基于3G網絡PS域的傳真通信研究

曾 勇

（成都三零瑞通移動通信有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

傳真通信由于真跡傳送的特點，被政府、企業等各行各業廣泛應用。隨著應用需求和通信技術的快速發展，傳真通信不僅在公用電話交換網中普及，而且在3G移動通信網絡中也有強烈的需求。

在3GPP中制定了基于CS域的實時傳真通信標準[1]。以TD-SCDMA網絡為例，其CS域傳真通信模型如圖1所示。

首先發端G3傳真機通過撥號方式與接收方建立TD網內的傳真通信信道。通信建立后發端傳真適配器（FA）首先通過T.30協議接收傳真報文，解析傳真報文后再按照E-T.38（增強型T.38）協議封裝后發送給TD無線MODEM。收端傳真適配器收到傳真數據后，首先解析E-T.38協議，提取傳真數據，然后對傳真數據重新按 T.30協議封裝，送給收端G3傳真機，完成傳真通信的全過程。

圖1 TD網絡CS域傳真通信協議模型

通過CS域實現傳真具有傳輸實時性強，使用方便，易于實現等特點，但由于運營商并未開展該項業務，因此現階段只能基于PS域實現傳真通信。

1 3G網絡PS域接入

和CS域進行傳真通信類似，G3類傳真機通過傳真適配器連接到3G路由器（帶3G上網卡）接入3G網PS域。傳真適配器包括模擬部分和數字部分，分別對于2個接口：①與傳真機相連的Z接口，②與3G路由器相連的RJ45以太網接口，如圖2所示。其功能描述如下。

圖2 傳真適配器功能模塊

（1）模擬部分處理

與傳真機之間的調制解調，實現V.21、V.27ter、V.29 和V.17以及T.30協議。

處理Z接口音頻信令，比如呼叫和應答。

（2）數字部分處理

實現對整個傳真適配器的控制功能。

處理3G網PS域的呼叫流程。

實現以太網協議，TCP/IP協議等。

實現IP網和PSTN網傳真通信協議的轉換。

2 3G網VPN的建立

為了實現3G網PS域的傳真通信，需要在PS域建立傳真信道。目前通過PS域，3G終端能夠與外網（如Internet）終端進行數據的傳輸，但 3G網內的終端不能進行端到端的數據傳輸（移動運營商對這種傳輸方式進行了限制）。為了實現PS域的端到端的通信，只能通過在公眾3G網內建立VPN隧道實現終端之間的互通。VPN隧道協議采用PPTP協議[2]，通過PPTP，移動終端可采用撥號方式接入公共IP網絡，利用隧道IP地址進行通信。

以圖3為例，3G路由器首先按常規方式首次撥號到移動運營商的ISP服務器建立PPP連接，獲取3G網內的IP地址10.30.73.174 和10.246.171.93，但該IP地址之間不能互通。在此基礎上，傳真適配器進行二次撥號建立到PPTP服務器（公網IP地址為118.122.119.17）的連接，該連接稱為PPTP隧道，實質上是基于IP協議上的另一個PPP連接。VPN建立完成后，傳真適配器分別獲得的隧道 IP 地址 10.240.60.2和10.240.60.3，傳真適配器之間利用該隧道IP地址實現傳真報文的相互發送。

PPTP協議結構包含控制消息和數據消息，如圖4所示?？刂葡⒌目煽總鬏斢蒚CP來保證，數據消息不重發，可靠性由上層應用協議保證。

（1）PPTP控制連接與隧道維護

PPTP 控制連接建立在傳真適配器IP地址和PPTP服務器IP地址之間，傳真適配器使用動態分配的TCP端口號，而PPTP服務器則使用保留TCP端口號1723。PPTP控制連接攜帶PPTP呼叫控制和管理信息，用于維護PPTP隧道，其中包括周期性地發送回送請求和回送應答消息，以檢測出傳真適配器與服務器之間可能出現的連接中斷。

圖3 3G 網VPN 的建立

圖4 PPTP協議結構

（2）PPTP數據封裝和處理

初始傳真數據報文封裝成IP幀后（IP地址為隧道地址），添加PPP報頭，封裝形成PPP幀。PPP幀再進一步添加GRE報頭，經過第二層封裝形成 GRE報文。PPP有效載荷的第三層封裝是在GRE報文外，再添加IP報頭。IP報頭包含公網分配的源和目的IP地址。數據鏈路層封裝是IP幀多層封裝的的最后一層，在傳真適配器和3G路由器之間采用用以太網報頭和報尾對IP幀進行數據鏈路層封裝。

（3）PPTP數據包的接收處理

傳真適配器或PPTP服務器在接收到PPTP數據包后，將做如下處理：處理并去除數據鏈路層報頭和報尾；處理并去除IP報頭；處理并去除GRE和PPP報頭；對傳輸數據進行接收或轉發處理。

3 傳真模式的選擇

與PSTN相比，3G網PS域的傳真通信在呼叫控制、傳輸方式等方面均有所不同，可以分為實時傳真模式和存儲轉發模式（非實時傳真）。假設傳真通信時已利用PPTP協議建立VPN隧道。

3.1 實時傳真模式

在實時傳真方式下，傳輸報文之前，需要雙方傳真機建立呼叫連接，包括發送端傳真機到傳真適配器之間的呼叫、傳真適配器之間的呼叫、接收端傳真適配器與傳真機之間的呼叫三個過程。

首先發端傳真機向發端傳真適配器以 DTMF方式發送收端傳真機的電話號碼，然后雙方進入傳真模式。發端傳真適配器根據此電話號碼查找收端傳真適配器的IP地址，傳真適配器雙方根據SIP協議進行設備間的呼叫建立。收端傳真適配器從網絡上傳送的呼叫信息中提取出被叫傳真機的電話號碼，并根據PSTN呼叫規程向收端傳真機發起呼叫。

呼叫過程完成后，傳真通信鏈路建立，發端傳真適配器對傳真機的模擬信號解調成數字信號，解析T.30協議[3]數據報文，按照T.38協議[4]封裝為IFP包，采用RTP和UDP/IP傳輸技術在3G網中傳輸。收端傳真適配器將IFP包轉換成T.30數據報文通過MODEM傳輸給收端傳真機，完成傳真通信。

3.2 存儲轉發模式

存儲轉發模式下雙方傳真機之間無需建立連接，只需分別在發送端傳真機與傳真適配器之間、傳真適配器之間以及接收端傳真適配器與傳真機之間建立連接即可。

發端傳真機摘機撥號（號碼為對方IP地址），發端傳真適配器和傳真機進入T.30流程，發端傳真適配器接收報文并保存。之后發端傳真適配器通過IP地址與收端傳真適配器建立TCP鏈接，發端傳真適配器將傳真報文封裝成普通數據發送，收端傳真適配器接收并保存。傳真報文接收完畢后，收端傳真適配器與收端傳真機按照T.30協議進行傳真報文的傳輸。

3.3 兩種傳真模式的比較

在3G網PS域進行實時傳真模式具有傳輸效率高，使用方便等優點，但實時傳真對網絡帶寬、傳輸時延和信號抖動有較高的要求。存儲轉發模式對3G網絡的QoS要求不高，具有實現簡單、傳輸正確性高的特點，但傳真時延較大。

根據文獻[5]，對于3G網PS域傳輸特性，即使在同一會話中，實際抖動特征的變化也是很大的，即便具有良好無線條件的用戶處于低負載的蜂窩中，也會遇到抖動。若用戶處于惡劣的無線環境中，或者處于擁擠的蜂窩中，那么抖動范圍及其偏差就會明顯加大，嚴重時會造成數據包丟失甚至鏈路中斷。為了保證傳真報文的實時傳輸，PS域需要更多的帶寬和保護機制來補償移動網絡的延遲和丟包，但目前 PS域缺乏對QoS能力提供較好的支撐。綜上所述，PS域傳輸不能滿足實時傳真嚴格的實時性要求，因此3G網PS域傳真選擇存儲轉發模式。

4 結語

本文對 3G網絡下的傳真應用進行了研究，分析了 3G網絡PS域信道的特點，提出了基于3G VPN專網進行傳真通信的方案和存儲轉發的傳真模式。在CS域傳真通信未能開通的情況下，可以有效的擴大傳真應用的范圍。雖然現階段3G網絡PS域不能滿足實時傳真的需求，但隨著3G網絡向全IP網方向不斷演進，以及IMS的引入，PS域的傳輸帶寬和QoS能力將大為提升[6]，必將對3G網PS域傳真應用起到促進作用。

[1] 3GPP TS 23.146.2008-12,Technical realization of facsimile group3 non-transparent[S].

[2] IETF RFC2637.1999-7,Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP)[S].

[3] ITU-T T.30.2005-9,Procedures for document facsimile transmission in the general switched telephone network[S].

[4] ITU-T T.38.2005-9,Procedures for real-time Group 3 facsimile communication over IP networks[S].

[5] Chakraborty S.基于蜂窩系統的IMS—融合電信領域的VoIP演進[M].北京:機械工業出版社,2009:140-153.

[6] 李富強,趙利,張為東.IMS的QOS架構和控制機制以及一種新的服務模型[J].通信技術,2009,42(04):93-95,101.