【文章內(nèi)容簡介】 ITAD定位服務(wù)器方案，它需要廣播的信息最多，在數(shù)據(jù)庫中進行的路由決策也較復(fù)雜，并需要兼容復(fù)雜的前端協(xié)議，以獲得廣泛的原始網(wǎng)關(guān)路由信息注入。從技術(shù)靈活性的角度來講，ITAD定位服務(wù)器方案最為靈活，它與IP電話設(shè)備本身只存在路由信息輸入輸出的接口，在協(xié)議上沒有捆綁設(shè)備的需要，因此一且局部的IP電話設(shè)備、終端升級或變化，如用戶電話號碼改號或升位時，全局的路由數(shù)據(jù)庫都能及時獲悉并更新和廣播，樹形網(wǎng)關(guān)域名查詢系統(tǒng)也屬于動態(tài)路由方法(DNS動態(tài)查詢方式)，但是從路由更新的角度來講，DNS只能采用靜態(tài)配置的方式，不能自動增加、刪除和更新路由，這對于IP電話網(wǎng)絡(luò)運營商，尤其是大型網(wǎng)絡(luò)運營商來說有時是無法接受的，因為網(wǎng)關(guān)設(shè)備的增加，減少，移動，升級對于它們來說是必需的，靜態(tài)層次網(wǎng)關(guān)路由體系無論從路由獲取方式還是路由更新機制，都不支持動態(tài)功能因此它的靈活性較差。從網(wǎng)絡(luò)互操作性的角度來講，ITAD定位服務(wù)器方案提供最完善的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間互通的技術(shù)支持，, SIP, PSTN, ISUP over IP等網(wǎng)絡(luò)互通前提下才能實現(xiàn)的路由都可以通過該協(xié)議發(fā)現(xiàn)，樹形網(wǎng)關(guān)域名查詢系統(tǒng)和靜態(tài)層次網(wǎng)關(guān)路由體系則基本不具備發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的需要異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互通路由，只能通過特殊的配置來實現(xiàn)有限的網(wǎng)絡(luò)互通功能。從網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力來的角度來講，首先ITAD定位服務(wù)器方案由于具有動態(tài)學(xué)習(xí)網(wǎng)關(guān)路由的功能，因此它的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍越大它的優(yōu)勢越明顯，其次是樹形網(wǎng)關(guān)域名查詢系統(tǒng)，由于它可充分利用現(xiàn)有的DNS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)，使得它的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力有一定的優(yōu)勢，最后，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力較差的是靜態(tài)層次網(wǎng)關(guān)路由體系，它秉承了PSTN網(wǎng)絡(luò)的層次化的特點，比較適合層次結(jié)構(gòu)分明IP電話網(wǎng)絡(luò)，這就限制了它進行大規(guī)模的覆蓋。從方便多運營商的角度來講，ITAD定位服務(wù)器方案在具有屏蔽運營商內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)功能的前提下能對路由提供必需的網(wǎng)絡(luò)拓撲，這樣對于多運營商進行網(wǎng)絡(luò)運營有很大的優(yōu)勢，其次是樹形網(wǎng)關(guān)域名查詢系統(tǒng)，它需要在頂級ENUM系統(tǒng)中進行多運營商間的互通工作，對于靜態(tài)層次網(wǎng)關(guān)路由體系來講，則只能提供手動配置的方式來支持運營商之間的路由功能，因此它基本上是為單一運營商網(wǎng)絡(luò)而準備的。從設(shè)備技術(shù)投資的角度來講，由于技術(shù)實現(xiàn)難度的關(guān)系，投資從大到小依次為ITAD定位服務(wù)器方案，樹形網(wǎng)關(guān)域名查詢系統(tǒng)，靜態(tài)層次網(wǎng)關(guān)路由體系。 總結(jié)了三種IP電話路由方法的基本特點ITAD定位服務(wù)器方案樹形網(wǎng)關(guān)域名查詢系統(tǒng)靜態(tài)層次網(wǎng)關(guān)路由體系技術(shù)實現(xiàn)難度復(fù)雜較歇最歇技術(shù)靈活性強較強弱網(wǎng)絡(luò)互操作性強弱弱網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力強較強最弱方便多運營商強較強最弱設(shè)備技術(shù)投資大較大最小 本文的主要研究工作本文主要研究了VOIP中影響Qos的指標度量而實現(xiàn)的自適應(yīng)路由調(diào)度方法。工作的重點是提出了一種通過應(yīng)用層的Qos度量而實行的路由自動調(diào)度的方法。在研究過程中作者參閱了大量的文獻資料，也研究了相關(guān)技術(shù)，對Qos相關(guān)的檢測技術(shù)以及整個VOIP體系和關(guān)鍵技術(shù)有了深入認識，主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：提出了一種根據(jù)影響VOIP的Qos相關(guān)指標度量而實行的路由自動調(diào)度的方法，它的目的是實時探察IP最優(yōu)路徑，從而實行路由的自動調(diào)度，提高VOIP運營系統(tǒng)的效率。為了完成這個工作，本文首先參考前人工作和實驗相結(jié)合的方式，分析了端到端的網(wǎng)絡(luò)延時與數(shù)據(jù)丟包之間的關(guān)系，提出了實時語音傳輸中的度量方法，而后將它與路由調(diào)度策略相結(jié)合實現(xiàn)了這種新的利用Qos相關(guān)指標度量達到路由自動調(diào)度的新技術(shù)，并在實際運營系統(tǒng)中進行了大量的實驗和驗證工作。在研究的初期，如何對路由進行自動調(diào)度一直是作者面臨的一大難題，曾經(jīng)嘗試過通過螞蟻算法和木桶理論在進行路由的優(yōu)化配置，由于運算復(fù)雜，實施起來成本昂貴，并且效果不是很理想。在參考了大量的國內(nèi)外文獻后，構(gòu)件了一套參照體系模擬實際情況對文中所提到的方法進行了仿真實驗。 論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排本文一共分為五章：第一章，緒論。介紹了研究的背景和意義，以及目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。指出了本文主要的研究工作，最后介紹了論文的組織結(jié)構(gòu)。第二章，VOIP的關(guān)鍵技術(shù)。對VOIP進行了綜述，介紹了VOIP的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)：信令技術(shù)、語音編碼技術(shù)、實時傳輸技術(shù)、Qos標準。第三章，基于服務(wù)質(zhì)量度量的自適應(yīng)路由調(diào)度算法。介紹了影響Qos的相關(guān)性能參數(shù)以及它們的評測方法和提出路由調(diào)度算法。第四章，自適應(yīng)路由調(diào)度的VOIP系統(tǒng)設(shè)計。介紹了該項目背景和系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊及其實現(xiàn)。第五章，實驗數(shù)據(jù)分析。通過實際運營中的數(shù)據(jù)進行分析比較，驗證了該模塊的可行性。第2章 VOIP的相關(guān)技術(shù)VOIP技術(shù)不僅僅是指為通話雙方所提供的傳統(tǒng)電話技術(shù)。而是包含了數(shù)據(jù)、圖象、語音和支持多種智能業(yè)務(wù)的雙方及多方多媒體通信技術(shù)[24] VOIP的原理及關(guān)鍵技術(shù)IP 電話系統(tǒng)首先將普通電話的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機可聯(lián)入因特網(wǎng)傳送的 IP數(shù)據(jù)包，同時也將收到的 IP 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成聲音的模擬電信號。如圖所示經(jīng)過 IP 電話系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換及壓縮處理后，每個普通電話傳輸速率約占用 811kbit/s帶寬，因此在與普通電信網(wǎng)同樣使用傳輸速率為64kbit/s的帶寬時，IP電話數(shù)是原來的5～8倍。VoIP的核心與關(guān)鍵設(shè)備是IP電話網(wǎng)關(guān)[24]。IP電話網(wǎng)關(guān)具有路由管理功能，它把各地區(qū)電話區(qū)號映射為相應(yīng)的地區(qū)網(wǎng)關(guān)IP地址。這些信息存放在一個數(shù)據(jù)庫中，有關(guān)處理軟件完成呼叫處理、數(shù)字語音打包、路由管理等功能。在用戶撥打IP電話時，IP電話網(wǎng)關(guān)根據(jù)電話區(qū)號數(shù)據(jù)庫資料，確定相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的IP地址，并將此IP地址加入IP數(shù)據(jù)包中，同時選擇最佳路由，以減少傳輸時延，IP數(shù)據(jù)包經(jīng)因特網(wǎng)到達目的地IP電話網(wǎng)關(guān)。對于因特網(wǎng)未延伸到或暫時未設(shè)立網(wǎng)關(guān)的地區(qū)，可設(shè)置路由，由最近的網(wǎng)關(guān)通過長途電話網(wǎng)轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)通信業(yè)務(wù)。目前VoIP系統(tǒng)一般由IP電話終端、網(wǎng)關(guān)（Gateway）、網(wǎng)守（Gatekeeper）、網(wǎng)管系統(tǒng)、計費系統(tǒng)等幾部分組成[25]。IP電話終端包括傳統(tǒng)的語音電話機、PC、IP 電話機，也可以是集語音、數(shù)據(jù)和圖象于一體的多媒體業(yè)務(wù)終端。由于不同種類的終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)是不同的，要在同一個網(wǎng)絡(luò)上傳輸，這就要由網(wǎng)關(guān)或者是通過一個適配器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)包。IP電話網(wǎng)關(guān)提供IP網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)之間的接口，用戶通過PSTN本地環(huán)路連接到IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)負責(zé)把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并壓縮打包，成為可以在因特網(wǎng)上傳輸?shù)腎P分組語音信號，然后通過因特網(wǎng)傳送到被叫用戶的網(wǎng)關(guān)端，由被叫端的網(wǎng)關(guān)對IP數(shù)據(jù)包進行解包、解壓和解碼，還原為可被識別的模擬語音信號，再通過PSTN傳到被叫方的終端。這樣，就完成了一個完整的電話到電話的IP電話的通信過程。網(wǎng)守實際上是IP電話網(wǎng)的智能集線器，是整個系統(tǒng)的服務(wù)平臺，負責(zé)系統(tǒng)的管理、配置和維護。網(wǎng)守提供的功能有撥號方案管理、安全性管理、集中帳務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫管理和備份、網(wǎng)絡(luò)管理等等。網(wǎng)管系統(tǒng)的功能是管理整個IP電話系統(tǒng)，包括設(shè)備的控制及配置，數(shù)據(jù)配給，撥號方案管理及負載均衡、遠程監(jiān)控等。計費系統(tǒng)的功能是對用戶的呼叫進行費用計算，并提供相應(yīng)的單據(jù)和統(tǒng)計報表。計費系統(tǒng)可以由 IP 電話系統(tǒng)制造商提供，也可以由第三方制作，但此時需IP電話系統(tǒng)制造商提供其軟件數(shù)據(jù)接口[2228]。在實現(xiàn)方式上，VoIP有電話機到電話機、電話機到PC、PC到電話機和PC到PC等4種方式[29]。最初VoIP方式主要是PC到PC，利用IP地址進行呼叫，通過語音壓縮、打包傳送方式，實現(xiàn)因特網(wǎng)上PC機間的實時話音傳送，話音壓縮、編解碼和打包均通過PC上的處理器、聲卡、網(wǎng)卡等硬件資源完成，這種方式和公用電話通信有很大的差異，且限定在因特網(wǎng)內(nèi)，所以有很大的局限性。電話到電話即普通電話經(jīng)過電話交換機連到 IP 電話網(wǎng)關(guān)，用電話號碼穿過IP 網(wǎng)進行呼叫，發(fā)送端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶，翻譯電話號碼／網(wǎng)關(guān)IP地址，發(fā)起IP電話呼叫，連接到最靠近被叫的網(wǎng)關(guān)，并完成話音編碼和打包，接收端網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)拆包、解碼和連接被叫。對于電話到PC或是PC到電話的情況，是由網(wǎng)關(guān)來完成IP地址和電話號碼的對應(yīng)和翻譯，以及話音編解碼和打包。 信令協(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[30][31]。它的基本組成單元是“域”。，所謂域是指一個由關(guān)守管理的網(wǎng)關(guān)、多點控制單元(MCU)、多點控制器(MC)、多點處理器(MP)和所有終端組成的集合。一個域至少包含一個終端、有且只有一個關(guān)守。， 標準是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Intranet和Internet上的多媒體提供技術(shù)基礎(chǔ)保障。，前者主要用于呼叫控制，后者用于媒體信道控制。 呼叫信令用來建立兩個終端之間的連接，當系統(tǒng)中沒有網(wǎng)守時，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個終端之間打開；當系統(tǒng)中包括一個網(wǎng)守時，由網(wǎng)守決定在終端與網(wǎng)守之間或是在兩個終端之間開辟呼叫信令信道[32]； 控制信令用來傳送終端到終端的控制消息，包括主從判別、能力交換、打開和關(guān)閉邏輯信道、模式參數(shù)請求、流控消息和通用命令與指令等。 控制信令信道建立于兩個終端之間，或是一個終端與一個網(wǎng)守之間。 不支持多點發(fā)送（Multicast）協(xié)議，只能采用多點控制單元（MCU）構(gòu)成多點會議，因而同時只能支持有限的多點用戶。 也不支持呼叫轉(zhuǎn)移，且建立呼叫的時間比較長。 SIP協(xié)議SIP（Session Initiation Protocol，RFC 3261）是一個應(yīng)用層控制信令協(xié)議[33]。是一個正在發(fā)展和研究中的協(xié)議。它借鑒了其他Internet的標準和協(xié)議的設(shè)計思想，堅持簡練、兼容、開放和擴展等原則。它被用來創(chuàng)建、修改以及終止一個或多個參與者參加的會話進程，可在會話中邀請其他參加者加入。這些會話包括所有Internet上交互式兩方或多方多媒體通信活動。SIP中有客戶機和服務(wù)器之分。客戶機是指為了向服務(wù)器發(fā)送請求而與服務(wù)器建立連接的應(yīng)用程序。用戶代理（User Agent）和代理（Proxy）中含有客戶機。服務(wù)器是用于向客戶機發(fā)出的請求提供服務(wù)并回送應(yīng)答的應(yīng)用程序。SIP在設(shè)計上充分考慮了對其它協(xié)議的擴展適應(yīng)性[34]。它支持許多種地址描述和尋址，包括用戶名@主機地址：被叫號碼@PSTN網(wǎng)關(guān)地址：Tel:XXXXXXXXX普通電話的描述等。這樣，SIP主叫按照被叫地址就可以識別出被叫在傳統(tǒng)電話網(wǎng)上的位置，然后通過一個與傳統(tǒng)電話網(wǎng)相連的網(wǎng)關(guān)發(fā)起并建立呼叫。SIP最強大之處就是用戶定位功能。SIP本身含有向注冊服務(wù)器注冊的功能，也可以利用其它定位服務(wù)器DNS、LDAP等提供的定位服務(wù)來增強其定位功能。 MGCP協(xié)議MGCP協(xié)議是1999年由Internet工程任務(wù)組(IETF)根據(jù)網(wǎng)關(guān)分離思想而設(shè)計的協(xié)議，將媒體變換功能和網(wǎng)關(guān)控制功能分離，使網(wǎng)關(guān)MG只承擔簡單的媒體變換功能，復(fù)雜的控制功能則由獨立的媒體網(wǎng)關(guān)控制器MGC完成，包括呼叫選路、管理控制和信令互通等[35]。，二者完全獨立，不能互相兼容，只能互通。MGCP不涉及IP電話的體系結(jié)構(gòu)，只涉及網(wǎng)關(guān)分解問題，因而不僅可用于 H．323 IP電話系統(tǒng)，也可用于SIP IP電話系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)可分解成媒體網(wǎng)關(guān)(MG)和媒體網(wǎng)關(guān)控制器(MGC)，MG在 MGC(或軟交換)的控制下，實現(xiàn)跨網(wǎng)媒體業(yè)務(wù)。MGCP協(xié)議定義的連接模型包括端點(endpoint)和連接(connection)兩個主要概念。端點是數(shù)據(jù)源或數(shù)據(jù)宿，可以是物理端點，也可以是虛擬端點。端點類型包括數(shù)字通道、模擬線、錄音服務(wù)器接入點及交互式話音響應(yīng)接入點。端點標識由端點所在網(wǎng)關(guān)域名和網(wǎng)關(guān)中的本地名兩部分組成。連接可以是點到點連接或多點連接。點到點連接是兩個互相發(fā)送數(shù)據(jù)的端點之間的一種關(guān)聯(lián)，該關(guān)聯(lián)在兩個端點都建立起來后，就可開始傳送數(shù)據(jù)。MGCP采用文本協(xié)議，協(xié)議消息分為命令和響應(yīng)，每個命令需要接收方回送響應(yīng)，采用三次握手方式證實。命令消息由命令行和若干參數(shù)行組成，響應(yīng)消息帶有 3位數(shù)字的響應(yīng)碼。MGCP采用媒體描述協(xié)議(SDP)向網(wǎng)關(guān)描述連接參數(shù)。為了減小信令傳送時延，MGCP采用用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)傳送[33][34][35]。 語音編碼技術(shù)話音壓縮編碼技術(shù)是IP電話技術(shù)的一個重要組成部分。目前，、[36]。由于在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)質(zhì)量不能得到很好保證，因而需要話音的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度的可變可適應(yīng)性。，現(xiàn)在的工作范圍擴展至 ，話音質(zhì)量也在此范圍內(nèi)有一定的變化，話音質(zhì)量也還不錯，因而很適合在VoIP系統(tǒng)中使用。，其話音質(zhì)量好，但是處理時延較大，它是目前已標準化的最低速率的話音編碼算法。此外，靜音檢測技術(shù)和回聲消除技術(shù)也是VoIP中十分關(guān)鍵的技術(shù)。靜音檢測技術(shù)可有效剔除靜默信號，；回聲消除技術(shù)主要利用數(shù)字濾波器技術(shù)來消除對通話質(zhì)量影響很大回聲干擾，保證通話質(zhì)量。這點在時延相對較大的IP分組網(wǎng)絡(luò)中尤為重要。 三種協(xié)議比較三種協(xié)議各有優(yōu)缺點: 在于其成熟性，這有助于諸多軟件供應(yīng)商開發(fā)性能穩(wěn)定的設(shè)備，并且還有利于不同的供應(yīng)商消除互操作性中出現(xiàn)的問題。，許多在現(xiàn)有ISDN電話技術(shù)上具有豐富經(jīng)驗的開發(fā)商對該呼叫控制模型也非常熟悉。實際上。，設(shè)計人員是從終端設(shè)備的角度入手的，而非從現(xiàn)有PSTN的內(nèi)部設(shè)備入手，或補充SS7必須提供的強大功能。另外。設(shè)計人員在使用含有成千上萬個端口的網(wǎng)關(guān)時發(fā)現(xiàn)，集中狀態(tài)管理是瓶頸[37]。SIP：該協(xié)議具有可擴展特性，可以輕松定義并迅速實現(xiàn)新功能?？梢院唵我仔械厍度肓畠r終端用戶設(shè)備。該協(xié)議可確?；ゲ僮髂芰?，并使不同的設(shè)備進行通信。便于那些非電話領(lǐng)域的開發(fā)人員理解該協(xié)議。缺點是SIP問世不久，因此大多數(shù)應(yīng)用尚處于原型階段。該協(xié)議單獨應(yīng)用的范圍較窄。但與其他協(xié)議協(xié)同使用時，具有較強的靈活性。SIP只是完整解決方案的一小部分，還需要許多其他的軟件來構(gòu)建完整的IP電話產(chǎn)品。MGCP：特別適合于配置大型應(yīng)用系統(tǒng)，因為其本身就用于解決大型系統(tǒng)的具體問題。應(yīng)用MGCP可以實現(xiàn)與SS7網(wǎng)絡(luò)良好的集成，為呼叫處理提供更大的控制和流通量。MGCP將媒體處理和信令功能分離，從而可由多個設(shè)備提供商開發(fā)更簡潔的系統(tǒng)。缺點是MGCP對于小型應(yīng)用系統(tǒng)過于復(fù)雜。，而后者已于2000年初由IETF和ITU簽署認可。這樣，需要MGC的運營商既