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基于RTP协议与SIP协议的VOIP系统

2014/07/08 Tang

摘要:随着IP网络的快速发展与普及,VOIP技术也逐渐走入人们的日常生活。文章分析了VOIP目前的应用情况以及关键技术,介绍了VOIP技术中新一代的SIP协议的工作原理,并就实际业务实例对VOIP业务进行了分析。

一、引言

VOIP(VOICE over Internet Protocol )是通过Internet来实现实时传送语音信号的一种新的电信业务。VOIP 与PSTN传统电话有许多不同之处,其中最突出的区别是语音传输的媒介,IP电话的传输媒介为Internet网络,而传统电话为公众电话交换机。由于Internet的使用费用很低,所以使用VOIP的成本就比传统电话节省很多,这决定了VOIP技术将受到广泛的关注并为电信业务带来一场革命。

二、VOIP关键技术

VOIP技术是建立在IP网络的基础上,而IP网络采用的是无连接尽力服务(Best Effort),这就必然出现时延、丢包等弱点,通话质量无法得到保证。因此在VOIP系统中必须采取特殊措施来保证一定的业务质量。

(1)语音信号处理
传统电话使用PCM编码是固定比特率编码,比特率为64kbit/s。目前我国IP电话系统比较广泛采用的压缩语音编解码是G.729编码和G.723.1编码。G.729编码的比特率为8Kbit。G.723.1编码的比特率是5.3 Kbit和6.3 Kbit.静音抑制技术(也称为语音活动检测)与舒适噪音技术可以有效的降低编码比特率。

静音抑制技术,是指检测到静音时不产生分组,检测到突发的活动声音时才生成语音信号分组,并加以传输。静音抑制一般会与舒适噪音一起使用,舒适噪音技术在静音期间发送背景噪音特点的分组,避免用户因长期静音导致的不自然。

(2)信令体系
信令技术是电话呼叫的顺利实现的保证。目前主要的信令体系是ITU-T的H0323标准协议族与IETF的SIP。H.323制定了无服务质量保证的分组网络上的多媒体通信标准。H.323协议族已经较为成熟并在VOIP领域得到了广泛应用。SIP是IETF推出的初始会话协议,它是一种基于文本的协议,采用SIP规则资源定位语言描述。相对于H.323,SIP更为简单、更为灵活。

(3)计算机电话集成技术
计算机电话集成(CTI)技术将计算机和电话通过一些硬件和软件集成为一体,使得数据服务与语音紧密耦合,该技术是VOIP技术的基础。

CTI在传统电话网上可以提供许多增值服务,例如自动语音识别(ASR)、语音合成技术(TTS)、交互式语音应答(IVR)等等。

(4)IP网络服务质量保障
由于IP网络的BESTEffort工作方式,所以服务质量无法得到保障。当前解决这类问题的主要技术有RSVP,MPLS,DiffServ等。

RSVP(资源预留):为每个数据流向其所结果的每个结点(即路由器)发出请求,要求结点根据用户需要和网络资源为每个呼叫保留所需宽带。

由于要求网络中所有路由器支持RSVP协议,故难以应用与大型网络,一般用于专用网或较小规模网络。

MPLS (多协议标签交换技术)。DiflServ(业务区分):利用标签引导数据传输。在一个无连接的网络中引入了连接的特征,兼容现有的各种主流网络技术 边界路由器根据业务数据流的行为特征和服务要求将其划分为若干等级.并为不同等级提供不同服务。可以支持大型网络。

(5)丢包处理
IP网络并不能保证将数据报正确传送到目的端.语音分组在IP网络的传输过程中有可能丢失。当偶然出现数据丢失时,可以根据一定的机制回复该分组。当出现连续分组丢失的情况
时。就会影响语音质量。

应用比较广泛的差错控制技术主要有前向纠错(FEC)和丢失隐蔽(PLC)。

FEC是一种改善语音质量的冗余编码技术。在每次传输语音包时都携带一个或多个签名的语音包的冗余信息。这样,接收端如果发现当前的包丢失了.就有可能用随后的数据包携带的信息恢复丢失的语音包。

由于丢包现象通常是零星出现的, 即连续丢失1个或2个的情况占多数,连续丢失3个或者更多数据包的可能性较小。而FEC对非连续丢失很有效,很适合Internet的包丢失情况。但是由于FEC需要携带冗余信息。所以会多消耗3O%的网络带宽。

PIC的思想是根据已接收到的信息对损坏信息进行猜测。用猜测的数据包来代替丢失的数据包。例如直接复制前一个数据包。

三、SIP协议介绍
SIP(初始会话协议)是IETF多方多媒体回话控制工作组定义的基于IP的一个应用层控制协议,该工作组的目标是松耦合会议,以SDP[3](会话描述协议)、SAP(会话通告协议)、RTSP
(实时流协议)、SCCP(简单会议控制协议)和SIP这一系列协议为基础构成一个完整的框架。由于SIP是基于纯文本的信令协议,可以管理不同接入网络上的会话等。会话可以是终端设备之间任何类型的通信,如视频会话、即时信息处理或协作会话。SIP得到了微软、AOL、等厂商及IETF和3GPP等标准制定机构的大力支持。

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不论从技术或商业的角度来看。SIP都有许多其他协议无法比拟的优势 SIP拥有强大的技术优势。SIP可用于建立与任何类型的接入网络的会话.同时还使运营商能够使用其它协议。它不限制或定义可以建立的会话类型.使多种媒体类型的多个会话可以在终端设备之间进行交换。它可以在无线分组交换域中提供所有业务的融合协议。同时SII)还有很高的商业价值。新的融合多媒体业务可以部署在CORS,UMTS,XDSL,WLAN等与接人独立的域中.因此运营商可以在3GPP R5推出之前就开始刨收。由于SIP是与接入独立的协议,无线运营商无需构建适用于多种接入网络的基础设施。所以SIP的应用越来越广泛。s1P与其他协议之间的层次关系如图1所示。

SIP协议的作用是会话的控制.而语音信号的传输则是依靠R1 P协议。一次简单的SI唧会话可以分为三个步骤。首先通过SIP协议商定通话双方的通话参数:之后是通过RTP/RTCP协议建立RTP连接,传输语音包;最后通过SIP协议解除连接。结束这次会话。

四、RTP/RTCP协议介绍

RTP[4](Real—time Transport Pr0t0c01)是用于Interact上针对多媒体数据流的一种传输协议 RTP被定义为在一对~或一对多的传输情况下工作,其目的是提供时问信息和实现流同步。RTP通常使用UDP来传送数据.但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口:一个给RTP,一个给RTCP。R11P本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制.也不提供流量控制或拥塞控制.它依靠RTCP(Real—time Transport Control Protoco1)提供这些服务。

RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务 在RTP会话期问,各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料,因此。
服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率.甚至改变有效载荷类型。 和RTCP配合使用。它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化.因而特别适合传送网上的实时数据。

五、基于SIP的VoIP系统

基于SIP的v0IP系统主要的功能部件如下:
(1)用户代理(User Agent,UA)
它是v0IP系统的终端.包括各种使用SIP协议的软件(PC机上的SIP软电话)和硬件(IP电话机)。由于电话通信要求可以同时接收语音与发出语音.所以每个用户代理同时包括UAC
(User Agent Client)系统与UAS(User Agent Server)系统。UAC系统用于向另一个UA的UAS系统发送SIP请求并建立连接。UAS系统用于接收UAC的请求并予以回应. 回应包括接受请
求、拒绝请求、重定向系统位置等。

(2)SIP服务器
SIP 服务器分为注册服务器、代理服务器、重定向服务器。注册服务器负责接受用户的注册信息、更新用户的地址以及维护用户地址列表等工作。代理服务器负责接受UA发送的请求
消息,根据网络设置将请求转发给对应的服务器.并将收到的应答信息转发给对应的UA。重定向服务器用于为代理服务器指出转发消息的下一个代理服务器地址。

需要提出的一点是.三种服务器的分类是从逻辑角度上来说的,如果从物理角度上看,这些服务器可以是同一台设备。SIP服务器与UA的关系如图2所示

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若需要与传统电话网进行通信.则需要在IP网与传统电话网之间添加一个网关来维护通话。结构如图3所示。

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我们以一个业务为例.对基于SIP的VoIP系统业务进行分析。用户甲是IP网络PC用户.用户乙是PSTN网络到电话用户。那么用户甲通过SIP呼叫用户乙的过程如下:(1)甲通过软
件向注册服务器注册。(2)甲通过软件发起呼叫,服务器确认甲是授权用户以后,接受呼叫,并将这一通呼叫继续传递出去,直到PSTN的网关。(3)网关对呼叫作出回应,与用户A建立RTP
连接。(4)网关通过PSTN与用户B建立连接。(5)网关维持A与B的通话。

六、结束语

IP电话正在逐步取代传统电话.随着Ip网络跨越性的发展,VolP技术也将得到快速普及与发展。SIP协议、 协议作为新一代的VoIP代表技术.也在逐渐深入人心,得到广泛的使用。随着SIP协议、RTP协议以及VoIP技术的不断发展和完善。基于SIP协议与 rP协议的VoIP系统必将给新一代的电信应用带来革命性的发展。

VoIP, VOIP技术

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