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软交换多媒体电话呼叫状态模型的设计需求分析

        H. 323协议族最初是作为局域网上不保证服务质量的多媒体通信协议而提出的,它可以被看成是VoIP软交换网络中实现多媒体业务能力的一个典型代表,其协议特点充分体现了多媒体业务控制的需求。下面就以H.323协议为基础,分析多媒体电话呼叫控制具有的特点,并导出多媒体电话呼叫状态模型的设计需求。
一、 H.323多媒体电话呼叫特点分析
H.323协议族很大程度上是建筑在ITU以前的有关多媒体的协议之上,包括用千ISDN的H.320、用于B-ISDN的H.321和用于G.STN终端的H.324等建议。一个H.323电话呼叫的完整控制是通过3种相互分离的信令功能提供的,并基于多个可靠(使用TCP)或不可靠(使用UDP)传输的信道(Channel)进行,如图所示。
 H.323多媒体呼叫中的信道
1、H.323协议中的控制信令
H.323协议中的控制信令主要包括3种。
(1)、RAS信令。RAS信令提供管理功能,主要用千网守查找、端点注册处理、端点定位、接入许可、带宽修改与网关资源指示等功能。RAS消息只在H.323终端与网守或H.323网关与网守之间交互,在没有网守的网络环境下不需要使用RAS信令。
(2)、H.225.0CQ.931)信令。H.225.0是H.323系统中的电话呼叫信令协议,是以ISDN的Q.931为基础制定的,可以看成是一个简化的Q.931信令。H.225.0信令提供基本的电话呼叫控制功能,包括电话呼叫的建立、维护和拆除等流程。
(3)、H.245信令。H.245信令是通用的多媒体通信控制协议,用于控制通信信道的建立、维护和释放。通过H.245协议完成的主要控制过程有:终端能力交换、主从确定、打开逻辑信道、关闭逻辑信道、关闭媒体会话和环路维护等。
2、 H.323电话呼叫中的信令信道
        H.323电话呼叫中,每种控制信令的传输都通过一个独立的信令信道进行。其中,传输RAS消息的信令信道是一个基千UDP机制的不可靠传输信道;传输H.225.0电话呼叫控制消息的信令信道是一个基千TCP机制的可靠传输信道;H.245协议消息的传输也是通过使用TCP连接的可靠信道进行的,称为H.245控制信道。
        在H.323电话呼叫中,除了上述3种用千传输控制信令的信令信道之外,还有一类用千传输媒体信息的通信信道,在H.245中称为逻辑信道。一般说来,两个实体间可有多条逻辑信道,在电话呼叫中可以根据需要随时建立和释放。逻辑信道的开关由H.245控制协议完成,每个逻辑信道在打开时赋予一个标识号。H.323中大多数逻辑信道都是单向信道,在会议通信中尤为如此。但是T.120数据通信以及普通的点到点的语音通信都要求双向信道,这可以由一对单向逻辑信道组成,占用两个逻辑信道号。H.245逻辑信道打开过程既支持单向信道的建立,也支持双向信道的建立。传送音频和视频信号的逻辑信道为不可靠信道(如UDP),传送数据信号的为可靠信道(如TCP)。
3、H.323电话呼叫控制机理
H.323电话呼叫的建立涉及3种信令,以及3种不同的信令信道。在一次典型的H.323多媒体电话呼叫的建立过程中,H.323端点之间一般需要经过3个相互分离的控制过程。
(1)、电话呼叫接纳控制:在有网守参与的情况下,终端发起或者接收电话呼叫首先需要通过电话呼叫接纳流程获得网守的许可,该过程通过RAS信道进行。网守同意接纳后在端点和网守之间或者端点之间建立起电话呼叫信令信道,进入电话呼叫建立过程。
(2)、电话呼叫控制:执行电话呼叫信令协议(H.225.0),控制信道为电话呼叫信令信道(可靠传输信道),负责在端点之间建立起电话呼叫关系。
(3)、连接控制:执行H.245控制协议,控制信道为媒体控制信道(可靠传输信道),负责在端点之间交换通信能力与设定控制模式,并在端点之间建立起真正用千媒体传输的一个或者多个逻辑信道。
4、典型电话呼叫流程举例
        下面给出一个普通两方电话呼叫的信令流程,如图8.3所示。此电话呼叫流程基于网守路由方式(即两个终端之间的所有信令交互都由网守转发),采用正常电话呼叫流程(即H.225.0信令与H.245信令通过各自的信令信道分别传输)。
(1)、H.323终端A首先向网守发送电话呼叫接纳请求消息"ARQ",请求发起一个电话呼叫,同时在该消息中携带带宽请求以及路由模式协商等信息。
(2)、网守向终端A发送接纳许可消息"ACF",指定本次电话呼叫采用网守路由模式,并建立与终端A之间的H.225.0信道。
(3)、终端A向网守发送H.225.0消息"Setup"(该消息中包含被叫端点B的信息,以及终端A指定的本端H.245控制信道端口地址)进行电话呼叫接续过程;网守修改此消息的参数(主要是替换源端电话呼叫信令地址,以便使得端点B将响应消息发送至网守,而不是端点A)'并转发至端点B。
(4)、端点B在接收到电话呼叫请求消息后,同样需要先向网守发送电话呼叫接纳请求消息"ARQ",请求加入本次电话呼叫。
(5)、网守同意端点B的请求,发送"ACF"消息;端点B获得许可后,建立与网守之间的H.225.0信道,并发送H.225.0消息"CallProceeding"作为应答。
(6)、被叫振铃,终端B返回H.225.0消息"Alerting"(该消息携带了终端B指定的本端H.245控制信道端口地址),终端A收到该消息后,建立以网守为中介的H.245信令信道,并发送H.245消息"TermCapSet"进行双方之间的媒体协商。
(7)、终端A、B经过H.245消息的交互,媒体信道的各种参数已经确定,随后各自使用H. 245消息"OpenLogicalChannel"消息打开一条单向逻辑信道。
典型的H.323呼叫建立和拆除过程
(8)、被叫用户应答,终端B发送H.225.0消息"Connect",表示电话呼叫已经建立,随后终端A、B进行通信(即通过已建立的逻辑通道发送和接收媒体信息)。
(9)、主叫用户挂机,终端A首先发送H.245消息"EndSessionCommand",结束H.245会话,并关闭H.245信道;然后发送H.323消息"ReleaseComplete",结束H.225.0电话呼叫信令流程,并关闭H.225信道。
(10)、最后端点A、B分别发送"DRQ"消息,请求从电话呼叫中退出,结束电话呼叫;网守同意请求,发送"DCF"消息。
         需要指出的是,在上述过程中,H.245信令信道的建立是通过H.225.0消息协商完成的,包括两种方式:一种是端点B在"Alerting"消息中返回本端分配的H.245信道的端口地址(即图8.3描述的方式),这样在被叫应答(即终端B返回"Connect"消息)之前就可以建立H.245信道,并执行媒体控制操作;另外一种情况是端点B通过"Connect"消息返回本端分配的H.245信道的端口地址,这样只有在被叫应答(即终端B返回"Connect"消息)之后才能建立H.245信道,并执行媒体控制操作。这两种情况均符合H.323协议的规定。但是不管采用哪种方式,可以看出,在典型的H.323电话呼叫的建立和拆除过程中,基千H.225.0信令执行的电话呼叫控制过程与基于H.245信令执行的媒体控制过程是两个相互分离的过程。
5、H.323电话呼叫建立过程的改进
        上图2所示的电话呼叫建立过程在H.323协议中称为正常电话呼叫流程(Normal)模式,即一个典剧的电话呼叫建立过程是首先使用H.225.0电话呼叫控制信令建立电话呼叫,然后使用H.245媒体控制信令进行能力交换和主从协商,最后才打开逻辑信道。这一过程非常清晰地反映出了多媒体电话呼叫控制的特点,但存在的问题在于电话呼叫建立时延过长。因此,为弥补这一缺陷,H.323V2中又定义了两种电话呼叫建立方式,即“快速启动法(FastStart)"和"隧道机制(Tun-nel)"。
(1)、快速启动法的特点是将媒体控制信息和电话呼叫控制信息融合在一起,省略了H.245信息的交换步骤,从而有效地缩短连接建立的时间。其基本过程是主叫端点在"Setup"消息中携带快速启动单元,该单元描述了H.245媒体控制信息(如主叫端的媒体能力信息,建议打开的媒体信道以及打开该媒体信道所需要的参数)。被叫端点则在返回的"Connect"消息之中包含己方的H.245媒体控制信息(如选中的一个或者多个媒体信道的信息参数),主叫端在收到此消息之后,就可以在电话呼叫建立起来的同时打开双方之间的媒体信道。
(2)、隧道机制的特点是在H.225.0信道上传送H.245消息,它要求电话呼叫信令消息中的用户信息单元参数新增一个结构,将H.245消息封装在电话呼叫信令消息之中。这样在电话呼叫信令交互的同时也进行了H.245信令的交互,从而节省了时间与资源。无论是上述“快速启动法”还是"隧道模式",虽然将H.245信令与H.225.0信令在消息上进行了统一,并将两个独立的信令信道进行了合并,但从控制逻辑的角度,H.245所执行的媒体控制功能仍然独立千电话呼叫控制功能,并得到了完整的体现。
二、多媒体电话呼叫控制特点分析
        从上述对H.323多媒体电话呼叫建立方式的分析可以看到,H.225.0信令只负责建立、维持和拆除终端之间的电话呼叫关系,至千各个端点之间的媒体通道(即逻辑信道)的建立和释放是由H.245控制协议完成的。因此H.323协议的特点是将电话呼叫控制信息和媒体控制信息分别表达,并提供了相互分离的电话呼叫控制过程和媒体控制过程,增加了媒体控制的灵活性,使得在电话呼叫建立过程中以及电话呼叫建立之后,都可以灵活地控制用户之间的媒体传输方式,比如打开一个新的媒体传输通道,关闭一个媒体传输通道,重新分配媒体通道需要的带宽,以及修改媒体格式等。这种控制模式代表了典型的多媒体电话呼叫控制特点:电话呼叫控制过程与媒体控制过程的相互分离。因此,从过程控制的角度,多媒体电话呼叫状态模刮应对这两个逻辑上的独立过程进行区分建模,以反映多媒体电话呼叫控制过程特点。
        虽然在多媒体电话呼叫控制中将媒体控制分离出来,形成一个独立的控制逻辑,但在实际电话呼叫过程中,电话呼叫控制与媒体控制是密不可分的,比如媒体控制过程何时启动。何时开始媒体信道的建立、何时关闭媒体信道,这些都需要受到电话呼叫控制过程的制约。这一点可以从H.323信令中H.225.0与H.245的关系就可以看出来。因此电话呼叫控制与媒体控制之间是相辅相成、密不可分的。这似乎与上文中提及的电话呼叫控制与媒体控制相互分离相矛盾,其实不然。在电路交换中,电话呼叫的建立是逐段建立的,并且媒体通道的参数都是固定的(PCM编码、64kbit/s带宽),因此媒体通道的建立都是默认的,或者说媒体控制过程省略了,电话呼叫的建立和拆除也同时意味着语音连接的建立和拆除,并且语音通道一旦建立将不再改变。而在多媒体电话呼叫中,电话呼叫控制与媒体控制的相互分离是指在控制对象以及时序上的分离。在IP网络中,两种控制在过程上分开,媒体控制有自身的独立表达方式,不用与电话呼叫控制信令绑定在一起。但这两种控制过程之间是有着密切的联系的。