PSTN/ IP 网络电话业务互通

7.1PSTN/IP网络电话业务互通

 

      IP电话应用要求PSTN和IP网络在控制平面、用户平面、管理平面和网络传送层面上实现互通。控制平面互通就是PSTN呼叫控制信令和H.323信令协议的互通。用户平面互通就是语音信号编码方式的转换，包括必要的回波抵销和丢包处理，尤其需要注意的是DTMF信号的互通传送问题。管理平面互通主要提供网络运营商必需的带宽管理、呼叫接纳控制、计费管理和统一的网管，以保证—定  的QoS。网络传送层面上的互通除了提供IP语音传送的底层协议外，重要的问题就是解决网关和IP终端的寻址和选路。

7.1.1信令互通

       众所周知，在PSTN/ISDN中，呼叫信令有UN]和NN]两类信令，前者主要是Q.931信令，后者则为7号信令。早期1P电话网关规模较小，多由ISP运营商提供，这些网关对于ISDN来说，相当于一个网络终端，只支持比较简单的UNI信令。因此，该类网关的信令互通指的是Q.931和H.225.0呼叫控制信令之间的互通映射，其协议结构如图7.1所示。由于H.225.0应用协议是借鉴Q.931演变而成的，因此该类互通实现比较简单，在1P侧信令的基本格式仍为Q.931  的信息单元，只是底层协议需要变换。图中IP网络中的两个对等实体是网关和IP电话终端，也可以是两个位于不同位置的网关。

图7.1      UNI网关信令互通协议结构

       对于基于交换机平台的电信级网关来说，它相当于PSTN/ISDN中的一个网络节点，具有相当强的信令功能，可支持复杂的7号信令。因此，该类网关的信令互通指的是ISUP和H.225.0呼叫控制信令之间的互通映射，其协议结构如图7.2所示。叮U-TSG16专门制订了H.246建议附件C，就ISUP和H.225多媒体呼叫控制协议的消息和参数映射作了详尽的规定，其内容和Q.699建议(DSSI-ISUP互通）类似。表7.1给出外部ISUP消息至内部H.225.0消息的映射。

图7.2    NNI网关信令互通协议结构
表7.1    ISUP消息和H.225.0消息的映射

   

       设某IP电话终端向PSTN电话用户发起呼叫，则在网关处的信令互通流程如图7.3所示。该过程为成功呼叫信令示例。

图7.3  IP电话基本呼叫信令互通过程

        第一个消息是SETUP至LAM的映射，主要完成被叫号码和承载能力的传递。H.225.0SETUP消息可有两个信息单元传递被叫号码。一是”被叫方号码＂，如同Q.931消息一样。但是当“编号计划标识”指示为“专用编号计划”时，表示被叫号码位于用户—用户信息(UUI)单元的“目的地地址”中，该地址应为E.164型式的别名地址(aliasaddress)。

        如果在发出1AM后，又收到INFORMATION消息，且原来的SETUP消息未指明被叫号码已全，则应将其转换为SAM，作为后续号码转发。

       ISDN返回ACM后，如果消息指示被叫用户空闲，则应转换为H.225.0ALERTING消息发往主叫。如果消息未指示被叫用户状态，首选回送消息是CAILPROCEEDING，指示呼叫建立正在进行之中；如该消息已发送过，则视ACM消息中是否包含进展指示语信息单元，若包含则映射为PROG即笠消息，若不包含则不向主叫侧回送任何消息。

       其后如果又收到CPG消息，其映射规则类同ACM消息。ISUP的应答消息(ANM或CON)则映射为H.225.0的CONNECT消息，呼叫释放的消息映射也是明显的。

       除此以外，该附件还定义了H.450定义的各个补充业务的信令互通过程，它主要反映为相关消息的信息单元之间的映射。

       由于7号信令(ISUP)的功能优于Q.931，因此，某些企业级网关也可能希望在PSTN/ISDN侧使用ISUP。例如，如图7.4所示，有两个基于1P电话的呼叫中心，每个中心都经由各自的网关和PSTN相连。它们位于不同的物理位置，但是属于同一个公司，构成一个分布式虚拟呼叫中心。如果某一个呼叫中心所有座席全忙，则呼叫就应自动转移至另一呼叫中心。若网关不支持7号信令，则此呼叫转移只能作为普通的呼叫前转处理，即原呼叫至第一个中心，再由该中心发起至第二个中心的呼叫建立，如图中叩、＠所示。这样，第1个网关将占用两个PSTN端口，PSTN也将占用两条话路，而且此迂回路由还会导致时延的增加。如果网关支持7号信令，则可利用ISUP提供的”改向号码”和“改向信息”参数，通知主叫局重选路由，重选目的地就是第二个呼叫中心的网关，如图中＠所示。这样，就可避免上述两段转接的迂回问题，优化路由并提高话音传送质最，使两个呼叫中心实现无缝连接，可共用一个公共的号码，成为一个统一的虚拟呼叫中心。

 

           图7.4   呼叫中心间的遇忙转移示例

       但是，作为PSTN网络运营商来说，7号信令是其核心控制协议，一般并不愿意将7号信令向网关开放，尤其不希望小型网关也占用1个信令点编码。为此，IETF提出另设一个网关控制器(MGC-  Me­diaGatewayController)，该MGC可控制多个信息网关。MCC和PSTN/ISDN之间运行7号信令，MGC和信息网关运行专用的连接控制协议，此协议称为＂媒体网关控制协议”(MGCP-MediaGateway ControlProtocol)。此概念被rru-T接受，将此协议重新定义为H.248建议。

7.1.2寻址

        在IP网络中终端地址是用IP地址或域名表示的，它们都是结构化的数字字符串，据此可由各级服务器选路，最后到达目的终端。对于IP电话应用来说，要求PSTN用户能够拨叫IP用户，反之亦然。当IP终端呼叫PSTN用户或两个PSTN用户经由1P网络呼叫时，情况比较简单，只要将E.164电话号码送往网关，再由网关转送PSTN即可。但是，当PSTN用户拨叫IP电话终端时，情况就复杂了。因为普通电话机无法拨出域名类地址，PSTN交换机也不理解此类地址。
      业务互通的一个重要要求是主叫用户不需要知道被叫所在网络的类荆，他应该如同在原有服务环境中一样使用其电话业务。目前解决此问题的方法就是为H.323终端赋予若干个别名地址，典型的别名地址就是E.164号码和类似E-mail型式的地址。前者供“电话—-PC”通话使用，其编号计划亦应该全球统一标识，ITU-T正在定义之中。后者供“PC-PC”通话使用，IP网络中的路由器据此进行选路。
       当PSTN用户呼叫H.323终端时，IP网络必须将该终端的E.164别名地址翻译成可寻址的IP地址，此功能由网闸完成。与此相应，H.323定义了位置登记和定位功能及对应的信令过程。该别名地址是由网关送往网闸的。在“电话－IP-电话“应用中，被叫号码是普通电话号码，网闸寻址的作用是根据主叫侧网关送来的号码确定被叫侧网关。上述寻址功能可通过网闸内部数据库或网络集中数据库实现。

       图7.5示出PSTN用户呼叫IP终端时的寻址过程，其步骤为：

①IP终端向网闸发送RRQ消息，进行地址登记。告之网闸它的别名地址、网络地址及其信令信道的传送地址(IP地址＋TCP端口）。别名地址可为E.164地址或用户＠主机。如有多个别名，应发送多个RRQ消息进行登记。

②网闸记录登记地址对，回送响应RCF。

③、④）网关向网闸进行登记。

⑤网关自ISDN接入交换机收到Setup消息（设为UNI信令）。该消息包含PSTN/ISDN主叫用户号码以及被叫IP终端的E.164别名地址。

⑥网关回送CallProceeding消息，指示呼叫正在处理中。

⑦网关向网闸发送LRQ消息，查询被叫IP终端的信令信道传送地址，消息中包含该终端的E.164别名地址。如第5章所述，该LRQ消息可向特定的网闸发送，也可经搜寻网闸多播地址发送，由在其t登记的网闸回送地址解析结果。

图7.5  电话－PC通信寻址过程

⑧相应网闸回送响应LCF。设网络决定采用直接选路呼叫控制方式，则LCF消息中回送的是该IP终端的信令信道传送地址。

⑨⑩  网关向其所属网闸请求允许建立呼叫，即交换ARQ-ACF消息。

⑪网关利用由LCF消息获得的地址向IP终端发送H.225.0呼叫控制消息Setup。

     其后即执行H.225.0和H.245信令过程，不再赘述。

7.1.3DTMF信号的处理

       在电话应用中，当连接建立完成后，用户常可用DTMF信号在已建连接L发送控制信息，该信息可发给语音服务器（如电脑话务员）、交互式话音应答装置或激发补充业务等。在IP电话系统中，由于IP网络用户平面采用的是低速率语音压缩编码，语音质量虽然较PCM估刀有所下降，但只要能辨识就不致影响话音通信。然而，对于DTMF  信号来说，压缩编码导致的失真会使接收端系统无法正确解码Q为此，网关必须将DTMF信号和普通的语音信号分开来处理，经由不同途径传送给端系统。

       VoIP论坛提出了两种处理方法。－种是带内方法，DTI\仆仍和话音信号起经由RTP传送，但是采用专用的净荷格式。其互通协议结构就是用户平面传送语音媒体的协议栈，如图7.6所示。其优点是可和语音保持同步，但是由于语音媒体是在不可靠的UDP上传送的，因此IITMF信号有可能被丢失。

图7.6DTMF信号带内互通协议结构

       另一种是带外方法，将DTMF信号经由另外的可靠的媒体控制信道传送，其缺点是失去了和原来话音信号的同步关系。H.323系统采用这种方法，将DTMF信号(0~9、*、＃）装入H.245协议的“用户输入指示“(user inputindications)信息单元予以传送。其互通协议结构如图7.7所示。

7.1.4媒体适配功能

媒体适配就是语音格式的转换和封装。其基本要求应保证1P网络中的话音信号具有一定的QoS，主要体现在两个方面：

· 端到端话音质量。取决于编码方法、编解码转换次数和网络拥塞引起的数据包丢失。

· 端到端时延。源于编解码过程、封装和排队时延。

图7.7    DTMF信号带外互通协议结构

       IP电话的常用编码方法已标准化，要防止拥塞和加快语音分组的传送，关键技术在于网络资源预留和业务流量工程。如第6章所述，企业网可采用RSVP方法预留资源，大型网络宜采用区分业务(Diffserv)方法，将语音分组作为高优先级数据包优先处理。

       影响端到端时延的重要因素是RTP封装时延，这和网络带宽利用率要求是矛盾的。在“电话－IP-电话“应用环境中，可以在自入网关至出网关的RTP包中复用封装多个呼叫的话音数据，它将能有效地提高带宽利用率，同时又保持足够小的封装时延。IETF已提出相关实现方案的草案文件。