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王東輝
解放軍信息工程大學(xué) 鄭州450002
摘 要 隨著各種VoIP技術(shù)的出現(xiàn)，電信業(yè)的業(yè)務(wù)已不僅僅局限于傳統(tǒng)電話和移動(dòng)電話，二者與Internet的融合已經(jīng)逐漸開(kāi)始。另外，由于便攜式終端的不斷發(fā)展，在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)性的支持變得越來(lái)越重要。在移動(dòng)通信的IP研究領(lǐng)域，IETF和ITU都在提出相應(yīng)的解決方法，并取得很多成果。本文討論了ITU提出的H.323實(shí)現(xiàn)方式和IETF提出的SIP實(shí)現(xiàn)方式。
關(guān)鍵詞 H.323 SIP 3GPP 移動(dòng)通信
1 H.323用戶和業(yè)務(wù)移動(dòng)性建議
ITU起初制定H.323協(xié)議，主要考慮固定網(wǎng)中的用戶和業(yè)務(wù)，隨著移動(dòng)網(wǎng)對(duì)IP技術(shù)的需求，要求支持固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的綜合以及公眾網(wǎng)和專網(wǎng)的綜合�；谶@樣的考慮，ITU-T SG16在研究移動(dòng)性技術(shù)的基礎(chǔ)上，制定了H.323附件H:H.323的用戶和業(yè)務(wù)移動(dòng)性建議。
H.323移動(dòng)性建議主要考慮的是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其核心問(wèn)題是解決移動(dòng)終端的地址解析。該建議的目標(biāo)是：
a. 定義H.323移動(dòng)性的功能要求；
b. 確定支持移動(dòng)性是否需要定義新的H.323消息或信息單元；
c. 研究H.323移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和非H.323網(wǎng)絡(luò)的互通。
為了達(dá)到此目標(biāo)，需要解決以下問(wèn)題：
a. 移動(dòng)性管理，解決登記、呼叫建立、漫游和切換操作；
b. 解決移動(dòng)業(yè)務(wù)中的認(rèn)證和安全性問(wèn)題。
�。�1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
H.323移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)主要由四大部分組成：H.323移動(dòng)終端、H.323無(wú)線接入單元、網(wǎng)閘和網(wǎng)關(guān)。
H.323移動(dòng)終端在物理層支持第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用的無(wú)線技術(shù)，在原先一般移動(dòng)終端的基礎(chǔ)上加載H.323協(xié)議，并根據(jù)SIM卡進(jìn)行識(shí)別。H.323移動(dòng)終端應(yīng)支持常用的語(yǔ)音和視頻壓縮編碼，支持多種數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)議。
無(wú)線接入單元由無(wú)線收發(fā)信機(jī)和基站控制器組成。無(wú)線收發(fā)信機(jī)提供穩(wěn)定可靠的無(wú)線鏈路，負(fù)責(zé)信號(hào)的收發(fā)；基站控制器處理無(wú)線信道的管理（建立、跳頻和切換）。
由于涉及IP在移動(dòng)業(yè)務(wù)和固定業(yè)務(wù)中的使用，需要提供網(wǎng)閘系統(tǒng)。根據(jù)網(wǎng)閘功能的不同，可以分為移動(dòng)服務(wù)網(wǎng)閘和訪問(wèn)網(wǎng)閘。移動(dòng)服務(wù)網(wǎng)閘存儲(chǔ)其管轄范圍內(nèi)登記的所有用戶的信息和當(dāng)前位置。移動(dòng)H.323系統(tǒng)通過(guò)其提供的信令地址進(jìn)行選路操作。訪問(wèn)網(wǎng)閘存儲(chǔ)當(dāng)前其正在控制的范圍內(nèi)的所有用戶的部分信息（從移動(dòng)服務(wù)網(wǎng)閘獲�。�，支持呼叫控制和終端登記業(yè)務(wù)。
由于通過(guò)IP提供多媒體業(yè)務(wù)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中還應(yīng)提供媒體網(wǎng)關(guān)和媒體網(wǎng)關(guān)控制器，用于和固定網(wǎng)的互通。移動(dòng)H.323網(wǎng)絡(luò)除提供與固定H.323網(wǎng)絡(luò)相同的結(jié)構(gòu)外，加裝無(wú)線媒體網(wǎng)關(guān)，支持普通的GSM、CDMA手機(jī)。
目前使用的GSM和CDMA手機(jī)可以采用兩種方式與移動(dòng)H.323網(wǎng)絡(luò)連接：一是通過(guò)無(wú)線媒體網(wǎng)關(guān)直接接入；二是走原移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)無(wú)線基站控制站和媒體網(wǎng)關(guān)適配后接入。為了支持兩種接入，可以將媒體網(wǎng)關(guān)和無(wú)線媒體網(wǎng)關(guān)集成在一個(gè)設(shè)備中，由媒體網(wǎng)關(guān)控制器統(tǒng)一管理。
移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)設(shè)備通過(guò)IP協(xié)議進(jìn)行通信。
�。�2）功能描述
H.323移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持目前H.323協(xié)議提供的服務(wù)：語(yǔ)音業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、話帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、三類傳真業(yè)務(wù)、移動(dòng)特定業(yè)務(wù)和H.450補(bǔ)充業(yè)務(wù)。為了在全網(wǎng)范圍提供以上業(yè)務(wù)，移動(dòng)網(wǎng)必須具備無(wú)線資源管理、移動(dòng)性管理和連接管理等三大功能。
與H.323移動(dòng)性相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能包括：無(wú)線資源層切換和位置更新。
無(wú)線資源層切換
無(wú)線資源層針對(duì)移動(dòng)IP的要求，必須在呼叫通話過(guò)程中提供動(dòng)態(tài)分配無(wú)線鏈路的功能，保證移動(dòng)用戶在不同小區(qū)和信道間進(jìn)行切換。切換包括內(nèi)部切換和外部切換。內(nèi)部切換在同一個(gè)無(wú)線接入單元（WAU）中進(jìn)行，在切換中由WAU管理，完成后報(bào)告給網(wǎng)閘；外部切換涉及不同WAU或網(wǎng)閘，故由網(wǎng)閘進(jìn)行控制，如果在不同網(wǎng)閘間的小區(qū)進(jìn)行，原網(wǎng)閘稱為主持網(wǎng)閘，新網(wǎng)閘稱為中繼網(wǎng)閘，控制由主持網(wǎng)閘負(fù)責(zé)。
切換時(shí)機(jī)算法有兩種。一種為“按功率預(yù)算”算法：它直接考慮切換，當(dāng)信號(hào)降低到一定程度后，直接啟動(dòng)切換過(guò)程，這樣可以減少同頻干擾，避免小區(qū)越界，缺點(diǎn)是算法比較復(fù)雜；另一種為“按最低性能”算法：它首先考慮功率控制，一旦信號(hào)降低到一定程度，直接增加移動(dòng)終端的功率，如果效果不行，才啟動(dòng)切換過(guò)程。該算法簡(jiǎn)單，使用廣泛，缺點(diǎn)是由于采用分步處理，常常使得終端在進(jìn)入另一小區(qū)很長(zhǎng)距離才進(jìn)行切換。
在H.323協(xié)議支持的多種媒體下，如果保證都能獲得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的支持，切換會(huì)更加頻繁和復(fù)雜，多個(gè)信道切換會(huì)涉及質(zhì)量估測(cè)、QoS控制、資源利用、切換流程控制等多項(xiàng)功能，如何根據(jù)業(yè)務(wù)需要，最大程度提供最佳服務(wù)，在實(shí)際的切換中應(yīng)給予考慮。
位置更新
移動(dòng)系統(tǒng)必須及時(shí)獲取開(kāi)機(jī)移動(dòng)終端的位置信息，以保證呼叫和接聽(tīng)的完成。在H.323移動(dòng)系統(tǒng)中，為執(zhí)行位置更新和呼叫選路需要網(wǎng)閘和HZR、VZR兩個(gè)位置登記寄存器。
當(dāng)移動(dòng)終端開(kāi)機(jī)后，就向網(wǎng)絡(luò)登記，確定位置。通常情況下，用戶向新的訪問(wèn)網(wǎng)閘和VZR發(fā)送位置更新信息，由VZR記錄位置信息，然后向用戶所屬的移動(dòng)服務(wù)網(wǎng)閘和HZR發(fā)送定位信息，即新的VZR的IP地址。HZK根據(jù)用戶權(quán)限確定提供服務(wù)或拒絕。如果允許，就向新的訪問(wèn)網(wǎng)閘和VZR發(fā)送用戶信息，并向原訪問(wèn)網(wǎng)閘和VZR發(fā)刪除老的登記信息的命令。為了提高位置信息的可靠性，系統(tǒng)允許啟動(dòng)定時(shí)更新位置信息的過(guò)程，及時(shí)更新數(shù)據(jù)。這在系統(tǒng)故障恢復(fù)時(shí)很重要。
認(rèn)證和安全功能
為了保證IP移動(dòng)系統(tǒng)的安全，網(wǎng)絡(luò)必須提供認(rèn)證和安全功能。
由于IP網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)性，導(dǎo)致其易受攻擊，隱私性易受破壞，為此，ITU專門制定了關(guān)于H.323系統(tǒng)的安全保護(hù)協(xié)議——H.235協(xié)議。
H.235協(xié)議定義了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)方法，用于保護(hù)H.323數(shù)據(jù)流和協(xié)議流，包括終端身份認(rèn)證、媒體數(shù)據(jù)流完整性保護(hù)、數(shù)據(jù)加密和信令加密。在IP移動(dòng)系統(tǒng)的網(wǎng)閘和網(wǎng)關(guān)中都可以建立相應(yīng)的安全機(jī)制，保護(hù)系統(tǒng)免遭侵害。
�。�3）H.323信令處理過(guò)程
針對(duì)用戶的移動(dòng)屬性，對(duì)于H.323移動(dòng)系統(tǒng)，必須提供H.323自動(dòng)漫游信令和切換信令的處理能力。
H.323自動(dòng)漫游信令
對(duì)于移動(dòng)的有線或無(wú)線終端，在進(jìn)入異地時(shí)都會(huì)涉及新用戶登記、數(shù)據(jù)下載、入呼叫選路等過(guò)程。
用戶登記包括9種情況：
·終端開(kāi)機(jī)：開(kāi)機(jī)后自動(dòng)登記；
·終端關(guān)機(jī)：關(guān)機(jī)后自動(dòng)去除登記；
·定時(shí)登記：定時(shí)到后自動(dòng)登記；
·基于距離登記：當(dāng)前基站和上次登記的基站間的距離超過(guò)閥值時(shí)自動(dòng)登記；
·基于管理區(qū)登記：進(jìn)入新的管理區(qū)后自動(dòng)登記；
·參數(shù)改變：當(dāng)某些存儲(chǔ)參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，終端自動(dòng)登記；
·強(qiáng)迫登記：基站強(qiáng)迫終端登記；
·信道登記：WAU查詢已分配信道的終端，自動(dòng)完成登記；
·隱含登記：移動(dòng)終端主動(dòng)或被動(dòng)進(jìn)行呼叫處理時(shí)進(jìn)行登記。
H.323移動(dòng)終端的自動(dòng)漫游信令處理主要包括四部分：
a. H.323移動(dòng)終端在新的訪問(wèn)管理區(qū)登記時(shí)的信令處理；
b. H.323移動(dòng)終端在訪問(wèn)子網(wǎng)登記時(shí)的信令處理；
c. H.323移動(dòng)終端的入呼叫信令處理；
d. H.323固定終端在訪問(wèn)IP移動(dòng)網(wǎng)時(shí)登記的信令處理。
H.323切換信令
H.323切換信令過(guò)程主要包括兩種形式：H.323管理區(qū)內(nèi)切換信令過(guò)程和H.323管理區(qū)間切換過(guò)程。
H.323移動(dòng)性管理和切換過(guò)程主要利用RAS協(xié)議實(shí)現(xiàn)。RAS信令過(guò)程保持不變，但需要相關(guān)消息增加一些新的參數(shù)，涉及的RAS消息主要有：GRO/GCF/GRJ、URO/UCF/URJ、DRQ/DCF/DRJ、RRQ/RCF/RRJ和ARQ/ACF/ARJ。另外，切換中使用的快速啟動(dòng)H.225.0消息SETUP和CONNET也需要增加新的信息單元。
2 SIP用戶和業(yè)務(wù)移動(dòng)性建議
SIP協(xié)議是由IETF提出的一套基于TCP或者UDP的應(yīng)用層控制協(xié)議，用來(lái)建立、修改或終止多媒體會(huì)話。這種多媒體會(huì)話可以包含音頻數(shù)據(jù)流（如IP電話），也可以包含視頻數(shù)據(jù)流（如網(wǎng)絡(luò)會(huì)議）。SIP既支持單播，也支持組播。由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及相關(guān)多媒體技術(shù)的不足，SIP協(xié)議首次提出時(shí)僅僅針對(duì)各種文本應(yīng)用。隨著Internet的飛速發(fā)展及多媒體技術(shù)的成熟，SIP協(xié)議也不斷發(fā)展，很好地解決了移動(dòng)終端由于移動(dòng)性而帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題：登記與定位、三角路由、安全性等問(wèn)題。第三代移動(dòng)通信伙伴項(xiàng)目（3GPP，ThirdGeneration Partnership Project）己確定將SIP作為第三代移動(dòng)通信全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議，制定了基于SIP的IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)體系標(biāo)準(zhǔn)。
�。�1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
SIP系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器工作方式。SIP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含兩類組件:用戶代理（UA，User Agent）和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（Network Server）。
用戶代理（UA）是一個(gè)用于和用戶交互的SIP實(shí)體，又稱為SIP終端。根據(jù)它們?cè)跁?huì)話中扮演角色的不同又可分為用戶代理客戶機(jī)（UAC，User Agent Client）和用戶代理服務(wù)器（UAS，User Agent Server）兩種。其中前者用于發(fā)送呼叫請(qǐng)求，后者用于響應(yīng)呼叫請(qǐng)求。SIP終端通常需要包括UAC和UAS。
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的主要功能為地址解析和用戶定位，分為代理服務(wù)器（Proxy Server）、重定向服務(wù)器（Redirect Server）和注冊(cè)服務(wù)器（RegisterServer）三種。
SIP代理服務(wù)器
SIP代理服務(wù)器既是客戶機(jī)又是服務(wù)器，主要用于路由選擇。負(fù)責(zé)將SIP用戶請(qǐng)求和響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的下一跳。SIP代理服務(wù)器又分為有狀態(tài)的( Stateful)和無(wú)狀態(tài)的(Stateless)兩類，有狀態(tài)的Proxy會(huì)記錄經(jīng)其轉(zhuǎn)發(fā)的呼叫的狀態(tài)信息，而無(wú)狀態(tài)的Proxy一旦將消息轉(zhuǎn)發(fā)后就丟棄其狀態(tài)信息。因?yàn)橥ǔ：诵腜roxy需要處理大量的呼叫，不保留呼叫狀態(tài)可大大提高系統(tǒng)的處理能力。
SIP重定向服務(wù)器
SIP重定向服務(wù)器主要用于地址解析。其功能是通過(guò)響應(yīng)告訴客戶下一跳服務(wù)器的地址，然后由客戶根據(jù)此地址向下一跳服務(wù)器重新發(fā)送請(qǐng)求。與代理服務(wù)器不同，重定向服務(wù)器并不產(chǎn)生自己的請(qǐng)求。
SIP注冊(cè)服務(wù)器
SIP注冊(cè)服務(wù)器接收終端的注冊(cè)請(qǐng)求，記錄終端的SIP URI和IP地址。注冊(cè)服務(wù)器通常與代理服務(wù)器或重定向服務(wù)器位于同一物理實(shí)體中。用戶終端在啟動(dòng)后向SIP注冊(cè)服務(wù)器注冊(cè)，用于記錄其當(dāng)前位置信息，這種基于注冊(cè)服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)特性是實(shí)現(xiàn)用戶移動(dòng)性的基礎(chǔ)。
在C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，代理服務(wù)器和重定向服務(wù)器在確定下一跳時(shí)都會(huì)使用一種服務(wù)器——定位服務(wù)器（Location Server）。定位服務(wù)器用于提供定位服務(wù)，幫助SIP重定向和代理服務(wù)器獲得被叫方可能的位置信息，但是定位服務(wù)器并不屬于SIP服務(wù)器范疇，在定位服務(wù)器和SIP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間并不使用SIP協(xié)議。
�。�2）功能描述
SIP作為移動(dòng)多媒體通信和控制協(xié)議體系中的信令協(xié)議，支持多媒體通信的五種信令功能:
用戶定位：確定參與通信的終端用戶
用戶通信能力的協(xié)商：確定通信的媒體類型和參數(shù)
用戶意愿的交互：確定被叫是否愿意參與通信
會(huì)話建立：在主叫方和被叫方中建立會(huì)話參數(shù)
會(huì)話管理：包括呼叫轉(zhuǎn)移和終止、修改會(huì)話參數(shù)和調(diào)用服務(wù)等
RFC 3261描述了SIP協(xié)議的核心，也就是協(xié)議的基本操作。一些SIP的擴(kuò)展功能在其它的RFC和Internet草案中已作了定義。
�。�3）移動(dòng)技術(shù)
基于SIP的移動(dòng)通信主要指解決終端的移動(dòng)問(wèn)題。不論終端設(shè)備移動(dòng)到那個(gè)子網(wǎng)中，SIP應(yīng)確保其始終能夠被找到，并且保持子網(wǎng)切換時(shí)會(huì)話的連續(xù)性。終端移動(dòng)分為會(huì)話前和會(huì)話中兩種情況，下面分別予以說(shuō)明。
會(huì)話前的終端移動(dòng)
理想的移動(dòng)通信對(duì)用戶是透明的。主叫用戶只需輸入被叫用戶的號(hào)碼（可以是普通電話號(hào)碼，也可以是SIP地址），不需要知道被叫在哪里，也不需要知道通過(guò)那條線路可以找到被叫，更不需要知道用什么方式與其通信。這就稱之為號(hào)碼移動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)號(hào)碼移動(dòng)，服務(wù)器需要在會(huì)話建立之前知道終端移動(dòng)的位置。通過(guò)SIP的REGISTER請(qǐng)求消息，很容易實(shí)現(xiàn)會(huì)話建立前的終端移動(dòng)。終端每次移動(dòng)之后，將會(huì)獲得一個(gè)新IP地址，它只需向重定向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)REGISTER請(qǐng)求消息即可完成號(hào)碼的移動(dòng)。
會(huì)話中的終端移動(dòng)
隨著無(wú)線設(shè)備的發(fā)展，會(huì)話中的終端移動(dòng)逐漸成為一個(gè)重要問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法有兩個(gè)。
第一種辦法是移動(dòng)的一方不經(jīng)過(guò)代理服務(wù)器，直接向?qū)Ψ桨l(fā)送一個(gè)新的INVITE請(qǐng)求消息，告知對(duì)方自己的新地址，即可保持會(huì)話的連續(xù)性。這里所說(shuō)的連續(xù)性是相對(duì)的，對(duì)于寬帶用戶來(lái)說(shuō)，地址切換引起的會(huì)話中斷可能只有幾毫秒，不會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生影響，但對(duì)于窄帶用戶來(lái)說(shuō)，影響將非常大。
第二種辦法是使用代理服務(wù)器和RTP轉(zhuǎn)發(fā)器。代理服務(wù)器可以將信令消息轉(zhuǎn)發(fā)給被叫，而RTP服務(wù)器則負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流。并且，RTP轉(zhuǎn)發(fā)器可以用緩沖區(qū)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行整理，丟棄重復(fù)的數(shù)據(jù)包。
分層注冊(cè)
如果終端的移動(dòng)過(guò)于頻繁，或者網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)有很多終端在移動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生類似于路由表爆炸的問(wèn)題，服務(wù)器的負(fù)擔(dān)將會(huì)非常重，甚至崩潰。為了避免這種情況發(fā)生，SIP采取分層注冊(cè)的方式。
分層注冊(cè)機(jī)制可以有效地減少注冊(cè)消息的數(shù)量，從而大大減輕服務(wù)器的負(fù)荷，也減小了網(wǎng)絡(luò)故障的概率，使網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定、安全。
3 小結(jié)與展望
目前，移動(dòng)通信正處于日新月異的時(shí)代。為了滿足日益激增的對(duì)移動(dòng)通信非話業(yè)務(wù)的需求，電信設(shè)備供應(yīng)商和運(yùn)營(yíng)商正在對(duì)現(xiàn)有的第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)上的革新和改造。另一方面，以ITU，IETF，3GPP,3GPP2和CWTS為代表的眾多國(guó)際組織和機(jī)構(gòu)，正繼續(xù)致力于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定和研究開(kāi)發(fā)。事實(shí)上，也只有采用革命性的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，才能真正解決在移動(dòng)通信中同時(shí)對(duì)話音、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務(wù)的支持，滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)無(wú)線多媒體數(shù)據(jù)通信的需要。
----《中國(guó)數(shù)據(jù)通信》
