ＭｏＩＰ技術研究動態

ITU-T SG16(多媒體通信歸口研究組)2001—2004年研究周期第2次全會于2002年2月5日—2月15日在瑞士日內瓦召開

會議在IP網絡Modem通信(MoIP)、多媒體系統移動性管理、H.323系統通用擴展機制、16 kbit/s寬頻帶話音編碼、多媒體國際應急業務等項標準化研究上取得了重要的成果

MoIP技術是會議研究重點之一

1、引言

MoIP技術由美國最先提出，并由TIA TR-30.1負責制訂MoIP的技術標準。在ITU-T第16研究組(SG16)2001年5月巴西全會上，美國代表團首次提出啟動MoIP標準研究的建議，并在會上介紹MoIP的基本思想，獲得全會的重視，一致同意進行V.MoIP建議的研究和制訂。

所謂MoIP就是在IP網上傳送Modem數據信號，其主要應用是解決Modem調制數據遠程接入的問題。其主要技術特點是在長途網段用IP網取代PSTN網，提高帶寬利用率和降低成本以及提高Modem之間的互通性和連接的可靠性。其網絡基本結構是在IP網絡邊緣設置一對MoIP網關，完成適配功能和協議轉換。

自2001年巴西全會提出MoIP課題后，課題組召開了兩次中間會議，形成了V.MoIP草稿文本(第2版)。2002年1月美國TIA TR-30.1又召開會議，修訂該草稿文本，成為第3版初稿，提交本次全會討論修改。修改后的文本就MoIP的網絡應用模型、連接類型、傳送模式、傳送協議和網關功能結構取得了統一的意見。在此基礎上，會議修訂了MoIP的研究目錄。

根據研究目錄，MoIP技術標準研究的主要內容為：

*網絡結構：包括MoIP技術的連接類型；

*應用情況：包括所支持的Modem類型，和VoIP的關系，以及對現有建議的影響；

*QoS：重點研究Modem數據信號的傳送層協議；

*MoIP基本技術：包括網關技術、信令技術和傳送技術；

*呼叫識別：研究Modem呼叫的識別過程。

*對其他建議標準的影響。

最終研究成果是制訂了新的V.MoIP建議、H.323附件P，增強了H.245、H.248建議的相關定義。

2、MoIP網絡結構

同VoIP和FoIP一樣，MoIP也采用基于網關的實現機制，既支持PSTN→IP→PSTN網絡結構，也支持PSTN→IP結構。目前的研究只限于第1種情況。其典型應用如圖1所示。

由于Modem通信包括物理層調制、鏈路層高速數據鏈路(HDLC)差錯校正、重發校正和上層數據壓縮，按照網關對各層的不同處理，MoIP可有6種連接類型：

(1)類型0

網關不作任何處理，Modem調制信號經由支持數據傳送的VoIP通道在IP網絡中透明傳送。

(2)類型1

網關解調Modem信號，但不作差錯和壓縮處理。差錯和壓縮仍由終端進行端到端的處理。

(3)類型2

網關解調Modem信號并作差錯處理，但不作數據壓縮處理。

(4)類型3

網關解調Modem信號并作差錯和壓縮處理，兩端網關均作雙向解壓和壓縮，即將來自Modem的信號解壓后重新壓縮送入IP網，反方向則作相反處理。

(5)類型4

網關解調Modem信號并作差錯和壓縮處理，但是每個網關只作一個方向的解壓和壓縮。

(6)類型5

網關解調Modem信號并作差錯和壓縮處理，壓縮處理集中在一個網關進行，另一網關不做壓縮處理。

3、MoIP傳送模式

IP網絡傳送Modem數據信號有兩種模式：話帶數據(VBD)模式和Modem中繼(MR)模式。其中，VBD是透明傳送方式，網關對調制信號不作任何處理，經由IP網絡透明傳送至對端網關。其前提條件是IP網絡高度可靠，有QoS保證，或者Modem本身性能健壯，對網絡帶寬沒有嚴格要求。MR模式則可以對IP網絡的時延和抖動等損傷進行補償，以提高Modem傳送的性能，并可提供帶寬控制。

3.1 VBD模式

雖然VBD和VoIP傳送技術基本相同，但是,為了確保傳送數據不受損傷,必須對VoIP編解碼器的選擇作一定的限制。具體說來，有如下要求：

*應屏蔽靜音檢測(VAD)和舒適噪聲生成(CNG)功能；

*應屏蔽話音編碼器中可能有的直流過濾濾波器；

*應屏蔽不適于數據傳送的話音丟包補償技術和算法；

*可以使用回波抵消技術；

*在傳送過程中應能檢測音信號(包括呼叫中的DTMF信號)，應能插入音信號、語音提示和錄音信號。

正因為如此，才將VBD模式使用的話帶信道稱之為VBD信道，以區別于傳送話音的VoIP信道。傳統的G.711、G.726波形編碼算法可用于VBD信道。從互通性考慮，規定V.MoIP網關的VBD模式至少應能支持G.711 A律和μ律編解碼。

和VoIP語音一樣，VBD信道的數據也封入實時傳送協議(RTP)包傳送，傳送層是不可靠的UDP協議。為了提高傳送的可靠性，可以采用IETF定義的2個RTP包傳送冗余機制：

*RFC2198：冗余音頻數據的RTP凈荷；

*RFC2733：通用前向糾錯(FEC)的RTP凈荷格式。

3.2 MR模式

MR傳送模式的功能模型如圖2所示。在MR模式中，與Modem連接的物理層和差錯校正功能都終結于網關。網關解調數據電路終端設備(DCE)信號，執行本地糾錯功能，然后將解調后的數據經由專用傳送協議送達對端網關。除了數據通道外，在發端和終端網關之間還有控制信道，完成網關間的能力交換和協商以及信道切換任務。

根據壓縮/解壓縮功能的不同配置，網關可有3類模式：

（1）無變換壓縮(NTCX)模式：即透明模式。此時，網關不作壓縮變換處理，但是執行代理功能，代表Modem協商確定一個公共的壓縮標準。

（2）單向變換壓縮(STCX)模式：網關只對一個方向進行壓縮變換，另一方向為透明模式。

（3）雙向變換壓縮(DTCX)模式：網關對兩個方向均作壓縮變換。

根據應用需要，發端和終端網關可采用相應的配置，由此可導出4種可能的組合結構。

3.3 MoIP網關功能結構

根據上述分析，可得MoIP網關的功能結構如圖3所示。

3.4 Modem中繼傳送協議

支持MR傳送模式的Modem中繼傳送協議應滿足如下要求：可靠傳送；支持點到點雙工傳送；具有分組保護性能；可唯一標識，并可與RTP無縫切換；具有差錯檢測、差錯校正功能，傳送不出錯、不丟失、不重復；支持分組的加速傳送和有序傳送；有低時延、高帶寬利用率；支持窗口流量控制；為輕型協議，易于實現。

經比較篩選后，課題組確定采用Cisco公司提出的簡單分組中繼協議(SPRT)。該協議設計用于在IP網關之間傳送承載信道數據和控制信道數據，包括傳真信號、數據Modem信號和其他電話網數據應用信號。

協議位于用戶數據報協議/網間協議(UDP/IP)之上。作為一個輕型協議，不定義SPRT信道的打開和關閉操作，因此無須保留狀態信息；不定義網關之間的參數協商機制，認為網關已有相容的最大報文長度、窗口尺寸參數、強制性的缺省參數。

協議支持4類傳送信道，分別用于傳送不同性質的數據：

*0類信道：不可靠的無序傳送信道，僅用于傳送應答信號；

*1類信道：可靠的有序傳送信道，用于傳送數據；

*2類信道：可靠的有序傳送加速信道，用于傳送控制/信令消息，其級別高于1類信道；

*3類信道：不可靠的有序傳送信道，用于傳送可靠性要求不高但卻需要有序傳送的數據。

4、MoIP信令技術

4.1 一般原則

MoIP信令的主要功能是支持網關之間的能力交換、邏輯信道建立和邏輯信道切換。在一個支持VoIP、FoIP和MoIP的綜合網關中，可能存在VoIP、FoIP、VBD、SPRT等多種信道，傳送數據的信道還可以附加冗余保護和FEC保護。表1給出初始建立信道的類型。

在呼叫建立過程中，需根據終端類型和匹配情況改換相應信道類型。由于所有呼叫都是實時應用，要求信道改換速度快，因此采取預留信道、控制切換的方法。初始信道建立和信道預留采用已有的帶外信令，信道切換則采用新定義的帶內信令。

4.2 帶內信令——SSE

MoIP帶內信令稱之為“狀態信令事件”(SSE)，它將信道切換信令視作為于狀態變換事件，封裝成RTP凈荷送往對端的網關，其格式和RFC 2833定義的傳送雙音多頻（DTMF）數字、音信號和電話信號事件的RTP凈荷格式相同。但兩者屬于不同的凈荷類型，因此原則上事件編碼可以重用，實用中建議編碼區間盡量分離。目前定義了3種事件：VBD模式(192)、Voice模式(194)、MR切換(203)。其中，Voice模式SSE可以用作對VBD模式SSE的否定證實。

4.3 帶外信令——SIP/H.248

在MoIP應用中，SIP/H.248建立會話/連接的消息過程并沒有變化，關鍵是如何用消息中的SDP描述新的MoIP信道。即SDP不僅要給出初始建立的VoIP信道的描述，還要給出以后可能切換過去的其他信道的描述，稱之為后續信道的能力描述。

下面是主叫方網關給出的SDP描述示例：

v=0

o=-25678 753849 IN IP4 128.96.41.1

s=-

c=IN IP4 128.96.41.1

t=0 0

m=audio 49230 RTP/AVP 0 2 8 97 98 99

a=rtpmap:98 vbd/8000

a=fmtp:98 0

a=rtpmap:99 vbd/8000

a=fmtp:99 8

a=rtpmap:97 telephone-event/8000

a=fmtp:97 0-15,32,33,34,35,66,70

a=sqn: 0

a=cdsc: 1 application udp/sprt 101

a=cpar: a=sprtmap 101 tmr

a=cpar: a=tmrType:V8

a=cpar: a=mgType:NTCX

a=cpar: a= maxPayloadSize1:150

a=cpar: a= maxPayloadSize2:150

a=cpar: a= maxWindowSize1:32

a=cpar: a= maxWindowSize2:8

該描述表示，VoIP信道的編解碼可為PCM-μ律(凈荷類型0)或G726-32(凈荷類型2)，VBD信道分配動態凈荷類型98或99，其中98對應的編解碼器為PCM-μ律(0)，99對應的編解碼器為PCM-A律(8)。上述兩個VoIP信道和VBD信道可供被叫方網關最后選定。tmr為規定的MR信道名，其傳送層協議為UDP/SPRT，分配的動態凈荷類型為101，網關類型為無變換壓縮型，支持V.8 規定的Modem會話啟動過程，SPRT信道1和信道2允許的最大凈荷長度均為150字節，窗口大小分別為32和8。另外，該描述還包含一個RTP動態凈荷97，它傳送的是RFC 2833格式的信號事件，其中32 ~35為Modem的應答音頻信號，其余為電話音和DTMF數字。

4.4 帶外信令——H.245

和SIP/H.248類似，在MoIP應用中，H.225.0呼叫控制無須改動，但H.245需要擴充對V.MoIP信道的描述，用于網關之間的能力集交換以及打開邏輯信道。為了實現信道預留和快速切換，定義了一種“捆綁信道”(媒體數據類型為MediaStreamBundle)，即共享同一IP地址和端口號的VoIP、VBD和SPRT組合信道，一次性打開，按需切換使用。

和SDP描述不同的是，H.245數據結構是用ASN.1形式化描述的，而VBD信道采用的冗余或FEC傳送機制允許嵌套使用，這就導致H.245新的定義將是一個遞歸型結構，實現相當復雜。

5、呼叫識別過程

5.1 一般原則

所謂呼叫識別(Call discrimination)指的是在初始VoIP話音連接建立后，網關如何根據檢測到的聯絡信號判定這是一個Modem呼叫，然后根據該信號觸發相應的狀態轉移，切換為適當的V.MoIP信道。

狀態轉換主要基于兩類識別信號：一是被叫Modem的應答信號(ANS)，二是收發Modem之間交換特性的CM/JM信號。

網關也有兩類：一是只能識別V.8啟動過程的V8網關，二是能識別多種啟動信號的通用網關。識別后的信道切換利用SSE帶內信令實現。

ANS的檢測對于呼叫識別至關重要，必須準確無誤地將識別的ANS傳送至對端網關。規定只能采用兩種方法傳送：VBD或RFC2833，不能用VoIP方法傳送。

根據網關和Modem類型的不同組合，可能有3種信道切換過程：VoIP→VBD、VoIP→VBD→MR、VoIP→MR。

5.2 呼叫流程示例

圖4給出用RFC 2833傳送ANS信號，最后切換至MR模式的呼叫流程。

6、結束語

MoIP已成為SG16的重要研究課題之一，在美國的積極推動下，研究力度很大，并有實質性進展。從網絡演進的角度看，引入MoIP以后，IP網絡將可全面替代PSTN網絡的功能，從而擴大IP網絡在電信應用中的市場。3Com、Broadcom、思科、Conexant、朗訊、北電、Surf Communication Solutions和TI公司都表示有MoIP相關專利，由此可見國際上對此項技術的重視程度。

目前，MoIP標準的技術問題已經基本解決，尚待進一步研究的主要問題是H.323系統的MoIP控制信令。課題組采用兩階段標準化策略，即首先推出第一版本，最晚將在2002年10月的全會上通過快速批準程序，其后再開發增強版本。

中國在VoIP技術應用方面已居世界前列，擁有全球最大的IP電話網絡，現在非常有必要積極跟蹤已成為國際電信界研究熱點的MoIP技術，關注其發展動態，并探索該項技術在中國的應用前景。□

(收稿日期：2002-05-15)

作者簡介

糜正琨，南京郵電學院通信工程系教授，博士生導師，ITU-T中國專家組成員。曾主持完成多項國家級和部省級重點科研項目，出版專著7本，發表學術和技術論文逾40篇。近期研究方向包括移動代理理論和應用、IP網絡QoS以及軟交換技術。