[發(fā)明專利]一種VoIP中基于TCP傳輸語音的方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610141100.5
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN105704137A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雙鍇;蘇森;徐鵬;王玉龍;孟椿智
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04M7/00
• 代理公司: 北京思創(chuàng)畢升專利事務(wù)所 11218
• 代理人: 孫向民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種VoIP中基于TCP傳輸語音的方 法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/防火墻穿越(NAT/FT，NetworkAddressTranslation/Firewall Traversal)，是一種保證位于NAT設(shè)備后的主機(jī)與外部的主機(jī)之間能夠正常通 信的技術(shù)。

由于IPv4地址緊缺及網(wǎng)絡(luò)安全問題，多數(shù)企業(yè)用戶在網(wǎng)絡(luò)出口處設(shè)置了 NAT/NAPT設(shè)備建立一個(gè)私有IP地址、私有端口與公網(wǎng)IP、公網(wǎng)端口之間的綁 定，為內(nèi)網(wǎng)主機(jī)分配公網(wǎng)地址和端口與外部主機(jī)進(jìn)行通信。會話發(fā)起協(xié)議(SIP， SessionInitiationProtocol)是一個(gè)基于文本的應(yīng)用層協(xié)議，會話建立的有關(guān)IP 地址信息在數(shù)據(jù)包中傳輸，但是NAT是對TCP/IP以下協(xié)議層進(jìn)行處理，無法 解析應(yīng)用層的SIP數(shù)據(jù)包，無法完成正常的SIP會話建立過程。從安全方面考慮， 多數(shù)企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)出口處設(shè)置了防火墻，對通過設(shè)置的防火墻的IP數(shù)據(jù)包按照相 關(guān)策略進(jìn)行過濾。防火墻在訪問列表配置時(shí)，除打開網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)需要的知名端口 外(如http的80端口)，其它端口一般都配置為拒絕。對于基于SIP的多媒體 通信應(yīng)用而言，需要在控制信令中動態(tài)地協(xié)商媒體流端口，并維護(hù)多個(gè)UDP流 實(shí)現(xiàn)媒體流的發(fā)送和接收。動態(tài)分配的端口為在防火墻上配置固定的包過濾策 略帶來了困難，對于不支持SIP應(yīng)用網(wǎng)關(guān)(SIPALG)的防火墻，無法獲取動態(tài) 端口信息，導(dǎo)致媒體報(bào)文不能通過。

隨著VoIP(VoiceoverInternetProtocol，網(wǎng)絡(luò)電話)和軟交換技術(shù)的成熟 和廣泛應(yīng)用，越來越多的企業(yè)和個(gè)人采用了VoIP和軟交換技術(shù)進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部數(shù) 據(jù)網(wǎng)絡(luò)和語音網(wǎng)絡(luò)的整合。但是，出于安全的考慮，在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中存在大 量的防火墻；同時(shí)，為了節(jié)省IPv4的地址，目前很多企業(yè)采用NAT(Network AddressTranslation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)技術(shù)，也就是私網(wǎng)，使內(nèi)網(wǎng)中大量的主機(jī) 通過少數(shù)幾個(gè)IP訪問Internet。這些技術(shù)在早期的Internet網(wǎng)絡(luò)中起到了很大的 作用，能夠用來阻擋來自企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)攻擊、節(jié)省IP地址、保護(hù)企業(yè)內(nèi)部的數(shù) 據(jù)安全。然而在VoIP的應(yīng)用中，各種各樣的業(yè)務(wù)要求和底層協(xié)議的特點(diǎn)，使得 企業(yè)遺留的防火墻和NAT嚴(yán)重阻礙了VoIP的應(yīng)用，使得語音數(shù)據(jù)無法有效的 傳輸。于是，如何使VoIP穿越企業(yè)遺留的防火墻就成了一個(gè)亟待解決的問題。

目前在語音通訊領(lǐng)域，主要采用TCP作為語音傳輸?shù)膮f(xié)議，利用TCP實(shí)現(xiàn) 防火墻/私網(wǎng)穿越的目的。傳統(tǒng)的TCP協(xié)議在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)的 有序，協(xié)議棧中有兩個(gè)緩存隊(duì)列：順序隊(duì)列和亂序隊(duì)列。當(dāng)TCP傳輸數(shù)據(jù)的時(shí) 候，如果當(dāng)前到達(dá)的數(shù)據(jù)是有序的，則數(shù)據(jù)進(jìn)入到有序隊(duì)列中；如果是亂序的， 則數(shù)據(jù)會緩存到亂序隊(duì)列中，等待之前的數(shù)據(jù)到來之后，再一起把連續(xù)的數(shù)據(jù) 拷貝到順序隊(duì)列中。當(dāng)應(yīng)用層調(diào)用read()讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果順序隊(duì)列中有數(shù) 據(jù)，則把順序隊(duì)列中的數(shù)據(jù)返回給應(yīng)用層；如果順序隊(duì)列中沒有數(shù)據(jù)而亂序隊(duì) 中有數(shù)據(jù)，則需要等待之前空缺的數(shù)據(jù)到達(dá)之后，把亂序數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)拷貝到 順序隊(duì)列中，再返回給應(yīng)用層。這個(gè)傳輸特性，在使用TCP傳輸語音的時(shí)候， 就會增加語音數(shù)據(jù)端到端的時(shí)延，造成語音的延遲、抖動和停頓，無法達(dá)到令 人滿意的通話效果。

而且，TCP傳輸過程中是面相字節(jié)流的，不保留任何數(shù)據(jù)的邊界信息，一 旦發(fā)生了丟包，除非等待數(shù)據(jù)重傳成功，否則應(yīng)用層將無法識別出數(shù)據(jù)的邊界， 會導(dǎo)致應(yīng)用層無法解析出語音數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致整個(gè)通話都將無法聽到有效的聲音。

為了解決TCP傳輸語音過程中，其重傳機(jī)制和擁塞控制機(jī)制導(dǎo)致的高延遲 問題，目前主要有以下解決方案：

1，代理思路

代理使終端到終端的呼叫看起來像兩個(gè)分離的呼叫：一個(gè)是從私有網(wǎng)上的 終端到代理，另一個(gè)是從代理到公眾網(wǎng)上的終端，代理通過對這個(gè)呼叫進(jìn)行中 轉(zhuǎn)解決了NAT問題。

但是，該方法的缺點(diǎn)是：這種解決方案典型應(yīng)用是在防火墻后放一個(gè)代理， 代理需要被分配公有IP地址。防火墻被配置允許代理和外部進(jìn)行多媒體通訊。 有時(shí)候沿著網(wǎng)絡(luò)路徑在許多位置都應(yīng)用了NAT設(shè)備，這時(shí)就需要在每一個(gè)使用 NAT的地方放置代理。

2，隧道穿越方案