基于3G网络PS域的传真通信研究

曾 勇

（成都三零瑞通移动通信有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

传真通信由于真迹传送的特点，被政府、企业等各行各业广泛应用。随着应用需求和通信技术的快速发展，传真通信不仅在公用电话交换网中普及，而且在3G移动通信网络中也有强烈的需求。

在3GPP中制定了基于CS域的实时传真通信标准[1]。以TD-SCDMA网络为例，其CS域传真通信模型如图1所示。

首先发端G3传真机通过拨号方式与接收方建立TD网内的传真通信信道。通信建立后发端传真适配器（FA）首先通过T.30协议接收传真报文，解析传真报文后再按照E-T.38（增强型T.38）协议封装后发送给TD无线MODEM。收端传真适配器收到传真数据后，首先解析E-T.38协议，提取传真数据，然后对传真数据重新按 T.30协议封装，送给收端G3传真机，完成传真通信的全过程。

图1 TD网络CS域传真通信协议模型

通过CS域实现传真具有传输实时性强，使用方便，易于实现等特点，但由于运营商并未开展该项业务，因此现阶段只能基于PS域实现传真通信。

1 3G网络PS域接入

和CS域进行传真通信类似，G3类传真机通过传真适配器连接到3G路由器（带3G上网卡）接入3G网PS域。传真适配器包括模拟部分和数字部分，分别对于2个接口：①与传真机相连的Z接口，②与3G路由器相连的RJ45以太网接口，如图2所示。其功能描述如下。

图2 传真适配器功能模块

（1）模拟部分处理

与传真机之间的调制解调，实现V.21、V.27ter、V.29 和V.17以及T.30协议。

处理Z接口音频信令，比如呼叫和应答。

（2）数字部分处理

实现对整个传真适配器的控制功能。

处理3G网PS域的呼叫流程。

实现以太网协议，TCP/IP协议等。

实现IP网和PSTN网传真通信协议的转换。

2 3G网VPN的建立

为了实现3G网PS域的传真通信，需要在PS域建立传真信道。目前通过PS域，3G终端能够与外网（如Internet）终端进行数据的传输，但 3G网内的终端不能进行端到端的数据传输（移动运营商对这种传输方式进行了限制）。为了实现PS域的端到端的通信，只能通过在公众3G网内建立VPN隧道实现终端之间的互通。VPN隧道协议采用PPTP协议[2]，通过PPTP，移动终端可采用拨号方式接入公共IP网络，利用隧道IP地址进行通信。

以图3为例，3G路由器首先按常规方式首次拨号到移动运营商的ISP服务器建立PPP连接，获取3G网内的IP地址10.30.73.174 和10.246.171.93，但该IP地址之间不能互通。在此基础上，传真适配器进行二次拨号建立到PPTP服务器（公网IP地址为118.122.119.17）的连接，该连接称为PPTP隧道，实质上是基于IP协议上的另一个PPP连接。VPN建立完成后，传真适配器分别获得的隧道 IP 地址 10.240.60.2和10.240.60.3，传真适配器之间利用该隧道IP地址实现传真报文的相互发送。

PPTP协议结构包含控制消息和数据消息，如图4所示。控制消息的可靠传输由TCP来保证，数据消息不重发，可靠性由上层应用协议保证。

（1）PPTP控制连接与隧道维护

PPTP 控制连接建立在传真适配器IP地址和PPTP服务器IP地址之间，传真适配器使用动态分配的TCP端口号，而PPTP服务器则使用保留TCP端口号1723。PPTP控制连接携带PPTP呼叫控制和管理信息，用于维护PPTP隧道，其中包括周期性地发送回送请求和回送应答消息，以检测出传真适配器与服务器之间可能出现的连接中断。

图3 3G 网VPN 的建立

图4 PPTP协议结构

（2）PPTP数据封装和处理

初始传真数据报文封装成IP帧后（IP地址为隧道地址），添加PPP报头，封装形成PPP帧。PPP帧再进一步添加GRE报头，经过第二层封装形成 GRE报文。PPP有效载荷的第三层封装是在GRE报文外，再添加IP报头。IP报头包含公网分配的源和目的IP地址。数据链路层封装是IP帧多层封装的的最后一层，在传真适配器和3G路由器之间采用用以太网报头和报尾对IP帧进行数据链路层封装。

（3）PPTP数据包的接收处理

传真适配器或PPTP服务器在接收到PPTP数据包后，将做如下处理：处理并去除数据链路层报头和报尾；处理并去除IP报头；处理并去除GRE和PPP报头；对传输数据进行接收或转发处理。

3 传真模式的选择

与PSTN相比，3G网PS域的传真通信在呼叫控制、传输方式等方面均有所不同，可以分为实时传真模式和存储转发模式（非实时传真）。假设传真通信时已利用PPTP协议建立VPN隧道。

3.1 实时传真模式

在实时传真方式下，传输报文之前，需要双方传真机建立呼叫连接，包括发送端传真机到传真适配器之间的呼叫、传真适配器之间的呼叫、接收端传真适配器与传真机之间的呼叫三个过程。

首先发端传真机向发端传真适配器以 DTMF方式发送收端传真机的电话号码，然后双方进入传真模式。发端传真适配器根据此电话号码查找收端传真适配器的IP地址，传真适配器双方根据SIP协议进行设备间的呼叫建立。收端传真适配器从网络上传送的呼叫信息中提取出被叫传真机的电话号码，并根据PSTN呼叫规程向收端传真机发起呼叫。

呼叫过程完成后，传真通信链路建立，发端传真适配器对传真机的模拟信号解调成数字信号，解析T.30协议[3]数据报文，按照T.38协议[4]封装为IFP包，采用RTP和UDP/IP传输技术在3G网中传输。收端传真适配器将IFP包转换成T.30数据报文通过MODEM传输给收端传真机，完成传真通信。

3.2 存储转发模式

存储转发模式下双方传真机之间无需建立连接，只需分别在发送端传真机与传真适配器之间、传真适配器之间以及接收端传真适配器与传真机之间建立连接即可。

发端传真机摘机拨号（号码为对方IP地址），发端传真适配器和传真机进入T.30流程，发端传真适配器接收报文并保存。之后发端传真适配器通过IP地址与收端传真适配器建立TCP链接，发端传真适配器将传真报文封装成普通数据发送，收端传真适配器接收并保存。传真报文接收完毕后，收端传真适配器与收端传真机按照T.30协议进行传真报文的传输。

3.3 两种传真模式的比较

在3G网PS域进行实时传真模式具有传输效率高，使用方便等优点，但实时传真对网络带宽、传输时延和信号抖动有较高的要求。存储转发模式对3G网络的QoS要求不高，具有实现简单、传输正确性高的特点，但传真时延较大。

根据文献[5]，对于3G网PS域传输特性，即使在同一会话中，实际抖动特征的变化也是很大的，即便具有良好无线条件的用户处于低负载的蜂窝中，也会遇到抖动。若用户处于恶劣的无线环境中，或者处于拥挤的蜂窝中，那么抖动范围及其偏差就会明显加大，严重时会造成数据包丢失甚至链路中断。为了保证传真报文的实时传输，PS域需要更多的带宽和保护机制来补偿移动网络的延迟和丢包，但目前 PS域缺乏对QoS能力提供较好的支撑。综上所述，PS域传输不能满足实时传真严格的实时性要求，因此3G网PS域传真选择存储转发模式。

4 结语

本文对 3G网络下的传真应用进行了研究，分析了 3G网络PS域信道的特点，提出了基于3G VPN专网进行传真通信的方案和存储转发的传真模式。在CS域传真通信未能开通的情况下，可以有效的扩大传真应用的范围。虽然现阶段3G网络PS域不能满足实时传真的需求，但随着3G网络向全IP网方向不断演进，以及IMS的引入，PS域的传输带宽和QoS能力将大为提升[6]，必将对3G网PS域传真应用起到促进作用。

[1] 3GPP TS 23.146.2008-12,Technical realization of facsimile group3 non-transparent[S].

[2] IETF RFC2637.1999-7,Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP)[S].

[3] ITU-T T.30.2005-9,Procedures for document facsimile transmission in the general switched telephone network[S].

[4] ITU-T T.38.2005-9,Procedures for real-time Group 3 facsimile communication over IP networks[S].

[5] Chakraborty S.基于蜂窝系统的IMS—融合电信领域的VoIP演进[M].北京:机械工业出版社,2009:140-153.

[6] 李富强,赵利,张为东.IMS的QOS架构和控制机制以及一种新的服务模型[J].通信技术,2009,42(04):93-95,101.