1、引言

隨著IP網絡的迅速發展，以H.323協議和SIP（會議發起協議）作為呼叫控制協議的IP電話被大量使用。由于IP網絡良好的多媒體特性及低廉的資費，傳統模擬電話的地位收到IP電話的巨大挑戰。IP電話中，SIP話機憑借著SIP協議的簡單、靈活及很好的擴充性，正得到越來越廣泛的應用。

鑒于目前模擬電話仍然是人們進行通信的常用手段，研究如何實現傳統模擬話機與基于IP網絡的SIP話機之間的互聯互通仍具有重要的現實意義。這也是電信領域向全IP化發展的關鍵問題。本文給出在IP網絡中，利用SIP服務器系統使得傳統模擬話機與SIP話機能夠互通的解決辦法。

2、模擬電話與IP電話的網絡結構

PSTN(公共交換電話網絡)與IP網絡的互聯網結構如圖1所示。

圖1中的虛線框內為SIP服務器系統。為了實現PSIT與IP網絡的互聯，SIP服務器系統需要完成三種網元的功能：PSTN交換機、IP服務器（代理服務器、注冊服務器）和網關（信令網關、媒體網關）。

2.1 PSTN交換機功能

PSTN交換機一端連接各種終端（包括固定電話、移動電話、傳真機等），另一端連接網絡網關。PSTN交換機主要由用戶接口、中繼接口、數字交換網、信號設備、控制系統和操作維護等幾大部分組成，主要功能是完成PSTN網絡信令的產生、處理、傳輸及PSTN鏈路的接續。

2.2 SIP服務器功能

涉及到SIP服務器主要有：

注冊服務器，完成用戶設備的注冊，對相關的AOP（記錄地址）進行激活、解激活。

狀態服務器，完成對用戶邏輯狀態的維護、管理，涉及SIP Presence(呈現)服務。

代理服務器，完成SIP消息的路由及轉發成功，涉及本地電話號碼的E.164轉換、DNS(域名系統)服務、防火墻穿越及呼叫控制等功能。

2.3 網關功能

網關可分為網絡網關和企業網關。前者負責電信PSTN交換機與SIP服務器的互聯，后者負責企業PBX(用戶級交換機)與SIP代理服務器的互聯。兩種網關都具備媒體網關功能與信令網關功能。

媒體網關功能比較簡單，主要完成傳統Ps12q 網絡中TDM(時分復用)與IP網絡中各種編碼格式 的RTP(實時傳輸協議)流之間的轉換，該功能由 SIP服務器中的媒體子系統實現。也可以如SIP—T 中所定義的，直接將PCM(脈沖編碼調制)數據作為 RTP/Audio．Video Profile 0(AVP)來傳輸。 信令網關的功能與媒體網關相比較為復雜，其 實現方式有兩種：a)PSTN信令與SIP信令間的直接映射關系。b)在SIP信令中內嵌PSTN信令。

如果采用第一種方法．在PSTN信令向SIP信令進行映射時，會產生信息丟失；而在SIP信令向PSTN信令轉換時，要求網關能夠自動填充默認參數。SIP服務器采用這種方法來實現各半呼叫信令之間的互聯互通

采用第二種方法能夠避免當某些消息(如 CSTA消息)與SIP消息中不存在直接的映射關系時所產生的信息丟失，但在這種方法下的網關設計要復雜得多。SIP服務器中采用這種方法來封裝外部業務子系統的CSTA(計算機支持的電信應用服務)消息。

3、模擬電話與SIP電話的通話流程分析

圖2描述了本地模擬話機通過撥打電話號碼呼 叫遠端SIP終端的場景。該場景涉及的流程有：SIP 終端注冊流程、號碼分析流程、媒體轉換流程及呼叫 流程。如圖2所示，由于主、被叫分別位于各自的子 網內，且都有各自的防火墻，所以還會涉及到E．164 號碼轉換、ENUM(電話號碼映射)服務(DNS查詢) 和防火墻穿越(NAT與STUN服務)。下面對涉及的流程進行詳細分析。

3．1 注冊流程

在呼叫開始之前，SIP終端必須通過DNS流程到其外出代理服務器，并向其中的注冊服務器(位 于SIP服務器系統中)進行注冊。SIP終端向注冊服 務器發送REGISTER消息進行注冊，注冊服務器收 到該消息后，根據消息中的信息，更新相關的記錄地 址，將對應設備注冊為激活狀態，并向SIP終端發送 200 OK消息。完成注冊流程。
3.2 號碼分析流程

號碼分析流程涉及ENUM服務．ENUM服務會將撥打的電話號碼轉換成域名，并構建相應的DNS查詢請求。如果模擬電話撥打的是完整的、符合E.164格式的全球統一電話號碼時，SIP服務器直接將該號碼作為tel URI(通用資源標識)或者SIP URI的用戶部分。進行DNS查詢流程：如果模 擬電話撥打的是本編碼區域內其他子網內的號碼 時。會根據相應的配置，補齊E.164全球統一號碼中的編碼區域號部分和國家代碼部分．然后再進行DNS查詢流程。經過一系列的DNS查詢后，數據庫子系統會告知模擬話機出呼模塊應該將請求消息發送至哪里(一般為對端的外出代理服務器)進行進一步處理。

3.3 媒體轉換流程

模擬話機出呼模塊與SIP半呼叫模塊首先分別 創建TDM半呼叫實例與VoIP半呼叫實例，并與本 地的半呼叫雙向連通。當呼叫成功建立之后，主/被叫半呼叫各自建立向對端半呼叫的連接，完成呼叫 的雙向接通。其過程如圖3所示。

在TDM半呼叫實例與VoIP半呼叫實例雙向連通之后，DSP(數字信號處理器)完成TDM(時分復用)數據流(G.7l1)與RTP(實時傳輸協議)數據 流(G.7XX)之間的相互轉換。

TDM半呼叫實例收到模擬話機半呼叫模塊發來的TDM數據流后，進行G.711解碼形成線性碼。 經回聲消除后發向VoIP半呼叫實例：VoIP半呼叫 實例對線性碼進行回聲消除處理后，根據呼叫建立過程中協商的編碼格式，調度相應的算法模塊將線性碼編碼成指定的編碼格式后發送至SIP半呼叫。反向過程與此類似。

3.4 呼叫流程

假設主叫為模擬電話(采用模擬話機模擬用戶 信令)．被叫為SIP終端，主叫通過撥打分配給被叫的電話號碼(可轉換為E.164號碼)來呼叫遠端的SIP終端。整個流程可細分為以下幾個階段：

a)摘機起呼階段：當模擬用戶摘機，其與SIP服 務器用戶線插卡間直流環路的電壓產生變化，觸發 模擬話機半呼叫模塊發送摘機消息，該消息經管理 模塊后分發至模擬話機出呼模塊，模擬話機出呼模 塊收到該消息后，首先向數據庫子系統發送設置狀 態消息，設置相關模擬話機端口的狀態并獲得該端 口所對應的主叫TDM時隙號。同時向BFXS(外圍 交換用戶話機接口)模塊發送摘機響應消息。
b)放撥號音、DTMF(雙音多頻)收號階段：模擬話機出呼模塊向數據庫子系統發送申請資源消息， 申請DSP時隙資源．下行發送撥號提示音．上行接 收DTMF撥號。數據庫子系統收到該請求后，從 DSP資源隊列中找到一個空閑資源將其分配給該 模擬話機出呼模塊并進行相應的標記。模擬話機出 呼模塊獲得響應后向媒體子系統請求創建DSP實 例。實例成功創建后，向數據庫子系統通知，分別接 通上/下行鏈路。當接收到主叫撥打的第一個號碼時，通知媒體子系統修改DSP實例下行鏈路的屬性，停止撥號音的發送，而上行鏈路繼續接收DTMF 號碼。每收到一個號碼都會調用數據庫子系統的號碼分析接口，直到號碼分析成功為止。

C)號碼分析階段：數據庫子系統收到撥號消息后，首先通過默認值將該電話號碼補齊為E.164格式的電話號碼，并采用ENUM服務進行DNS查詢， 將該號碼映射成對端的SIP URI．映射完成后向模擬話機出呼模塊返回結果

d)呼叫建立階段：模擬話機出呼模塊獲得號碼分析的結果后，得知對端為SIP終端，進入呼叫建立階段。主叫半呼叫向被叫半呼叫發送建立消息，要求建立呼叫。被叫半呼叫模塊(SIP半呼叫模塊)接 收到該消息后，使用建立呼叫消息向主叫半呼叫返回被叫信息，并向媒體子系統發送創建消息創建VolP半呼叫實例，進行主叫識別及號碼發送。VolP半呼叫實例創建成功后。SIP半呼叫模塊向數據庫 子系統發送連接消息要求接通與VolP半呼叫實例間的接續。同時根據消息中的信息．構建INVITE請求，開始與被叫(對端SIP終端)進行SIP的三次握手過程

由于SIP服務器位于防火墻之后，需要使用 STUN(NAT的UDP簡單穿越)服務來分別獲得 Contact及SDP經NAT(網絡地址轉換)穿越后所映 射到的公網IP地址及端口號。以便呼叫能夠在不同的子網問正確建立。該場景要求兩端在通過STUN 服務獲得公網IP及端口后，就在各自的防火墻上進行Hole．Punching過程．建立地址及端口的NAT 映射關系及過濾準則，完成防火墻穿越。

當SIP終端收到INVITE請求后．同樣會通過 STUN服務來獲知本端Contact及SDP對應的公網地址及端口，并向主叫側(SIP服務器)返回180 Ringing(振鈴)消息，同時SIP終端開始振鈴。

SIP服務器的SIP半呼叫模塊接收到180Ringing消息后，向主叫半呼叫中的模擬話機出呼模 塊發送振鈴消息，提示被叫已處于振鈴狀態，觸發模擬話機出呼模塊向媒體子系統發送資源修改消息，申請修改DSP屬性為下行放回鈴音/上行不工作。 同時向被叫半呼叫模塊發送連接請求。要求被叫側接通話路，等待被叫摘機。

當SIP終端摘機時．會向SIP服務器的SIP半呼叫模塊發送200 OK消息．表明被叫已經摘機應答。SIP半呼叫模塊則以ACK消息向SIP終端進行響應，表明媒體協商已經完成，并用連接消息觸發模 擬話機出呼模塊向媒體子系統發送修改消息．請求修改DSP實例屬性，接通TDM半呼叫實例向Voip 半呼叫實例方向的連接。同時SIP半呼叫模塊也向 媒體子系統發送修改消息，要求接通VolP半呼叫實例向TDM半呼叫實例方向的連接，至此完成模擬話機半呼叫模塊與SIP半呼叫模塊之間的雙向呼叫連接。

e)掛機釋放階段：這里假設對端SIP終端先掛機，向SIP服務器中SIP半呼叫模塊發送BYE請求，SIP半呼叫模塊收到后，立即以200 OK消息進行響應，并向模擬話機出呼模塊發送釋放消息，通知主叫半呼叫，告知呼叫已經結束，要求釋放相關源。模擬話機出呼模塊接收到該消息后，利用一條修

4、總結與展望

本文對當前提出的各種應用于WSN網絡MAC協議的節能技術進行研究與分析，得出結論： 由于不同應用場合對網絡的要求不同，對MAC協議來說。不存在一種適用于所有WSN網絡應用的節能技術，也沒有哪種節能技術在各方面明顯強于其他技術。未來WSN網絡MAC協議的節能策略必 將是各種節能技術的有效結合。在考慮各方面制約 的前提下，應最大限度延長網絡的生命周期。本文認為，未來WSN網絡MAC協議節能技術的進一步研究策略和發展趨勢是：a)利用新興的壓縮傳感技術 進一步提高數據融合的效率，減少幀的傳送數量，降 低沖突的概率，降低能量消耗ob)利用新興的社會感知技術協調節點間的工作關系，使節點的工作占空比、無線功率與周圍環境相適應，提高協作效率，減少能量消耗。c)WSN網絡針對不同的應用顯示出了不同的網絡特性。所設計的節能技術應該盡量確保MAC協議適應不同應用的各種流量模式。d)現有 研究成果的驗證往往局限于仿真實驗?；蛘呤窃趯嶒炇冶憩F良好。但是缺少實際環境的驗證。因此，未 來的MAC協議節能技術需要綜合考慮實際拓撲、不對稱鏈路和環境噪音等因素，研究基于真實物理通信環境的節能技術，提高WSN網絡的實際部署能力。