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網絡電話應用中對H.323的移動擴展

任銳 2007/06/11

  摘要:網絡電話實現(xiàn)了基于IP的雙向、實時的傳輸。H.323就是其標準,它允許IP與基于電路交換的電話的互通,但是對于移動的IP主機卻是不支持的。本文中探討了對于H.323的在移動主機方面的擴展,使網絡電話服務得以對移動IP主機支持。本文中的提出的方法結合了蜂窩電話系統(tǒng)和移動IP機制的特點,實現(xiàn)了語音的實時傳輸對主機的支持。本方法的關鍵在于在會議中動態(tài)加入、退出過程中的復雜的管理功能。本方法可以看做是對基于H.323的網絡電話系統(tǒng)的一個附加功能。

  關鍵詞:網絡電話、H.323、VoIP、移動網絡電話

1.概述

  網絡電話,也叫做VoIP或者IP電話,其標準是由ITU制訂的H.323。H.323提供了對于多媒體通信包括系統(tǒng)組件,控制信息及基于包交換的通信功能組件的定義。基于H.323,一個IP呼叫中的數據、語音及視頻可以通過RTP協(xié)議進行傳輸。

  而對于IP電話,一些極具吸引力的服務越來越多的都面向移動特性的支持。隨著PDA、筆記本電腦、WLAN的流行,以及對于全面接入的要求,互聯(lián)網上主機的移動性逐漸成為熱點。因此,網絡電話對于移動性的支持也隨之成為關鍵。例如當一個用戶使用POTS電話向一個IP電話呼叫時,也許這個IP主機并不是固定的。它有可能正從一個網絡向另一個網絡移動。就象蜂窩電話一樣,移動網絡電話需要在通話進行的過程中進行無縫漫游。然而,在目前的H.323中,移動主機是禁止的,主要是因為基礎的IP機制中隱式的假設主機的固定的。而目前,基于電路交換的蜂窩電話以及無線移動IP機制都是支持移動網絡電話服務的。

  在本文中,將提出一種擴展的H.323用以支持移動網絡電話服務。本方法在不增加新組件的情況下,僅對H.323做少量修改就能達到移動性的支持。

2.移動網絡電話

  本部分將對H.323的移動擴展進行論述。H.323中的終端的定義將被擴展包括固定和移動兩類,其它的H.323的實體將不做改變。首先是對如何對目前基于H.323的網絡電話系統(tǒng)的移動擴展進行說明,并系統(tǒng)架構及移動管理中的呼叫信號處理程序。

  2.1. 網絡電話:從固定終端到移動終端

  網絡電話可以使IP主機與另外一個的基于IP網絡的IP主機或者通過ITG(Internet Telephony Gateway)與基于電路交換的電話進行實時的語音服務。為了支持移動功能,漫游是必須要支持的。在必要的時候,移交功能(Handoff)也是需要的。例如由于跨越了地區(qū),移交是必須要進行的,否則通話將會中斷。

  對于GSM系統(tǒng),移動電話在跨越一個蜂窩的時候需要進行移交處理。連接將從上一個蜂窩移交給新的蜂窩,上一個蜂窩中的連接將被釋放。漫游是通過歸屬位置登記器(HLR)和記錄移動電話的位置信息的訪問位置登記器(VLR)實現(xiàn)的。HLR記錄了登記區(qū)域在本服務區(qū)的用戶的信息,而VLR記錄了登記區(qū)域非本服務區(qū)的用戶的信息。當一個訪問者的位置要更新時,VLR將更新發(fā)給HLR以便以后的呼叫處理。值得注意的是,移動代理(HLR或VLR)中位置信息的更新對于面向連接的蜂窩電話系統(tǒng),是隱式的時行的。

  在有線或無線的IP電話網絡中,一個移動電話當跨越子網時將導致該終端的IP地址的變化。Mobile IP是目前互聯(lián)網移動管理的主要標準。對Mobile IP機制而言,漫游是由本地代理和非本地代理進行支持的,類似于HLR和VLR。然后,Mobile IP并不支持移交功能,因為它是基于無連接服務模型的。從另一方面而言,IP電話 服務是一種電話服務,它需要基于包交換的面向連接的服務。同時,基于電路交換的蜂窩電話系統(tǒng)和無連接的Mobile IP機制都不支持移動網絡電話服務。因此需要提出一種新方法來實現(xiàn)移動IP電話服務。

  2.2. 系統(tǒng)架構

  H.323定義中,區(qū)域指由H.323實體(終端、ITG、MCU)組成的集合,并由一個網守進行管理。每一個區(qū)域只有一個網守,但允許多個子網通過路由器連接進來。對于這種多子網單網守的特性,我們發(fā)現(xiàn)這與GSM系統(tǒng)中的服務區(qū)類似,網守就相關于HLR或者VLR。服務區(qū)中有移動電話終端和代理管理下的基站,類似的一個區(qū)域中有多個子網并都在一個網守的管理下。當移動IP電話從一個子網漫游到另外一個子網時,IP電話的IP地址就發(fā)生了變化。如果不做移交處理的話,連接將中斷。

  為了實現(xiàn)在對話中進行漫游,一些術語將被引入。本地區(qū)域H.323終端平時所在的區(qū)域,非本地區(qū)域指終端訪問的區(qū)域,相應的就有本地網守和非本地網守。當一個移動主機在一個區(qū)域內移動時稱為區(qū)域內漫游,當它進行跨區(qū)域漫游時,稱為區(qū)域間漫游。當進行區(qū)域內漫游時,網守是不進行位置更新的。位置更新僅發(fā)生在區(qū)域間漫游中。當終端漫游到一個非本地區(qū)域時,終端通知該區(qū)域的網守它的傳輸地址(IP地址及端口號)并通過所訪問的子網的DHCP獲得一個新的臨時地址。然后該網守將該臨時地址通知本地網守。本地網守將移動終端的本地地址與臨時地址進行綁定。應該注意的是,網守的職責是地址翻譯、呼叫訪問控制及可能的呼叫信令,類似于GSM中的移動交換中心。

  2.3. 移動管理

  移動管理是基于無連接的IP網絡的移動網絡電話服務成功的關鍵因素。核心功能包括:注冊、會話建立、漫游和移交。In H.323/H.225.0,終端被注冊在網守,以便通過不可靠的RAS通道訪問系統(tǒng)。會話建立和終止是在呼叫動作執(zhí)行后進行的。對可靠的會話信令通道也是如此。然而,就如前面所說,H.323是不是移動性的。因此,它沒有機制來保證漫游和移交,更不用說注冊和位置更新了。下面我們將說明如果來擴展目前H.323標準的漫游和移交功能。

  當一個H.323終端在通話過程中在不同的子網中漫游時,會造成IP地址的改變,如果不進行移交處理,通知將中斷。圖1(a)就演示了該場景。TL1表示H.323終端,位于子網1中,TL2表示該終端漫游至子網2。這兩個子網處于同一個網守的管理下,也就是所謂的區(qū)域內漫游。圖1(b)展示了區(qū)域間漫游。在這兩種情況中,ITG與TL1間只有一個連接。在漫游過程中,TL1與ITG進行通信。當移交處理結束后,ITG與TL1的連接已經中斷,ITG與TL2建立了新的連接。老連接中的占用的資源被釋放。這里的移交處理與GSM中是相似的。即新的連接建立與老連接并存,然后中斷老的連接。

  意外的是,上面所描述的移動網絡電話漫游過程中的移交處理可以通過H.323中ad hoc多點會議中的動態(tài)加入和退出來實現(xiàn)。Ad Hoc多點會議是一種點到點的會議,它可以在會話中擴展到同一時間的多點會議。動態(tài)加入和退出的步驟在圖2中有說明。

  首先,點到點的會議首先是建立在ITG與TL1間的。TL2之后再加入會議中無論是通過邀請還是它自己通過ITG中MC的申請。ITG與TL2間新的連接在TL2加入時建立。最后,TL1在TL2加入后退出會議。這樣ITG與TL1間連接的中斷將不會影響ITG與TL2的連接。這也說明了移動網絡電話的移交處理與ad hoc多點會議的動態(tài)加入與退出是等價的。圖3(a)說明了ITG與TL1通信時的漫游。圖2(b)說明了子網1向子網2的移交處理。圖2(c)說明了在移交處理結束后ITG與TL1連接的中斷。最后,移交處理成功完成,只剩下ITG與TL2的連接,如圖2(d)所示。

  移動管理與ad hoc多點會議的動態(tài)加入與退出的一致性說了H.323支持移動IP網絡電話服務的可能性。更有趣是,本方法對于無縫支持移動IP電話服務可以不需要任何額外的開銷。

3. 總結

  我們提出了一種通過擴展H.323實現(xiàn)移動網絡電話服務的方法,并展示了系統(tǒng)架構及相應的移動管理功能。在擴展過程中并不需要任何額外的開銷。我們盡量利用了IP網絡現(xiàn)有的協(xié)議,無縫的將移動特性與H.323集成起來。
本方法結合蜂窩電話系統(tǒng)和基于包交換的Mobile IP機制的特點,實現(xiàn)了面向連接的基于IP網絡的移動網絡電話服務。使其支持固定與移動主機間做雙向、實時的語音傳輸。并且本方法是完全實現(xiàn)的應用層的,使系統(tǒng)有了更加廣泛的可用的性。

  最后,本方法的提出不僅為全面的移動語音服務提供了支持,也為全面的移動多媒體通信提供可參考架構。目前多媒體通信正在走向全面的融合,因些對于各種終端的支持成為目前必不可少的一個環(huán)節(jié),這也是我們下一階段的重點研究工作。

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