VoIP 技術(shù)及其與Call Center 的融合解析

夏必東

（北京大唐高鴻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京 100195）

0 引 言

基于IP 的語音傳輸（Voice over Internet Protocol，VoIP）技術(shù)包括會(huì)話初始化、信令傳輸、語音編碼、H.323 協(xié)議以及會(huì)議初始協(xié)議（Session initialization Protocol，SIP）等內(nèi)容。通過對(duì)這些協(xié)議的組合應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)VoIP 技術(shù)的全部功能。VoIP 技術(shù)的應(yīng)用為傳統(tǒng)的Call Center 系統(tǒng)提供解決問題的新思路和新手段，因此將Call Center 與VoIP 技術(shù)融合十分必要。

1 會(huì)話初始化

1.1 會(huì)話初始化過程

建立用戶會(huì)話，即注冊(cè)。在注冊(cè)過程中，由服務(wù)器向用戶發(fā)送一個(gè)會(huì)話初始化消息。該消息包括以下內(nèi)容。一是該用戶的注冊(cè)號(hào)（用來標(biāo)識(shí)該用戶是否屬于會(huì)話初始化系統(tǒng)）。二是服務(wù)器向用戶提供一個(gè)初始的會(huì)話號(hào)碼。在注冊(cè)過程中，服務(wù)器會(huì)發(fā)送一個(gè)會(huì)話號(hào)碼給用戶，方便用戶在呼叫時(shí)能直接發(fā)起連接。在某些特殊情況下，服務(wù)器會(huì)發(fā)送一個(gè)身份標(biāo)識(shí)號(hào)（Identity document，ID）來標(biāo)識(shí)特定服務(wù)提供商的用戶。三是服務(wù)器將用戶的注冊(cè)號(hào)與某服務(wù)提供商的服務(wù)進(jìn)行綁定，以便在呼叫時(shí)能直接發(fā)起連接。四是如果服務(wù)器有一個(gè)可配置的會(huì)話號(hào)碼，它將在呼叫時(shí)直接發(fā)送給呼叫者。如果服務(wù)器沒有可配置的會(huì)話號(hào)碼，則服務(wù)器在呼叫中將所擁有的某些特定功能發(fā)送給呼叫者，如允許呼叫者撥入指定號(hào)碼等。五是服務(wù)器會(huì)將用戶與服務(wù)提供商之間的所有會(huì)話進(jìn)行初始化處理，并把所有相關(guān)信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。提供商在任何時(shí)刻都可以訪問到數(shù)據(jù)庫中的信息，并允許呼叫者發(fā)起連接，可以為用戶提供有關(guān)會(huì)話號(hào)碼、用戶和服務(wù)提供商等相關(guān)信息。當(dāng)服務(wù)器將會(huì)話號(hào)碼發(fā)送給呼叫者時(shí)，服務(wù)提供商可以從數(shù)據(jù)庫中獲得所需的相關(guān)信息[1]。

1.2 會(huì)話管理

會(huì)話管理是為用戶提供一個(gè)會(huì)話的初始化解決方案，主要包括會(huì)話設(shè)置、會(huì)話跟蹤以及會(huì)話維護(hù)3部分。

1.2.1 會(huì)話設(shè)置

對(duì)用戶進(jìn)行身份認(rèn)證，根據(jù)用戶的需要完成網(wǎng)絡(luò)初始化設(shè)置。在會(huì)話設(shè)置中，需要定義用戶的各項(xiàng)基本信息，如用戶號(hào)、用戶名、用戶密碼以及密碼保護(hù)模式等。此外，修改終端設(shè)備的相關(guān)配置。

1.2.2 會(huì)話跟蹤

根據(jù)不同的業(yè)務(wù)，對(duì)用戶的會(huì)話進(jìn)行跟蹤，包括會(huì)話查詢、會(huì)話發(fā)起以及會(huì)話取消等。具體實(shí)施時(shí)，需要對(duì)各種會(huì)話進(jìn)行管理和控制，主要包括：對(duì)SIP協(xié)議棧中的各個(gè)協(xié)議進(jìn)行操作控制；對(duì)終端設(shè)備的各種狀態(tài)信息進(jìn)行跟蹤；對(duì)各種會(huì)話進(jìn)行管理和控制；對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行配置管理等。

1.2.3 會(huì)話維護(hù)

會(huì)話維護(hù)主要負(fù)責(zé)為用戶提供各種服務(wù)。根據(jù)業(yè)務(wù)需求對(duì)用戶的所有會(huì)話進(jìn)行管理和維護(hù)，主要包括：對(duì)各種業(yè)務(wù)進(jìn)行管理；為各種業(yè)務(wù)提供支持；負(fù)責(zé)為用戶提供各種服務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中，由于會(huì)話初始化具有較高的復(fù)雜性，一般只需支持一種初始化方式即可。在某些特殊情況下，需要結(jié)合多種方式使用。不同設(shè)備所采用的初始化方式有所差別，常見的有固定電話初始化方式、移動(dòng)終端設(shè)備初始化方式、傳統(tǒng)固定電話初始化方式以及新推出的基于SIP 協(xié)議的初始化方式等。

1.3 終端認(rèn)證

傳統(tǒng)的電話通信中，通常需要對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證才能實(shí)現(xiàn)會(huì)話的初始化。在VoIP 系統(tǒng)中，用戶的終端設(shè)備需要支持SIP 協(xié)議[2]。目前，對(duì)于采用SIP 協(xié)議的終端設(shè)備，通常有2 種認(rèn)證方式，即基于網(wǎng)關(guān)認(rèn)證方式和基于注冊(cè)網(wǎng)關(guān)認(rèn)證方式。

基于網(wǎng)關(guān)認(rèn)證方式下，用戶需要將所有的終端設(shè)備都連接到網(wǎng)絡(luò)上。系統(tǒng)統(tǒng)一管理用戶的終端設(shè)備，操作方便。用戶只需選擇一個(gè)適合自己的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的網(wǎng)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)會(huì)話初始化。該方式下，用戶終端設(shè)備需要完成網(wǎng)關(guān)配置、SS7 和SS8 等認(rèn)證模塊的配置，并對(duì)其進(jìn)行管理和維護(hù)。基于注冊(cè)網(wǎng)關(guān)認(rèn)證方式需要系統(tǒng)具備一定的復(fù)雜性，用戶需要安裝一個(gè)支持SIP協(xié)議且可管理和維護(hù)的注冊(cè)網(wǎng)關(guān)。如果該注冊(cè)網(wǎng)關(guān)不支持SIP 協(xié)議，則用戶需要另行配置一個(gè)注冊(cè)網(wǎng)關(guān)并進(jìn)行相關(guān)操作。

實(shí)際應(yīng)用中，2 種方式都可以實(shí)現(xiàn)會(huì)話初始化。基于網(wǎng)關(guān)認(rèn)證方式具有較好的可擴(kuò)展性和靈活性，而基于注冊(cè)網(wǎng)關(guān)認(rèn)證方式則具有更高的安全性和穩(wěn)定性[3]。

2 信令傳輸

借助信令傳輸實(shí)現(xiàn)語音通信，使用SIP 或呼叫控制協(xié)議（Call Control Protocol，CCP）進(jìn)行信息交互。VoIP 主要依靠SIP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的交換和控制。在實(shí)際的VoIP 系統(tǒng)應(yīng)用中，一般通過網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議來完成整個(gè)呼叫過程，包括語音信號(hào)的解碼、語音信號(hào)的合成等。在信令傳輸過程中，SIP 主要用于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，CCP 主要用于語音層協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)層中，SIP主要實(shí)現(xiàn)話音信令的傳輸和控制功能，CCP 主要實(shí)現(xiàn)媒體層協(xié)議。在VoIP 系統(tǒng)中，如果僅采用SIP 來完成話音信令傳輸，則要將SIP 信令模塊嵌入網(wǎng)絡(luò)層模塊；如果采用CCP 來完成話音信令傳輸，則可以使用CCP 模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行處理，完成話音信令的傳輸。在VoIP 系統(tǒng)中，采用SIP 協(xié)議和CCP 協(xié)議傳輸話音信號(hào)時(shí)，可以通過路由器來實(shí)現(xiàn)信息交換，從而簡化VoIP 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)復(fù)雜性。VoIP傳輸過程如圖1 所示。

圖1 VoIP 傳輸過程

3 語音編碼

3.1 基于波形數(shù)據(jù)的語音編碼

基于波形數(shù)據(jù)的語音編碼是在語音合成中將波形特征作為參數(shù)進(jìn)行編碼，實(shí)質(zhì)是用一種相對(duì)簡單的方法來模擬原始語音信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是無須對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，提高編碼效率，更適用于對(duì)帶寬要求較高的實(shí)時(shí)性傳輸。

基于波形數(shù)據(jù)的語音編碼主要分為2 類，即基于幅度分析和基于波形分析。基于幅度分析的語音編碼方法是將語音信號(hào)的幅度信息作為參數(shù)來進(jìn)行編碼，典型的方法是線性預(yù)測。線性預(yù)測又可分為正交線性預(yù)測和脈沖對(duì)數(shù)譜分析等。基于波形分析的語音編碼方法是在語音波形合成時(shí)引入波形特征來提升合成語音的質(zhì)量，如線性預(yù)測、脈沖對(duì)數(shù)譜分析以及自適應(yīng)參數(shù)化等。該方法的主要特點(diǎn)是只需完成波形的預(yù)處理和參數(shù)合成操作就能較好地保持原始語音的質(zhì)量。

3.2 多速率和多層次聯(lián)合的語音編碼

多速率編碼是一種新的編碼方式，可以在一個(gè)碼率范圍內(nèi)進(jìn)行編碼，提升語音質(zhì)量的同時(shí)，提高頻譜利用率。多速率編碼是基于碼分復(fù)用（Code Division Multiplexing，CDM）和碼激勵(lì)線性預(yù)測（Code Excited Linear Prediction，CELP）的編碼方式。實(shí)際應(yīng)用中，CDM 編碼中碼率不對(duì)稱，即每個(gè)碼元代表的比特不相同[4]。為克服碼率不對(duì)稱帶來的問題，利用多速率編碼控制合成語音和原始語音間的差異。

3.3 非對(duì)稱參數(shù)化語音編碼

非對(duì)稱參數(shù)化指在保證語音合成效果的前提下，通過調(diào)節(jié)某些參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)合成語音和原始語音的動(dòng)態(tài)控制。應(yīng)用基于自適應(yīng)線性預(yù)測的非對(duì)稱參數(shù)化算法，在保持合成效果的情況下，只需改變一些參數(shù)就能動(dòng)態(tài)控制原始語音和合成語音，得到更高質(zhì)量的音頻。

4 網(wǎng)絡(luò)側(cè)功能

4.1 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要包括3個(gè)方面。一是在VoIP系統(tǒng)中，音頻信號(hào)通過媒體網(wǎng)關(guān)（Media Gateway，MGW）控制芯片進(jìn)行編碼、壓縮。由MGW 上的語音活動(dòng)檢測器（Voice Activity Detector，VAD）進(jìn)行解碼、打包，之后由網(wǎng)關(guān)進(jìn)行傳輸。其中，處理過程主要包括音頻數(shù)據(jù)解碼和音頻數(shù)據(jù)壓縮2 個(gè)部分。二是在終端與網(wǎng)關(guān)之間實(shí)現(xiàn)媒體流的路由。在IP 網(wǎng)絡(luò)中，不同終端與不同網(wǎng)關(guān)之間一般通過信令交互的方式進(jìn)行路由選擇。當(dāng)終端向網(wǎng)關(guān)發(fā)送路由請(qǐng)求時(shí)，網(wǎng)關(guān)需要確定路由選擇策略，然后將其發(fā)送給相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備會(huì)根據(jù)路由選擇策略，選擇最合適的路由來傳輸數(shù)據(jù)流。三是對(duì)終端上傳輸過來的聲音信號(hào)進(jìn)行處理，主要包括聲音信號(hào)的同步、語音信號(hào)的合成以及語音信號(hào)的傳送等操作。在VoIP 系統(tǒng)中，這3 個(gè)操作主要通過網(wǎng)管系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

4.2 呼叫控制和管理

在VoIP 網(wǎng)絡(luò)中，呼叫控制和管理主要是對(duì)用戶的呼叫建立、連接釋放和取消等進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶資源的有效管理。在呼叫建立階段，需要將被叫用戶的有關(guān)信息（地址、終端類型以及歸屬網(wǎng)絡(luò)等）發(fā)送給相應(yīng)的網(wǎng)元設(shè)備，并由網(wǎng)元設(shè)備對(duì)這些信息進(jìn)行分析，以確定是否可以建立呼叫連接。如果可以建立呼叫連接，則通知被叫用戶進(jìn)行下一步操作。在呼叫連接釋放階段，需要根據(jù)被叫用戶的信息，將呼叫放回指定的狀態(tài)，并通知相應(yīng)的網(wǎng)元設(shè)備。如果被叫用戶提出取消連接請(qǐng)求，則將該請(qǐng)求發(fā)送到相應(yīng)的網(wǎng)元設(shè)備。在呼叫取消階段，需要通過一定的信令流程來實(shí)現(xiàn)。其中最主要的信令流程就是將呼叫建立時(shí)產(chǎn)生的信令幀經(jīng)過分析，發(fā)送給相應(yīng)的網(wǎng)元設(shè)備，確定是否可以取消連接。通過呼叫控制和管理功能，可以有效提升VoIP 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性[5]。

4.3 安全和保密

在VoIP 系統(tǒng)中，加密和解密操作是保證語音信息傳輸安全的重要手段。在VoIP 系統(tǒng)中，采用H.323協(xié)議和SIP 協(xié)議作為加密和解密的標(biāo)準(zhǔn)，通過這2 種協(xié)議各自的優(yōu)勢來保證語音信息在網(wǎng)絡(luò)中的安全傳輸。SIP 協(xié)議中，信息都是以明文形式存在，可以在互聯(lián)網(wǎng)上任意傳送，且不需要進(jìn)行加密。H.323 協(xié)議中，信息以密文的形式傳送，只能在使用相應(yīng)的設(shè)備上進(jìn)行解密。由于SIP協(xié)議采用明文傳輸，存在被非法截獲、篡改以及重放等安全隱患。為解決這一問題，提出一種端到端加密方案，即用一組預(yù)先分配好的密鑰加密處理語音信息，即使信息被截獲也無法解讀出原始信息。在VoIP 系統(tǒng)中，通過對(duì)語音信息進(jìn)行加密和解密處理，可以防止非法用戶截獲原始語音信息，保證語音信息在網(wǎng)絡(luò)中的安全傳輸。同時(shí)，可以防止攻擊者通過非法手段竊取原始語音數(shù)據(jù)信息。

5 結(jié) 論

VoIP 技術(shù)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的語音傳輸技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)將語音信號(hào)從一方傳送到另一方。與傳統(tǒng)的電話和數(shù)據(jù)通信技術(shù)相比，VoIP 技術(shù)具有更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬和更低的延遲。Call Center 是一種用于管理和控制電話、數(shù)據(jù)等通信業(yè)務(wù)的應(yīng)用程序。它可以通過軟件或硬件將多個(gè)電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)集中管理和控制。VoIP 技術(shù)與Call Center 的融合使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商能更有效地管理和控制不同應(yīng)用程序的通信業(yè)務(wù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率和服務(wù)質(zhì)量。