一种应用于IP网络的呼叫控制设计

赵旨忠 ，吴秀梅

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；2.石家庄新华中学，河北 石家庄 050005)

一种应用于IP网络的呼叫控制设计

赵旨忠1，吴秀梅2

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；2.石家庄新华中学，河北 石家庄 050005)

电信网络逐步向IP网络演进，基于IP网络的SIP(会话初始协议)逐步成为视频、音频多媒体业务互通的主要会话控制协议。呼叫控制为了满足多种网络融合互通的需要，提出以SIP协议互联互通，兼容传统信令的设计思想。呼叫控制实体通过实时同步用户号码实现呼叫寻址。基于IP网络呼叫控制实体会话逻辑处理上只有源和目的节点，没有中间节点，简化了呼叫寻址的处理逻辑。基于IP技术设计的呼叫控制为实现媒体设备动态组网提供了设计参考。

呼叫控制；实时传输协议；会话初始协议；会话描述协议；用户数据报协议

0 引言

人们对通信网络业务的需求逐步呈现多样化、综合化和个性化的趋势，但是传统通信网是基于单一媒体交换技术所构造，业务种类单一，因此对PSTN网(公共交换电话网)提出了进一步发展的要求。同时IP交换技术飞速发展，高速IP网络已经能为话音、视频等实时业务提供优质的服务，所以传统电信网向 IP网络演进。新型通信网是以IP技术为核心，可以同时支持话音、数据和多媒体业务的融合网络[1-2]。

传统电话程控网话音业务是面向连接的，信令系统复杂，信令种类多。而以IP技术为核心通信网络的呼叫会话协议是以SIP为主，SIP是应用层协议，主要承载在UDP(用户数据报协议)传输协议上，SIP协议的本身不区分为用户和局间，是一种“end-to-end”协议[3]。SIP设计目标是提供多媒体建立、修改和终止。呼叫控制以SIP为支撑，通过SIP完成用户定位、能力管理、用户可用性管理和会话管理[4]。

本文的呼叫控制实体采用SIP协议互联互通，去掉了原有的中继信令系统。并在IP 网络动态路由技术基础上采用新的同步协议用于支持呼叫控制实体路由寻址，从而实现网路拓扑的扁平化。

1 呼叫控制

呼叫控制(CC)是控制面的功能实体，呼叫控制在各个信令点(SP)支撑的基础之上，通过内部的私有呼叫原语与各个信令点处理实体模块互通，这样呼叫控制需要完成与各个不同信令到原语时序、语义、语法的匹配，从而完成呼叫的建立、维持和拆除[5-6]。呼叫控制在软件实现上的核心是一个有限状态机的软件模块，在每个状态机上处理不同类型的呼叫原语。因为每个呼叫从呼叫建立到呼叫拆除需要处理相同或不同的信令点的原语，所以每个呼叫的业务控制状态机在呼叫控制模块上都是不同的逻辑。如果把特服(补充业务控制)和普通呼叫的控制都集中在一个呼叫控制实体模块来完成，呼叫控制模块会因为多种呼叫逻辑的叠加变得复杂，最合适的做法是采用分而自治的原则。

在逻辑上把复杂补充业务逻辑和普通呼叫分开实现，以达到逻辑复杂度的平衡，软件易于实现。通常呼叫控制架构如图1所示。

图1 呼叫控制架构

信令系统：由于IP网络和传统固定电话网并存，信令系统是以SIP为主，兼容其他信令。传统信令按照应用工作区间上分为两大类[7-8]:① 用户线信令(比如模拟电话环路信令)，负责用户话机和交换机之间传递的信令；② 局间信令(如No.7)，负责话音组网和号码寻址[9]。SIP没有严格用户侧和网络侧区分，SIP是应用层的会话控制协议，IP网络结构对SIP是完全透明。

媒体资源管理：现在的网络是融合的网络，媒体业务有多种编码格式。呼叫控制通过信令系统完成媒体的编码协商后，通过消息和媒体资源管理模块交互，完成媒体业务的编码转换。编码后的媒体业务数据承载在RTP包中，通过IP交换完成媒体业务的转发[10]。

维护管理：呼叫控制通过消息与维护管理模块交互，完成呼叫控制运行参数管理。

呼叫控制：呼叫控制通过呼叫原语在时序、语义和语法3个方面完成传统的信令与SIP协议的转换。

2 寻址技术

传统固定电话网的呼叫控制通过局间的寻路信令完成寻址过程，呼叫控制网络拓扑固定，网络结构分层。由于固定电话网话音业务是面向全连接的，承载面和控制面紧密耦合，呼叫控制实体网络逻辑拓扑关系依赖交换设备的实际拓扑关系。

传统固定电话网拓扑在设计和布局上都以事先规划为前提，特别是用户号码路由信息在一个局部区域基本固定，即使移动通信网络也只是用户终端漫游和切换[11-12]，网络侧的交换设备位置相对固定。固定电话网呼叫控制实体寻址逻辑模型如图2所示，呼叫控制实体3的用户作为主叫寻址呼叫控制实体4 的用户，呼叫路径是呼叫控制3到呼叫控制4一跳固定路由3-4，如果呼叫控制3到呼叫控制4之间的链路出现故障，由于用户号码路由服务不能及时重新规划呼叫控制3到呼叫控制4的其他路由，即使呼叫控制3到呼叫控制4之间有其他路径3-1-2-4，呼叫控制3的电话也无法和呼叫控制4的电话互通。由此可见传统固定电话网的拓扑缺少灵活机动组网能力。

图2 固定电话网络逻辑寻址

新设计的呼叫控制是以IP路由技术为基础而构建的，由于IP网络通过动态路由协议可以机动、灵活地完成交换设备的组网，呼叫控制实体通过被叫用户信息得到用户公开IP地址信息，从而完成被叫用户的寻址过程。呼叫处理路由查询流程如图3所示，呼叫控制实体收到呼叫请求，通过查询位置服务器得到被叫号码对应的IP地址。

呼叫控制1、2作为呼叫状态相关的SIP代理服务器，用户号码位置服务作为SIP位置服务器。呼叫控制维持会话每个请求的处理状态，还会维持会话的处理状态。用户号码位置服务负责用户公开地址(通常电话号码)与实际地址(IP地址)的绑定关系维护。

图3 呼叫处理路由查询

新设计的呼叫控制为了实现灵活机动组网，需要把用户位置服务这一功能落到每个交换设备的呼叫控制实体内部，这样呼叫控制实体通过同步算法得到整个网络的用户号码对应IP地址信息，呼叫控制动态逻辑模型如图4 所示。

图4 动态IP网络寻址

呼叫控制实体逻辑上都有多个中继方向，有别于传统固定电话网，图4所有中继话音业务和信令都是承载在IP网络上。网络上每个节点的中继链路是动态变化的。呼叫控制3的用户寻址呼叫控制4的用户，呼叫控制3到呼叫控制4有多条寻址路径，即使一条路径故障，呼叫控制3下的呼叫也可从其他路径迂回到达，具体实现设计思路如下：呼叫控制实体通过动态路由协议(OSPF、RIP)或者维护管理得到整个网络的呼叫控制实体IP地址集合A，同步请求消息中的IP地址集合为B，C=A-(A∩B)(把集合A中所有与集合B所有相同地址元素剔除掉后得到集合C)[13]。每个呼叫控制实体按照集合C的IP地址同步电话号码和IP地址的绑定信息。

同步流程的算法如下：本地呼叫控制实体在收到UAC(SIP用户代理)或者其他用户SP(信令处理点)的注册请求后，呼叫控制把注册请求依照同步请求原语构造同步请求消息，按照集合C地址信息发送同步请求[14]。网络上其他设备的呼叫控制实体收到同步请求后，先在本地用户号码和IP地址信息绑定信息表中查找同步请求的用户号码和IP地址。如果在本地没有找到，则在地址号码信息表中添加绑定信息，同时把本地呼叫控制实体的IP地址信息添加到同步请求消息IP地址集合B中，呼叫控制实体把同步请求向集合C中 IP地址信息(除去同步请求的路径信息中的本呼叫控制IP)进行转发，这样最终把每个用户号码和网络IP地址的绑定关系同步到网络上所有的呼叫控制实体。为了防止呼叫控制同步请求形成路由环路，扩展的SDP协议信息字段必须包括源设备节点和目的设备节点的IP地址、寻呼路径(所经过的所有的节点的IP 地址)、用户号码和TTL信息字段[15]。

呼叫控制实体同步用户号码与IP地址绑定信息的流程如图5 所示。

图5 用户位置同步流程

3 呼叫控制设计实现

呼叫控制程序模块开发语言为C语言，运行在Linux或者vxWorks 操作系统平台上。

呼叫控制软件作为交换控制设备的核心软件模块，呼叫控制软件在功能要和多个SP(信令点处理)交互，既要负责用户信令的接入，还要负责SIP路由管理，每个呼叫的异常处理分支多，所以呼叫控制在程序划分为多个子功能模块，呼叫控制软件模块划分如图6所示。

图6 呼叫处理的功能组成

呼叫控制为保证呼叫原语严格按照既定时序进入呼叫控制的状态机，呼叫控制在实现上只有一个任务或是线程。呼叫控制的核心是状态机管理，其他软件模块都是为呼叫控制的状态机模块服务的。状态机的维护管理与媒体资源、SIP路由和呼叫原语是异步消息通信；与号码分析、工作参数函数的同步调用。SIP路由管理模块为了实现机动灵活组网能力，需要扩展SDP(会话描述协议)用于支持同步信令，扩展内容必须有以下信息,具体的数据结构如下：

typedef union

{

unsigned int l_addr;

unsigned char b_addr[4];

}ipAddr_U;

typedef struct

{

unsigned short sigVer;

unsigned short sigType;

unsigned int callId[2];

ipAddr_U srNodeIp;

unsigned short srNoeIport;

unsigned char srcTel[];

unsigned char nodeNum;

ipAddr_U callPath[nodeNum]；

}roueInfoBa_T;

typedef struct

{

unsigned short sigVer;

unsigned short sigType;

unsigned int callId[2];

ipAddr_U srNodeIp;

unsigned short srNoeIport;

unsigned char srcTel[];

int anResult；

} roueInfoBaAns_T;

callPath[]地址路径：地址信息集合B。

sigVer、sigType：信令版本、信令消息。

srTel、srNodeIp、srNoeIport：同步请求消息的电话号码、IP地址、端口号。

callId：呼叫源端分配的呼叫ID。

anResult：同步响应。

呼叫控制通过同步得到了网络所有用户的公开的IP地址信息，在后续的会话控制过程中省去了路由查询过程。呼叫控制实体以单独的任务守候在本节点呼叫控制IP地址上，IP端口地址固定，SIP协议软件工作只对SIP协议字段与呼叫原语信息字段做对应转换，没有呼叫状态机的处理。呼叫控制负责状态机的处理，每个呼叫的后续呼叫信令就只涉及源和目的节点的呼叫控制实体，没有中间节点参与，呼叫控制网络侧会话控制流程如图7所示[16-17]。

图7 呼叫控制网络侧会话流程

在呼叫建立后，控制面的呼叫控制协议SIP(承载在UDP或SCTP协议上)、业务面话音数据(承载在RTP协议上)[18-19]。业务和信令在网络层都是源节点到目的端的IP分组数据转发，在IP层以上没有中间节点的控制，这样简化了呼叫处理处理程序设计和实现[20-21]。

4 结束语

本文呼叫控制实体是由呼叫状态SIP协议代理服务器，呼叫控制实体通过IP网络的动态路由协议得到整个网络所有呼叫控制实体的IP地址信息集，在此基础上通过实时同步算法使每个呼叫控制实体掌握每个用户号码与其对应的IP服务地址信息[22-23]，从而实现了交换设备动态组网，用户设备灵活接入。呼叫控制的同步算法是一种逆向路由技术，适用于规模不大的网络。

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A Call Control Design for IP Network

ZHAO Zhi-zhong1,WU Xiu-mei2

(1.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China;2.XinhuaSchool,ShijiazhuangHebei050005,China)

With the gradual evolution of telecom network to IP network,SIP based on IP network has become the main session control protocol of video and audio multimedia service.In order to meet the needs of integration and interoperability of a variety of networks,a design of call control using SIP protocol for interoperability is proposed,which is compatible with the traditional signaling.The call control entity achieves call addressing through real-time synchronous user number.The IP network call control session handles only the source and destination node and there is no intermediate node，which simplifies the processing logic of call addressing.The call control based on IP network offers a design reference to the implementation of dynamic media device network.

call control；RTP；SIP；SDP；UDP

2017-03-20

河北省重点研发计划基金资助项目(16210327D);通信网信息传输与分发技术重点实验室基金资助项目(2016YFB0800300)。

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.06.02

赵旨忠，吴秀梅.一种应用于IP网络的呼叫控制设计[J].无线电工程,2017,47(6):6-9,14.[ZHAO Zhizhong, WU Xiumei. A Call Control Design for IP Network[J].Radio Engineering,2017,47(6):6-9,14.]

TN713.5

A

1003-3106(2017)06-0006-04

赵旨忠 男，(1981—)，工程师。主要研究方向：通信系统与网络。

吴秀梅 女，(1979—)，中教二级。主要研究方向：应用数学、计算机软件教学。