MoIP技术研究动态

• ITU-T SG16(多媒体通信归口研究组)2001?2004年研究周期第2次全会于2002年2月5日?2月15日在瑞士日内瓦召开
• 会议在IP网络Modem通信(MoIP)、多媒体系统移动性管理、H.323系统通用扩展机制、16 kbit/s宽频带话音编码、多媒体国际应急业务等项标准化研究上取得了重要的成果
• MoIP技术是会议研究重点之一

　　1 引言

　　MoIP技术由美国最先提出，并由TIA TR-30.1负责制订MoIP的技术标准。在ITU-T第16研究组(SG16)2001年5月巴西全会上，美国代表团首次提出启动MoIP标准研究的建议，并在会上介绍MoIP的基本思想，获得全会的重视，一致同意进行V.MoIP建议的研究和制订。

　　所谓MoIP就是在IP网上传送Modem数据信号，其主要应用是解决Modem调制数据远程接入的问题。其主要技术特点是在长途网段用IP网取代PSTN网，提高带宽利用率和降低成本以及提高Modem之间的互通性和连接的可靠性。其网络基本结构是在IP网络边缘设置一对MoIP网关，完成适配功能和协议转换。

　　自2001年巴西全会提出MoIP课题后，课题组召开了两次中间会议，形成了V.MoIP草稿文本(第2版)。2002年1月美国TIA TR-30.1又召开会议，修订该草稿文本，成为第3版初稿，提交本次全会讨论修改。修改后的文本就MoIP的网络应用模型、连接类型、传送模式、传送协议和网关功能结构取得了统一的意见。在此基础上，会议修订了MoIP的研究目录。

　　根据研究目录，MoIP技术标准研究的主要内容为：

• 网络结构：包括MoIP技术的连接类型；
• 应用情况：包括所支持的Modem类型，和VoIP的关系，以及对现有建议的影响；
• QoS：重点研究Modem数据信号的传送层协议；
• MoIP基本技术：包括网关技术、信令技术和传送技术；
• 呼叫识别：研究Modem呼叫的识别过程。
• 对其他建议标准的影响。

　　最终研究成果是制订了新的V.MoIP建议、H.323附件P，增强了H.245、H.248建议的相关定义。

　　2 MoIP网络结构

　　同VoIP和FoIP一样，MoIP也采用基于网关的实现机制，既支持PSTN→IP→PSTN网络结构，也支持PSTN→IP结构。目前的研究只限于第1种情况。其典型应用如图1所示。

图1 MoIP的典型应用

　　由于Modem通信包括物理层调制、链路层高速数据链路(HDLC)差错校正、重发校正和上层数据压缩，按照网关对各层的不同处理，MoIP可有6种连接类型：

　　(1)类型0

　　网关不作任何处理，Modem调制信号经由支持数据传送的VoIP通道在IP网络中透明传送。

　　(2)类型1

　　网关解调Modem信号，但不作差错和压缩处理。差错和压缩仍由终端进行端到端的处理。

　　(3)类型2

　　网关解调Modem信号并作差错处理，但不作数据压缩处理。

　　(4)类型3

　　网关解调Modem信号并作差错和压缩处理，两端网关均作双向解压和压缩，即将来自Modem的信号解压后重新压缩送入IP网，反方向则作相反处理。

　　(5)类型4

　　网关解调Modem信号并作差错和压缩处理，但是每个网关只作一个方向的解压和压缩。

　　(6)类型5

　　网关解调Modem信号并作差错和压缩处理，压缩处理集中在一个网关进行，另一网关不做压缩处理。

　　3 MoIP传送模式

　　IP网络传送Modem数据信号有两种模式：话带数据(VBD)模式和Modem中继(MR)模式。其中，VBD是透明传送方式，网关对调制信号不作任何处理，经由IP网络透明传送至对端网关。其前提条件是IP网络高度可靠，有QoS保证，或者Modem本身性能健壮，对网络带宽没有严格要求。MR模式则可以对IP网络的时延和抖动等损伤进行补偿，以提高Modem传送的性能，并可提供带宽控制。

　　3.1 VBD模式

　　虽然VBD和VoIP传送技术基本相同，但是,为了确保传送数据不受损伤,必须对VoIP编解码器的选择作一定的限制。具体说来，有如下要求：

• 应屏蔽静音检测(VAD)和舒适噪声生成(CNG)功能；
• 应屏蔽话音编码器中可能有的直流过滤滤波器；
• 应屏蔽不适于数据传送的话音丢包补偿技术和算法；
• 可以使用回波抵消技术；
• 在传送过程中应能检测音信号(包括呼叫中的DTMF信号)，应能插入音信号、语音提示和录音信号。

　　正因为如此，才将VBD模式使用的话带信道称之为VBD信道，以区别于传送话音的VoIP信道。传统的G.711、G.726波形编码算法可用于VBD信道。从互通性考虑，规定V.MoIP网关的VBD模式至少应能支持G.711 A律和μ律编解码。

　　和VoIP语音一样，VBD信道的数据也封入实时传送协议(RTP)包传送，传送层是不可靠的UDP协议。为了提高传送的可靠性，可以采用IETF定义的2个RTP包传送冗余机制：

• RFC2198：冗余音频数据的RTP净荷；
• RFC2733：通用前向纠错(FEC)的RTP净荷格式。

　　3.2 MR模式

　　MR传送模式的功能模型如图2所示。在MR模式中，与Modem连接的物理层和差错校正功能都终结于网关。网关解调数据电路终端设备(DCE)信号，执行本地纠错功能，然后将解调后的数据经由专用传送协议送达对端网关。除了数据通道外，在发端和终端网关之间还有控制信道，完成网关间的能力交换和协商以及信道切换任务。

图2　MR模式的功能模型

　　根据压缩/解压缩功能的不同配置，网关可有3类模式：

　　（1）无变换压缩(NTCX)模式：即透明模式。此时，网关不作压缩变换处理，但是执行代理功能，代表Modem协商确定一个公共的压缩标准。

　　（2）单向变换压缩(STCX)模式：网关只对一个方向进行压缩变换，另一方向为透明模式。

　　（3）双向变换压缩(DTCX)模式：网关对两个方向均作压缩变换。

　　根据应用需要，发端和终端网关可采用相应的配置，由此可导出4种可能的组合结构。

　　3.3 MoIP网关功能结构

　　根据上述分析，可得MoIP网关的功能结构如图3所示。

图3　MoIP网关的功能结构

　　3.4 Modem中继传送协议

　　支持MR传送模式的Modem中继传送协议应满足如下要求：可靠传送；支持点到点双工传送；具有分组保护性能；可唯一标识，并可与RTP无缝切换；具有差错检测、差错校正功能，传送不出错、不丢失、不重复；支持分组的加速传送和有序传送；有低时延、高带宽利用率；支持窗口流量控制；为轻型协议，易于实现。

　　经比较筛选后，课题组确定采用Cisco公司提出的简单分组中继协议(SPRT)。该协议设计用于在IP网关之间传送承载信道数据和控制信道数据，包括传真信号、数据Modem信号和其他电话网数据应用信号。

　　协议位于用户数据报协议/网间协议(UDP/IP)之上。作为一个轻型协议，不定义SPRT信道的打开和关闭操作，因此无须保留状态信息；不定义网关之间的参数协商机制，认为网关已有相容的最大报文长度、窗口尺寸参数、强制性的缺省参数。

　　协议支持4类传送信道，分别用于传送不同性质的数据：

• 0类信道：不可靠的无序传送信道，仅用于传送应答信号；
• 1类信道：可靠的有序传送信道，用于传送数据；
• 2类信道：可靠的有序传送加速信道，用于传送控制/信令消息，其级别高于1类信道；
• 3类信道：不可靠的有序传送信道，用于传送可靠性要求不高但却需要有序传送的数据。

　　4 MoIP信令技术

　　4.1 一般原则

　　MoIP信令的主要功能是支持网关之间的能力交换、逻辑信道建立和逻辑信道切换。在一个支持VoIP、FoIP和MoIP的综合网关中，可能存在VoIP、FoIP、VBD、SPRT等多种信道，传送数据的信道还可以附加冗余保护和FEC保护。表1给出初始建立信道的类型。

　　表1　综合网关初始建立信道类型

　　在呼叫建立过程中，需根据终端类型和匹配情况改换相应信道类型。由于所有呼叫都是实时应用，要求信道改换速度快，因此采取预留信道、控制切换的方法。初始信道建立和信道预留采用已有的带外信令，信道切换则采用新定义的带内信令。

　　4.2 带内信令??SSE

　　MoIP带内信令称之为“状态信令事件”(SSE)，它将信道切换信令视作为于状态变换事件，封装成RTP净荷送往对端的网关，其格式和RFC 2833定义的传送双音多频（DTMF）数字、音信号和电话信号事件的RTP净荷格式相同。但两者属于不同的净荷类型，因此原则上事件编码可以重用，实用中建议编码区间尽量分离。目前定义了3种事件：VBD模式(192)、Voice模式(194)、MR切换(203)。其中，Voice模式SSE可以用作对VBD模式SSE的否定证实。

　　4.3 带外信令??SIP/H.248

　　在MoIP应用中，SIP/H.248建立会话/连接的消息过程并没有变化，关键是如何用消息中的SDP描述新的MoIP信道。即SDP不仅要给出初始建立的VoIP信道的描述，还要给出以后可能切换过去的其他信道的描述，称之为后续信道的能力描述。

　　下面是主叫方网关给出的SDP描述示例：

v=0
o=- 25678 753849 IN IP4 128.96.41.1
s=-
c=IN IP4 128.96.41.1
t=0 0
m=audio 49230 RTP/AVP 0 2 8 97 98 99
a=rtpmap:98 vbd/8000
a=fmtp:98 0
a=rtpmap:99 vbd/8000
a=fmtp:99 8
a=rtpmap:97 telephone-event/8000
a=fmtp:97 0-15,32,33,34,35,66,70
a=sqn: 0
a=cdsc: 1 application udp/sprt 101
a=cpar: a=sprtmap 101 tmr
a=cpar: a=tmrType:V8
a=cpar: a=mgType:NTCX
a=cpar: a= maxPayloadSize1:150
a=cpar: a= maxPayloadSize2:150
a=cpar: a= maxWindowSize1:32
a=cpar: a= maxWindowSize2:8

　　该描述表示，VoIP信道的编解码可为PCM-μ律(净荷类型0)或G726-32(净荷类型2)，VBD信道分配动态净荷类型98或99，其中98对应的编解码器为PCM-μ律(0)，99对应的编解码器为PCM-A律(8)。上述两个VoIP信道和VBD信道可供被叫方网关最后选定。tmr为规定的MR信道名，其传送层协议为UDP/SPRT，分配的动态净荷类型为101，网关类型为无变换压缩型，支持V.8 规定的Modem会话启动过程，SPRT信道1和信道2允许的最大净荷长度均为150字节，窗口大小分别为32和8。另外，该描述还包含一个RTP动态净荷97，它传送的是RFC 2833格式的信号事件，其中32 ~35为Modem的应答音频信号，其余为电话音和DTMF数字。

　　4.4 带外信令??H.245

　　和SIP/H.248类似，在MoIP应用中，H.225.0呼叫控制无须改动，但H.245需要扩充对V.MoIP信道的描述，用于网关之间的能力集交换以及打开逻辑信道。为了实现信道预留和快速切换，定义了一种“捆绑信道”(媒体数据类型为MediaStreamBundle)，即共享同一IP地址和端口号的VoIP、VBD和SPRT组合信道，一次性打开，按需切换使用。

　　和SDP描述不同的是，H.245数据结构是用ASN.1形式化描述的，而VBD信道采用的冗余或FEC传送机制允许嵌套使用，这就导致H.245新的定义将是一个递归型结构，实现相当复杂。

　　5 呼叫识别过程

　　5.1 一般原则

　　所谓呼叫识别(Call discrimination)指的是在初始VoIP话音连接建立后，网关如何根据检测到的联络信号判定这是一个Modem呼叫，然后根据该信号触发相应的状态转移，切换为适当的V.MoIP信道。

　　状态转换主要基于两类识别信号：一是被叫Modem的应答信号(ANS)，二是收发Modem之间交换特性的CM/JM信号。

　　网关也有两类：一是只能识别V.8启动过程的V8网关，二是能识别多种启动信号的通用网关。识别后的信道切换利用SSE带内信令实现。

　　ANS的检测对于呼叫识别至关重要，必须准确无误地将识别的ANS传送至对端网关。规定只能采用两种方法传送：VBD或RFC2833，不能用VoIP方法传送。

　　根据网关和Modem类型的不同组合，可能有3种信道切换过程：VoIP→VBD、VoIP→VBD→MR、VoIP→MR。

　　5.2 呼叫流程示例

　　图4给出用RFC 2833传送ANS信号，最后切换至MR模式的呼叫流程。

图4　呼叫识别流程示例

　　6 结束语

　　MoIP已成为SG16的重要研究课题之一，在美国的积极推动下，研究力度很大，并有实质性进展。从网络演进的角度看，引入MoIP以后，IP网络将可全面替代PSTN网络的功能，从而扩大IP网络在电信应用中的市场。3Com、Broadcom、思科、Conexant、朗讯、北电、Surf Communication Solutions和TI公司都表示有MoIP相关专利，由此可见国际上对此项技术的重视程度。

　　目前，MoIP标准的技术问题已经基本解决，尚待进一步研究的主要问题是H.323系统的MoIP控制信令。课题组采用两阶段标准化策略，即首先推出第一版本，最晚将在2002年10月的全会上通过快速批准程序，其后再开发增强版本。

　　中国在VoIP技术应用方面已居世界前列，拥有全球最大的IP电话网络，现在非常有必要积极跟踪已成为国际电信界研究热点的MoIP技术，关注其发展动态，并探索该项技术在中国的应用前景。