基于SIP的VoIP系統(tǒng)

摘要 會話初始化協(xié)議（SIP）是VoIP的信令標準之一，它具有可擴展性、靈活性、簡單和易實現等優(yōu)點。此外，SIP還能提供良好的QoS支持，全面滿足VoIP的特性要求。文章介紹了基于SIP的VoIP系統(tǒng)的工作原理、關鍵技術、系統(tǒng)結構及業(yè)務環(huán)境，并以一種業(yè)務為例對系統(tǒng)的業(yè)務提供進行了分析。

1、VoIP基本原理

VoIP是一種可以在IP網絡上互傳模擬信號的技術，其基本原理是通過語音的壓縮算法對語音數據編碼進行壓縮處理，然后將這些語音數據按TCP/IP標準進行打包，經過IP網絡將數據包送至目的端，再將這些語音數據包串起來，經過解壓處理后，還原成原來的語音信號以供接聽者接收，從而達到由互聯(lián)網傳送語音的目的。

基于會話初始化協(xié)議（SIP）的VoIP協(xié)議棧結構如圖1所示。

圖1 基于SIP的VoIP協(xié)議棧結構

2、VoIP關鍵技術

由于VoIP完全建立在分組交換的基礎上，而分組交換固有的時延、丟包等弱點使VoIP的通話質量無法得到保證。因此在VoIP系統(tǒng)中必須采取特殊措施來保證一定的業(yè)務質量。VoIP的關鍵技術如下：

1）信令技術

信令技術是電話呼叫的順利實現和話音質量的保證，目前主要的信令體系包括國際電信聯(lián)盟遠程通信標準化組（ITU-T）的H.323系列和互聯(lián)網工程任務組（IETF）的SIP。H.323制定了無服務質量保證的分組網絡（PBN）上的多媒體通信標準，已經比較成熟并已在VoIP領域廣泛應用。SIP是IETF根據IP電話網上存在的問題開發(fā)的新協(xié)議，因此有更多的靈活性。與H.323相比，SIP是一種比較簡單的協(xié)議。它不像H.323那樣提供所有的通信協(xié)議，SIP僅用于初始化呼叫，而不是傳輸媒體數據，因而帶來的附加傳輸代價不大。SIP的統(tǒng)一資源定位符（URL）甚至可以嵌入到Web頁或其他超文本鏈路中，用戶只需用鼠標一點即可發(fā)出一個呼叫，SIP還有建立呼叫快、支持傳送電話號碼的特點。

2）語音處理技術

話音壓縮處理技術是VoIP技術的核心，目前，主要有ITU-T定義的G.729、G.723/G.723.1等。由于在分組交換網絡中無服務質量保證，因而需要話音的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度適應性。G.729可以僅用8kbit/s的帶寬傳輸語音，所用的算法為對生結構代數碼激勵線性預測編碼（CS-ACELP），這種算法構成了G.729標準的基礎。G.723.1采用5.3/6.3kbit/s的雙速率話音編碼，話音質量好，但是處理時延較大，是目前已標準化的最低速率的話音編碼算法。

3）計算機電話集成（CTI）技術

計算機電話集成是通過一些硬件和軟件將計算機與電話集成為一體，它是IP電話的技術基礎。目前，CTI的構成可分為兩種方式：a）PC與電話綜合，以PC為基礎，交換網絡與計算機網絡并未綜合在一起。b）PC與電話間沒有直接聯(lián)系，采用客戶/服務系統(tǒng)（Client/Server）結構，將性能卓越的CTI服務器連接到用戶級交換機（PBX）、大型計算機的數據庫或分布式結構的服務器上。第二種方式所使用的軟件較為復雜，但當使用人數較多時，可以降低每個使用者的成本。

4）QoS保障技術

VoIP網絡中QoS保障的途徑有：過度建設、優(yōu)先級、隊列、避免擁塞和傳輸整形等。VoIP中主要采用資源預留協(xié)議（RSVP）來保證IP優(yōu)先級，并采用隨機早起檢測技術和加權技術來避免網絡擁塞，保障通話質量。

5）網絡管理技術

網絡管理技術是IP電話走向運營的保障。IP電話網絡管理系統(tǒng)主要包括呼叫管理系統(tǒng)（CMS）、流量分析系統(tǒng)（TAS）、網絡管理系統(tǒng)（NMS）、網絡監(jiān)視系統(tǒng)。對一個實時性要求很高的通信系統(tǒng)來說，其網絡質量直接影響通信質量。通過網絡管理技術，可以迅速處理網絡故障，保證網絡及各個節(jié)點穩(wěn)定、高效運行。

3、SIP的VoIP系統(tǒng)及其業(yè)務環(huán)境

3.1基于SIP的VoIP系統(tǒng)

SIP是IETF標準進程的一部分，建立于簡單郵件傳送協(xié)議（SMTP和超文本傳送協(xié)議（HTTP））的基礎上。利用SIP可實現會話的連接、建立和釋放，并支持單播、多播和可移動性。為了提供電話業(yè)務，它需要與其他標準和協(xié)議相結合，特別是應確保實時傳送協(xié)議（RTP）與當前公共交換電話網絡（PSTN）的信令互連，能確保語音質量（資源預留協(xié)議（RSVP）），能提供目錄（輕量目錄訪問協(xié)議（LDAP）），能鑒權用戶（遠程用戶撥號認證系統(tǒng)（RADIUS））等。此外，SIP如果與會話描述協(xié)議（SDP）配合使用，可以動態(tài)調整和修改會話屬性，如通話帶寬、所傳輸的媒體類型及編解碼格式。

基于SIP的VoIP系統(tǒng)主要的功能部件如下：

1）用戶代理（UA）

它是VoIP系統(tǒng)的終端，包括各種使用SIP協(xié)議的軟件或硬件，例如一個IP電話機或裝有客戶端軟件的PC機。每個UA又包括用戶代理客戶系統(tǒng)（UserAgentClient）和用戶代理服務系統(tǒng)（UserAgent Server）。用戶代理客戶系統(tǒng)用于向用戶代理服務系統(tǒng)發(fā)出SIP請求并與之建立連接。用戶代理服務系統(tǒng)接收用戶代理客戶系統(tǒng)的請求，并給予應答，內容包括接收、重定向或拒絕呼叫請求。

2）SIP網絡服務器

它包括注冊服務器、代理服務器和重定向服務器，它們可分布在不同的物理實體中，也可以共存于一個設備。注冊服務器從用戶當前的地址中接收更新信息，同時還負責維護數據庫中所有用戶的當前位置列表。代理服務器負責接收UA發(fā)來的呼叫請求消息，根據網絡策略將請求發(fā)送給相應的服務器，并根據收到的應答對用戶做出響應。重定向服務器用于為代理服務器指出轉發(fā)消息下一次應該送達的代理服務器的地址。

3）會議服務器

負責提供多點通信支持。

3.2基于SIP的VoIP業(yè)務環(huán)境

在VoIP業(yè)務的網絡環(huán)境中，主要有軟交換機（Softswitch）、媒體網關（MG）、信令網關（SG）和應用服務器（ApplicationServer）4個基本控件。其業(yè)務環(huán)境如圖2所示。

圖2 基于SIP的VoIP業(yè)務環(huán)境

Softswitch主要實現連接、路由和呼叫控制、關守和帶寬的管理以及話務紀錄的生成，是網絡的核心。它通過各種協(xié)議與各種網絡實體通信，實現各種語音、數據、多媒體業(yè)務。通過媒體網關控制協(xié)議（MGCP）與媒體網關和信令網關通信，控制網關進行呼叫處理，同時通過流控制傳輸協(xié)議（SCTP）與信令網關通信。

信令網關負責網絡的信令處理，接收PSTN傳來的SS7信令，并將其轉換為IP網上對應的信令協(xié)議（反之亦然）。信令網關通過SCTP將轉換后的信令消息傳送至Softswitch。

媒體網關負責PSTN與Internet的互聯(lián)。由PSTN發(fā)起的呼叫經過媒體網關時，網關進行編碼轉換，并將脈沖編碼調制（PCM）語音數據通過壓縮算法編碼轉換為RTP包。同樣，在反方向會進行解碼操作。

應用服務器本身含有業(yè)務執(zhí)行環(huán)境，同時具有業(yè)務管理功能。應用服務器與Sofeswitch間的接口通過SIP協(xié)議，提供對第三方應用和各種增值業(yè)務的支持功能。另外，當應用服務器之間全部采用SIP協(xié)議時，應用服務器可通過交互共同為用戶提供業(yè)務。

VoIP業(yè)務環(huán)境還有媒體服務器等幾個重要的功能部件。

媒體服務器既可處于PSTN，也可處于IP網，為IP網絡中的各種業(yè)務提供所需的媒體資源和服務。媒體服務器不僅提供語音增值業(yè)務中的傳統(tǒng)項目（如語音短信、電話QQ、互動式語音應答（IVR）等），還可以充分利用IP網絡的優(yōu)勢，提供更具有差異性的融合網絡的業(yè)務（如點擊呼叫、Web呼叫中心、IP-PBX以及其他多媒體業(yè)務）。此外，諸如彩鈴、背景音樂聊天等業(yè)務在IP上實現更方便，同時也更節(jié)省網絡和系統(tǒng)資源。

4、VoIP業(yè)務實例

通過應用服務器和資源服務器，系統(tǒng)可提供許多智能VoIP業(yè)務，下面以一個業(yè)務為例，對系統(tǒng)的業(yè)務提供進行分析。

假設用戶A為IP網上的PC用戶，用戶B為PSTN網上的電話用戶。PC用戶撥打一個特服號碼接入系統(tǒng)，通過一些交互后連接到PSTN上的一個電話用戶進行通信。

通信過程如下：1）用戶A通過Internet客戶端軟件撥打某一特服號，客戶端軟件向Softswitch發(fā)送業(yè)務請求、用戶信息業(yè)務類型和業(yè)務信息。2）Softswitch檢查用戶的授權情況，確定該用戶是否有權使用該項業(yè)務。3）Softswitch接受此呼叫，并通過它與應用服務器之間的SIP接口將呼叫中繼到應用服務器。4）應用服務器收到呼叫后，接受此業(yè)務的控制并激發(fā)此業(yè)務，創(chuàng)建一個業(yè)務邏輯實例。5）在業(yè)務邏輯中，命令Softswitch建立用戶到媒體服務器的RTP連接。6）通過路由服務控制點（RSCP）命令媒體服務器播放媒體。7）用戶收到媒體信息后，根據自己的需要進行選擇。8）媒體服務器接收選擇結果，通過RSCP將結果上報應用服務器。9）應用服務器收到后，根據業(yè)務邏輯和用戶選擇進行相應操作，命令Softswitch建立PC用戶與電話用戶之間的話路連接。

5、結束語

在不久的將來，IP電話將逐步取代傳統(tǒng)電話并最終完全IP化。我們有理由相信，隨著SIP協(xié)議及VoIP技術標準的不斷發(fā)展和完善，基于SIP的VoIP系統(tǒng)必將在新一代電信網絡中得到成功應用。

來源：中國聯(lián)通網站