電路域與分組域可視電話系統(tǒng)簡介 - 全文

　　隨著現(xiàn)代通信技術的發(fā)展，移動多媒體通信已成為新的業(yè)務需求。其中移動多媒體可視電話型業(yè)務由于實現(xiàn)了音頻、視頻、數(shù)據(jù)（文本、圖文等）等多種媒體的綜合處理，使不同地點的用戶之間可以進行實時音視頻通信，而越來越為人們所關注。根據(jù)3G移動網絡的實際發(fā)展情況，開展可視電話業(yè)務的條件已經具備，香港和黃已經推出WCDMAWCDMA電路域可視電話業(yè)務、韓國SKT推出了EV-DO分組域可視電話業(yè)務。

　　1、WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話

　　移動可視電話業(yè)務在WCDMA/TD-SCDMA電路交換無線網絡上提供實時視頻、音頻或數(shù)據(jù)等媒體格式的任意組合，主要是利用WCDMA/TD-SCDMA網絡在移動設備上實現(xiàn)可視電話的無線互通，從而讓移動用戶之間能夠隨時隨地進行實時音、視頻等的交互。現(xiàn)階段可能只限于移動終端之間的互通，將來可能還會擴展到移動終端與PSTN、ISDN等各種網絡設備的互通。

　　在WCDMA/TD-SCDMA系統(tǒng)中，由于目前的可視電話業(yè)務是作為電路域的一種承載業(yè)務來實現(xiàn)的，因此，在RDI/UDI模式下，速率僅能達到56kb/s/64kb/s。較低的傳輸速率影響了它對音頻及視頻編解

　　碼協(xié)議的選擇，決定了移動可視電話系統(tǒng)不可能采用大速率的編碼方法。

　　1.1　業(yè)務功能

　　可視電話應包括以下模塊：視頻輸入輸出及編解碼模塊、音頻輸入輸出及編解碼模塊、用戶數(shù)據(jù)應用功能模塊、復用功能模塊、系統(tǒng)控制模塊等。各模塊的作用分別如下：

　　◆視頻輸入輸出及編解碼模塊：將輸入的視頻流數(shù)據(jù)根據(jù)特定的協(xié)議進行編解碼。將采集自攝像頭等視頻輸入設備的數(shù)據(jù)進行編碼，壓縮成適合在低速條件下傳輸?shù)拇a率；同時，將H.223解復用層分解出的視頻數(shù)據(jù)進行解碼，然后，傳輸?shù)较鄳囊曨l處理設備，進行顯示或其它處理。用于WCDMA/TD- SCDMA電路域可視電話業(yè)務的視頻編碼協(xié)議主要有H.263和MPEG-4。

　　◆音頻輸入輸出及編解碼模塊：此模塊的主要作用是將輸入的音頻數(shù)據(jù)進行編解碼。將來自麥克風等音頻采集設備的音頻信號進行編碼壓縮，然后，將編碼后的流數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿.223的AL2層。同時將H.223解復用模塊解出的音頻數(shù)據(jù)進行解碼，并將解碼的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳穆曇籼幚碓O備，如聽筒、揚聲器等。用于WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話業(yè)務的音頻編碼協(xié)議主要有AMR及G723.1。

　　◆用戶數(shù)據(jù)應用功能模塊：典型的用戶數(shù)據(jù)應用是T.120。這個協(xié)議支持包括數(shù)據(jù)和圖像傳送的多點數(shù)據(jù)會議，另外，如共享白板和應用等數(shù)據(jù)應用也可以實現(xiàn)。

　　◆復用功能模塊：將被編碼后的邏輯信道表示的視頻碼流、音頻碼流、數(shù)據(jù)信息及控制信息等復用成單一的輸出碼流，并將收到的碼流分解成各種多媒體碼流，用于WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話業(yè)務的復用協(xié)議采用ITU-T的H.223協(xié)議。

　　◆系統(tǒng)控制模塊：主要是保證可視電話連接的正常建立、釋放及提供可視電話會話過程中的信息控制，如終端間的主從決定、能力交換、邏輯信道的打開與關閉等。WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話業(yè)務中采用ITU-T H.245作為控制協(xié)議。

　　具體各個模塊的在整個系統(tǒng)的中位置及整個WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話系統(tǒng)的構成如圖1所示：

　　圖1　WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話系統(tǒng)功能結構示意圖

　　1.2　業(yè)務模型

　　下面以兩個WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話終端都在PLMN覆蓋域之內為例，簡單介紹可視電話業(yè)務的業(yè)務模型?？梢曤娫挊I(yè)務是作為電路域的一種承載業(yè)務來實現(xiàn)的。兩個選擇了可視電話業(yè)務模式的手機通過發(fā)端UTRAN、GSTN以及收端UTRAN建立起CS連接，可視電話業(yè)務數(shù)據(jù)在 3G-324M終端之間進行透明傳輸。業(yè)務模型如圖2所示：

　　圖2　WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話業(yè)務模型

　　1.3　音視頻復用

　　移動可視電話系統(tǒng)的復用協(xié)議采用H.223復用協(xié)議。H.223規(guī)定以邏輯信道的方式處理各種媒體信息。

　　H.223協(xié)議的主要任務是負責邏輯信道的適配與復用。H.223的協(xié)議結構圖如圖3所示，它由2層協(xié)議組成，即AL層（適配層）和MUX層（復用層）。H.223的復用層并不承擔差錯控制（除了頭信息中的CRCCRC校驗），每個邏輯信道的差錯控制由H.223的適配層進行，它可以采用不同的差錯控制技術，包括但不僅僅限于誤碼檢測和遇錯重傳方式。

　　圖3　H.223的協(xié)議結構

　　1.4　控制協(xié)議

　　WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話系統(tǒng)所使用的控制協(xié)議與H.324系統(tǒng)所使用的控制協(xié)議相同，即應符合H.245協(xié)議。

　　H.245是一個普遍適用于基于分組復用的多媒體通信控制協(xié)議。H.245協(xié)議的主要內容包括終端間的主從決定、能力交換、雙向邏輯信道信令、單向邏輯信道信令、回程延遲決定、鏈路維護、打開和關閉邏輯信道、語音圖像和數(shù)據(jù)通信模式優(yōu)選請求、H.223復用表表項的傳輸、流量控制、通用命令和指示等。

　　◆通信控制協(xié)議結構

　　在H.324協(xié)議中定義了兩種傳送多媒體系統(tǒng)控制PDU消息的方式：編號的簡單重傳協(xié)議幀（NSRP，Numbered Simple Retransmission Protocol）和調制解調器鏈路接入過程（LAPM，Link Access Procedure for Modem）。在NSRP方式中，每個NSRP命令幀必須接到NSRP確認響應幀后才能發(fā)送下一個NSRP幀。在LAPM/V42方式中，在接收到第一幀的確認之前的數(shù)據(jù)可以用數(shù)據(jù)串的方式進行發(fā)送。所有的H.324終端必須支持NSRP方式，利用NSRP作為在通信初始化過程中H.245的鏈路層協(xié)議。而LAMP/V42方式是可選項，對那些功能要求較高的終端可以考慮采用這種協(xié)議。

　　H.245可以向系統(tǒng)控制部分提供多種服務。傳送層的NSRP（或LAPM/V42）為H.245形成的消息流提供差錯控制功能，保證 H.245的消息準確無誤的傳輸。H.245的下層是H.223復用協(xié)議，它將H.245的控制流和其它信息流復用成一個單一的物理數(shù)據(jù)流。

　　H.324中的通信控制信道的數(shù)據(jù)協(xié)議之間的關系如圖4所示：

　　圖4　控制信道數(shù)據(jù)協(xié)議結構

　　◆控制邏輯信道

　　H.245的信息都必須在邏輯信道O（LCNO）中傳輸。LCNO在通信開始建立時即被打開，而且在通信的過程中一直不關閉。

　　H.324的視頻、語音和數(shù)據(jù)信息的傳送都是通過邏輯信道來完成的，在控制邏輯信道上按H.245規(guī)定的程序，使用“打開邏輯信道”和“關閉邏輯信道”消息來實現(xiàn)邏輯信道的打開和關閉。當一條邏輯信道被打開時，“邏輯信道打開”消息完整地描述該邏輯信道的內容，如所傳輸媒體的類型、使用的算法、 H.223適配層和各種選項等。邏輯信道在不需要時可以被關閉。

　　◆控制過程

　　H.245使用標準描述語言SDL（Specification and Description Language）來定義控制過程不同通信能力的控制，H.245共涉及到10種通信能力。這些控制過程主要完成的任務諸如“主從終端決定”功能、“終端能力交換”功能、“邏輯信道信令”功能、收端到發(fā)端的“傳輸模式請求”功能等。

　　2、基于IMS

　　分組域可視電話的業(yè)務功能與電路域的基本相同。分組域可視電話業(yè)務實現(xiàn)的難點是：分組域服務質量的保證；呼叫控制與承載分離的控制。

　　2.1　分組域可視電話實現(xiàn)的難點

　?。?）服務質量

　　服務質量體現(xiàn)于多個層面。在傳送層上服務質量主要體現(xiàn)在時延、抖動、誤碼率以及倒換時間等；在承載層上服務質量體現(xiàn)在IP包的時延、抖動、丟包率等；在業(yè)務層上服務質量針對不同業(yè)務有不同的體現(xiàn)：電話業(yè)務體現(xiàn)在接通率以及話音質量；VoDVoD體現(xiàn)在圖像質量；瀏覽業(yè)務體現(xiàn)在相應的速度等。傳送層服務質量取決于器件、傳輸距離以及設備等，當前已經基本被認可。業(yè)務層的服務質量一部分取決于業(yè)務控制節(jié)點，另外一部分取決于承載層的服務質量。

　?。?）呼叫控制與承載分離的控制

　　分組域可視電話業(yè)務系統(tǒng)在技術上由控制平面和用戶平面構成，控制平面負責為用戶建立理可視電話呼叫，并對呼叫進行管理。而用戶平面則負責傳輸可視電話終端之間的視頻和音頻信息等。

　　◆控制平面在傳輸層使用UDP或TCP協(xié)議作為傳輸協(xié)議。

　　◆用戶平面在傳輸層使用UDP協(xié)議作為傳輸協(xié)議。

　　控制平面在應用層使用SIP協(xié)議作為控制協(xié)議，SIP協(xié)議以其簡單性和可擴展性，應用越來越廣泛。在控制平面上主要傳輸對傳輸速率要求較低但對丟包有嚴格要求的控制流信息。

　　用戶平面則在UDP之上使用RTP協(xié)議作為視頻和音頻的傳輸協(xié)議，RTP協(xié)議不采用復雜的傳輸控制手段和糾錯機制，而是采用盡量少的控制與鑒別功能，能滿足實時通信的要求。在用戶平面上要求滿足以下兩種傳輸需求：

　　◆對傳輸速率要求較低但對時延和抖動有嚴格要求的音頻流信息。

　　◆對傳輸速率要求較高且對時延和抖動要求較高的視頻流信息。

　　分組域可視電話業(yè)務系統(tǒng)的協(xié)議結構如圖5所示。

　　圖5　分組域可視電話協(xié)議結構

　　2.2　基于IMS的可視電話系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　下面介紹基于SIP的IMS可視電話業(yè)務實現(xiàn)方法。

　　（1）IMS的QoS機制

　　IMS是提供實時和非實時的IP多媒體業(yè)務的通用體系結構，由于不限定下層接入技術等特點，它在固定、移動網絡融合的過程中受到廣泛關注。為了保證移動域IMS的QoS，RFC3312定義了在SIP會話建立過程中進行QoS資源預留的機制。

　　◆媒體協(xié)商和前提

　　媒體協(xié)商和對前提的處理是IMS中兩個密切相關的概念。在IMS中，兩個UE之間是通過媒體協(xié)商就會話中使用的媒體組合以及使用哪種編碼方式達成一致。為了兩個UE之間能相互協(xié)商，人們使用了SDP提供/應答機制，該機制允許UE推遲SIP會話建立的完成，直到雙方都成功完成資源預留。這里對所有連接到IMS的UE都強制要求支持SIP和SDP的擴展。

　　在一般情況下，SIP僅交換一次提供/應答之后就開始建立媒體連接了。但在IMS中，由于雙方的UE都必須準備接收所選擇的任何編碼類型，所以如果在第一次SDP應答中對任何媒體包提供一種以上的編碼方案，那么就會產生第二次提供/應答的交互，為每種媒體流選擇唯一的編碼方案。否則需要在空中接口上按照較高帶寬的編碼方案預留資源，對于無線資源將是一種浪費。

　　◆IMS中的資源預留與SDP前提/應答機制

　　建立媒體PDP上下文的過程稱為資源預留。對于雙方的UE而言，建立PDP上下文的執(zhí)行過程是相互獨立的。這意味著在資源被成功預留之前，根本無法保證所協(xié)商的媒體會話是否可以建立起來。因此，在確認本地和主叫側的資源預留都已成功之前，被叫側不應振鈴。

　　為了做到這一點，雙方的UE在SDP提供/應答的協(xié)商過程中彼此交換前提（precondition）。這些前提主要用于指示：當主叫UE處的資源預留成功后，要把一個SIP UPDATE請求發(fā)往被叫UE；被叫UE在未收到來自對方的SIP UPDATE請求同時自己也未成功地完成資源預留之前不應振鈴。此外，前提還指示當某個特定的媒體流無法成功進行資源預留時應該如何處理。

　　◆IMS會話建立中的QoS資源預留實例

　　QoS資源預留的完成過程如下：

　　第一次SDP提供/應答交互：主叫UE在發(fā)往被叫UE的第一個INVITE請求中提供了媒體類型，并用前提特定的指示對消息進行了擴展。被叫用戶在支持前提機制的情況下對收到的第一個SDP提供給出了一個183（會話進行中）答復，答復中包含了自身的前提。

　　第二次SDP提供/應答的交互（開始資源預留）：第二次SDP提供包含在主叫終端發(fā)送的PRACK請求中，用來聲明最終選擇的媒體類型和編碼方案。在明確了雙方媒體流QoS要求以及媒體流編碼方案的前提下，主叫UE開始進行資源預留。這里要注意的是，當遇到商定的媒體和編碼的QoS要求不同的情況時，主叫UE需要對預留的資源進行變更。第二次SDP應答包含在被叫UE已回送的200（ok）中，此時被叫UE已開始進行資源預留了。

　　資源預留成功完成：主被叫的UE都開始進行資源預留以后，任何一方的UE都可能比對方先完成資源預留。無論哪種情況，被叫終端都必須在確定雙方都完成資源預留的前提下才能向主叫發(fā)送振鈴消息，即被叫方在完成資源預留的同時還要等待接收主叫方的確認消息。

　　主叫方一旦完成資源預留，就會發(fā)送一個SIPUPDATE請求給被叫方進行確認，請求中包含了第三次SDP提供，對預留資源的情況加以說明。被叫方完成了資源預留后，又收到主叫方發(fā)來的UPDATE請求，此時被叫UE可以確定雙方都已成功完成資源預留，因此被叫終端發(fā)出了包含第三次SDP應答信息的200（ok）響應。

　　由此可見，所有資源預留狀態(tài)都已經達到了所要求的狀態(tài)，對前提的協(xié)商已經完成。一旦雙方都預留了資源，兩個UE之間就可以進行媒體交換了。此時被叫方確認雙方都已經預留了足夠的資源收發(fā)音頻流，于是立即開始振鈴，同時對INVITE請求發(fā)出180（振鈴）響應。

　?。?）簡化IMS分組可視電話系統(tǒng)結構

　　圖6以CDMA分組承載網為例，介紹一種簡化的IMS分組域可視電話業(yè)務系統(tǒng)結構。

　　圖6　一種簡化的CDMA分組域IMS可視電話系統(tǒng)結構

　　其中，各網絡單元的功能如下：

　　◆AAA：負責對用戶進行鑒權，并負責將用戶的QoS信息通過PDSN授權給無線接入網。AAA同時負責對用戶進行分組承載層的計費。

　　◆I-CSCF：負責為用戶確定S-CSCF，轉發(fā)SIP請求及響應消息。在用戶與其他網絡的可視電話進行互通時，I-CSCF確定對方用戶的I-CSCF或確定所應使用的互通網關。

　　◆P-CSCF：P-CSCF是終端在可視電話系統(tǒng)中的第一個接觸點，其地址通過P-CSCF發(fā)現(xiàn)機制獲得。在用戶注冊時，P-CSCF根據(jù)用戶的歸屬域選擇I/S-CSCF并轉發(fā)SIP消息，P-CSCF會保存注冊用戶的相關信息（如公共用戶識別符、UE地址、路徑信息等），其中的路徑信息用于該用戶后續(xù)發(fā)起呼叫時直接使用轉發(fā)SIP消息。P-CSCF具有計費功能。完成SIP消息壓縮解壓縮功能。

　　◆S-CSCF：負責記錄用戶的呼叫狀態(tài)，完成呼叫控制功能。

　　◆PDSN：負責為用戶終端建立分組數(shù)據(jù)會話。

　　◆RAN：負責為用戶提供無線傳輸承載。

　　◆MS：移動終端包含視頻和音頻編解碼器負責多媒體信息的處理，同時具有SIP用戶代理功能以與其他用戶進行通信。

　　◆HSS：為S-CSCF提供可視電話業(yè)務層面的鑒權矢量，并提供業(yè)務層面的授權和計費等功能。根據(jù)網絡的實際情況，HSS和AAA可考慮合設。

　　◆互通網關：在用戶與其他網絡的可視電話進行互通時，用于處理相關的會話控制信息和進行媒體及協(xié)議的轉換等。