基于SIP的VoIP

　　随着Internet的不断普及，实时多媒体通信已经成为网络发展的一个趋势和热点。传统的PSTN已经远远不能满足人们对语音、图像以及数据的要求。Internet技术的不断发展以及语音、图像压缩技术的进步使得这种需要变为可能。
　　VoIP(Voice over IP)是一种通过Internet传送语音信号的技术，目前已经有ITU-T提出的H.323标准以及IETF提出的SIP标准。H.323标准包括H.225呼叫控制信令和RAS信令、H.245媒体控制信令、H.450补充业务信令;SIP标准包括呼叫控制扩展和SDP媒体描述规范。二者实现的信令控制功能基本相同。但H.323采用ASN.1和PER(Packet Encoding Rules，分组编码规则)的二进制描述，比较复杂，而SIP类似于HTTP和RTSP(Real Time Stream Protocol，实时流协议)，消息报文均用文本描述， 有更好的功能扩充性，比较简单。考虑到在语音业务中，移动用户占据了很大一部分。因此，如何实现VoIP系统与无线通信网络特别是第二代移动通信系统GSM(Global System for Mobile)的互连是一个很重要的问题。
　　2 GSM网络的交换信令
　　GSM系统支持泛欧漫游和多厂商环境，除了A-bis接口外，GSM的接口协议是统一的。GSM系统各接口采用的分层协议结构是符合开放系统互连(OSI)参考模型的。分层的目的是允许隔离各组信令协议功能。GSM信令协议按照接口可分为无线接口信令、基站接入信令和网络接口信令。
　　2.1 无线接口(Um)信令
　　无线接口信令包括三个功能子层：RM(无线资源管理)，MM(移动性管理)，CM(连接管理)。RM的作用是对无线信道进行分配、释放、切换处理、无线链路性能监视和控制。MM定义了移动用户位置更新、周期更新、鉴权、开机接入、关机退出、TMSI的附着/分配以及重新分配和设备识别等过程。CM负责呼叫建立和呼叫释放，包括补充业务和SMS的控制。由于有MM子层的屏蔽，CM子层已感觉不到用户的移动性，包括去话建立、来话建立、呼叫中改变传输模式、MM连接中断后重建和DTMF传送等信令过程[2]。
　　2.2 基站接入信令
　　基站接入信令包括A-bis接口信令和A接口信令。
　　A-bis接口信令主要定义了业务管理过程。业务管理过程透明传送绝大部分的无线接口信令消息，并对BTS的物理和逻辑设备进行管理。基站接入信令包括三个应用实体。
　　(1)BSSMAP(BSS Management Application Part，BSS管理应用部分)：用于MSC和BSS交换管理信息，对BSS进行资源管理、调度、监测、切换控制等。
　　(2)DTAP(Direct Transfer Application Part，直接传送应用部分)：用于透明传送MSC和MS之间的消息，这些消息主要是连接管理和移动性管理协议消息。RM协议消息终结于BSS，不再发往MSC。
　　(3)BSSOMAP(BSS Operation Maintenance Application Part，BSS操作维护应用部分)：用于MSC和BSS之间交换维护管理信息。
　　2.3 网络接口信令
　　网络接口包括B~G，其信令协议是MAP(Mobile Application Part，移动应用部分)，它是7号信令系统的一种应用层协议，由SCCP(Signalling Connection Control Part，信令连接控制部分)和TCAP(Transaction Capability Application Part，事务处理应用部分)支持。其主要功能是支持移动用户漫游、切换和网络的安全保密、实现全球联网。MAP协议定义了以下信令过程：位置登记和删除、补充业务处理、呼叫建立过程中检索用户参数、切换、用户管理、操作和维护、位置登记器的故障恢复、IMEI的管理、用户鉴权、网络安全功能的管理。
　　3 基于SIP的VoIP系统
　　3.1 SIP的体系结构
　　SIP是由IETF提出的多媒体通信协议，它是一种基于文本的应用层信令协议，它在参与会话的一方或多方中创建，修改和终止会话。SIP支持的会话包括因特网电话，分布式多媒体，多媒体会议等。包含以下实体：UA(用户代理)、Proxy Server(代理服务器) 、Register Server(注册服务器) 、Redirect Server(重定向服务器)。SIP是基于HTTP的请求/应答交互模型，每一次交互由一个请求和至少一个应答组成。SIP支持以下功能：呼叫建立、呼叫处理、用户能力交换、用户定位、用户可用性判定[3]。
　　3.2 SIP呼叫信令过程
　　首先，主叫SIP用户获得被叫用户的地址，其形式为用户名@域名，然后通过DNS过程将被叫用户地址转化为IP地址，启动SIP呼叫信令过程：
　　第一步：主叫方用户代理向被叫放送INVITE请求。
　　第二步：主叫代理服务器根据被叫地址，利用定位技术，查找到被叫代理服务器，并向其转发INVITE请求。
　　第三步：被叫代理服务器向被叫用户代理发出INVITE请求。
　　第四步：用户应答，被叫沿原路返回200 OK消息。
　　第五步：主叫沿原路径回送ACK消息。
　　第六步：通话开始。
　　4 GSM-SIP网关解决方案
　　GSM移动通信系统基于传统的电路交换，而Internet电话采用的是基于IP数据报的分组交换，交换方式的不同决定了两者不能直接互通，而必须借助于网关设备。而SIP与PSTN(Public Switched Telephone Network，公用电话交换网)的互通已有相应规范SIP-T。在SIP与GSM的互连互通问题上，一种比较简单的做法是利用PSTN作为媒介，所有的呼叫经过GSM/PSTN网关和PSTN/Internet网关处理，从而完成呼叫接续。
　　这种方法实现起来比较简单，原有的设备无需做出改动。缺点是会带来“三角路由问题”，增加了呼叫时延，效率比较低。另一种方法是在GSM系统和SIP系统之间配置GSM-SIP网关。GSM-SIP网关必须兼具MSC和SIP UA(SIP User Agent，SIP用户代理)的功能，在Internet一侧，它发送和接受SIP信令消息;而在GSM系统一侧，它处理GSM的呼叫信令消息。为了实现这两个不同网络系统之间的互连互通，GSM-SIP网关首先必须能正确理解GSM呼叫信令和SIP消息并作出相应的翻译。例如，当SIP UA发出目的地为GSM网络终端MS(Mobile Station，移动台)的INVITE消息时，SIP Proxy Server(SIP代理服务器)根据该消息的字段信息进行消息路由，转发至下一跳的SIP Proxy Server。当路由至GSM-SIP网关时，该网关必须分析该消息各个字段的信息并重新生成GSM呼叫信令，从而完成呼叫的接续。表1给出了GSM呼叫信令和SIP消息之间的映射。
　　4.1 物理配置
　　GSM-SIP网关位于GSM网的GMSC(Gateway Mobile Switching Centre，网关移动交换中心)上，可以作为交换机的IWF(Interworking Function)模块与MSC位于同一设备之上，即移动交换中心兼具GSM-SIP网关的功能。也可以与MSC分离而成为一台独立的物理设备。如图2所示。
　　4.2 GSM-SIP的信令互通
　　GSM-SIP的互通根据呼叫方和被叫方的位置可以分为以下三种情况：MS为呼叫方，Internet电话用户为被叫方;Internet电话用户为呼叫方，MS为被叫方;呼叫方和被叫方均为MS，MS之间通过Internet转接。
　　4.2.1 MS呼叫Internet电话用户
　　首先MS发出CALL SETUP消息，该消息经A接口的DTAP和A-bis接口TM(业务管理实体)的透明转接后传送到MSC处。MSC分析该消息报文并从中提取被叫方号码。在SIP中，被叫方号码是用SIP URL表示的。SIP URL的一般结构为SIP:用户名:口令@主机:端口:传送参数。根据被叫方号码，便可以判断出该被叫用户为Internet电话用户，继而由MSC将该消息转发至GSM-SIP网关。由网关设备最终完成CALL SETUP消息至SIP INVITE消息的翻译[5]。
　　4.2.2 Internet电话用户呼叫MS
　　SIP UA发出INVITE消息，其中消息报文的To字段为被叫MS的MSISDN(Mobile Station Interna -
　　tional ISDN Number，移动台国际ISDN号码)。SIP PROXY收到INVITE消息后，根据MSISDN向MS所属的HLR询问MS当前的位置信息，相应的信令消息为SS7 MAP的MAP_SEND_
　　ROUTING_INFORMATION。如果该用户已漫游到外地，则通过MAP_PROVIDE_ROAMING_NUMBER向所在的VLR请求MSRN(Mobile Station Roaming Number，移动台漫游号)。将MSRN作为检索参数在用户数据库中查找相应的GSM-SIP网关的SIP地址后，SIP PROXY将INVITE消息转发到该网关。由网关将SIP INVITE消息翻译成GSM CALL SETUP信令，从而完成Internet电话用户到MS的呼叫建立。
　　4.2.3 MS之间通过Internet转接
　　该情况下呼叫接续过程可分解为MS至Internet和Internet至MS两个过程，此时的Internet只是起着转接网的作用，虽然会带来效率上以及服务质量上的问题，但是可以降低GSM用户通话费率，仍然具有很大的市场前景。
　　4.3 GSM-SIP的媒体互通
　　其中的控制协议为IETF提出的MGCP(Media Gateway Control Protocol，媒体网关控制协议)，，它是在综合SGCP(Simple Gateway Control Protocol，简单网关控制协议)和IPDC(Internet Protocol Device Control，IP设备控制)协议的基础上形成的，供网关控制器控制网关使用。MGCP的主要构件为MG(Media Gateway，媒体网关)和MGC(Media Gateway Controller，媒体网关控制器)。MG的作用主要是对MGC发出的命令做出响应或者是在有事件发生时通知MGC，并对语音信号进行媒体适配。而MGC负责向MG发出合适的命令，例如通知MG某一个端点的Off Hook/On Hook的事件[1]。
　　5 结束语
　　本文讨论了基于SIP的VoIP系统与GSM移动通信系统的互通问题，着重分析了呼叫处理的信令过程，提出了二者信令的映射关系。