3G-324M和H.323域視訊互通研究與設(shè)計(jì) - 全文

　　1 引言

　　在3G 網(wǎng)絡(luò)中可以提供基于電路域的可視電話(huà)業(yè)務(wù)，即3G-324M 可視電話(huà)，允許移動(dòng)用戶(hù)之間能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行視頻、語(yǔ)音等的交互，極大地方便了客戶(hù)可視通話(huà)的需求。在固定網(wǎng)絡(luò)中，基于IP 承載的視頻通信和視頻應(yīng)用也得到了廣泛應(yīng)用，如可視電話(huà)、視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控等，這些視頻應(yīng)用主要基于H.323和SIP 協(xié)議。

　　3G 網(wǎng)絡(luò)與IP 網(wǎng)的融合［1］統(tǒng)一不僅可以使運(yùn)營(yíng)商提高對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的利用率， 而且移動(dòng)終端也可以通過(guò)統(tǒng)一的IP 網(wǎng)方便地訪(fǎng)問(wèn)和享受因特網(wǎng)上的各種信息和服務(wù)。但由于3G 網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)在視頻通信及視頻應(yīng)用業(yè)務(wù)的會(huì)話(huà)和傳輸協(xié)議等方面都不同，在兩網(wǎng)之間需增加視訊互通網(wǎng)關(guān)（VIG），以實(shí)現(xiàn)基于CS 域的視頻互通，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的視頻電話(huà)、視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)。本文針對(duì)3G-324M 終端與H.323 終端的多媒體互通問(wèn)題進(jìn)行深入研究和探討。

　　2 3G-324M和H.323標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介及互通分析

　　2.1 3G-324M 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

　　一直以來(lái)，人們對(duì)可視電話(huà)的追求就沒(méi)有停止過(guò)。

　　從第一部電話(huà)的發(fā)明到現(xiàn)在這一百多年里，人們?cè)缫褏捑肓酥宦勂渎暡灰?jiàn)其面的傳統(tǒng)電話(huà)。但是，長(zhǎng)久以來(lái)，視頻電話(huà)一直沒(méi)有形成像傳統(tǒng)電話(huà)和移動(dòng)電話(huà)這樣的普及程度。他一直是某些大公司，或特殊人群的專(zhuān)有設(shè)備。追其原因可以歸納如下：

　　（1） 在傳統(tǒng)固定電話(huà)上加裝顯示設(shè)備而形成的可視固定電話(huà)，由于相對(duì)普通電話(huà)價(jià)格高昂，需求小，從形成之日到現(xiàn)在，一直沒(méi)能得到大眾的認(rèn)可。

　　（2） 現(xiàn)在的移動(dòng)電話(huà)上，雖然彩屏和攝像頭都已經(jīng)幾乎成為標(biāo)配，但是，因?yàn)镚SM 網(wǎng)絡(luò)的低碼率，高誤碼率，使雙向的視頻傳輸不能達(dá)到可接受的圖像質(zhì)量。

　　但是現(xiàn)在，隨著3G 網(wǎng)絡(luò)的全面鋪開(kāi)，移動(dòng)視頻電話(huà)的瓶頸終于得以解決。3GPP 推薦的3G-324M視頻電話(huà)協(xié)議就是在3G 網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻通話(huà)的協(xié)議。他是以H.324 協(xié)議為基礎(chǔ)，為了適用3G 網(wǎng)絡(luò)的特性， 作了相應(yīng)的改動(dòng)， 可以在WCDMA 、TD-SCDMA 等3G 網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻通話(huà)的協(xié)議。

　　為了適用音頻電話(huà)的實(shí)時(shí)性需求，H324M 協(xié)議需要建立在電路交換無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上，而非IP 分組交換網(wǎng)絡(luò)。

　　H.324［2］是ITU 于1996 年5 月制定的PSTN 多媒體可視電話(huà)系列標(biāo)準(zhǔn)，即H.324 框架性建議。該協(xié)議規(guī)定了以電話(huà)交換網(wǎng)為傳輸媒介、以嵌入式設(shè)備或PC 為終端的多媒體通信的實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。H.324 附件C定義了在易出錯(cuò)傳輸環(huán)境下的多媒體通信標(biāo)準(zhǔn)，從而使該協(xié)議能夠應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)移動(dòng)環(huán)境，應(yīng)用附件C 的H.324 協(xié)議也被稱(chēng)為H.324M 協(xié)議。

　　H.324M 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)被3GPP 和3GPP2 兩大移動(dòng)通信組織所接受，成為移動(dòng)可視電話(huà)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。其中，3GPP 根據(jù)自身需要，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中的某些細(xì)節(jié)進(jìn)行了重新闡述和修改，被稱(chēng)為3G-324M［3］標(biāo)準(zhǔn)。3G-324M標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上與H.324M 非常相似，但是它指定H.263 作為強(qiáng)制視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，而把MPEG-4 作為視頻編碼推薦標(biāo)準(zhǔn)。AMR 是音頻編碼強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。H.223制定了多路音頻和視頻信號(hào)在單個(gè)移動(dòng)通訊信道的多路復(fù)用應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，H.245 制定了在各個(gè)階段的消息控制交換標(biāo)準(zhǔn)。另外，level 2（又H.223 附錄B 制定）被指定為強(qiáng)制的多路復(fù)用協(xié)議層，它可以提供增強(qiáng)的容錯(cuò)控制。

　　2.2 H.323 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

　　H.323 標(biāo)準(zhǔn)是基于數(shù)據(jù)包的多媒體通信系統(tǒng)，描述了用于包交換網(wǎng)絡(luò)的多媒體通信系統(tǒng)及其組成單元，規(guī)定了各單元間通信的過(guò)程。

　　從整體上來(lái)說(shuō)，H.323［4］是一個(gè)框架協(xié)議，它涉及到終端設(shè)備、視頻、音頻和數(shù)據(jù)傳輸、通信控制、網(wǎng)絡(luò)接口等方面的內(nèi)容，還包括組成多點(diǎn)會(huì)議的多點(diǎn)控制單元（MCU）、多點(diǎn)控制器（MC）、多點(diǎn)處理器（MP）、網(wǎng)關(guān)（MGW）以及網(wǎng)守（GK）等設(shè)備。它的基本組成單元是“域”，在H.323 系統(tǒng)中，所謂域是指一個(gè)由關(guān)守管理的、包含多點(diǎn)控制單元（MCU）、多點(diǎn)控制器（MC）、多點(diǎn)處理器（MP）及終端組成的集合。一個(gè)域最少包含一個(gè)終端，而且必須有且只有一個(gè)關(guān)守。H.323 系統(tǒng)中的各個(gè)邏輯組成種類(lèi)有：終端、網(wǎng)關(guān)、多點(diǎn)控制單元（MCU）、多點(diǎn)控制器（MC）、多點(diǎn)處理器（MP），其中終端、網(wǎng)關(guān)、多點(diǎn)控制單元（MCU）是H.323 的終端設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)中的邏輯單元。

　　H.323 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議不是單純的一個(gè)協(xié)議，而是包含網(wǎng)守RAS 協(xié)議、呼叫信令H.225 協(xié)議、媒體控制協(xié)議H.245 協(xié)議、媒體傳輸RTCP/TCP 協(xié)議以及音視頻編解碼協(xié)議和數(shù)據(jù)共享協(xié)議T.120 協(xié)議的一系列協(xié)議的集合體。

　　在音頻編碼中，主要有ITU-T 的G 系列標(biāo)準(zhǔn)（G.7ll、G.722、G.728、G.729、G.723.1 和MPEG-1的音頻部分。對(duì)于視頻編碼，主要是H.260 系列的標(biāo)準(zhǔn)（H.261 和H.263）。數(shù)據(jù)應(yīng)用主要指T.120 系列多媒體會(huì)議數(shù)據(jù)協(xié)議，共包括T.120-T.128 九個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，支持實(shí)時(shí)、多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信及應(yīng)用。為滿(mǎn)足音頻和視頻的實(shí)時(shí)通信需要，H.323系統(tǒng)采用RTP 封裝傳送音頻、視頻信號(hào)，而H.225.0 定義了如何利用RTP 封裝這些信號(hào)。

　　系統(tǒng)控制和管理協(xié)議包括RTCP、H.225.0 協(xié)議的部分和多媒體通信控制H.245 協(xié)議。其中RTCP 就是RTP 協(xié)議所對(duì)應(yīng)的控制協(xié)議，它提供數(shù)據(jù)傳送QoS的監(jiān)測(cè)手段，并獲知通信各方的信息。H.225.O 協(xié)議在這里又分為RAS 協(xié)議和呼叫信令協(xié)議兩部分。RAS協(xié)議主要完成端點(diǎn)和網(wǎng)守之間的管理工作，包括網(wǎng)守發(fā)現(xiàn)、端點(diǎn)登記、端點(diǎn)定位、呼叫許可、呼叫退出、帶寬管理、狀態(tài)查詢(xún)和網(wǎng)關(guān)資源查詢(xún)等功能。呼叫信令協(xié)議完成呼叫的建立、釋放和H.245 控制信道建立的任務(wù)。

　　2.3 3G-324M 標(biāo)準(zhǔn)和H.323 標(biāo)準(zhǔn)互通分析

　　根據(jù)前面的介紹我們知道，3G_324M 和分組網(wǎng)絡(luò)中的H.323 協(xié)議在組成方式上有不同之處，所以在通信時(shí)需要增加互通網(wǎng)關(guān)設(shè)備VIG 來(lái)完成NGN 中的H.323 視頻終端和UMTS CS 域的3G_324M 終端的互通。主要包括以下幾個(gè)方面的互通：

　　（1） 呼叫控制層面的互通：在3G_324M 中，呼叫的建立和通信雙方的握手是由傳統(tǒng)的呼叫信令（TUP/ISUP/BICC/MCC）完成的；在H.323 中，這些功能是由H.225 協(xié)議完成的。

　?。?） 系統(tǒng)控制層面的互通：在3G_324M 和H.323 中，系統(tǒng)控制信令都是由H.245 協(xié)議完成的，但在3G_324M 中，H.245 消息的交換是在H.223復(fù)用協(xié)議的AL1 層進(jìn)行，并通過(guò)協(xié)議規(guī)定的邏輯通道0 來(lái)傳送的；而在H.323 中，通過(guò)H.225 的交互過(guò)程，通信雙方打開(kāi)了另外一個(gè)TCP 端口來(lái)進(jìn)行H.245消息的交換，所以在這兩者之間也需要進(jìn)行映射。

　　（3） 媒體層面的互通：在移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道中，音頻編解碼一般采用AMR 語(yǔ)音編碼格式，視頻采用H.263或MPEG4，而在分組寬帶網(wǎng)絡(luò)中音頻編解碼格式很多，如：壓縮率較高的G.723.1、時(shí)延較小的G.729或質(zhì)量較高的G.722、G.711 等等，視頻編解碼格式也有很多可供選擇。如果在兩個(gè)互通的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間沒(méi)有同一編碼標(biāo)準(zhǔn)媒體流，則需要媒體處理器設(shè)備進(jìn)行媒體數(shù)據(jù)壓縮格式的轉(zhuǎn)換。

　?。?） 媒體承載層面的互通：3G_324M 使用H.223協(xié)議對(duì)承載控制H.245 消息和媒體流壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行打包復(fù)用，混合成適于電路交換網(wǎng)絡(luò)信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。而在分組網(wǎng)絡(luò)中，H.323 節(jié)點(diǎn)對(duì)媒體數(shù)據(jù)不需要進(jìn)行復(fù)用，直接通過(guò)RTP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）/RTCP（實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議）進(jìn)行傳輸?shù)模鞣N媒體分別通過(guò)不同的RTP 會(huì)話(huà)端口傳送。

　　3 互通網(wǎng)關(guān)VIG研究與設(shè)計(jì)

　　為了實(shí)現(xiàn)3G-324M 視頻終端和H.323視頻終端的互通，增加了視訊網(wǎng)關(guān)VIG，它主要實(shí)現(xiàn)控制面和媒體面的互通。控制面互通包括呼叫控制信令的互通和系統(tǒng)控制信令的互通。媒體面互通主要指媒體面音、視頻編解碼格式的轉(zhuǎn)換、速率的適配等。

　　3.1 VIG 組網(wǎng)模型。

　　VIG 組網(wǎng)模型分為內(nèi)置和外置兩種。圖1 是外置VIG 組網(wǎng)模型。該模型下VIG 模塊（指實(shí)現(xiàn)VIG 功能的主要模塊，包括H246［5］，H245，H245agent，VIGP）與移動(dòng)呼叫處理模塊（MCC）分在不同交換局，局間走ISUP，BICC 等局間信令。外置組網(wǎng)時(shí)VIG 局是3G 網(wǎng)絡(luò)和H323 網(wǎng)絡(luò)間的互通設(shè)備。圖2 是內(nèi)置VIG 組網(wǎng)模型。該模型下VIG 模塊與移動(dòng)呼叫處理模塊同在一個(gè)交換局，可以直接提供3G 網(wǎng)絡(luò)的起呼和落地。內(nèi)置組網(wǎng)時(shí)VIG 局既是3G 網(wǎng)絡(luò)和H323 網(wǎng)絡(luò)間的互通設(shè)備，也可以看成3G 網(wǎng)絡(luò)的一部分。

　　圖1 和圖2 中細(xì)線(xiàn)指控制面連接，粗線(xiàn)條指媒體面連接。

　　圖1 外置VIG 組網(wǎng)

　　圖2 內(nèi)置VIG 組網(wǎng)。

　　3.2 VIG 系統(tǒng)框架

　　本文基于VIG 內(nèi)置組網(wǎng)模型，VIG 的功能實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌在媒體網(wǎng)關(guān)控制器MGC（MSC SERVER）和媒體網(wǎng)關(guān)Mgw（MG）中，VIG 的系統(tǒng)框架如圖3 所示。前面協(xié)議互通的分析中提到，視訊網(wǎng)關(guān)VIG 主要實(shí)現(xiàn)四個(gè)層面的互通，這在VIG 的系統(tǒng)框架圖中可以得到具體的體現(xiàn)，具體見(jiàn)以下分析。

　　圖3 VIG 系統(tǒng)框架。

　　MGC 即為MscServer 網(wǎng)元，主要實(shí)現(xiàn)H.323域和3G_324M 域之間呼叫控制信令和系統(tǒng)控制信令的映射。

　　圖左側(cè)是3G_324M 域，呼叫信令（MCC/TUP/ISUP/BICC）通過(guò)控制面通道直接傳送到MscServer，然后通過(guò)H246 模塊轉(zhuǎn)換為H225.0 呼叫控制信令與右側(cè)的H.323 域互通，這樣就實(shí)現(xiàn)了呼叫控制層面的互通。3G_324M 域的系統(tǒng)控制信令H.245 在H.223 復(fù)用流的0 號(hào)邏輯通道內(nèi)通過(guò)媒體面通道傳送到Mgw，然后經(jīng)過(guò)Mgw 上的H245agent 模塊傳送到MscServer 上的H245 模塊進(jìn)行編解碼，再由H.246 模塊實(shí)現(xiàn)與H323 域互通，這樣就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)控制層面的互通。

　　MG 即為Mgw 網(wǎng)元。324M 域的媒體流在H.223復(fù)用流的非0 號(hào)邏輯通道內(nèi)傳送到Mgw，經(jīng)過(guò)Mgw上VIGP 模塊的轉(zhuǎn)換與H323 域互通（通過(guò)RTP），這樣就實(shí)現(xiàn)了媒體層面的互通。

　　MscServer 和Mgw 之間運(yùn)行H.248［6］媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議。MscServer 通過(guò)H.248 協(xié)議控制媒體面承載的建立，釋放和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)媒體承載層面的互通。

　　另外MscServer 上的H246模塊也負(fù)責(zé)和H.323域的網(wǎng)守GK 之間RAS 協(xié)議功能的實(shí)現(xiàn)。

　　3.3 H.323 和3G-324M 終端的視頻通信呼叫流程

　　圖4 是3G-324M 終端向H.323 終端發(fā)起視頻呼叫的通信流程，下面對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明：

　　圖4 3G-324M 終端向H.323 終端發(fā)起視頻呼叫的通信流程

　　3G 主叫用戶(hù)向MSC 發(fā)SETUP 請(qǐng)求建立呼叫，其中承載參數(shù)是多媒體；MSC 識(shí)別出被叫號(hào)碼為IP 網(wǎng)絡(luò)的終端，向VIG 發(fā)送ISUP IAM 消息（初始地址消息）；VIG 通過(guò)H.225 的RAS 消息ARQ（Access Request）和ACF（Access Confirm）向GK 請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)H.323 網(wǎng)絡(luò)，并獲得GateKeeper 的批準(zhǔn)；VIG 根據(jù)被叫號(hào)碼分析，向H.323 終端發(fā)送Setup 消息，請(qǐng)求呼叫；被叫H.323 終端向VIG 返回CallProceeding 消息；H.323終端通過(guò)RAS 向GateKeeper 請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)H.323網(wǎng)絡(luò)，并獲批準(zhǔn)；VIG 向MSC 回應(yīng)ISUP ACM，報(bào)告呼叫建立過(guò)程中的事件；MSC 向主叫3G 終端返回CallProceeding 消息；H.323 終端向MSC 回應(yīng)Alerting，振鈴提醒；VIG 向MSC 回應(yīng)ISUP CPG 消息；MSC 向主叫3G 終端回送振鈴信號(hào)Alerting;被叫用戶(hù)摘機(jī)后，被叫H.323 終端向VIG 發(fā)送Connect消息，表明連接建立；VIG 向被叫H.323 終端發(fā)送連接確認(rèn)消息Connect ACK;VIG 向MSC 回應(yīng)ISUPANM（Answer Message）被叫應(yīng)答消息；MSC 向主叫3G 終端發(fā)送Connect 消息，連接建立；主叫3G終端向MSC發(fā)送連接確認(rèn)消息ConnectACK;主叫3G 終端與VIG 之間進(jìn)行H.245 過(guò)程，包括終端能力交互（Ter minal Capability Set）、主從決定（Master-Slave Dertermination）、打開(kāi)邏輯通道（Open Logical Channel）等過(guò)程；VIG 與被叫H.323終端之間進(jìn)行H.245 過(guò)程，同上；主叫3G 終端與被叫H.323 終端之間進(jìn)行視頻電話(huà)的通信過(guò)程，其中主叫3G 終端與VIG 之間的媒體流為H.223 復(fù)用媒體流，VIG 與被叫H.323 終端的媒體流為RTP 媒體流。H.323 呼叫3G-324M 原理相似，這里不再贅述。

　　4 小結(jié)

　　本文對(duì)3G-324M 標(biāo)準(zhǔn)和H.323標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，在此基礎(chǔ)上對(duì)兩種標(biāo)準(zhǔn)的互通進(jìn)行了分析和研究，并提出了內(nèi)置式組網(wǎng)模型和該模型下的系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)3G-324M 和H.323 網(wǎng)絡(luò)互通的視訊網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)模型。通過(guò)對(duì)3G-324M 和H.323 的互通研究不僅可以解決目前移動(dòng)多媒體網(wǎng)絡(luò)與軟交換網(wǎng)絡(luò)的互通問(wèn)題，還可以為將來(lái)的3G-324M 與SIP 的互通提供極大的參考，這也是NGN 網(wǎng)絡(luò)需要解決的一個(gè)核心問(wèn)題。