電路域與分組域可視電話(huà)系統簡(jiǎn)介

　　隨著(zhù)現代通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)多媒體通信已成為新的業(yè)務(wù)需求。其中移動(dòng)多媒體可視電話(huà)型業(yè)務(wù)由于實(shí)現了音頻、視頻、數據（文本、圖文等）等多種媒體的綜合處理，使不同地點(diǎn)的用戶(hù)之間可以進(jìn)行實(shí)時(shí)音視頻通信，而越來(lái)越為人們所關(guān)注。根據3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際發(fā)展情況，開(kāi)展可視電話(huà)業(yè)務(wù)的條件已經(jīng)具備，香港和黃已經(jīng)推出WCDMAWCDMA電路域可視電話(huà)業(yè)務(wù)、韓國SKT推出了EV-DO分組域可視電話(huà)業(yè)務(wù)。

　　1、WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話(huà)

　　移動(dòng)可視電話(huà)業(yè)務(wù)在WCDMA/TD-SCDMA電路交換無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上提供實(shí)時(shí)視頻、音頻或數據等媒體格式的任意組合，主要是利用WCDMA/TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )在移動(dòng)設備上實(shí)現可視電話(huà)的無(wú)線(xiàn)互通，從而讓移動(dòng)用戶(hù)之間能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)時(shí)音、視頻等的交互?，F階段可能只限于移動(dòng)終端之間的互通，將來(lái)可能還會(huì )擴展到移動(dòng)終端與PSTN、ISDN等各種網(wǎng)絡(luò )設備的互通。

　　在WCDMA/TD-SCDMA系統中，由于目前的可視電話(huà)業(yè)務(wù)是作為電路域的一種承載業(yè)務(wù)來(lái)實(shí)現的，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(dòng)可視電話(huà)系統不可能采用大速率的編碼方法。

　　1.1　業(yè)務(wù)功能

　　可視電話(huà)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(hù)數據應用功能模塊、復用功能模塊、系統控制模塊等。各模塊的作用分別如下：

　　◆視頻輸入輸出及編解碼模塊：將輸入的視頻流數據根據特定的協(xié)議進(jìn)行編解碼。將采集自攝像頭等視頻輸入設備的數據進(jìn)行編碼，壓縮成適合在低速條件下傳輸的碼率；同時(shí)，將H.223解復用層分解出的視頻數據進(jìn)行解碼，然后，傳輸到相應的視頻處理設備，進(jìn)行顯示或其它處理。用于WCDMA/TD- SCDMA電路域可視電話(huà)業(yè)務(wù)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據進(jìn)行編解碼。將來(lái)自麥克風(fēng)等音頻采集設備的音頻信號進(jìn)行編碼壓縮，然后，將編碼后的流數據傳輸到H.223的AL2層。同時(shí)將H.223解復用模塊解出的音頻數據進(jìn)行解碼，并將解碼的數據傳輸到相應的聲音處理設備，如聽(tīng)筒、揚聲器等。用于WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話(huà)業(yè)務(wù)的音頻編碼協(xié)議主要有AMR及G723.1。

　　◆用戶(hù)數據應用功能模塊：典型的用戶(hù)數據應用是T.120。這個(gè)協(xié)議支持包括數據和圖像傳送的多點(diǎn)數據會(huì )議，另外，如共享白板和應用等數據應用也可以實(shí)現。

　　◆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、數據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(huà)業(yè)務(wù)的復用協(xié)議采用ITU-T的H.223協(xié)議。

　　◆系統控制模塊：主要是保證可視電話(huà)連接的正常建立、釋放及提供可視電話(huà)會(huì )話(huà)過(guò)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(kāi)與關(guān)閉等。WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話(huà)業(yè)務(wù)中采用ITU-T H.245作為控制協(xié)議。

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

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

　　1.2　業(yè)務(wù)模型

　　下面以?xún)蓚€(gè)WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話(huà)終端都在PLMN覆蓋域之內為例，簡(jiǎn)單介紹可視電話(huà)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)模型?？梢曤娫?huà)業(yè)務(wù)是作為電路域的一種承載業(yè)務(wù)來(lái)實(shí)現的。兩個(gè)選擇了可視電話(huà)業(yè)務(wù)模式的手機通過(guò)發(fā)端UTRAN、GSTN以及收端UTRAN建立起CS連接，可視電話(huà)業(yè)務(wù)數據在 3G-324M終端之間進(jìn)行透明傳輸。業(yè)務(wù)模型如圖2所示：

　　圖2　WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話(huà)業(yè)務(wù)模型

　　1.3　音視頻復用

　　移動(dòng)可視電話(huà)系統的復用協(xié)議采用H.223復用協(xié)議。H.223規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(wù)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(gè)邏輯信道的差錯控制由H.223的適配層進(jìn)行，它可以采用不同的差錯控制技術(shù)，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(huà)系統所使用的控制協(xié)議與H.324系統所使用的控制協(xié)議相同，即應符合H.245協(xié)議。

　　H.245是一個(gè)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(kāi)和關(guān)閉邏輯信道、語(yǔ)音圖像和數據通信模式優(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控制PDU消息的方式：編號的簡(jiǎn)單重傳協(xié)議幀（NSRP，Numbered Simple Retransmission Protocol）和調制解調器鏈路接入過(guò)程（LAPM，Link Access Procedure for Modem）。在NSRP方式中，每個(gè)NSRP命令幀必須接到NSRP確認響應幀后才能發(fā)送下一個(gè)NSRP幀。在LAPM/V42方式中，在接收到第一幀的確認之前的數據可以用數據串的方式進(jìn)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(guò)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可以向系統控制部分提供多種服務(wù)。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(wú)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(gè)單一的物理數據流。

　　H.324中的通信控制信道的數據協(xié)議之間的關(guān)系如圖4所示：

　　圖4　控制信道數據協(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(kāi)始建立時(shí)即被打開(kāi)，而且在通信的過(guò)程中一直不關(guān)閉。

　　H.324的視頻、語(yǔ)音和數據信息的傳送都是通過(guò)邏輯信道來(lái)完成的，在控制邏輯信道上按H.245規定的程序，使用“打開(kāi)邏輯信道”和“關(guān)閉邏輯信道”消息來(lái)實(shí)現邏輯信道的打開(kāi)和關(guān)閉。當一條邏輯信道被打開(kāi)時(shí)，“邏輯信道打開(kāi)”消息完整地描述該邏輯信道的內容，如所傳輸媒體的類(lèi)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(shí)可以被關(guān)閉。

　　◆控制過(guò)程

　　H.245使用標準描述語(yǔ)言SDL（SpecificaTIon and DescripTIon Language）來(lái)定義控制過(guò)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(guò)程主要完成的任務(wù)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(huà)的業(yè)務(wù)功能與電路域的基本相同。分組域可視電話(huà)業(yè)務(wù)實(shí)現的難點(diǎn)是：分組域服務(wù)質(zhì)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(huà)實(shí)現的難點(diǎn)

　?。?）服務(wù)質(zhì)量

　　服務(wù)質(zhì)量體現于多個(gè)層面。在傳送層上服務(wù)質(zhì)量主要體現在時(shí)延、抖動(dòng)、誤碼率以及倒換時(shí)間等；在承載層上服務(wù)質(zhì)量體現在IP包的時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率等；在業(yè)務(wù)層上服務(wù)質(zhì)量針對不同業(yè)務(wù)有不同的體現：電話(huà)業(yè)務(wù)體現在接通率以及話(huà)音質(zhì)量；VoDVoD體現在圖像質(zhì)量；瀏覽業(yè)務(wù)體現在相應的速度等。傳送層服務(wù)質(zhì)量取決于器件、傳輸距離以及設備等，當前已經(jīng)基本被認可。業(yè)務(wù)層的服務(wù)質(zhì)量一部分取決于業(yè)務(wù)控制節點(diǎn)，另外一部分取決于承載層的服務(wù)質(zhì)量。

　?。?）呼叫控制與承載分離的控制

　　分組域可視電話(huà)業(yè)務(wù)系統在技術(shù)上由控制平面和用戶(hù)平面構成，控制平面負責為用戶(hù)建立理可視電話(huà)呼叫，并對呼叫進(jìn)行管理。而用戶(hù)平面則負責傳輸可視電話(huà)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(hù)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(jiǎn)單性和可擴展性，應用越來(lái)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(hù)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(mǎn)足實(shí)時(shí)通信的要求。在用戶(hù)平面上要求滿(mǎn)足以下兩種傳輸需求：

　　◆對傳輸速率要求較低但對時(shí)延和抖動(dòng)有嚴格要求的音頻流信息。

　　◆對傳輸速率要求較高且對時(shí)延和抖動(dòng)要求較高的視頻流信息。

　　分組域可視電話(huà)業(yè)務(wù)系統的協(xié)議結構如圖5所示。

　　圖5　分組域可視電話(huà)協(xié)議結構

　　2.2　基于IMS的可視電話(huà)系統的實(shí)現

　　下面介紹基于SIP的IMS可視電話(huà)業(yè)務(wù)實(shí)現方法。

　?。?）IMS的QoS機制

　　IMS是提供實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的IP多媒體業(yè)務(wù)的通用體系結構，由于不限定下層接入技術(shù)等特點(diǎn)，它在固定、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合的過(guò)程中受到廣泛關(guān)注。為了保證移動(dòng)域IMS的QoS，RFC3312定義了在SIP會(huì )話(huà)建立過(guò)程中進(jìn)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(gè)密切相關(guān)的概念。在IMS中，兩個(gè)UE之間是通過(guò)媒體協(xié)商就會(huì )話(huà)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(gè)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(huì )話(huà)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(kāi)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(lèi)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(huì )產(chǎn)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(wú)線(xiàn)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(guò)程稱(chēng)為資源預留。對于雙方的UE而言，建立PDP上下文的執行過(guò)程是相互獨立的。這意味著(zhù)在資源被成功預留之前，根本無(wú)法保證所協(xié)商的媒體會(huì )話(huà)是否可以建立起來(lái)。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(diǎn)，雙方的UE在SDP提供/應答的協(xié)商過(guò)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(gè)SIP UPDATE請求發(fā)往被叫UE；被叫UE在未收到來(lái)自對方的SIP UPDATE請求同時(shí)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(gè)特定的媒體流無(wú)法成功進(jìn)行資源預留時(shí)應該如何處理。

　　◆IMS會(huì )話(huà)建立中的QoS資源預留實(shí)例

　　QoS資源預留的完成過(guò)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(gè)INVITE請求中提供了媒體類(lèi)型，并用前提特定的指示對消息進(jìn)行了擴展。被叫用戶(hù)在支持前提機制的情況下對收到的第一個(gè)SDP提供給出了一個(gè)183（會(huì )話(huà)進(jìn)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(kāi)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(lái)聲明最終選擇的媒體類(lèi)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(kāi)始進(jìn)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(shí)，主叫UE需要對預留的資源進(jìn)行變更。第二次SDP應答包含在被叫UE已回送的200（ok）中，此時(shí)被叫UE已開(kāi)始進(jìn)行資源預留了。

　　資源預留成功完成：主被叫的UE都開(kāi)始進(jìn)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(wú)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(shí)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(huì )發(fā)送一個(gè)SIPUPDATE請求給被叫方進(jìn)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(shuō)明。被叫方完成了資源預留后，又收到主叫方發(fā)來(lái)的UPDATE請求，此時(shí)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(jiàn)，所有資源預留狀態(tài)都已經(jīng)達到了所要求的狀態(tài)，對前提的協(xié)商已經(jīng)完成。一旦雙方都預留了資源，兩個(gè)UE之間就可以進(jìn)行媒體交換了。此時(shí)被叫方確認雙方都已經(jīng)預留了足夠的資源收發(fā)音頻流，于是立即開(kāi)始振鈴，同時(shí)對INVITE請求發(fā)出180（振鈴）響應。

　?。?）簡(jiǎn)化IMS分組可視電話(huà)系統結構

　　圖6以CDMA分組承載網(wǎng)為例，介紹一種簡(jiǎn)化的IMS分組域可視電話(huà)業(yè)務(wù)系統結構。

　　圖6　一種簡(jiǎn)化的CDMA分組域IMS可視電話(huà)系統結構

　　其中，各網(wǎng)絡(luò )單元的功能如下：

　　◆AAA：負責對用戶(hù)進(jìn)行鑒權，并負責將用戶(hù)的QoS信息通過(guò)PDSN授權給無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)。AAA同時(shí)負責對用戶(hù)進(jìn)行分組承載層的計費。

　　◆I-CSCF：負責為用戶(hù)確定S-CSCF，轉發(fā)SIP請求及響應消息。在用戶(hù)與其他網(wǎng)絡(luò )的可視電話(huà)進(jìn)行互通時(shí)，I-CSCF確定對方用戶(hù)的I-CSCF或確定所應使用的互通網(wǎng)關(guān)。

　　◆P-CSCF：P-CSCF是終端在可視電話(huà)系統中的第一個(gè)接觸點(diǎn)，其地址通過(guò)P-CSCF發(fā)現機制獲得。在用戶(hù)注冊時(shí)，P-CSCF根據用戶(hù)的歸屬域選擇I/S-CSCF并轉發(fā)SIP消息，P-CSCF會(huì )保存注冊用戶(hù)的相關(guān)信息（如公共用戶(hù)識別符、UE地址、路徑信息等），其中的路徑信息用于該用戶(hù)后續發(fā)起呼叫時(shí)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(hù)的呼叫狀態(tài)，完成呼叫控制功能。

　　◆PDSN：負責為用戶(hù)終端建立分組數據會(huì )話(huà)。

　　◆RAN：負責為用戶(hù)提供無(wú)線(xiàn)傳輸承載。

　　◆MS：移動(dòng)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(shí)具有SIP用戶(hù)代理功能以與其他用戶(hù)進(jìn)行通信。

　　◆HSS：為S-CSCF提供可視電話(huà)業(yè)務(wù)層面的鑒權矢量，并提供業(yè)務(wù)層面的授權和計費等功能。根據網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際情況，HSS和AAA可考慮合設。

　　◆互通網(wǎng)關(guān)：在用戶(hù)與其他網(wǎng)絡(luò )的可視電話(huà)進(jìn)行互通時(shí)，用于處理相關(guān)的會(huì )話(huà)控制信息和進(jìn)行媒體及協(xié)議的轉換等。