電路域與分組域可視電話系統(tǒng)簡介

　　隨著現(xiàn)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)多媒體可視電話型業(yè)務(wù)由于實(shí)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(diǎn)的用戶之間可以進(jìn)行實(shí)時(shí)音視頻通信，而越來越為人們所關(guān)注。根據(jù)3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際發(fā)展情況，開展可視電話業(yè)務(wù)的條件已經(jīng)具備，香港和黃已經(jīng)推出WCDMAWCDMA電路域可視電話業(yè)務(wù)、韓國SKT推出了EV-DO分組域可視電話業(yè)務(wù)。

　　1、WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話

　　移動(dòng)可視電話業(yè)務(wù)在WCDMA/TD-SCDMA電路交換無線網(wǎng)絡(luò)上提供實(shí)時(shí)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(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)可視電話的無線互通，從而讓移動(dòng)用戶之間能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)時(shí)音、視頻等的交互?，F(xiàn)階段可能只限于移動(dòng)終端之間的互通，將來可能還會(huì)擴(kuò)展到移動(dòng)終端與PSTN、ISDN等各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互通。

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

　　碼協(xié)議的選擇，決定了移動(dòng)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(wù)功能

　　可視電話應(yīng)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(yīng)用功能模塊、復(fù)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(jìn)行編解碼。將采集自攝像頭等視頻輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，壓縮成適合在低速條件下傳輸?shù)拇a率；同時(shí)，將H.223解復(fù)用層分解出的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，然后，傳輸?shù)较鄳?yīng)的視頻處理設(shè)備，進(jìn)行顯示或其它處理。用于WCDMA/TD- SCDMA電路域可視電話業(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(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼。將來自麥克風(fēng)等音頻采集設(shè)備的音頻信號(hào)進(jìn)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(shí)將H.223解復(fù)用模塊解出的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并將解碼的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的聲音處理設(shè)備，如聽筒、揚(yáng)聲器等。用于WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話業(yè)務(wù)的音頻編碼協(xié)議主要有AMR及G723.1。

　　◆用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用功能模塊：典型的用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用是T.120。這個(gè)協(xié)議支持包括數(shù)據(jù)和圖像傳送的多點(diǎn)數(shù)據(jù)會(huì)議，另外，如共享白板和應(yīng)用等數(shù)據(jù)應(yīng)用也可以實(shí)現(xiàn)。

　　◆復(fù)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(fù)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(wù)的復(fù)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(huì)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(guān)閉等。WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話業(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(tǒng)的中位置及整個(gè)WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示：

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

　　1.2　業(yè)務(wù)模型

　　下面以兩個(gè)WCDMA/TD-SCDMA電路域可視電話終端都在PLMN覆蓋域之內(nèi)為例，簡單介紹可視電話業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)模型。可視電話業(yè)務(wù)是作為電路域的一種承載業(yè)務(wù)來實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)選擇了可視電話業(yè)務(wù)模式的手機(jī)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(wù)數(shù)據(jù)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電路域可視電話業(yè)務(wù)模型

　　1.3　音視頻復(fù)用

　　移動(dòng)可視電話系統(tǒng)的復(fù)用協(xié)議采用H.223復(fù)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(wù)是負(fù)責(zé)邏輯信道的適配與復(fù)用。H.223的協(xié)議結(jié)構(gòu)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(fù)用層）。H.223的復(fù)用層并不承擔(dān)差錯(cuò)控制（除了頭信息中的CRCCRC校驗(yàn)），每個(gè)邏輯信道的差錯(cuò)控制由H.223的適配層進(jìn)行，它可以采用不同的差錯(cuò)控制技術(shù)，包括但不僅僅限于誤碼檢測(cè)和遇錯(cuò)重傳方式。

　　圖3　H.223的協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　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(yīng)符合H.245協(xié)議。

　　H.245是一個(gè)普遍適用于基于分組復(fù)用的多媒體通信控制協(xié)議。H.245協(xié)議的主要內(nèi)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(hù)、打開和關(guān)閉邏輯信道、語音圖像和數(shù)據(jù)通信模式優(yōu)選請(qǐng)求、H.223復(fù)用表表項(xiàng)的傳輸、流量控制、通用命令和指示等。

　　◆通信控制協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　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(hào)的簡單重傳協(xié)議幀（NSRP，Numbered Simple Retransmission Protocol）和調(diào)制解調(diào)器鏈路接入過程（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(rèn)響應(yīng)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(rèn)之前的數(shù)據(jù)可以用數(shù)據(jù)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程中H.245的鏈路層協(xié)議。而LAMP/V42方式是可選項(xiàng)，對(duì)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(wù)。傳送層的NSRP（或LAPM/V42）為H.245形成的消息流提供差錯(cuò)控制功能，保證 H.245的消息準(zhǔn)確無誤的傳輸。H.245的下層是H.223復(fù)用協(xié)議，它將H.245的控制流和其它信息流復(fù)用成一個(gè)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(guān)系如圖4所示：

　　圖4　控制信道數(shù)據(jù)協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　◆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(shí)即被打開，而且在通信的過程中一直不關(guān)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(guān)閉邏輯信道”消息來實(shí)現(xiàn)邏輯信道的打開和關(guān)閉。當(dāng)一條邏輯信道被打開時(shí)，“邏輯信道打開”消息完整地描述該邏輯信道的內(nèi)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(xiàng)等。邏輯信道在不需要時(shí)可以被關(guān)閉。

　　◆控制過程

　　H.245使用標(biāo)準(zhǔn)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(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(qǐng)求”功能等。

　　2、基于IMS

　　分組域可視電話的業(yè)務(wù)功能與電路域的基本相同。分組域可視電話業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)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　分組域可視電話實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)

　?。?）服務(wù)質(zhì)量

　　服務(wù)質(zhì)量體現(xiàn)于多個(gè)層面。在傳送層上服務(wù)質(zhì)量主要體現(xiàn)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(xiàn)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(duì)不同業(yè)務(wù)有不同的體現(xiàn)：電話業(yè)務(wù)體現(xiàn)在接通率以及話音質(zhì)量；VoDVoD體現(xiàn)在圖像質(zhì)量；瀏覽業(yè)務(wù)體現(xiàn)在相應(yīng)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(shè)備等，當(dāng)前已經(jīng)基本被認(rèn)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(jié)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

　　分組域可視電話業(yè)務(wù)系統(tǒng)在技術(shù)上由控制平面和用戶平面構(gòu)成，控制平面負(fù)責(zé)為用戶建立理可視電話呼叫，并對(duì)呼叫進(jìn)行管理。而用戶平面則負(fù)責(zé)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(yīng)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(kuò)展性，應(yīng)用越來越廣泛。在控制平面上主要傳輸對(duì)傳輸速率要求較低但對(duì)丟包有嚴(yán)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(fù)雜的傳輸控制手段和糾錯(cuò)機(jī)制，而是采用盡量少的控制與鑒別功能，能滿足實(shí)時(shí)通信的要求。在用戶平面上要求滿足以下兩種傳輸需求：

　　◆對(duì)傳輸速率要求較低但對(duì)時(shí)延和抖動(dòng)有嚴(yán)格要求的音頻流信息。

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

　　分組域可視電話業(yè)務(wù)系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　圖5　分組域可視電話協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　2.2　基于IMS的可視電話系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　下面介紹基于SIP的IMS可視電話業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方法。

　?。?）IMS的QoS機(jī)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(jié)構(gòu)，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)話建立過程中進(jìn)行QoS資源預(yù)留的機(jī)制。

　　◆媒體協(xié)商和前提

　　媒體協(xié)商和對(duì)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之間是通過媒體協(xié)商就會(huì)話中使用的媒體組合以及使用哪種編碼方式達(dá)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(yīng)答機(jī)制，該機(jī)制允許UE推遲SIP會(huì)話建立的完成，直到雙方都成功完成資源預(yù)留。這里對(duì)所有連接到IMS的UE都強(qiáng)制要求支持SIP和SDP的擴(kuò)展。

　　在一般情況下，SIP僅交換一次提供/應(yīng)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(zhǔn)備接收所選擇的任何編碼類型，所以如果在第一次SDP應(yīng)答中對(duì)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(yīng)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(yù)留資源，對(duì)于無線資源將是一種浪費(fèi)。

　　◆IMS中的資源預(yù)留與SDP前提/應(yīng)答機(jī)制

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

　　為了做到這一點(diǎn)，雙方的UE在SDP提供/應(yīng)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(dāng)主叫UE處的資源預(yù)留成功后，要把一個(gè)SIP UPDATE請(qǐng)求發(fā)往被叫UE；被叫UE在未收到來自對(duì)方的SIP UPDATE請(qǐng)求同時(shí)自己也未成功地完成資源預(yù)留之前不應(yīng)振鈴。此外，前提還指示當(dāng)某個(gè)特定的媒體流無法成功進(jìn)行資源預(yù)留時(shí)應(yīng)該如何處理。

　　◆IMS會(huì)話建立中的QoS資源預(yù)留實(shí)例

　　QoS資源預(yù)留的完成過程如下：

　　第一次SDP提供/應(yīng)答交互：主叫UE在發(fā)往被叫UE的第一個(gè)INVITE請(qǐng)求中提供了媒體類型，并用前提特定的指示對(duì)消息進(jìn)行了擴(kuò)展。被叫用戶在支持前提機(jī)制的情況下對(duì)收到的第一個(gè)SDP提供給出了一個(gè)183（會(huì)話進(jìn)行中）答復(fù)，答復(fù)中包含了自身的前提。

　　第二次SDP提供/應(yīng)答的交互（開始資源預(yù)留）：第二次SDP提供包含在主叫終端發(fā)送的PRACK請(qǐng)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(jìn)行資源預(yù)留。這里要注意的是，當(dāng)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(duì)預(yù)留的資源進(jìn)行變更。第二次SDP應(yīng)答包含在被叫UE已回送的200（ok）中，此時(shí)被叫UE已開始進(jìn)行資源預(yù)留了。

　　資源預(yù)留成功完成：主被叫的UE都開始進(jìn)行資源預(yù)留以后，任何一方的UE都可能比對(duì)方先完成資源預(yù)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(yù)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(yù)留的同時(shí)還要等待接收主叫方的確認(rèn)消息。

　　主叫方一旦完成資源預(yù)留，就會(huì)發(fā)送一個(gè)SIPUPDATE請(qǐng)求給被叫方進(jìn)行確認(rèn)，請(qǐng)求中包含了第三次SDP提供，對(duì)預(yù)留資源的情況加以說明。被叫方完成了資源預(yù)留后，又收到主叫方發(fā)來的UPDATE請(qǐng)求，此時(shí)被叫UE可以確定雙方都已成功完成資源預(yù)留，因此被叫終端發(fā)出了包含第三次SDP應(yīng)答信息的200（ok）響應(yīng)。

　　由此可見，所有資源預(yù)留狀態(tài)都已經(jīng)達(dá)到了所要求的狀態(tài)，對(duì)前提的協(xié)商已經(jīng)完成。一旦雙方都預(yù)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(rèn)雙方都已經(jīng)預(yù)留了足夠的資源收發(fā)音頻流，于是立即開始振鈴，同時(shí)對(duì)INVITE請(qǐng)求發(fā)出180（振鈴）響應(yīng)。

　?。?）簡化IMS分組可視電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　圖6以CDMA分組承載網(wǎng)為例，介紹一種簡化的IMS分組域可視電話業(yè)務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　圖6　一種簡化的CDMA分組域IMS可視電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　其中，各網(wǎng)絡(luò)單元的功能如下：

　　◆AAA：負(fù)責(zé)對(duì)用戶進(jìn)行鑒權(quán)，并負(fù)責(zé)將用戶的QoS信息通過PDSN授權(quán)給無線接入網(wǎng)。AAA同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)用戶進(jìn)行分組承載層的計(jì)費(fèi)。

　　◆I-CSCF：負(fù)責(zé)為用戶確定S-CSCF，轉(zhuǎn)發(fā)SIP請(qǐng)求及響應(yīng)消息。在用戶與其他網(wǎng)絡(luò)的可視電話進(jìn)行互通時(shí)，I-CSCF確定對(duì)方用戶的I-CSCF或確定所應(yīng)使用的互通網(wǎng)關(guān)。

　　◆P-CSCF：P-CSCF是終端在可視電話系統(tǒng)中的第一個(gè)接觸點(diǎn)，其地址通過P-CSCF發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得。在用戶注冊(cè)時(shí)，P-CSCF根據(jù)用戶的歸屬域選擇I/S-CSCF并轉(zhuǎn)發(fā)SIP消息，P-CSCF會(huì)保存注冊(cè)用戶的相關(guān)信息（如公共用戶識(shí)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(shí)直接使用轉(zhuǎn)發(fā)SIP消息。P-CSCF具有計(jì)費(fèi)功能。完成SIP消息壓縮解壓縮功能。

　　◆S-CSCF：負(fù)責(zé)記錄用戶的呼叫狀態(tài)，完成呼叫控制功能。

　　◆PDSN：負(fù)責(zé)為用戶終端建立分組數(shù)據(jù)會(huì)話。

　　◆RAN：負(fù)責(zé)為用戶提供無線傳輸承載。

　　◆MS：移動(dòng)終端包含視頻和音頻編解碼器負(fù)責(zé)多媒體信息的處理，同時(shí)具有SIP用戶代理功能以與其他用戶進(jìn)行通信。

　　◆HSS：為S-CSCF提供可視電話業(yè)務(wù)層面的鑒權(quán)矢量，并提供業(yè)務(wù)層面的授權(quán)和計(jì)費(fèi)等功能。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，HSS和AAA可考慮合設(shè)。

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