基于H.323的網(wǎng)守中呼叫信令處理模塊的設計與實現(xiàn)

施濤，駱瑞玲

（石河子大學信息科學與技術(shù)學院，石河子832003）

傳統(tǒng)電話話音質(zhì)量高，但是對帶寬使用效率低，且費用昂貴，而IP電話話音質(zhì)量較低，但費用低廉，帶寬利用率較高，從而獲得了較為廣泛的應用。目前VoIP（Voice over IP）體系存在ITU－T制訂的H.323體系標準和IETF制訂的SIP（Session initiation protocol）［2］協(xié)議等，我國實際使用較廣泛的是H.323協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，提高IP電話的通話質(zhì)量和大規(guī)模應用IP電話時的接通率就成了應用中比較重要的問題。文獻［1］描述了在不保證服務質(zhì)量的包交換網(wǎng)絡中各種終端和其他實體如何提供多媒體通信服務，定義了4種實體：終端（Terminal）、網(wǎng)關（Gateway，GW）、網(wǎng)守（Gatekeeper，GK）和多點控制單元（Multipoint control unit，MCU），其中網(wǎng)守提供對端點（終端、網(wǎng)關、多點控制單元統(tǒng)稱為端點）和呼叫的管理功能。文獻［3］在文獻［1］的基礎上描述了基于包交換網(wǎng)絡各種H.323實體如何管理音頻、視頻、數(shù)據(jù)和控制信息以提供語音服務。文獻［4］提出改進網(wǎng)絡負載平衡可以提高呼叫通話率。文獻［5］提出網(wǎng)守通過號碼前綴轉(zhuǎn)換完成在IP網(wǎng)內(nèi)進行呼叫路由。本文在文獻［4］的基礎上研究了網(wǎng)守自身的呼叫路由信令過程，在文獻［5］的基礎上研究了網(wǎng)守的快速連接信令處理過程。

目前，對呼叫信令處理的常規(guī)連接過程為：首先利用H.225.0信令建立呼叫，然后進行能力交換，最后打開邏輯信道，過程較為復雜，呼叫的建立時延偏長。本文針對網(wǎng)守的呼叫信令模塊，對在信令處理模塊中的 H.225.0［3］消息如何進行快速連接處理呼叫信令提出具體的設計方案，以實現(xiàn)網(wǎng)守的快速連接信令處理功能。

1 網(wǎng)守的信令處理協(xié)議H.225.0協(xié)議過程

1.1 H.225.0呼叫信令消息

H.225.0基本呼叫控制消息取自于 Q.931［6］和 Q.932［7］消息。其呼叫信令消息見表1［3］。

表1 呼叫信令消息Tab.1 Call signaling message

用戶——用戶信息單元UUIE（User user information element）是 H.225.0信令消息中最為重要的信息單元。它傳送常規(guī)的端到端用戶數(shù)據(jù)和H.323特定的呼叫控制信息，這些特定信息構(gòu)成了H.323系統(tǒng)呼叫信令的核心內(nèi)容。

UUIE中定義的內(nèi)容均為H.323系統(tǒng)呼叫信令必需傳送的信息，這些信息無法用原來的Q.931／Q.932的信息單元進行傳送，因此就用UUIE來補充，使協(xié)議設計簡化，同傳統(tǒng)的電信協(xié)議有很好的繼承性。

1.2 2種信令傳送方式

當端點呼叫接入通過網(wǎng)守認證后，主被叫端點便可以開始呼叫信令消息和控制消息的傳送。在H.323協(xié)議中有2種信令路由方式，直接路由方式和網(wǎng)守路由方式。而采用哪種路由方式由呼叫接入過程確定，端點可以提出意向，但最終則由網(wǎng)守決定［8］。

1）呼叫信令消息的傳送［3］。圖1和圖2分別表示呼叫信令消息的直接路由和網(wǎng)守路由方式。

圖1 直接路由呼叫過程Fig.1 Direct routing call process

圖2 網(wǎng)守路由呼叫過程Fig.2 Gatekeeper routing call process

在直接路由方式中，網(wǎng)守在接入證實消息（ACF）中直接回送被叫端點的呼叫信令信道運輸層地址，于是主叫端點的信令直接發(fā)往對端。在網(wǎng)守路由方式中，網(wǎng)守在接入證實（ACF）中回送自身的呼叫信令信道運輸層地址，然后兩端點的信令消息都發(fā)往網(wǎng)守，由網(wǎng)守轉(zhuǎn)送。

2 網(wǎng)守的信令處理模塊的設計與實現(xiàn)

2.1 呼叫信令處理模塊系統(tǒng)環(huán)境

在網(wǎng)守系統(tǒng)中H.225.0消息處理模塊位置如圖3所示。

圖3 網(wǎng)守模塊結(jié)構(gòu)Fig.3 Gatekeeper module structure

在網(wǎng)守軟件體系中，網(wǎng)守核心模塊的程序占據(jù)主體地位，它處理H.323協(xié)議體系中與網(wǎng)守相關協(xié)議部分的處理，主要包括RAS消息處理模塊和H.225.0消息處理模塊，其中RAS消息處理模塊用來完成終端注冊和呼叫許可，H.225.0消息處理模塊用于轉(zhuǎn)發(fā)終端的呼叫信令，協(xié)助主叫和被叫終端之間的邏輯信道（TCP信道）的建立，包括呼叫的建立，呼叫的清除，Q.932消息處理等過程，并且支持呼叫轉(zhuǎn)移功能，可以進行常規(guī)的連接過程也支持快速連接過程，同時將獲得的信息經(jīng)過解析后送到監(jiān)控模塊，便于用戶管理和查看。

2.2 呼叫信令處理模塊相關類圖

信令處理模塊中主要包括如下幾個類：工作Job類、套接字Socket類、信令處理類、線程類Worker。Job的子類定義了線程所要執(zhí)行的工作，它創(chuàng)建各類監(jiān)聽器對象listener和套接字socket對象。套接字Socket類實現(xiàn)和客戶進程通信，讀取數(shù)據(jù)并在處理完后發(fā)送信息至客戶端。信令處理類實現(xiàn)對各種不同信令消息的處理。主要的Job類圖如4所示，套接字socket類如圖5和6所示。

圖4 Job及其子類Fig.4 Job and its subclasses

圖5 PSocket及其子類Fig.5 PSocket and its subclasses

圖6 Socket類Fig.6 Classes of Socket

在圖4中，虛基類Job類定義各類工作，其最重要的子類有4個：RasServer、Proxy Handler、TCPServer。其中RasServer處理RAS信令消息，Proxy Handler處理呼叫信令消息，TCPServer處理所有TCP連接請求消息并分配至具體的線程去處理消息。

在圖5中，給出了網(wǎng)守中類UDPSocket和TCPSocket繼承自PWLib中定義的socket類。這些類實現(xiàn)了監(jiān)聽、讀寫等操作。

在圖6中，定義了用于監(jiān)聽TCP請求的類CallSignal Listener，進行監(jiān)聽請求和創(chuàng)建呼叫信令類套接字CallSignalSocket與客戶進程通信。USocket的子類用來為其他對象提供代理以控制對套接字socket的訪問。

2.3 信令處理模塊流程

呼叫處理線程在主程序中被啟動后便開始在呼叫信道上偵聽是否有端點發(fā)出呼叫。當一個新端點發(fā)起一個有效呼叫并且選路方式設定為網(wǎng)守選路模式時，呼叫監(jiān)聽對象CallSignal Listener便創(chuàng)建一個新的TCP套接字對象CallSignalSocket，呼叫信令處理線程Proxy Handler對象利用此套接字與該端點建立連接，呼叫監(jiān)聽對象CallSignal Listener在原呼叫信道上偵聽新端點發(fā)出的呼叫。

在初始呼叫建立完成后，實際的呼叫控制和保持活動消息被轉(zhuǎn)移到了新的臨時端口上，信令線程CallSignalSocket就是在該端口上實際處理這些消息的線程。信令線程采用“快速連接”過程，其特點是將信道建立過程和呼叫建立過程融合在一起，且省略了能力交換步驟，從而有效縮短連接建立時間?！翱焖龠B接”的基本過程如下：

主叫端點在Setup消息的UUIE中置入“快速連接”（Fast start）數(shù)據(jù)單元，該單元有若干個“打開邏輯信道”（OLC）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，每個OLC描述主叫端點提議的一個發(fā)送或接收媒體信道，包括立即打開此信道并在其上傳送媒體信息所需的所有參數(shù)。當被叫端點愿意執(zhí)行“快速連接”過程，則在主叫提議的OLC中選取它同意并能夠支持的信道構(gòu)成返回的快速啟動數(shù)據(jù)單元，置入后向消息（Call Proceeding、Progress、Alerting或 Connect）回送主叫端點。此后，凡是被選中的信道就認為已被打開?？梢粤⒓丛谶@些反向信道上發(fā)送媒體信息。同樣主叫端點在發(fā)送Setup消息后必須準備隨時在它提議的任何一個反向信道上接收數(shù)據(jù)。主叫也可以對被叫發(fā)送媒體流的時間進行限制，將Setup消息的“媒體等待Connect”數(shù)據(jù)單元置為真，則被叫必須在發(fā)送Connect消息后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。"快速連接"過程的主要實現(xiàn)代碼如下：

2.4 測試數(shù)據(jù)

使用自動呼叫器進行群呼，每次分別發(fā)起六百路呼叫，每次通話的時間長度為半分鐘。采用常規(guī)的呼叫信令處理和快速的呼叫信令處理的測試結(jié)果見表2。

表2 測試結(jié)果Tab.2 The result of the test

由測試結(jié)果（表2）可見，信令的快速連接方法使網(wǎng)守在并發(fā)600路呼叫的情況下接通率達到了90.33%，而常規(guī)的信令連接方法接通率只有79.67%，從而表明快速連接法實現(xiàn)了較高的性能，提高了呼叫接通率。

3 小結(jié)

隨著三網(wǎng)融合趨勢的發(fā)展，IP電話有著廣闊的應用前景，對基于IP電話的研究也會更加深入和寬廣。本文基于H.323網(wǎng)絡，通過對H323網(wǎng)守呼叫信令協(xié)議功能的研究，針對網(wǎng)守的呼叫信令模塊，采用快速啟動模式，設計并實現(xiàn)了呼叫信令的處理流程，縮短了呼叫的建立時間，能更好的接納更多并發(fā)呼叫從而提高了網(wǎng)守的呼叫信令處理性能，已被應用到西安郵政的呼叫中心，滿足了企業(yè)的實際需要。

［1］Rizzetto D，Catania C，A voice over IP service architecture for integrated communications［J］.IEEE Internet Compute，1999，3：53－62.

［2］Dalgic I，Borella M，Dean R，et al.True number portability and advanced call screening in a SIP based IP telephony system［J］.IEEE Communication Magzine，1999，37：96－101.

［3］Goyal P，Greenberg A，Kalmanek C R，et al.Integration of call signaling and resource management for IP telephony［J］.IEEE Network，1999，13，24－32.

［4］Cheng Yue Chang，Ming Syan Chen，Pai Han Huang.An H.323 gatekeeper prototype：design，implementation and performance analysis［J］.IEEE Transactions on Multimedia，2004，6：936－946.

［5］楚君，王玲，王紫湘.H.323網(wǎng)守設計與應用［J］.計算機時代，2006（11）：22－23.

［6］楊彬，黃正謙.構(gòu)建基于H.323的新一代呼叫中心［J］.計算機工程與科學，2005，27（5）：13－14，44.

［7］蘇進，廖建明.軟交換體系下VOIP的呼叫路由設計與實現(xiàn)［J］.成都信息工程學院學報，2005（5）：16－19.

［8］沈鑫剡.多媒體傳輸網(wǎng)絡與VoIP系統(tǒng)設計［M］.北京：人民郵電出版社，2005.