VoIP 技術及其與Call Center 的融合解析

夏必東

（北京大唐高鴻數據網絡技術有限公司，北京 100195）

0 引 言

基于IP 的語音傳輸（Voice over Internet Protocol，VoIP）技術包括會話初始化、信令傳輸、語音編碼、H.323 協議以及會議初始協議（Session initialization Protocol，SIP）等內容。通過對這些協議的組合應用，可以實現VoIP 技術的全部功能。VoIP 技術的應用為傳統的Call Center 系統提供解決問題的新思路和新手段，因此將Call Center 與VoIP 技術融合十分必要。

1 會話初始化

1.1 會話初始化過程

建立用戶會話，即注冊。在注冊過程中，由服務器向用戶發送一個會話初始化消息。該消息包括以下內容。一是該用戶的注冊號（用來標識該用戶是否屬于會話初始化系統）。二是服務器向用戶提供一個初始的會話號碼。在注冊過程中，服務器會發送一個會話號碼給用戶，方便用戶在呼叫時能直接發起連接。在某些特殊情況下，服務器會發送一個身份標識號（Identity document，ID）來標識特定服務提供商的用戶。三是服務器將用戶的注冊號與某服務提供商的服務進行綁定，以便在呼叫時能直接發起連接。四是如果服務器有一個可配置的會話號碼，它將在呼叫時直接發送給呼叫者。如果服務器沒有可配置的會話號碼，則服務器在呼叫中將所擁有的某些特定功能發送給呼叫者，如允許呼叫者撥入指定號碼等。五是服務器會將用戶與服務提供商之間的所有會話進行初始化處理，并把所有相關信息存儲在數據庫中。提供商在任何時刻都可以訪問到數據庫中的信息，并允許呼叫者發起連接，可以為用戶提供有關會話號碼、用戶和服務提供商等相關信息。當服務器將會話號碼發送給呼叫者時，服務提供商可以從數據庫中獲得所需的相關信息[1]。

1.2 會話管理

會話管理是為用戶提供一個會話的初始化解決方案，主要包括會話設置、會話跟蹤以及會話維護3部分。

1.2.1 會話設置

對用戶進行身份認證，根據用戶的需要完成網絡初始化設置。在會話設置中，需要定義用戶的各項基本信息，如用戶號、用戶名、用戶密碼以及密碼保護模式等。此外，修改終端設備的相關配置。

1.2.2 會話跟蹤

根據不同的業務，對用戶的會話進行跟蹤，包括會話查詢、會話發起以及會話取消等。具體實施時，需要對各種會話進行管理和控制，主要包括：對SIP協議棧中的各個協議進行操作控制；對終端設備的各種狀態信息進行跟蹤；對各種會話進行管理和控制；對終端設備進行配置管理等。

1.2.3 會話維護

會話維護主要負責為用戶提供各種服務。根據業務需求對用戶的所有會話進行管理和維護，主要包括：對各種業務進行管理；為各種業務提供支持；負責為用戶提供各種服務。在實際應用中，由于會話初始化具有較高的復雜性，一般只需支持一種初始化方式即可。在某些特殊情況下，需要結合多種方式使用。不同設備所采用的初始化方式有所差別，常見的有固定電話初始化方式、移動終端設備初始化方式、傳統固定電話初始化方式以及新推出的基于SIP 協議的初始化方式等。

1.3 終端認證

傳統的電話通信中，通常需要對終端設備進行認證才能實現會話的初始化。在VoIP 系統中，用戶的終端設備需要支持SIP 協議[2]。目前，對于采用SIP 協議的終端設備，通常有2 種認證方式，即基于網關認證方式和基于注冊網關認證方式。

基于網關認證方式下，用戶需要將所有的終端設備都連接到網絡上。系統統一管理用戶的終端設備，操作方便。用戶只需選擇一個適合自己的網絡環境的網關即可實現會話初始化。該方式下，用戶終端設備需要完成網關配置、SS7 和SS8 等認證模塊的配置，并對其進行管理和維護。基于注冊網關認證方式需要系統具備一定的復雜性，用戶需要安裝一個支持SIP協議且可管理和維護的注冊網關。如果該注冊網關不支持SIP 協議，則用戶需要另行配置一個注冊網關并進行相關操作。

實際應用中，2 種方式都可以實現會話初始化。基于網關認證方式具有較好的可擴展性和靈活性，而基于注冊網關認證方式則具有更高的安全性和穩定性[3]。

2 信令傳輸

借助信令傳輸實現語音通信，使用SIP 或呼叫控制協議（Call Control Protocol，CCP）進行信息交互。VoIP 主要依靠SIP 協議實現數據包的交換和控制。在實際的VoIP 系統應用中，一般通過網絡層的協議來完成整個呼叫過程，包括語音信號的解碼、語音信號的合成等。在信令傳輸過程中，SIP 主要用于網絡層協議，CCP 主要用于語音層協議。在網絡層中，SIP主要實現話音信令的傳輸和控制功能，CCP 主要實現媒體層協議。在VoIP 系統中，如果僅采用SIP 來完成話音信令傳輸，則要將SIP 信令模塊嵌入網絡層模塊；如果采用CCP 來完成話音信令傳輸，則可以使用CCP 模塊對網絡層協議進行處理，完成話音信令的傳輸。在VoIP 系統中，采用SIP 協議和CCP 協議傳輸話音信號時，可以通過路由器來實現信息交換，從而簡化VoIP 系統的結構，降低系統復雜性。VoIP傳輸過程如圖1 所示。

圖1 VoIP 傳輸過程

3 語音編碼

3.1 基于波形數據的語音編碼

基于波形數據的語音編碼是在語音合成中將波形特征作為參數進行編碼，實質是用一種相對簡單的方法來模擬原始語音信號。其優點是無須對語音信號進行頻譜分析，提高編碼效率，更適用于對帶寬要求較高的實時性傳輸。

基于波形數據的語音編碼主要分為2 類，即基于幅度分析和基于波形分析。基于幅度分析的語音編碼方法是將語音信號的幅度信息作為參數來進行編碼，典型的方法是線性預測。線性預測又可分為正交線性預測和脈沖對數譜分析等。基于波形分析的語音編碼方法是在語音波形合成時引入波形特征來提升合成語音的質量，如線性預測、脈沖對數譜分析以及自適應參數化等。該方法的主要特點是只需完成波形的預處理和參數合成操作就能較好地保持原始語音的質量。

3.2 多速率和多層次聯合的語音編碼

多速率編碼是一種新的編碼方式，可以在一個碼率范圍內進行編碼，提升語音質量的同時，提高頻譜利用率。多速率編碼是基于碼分復用（Code Division Multiplexing，CDM）和碼激勵線性預測（Code Excited Linear Prediction，CELP）的編碼方式。實際應用中，CDM 編碼中碼率不對稱，即每個碼元代表的比特不相同[4]。為克服碼率不對稱帶來的問題，利用多速率編碼控制合成語音和原始語音間的差異。

3.3 非對稱參數化語音編碼

非對稱參數化指在保證語音合成效果的前提下，通過調節某些參數來實現對合成語音和原始語音的動態控制。應用基于自適應線性預測的非對稱參數化算法，在保持合成效果的情況下，只需改變一些參數就能動態控制原始語音和合成語音，得到更高質量的音頻。

4 網絡側功能

4.1 數據處理

數據處理主要包括3個方面。一是在VoIP系統中，音頻信號通過媒體網關（Media Gateway，MGW）控制芯片進行編碼、壓縮。由MGW 上的語音活動檢測器（Voice Activity Detector，VAD）進行解碼、打包，之后由網關進行傳輸。其中，處理過程主要包括音頻數據解碼和音頻數據壓縮2 個部分。二是在終端與網關之間實現媒體流的路由。在IP 網絡中，不同終端與不同網關之間一般通過信令交互的方式進行路由選擇。當終端向網關發送路由請求時，網關需要確定路由選擇策略，然后將其發送給相應的網絡側設備。網絡側設備會根據路由選擇策略，選擇最合適的路由來傳輸數據流。三是對終端上傳輸過來的聲音信號進行處理，主要包括聲音信號的同步、語音信號的合成以及語音信號的傳送等操作。在VoIP 系統中，這3 個操作主要通過網管系統來實現。

4.2 呼叫控制和管理

在VoIP 網絡中，呼叫控制和管理主要是對用戶的呼叫建立、連接釋放和取消等進行控制，實現對用戶資源的有效管理。在呼叫建立階段，需要將被叫用戶的有關信息（地址、終端類型以及歸屬網絡等）發送給相應的網元設備，并由網元設備對這些信息進行分析，以確定是否可以建立呼叫連接。如果可以建立呼叫連接，則通知被叫用戶進行下一步操作。在呼叫連接釋放階段，需要根據被叫用戶的信息，將呼叫放回指定的狀態，并通知相應的網元設備。如果被叫用戶提出取消連接請求，則將該請求發送到相應的網元設備。在呼叫取消階段，需要通過一定的信令流程來實現。其中最主要的信令流程就是將呼叫建立時產生的信令幀經過分析，發送給相應的網元設備，確定是否可以取消連接。通過呼叫控制和管理功能，可以有效提升VoIP 網絡的穩定性和可靠性[5]。

4.3 安全和保密

在VoIP 系統中，加密和解密操作是保證語音信息傳輸安全的重要手段。在VoIP 系統中，采用H.323協議和SIP 協議作為加密和解密的標準，通過這2 種協議各自的優勢來保證語音信息在網絡中的安全傳輸。SIP 協議中，信息都是以明文形式存在，可以在互聯網上任意傳送，且不需要進行加密。H.323 協議中，信息以密文的形式傳送，只能在使用相應的設備上進行解密。由于SIP協議采用明文傳輸，存在被非法截獲、篡改以及重放等安全隱患。為解決這一問題，提出一種端到端加密方案，即用一組預先分配好的密鑰加密處理語音信息，即使信息被截獲也無法解讀出原始信息。在VoIP 系統中，通過對語音信息進行加密和解密處理，可以防止非法用戶截獲原始語音信息，保證語音信息在網絡中的安全傳輸。同時，可以防止攻擊者通過非法手段竊取原始語音數據信息。

5 結 論

VoIP 技術是一種基于網絡的語音傳輸技術，通過互聯網將語音信號從一方傳送到另一方。與傳統的電話和數據通信技術相比，VoIP 技術具有更高的網絡帶寬和更低的延遲。Call Center 是一種用于管理和控制電話、數據等通信業務的應用程序。它可以通過軟件或硬件將多個電話和數據業務集中管理和控制。VoIP 技術與Call Center 的融合使網絡運營商能更有效地管理和控制不同應用程序的通信業務，從而提高網絡運營效率和服務質量。