IP電話系統和呼叫路由技術（3）

2019-11-03 09:04:35

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供稿：網友

第3講 H.323 ip電話系統移動呼叫路由
趙志峰1, 2, 3 楊永康2 仇佩亮1
1. 浙江大學博士后科研流動站
2. 東方通信博士后科研工作站
3. 解放軍理工大學通信工程學院

　　摘要文章首先分析了H.323 IP電話系統需要提供移動服務的原因。在對移動IP技術進行了簡單介紹后，詳細分析了移動IP技術的不足，并得出了其無法滿足H.323 IP電話系統移動性管理需要的結論。文章隨后介紹了ITU-T最新提出的H.323移動框架，描述了在此框架下移動用戶的位置更新過程和呼叫路由過程。

　　關鍵詞 H.323 IP電話系統移動框架呼叫路由位置更新

1 引言

　　近年來，在技術、需求和市場多重力量的推動下，移動計算技術得到了飛速發展。移動通信系統經歷了第1代、第2代和第2.5代，并開始向第3代邁進，第4代移動通信技術也已經在研究中。在一些發達國家，移動手機用戶的數量已經超過了固定電話用戶的數量，由此可見移動通信的魅力。隨著技術的不斷進步，移動通信系統提供的數據通信能力也越來越強。與此同時，因特網也在全球迅速普及。網絡的規模和網民的數量曾一度呈指數增長，人們對網絡的依賴性越來越強。在移動通信技術和因特網飛速發展雙重力量的推動下，人們希望能夠在移動中接入因特網，以滿足移動中通信的需要。由此產生了“移動因特網”、“無線因特網”等概念。并涌現出了掌上電腦、智能手機等移動終端設備和WAP（Wireless application PRotocol）、移動IP等網絡技術。

　　正是由于因特網的飛速發展，推動了IP電話系統的迅速普及。在這股“移動”潮流的推動下，基于分組網絡技術的IP電話系統也不得不面對“移動”這個發展方向。即要考慮如何在IP電話系統中提供用戶的移動性、終端的移動性和業務的移動性。

　　H.323系列協議的設計初衷是通過分組網絡來實現多媒體通信，并沒有考慮終端、用戶和業務移動性的需求。IETF提出的移動IP[1]技術也無法滿足H.323 IP電話系統提供移動服務的需要（詳見2.2節分析）。在這種情況下，ITU-T在對H.323系統的移動性管理進行了研究后，在H.501[2]和H.225.0 Annex G version 2[3]的基礎上，于2002年3月推出了H.510 [4]建議，解決H.323系統對移動的支持問題。本文將對該移動框架和移動呼叫路由進行介紹。

2 IP的移動性支持

　　為了支持計算機在移動中接入因特網，IETF專門開發了移動IP。該協議的目標是主機不用更改IP地址就可以在移動中接入網絡，并且對上層應用透明。但要把移動IP應用于IP電話系統還存在一些問題。

2.1 移動IP簡介

　　在移動IP出現以前，移動的計算機可以通過撥號、修改IP地址等方式接入因特網。但由于因特網是基于IP地址進行尋址的，這些移動主機在移動后，其IP地址必須屬于接入地的IP地址網段。即要實現移動中接入因特網，移動計算機要不斷修改自己的IP地址。這將會使上層應用（比如TCP連接）中斷。在更改了IP地址后，因特網中的其他計算機無法訪問該移動計算機。為了使IP層的移動對上層應用透明，并且使移動的計算機能夠被其他計算機訪問，IETF成立了移動IP工作組來制定移動IP。

　　移動IP借鑒了現有蜂窩移動通信系統中的登記、查詢、HLR（Home Location Register）、VLR（Visited Location Register）等概念。在網絡中引入了家鄉代理、外地代理兩個功能實體。移動主機以一個唯一不變的IP地址來標識（就如手機的手機號碼）。家鄉代理的作用類似于移動通信系統中的HLR，記錄移動主機的當前位置（以一個臨時的IP地址來標識）。外地代理的作用類似于VLR，它負責檢測移動主機的移動，并為其分配臨時的IP地址。

　　當移動主機移動到一個外地網絡時，它將從外地代理處獲取一個臨時的IP地址，稱為轉交地址（此處描述的是使用外地代理轉交地址的情況）。移動主機將轉交地址向自己的家鄉代理登記，告知家鄉代理自己現在的位置。通過這種登記手段，家鄉代理可以隨時獲取移動主機的當前位置信息。當通信對端要向移動主機發送報文時，他使用移動主機的固定IP地址。報文將被路由到移動主機的家鄉網絡，并被家鄉代理截獲。家鄉代理將該報文封裝（如IP in IP），通過隧道將報文發送到移動主機所在的外地網絡。外地代理對此報文解封裝后將報文發送給移動主機。移動主機要向通信對端發送報文時，直接通過外地代理轉發即可。

　　由此可見，移動IP對通信對端是透明的。通信對端根本不用知道移動主機當前是否移動，當前在哪里。它只要用移動主機的固定IP地址發送報文就可以了。其次，移動IP對上層應用也是透明的。移動主機不管移動到哪里，其IP地址都固定不變，上層應用根本感知不到主機位置的變化。一切的變動和需要做的工作都在IP層完成，因此說移動IP是一個網絡層的移動解決方案。這些透明帶來的好處是通信對端可以不知道移動IP的存在，這對移動IP的部署至關重要，因為不能要求因特網上的所有主機都一定要支持移動IP。另外，移動主機在移動時其上層的應用（如FTP、Telent等）可以不中斷，這對持續時間較長的文件傳輸是非常有用的。當然應用的不中斷首先要保證物理鏈路通信的持續性。

2.2 移動IP的不足

　　移動IP雖然解決了IP層的移動，實現了對通信對端和上層應用的透明性。但將其應用到IP電話系統中仍存在很多問題。

　　· 三角路由帶來的時延問題：移動IP存在著名的三角路由問題。即通信對端將報文發送給家鄉代理，然后家鄉代理隧道給外地代理，再轉交給移動主機。而移動主機發送的報文則直接由外地代理轉發給通信對端。兩個方向的報文路徑形成了一個三角形。研究表明[5]，在校園網中移動IP的三角路由使報文的平均時延增加了45%。如果在廣域網中，這個數字可能會更大。這對于IP電話、多媒體應用等對時延非常敏感的實時業務而言是無法接受的。雖然移動IP現在已提出了一定的路由優化方法來消除三角路由的影響，但路由優化需要更多功能實體的支持，在實施中存在很大的難度。

　　· 隧道封裝帶來的開銷問題：在向移動主機發送IP報文時，家鄉代理通過封裝使用隧道將IP報文發送給移動主機。這將增加大概20字節的開銷。而對于IP電話系統來說，低速率編碼的語音報文本身才10~20字節。隧道封裝增加的開銷太大，將會嚴重影響系統的效率。

　　· QoS和集中處理問題：移動IP只是解決了網絡層的移動性問題，對與帶寬預留等QoS保障手段的結合并沒有進行說明，在支持實時業務方面還有很多問題要解決。另外，當一個家鄉代理負責的移動主機的數目增多時，轉發大量的多媒體報文將給它帶來嚴重的負擔。這種集中轉發方式可擴展性差，嚴重時會影響系統的效率。

　　· IP地址問題：使用移動IP的前提是每個移動主機要有一個全球唯一的IP地址，無論它移動到何處，該IP地址都不用改變。這在當前的IPv4網絡中是不可能實現的。目前大多數企業（尤其在中國）都使用的是私有地址，這將影響移動IP的使用。

　　· 用戶標識問題：移動IP的出發點是IP地址全球唯一。但在現在的網絡中，IP地址往往只能代表終端設備。而用戶需要用電話號碼、URI地址等來標識。就像目前移動通信系統中的手機設備號只能代表手機，而用戶需要用手機號碼來標識一樣。

　　當我們從業務層面，尤其是從用戶的角度綜合考慮終端、用戶和業務的移動性時，就會發現只有網絡層的移動性是不夠的，業務層面的移動性仍無法回避。因此，僅有移動IP根本無法滿足基于H.323的IP電話系統的移動性需要。在這種情況下，ITU-T在對H.323系統的移動性進行了深入而全面的研究后，在H.501和H.225.0 Annex G version 2建議的基礎上，于2002年3月推出了H.510建議——Mobility for H.323 Multimedia Systems and Ser-vices，用于解決H.323系統對移動性的支持問題。

3 H.323的移動框架

　　目前的H.510主要解決H.323終端的移動性問題，并對用戶的移動性也作了相關的規定，但沒有涉及業務的移動性。

　　H.510的框架也參考了現有移動通信系統采用的框架，在H.225.0 Annex G域間模型的基礎上，定義了歸屬地和拜訪地，還引入了VLF（Visited Location Function）、HLF（Home Location Function）、AuF（Authentication Function）等功能實體。這和現有移動通信系統中采用的HLR、VLR、AC（Authentication Center）等思想完全一致。其作用也基本相同：HLF存儲其管轄范圍內的終端和用戶的基本信息及當前位置信息；VLF存儲漫游到其管轄范圍的移動終端或用戶的基本信息；AuF負責對終端和用戶的合法性進行驗證。

　　僅僅給出了各功能實體間的邏輯關系。在實現時，這些功能實體可以有各種各樣的組合形式。比如邊界單元、網守和VLF可以位于一個物理實體中，放置在管理域的邊緣，實現與其他域的互通。同樣邊界單元、網守、HLF和AuF也可以位于一個物理實體中，為一個管理域服務。

　　H.323移動性支持的工作原理及工作過程也基本上與現有移動通信系統的工作原理和過程相仿，也是采用登記/去登記、認證、位置更新、位置查詢等過程來實現。

4 位置更新過程

　　H.323移動性管理位置更新的過程。當移動至拜訪地并接入網絡后，移動終端或用戶首先發起網守搜索過程（GRQ和GCF）來搜索可提供服務的網守。搜索到合適的網守后，使用RRQ向網守發起登記。拜訪地的網守收到移動終端或用戶的登記消息后，對終端或用戶的身份進行驗證（向歸屬地的AuF）。驗證通過后，注冊該移動終端或用戶，然后利用H.225.0 Annex G定義的域內和域間通信過程使用描述符更新消息（DescriptorUpdate）來更新VLF和HLF中的地址模板信息，即向VLF和HLF登記該移動終端或用戶的當前位置和其他信息。HLF收到登記請求后，還要使用描述符更新消息向舊的VLF發起去登記，刪除舊VLF中保存的移動終端或用戶的相關信息。舊VLR也要通知舊網守刪除該用戶的地址信息。如果需要的話，舊網守還要使用去登記消息URQ（Unregistration Request）通知舊移動終端對移動用戶進行去登記。

　　位置更新執行后，HLF就可以獲知移動終端或用戶當前的位置信息。移動終端或用戶也已在新的網守和VLF成功登記，可以發起和接收呼叫。

5 呼叫路由

　　因移動終端或用戶已經在新的網守成功登記，當發起呼叫時，路由過程比較簡單。移動終端或用戶只要直接向其登記的網守發起接入請求ARQ（Admission Request）就可以了。與正常呼叫流程一樣，網守會負責對被叫地址進行解析，并將解析結果返回給終端。終端按照解析的結果使用Setup消息來發起呼叫。

　　當H.323移動終端或用戶作為被叫時，路由過程比較復雜。圖4給出了這種情況下的呼叫路由過程。

　　主叫方通過向其登記的網守發送接入請求消息ARQ而向移動終端發起呼叫。網守負責進行地址解析，它是通過使用地址解析請求消息（access-Request）請求邊界單元對被叫地址進行解析。邊界單元將請求轉發給移動終端的HLF。因移動終端的HLF記錄了移動終端當前的位置信息，它將該請求轉發給移動終端的VLF。VLF對地址進行解析后將結果通過地址解析確認消息（Access Confirmation）返回給HLF。最后主叫的網守收到解析結果后，通過接入確認消息ACF將解析結果返回給主叫方。主叫方可以使用解析結果發起呼叫。由于主叫和被叫可以分別采用不同的呼叫路由方式，解析結果可以是主叫網守（主叫方是網守選路方式）、被叫網守（被叫方是網守選路方式）或移動終端（主被叫都是直接選路方式）的呼叫信令地址。

6 結束語

　　隨著人們對移動通信需求的增強，基于H.323的IP電話系統也不得不考慮如何提供移動服務。移動IP作為網絡層的移動方案存在很多問題，難以滿足IP電話和多媒體通信的需要。因此，ITU-T專門為H.323系統制定了移動框架H.510，以提供移動多媒體通信服務。由于起步較晚，目前的 H.510只初步描述了終端移動性和用戶移動性管理過程和簡單的呼叫路由過程，沒有定義業務移動性。目前，ITU-T正在對H.510系列協議進行完善，如何更好地在H.323系統中提供終端移動性、用戶移動性和業務移動性是下一步的研究重點。

參考文獻

[1] IETF RFC 3344’IP Mobility Support for IPv4, August 2002

[2] ITU-T Recommendation H.501 (2002), Protocol for Mobility Management and Intra/inter-domain Communication in Multimedia Systems

[3] ITU-T Recommendation H.225.0 Revised Annex G (Version 2) (2002), Communication between and within Administrative Domains

[4] ITU-T Recommendation H.510 (2002), Mobility for H.323 Multimedia Systems and Services

[5] Schulzrinne H，Wedlund E . Application-Layer Mobility Using SIP . Mobile Computing and Communications Review, Volume 4, Number 3, pp. 47-57

----《中國數據通信》