专利名称：Pstn-ip双网协作通信的交换控制方法
技术领域：
本发明涉及一种PSTN-IP双网协作通信控制方法，尤其涉及一种用于PSTN-IP双网协作多媒体电话终端之间的多媒体通信控制方法，其核心是以PSTN电话号码作为多媒体电话终端的标识，并动态映射到IP地址，然后进行网络寻址解释、交换信息元、执行控制信令的方法，属于利用PSTN线路进行辅助认证与交换的软交换技术。
背景技术：
IP可视电话可通过IP网同时传送音频、视频两种信号，从而实现多媒体可视通信，由于难以同时兼顾两种信号的高质量传输，使得目前IP可视电话的话音质量一般不
尚O基于IP网的多媒体通讯有两个主要的标准协议套一个是H. 323，是国际电信联盟(ITU)用于音频、视频和在数据包(IP)网络上共享数据的总括标准，另一个是SIP(会话起始协议)，是IETF (互联网工程任务组)制定的多媒体信号协议。这两个标准已经广泛应用于可视电话及视讯会议的通信，但是，H. 323和SIP协议都不能很好地解决上述问题。通过PSTN电路交换网传送音频、通过IP网传送视频和数据，可以充分利用不同网路的优势，很好地分别控制语音和视频的传输，从而提高多媒体通信质量，但如何使IP网和PSTN电路交换网很好地融合、协作，目前为止还缺少相应的有效的融合交换技术。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种双网协作通信的交换控制方法，可实现通过PSTN电路交换网传送音频信号，利用PSTN电话号码作为多媒体电话终端的定位标识，利用IP网的服务器系统进行动态IP寻址、交换信息、建立IP网上的区内和跨区的非音频通信连接、基于IP网的非音频通信以及多媒体电话终端入网管理和计费管理。本发明所采用的主要技术方案是一种PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，用于PSTN-IP双网协作多媒体电话终端间的非音频通信控制，其特征在于以PSTN电话拨号发起通信连接，以电话号码作为所述多媒体电话终端的定位标识，利用IP网的服务器系统建立和维护所述多媒体电话终端的电话号码与IP地址之间的映射关系、完成所述多媒体电话终端间的IP寻址与交换，最终在所述多媒体电话终端间建立基于IP网的非音频通信连接并进行非音频通信。在所述多媒体电话终端间建立基于IP网的非音频通信连接的协议过程为(1)主叫方多媒体电话终端摘机拨号时向所述服务器系统发送包含其电话号码和网络地址的用户信息和拨号信息，被叫方多媒体电话终端收到振铃后向所述服务器系统发送包含其电话号码和网络地址的用户信息和来电号码信息，分别打通主、被叫方多媒体电话终端到所述服务器系统的通路，并更新服务器系统上的用户电话号码与网络地址间的映射关系；(2) 主、被叫方多媒体电话终端经所述服务器系统中介交换取得基于IP网进行信息传输的目标网络地址，即实现IP寻址与交换；(3)主、被叫方多媒体电话终端以各自所获得的目标网络地址为地址，发送通信连接帧以打通主、被叫方多媒体电话终端间的非音频通信连接通路。所述PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法还包括PSTN电路辅助认证，所述PSTN 电路辅助认证方法为被叫方多媒体电话终端收到振铃后，在本地建立由PSTN主叫电话号和PSTN主叫拨号组成的PSTN电路辅助认证的通信信息对，当被叫方多媒体电话终端在收到后续的各次数据帧时，首先将所述PSTN电路辅助认证的通信信息对与数据帧帧头的主、 被叫号码进行比对，如果信息不相符，直接丢掉相应的数据帧，如果相符，再进行后续操作。所述PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法还可以包括对多媒体电话终端的入/ 退网控制协议、计费信息采集协议。对所述登录注册信息和/或所述计费信息采集协议信息，优选采用多媒体电话终端与相应服务器共享的密钥加密后传送。本发明的有益效果是1、利用电话号码作为PSTN-IP双网协作多媒体电话终端的定位标识，动态映射到 IP地址，对用户拨号的电话号码进行即时IP解释寻址，并进行网络逻辑交换，实现了音频和视频分别由PSTN电路交换网和IP网传输的双网协作通信；2、音频和视频分别由PSTN电路交换网和IP网传输，避免了音频和视频经同一传输通道传输时为了兼顾二者而引起的不利影响，既保证了语音通信的低延时和高质性，还满足了视频通信的低延时、高质量以及大数据量需求；3、建立了基于IP网的非音频通信连接协议实现了内网防火墙NAT的穿透，使多媒体电话终端在IP网上的连接、视频通信、信息采集、业务计费和过程控制得以顺利完成，实现了对多媒体电话终端入网使用的控制管理和通信计费等；4、通过区域链路传播及中心集中控制方式可实现跨区交换及多区域管理，由此可以进行电话区段号配置多服务器处理、单服务器配置处理多区段号和分布式区域服务器群的灵活并网。
图1为本发明的PSTN-IP协作通信示意图2为本发明的网络交换的基本原理示意图3为本发明的区内不需中间转发的通信连接协作图
图4为本发明的区内需要中间转发的通信连接协作图
图5为本发明的跨区通信连接协作图6为本发明的登录注册过程示意图7为本发明的终端登录注册入网流程图8为本发明的终端注销退网流程图9为本发明的视频通信计费采集协作图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明是一种PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，用于PSTN-IP 双网协作多媒体电话终端间的非音频通信控制，其特征在于以PSTN电话拨号发起通信连接，以电话号码作为所述多媒体电话终端的定位标识，利用IP网的服务器系统建立和维护所述多媒体电话终端的电话号码与IP地址之间的映射关系、完成所述多媒体电话终端间的IP寻址与交换，最终在所述多媒体电话终端间建立基于IP网的非音频通信连接并进行非音频通信。所述服务器系统的核心组成部分是交换服务器系统，所述交换服务器系统包括一个或多个区域交换区域服务器，用于对其所服务区域的多媒体电话终端提供网络逻辑交换、通信身份鉴别、密钥生成与交换等服务，同时，为可视通话的双方保持中间会话状态数据。所述区域交换服务器各自保存并维护有用于登记和更新多媒体电话终端的IP信息与电话号码间映射关系的区域交换逻辑表和用于记录各在线区域交换服务器的地址信息及其所服务区域的国家号和区号信息的在线区域服务器信息表。所述区域交换逻辑表中还设有是否中间转发字段，当该字段的值为真，表示需要中间转发。所述区域交换服务器还可以保存和维护有当前可视会话队列，用于记录所有正在进行的可视会话并对其进行计时管理，可为计费管理提供基础数据。所述服务器系统还可以包括中间转发服务器，当区域交换服务器需要时，与中间转发服务器协商，建立中间转发状态记录，以维护通信链路，实现可视通话的中间转发。所述中间转发服务器保存和维护有含有主、被叫方多媒体电话终端的用户信息的转发状态记录表，用于记录转发通信链路两端多媒体电话终端的对应关系。所述服务器系统还可以包括登录注册服务器和综合业务支撑服务器，提供多媒体电话终端的入网管理、计费管理等服务。本发明的网络交换的基本原理如图2所示，多媒体电话终端与服务器系统间通信主要有三大过程(1)中介交换多媒体电话终端A、B的信息，协助建立基于IP网的网络连接；( 通信身份鉴别、通信密钥生成与交换；C3)监控多媒体电话终端A、B可视通信状态， 提供计费等所需数据。本发明的核心协议是在所述多媒体电话终端间建立基于IP网的非音频通信连接的协议，该协议过程为(1)主叫方多媒体电话终端摘机拨号时向所述服务器系统发送包含其电话号码和网络地址的用户信息和拨号信息，被叫方多媒体电话终端收到振铃后向所述服务器系统发送包含其电话号码和网络地址的用户信息和来电号码信息，分别打通主、 被叫方多媒体电话终端到所述服务器系统的通路，并更新服务器系统上的用户电话号码与网络地址间的映射关系；( 主、被叫方多媒体电话终端经所述服务器系统中介交换取得基于IP网进行信息传输的目标网络地址，即实现IP寻址与交换；(3)主、被叫方多媒体电话终端以各自所获得的目标网络地址为地址，发送通信连接帧以打通主、被叫方多媒体电话终端间的非音频通信连接通路。根据实际通信需要，本发明的建立基于IP网的非音频通信连接的协议可适应于区内通信和跨区通信，还可适应于不需中间转发和需要中间转发的情形。当主、被叫方多媒体电话终端位于同一个交换区域(一般为一个电话区号)时，二者间的通信为区内通信，不在同一个交换区域(一般为一个电话区号)时，由于二者间的通信跨出了交换区域的边界， 即为跨区通信。区域交换服务器首先要对主叫方多媒体电话终端所发起的通信请求属于区内通信还是跨区通信进行判断，在正式建立通信连接前还要对是否需要中间转发进行检查和判断。
针对上述各种情形所对应的协议过程，下面结合附图3、4和5，通过具体实施例进行说明，为了简化表达，将主、被叫方多媒体电话终端分别称为终端A和B，将主、被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器分别称作交换服务器SA和SB，对于跨区通信，交换服务器SA和SB为不同的区域交换服务器，对于区内通信，为同一个区域交换服务器，可直接称之为交换服务器。不需中间转发的区内通信连接协议过程为1)终端A摘机拨号时，经硬件捕获所拨出的号码szPhoneB，向终端A、B共同所属区域的交换服务器发送拨号请求通信帧，每按一次键发送一帧。此帧有两个作用打通终端 A到该交换服务器的通路(穿透NAT，如果有NAT)，向该交换服务器发送终端A的用户信息及拨号信息，请求交换，数据内容包含本机ID、本机号码、已拨号码、本机内网IP+端口、本机外网IP+端口，其中，已拨号码属于拨号信息，本机内网IP+端口、本机外网IP+端口属于用户信息中的网络地址信息。2)终端B收到振铃后，从硬件中断进程中取到PSTN主叫电话号及主叫拨号，在终端B本地建立PSTN电路辅助认证的通信信息对(PSTN主叫电话号，PSTN主叫拨号)，供后续各步通信帧的认证使用，终端B在收到后续的各数据帧时，首先进行电路辅助认证的通信信息对与帧头的主叫号、被叫号的比对，直接丢掉信息不相符的数据帧。构造PSTN振铃响应数据帧，向该交换服务器发出PSTN振铃响应帧。此帧有两个作用打通终端B到该交换服务器的通路(穿透NAT，如果有NAT)，向该交换服务器发送终端B的信息及来电号码，请求交换服务器验证交换，数据内容包含本机ID、本机号码、来电号码、本机内网IP+端口、 本机外网IP+端口。3)所述交换服务器收到拨号请求通信帧后，从帧中取出所需信息更新到区域交换逻辑表中，登记终端A的IP信息与电话号码的映射关系。接着，把拨号请求通信帧中的已拨号码与在线区域服务器信息表中的国家号、区号进行匹配处理，把已拨号码分解为国家号、地区号、本地号，判断是区内通信还是跨区通信。如果是本地区域服务器辖区内的区内通信过程，把终端A信息及拨号放入拨号请求等待队列(等待队列需要定时维护，清除超时请求)。然后，向终端A发送请求通信响应帧(此帧可省)。4)所述交换服务器收到终端B的PSTN振铃响应帧后，从帧中取信息更新到区域交换逻辑表中，特别是终端B的IP信息与电话号码的映射关系。同时，根据PSTN振铃响应帧中的来电号码检索拨号请求等待队列，查找到终端A的信息，此过程相当于PSTN振铃验证了 AB间的通信请求，确认终端A、B间的通信关系，从而实现网络寻址。然后，检索区域交换逻辑表，取出终端A的信息(机身ID、内IP+端口、外IP+端口、电话号码)，构造连接发起帧，向终端B发送，取出终端B的信息(机身ID、内IP+端口、外IP+端口、电话号码)，构造连接发起帧，向终端A发送，从而实现网络寻址与交换。5)终端A接收到连接发起帧，取得终端B的信息，特别是B的IP地址信息，构造一个通信连接帧，内容任意，发送给终端B，它的功能是打通终端A到终端B的通路(如果终端 A在内网，有防火墙NAT)。终端B接收到连接发起帧，取得终端A的信息，特别是终端A的 IP地址信息，构造一个通信连接帧，内容任意，发送给终端A，它的功能是打终端B到终端A 的通路(如果B终端在内网，有防火墙NAT)，到此，终端A、B相互知悉对方的IP地址信息， 且穿透NAT的通路也已打通，作好了通信准备。
不需中间转发的跨区通信连接协议过程为1)终端A摘机拨号时，经硬件捕获所拨出的号码szPhoneB，向交换服务器SA发送拨号请求通信帧，每按一次键发送一帧。此帧有两个作用打通终端A到交换服务器SA的通路(穿透NAT，如果有NAT)，向交换服务器SA发送终端A的信息及已拨号码信息，请求交换，数据内容包含本机ID、本机号码、已拨号码、本机内网IP+端口、本机外网IP+端口。2)终端B收到振铃后，从硬件中断进程中取到PSTN主叫电话号及主叫拨号，在终端B本地建立PSTN电路辅助认证的通信信息对(PSTN主叫电话号，PSTN主叫拨号)，供后续各步通信帧的认证使用，终端B在收到后续的各数据帧时，首先进行电路辅助认证的通信信息与帧头的主叫号、被叫号的比对，直接丢掉信息不相符的数据帧(后面各帧处理将不再说明帧电路辅助认证过程)。构造PSTN振铃响应数据帧，向交换服务器SB发出PSTN振铃响应帧。此帧有两个作用打通终端B到交换服务器SB的通路(穿透NAT，如果有NAT)， 向交换服务器SB发送终端B的信息及来电号码，请求交换服务器SB验证交换，数据内容包含本机ID、本机号码、来电号码、本机内网IP+端口、本机外网IP+端口。3)交换服务器SA收到拨号请求通信帧后，从帧中取所需信息更新到区域交换逻辑表中，登记终端A的IP信息与电话号码的映射关系。接着，把拨号请求通信帧中的已拨号码与在线区域服务器信息表中的国家号、区号进行匹配处理，把已拨号码分解为国家号、 地区号、本地号，判断是区内通信还是跨区通信。如果是跨区通信，即终端B处于某跨区域的交换服务器管辖范围，则按国家号+区号从在线区域服务器信息表中查出终端B所在区域的交换服务器SB的地址，并向交换服务器SB转发拨号通信请求帧。4)交换服务器SB收到交换服务器SA转发来的拨号通信请求帧，从帧中取出终端 A的信息及拨号信息，放入拨号请求等待队列(等待队列需要定时维护，清除超时请求)。然后，向交换服务器SA发送跨区拨号请求响应帧(此帧可省)，交换服务器SA收到后，向终端 A发送请求通信响应帧(此帧可省)。5)交换服务器SB收到终端B的PSTN振铃响应帧后，从帧中取所需信息更新到区域交换逻辑表中，特别是登记终端B的IP信息与电话号码的映射关系。同时，根据PSTN 振铃响应帧中的来电号码检索拨号请求等待队列，如查找到终端A的信息，此过程相当于 PSTN振铃验证了终端A、B间的通信请求，确认了终端A、B间的通信关系。然后，检索区域交换逻辑表，取出终端A的信息(机身ID、内IP+端口、外IP+端口、电话号码)，构造连接发起帧，向终端B发送，取出终端B的信息(机身ID、内IP+端口、外IP+端口、电话号码)， 构造连接发起帧，向交换服务器SA发送，交换服务器SA转发到终端A，从而实现了网络交换。6)终端A接收到连接发起帧，取得终端B的信息，特别是B的IP地址信息，构造一个通信连接，帧内容任意，发送给终端B，它的功能是打通终端A到B的通路(如果终端A 在内网，有防火墙NAT)。终端B接收到连接发起帧，取得终端A的信息，特别是终端A的IP 地址信息，构造一个通信连接帧，帧内容任意，发送给终端A，它的功能是打通终端B到A的通路(如果终端B在内网，有防火墙NAT)，到此终端A、B相互知悉对方的IP地址信息，且穿透NAT的通路也已打通，作好了通信准备。当终端A、B都位于非锥形NAT内部时，由于不同的会话连接，NAT的外端口不同， 必须依赖于中间转发服务器的帮助，才能在终端A、B间进行通信，即需要中间转发。要实现中间转发，需要在区域交换逻辑表中设置是否中间转发的信息字段，并需要借助中间转发服务器搭建通信链路。为了简化终端通信过程，对多媒体电话终端透明，所有的动作都在服务器系统内进行，终端的过程不需任何改动，采用伪装策略，使得终端A和B均将中间转发服务器认作自己的对端，即，对终端A来说，把中间转发服务器伪成终端B，对终端B来说，把中间转发服务器伪成终端A。下面基于区内通信来说明需要中间转发与不需中间转发的通信链路建立过程的主要区别，需要中间转发时，所述用户信息还包括多媒体电话终端的ID信息。1)交换服务器在向终端A、B发送连接发起帧前，先检查终端A、B是否都位于内网 (内网IP兴外网IP)，区域交换逻辑表中的是否中间转发字段的值是否为TRUE，如果A、B是都位于内网，且是否中间转发字段值为TRUE，则判断为需要中间转发。交换服务器向中间转发服务器发送中间转发申请帧，发出中介申请。中间转发申请帧中包含终端A和B的用户 fn息ο2)中间转发服务器向交换服务器发送中间转发申请响应帧，响应中介申请，将其自身可使用的中介网络信息(IP+端口)告诉给交换服务器，同时，从收到的中间转发申请帧取出终端A及B的网络信息(IP+端口)，生成终端A、B间转发的状态记录(A:IP+端口， B :IP+端口)，写入转发状态记录表(是中间转发服务器中设置的一个用于描述当前有效链路的路由表，优选设有终端A和B的ID、电话号码、IP地址、端口地址字段)，进入终端A、B 的中间转发状态，做好终端A、B间通信的中间转发的准备。中间转发申请响应帧中封装有中间转发服务器的转发接收端口、转发发送端口和中间转发服务器IP信息。 3)交换服务器取出中间转发申请响应帧中的中间转发服务器的网络地址信息，用中间转发服务器的网络地址信息(IP+端口)替换要发给终端B的连接发起帧中的终端A 的网络地址信息(IP+端口)，发送给终端B ；用中间转发服务器的网络地址信息(IP+端口) 替换要发给终端A的连接发起帧中的终端B的网络地址信息(IP+端口)，发送给终端A ；4)终端A、B从各自收到的连接发起帧中取出中间转发服务器的网络地址并以该地址为目标地址，发送通信连接帧，中间转发服务器收到双方的通信连接帧后，用中间转发服务器的网络地址替换原通信连接帧的源地址，分别用终端A、B的网络地址替换来自终端 B、A的通信连接帧的目标地址，向网络中转发，打通终端A、B间经由中间转发服务器的通路。对于跨区通信中需要中间转发的情形，与区内通信的中间转发不同的是，交换服务器SB在向交换服务器SA和终端B发送连接发起帧前，先进行是否中间转发的判断，如果需要中间转发，交换服务器SB向中间转发服务器发送中间转发申请帧，发出中介申请。交换服务器SB取出中间转发申请响应帧中的中间转发服务器的网络地址信息， 用中间转发服务器的网络地址信息(IP+端口)替换要发给终端B的连接发起帧中的终端 A的网络地址信息(IP+端口)，发送给终端B，用中间转发服务器的网络地址信息替换要发给终端A的连接发起帧中的终端B的网络地址信息(IP+端口)，发送给交换服务器SA，交换服务器SA再将其转发给终端A ；采用中间转发的通信手段还可以用于某种特殊场合，如为住在某小区的重要人物提供“不计成本的服务”。主、被叫方多媒体电话终端间通信通路被打通后，即可进行非音频通信。对于不需中间转发的通信来说，终端A、B直接以对方的网络地址为目标地址发送信息。对于需要中间转发的通信，终端A、B先以中间转发服务器的网络地址为目标地址发送包，当中间转发服务器收到来自终端A或B的包时，根据包的源IP地址及端口，检索转发状态记录表，如果需要转发，取出终端B或A的网络地址信息替换来自终端A或B的包的目标地址，用中间转发服务器自身的网络地址替换所述包的源地址(包括IP及端口)向终端B或A转发，同时， 复位超时计时。转发状态一直保持到挂机或超时，可视通话结束。终端A挂机，交换服务器收到终端A发来的视频连接协商请求帧(中止)通信中止帧(该帧含有终端A和B的ID 信息)，然后对中间转发服务器发出中介结束命令时，或者，超过时间(如10秒钟)没收到要转发的包，则中止转发，中间转发服务器清除相应的转发状态记录。为了对多媒体电话终端的入网进行管理控制，终端入网时需要向登录注册服务器登录注册，只有通过登录注册的终端才能进行正常的视讯通信交换。上传从PSTN线路采集到的电话号码和对多媒体电话终端机器内ID到登录注网服务器，进行入网合法性验证，从而起动或拒绝服务器端的业务交换服务，并通过心跳机制保持状态。实现该目的涉及终端向登录注册服务器登录注册入网和终端向登录注册服务器注销退网两个过程，分别对应入网控制协议和退网控制协议。入网时，用户在营业前台进行业务登记，业务信息进入业务系统，终端会向注册服务器请求入网，如图6、7所示，所述入网控制协议过程为(1)多媒体电话终端向登录注册服务器发送登录注册信息，申请登录注册，所述登录注册信息包括所述多媒体电话终端的电话号码、ID、内网IP、网络接入类型(可选)、上行网络带宽(可选)和下行网络带宽(可选)信息，还可以包含电话区号和终端软件版本信肩、ο(2)登录注册服务器从综合业务支撑服务器读取用户信息，进行绑定检查和开通条件检查，验证登录合法性，不合法，则否决登录注册。绑定检查包括(a)按话机ID查询用户设备信息表(在话机配送、前台营业过程中录入生成)，判断是否需要区域绑定(话机只能在某区域使用)，如“区域绑定”字段值为“是”，查看“电话区号、电话号码”是否匹配绑定区域，不符合区域绑定要求，则否决登录注册，不要求区域绑定时，不做检查；(b)接着查看用户设备信息表的“话机电话号码绑定”字段，检查话机ID是否绑定到某个电话号码，不符合绑定要求，则否决登录注册，不要求绑定时，不做进一步检查。开通条件检查包括查看用户设备信息表的“是否要用户检查”字段，按“电话区号、电话号码”查阅用户开户信息， 判断是否符合开通条件，如是否欠费等。(3)验证登录合法性通过后，登录注册服务器将多媒体电话终端的登录注册信息写入或更新到交换服务器的区域交换逻辑表中，登录注册服务器向多媒体电话终端发送登录注册响应信息，通知登录注册成功；如果登录注册失败，登录注册服务器也向终端返回信息，并详细描述失败原因，提出问题解决建议。终端可以向登录注册服务器重复多次登录注册，后续的登录注册信息覆盖前面的，最后一次信息有效。登录注册成功后，终端的网络信息写入或更新到网络交换用的区域交换逻辑表中。终端退网与入网是互为逆过程，退网时有两种途径一，用户在前台办理了退网， 由综合业务支撑系统的业务服务器直接向登录注册服务器发起退网的注销申请；二，终端向登录注册服务器发起退网的注销申请，如图8所示，第二种途径的所述退网控制协议过程为(1)多媒体电话终端向登录注册服务器发送包含电话号码和ID的本机信息，请求注销；(2)登录注册服务器从综合业务支撑服务器读取用户信息，验证用户身份，验证通过后通知交换服务器删除区域交换逻辑表中请求注销的多媒体电话终端的网络信息的记录，登录注册服务器向多媒体电话终端发送注销响应信息，通知注销成功。所述登录注册服务器上也提供手工强行的注销和禁止登录注册操作。为了实现通信计费，本发明的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法还包括以主叫方多媒体电话终端为发起方的计费信息采集协议，如图9所示，其核心用于多媒体通信的计时，包含以下步骤(1)视频通话开始，主叫方多媒体电话终端向主叫区域交换服务器SA发送“视频连接计时请求”巾贞，请求开始计时，主叫区域交换服务器SA将会话及计费状态等信息插入到当前可视会话队列中；(2)每隔时间Tl (优选为30秒钟)，主叫方多媒体电话终端向主叫区域交换服务器SA发送在线心跳信息，主叫区域交换服务器SA更新当前可视会话队列中本会话的计时， 当收到主叫方多媒体电话终端发来的视频连接计时终止通知帧时，计时结束，数据记录入数据库；如果主叫区域交换服务器SA在T2时间(优选为60秒钟)内收不到主叫方多媒体电话终端发来的在线心跳信息，则认为会话已终止，总计时时间等于上次心跳计时时间加上Tl，信息从当前可视会话队列中删除，记录入数据库，其中，Tl <T2。通话结束，主叫方多媒体电话终端生成一个随机数，连同主叫方多媒体电话终端的ID —起，作为本次可视通信的会话ID，以便在主服务器端标识一次会话。区域交换逻辑表中优选包含如下字段区域ID、设备ID、设备编号、设备型号、硬件版本号、软件版本号、国家代码、区号、电话号码、用户姓名、鉴别密钥、设备状态、公网Ip 地址、公网IP端口、本地网Ip地址、本地网IP端口、本地网掩码、最近心跳时间、是否捆绑电话号、绑定电话号码、用户业务状态、用户业务类型、网络类型、是否中间转发、用户注册时间、通信会话ID、通信会话类别、拨号时间、开始时间、结束时间、发起方ID、接听方ID、发起方区域ID、发起方区号、发起方电话号码、接听方区域ID、接听方区号、接听方电话号码、 会话结束类型、发起方用户名、接听方用户名和是否中间转发。区域交换逻辑表中的字段可根据实际需要进行适当的增加或减少。出于安全和保证计费可靠的需要，优选采用多媒体电话终端与服务器共享的密钥加密(认证)，对所述登录注册信息和/或所述计费信息采集协议信息，采用多媒体电话终端与相应服务器共享的密钥加密后传送，并在多媒体电话终端的身份鉴别、密钥生成及信息交换过程中优选采用YAHAL0M安全协议。为说明情况，用Ka、Kb表示终端A、B与登录注册服务器共享的私有密钥，登录注册服务器拥有所有终端的私人密钥，用Aid、Bid表示终端A、B的ID，用&、Rb表示终端A、B生成的随机数，用来防止重放攻击，Kab是服务器为本次AB会话而随机生成的AB会话密钥。 EKab(RB)表示用密钥Kab对数据RB进行加密的密文。终端A、B在完成网络连通过程，进入通信后，开始身份鉴别及密钥交换协议过程，具体描述如下1)终端A产生随机数Ra，同时把Ra以及终端A的ID (机身码)发送给终端B [Aid，Ra]；2)终端B将终端A的ID、终端A的随机数Ra，自己产生的随机数Rb，一起用终端 B与服务器共享的密钥加密，将加密结果以及终端B的ID发送到登录注册服务器上[Bid, EKb(AID，Ra，Rb)]；3)登录注册服务器产生两个消息第一个消息终端B的ID、随机会话密钥K、终端A的随机数Ra、B的随机数Rb组成，并用它与A共享的密钥Ka加密:EKa(BID, Ra, Rb, Kab)。第二个消息终端A的机身码AID，随机会话密钥K组成，用它和终端B攻下密钥加密EKb(AID，Kab)。把上面两个消息同时发送给A [EKa (Bid, Ra, Rb, Kab)，EKb (Aid, Kab)]。4)终端A解密第一个消息，得知Kab，并确认Ra值是否与它在步骤1)时产生的值相同。用Kab加密Rb，与收到的第二个消息，一起发送给终端B :4. [EKb (AID，Kab)，EKab (Rb)]。5)终端B用Kb解密消息，取得Kab，确认&是否与它在步骤2中产生的值相同。终端B与终端A通信的安全性依赖于会话密钥Kab的安全，会话密钥应定期(优选30分钟)协商更新，密钥协商更新协议过程在终端A、B间进行，通信路径上不传递新旧密钥信息，新密钥由旧密钥进行一次MD5单向散列得到。跨区的身份鉴别、密钥交换协议与区内的身份鉴别、密钥交换协议的不同之处是1)所在区域的服务器收到终端B发来的信息“2. [BID，EKb(AID，RA，RB)]”后，生成终端AB的会话密钥Kab，同时，用终端A所在区域的服务器的公钥Ksa进行加密EKSA(BID，Ra, Rb，Kab)，用它与终端B共享的密钥加密EKb(AID，Kab)，然后一起发送给终端A所在区域的服务器。2)终端 A 所在区域的服务器收到"2. 2. [Eksa (Bid, Ra, Rb, Kab)，EKb (Aid, Kab)]，，后， 用私有密钥(公有体系)解密^a(Bid，Ra, Rb, Kab)，并用它与终端A共享的密钥再加密 EKa (Bid, Ra, Rb, Kab)，与 EKb (Aid, Kab) 一起发送给终端 A。本发明的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法包含了通信连接的协议过程、通信连接的中间转发协议过程、通信交换的安全协议过程、通信跨区连接的协议过程、通信跨区交换的安全协议过程、入/退网控制协议过程和多媒体通信计费信息采集协议过程，不仅有效地将音频和非音频(包括视频和数据信息)分开传输，让语音走PSTN网，视频及数据信息走IP网，保证音、视频通信都能达到较高质量，还解决了通信计费管理、通信安全和对多媒体电话终端的网络管理问题。用本发明所述方法优选用于建立基于IP网的非音频 P2P通信连接并进行非音频P2P通信，以便更充分地发挥P2P通信方式在多媒体传输方面的优势。
权利要求
1.一种PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，用于PSTN-IP双网协作多媒体电话终端间的非音频通信控制，其特征在于以PSTN电话拨号发起通信连接，以电话号码作为所述多媒体电话终端的定位标识，利用IP网的服务器系统建立和维护所述多媒体电话终端的电话号码与IP地址之间的映射关系、完成所述多媒体电话终端间的IP寻址与交换，最终在所述多媒体电话终端间建立基于IP网的非音频通信连接并进行非音频通信。
2.根据权利要求1所述的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，其特征在于在所述多媒体电话终端间建立基于IP网的非音频通信连接的协议过程为(1)主叫方多媒体电话终端摘机拨号时向所述服务器系统发送包含其电话号码和网络地址的用户信息和拨号信息，被叫方多媒体电话终端收到振铃后向所述服务器系统发送包含其电话号码和网络地址的用户信息和来电号码信息，分别打通主、被叫方多媒体电话终端到所述服务器系统的通路，更新服务器系统上的用户电话号码与网络地址间的映射关系；(2)主、被叫方多媒体电话终端经所述服务器系统中介交换取得基于IP网进行信息传输的目标网络地址，实现IP 寻址与交换；C3)主、被叫方多媒体电话终端以各自所获得的目标网络地址为地址，发送通信连接帧以打通主、被叫方多媒体电话终端间的非音频通信连接通路。
3.根据权利要求2所述的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，其特征在于所述服务器系统包括交换服务器系统，所述交换服务器系统包括一个或多个区域交换服务器，用于对其所服务区域的多媒体电话终端提供网络逻辑交换服务，所述区域交换服务器保存并维护用于登记和更新多媒体电话终端的IP信息与电话号码间映射关系的区域交换逻辑表和用于记录各在线区域交换服务器的地址信息及其所服务区域的国家号和区号信息的在线区域服务器信息表，所述建立基于IP网的非音频通信连接的具体步骤为(1)主叫方多媒体电话终端摘机拨号时，捕获所拨出的号码，向其所属区域的区域交换服务器发送含有其用户信息和已拨号码的拨号请求通信帧，打通主叫方多媒体电话终端到其所属区域的区域交换服务器的通路；(2)被叫方多媒体电话终端收到振铃后，从硬件中断进程中取到PSTN主叫电话号码及主叫拨号，向其所属区域的区域交换服务器发送含有其用户信息和来电号码的PSTN振铃响应帧，打通被叫方多媒体电话终端到其所属区域的区域交换服务器的通路；(3)主叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器从拨号请求通信帧中取出所需信息更新到区域交换逻辑表中，登记主叫方多媒体电话终端的IP信息与电话号码的映射关系，把拨号请求通信帧中的已拨号码与在线区域服务器信息表中的国家号、区号进行匹配处理，判断是区内通信还是跨区通信；(4)如果是跨区通信，主叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器从在线区域服务器信息表查出被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器的地址，并向该区域交换服务器转发拨号请求通信帧，该区域交换服务器收到PSTN振铃响应帧后，从中取出所需信息更新到其区域交换逻辑表中，登记被叫方多媒体电话终端的IP信息与电话号码的映射关系，然后检索区域交换逻辑表，取出主叫方多媒体电话终端的用户信息，构造对被叫方多媒体电话终端的连接发起帧，向被叫方多媒体电话终端发送，取出被叫方多媒体电话终端的用户信息，构造对主叫方多媒体电话终端的连接发起帧，向主叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器发送，主叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器转发连接发起帧到主叫方多媒体电话终端，实现IP寻址与交换；如果是区内通信，主、被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器为同一个区域交换服务器，该区域交换服务器收到PSTN振铃响应帧后，从中取出所需信息更新到区域交换逻辑表中，登记被叫方多媒体电话终端的IP信息与电话号码的映射关系，然后检索区域交换逻辑表，取出主叫方多媒体电话终端的用户信息，构造对被叫方多媒体电话终端的连接发起帧，向被叫方多媒体电话终端发送，取出被叫方多媒体电话终端的用户信息，构造对主叫方多媒体电话终端的连接发起帧，向主叫方多媒体电话终端发送，实现IP寻址与交换；(5)主、被叫方多媒体电话终端从收到的连接发起帧中取出对方的网络地址并以对方的网络地址作为目标地址，互发通信连接帧，打通双方间的通路。
4.根据权利要求3所述的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，其特征在于所述服务器系统还包括中间转发服务器，所述中间转发服务器保存和维护含有主、被叫方多媒体电话终端的用户信息的转发状态记录表，用于记录转发通信链路两端多媒体电话终端的对应关系，所述用户信息还包括多媒体电话终端的ID信息，所述区域交换逻辑表中还设有是否中间转发字段，所述区域交换服务器在向主、被叫方多媒体电话终端发送连接发起帧之前，先检查主、被叫方多媒体电话终端的内网信息和是否中间转发字段的值，如果主、被叫方多媒体电话终端都位于内网且是否中间转发字段的值为真，建立中间转发通道，进入如下有中介的IP寻址和交换过程对于区内通信，(a)主、被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器构造包含主、被叫方多媒体电话终端的用户信息的中间转发申请帧发送给中间转发服务器，中间转发服务器收到后从中取出所需信息写入转发状态记录表，并构造包含其自身的网络地址信息的中间转发申请响应帧返回给主、被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器；(b)主、被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器取出中间转发申请响应帧中的中间转发服务器的网络地址信息，用中间转发服务器的网络地址信息替换原发给被叫方多媒体电话终端的连接发起帧中的主叫方多媒体电话终端的网络地址信息，发送给被叫方多媒体电话终端，用中间转发服务器的网络地址信息替换原发给主叫方多媒体电话终端的连接发起帧中的被叫方多媒体电话终端的网络地址信息，发送给主叫方多媒体电话终端，实现中介的IP寻址和交换；对于跨区通信，(c)被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器构造包含主、被叫方多媒体电话终端的用户信息的中间转发申请帧发送给中间转发服务器，中间转发服务器收到后从中取出所需信息写入转发状态记录表，并构造包含其自身的网络地址信息的中间转发申请响应帧返回给被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器；(d)被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器取出中间转发申请响应帧中的中间转发服务器的网络地址信息，用中间转发服务器的网络地址信息替换要发给被叫方多媒体电话终端的连接发起帧中的主叫方多媒体电话终端的网络地址信息，发送给被叫方多媒体电话终端，用中间转发服务器的网络地址信息替换要发给主叫方多媒体电话终端的连接发起帧中的被叫方多媒体电话终端的网络地址信息，发送给主叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器，该区域交换服务器再将其转发给主叫方多媒体电话终端，实现有中介的IP寻址和交换；完成IP寻址和交换后，主、被叫方多媒体电话终端从各自收到的连接发起帧中取出中间转发服务器的网络地址并以该地址作为目标地址，发送通信连接帧，中间转发服务器收到双方的通信连接帧后，用中间转发服务器的网络地址替换该通信连接帧的源地址，分别用主、被叫方多媒体电话终端的网络地址替换来自被叫方多媒体电话终端和主叫方多媒体电话终端的通信连接帧的目标地址，向网络中转发，打通主、被叫方多媒体电话终端间经由中间转发服务器的通路。
5.根据权利要求4所述的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，其特征在于主、被叫方多媒体电话终端间的非音频通信过程为对于不需中间转发的通信，主、被叫方多媒体电话终端分别以对方的网络地址为目标地址发送信息；对于需要中间转发的通信，主、被叫方多媒体电话终端先以中间转发服务器的网络地址为目标地址发送信息，当中间转发服务器收到来自主叫方或被叫方多媒体电话终端的包时，根据包的源网络地址信息从转发状态记录表中检索到被叫方或主叫方多媒体电话终端的网络地址并替换包的目标地址，用中间转发服务器的网络地址替换包的源地址，分别向被叫方或主叫方多媒体电话终端转发。
6.根据权利要求5所述的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，其特征在于采用如下方法进行主、被叫方多媒体电话终端间的通信验证对于区内通信，主、被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器收到拨号请求通信帧后，取出主叫方多媒体电话终端的用户信息及拨号信息放入拨号请求等待队列，收到PSTN振铃响应帧后，根据PSTN振铃响应帧中的来电号码检索拨号请求等待队列，查找到主叫方多媒体电话终端的信息，以此验证主、被叫方多媒体电话终端间的通信请求；对于跨区通信，被叫方多媒体电话终端所属区域的区域交换服务器收到拨号请求通信帧后，从中取出主叫方多媒体电话终端的用户信息及拨号信息，放入拨号请求等待队列，收到PSTN振铃响应帧后，根据PSTN振铃响应帧中的来电号码检索拨号请求等待队列，查找到主叫方多媒体电话终端的信息，以此验证主、被叫方多媒体电话终端间的通信请求。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，其特征在于还包括PSTN电路辅助认证，所述PSTN电路辅助认证方法为被叫方多媒体电话终端收到振铃后，在本地建立由PSTN主叫电话号和PSTN主叫拨号组成的PSTN电路辅助认证的通信信息对，当被叫方多媒体电话终端在收到后续的各次数据帧时，首先将所述PSTN电路辅助认证的通信信息对与数据帧帧头的主、被叫号码进行比对，如果信息不相符，直接丢掉相应的数据帧，如果相符，再进行后续操作。
8.根据权利要求7所述的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，其特征在于还包括对多媒体电话终端的入/退网控制协议过程，所述入网控制协议过程为(1)多媒体电话终端向所述服务器系统中的登录注册服务器发送登录注册信息，申请登录注册，所述登录注册信息包括所述多媒体电话终端的电话号码、ID和内网IP信息；(2)登录注册服务器从所述服务器系统中的综合业务支撑服务器读取用户信息，进行绑定检查和开通条件检查，验证登录合法性，不合法，则否决登录注册；(3)验证登录合法性通过后，登录注册服务器将多媒体电话终端的登录注册信息写入或更新到交换服务器的区域交换逻辑表中，登录注册服务器向多媒体电话终端发送登录注册响应信息，通知登录注册成功；所述退网控制协议过程为(1)多媒体电话终端向登录注册服务器发送包含本机电话号码和ID的注销请求，请求注销；(2)登录注册服务器从综合业务支撑服务器读取用户信息，验证用户身份，验证通过后通知交换服务器删除区域交换逻辑表中请求注销的多媒体电话终端的网络信息的记录，登录注册服务器向多媒体电话终端发送注销响应信息，通知注销成功。
9.根据权利要求8所述的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，其特征在于区域交换服务器还保存和维护有当前可视会话队列，用于记录所有正在进行的可视会话并对其进行计时管理，所述PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法还包括计费信息采集协议，用于多媒体通信的计时，包含以下步骤(1)视频通话开始，主叫方多媒体电话终端向其所属区域的区域交换服务器发送视频连接计时请求帧，请求开始计时，该区域交换服务器将会话及计费状态信息插入到当前可视会话队列中；(2)每隔时间Tl，主叫方多媒体电话终端向其所属区域的区域交换服务器发送在线心跳信息，该区域交换服务器更新当前可视会话队列中本会话的计时，当收到主叫方多媒体电话终端发来的视频连接计时终止通知帧时，计时结束，数据记录入数据库；如果在T2时间内收不到主叫方多媒体电话终端发来的在线心跳信息，则认为会话已终止，总计时时间等于上次心跳计时时间加上Tl，信息从当前可视会话队列中删除，记录入数据库，其中Tl < T2。
10.根据权利要求9所述的PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，其特征在于对所述登录注册信息和/或所述计费信息采集协议信息，采用多媒体电话终端与相应服务器共享的密钥加密后传送。
全文摘要
本发明涉及一种PSTN-IP双网协作通信的交换控制方法，用于PSTN-IP双网协作多媒体电话终端间的非音频通信控制，以PSTN电话拨号发起通信连接，以电话号码作为所述多媒体电话终端的定位标识，利用IP网的服务器系统进行PSTN电路辅助认证、动态IP寻址和交换，最终在所述多媒体电话终端间建立基于IP网的非音频通信连接并进行非音频通信，其核心为基于IP网的非音频通信连接协议，还包括入/退网控制协议、计费信息采集协议和安全控制协议。本发明提供了完整的非音频通信协议，实现了音频和视频分开由PSTN电路交换网和IP网传输，同时保证了语音通信的低延时和视频通信的高质性。
文档编号H04L29/12GK102307178SQ20111006344
公开日2012年1月4日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者廖永红, 陈建国 申请人:广州泛网视讯科技有限公司, 陈建国