu)勢在于它推出較早，協(xié)議發(fā)展得比較成熟，又自己的應用產品推出；由于其采用的是傳統(tǒng)的實現(xiàn)電話信令的模式，便于與現(xiàn)有的電話網互通，但相對復雜得多。另外H.323不支持多點發(fā)送（Multicast）協(xié)議,只能采用多點控制單元（MCU）構成多點會議,因而同時只能支持有限的多點用戶。H.323也不支持呼叫轉移,且建立呼叫的時間比較長。與H.323相反,SIP是一種比較簡單的會話初始化協(xié)議。它不像H.323那樣提供所有的通信協(xié)議,而是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。 SIP既支持單點發(fā)送（Unicast）也支持多點發(fā)送,會話參加者和媒體種類可以隨時加入一個已存在的會議。SIP可以用來呼叫人或機器設備,如呼叫一個媒體存儲設備記錄一個會議,或呼叫一個點播電視服務器向會議播放視頻信號。

　　在局域網電話系統(tǒng)的應用中，SIP相對于H.323協(xié)議的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在:

　�。�1）SIP是位于TCP/IP協(xié)議簇中應用層的協(xié)議，是基于文本的協(xié)議，如同HTTP協(xié)議一樣；H.323采用基于ASN.1和壓縮編碼規(guī)則的，它用二進制方法表示其消息，SIP比H.323簡單。在局域網電話系統(tǒng)中電話終端一般體積比較小，集成密度較高，很多的解決方案中由DSP主芯片完成大部分的功能，簡單高效的控制信令協(xié)議顯然是首選。

　�。�2）SIP會話請求的建立過程和能力協(xié)商過程等是同時進行的，因此呼叫建立的時間很短，效率很高；H.323的呼叫建立過程和媒體能力協(xié)商過程是分開進行的，會話建立的時間較長，同時中途容易產生錯誤。連接建立的時間和連接的成功率是局域網電話系統(tǒng)一個很重要的性能參數(shù)，選擇SIP協(xié)議的綜合性能明顯高于H.323協(xié)議。

　　（3）H.323在設計時沒有考慮到業(yè)務的可擴展性問題，因此H.323為進行功能擴展定義了一些列的"補丁"協(xié)議，如 H.450.1/2/3，這使整個H.323框架顯得非常龐大和臃腫；而SIP在設計之初SIP效仿了較為成熟的HTTP和SMTP，具有豐富的擴充能力和兼容功能。 只要充分利用已定義的頭域，必要時對頭域進行簡單擴展就能很方便地支持補充業(yè)務或智能業(yè)務，例如它支持許多種地址描述和尋址方式，如： 用戶名＠主機地址、被叫號碼＠PSTN網關地址。還有SIP的功能是用于發(fā)起會話，它能控制多個參與者參加的多媒體會話的建立和終止，并能動態(tài)調整和修改會話屬性，如會話帶寬要求、傳輸?shù)拿襟w類型（語音、視頻和數(shù)據等）、媒體的編解碼格式、對組播和單播的支持等，比起H.323來可擴充性要好得多。

5、結束語

　　目前構建IP電話體系結構主要的兩種信令控制標準：H.323協(xié)議和SIP協(xié)議。它們二者是完全平行的，它們所要達到的目的都是構建IP電話網，并且兩者都在發(fā)展完善中，但兩者使用的方法不同，因此它們是不可能互相兼容。H.323協(xié)議是為多媒體會議系統(tǒng)而提出，并不是為IP電話專門提出的，而SIP協(xié)議的出發(fā)點則是以現(xiàn)有的Internet為基礎來構架IP電話業(yè)務網。因此，SIP有著與 H.323完全不同的設計思想，它是一個分散式的協(xié)議，它將網絡設備的復雜性推向網絡邊緣，與以H.323協(xié)議為基礎的IP電話相比， SIP協(xié)議更適用于局域網電話系統(tǒng)中。

計算機世界網　2002/01/08