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IP电话与模拟电话互通实现方法

2014/04/28 meeteasy

1、引言

随着IP网络的迅速发展,以H.323协议和SIP(会议发起协议)作为呼叫控制协议的IP电话被大量使用。由于IP网络良好的多媒体特性及低廉的资费,传统模拟电话的地位收到IP电话的巨大挑战。IP电话中,SIP话机凭借着SIP协议的简单、灵活及很好的扩充性,正得到越来越广泛的应用。

鉴于目前模拟电话仍然是人们进行通信的常用手段,研究如何实现传统模拟话机与基于IP网络的SIP话机之间的互联互通仍具有重要的现实意义。这也是电信领域向全IP化发展的关键问题。本文给出在IP网络中,利用SIP服务器系统使得传统模拟话机与SIP话机能够互通的解决办法。

2、模拟电话与IP电话的网络结构

PSTN(公共交换电话网络)与IP网络的互联网结构如图1所示。
PSTN(公共交换电话网络)与IP网络的互联网结构
图1中的虚线框内为SIP服务器系统。为了实现PSIT与IP网络的互联,SIP服务器系统需要完成三种网元的功能:PSTN交换机、IP服务器(代理服务器、注册服务器)和网关(信令网关、媒体网关)。

2.1 PSTN交换机功能

PSTN交换机一端连接各种终端(包括固定电话、移动电话、传真机等),另一端连接网络网关。PSTN交换机主要由用户接口、中继接口、数字交换网、信号设备、控制系统和操作维护等几大部分组成,主要功能是完成PSTN网络信令的产生、处理、传输及PSTN链路的接续。

2.2 SIP服务器功能

涉及到SIP服务器主要有:

注册服务器,完成用户设备的注册,对相关的AOP(记录地址)进行激活、解激活。

状态服务器,完成对用户逻辑状态的维护、管理,涉及SIP Presence(呈现)服务。

代理服务器,完成SIP消息的路由及转发成功,涉及本地电话号码的E.164转换、DNS(域名系统)服务、防火墙穿越及呼叫控制等功能。

2.3 网关功能

网关可分为网络网关和企业网关。前者负责电信PSTN交换机与SIP服务器的互联,后者负责企业PBX(用户级交换机)与SIP代理服务器的互联。两种网关都具备媒体网关功能与信令网关功能。

媒体网关功能比较简单,主要完成传统Ps12q 网络中TDM(时分复用)与IP网络中各种编码格式 的RTP(实时传输协议)流之间的转换,该功能由 SIP服务器中的媒体子系统实现。也可以如SIP—T 中所定义的,直接将PCM(脉冲编码调制)数据作为 RTP/Audio.Video Profile 0(AVP)来传输。 信令网关的功能与媒体网关相比较为复杂,其 实现方式有两种:a)PSTN信令与SIP信令间的直接映射关系。b)在SIP信令中内嵌PSTN信令。

如果采用第一种方法.在PSTN信令向SIP信令进行映射时,会产生信息丢失;而在SIP信令向PSTN信令转换时,要求网关能够自动填充默认参数。SIP服务器采用这种方法来实现各半呼叫信令之间的互联互通

采用第二种方法能够避免当某些消息(如 CSTA消息)与SIP消息中不存在直接的映射关系时所产生的信息丢失,但在这种方法下的网关设计要复杂得多。SIP服务器中采用这种方法来封装外部业务子系统的CSTA(计算机支持的电信应用服务)消息。

3、模拟电话与SIP电话的通话流程分析

模拟话机拨打SIP终端场景

图2描述了本地模拟话机通过拨打电话号码呼 叫远端SIP终端的场景。该场景涉及的流程有:SIP 终端注册流程、号码分析流程、媒体转换流程及呼叫 流程。如图2所示,由于主、被叫分别位于各自的子 网内,且都有各自的防火墙,所以还会涉及到E.164 号码转换、ENUM(电话号码映射)服务(DNS查询) 和防火墙穿越(NAT与STUN服务)。下面对涉及的流程进行详细分析。

3.1 注册流程

在呼叫开始之前,SIP终端必须通过DNS流程到其外出代理服务器,并向其中的注册服务器(位 于SIP服务器系统中)进行注册。SIP终端向注册服 务器发送REGISTER消息进行注册,注册服务器收 到该消息后,根据消息中的信息,更新相关的记录地 址,将对应设备注册为激活状态,并向SIP终端发送 200 OK消息。完成注册流程。
3.2 号码分析流程

号码分析流程涉及ENUM服务.ENUM服务会将拨打的电话号码转换成域名,并构建相应的DNS查询请求。如果模拟电话拨打的是完整的、符合E.164格式的全球统一电话号码时,SIP服务器直接将该号码作为tel URI(通用资源标识)或者SIP URI的用户部分。进行DNS查询流程:如果模 拟电话拨打的是本编码区域内其他子网内的号码 时。会根据相应的配置,补齐E.164全球统一号码中的编码区域号部分和国家代码部分.然后再进行DNS查询流程。经过一系列的DNS查询后,数据库子系统会告知模拟话机出呼模块应该将请求消息发送至哪里(一般为对端的外出代理服务器)进行进一步处理。

3.3 媒体转换流程

模拟话机出呼模块与SIP半呼叫模块首先分别 创建TDM半呼叫实例与VoIP半呼叫实例,并与本 地的半呼叫双向连通。当呼叫成功建立之后,主/被叫半呼叫各自建立向对端半呼叫的连接,完成呼叫 的双向接通。其过程如图3所示。

DSP实例与半呼叫连接过程
在TDM半呼叫实例与VoIP半呼叫实例双向连通之后,DSP(数字信号处理器)完成TDM(时分复用)数据流(G.7l1)与RTP(实时传输协议)数据 流(G.7XX)之间的相互转换。

TDM半呼叫实例收到模拟话机半呼叫模块发来的TDM数据流后,进行G.711解码形成线性码。 经回声消除后发向VoIP半呼叫实例:VoIP半呼叫 实例对线性码进行回声消除处理后,根据呼叫建立过程中协商的编码格式,调度相应的算法模块将线性码编码成指定的编码格式后发送至SIP半呼叫。反向过程与此类似。

3.4 呼叫流程

假设主叫为模拟电话(采用模拟话机模拟用户 信令).被叫为SIP终端,主叫通过拨打分配给被叫的电话号码(可转换为E.164号码)来呼叫远端的SIP终端。整个流程可细分为以下几个阶段:

a)摘机起呼阶段:当模拟用户摘机,其与SIP服 务器用户线插卡间直流环路的电压产生变化,触发 模拟话机半呼叫模块发送摘机消息,该消息经管理 模块后分发至模拟话机出呼模块,模拟话机出呼模 块收到该消息后,首先向数据库子系统发送设置状 态消息,设置相关模拟话机端口的状态并获得该端 口所对应的主叫TDM时隙号。同时向BFXS(外围 交换用户话机接口)模块发送摘机响应消息。
b)放拨号音、DTMF(双音多频)收号阶段:模拟话机出呼模块向数据库子系统发送申请资源消息, 申请DSP时隙资源.下行发送拨号提示音.上行接 收DTMF拨号。数据库子系统收到该请求后,从 DSP资源队列中找到一个空闲资源将其分配给该 模拟话机出呼模块并进行相应的标记。模拟话机出 呼模块获得响应后向媒体子系统请求创建DSP实 例。实例成功创建后,向数据库子系统通知,分别接 通上/下行链路。当接收到主叫拨打的第一个号码时,通知媒体子系统修改DSP实例下行链路的属性,停止拨号音的发送,而上行链路继续接收DTMF 号码。每收到一个号码都会调用数据库子系统的号码分析接口,直到号码分析成功为止。

C)号码分析阶段:数据库子系统收到拨号消息后,首先通过默认值将该电话号码补齐为E.164格式的电话号码,并采用ENUM服务进行DNS查询, 将该号码映射成对端的SIP URI.映射完成后向模拟话机出呼模块返回结果

d)呼叫建立阶段:模拟话机出呼模块获得号码分析的结果后,得知对端为SIP终端,进入呼叫建立阶段。主叫半呼叫向被叫半呼叫发送建立消息,要求建立呼叫。被叫半呼叫模块(SIP半呼叫模块)接 收到该消息后,使用建立呼叫消息向主叫半呼叫返回被叫信息,并向媒体子系统发送创建消息创建VolP半呼叫实例,进行主叫识别及号码发送。VolP半呼叫实例创建成功后。SIP半呼叫模块向数据库 子系统发送连接消息要求接通与VolP半呼叫实例间的接续。同时根据消息中的信息.构建INVITE请求,开始与被叫(对端SIP终端)进行SIP的三次握手过程

由于SIP服务器位于防火墙之后,需要使用 STUN(NAT的UDP简单穿越)服务来分别获得 Contact及SDP经NAT(网络地址转换)穿越后所映 射到的公网IP地址及端口号。以便呼叫能够在不同的子网问正确建立。该场景要求两端在通过STUN 服务获得公网IP及端口后,就在各自的防火墙上进行Hole.Punching过程.建立地址及端口的NAT 映射关系及过滤准则,完成防火墙穿越。

当SIP终端收到INVITE请求后.同样会通过 STUN服务来获知本端Contact及SDP对应的公网地址及端口,并向主叫侧(SIP服务器)返回180 Ringing(振铃)消息,同时SIP终端开始振铃。

SIP服务器的SIP半呼叫模块接收到180Ringing消息后,向主叫半呼叫中的模拟话机出呼模 块发送振铃消息,提示被叫已处于振铃状态,触发模拟话机出呼模块向媒体子系统发送资源修改消息,申请修改DSP属性为下行放回铃音/上行不工作。 同时向被叫半呼叫模块发送连接请求。要求被叫侧接通话路,等待被叫摘机。

当SIP终端摘机时.会向SIP服务器的SIP半呼叫模块发送200 OK消息.表明被叫已经摘机应答。SIP半呼叫模块则以ACK消息向SIP终端进行响应,表明媒体协商已经完成,并用连接消息触发模 拟话机出呼模块向媒体子系统发送修改消息.请求修改DSP实例属性,接通TDM半呼叫实例向Voip 半呼叫实例方向的连接。同时SIP半呼叫模块也向 媒体子系统发送修改消息,要求接通VolP半呼叫实例向TDM半呼叫实例方向的连接,至此完成模拟话机半呼叫模块与SIP半呼叫模块之间的双向呼叫连接。

e)挂机释放阶段:这里假设对端SIP终端先挂机,向SIP服务器中SIP半呼叫模块发送BYE请求,SIP半呼叫模块收到后,立即以200 OK消息进行响应,并向模拟话机出呼模块发送释放消息,通知主叫半呼叫,告知呼叫已经结束,要求释放相关源。模拟话机出呼模块接收到该消息后,利用一条修

4、总结与展望

本文对当前提出的各种应用于WSN网络MAC协议的节能技术进行研究与分析,得出结论: 由于不同应用场合对网络的要求不同,对MAC协议来说。不存在一种适用于所有WSN网络应用的节能技术,也没有哪种节能技术在各方面明显强于其他技术。未来WSN网络MAC协议的节能策略必 将是各种节能技术的有效结合。在考虑各方面制约 的前提下,应最大限度延长网络的生命周期。本文认为,未来WSN网络MAC协议节能技术的进一步研究策略和发展趋势是:a)利用新兴的压缩传感技术 进一步提高数据融合的效率,减少帧的传送数量,降 低冲突的概率,降低能量消耗ob)利用新兴的社会感知技术协调节点间的工作关系,使节点的工作占空比、无线功率与周围环境相适应,提高协作效率,减少能量消耗。c)WSN网络针对不同的应用显示出了不同的网络特性。所设计的节能技术应该尽量确保MAC协议适应不同应用的各种流量模式。d)现有 研究成果的验证往往局限于仿真实验。或者是在实验室表现良好。但是缺少实际环境的验证。因此,未 来的MAC协议节能技术需要综合考虑实际拓扑、不对称链路和环境噪音等因素,研究基于真实物理通信环境的节能技术,提高WSN网络的实际部署能力。

IP电话, SIP电话

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