3G-324M和H.323域視訊互通研究與設計[圖]

1 引言

在3G 網(wǎng)絡中可以提供基于電路域的可視電話業(yè)務，即3G-324M 可視電話，允許移動用戶之間能夠隨時隨地進行視頻、語音等的交互，極大地方便了客戶可視通話的需求。在固定網(wǎng)絡中，基于IP 承載的視頻通信和視頻應用也得到了廣泛應用，如可視電話、視頻會議、視頻監(jiān)控等，這些視頻應用主要基于H.323和SIP 協(xié)議。

3G 網(wǎng)絡與IP 網(wǎng)的融合[1]統(tǒng)一不僅可以使運營商提高對網(wǎng)絡資源的利用率， 而且移動終端也可以通過統(tǒng)一的IP 網(wǎng)方便地訪問和享受因特網(wǎng)上的各種信息和服務。但由于3G 網(wǎng)絡和固定網(wǎng)絡在視頻通信及視頻應用業(yè)務的會話和傳輸協(xié)議等方面都不同，在兩網(wǎng)之間需增加視訊互通網(wǎng)關（VIG），以實現(xiàn)基于CS 域的視頻互通，從而實現(xiàn)點對點的視頻電話、視頻會議等業(yè)務。本文針對3G-324M 終端與H.323 終端的多媒體互通問題進行深入研究和探討。

　　2 3G-324M和H.323標準簡介及互通分析

2.1 3G-324M 標準簡介

一直以來，人們對可視電話的追求就沒有停止過。

從第一部電話的發(fā)明到現(xiàn)在這一百多年里，人們早已厭倦了只聞其聲不見其面的傳統(tǒng)電話。但是，長久以來，視頻電話一直沒有形成像傳統(tǒng)電話和移動電話這樣的普及程度。他一直是某些大公司，或特殊人群的專有設備。追其原因可以歸納如下：

（1） 在傳統(tǒng)固定電話上加裝顯示設備而形成的可視固定電話，由于相對普通電話價格高昂，需求小，從形成之日到現(xiàn)在，一直沒能得到大眾的認可。

（2） 現(xiàn)在的移動電話上，雖然彩屏和攝像頭都已經幾乎成為標配，但是，因為GSM 網(wǎng)絡的低碼率，高誤碼率，使雙向的視頻傳輸不能達到可接受的圖像質量。

但是現(xiàn)在，隨著3G 網(wǎng)絡的全面鋪開，移動視頻電話的瓶頸終于得以解決。3GPP 推薦的3G-324M視頻電話協(xié)議就是在3G 網(wǎng)絡上實現(xiàn)實時視頻通話的協(xié)議。他是以H.324 協(xié)議為基礎，為了適用3G 網(wǎng)絡的特性， 作了相應的改動， 可以在WCDMA 、TD-SCDMA 等3G 網(wǎng)絡上實現(xiàn)實時視頻通話的協(xié)議。

為了適用音頻電話的實時性需求，H324M 協(xié)議需要建立在電路交換無線網(wǎng)絡上，而非IP 分組交換網(wǎng)絡。

H.324[2]是ITU 于1996 年5 月制定的PSTN 多媒體可視電話系列標準，即H.324 框架性建議。該協(xié)議規(guī)定了以電話交換網(wǎng)為傳輸媒介、以嵌入式設備或PC 為終端的多媒體通信的實現(xiàn)標準。H.324 附件C定義了在易出錯傳輸環(huán)境下的多媒體通信標準，從而使該協(xié)議能夠應用于無線移動環(huán)境，應用附件C 的H.324 協(xié)議也被稱為H.324M 協(xié)議。

H.324M 協(xié)議標準被3GPP 和3GPP2 兩大移動通信組織所接受，成為移動可視電話的國際標準。其中，3GPP 根據(jù)自身需要，對標準中的某些細節(jié)進行了重新闡述和修改，被稱為3G-324M[3]標準。3G-324M標準在技術上與H.324M 非常相似，但是它指定H.263 作為強制視頻編碼標準，而把MPEG-4 作為視頻編碼推薦標準。AMR 是音頻編碼強制標準。H.223制定了多路音頻和視頻信號在單個移動通訊信道的多路復用應用標準，H.245 制定了在各個階段的消息控制交換標準。另外，level 2（又H.223 附錄B 制定）被指定為強制的多路復用協(xié)議層，它可以提供增強的容錯控制。

2.2 H.323 標準簡介

H.323 標準是基于數(shù)據(jù)包的多媒體通信系統(tǒng)，描述了用于包交換網(wǎng)絡的多媒體通信系統(tǒng)及其組成單元，規(guī)定了各單元間通信的過程。

從整體上來說，H.323[4]是一個框架協(xié)議，它涉及到終端設備、視頻、音頻和數(shù)據(jù)傳輸、通信控制、網(wǎng)絡接口等方面的內容，還包括組成多點會議的多點控制單元（MCU）、多點控制器（MC）、多點處理器（MP）、網(wǎng)關（MGW）以及網(wǎng)守（GK）等設備。它的基本組成單元是"域",在H.323 系統(tǒng)中，所謂域是指一個由關守管理的、包含多點控制單元（MCU）、多點控制器（MC）、多點處理器（MP）及終端組成的集合。一個域最少包含一個終端，而且必須有且只有一個關守。H.323 系統(tǒng)中的各個邏輯組成種類有：終端、網(wǎng)關、多點控制單元（MCU）、多點控制器（MC）、多點處理器（MP），其中終端、網(wǎng)關、多點控制單元（MCU）是H.323 的終端設備，是網(wǎng)絡中的邏輯單元。

H.323 標準協(xié)議不是單純的一個協(xié)議，而是包含網(wǎng)守RAS 協(xié)議、呼叫信令H.225 協(xié)議、媒體控制協(xié)議H.245 協(xié)議、媒體傳輸RTCP/TCP 協(xié)議以及音視頻編解碼協(xié)議和數(shù)據(jù)共享協(xié)議T.120 協(xié)議的一系列協(xié)議的集合體。

在音頻編碼中，主要有ITU-T 的G 系列標準（G.7ll、G.722、G.728、G.729、G.723.1 和MPEG-1的音頻部分。對于視頻編碼，主要是H.260 系列的標準（H.261 和H.263）。數(shù)據(jù)應用主要指T.120 系列多媒體會議數(shù)據(jù)協(xié)議，共包括T.120-T.128 九個標準，支持實時、多點數(shù)據(jù)通信及應用。為滿足音頻和視頻的實時通信需要，H.323系統(tǒng)采用RTP 封裝傳送音頻、視頻信號，而H.225.0 定義了如何利用RTP 封裝這些信號。

系統(tǒng)控制和管理協(xié)議包括RTCP、H.225.0 協(xié)議的部分和多媒體通信控制H.245 協(xié)議。其中RTCP 就是RTP 協(xié)議所對應的控制協(xié)議，它提供數(shù)據(jù)傳送QoS的監(jiān)測手段，并獲知通信各方的信息。H.225.O 協(xié)議在這里又分為RAS 協(xié)議和呼叫信令協(xié)議兩部分。RAS協(xié)議主要完成端點和網(wǎng)守之間的管理工作，包括網(wǎng)守發(fā)現(xiàn)、端點登記、端點定位、呼叫許可、呼叫退出、帶寬管理、狀態(tài)查詢和網(wǎng)關資源查詢等功能。呼叫信令協(xié)議完成呼叫的建立、釋放和H.245 控制信道建立的任務。

2.3 3G-324M 標準和H.323 標準互通分析

根據(jù)前面的介紹我們知道，3G_324M 和分組網(wǎng)絡中的H.323 協(xié)議在組成方式上有不同之處，所以在通信時需要增加互通網(wǎng)關設備VIG 來完成NGN 中的H.323 視頻終端和UMTS CS 域的3G_324M 終端的互通。主要包括以下幾個方面的互通：

（1） 呼叫控制層面的互通：在3G_324M 中，呼叫的建立和通信雙方的握手是由傳統(tǒng)的呼叫信令（TUP/ISUP/BICC/MCC）完成的；在H.323 中，這些功能是由H.225 協(xié)議完成的。

（2） 系統(tǒng)控制層面的互通：在3G_324M 和H.323 中，系統(tǒng)控制信令都是由H.245 協(xié)議完成的，但在3G_324M 中，H.245 消息的交換是在H.223復用協(xié)議的AL1 層進行，并通過協(xié)議規(guī)定的邏輯通道0 來傳送的；而在H.323 中，通過H.225 的交互過程，通信雙方打開了另外一個TCP 端口來進行H.245消息的交換，所以在這兩者之間也需要進行映射。

（3） 媒體層面的互通：在移動無線信道中，音頻編解碼一般采用AMR 語音編碼格式，視頻采用H.263或MPEG4,而在分組寬帶網(wǎng)絡中音頻編解碼格式很多，如：壓縮率較高的G.723.1、時延較小的G.729或質量較高的G.722、G.711 等等，視頻編解碼格式也有很多可供選擇。如果在兩個互通的網(wǎng)絡節(jié)點間沒有同一編碼標準媒體流，則需要媒體處理器設備進行媒體數(shù)據(jù)壓縮格式的轉換。

（4） 媒體承載層面的互通：3G_324M 使用H.223協(xié)議對承載控制H.245 消息和媒體流壓縮數(shù)據(jù)進行打包復用，混合成適于電路交換網(wǎng)絡信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行傳輸。而在分組網(wǎng)絡中，H.323 節(jié)點對媒體數(shù)據(jù)不需要進行復用，直接通過RTP（實時傳輸協(xié)議）/RTCP（實時傳輸控制協(xié)議）進行傳輸?shù)�，各種媒體分別通過不同的RTP 會話端口傳送。

　　3 互通網(wǎng)關VIG研究與設計

為了實現(xiàn)3G-324M 視頻終端和H.323視頻終端的互通，增加了視訊網(wǎng)關VIG,它主要實現(xiàn)控制面和媒體面的互通�？刂泼婊ネò�括呼叫控制信令的互通和系統(tǒng)控制信令的互通。媒體面互通主要指媒體面音、視頻編解碼格式的轉換、速率的適配等。

3.1 VIG 組網(wǎng)模型。

VIG 組網(wǎng)模型分為內置和外置兩種。圖1 是外置VIG 組網(wǎng)模型。該模型下VIG 模塊（指實現(xiàn)VIG 功能的主要模塊，包括H246[5],H245,H245agent,VIGP）與移動呼叫處理模塊（MCC）分在不同交換局，局間走ISUP,BICC 等局間信令。外置組網(wǎng)時VIG 局是3G 網(wǎng)絡和H323 網(wǎng)絡間的互通設備。圖2 是內置VIG 組網(wǎng)模型。該模型下VIG 模塊與移動呼叫處理模塊同在一個交換局，可以直接提供3G 網(wǎng)絡的起呼和落地。內置組網(wǎng)時VIG 局既是3G 網(wǎng)絡和H323 網(wǎng)絡間的互通設備，也可以看成3G 網(wǎng)絡的一部分。

圖1 和圖2 中細線指控制面連接，粗線條指媒體面連接。

圖1 外置VIG 組網(wǎng)

圖2 內置VIG 組網(wǎng)。

3.2 VIG 系統(tǒng)框架

本文基于VIG 內置組網(wǎng)模型，VIG 的功能實現(xiàn)內嵌在媒體網(wǎng)關控制器MGC（MSC SERVER）和媒體網(wǎng)關Mgw（MG）中，VIG 的系統(tǒng)框架如圖3 所示。前面協(xié)議互通的分析中提到，視訊網(wǎng)關VIG 主要實現(xiàn)四個層面的互通，這在VIG 的系統(tǒng)框架圖中可以得到具體的體現(xiàn)，具體見以下分析。

圖3 VIG 系統(tǒng)框架。

MGC 即為MscServer 網(wǎng)元，主要實現(xiàn)H.323域和3G_324M 域之間呼叫控制信令和系統(tǒng)控制信令的映射。

圖左側是3G_324M 域，呼叫信令（MCC/TUP/ISUP/BICC）通過控制面通道直接傳送到MscServer,然后通過H246 模塊轉換為H225.0 呼叫控制信令與右側的H.323 域互通，這樣就實現(xiàn)了呼叫控制層面的互通。3G_324M 域的系統(tǒng)控制信令H.245 在H.223 復用流的0 號邏輯通道內通過媒體面通道傳送到Mgw,然后經過Mgw 上的H245agent 模塊傳送到MscServer 上的H245 模塊進行編解碼，再由H.246 模塊實現(xiàn)與H323 域互通，這樣就實現(xiàn)了系統(tǒng)控制層面的互通。

MG 即為Mgw 網(wǎng)元。324M 域的媒體流在H.223復用流的非0 號邏輯通道內傳送到Mgw,經過Mgw上VIGP 模塊的轉換與H323 域互通（通過RTP），這樣就實現(xiàn)了媒體層面的互通。

MscServer 和Mgw 之間運行H.248[6]媒體網(wǎng)關控制協(xié)議。MscServer 通過H.248 協(xié)議控制媒體面承載的建立，釋放和維護，實現(xiàn)媒體承載層面的互通。

另外MscServer 上的H246模塊也負責和H.323域的網(wǎng)守GK 之間RAS 協(xié)議功能的實現(xiàn)。

3.3 H.323 和3G-324M 終端的視頻通信呼叫流程

圖4 是3G-324M 終端向H.323 終端發(fā)起視頻呼叫的通信流程，下面對這一過程進行簡單的說明：

圖4 3G-324M 終端向H.323 終端發(fā)起視頻呼叫的通信流程

3G 主叫用戶向MSC 發(fā)SETUP 請求建立呼叫，其中承載參數(shù)是多媒體；MSC 識別出被叫號碼為IP 網(wǎng)絡的終端，向VIG 發(fā)送ISUP IAM 消息（初始地址消息）；VIG 通過H.225 的RAS 消息ARQ（Access Request）和ACF（Access Confirm）向GK 請求訪問H.323 網(wǎng)絡，并獲得GateKeeper 的批準；VIG 根據(jù)被叫號碼分析，向H.323 終端發(fā)送Setup 消息，請求呼叫；被叫H.323 終端向VIG 返回CallProceeding 消息；H.323終端通過RAS 向GateKeeper 請求訪問H.323網(wǎng)絡，并獲批準；VIG 向MSC 回應ISUP ACM,報告呼叫建立過程中的事件；MSC 向主叫3G 終端返回CallProceeding 消息；H.323 終端向MSC 回應Alerting,振鈴提醒；VIG 向MSC 回應ISUP CPG 消息；MSC 向主叫3G 終端回送振鈴信號Alerting;被叫用戶摘機后，被叫H.323 終端向VIG 發(fā)送Connect消息，表明連接建立；VIG 向被叫H.323 終端發(fā)送連接確認消息Connect ACK;VIG 向MSC 回應ISUPANM（Answer Message）被叫應答消息；MSC 向主叫3G 終端發(fā)送Connect 消息，連接建立；主叫3G終端向MSC發(fā)送連接確認消息ConnectACK;主叫3G 終端與VIG 之間進行H.245 過程，包括終端能力交互（Ter minal Capability Set）、主從決定（Master-Slave Dertermination）、打開邏輯通道（Open Logical Channel）等過程；VIG 與被叫H.323終端之間進行H.245 過程，同上；主叫3G 終端與被叫H.323 終端之間進行視頻電話的通信過程，其中主叫3G 終端與VIG 之間的媒體流為H.223 復用媒體流，VIG 與被叫H.323 終端的媒體流為RTP 媒體流。H.323 呼叫3G-324M 原理相似，這里不再贅述。

4 小結

本文對3G-324M 標準和H.323標準進行了簡要介紹，在此基礎上對兩種標準的互通進行了分析和研究，并提出了內置式組網(wǎng)模型和該模型下的系統(tǒng)框架設計，實現(xiàn)了一個3G-324M 和H.323 網(wǎng)絡互通的視訊網(wǎng)關的實現(xiàn)模型。通過對3G-324M 和H.323 的互通研究不僅可以解決目前移動多媒體網(wǎng)絡與軟交換網(wǎng)絡的互通問題，還可以為將來的3G-324M 與SIP 的互通提供極大的參考，這也是NGN 網(wǎng)絡需要解決的一個核心問題。

作者：門雪嬌 譚獻海 來源：《計算機系統(tǒng)應用》