摘要：會話初始化協議（SIP ）是VoIP 的信令標準之一，它具有可擴展性、靈活性、簡單和易實現等優點。此外，SIP 還能提供良好的QoS 支持，全面滿足VoIP 的特性要求。文章介紹了基於SIP 的VoIP 系統的工作原理、關鍵技術、系統結構及業務環境，並以一種業務爲例對系統的業務提供進行了分析。
1 、VoIP 基本原理
VoIP 是一種可以在IP 網絡上互傳模擬信號的技術，其基本原理是通過語音的壓縮算法對語音數據編碼進行壓縮處理，然後將這些語音數據按TCP/IP 標準進行打包，經過IP 網絡將數據包送至目的端，再將這些語音數據包串起來，經過解壓處理後，還原成原來的語音信號以供接聽者接收，從而達到由互聯網傳送語音的目的。
2 、VoIP 關鍵技術
由於VoIP 完全建立在分組交換 的基礎上，而分組交換固有的時延、丟包等弱點使VoIP 的通話質量無法得到保證。因此在VoIP 系統中必須採取特殊措施來保證一定的業務質量。VoIP 的關鍵技術如下：
1 ）信令技術
信令技術是電話呼叫的順利實現和話音質量的保證，目前主要的信令體系包括國際電信聯盟遠程通信 標準化組（ITU-T ）的H.323 系列和互聯網工程任務組（IETF ）的SIP 。H.323 制定了無服務質量保證的分組網絡（PBN ）上的多媒體通信標準，已經比較成熟並已在VoIP 領域廣泛應用。SIP 是IETF 根據IP 電話網上存在的問題開發的新協議，因此有更多的靈活性。與H.323 相比，SIP 是一種比較簡單的協議。它不像H.323 那樣提供所有的通信協議，SIP 僅用於初始化呼叫，而不是傳輸媒體數據，因而帶來的附加傳輸代價不大。SIP 的統一資源定位符（URL ）甚至可以嵌入到Web 頁或其他超文本鏈路中，用戶只需用鼠標一點即可發出一個呼叫，SIP 還有建立呼叫快、支持傳送電話號碼的特點。
2 ）語音處理技術
話音壓縮處理技術是VoIP 技術的核心，目前，主要有ITU-T 定義的G.729 、G.723/G.723.1 等。由於在分組交換網絡中無服務質量保證，因而需要話音的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度適應性。G.729 可以僅用8kbit/s 的帶寬傳輸語音，所用的算法爲對生結構代數碼激勵線性預測編碼（CS-ACELP ），這種算法構成了G.729 標準的基礎。G.723.1 採用5.3/6.3kbit/s 的雙速率話音編碼，話音質量好，但是處理時延較大，是目前已標準化的最低速率的話音編碼算法。
3 ）計算機電話集成（CTI ）技術
計算機電話集成是通過一些硬件和軟件將計算機與電話集成爲一體，它是IP 電話的技術基礎。目前，CTI 的構成可分爲兩種方式：a ）PC 與電話綜合，以PC 爲基礎，交換網絡與計算機網絡並未綜合在一起。b ）PC 與電話間沒有直接聯繫，採用客戶/ 服務系統（Client/Server ）結構，將性能卓越的CTI 服務器連接到用戶級交換機（PBX ）、大型計算機的數據庫或分佈式結構的服務器上。第二種方式所使用的軟件較爲複雜，但當使用人數較多時，可以降低每個使用者的成本。
4 ）QoS 保障技術
VoIP 網絡中QoS 保障的途徑有：過度建設、優先級、隊列、避免擁塞和傳輸整形等。VoIP 中主要採用資源預留協議（RSVP ）來保證IP 優先級，並採用隨機早起檢測技術和加權技術來避免網絡擁塞，保障通話質量。
5 ）網絡管理技術
網絡管理技術是IP 電話走向運營的保障。IP 電話網絡管理系統主要包括呼叫管理系統（CMS ）、流量分析系統（TAS ）、網絡管理系統（NMS ）、網絡監視系統。對一個實時性要求很高的通信系統來說，其網絡質量直接影響通信質量。通過網絡管理技術，可以迅速處理網絡故障，保證網絡及各個節點穩定、高效運行。
3 、SIP 的VoIP 系統及其業務環境
3.1 基於SIP 的VoIP 系統
SIP 是IETF 標準進程的一部分，建立於簡單郵件傳送協議（SMTP 和超文本傳送協議（HTTP ））的基礎上。利用SIP 可實現會話的連接、建立和釋放，並支持單播、多播和可移動性。爲了提供電話業務，它需要與其他標準和協議相結合，特別是應確保實時傳送協議（RTP ）與當前公共交換電話網絡（PSTN ）的信令互連，能確保語音質量（資源預留協議（RSVP ）），能提供目錄（輕量目錄訪問協議（LDAP ）），能鑑權用戶（遠程用戶撥號認證系統（RADIUS ））等。此外，SIP 如果與會話描述協議（SDP ）配合使用，可以動態調整和修改會話屬性，如通話帶寬、所傳輸的媒體類型及編解碼格式。
基於SIP 的VoIP 系統主要的功能部件如下：
1 ）用戶代理（UA ）
它是VoIP 系統的終端，包括各種使用SIP 協議的軟件或硬件，例如一個IP 電話機或裝有客戶端軟件的PC 機。每個UA 又包括用戶代理客戶系統（UserAgentClient ）和用戶代理服務系統（UserAgentServer ）。用戶代理客戶系統用於向用戶代理服務系統發出SIP 請求並與之建立連接。用戶代理服務系統接收用戶代理客戶系統的請求，並給予應答，內容包括接收、重定向或拒絕呼叫請求。
2 ）SIP 網絡服務器
它包括註冊服務器、代理服務器和重定向服務器，它們可分佈在不同的物理實體中，也可以共存於一個設備。註冊服務器從用戶當前的地址中接收更新信息，同時還負責維護數據庫中所有用戶的當前位置列表。代理服務器負責接收UA 發來的呼叫請求消息，根據網絡策略將請求發送給相應的服務器，並根據收到的應答對用戶做出響應。重定向服務器用於爲代理服務器指出轉發消息下一次應該送達的代理服務器的地址。
3 ）會議服務器
負責提供多點通信支持。
3.2 基於SIP 的VoIP 業務環境
在VoIP 業務的網絡環境中，主要有軟交換機（Softswitch ）、媒體網關（MG ）、信令網關（SG ）和應用服務器（ApplicationServer ）4 個基本控件。其業務環境如圖2 所示。
圖2 基於SIP 的VoIP 業務環境
Softswitch 主要實現連接、路由和呼叫控制、關守和帶寬的管理以及話務紀錄的生成，是網絡的核心。它通過各種協議與各種網絡實體通信，實現各種語音、數據、多媒體業務。通過媒體網關控制協議（MGCP ）與媒體網關和信令網關通信，控制網關進行呼叫處理，同時通過流控制傳輸協議（SCTP ）與信令網關通信。
信令網關負責網絡的信令處理，接收PSTN 傳來的SS7 信令，並將其轉換爲IP 網上對應的信令協議（反之亦然）。信令網關通過SCTP 將轉換後的信令消息傳送至Softswitch 。
媒體網關負責PSTN 與Internet 的互聯。由PSTN 發起的呼叫經過媒體網關時，網關進行編碼轉換，並將脈衝編碼調製（PCM ）語音數據通過壓縮算法編碼轉換爲RTP 包。同樣，在反方向會進行解碼操作。
應用服務器本身含有業務執行環境，同時具有業務管理功能。應用服務器與Sofeswitch 間的接口通過SIP 協議，提供對第三方應用和各種增值業務的支持功能。另外，當應用服務器之間全部採用SIP 協議時，應用服務器可通過交互共同爲用戶提供業務。
VoIP 業務環境還有媒體服務器等幾個重要的功能部件。
媒體服務器既可處於PSTN ，也可處於IP 網，爲IP 網絡中的各種業務提供所需的媒體資源和服務。媒體服務器不僅提供語音增值業務中的傳統項目（如語音短信、電話QQ 、互動式語音應答（IVR ）等），還可以充分利用IP 網絡的優勢，提供更具有差異性的融合網絡的業務（如點擊呼叫、Web 呼叫中心、IP-PBX 以及其他多媒體業務）。此外，諸如彩鈴、背景音樂聊天等業務在IP 上實現更方便，同時也更節省網絡和系統資源。
4 、VoIP 業務實例
通過應用服務器和資源服務器，系統可提供許多智能VoIP 業務，下面以一個業務爲例，對系統的業務提供進行分析。
假設用戶A 爲IP 網上的PC 用戶，用戶B 爲PSTN 網上的電話用戶。PC 用戶撥打一個特服號碼接入系統，通過一些交互後連接到PSTN 上的一個電話用戶進行通信。
通信過程如下：1 ）用戶A 通過Internet 客戶端軟件撥打某一特服號，客戶端軟件向Softswitch 發送業務請求、用戶信息業務類型和業務信息。2 ）Softswitch 檢查用戶的授權情況，確定該用戶是否有權使用該項業務。3 ）Softswitch 接受此呼叫，並通過它與應用服務器之間的SIP 接口將呼叫中繼到應用服務器。4 ）應用服務器收到呼叫後，接受此業務的控制並激發此業務，創建一個業務邏輯實例。5 ）在業務邏輯中，命令Softswitch 建立用戶到媒體服務器的RTP 連接。6 ）通過路由服務控制點（RSCP ）命令媒體服務器播放媒體。7 ）用戶收到媒體信息後，根據自己的需要進行選擇。8 ）媒體服務器接收選擇結果，通過RSCP 將結果上報應用服務器。9 ）應用服務器收到後，根據業務邏輯和用戶選擇進行相應操作，命令Softswitch 建立PC 用戶與電話用戶之間的話路連接