一種應(yīng)用于IP網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制設(shè)計

趙旨忠 ，吳秀梅

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.石家莊新華中學(xué)，河北 石家莊 050005)

一種應(yīng)用于IP網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制設(shè)計

趙旨忠1，吳秀梅2

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.石家莊新華中學(xué)，河北 石家莊 050005)

電信網(wǎng)絡(luò)逐步向IP網(wǎng)絡(luò)演進，基于IP網(wǎng)絡(luò)的SIP(會話初始協(xié)議)逐步成為視頻、音頻多媒體業(yè)務(wù)互通的主要會話控制協(xié)議。呼叫控制為了滿足多種網(wǎng)絡(luò)融合互通的需要，提出以SIP協(xié)議互聯(lián)互通，兼容傳統(tǒng)信令的設(shè)計思想。呼叫控制實體通過實時同步用戶號碼實現(xiàn)呼叫尋址。基于IP網(wǎng)絡(luò)呼叫控制實體會話邏輯處理上只有源和目的節(jié)點，沒有中間節(jié)點，簡化了呼叫尋址的處理邏輯。基于IP技術(shù)設(shè)計的呼叫控制為實現(xiàn)媒體設(shè)備動態(tài)組網(wǎng)提供了設(shè)計參考。

呼叫控制；實時傳輸協(xié)議；會話初始協(xié)議；會話描述協(xié)議；用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議

0 引言

人們對通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需求逐步呈現(xiàn)多樣化、綜合化和個性化的趨勢，但是傳統(tǒng)通信網(wǎng)是基于單一媒體交換技術(shù)所構(gòu)造，業(yè)務(wù)種類單一，因此對PSTN網(wǎng)(公共交換電話網(wǎng))提出了進一步發(fā)展的要求。同時IP交換技術(shù)飛速發(fā)展，高速IP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能為話音、視頻等實時業(yè)務(wù)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，所以傳統(tǒng)電信網(wǎng)向 IP網(wǎng)絡(luò)演進。新型通信網(wǎng)是以IP技術(shù)為核心，可以同時支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的融合網(wǎng)絡(luò)[1-2]。

傳統(tǒng)電話程控網(wǎng)話音業(yè)務(wù)是面向連接的，信令系統(tǒng)復(fù)雜，信令種類多。而以IP技術(shù)為核心通信網(wǎng)絡(luò)的呼叫會話協(xié)議是以SIP為主，SIP是應(yīng)用層協(xié)議，主要承載在UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)傳輸協(xié)議上，SIP協(xié)議的本身不區(qū)分為用戶和局間，是一種“end-to-end”協(xié)議[3]。SIP設(shè)計目標(biāo)是提供多媒體建立、修改和終止。呼叫控制以SIP為支撐，通過SIP完成用戶定位、能力管理、用戶可用性管理和會話管理[4]。

本文的呼叫控制實體采用SIP協(xié)議互聯(lián)互通，去掉了原有的中繼信令系統(tǒng)。并在IP 網(wǎng)絡(luò)動態(tài)路由技術(shù)基礎(chǔ)上采用新的同步協(xié)議用于支持呼叫控制實體路由尋址，從而實現(xiàn)網(wǎng)路拓撲的扁平化。

1 呼叫控制

呼叫控制(CC)是控制面的功能實體，呼叫控制在各個信令點(SP)支撐的基礎(chǔ)之上，通過內(nèi)部的私有呼叫原語與各個信令點處理實體模塊互通，這樣呼叫控制需要完成與各個不同信令到原語時序、語義、語法的匹配，從而完成呼叫的建立、維持和拆除[5-6]。呼叫控制在軟件實現(xiàn)上的核心是一個有限狀態(tài)機的軟件模塊，在每個狀態(tài)機上處理不同類型的呼叫原語。因為每個呼叫從呼叫建立到呼叫拆除需要處理相同或不同的信令點的原語，所以每個呼叫的業(yè)務(wù)控制狀態(tài)機在呼叫控制模塊上都是不同的邏輯。如果把特服(補充業(yè)務(wù)控制)和普通呼叫的控制都集中在一個呼叫控制實體模塊來完成，呼叫控制模塊會因為多種呼叫邏輯的疊加變得復(fù)雜，最合適的做法是采用分而自治的原則。

在邏輯上把復(fù)雜補充業(yè)務(wù)邏輯和普通呼叫分開實現(xiàn)，以達到邏輯復(fù)雜度的平衡，軟件易于實現(xiàn)。通常呼叫控制架構(gòu)如圖1所示。

圖1 呼叫控制架構(gòu)

信令系統(tǒng)：由于IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)并存，信令系統(tǒng)是以SIP為主，兼容其他信令。傳統(tǒng)信令按照應(yīng)用工作區(qū)間上分為兩大類[7-8]:① 用戶線信令(比如模擬電話環(huán)路信令)，負責(zé)用戶話機和交換機之間傳遞的信令；② 局間信令(如No.7)，負責(zé)話音組網(wǎng)和號碼尋址[9]。SIP沒有嚴(yán)格用戶側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)區(qū)分，SIP是應(yīng)用層的會話控制協(xié)議，IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對SIP是完全透明。

媒體資源管理：現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)是融合的網(wǎng)絡(luò)，媒體業(yè)務(wù)有多種編碼格式。呼叫控制通過信令系統(tǒng)完成媒體的編碼協(xié)商后，通過消息和媒體資源管理模塊交互，完成媒體業(yè)務(wù)的編碼轉(zhuǎn)換。編碼后的媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載在RTP包中，通過IP交換完成媒體業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)[10]。

維護管理：呼叫控制通過消息與維護管理模塊交互，完成呼叫控制運行參數(shù)管理。

呼叫控制：呼叫控制通過呼叫原語在時序、語義和語法3個方面完成傳統(tǒng)的信令與SIP協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

2 尋址技術(shù)

傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)的呼叫控制通過局間的尋路信令完成尋址過程，呼叫控制網(wǎng)絡(luò)拓撲固定，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分層。由于固定電話網(wǎng)話音業(yè)務(wù)是面向全連接的，承載面和控制面緊密耦合，呼叫控制實體網(wǎng)絡(luò)邏輯拓撲關(guān)系依賴交換設(shè)備的實際拓撲關(guān)系。

傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)拓撲在設(shè)計和布局上都以事先規(guī)劃為前提，特別是用戶號碼路由信息在一個局部區(qū)域基本固定，即使移動通信網(wǎng)絡(luò)也只是用戶終端漫游和切換[11-12]，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的交換設(shè)備位置相對固定。固定電話網(wǎng)呼叫控制實體尋址邏輯模型如圖2所示，呼叫控制實體3的用戶作為主叫尋址呼叫控制實體4 的用戶，呼叫路徑是呼叫控制3到呼叫控制4一跳固定路由3-4，如果呼叫控制3到呼叫控制4之間的鏈路出現(xiàn)故障，由于用戶號碼路由服務(wù)不能及時重新規(guī)劃呼叫控制3到呼叫控制4的其他路由，即使呼叫控制3到呼叫控制4之間有其他路徑3-1-2-4，呼叫控制3的電話也無法和呼叫控制4的電話互通。由此可見傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)的拓撲缺少靈活機動組網(wǎng)能力。

圖2 固定電話網(wǎng)絡(luò)邏輯尋址

新設(shè)計的呼叫控制是以IP路由技術(shù)為基礎(chǔ)而構(gòu)建的，由于IP網(wǎng)絡(luò)通過動態(tài)路由協(xié)議可以機動、靈活地完成交換設(shè)備的組網(wǎng)，呼叫控制實體通過被叫用戶信息得到用戶公開IP地址信息，從而完成被叫用戶的尋址過程。呼叫處理路由查詢流程如圖3所示，呼叫控制實體收到呼叫請求，通過查詢位置服務(wù)器得到被叫號碼對應(yīng)的IP地址。

呼叫控制1、2作為呼叫狀態(tài)相關(guān)的SIP代理服務(wù)器，用戶號碼位置服務(wù)作為SIP位置服務(wù)器。呼叫控制維持會話每個請求的處理狀態(tài)，還會維持會話的處理狀態(tài)。用戶號碼位置服務(wù)負責(zé)用戶公開地址(通常電話號碼)與實際地址(IP地址)的綁定關(guān)系維護。

圖3 呼叫處理路由查詢

新設(shè)計的呼叫控制為了實現(xiàn)靈活機動組網(wǎng)，需要把用戶位置服務(wù)這一功能落到每個交換設(shè)備的呼叫控制實體內(nèi)部，這樣呼叫控制實體通過同步算法得到整個網(wǎng)絡(luò)的用戶號碼對應(yīng)IP地址信息，呼叫控制動態(tài)邏輯模型如圖4 所示。

圖4 動態(tài)IP網(wǎng)絡(luò)尋址

呼叫控制實體邏輯上都有多個中繼方向，有別于傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)，圖4所有中繼話音業(yè)務(wù)和信令都是承載在IP網(wǎng)絡(luò)上。網(wǎng)絡(luò)上每個節(jié)點的中繼鏈路是動態(tài)變化的。呼叫控制3的用戶尋址呼叫控制4的用戶，呼叫控制3到呼叫控制4有多條尋址路徑，即使一條路徑故障，呼叫控制3下的呼叫也可從其他路徑迂回到達，具體實現(xiàn)設(shè)計思路如下：呼叫控制實體通過動態(tài)路由協(xié)議(OSPF、RIP)或者維護管理得到整個網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制實體IP地址集合A，同步請求消息中的IP地址集合為B，C=A-(A∩B)(把集合A中所有與集合B所有相同地址元素剔除掉后得到集合C)[13]。每個呼叫控制實體按照集合C的IP地址同步電話號碼和IP地址的綁定信息。

同步流程的算法如下：本地呼叫控制實體在收到UAC(SIP用戶代理)或者其他用戶SP(信令處理點)的注冊請求后，呼叫控制把注冊請求依照同步請求原語構(gòu)造同步請求消息，按照集合C地址信息發(fā)送同步請求[14]。網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備的呼叫控制實體收到同步請求后，先在本地用戶號碼和IP地址信息綁定信息表中查找同步請求的用戶號碼和IP地址。如果在本地沒有找到，則在地址號碼信息表中添加綁定信息，同時把本地呼叫控制實體的IP地址信息添加到同步請求消息IP地址集合B中，呼叫控制實體把同步請求向集合C中 IP地址信息(除去同步請求的路徑信息中的本呼叫控制IP)進行轉(zhuǎn)發(fā)，這樣最終把每個用戶號碼和網(wǎng)絡(luò)IP地址的綁定關(guān)系同步到網(wǎng)絡(luò)上所有的呼叫控制實體。為了防止呼叫控制同步請求形成路由環(huán)路，擴展的SDP協(xié)議信息字段必須包括源設(shè)備節(jié)點和目的設(shè)備節(jié)點的IP地址、尋呼路徑(所經(jīng)過的所有的節(jié)點的IP 地址)、用戶號碼和TTL信息字段[15]。

呼叫控制實體同步用戶號碼與IP地址綁定信息的流程如圖5 所示。

圖5 用戶位置同步流程

3 呼叫控制設(shè)計實現(xiàn)

呼叫控制程序模塊開發(fā)語言為C語言，運行在Linux或者vxWorks 操作系統(tǒng)平臺上。

呼叫控制軟件作為交換控制設(shè)備的核心軟件模塊，呼叫控制軟件在功能要和多個SP(信令點處理)交互，既要負責(zé)用戶信令的接入，還要負責(zé)SIP路由管理，每個呼叫的異常處理分支多，所以呼叫控制在程序劃分為多個子功能模塊，呼叫控制軟件模塊劃分如圖6所示。

圖6 呼叫處理的功能組成

呼叫控制為保證呼叫原語嚴(yán)格按照既定時序進入呼叫控制的狀態(tài)機，呼叫控制在實現(xiàn)上只有一個任務(wù)或是線程。呼叫控制的核心是狀態(tài)機管理，其他軟件模塊都是為呼叫控制的狀態(tài)機模塊服務(wù)的。狀態(tài)機的維護管理與媒體資源、SIP路由和呼叫原語是異步消息通信；與號碼分析、工作參數(shù)函數(shù)的同步調(diào)用。SIP路由管理模塊為了實現(xiàn)機動靈活組網(wǎng)能力，需要擴展SDP(會話描述協(xié)議)用于支持同步信令，擴展內(nèi)容必須有以下信息,具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

typedef union

{

unsigned int l_addr;

unsigned char b_addr[4];

}ipAddr_U;

typedef struct

{

unsigned short sigVer;

unsigned short sigType;

unsigned int callId[2];

ipAddr_U srNodeIp;

unsigned short srNoeIport;

unsigned char srcTel[];

unsigned char nodeNum;

ipAddr_U callPath[nodeNum]；

}roueInfoBa_T;

typedef struct

{

unsigned short sigVer;

unsigned short sigType;

unsigned int callId[2];

ipAddr_U srNodeIp;

unsigned short srNoeIport;

unsigned char srcTel[];

int anResult；

} roueInfoBaAns_T;

callPath[]地址路徑：地址信息集合B。

sigVer、sigType：信令版本、信令消息。

srTel、srNodeIp、srNoeIport：同步請求消息的電話號碼、IP地址、端口號。

callId：呼叫源端分配的呼叫ID。

anResult：同步響應(yīng)。

呼叫控制通過同步得到了網(wǎng)絡(luò)所有用戶的公開的IP地址信息，在后續(xù)的會話控制過程中省去了路由查詢過程。呼叫控制實體以單獨的任務(wù)守候在本節(jié)點呼叫控制IP地址上，IP端口地址固定，SIP協(xié)議軟件工作只對SIP協(xié)議字段與呼叫原語信息字段做對應(yīng)轉(zhuǎn)換，沒有呼叫狀態(tài)機的處理。呼叫控制負責(zé)狀態(tài)機的處理，每個呼叫的后續(xù)呼叫信令就只涉及源和目的節(jié)點的呼叫控制實體，沒有中間節(jié)點參與，呼叫控制網(wǎng)絡(luò)側(cè)會話控制流程如圖7所示[16-17]。

圖7 呼叫控制網(wǎng)絡(luò)側(cè)會話流程

在呼叫建立后，控制面的呼叫控制協(xié)議SIP(承載在UDP或SCTP協(xié)議上)、業(yè)務(wù)面話音數(shù)據(jù)(承載在RTP協(xié)議上)[18-19]。業(yè)務(wù)和信令在網(wǎng)絡(luò)層都是源節(jié)點到目的端的IP分組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，在IP層以上沒有中間節(jié)點的控制，這樣簡化了呼叫處理處理程序設(shè)計和實現(xiàn)[20-21]。

4 結(jié)束語

本文呼叫控制實體是由呼叫狀態(tài)SIP協(xié)議代理服務(wù)器，呼叫控制實體通過IP網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)路由協(xié)議得到整個網(wǎng)絡(luò)所有呼叫控制實體的IP地址信息集，在此基礎(chǔ)上通過實時同步算法使每個呼叫控制實體掌握每個用戶號碼與其對應(yīng)的IP服務(wù)地址信息[22-23]，從而實現(xiàn)了交換設(shè)備動態(tài)組網(wǎng)，用戶設(shè)備靈活接入。呼叫控制的同步算法是一種逆向路由技術(shù)，適用于規(guī)模不大的網(wǎng)絡(luò)。

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A Call Control Design for IP Network

ZHAO Zhi-zhong1,WU Xiu-mei2

(1.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China;2.XinhuaSchool,ShijiazhuangHebei050005,China)

With the gradual evolution of telecom network to IP network,SIP based on IP network has become the main session control protocol of video and audio multimedia service.In order to meet the needs of integration and interoperability of a variety of networks,a design of call control using SIP protocol for interoperability is proposed,which is compatible with the traditional signaling.The call control entity achieves call addressing through real-time synchronous user number.The IP network call control session handles only the source and destination node and there is no intermediate node，which simplifies the processing logic of call addressing.The call control based on IP network offers a design reference to the implementation of dynamic media device network.

call control；RTP；SIP；SDP；UDP

2017-03-20

河北省重點研發(fā)計劃基金資助項目(16210327D);通信網(wǎng)信息傳輸與分發(fā)技術(shù)重點實驗室基金資助項目(2016YFB0800300)。

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.06.02

趙旨忠，吳秀梅.一種應(yīng)用于IP網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制設(shè)計[J].無線電工程,2017,47(6):6-9,14.[ZHAO Zhizhong, WU Xiumei. A Call Control Design for IP Network[J].Radio Engineering,2017,47(6):6-9,14.]

TN713.5

A

1003-3106(2017)06-0006-04

趙旨忠 男，(1981—)，工程師。主要研究方向：通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)。

吳秀梅 女，(1979—)，中教二級。主要研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué)、計算機軟件教學(xué)。