CN110650260B - 一种网络终端音频内外网互通系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种网络终端音频内外网互通系统及方法，系统包括内外网安全网关，内外网安全网关由内外网分离式信令网关SGW及内外网分离式媒体网关MGW组成，其中SGW分为外网信令网关SGW‑A和内网信令网关SGW‑B，分别部署于外网和内网，SGW‑A、SGW‑B配合实现SIP信令交互，MGW分为外网媒体网关MGW‑A和MGW‑B内网媒体网关，分别部署于外网和内网，MGW‑A与MGW‑B通过E1板卡实现媒体流实时互通。本发明通过在在信息内网和信息外网部署外网安全网关和内网安全网关，并配合信息安全隔离装置的创新应用，实现移动互联网终端社会现有网络信令流和媒体流的安全接入。

Description

一种网络终端音频内外网互通系统及方法
技术领域
本发明属于网络终端音频通话技术领域，具体涉及一种网络终端音频内外网互通系统及方法。
背景技术
随着外网办公业务的增加，对移动通话的需求也日益增长，因此需要将国网公司行政交换网的通话业务向外网延伸，扩展使用范围，实现内外网终端电话互通。但是由于国网公司信息内外网通过隔离装置实现安全隔离，需以IP阻断的方式实现内外网数据准实时摆渡，导致基于IP链接的外网终端无法接入公司行政交换网。所以本发明专利针对该问题设计一种穿透装置和方法实现内外网的安全互通。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种网络终端音频内外网互通系统及方法，解决外网终端向内部IMS核心网访问的问题，实现多媒体通信业务的外网终端信令流和媒体流的安全接入。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种网络终端音频内外网互通系统，其特征是，包括内外网安全网关，内外网安全网关由内外网分离式信令网关SGW及内外网分离式媒体网关MGW组成，其中SGW分为外网信令网关SGW-A和内网信令网关SGW-B，分别部署于外网和内网，SGW-A、SGW-B配合实现SIP信令交互，MGW分为外网媒体网关MGW-A和MGW-B内网媒体网关，分别部署于外网和内网，MGW-A与MGW-B通过E1板卡实现媒体流实时互通。
进一步的，外网终端接入外网安全网关，内网安全网关与IMS核心网相连接。
进一步的，MGW-A与MGW-B采用IP阻断的PCM编码方式实现媒体流实时互通。
进一步的，SGW-A、SGW-B之间通过信息安全隔离装置进行交互，MGW-A与MGW-B之间通过信息安全隔离装置实现媒体流实时互通。
相应的，本发明还提供了一种网络终端音频内外网互通方法，其特征是，包括以下过程：
步骤1：外网终端注册过程：
外网终端向SGW-A注册，SGW-A将注册信令发送给SGW-B，再由SGW-B代理向SBC注册，完成外网终端向IMS核心网的注册；
步骤2：外网终端电话呼叫建立过程：
当外网终端作为主叫呼叫时，外网终端将呼叫SIP信令发送给SGW-A，SGW-A将呼叫SIP信令发送给SGW-B，再由SGW-B通过SBC转发给IMS核心网，由IMS核心网呼叫被叫，建立主被叫呼叫连接；
当外网终端作为被叫呼叫时，上述过程相反；
步骤3：外网终端电话呼叫媒体流交互过程：
外网终端将RTP媒体流发送给MGW-A，由MGW-A将RTP媒体流转换为PCM电路媒体流，并选用E1板卡中的一个空闲时隙发送至MGW-B，同时MGW-B在该时隙上接受PCM电路媒体流，并将其还原为RTP媒体流，然后将RTP媒体流转发给SBC，最后由SBC完成与被叫终端的媒体互通。
进一步的，MGW-A与MGW-B采用IP阻断的PCM编码方式实现媒体流实时互通。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过在在信息内网和信息外网部署外网安全网关和内网安全网关，并配合信息安全隔离装置的创新应用，实现移动互联网终端社会现有网络信令流和媒体流的安全接入。
附图说明
图1为本发明的网络拓扑图；
图2为本发明的物理连接图；
图3为本发明中注册流程图；
图4为本发明中电话呼叫流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提出的一种网络终端音频内外网互通系统包括内外网安全网关，内外网安全网关由内外网分离式信令网关（简称为SGW）及内外网分离式媒体网关（简称为MGW）组成，分离式SGW和分离式MGW作为内外安全网关的信令流和媒体流的传输模块，其中SGW分为SGW-A（外网信令网关）和SGW-B（内网信令网关），分别部署于外网和内网，SGW-A、SGW-B与“信息安全隔离装置”（国网公司用于信息内外网隔离的安全设备）配合实现SIP信令交互。MGW分为MGW-A（外网媒体网关）和MGW-B（内网媒体网关），分别部署于外网和内网，MGW-A与MGW-B通过E1板卡（现有的通信E1板卡，数字语音卡）采用IP阻断的电路PCM编码方式实现媒体流实时互通。
本发明的技术方案由信令的交互和媒体流的传输组成：
方法流程：
步骤1：外网终端注册过程。外网终端向SGW-A注册，SGW-A通过“信息安全隔离装置”将注册信令发送给SGW-B，再由SGW-B代理向SBC（会话边界控制器，部署于IMS核心网的边缘，为不同子网的语音信令和媒体提供控制功能）注册，完成外网终端向IMS核心网的注册。外网终端完成注册后可以作为主被叫进行语音通话。
步骤2：外网终端电话呼叫建立过程。当外网终端作为主叫呼叫时，外网终端将呼叫SIP（多媒体通信协议）信令发送给SGW-A，SGW-A通过“信息安全隔离装置”将呼叫SIP信令发送给SGW-B，再由SGW-B通过SBC转发给IMS核心网，由IMS核心网呼叫被叫，建立主被叫呼叫连接；当外网终端作为被叫呼叫时，上述过程相反。通过步骤2完成通话的信令交互，双方信令层面接通，但还无法听到双方的音频。
步骤3：外网终端电话呼叫媒体流交互过程。外网终端电话呼叫过程建立后，外网终端将RTP（实时传输协议）媒体流发送给MGW-A，由MGW-A将RTP媒体流转换为PCM（脉冲编码调制）电路媒体流，并选用E1板卡中的一个空闲时隙发送至MGW-B，同时MGW-B在该时隙上接受PCM电路媒体流，并将其还原为RTP媒体流，然后将RTP媒体流转发给SBC，最后由SBC完成与被叫终端的媒体互通。
本发明提出的内外网安全网关由内外网SGW及内外网MGW组成。SGW为移动终端提供注册信令转发、SIP 呼叫消息转发等功能，SGW本身不对注册用户做认证处理，注册认证、呼叫认证均转发给行政交换网做认证处理。
也就是说，若要实现内外网信令的接入，基于现有的内外网现状，无需对公司行政交换网做任何调整，只需要在公司外网署一台外网安全网关，并提供外网IP接入，内网部署一台内网安全网关，与IMS核心网相连接。网络拓扑图如图1所示，实际物理连接图如图2所示，内外网安全网关采用专有信令加密线路连接，用来传输信令消息。在内外网媒体流接入方面，内外网安全网关一一对应,外网安全网关和内网安全网关采用相同的端口实现同一路媒体流的媒体转发，端口分配与T1/E1板卡中时隙选择由相互的连接对应，通过E1板卡的时隙分配实现IP转电路E1的媒体映射转发。
外网终端的注册流程如图3所示，包括以下过程：
首先，外网终端发起注册请求到SGW-A，SGW-A通过“信息安全隔离装置”将注册信令发送给SGW-B，由SGW-B将注册信令发送给SBC，SBC转发注册消息到S-CSCF（呼叫会话控制，IMS核心网的核心控制单元），S-CSCF回复验证请求401给SBC，依次经过SGW-B、信息安全隔离装置、SGW-A，最终发送给外网终端；
外网终端收到认证请求401后，重新发送包含用户和密码的注册消息沿上述路径到S-CSCF；
S-CSCF验证用户通过后，返回200OK外网终端，则外网终端注册成功。
在注册成功后，即可以实现外网终端与内网终端语音通话，其呼叫流程如图4所示，以客户端A-客户端B之间的呼叫流程为例来说明呼叫流程，包括如下步骤：
（1）客户端A发送INVITE消息（呼叫请求，携带SDP描述媒体交互信息）到SGW-A，SGW-A向MGW-A查询是否有空闲端口，如果MGW-A没有空闲端口，则回复没有空闲端口，呼叫失败；如果MGW-A有空闲端口，由MGW-A分配空闲的2个端口，比如20000和20001，分别用于RTP（实时流媒体协议，用于音频流的传输）和RTCP（实时传输控制协议，用于控制RTP流的传输，端口号比RTP端口号大一）的传输，MGW-A将端口信息反馈给SGW-A。
SGW-A 修改SDP(会议描述协议，用于会话双方协商媒体编解码、媒体传输IP和端口等信息)中的IP地址和端口为MGW-A的IP和端口号20000，SGW-A修改SDP中的IP和端口是为了下一步中SGW-B进行相应的端口分配，然后SGW-A 将修改后的INVITE消息通过信息安全隔离装置发送给SGW-B。
MGW-A根据端口号20000选择E1板卡上的时隙用于媒体传输，每个E1板卡有30个时隙用于媒体传输，比如这里选择时隙一；
（2）SGW-B解析出INVITE消息中SDP里指定的RTP端口号20000，将RTP端口20000发送给MGW-B进行端口分配，由于MGW-A与MGW-B的端口一一对应，所以第一步中MGW-A分配端口成功后，MGW-B的端口分配也一定是成功的，且端口号为20000，
MGW-B根据端口号20000选择E1板卡上的时隙用于媒体传输，MGW-B选择的时隙与MGW-A选择的时隙也是一样的。
SGW-B将INVITE消息中SDP里的IP和端口修改为MGW-B的IP和端口号20000，这里修改的目的是让SBC（会话边界控制器，部署于IMS核心网边缘，是用户接入IMS核心网的入口点）后续与MGW-B进行音频数据交互；
（3）SGW-B转发INVITE消息到SBC, SBC将INVITE消息发送到S-CSCF；
（4）S-CSCF查找客户端B所属的SBC，通过其所属SBC转发INVITE消息到客户端B，客户端B返回180 Ring（振铃消息，不含SDP）到S-CSCF；
（5）S-CSCF通过SBC发送180 Ring到SGW-B；
（6）SGW-B转发180 Ring到SGW-A；
（7）SGW-A转发180 Ring到客户端A；
（8）客户端B返回200 OK（接通消息，包含SDP）到S-CSCF；
（9）S-CSCF转发200 OK到SBC再到SGW-B；
（10）SGW-B将200OK中SDP里SBC的IP、端口和音频能力集发送给MGW-B，通知MGW-B与SBC的该IP和端口进行媒体交互，使用音频能力集中指定的音频格式进行编解码，比如双方协商的音频格式为PCMA（脉冲编码调制A律）。SGW-B转发200 OK到SGW-A；
（11）SGW-A修改200OK SDP中的IP和端口为MGW-A的IP和端口号20000, 然后将200OK发送到客户端A；同时SGW-A将200 OK中SDP部分音频编码格式PCMA发送给MGW-A；
（12）客户端A发送ACK（呼叫建立的确认消息）到SGW-A；
（13）SGW-A转发ACK到SGW-B；
（14）SGW-B转发ACK到SBC再到S-CSCF；
（15）S-CSCF转发ACK到客户端B，至此客户端A和客户端B通过SIP信令完成音频数据传输的通道和音频数据的编解码格式的协商，客户端A和客户端B可以通过MGW-A、MGW-B、SBC完成音频流的交互；
（16）客户端A发送音频数据给MGW-A的20000端口；
（17）MGW-A根据PCMA格式对RTP音频数据解码，MGW-A音频数据转成标准的PCM发送到E1板卡时隙一中，MGW-B从E1板卡的时隙一中接收PCM音频数据，转换成步骤10中协商的PCMA格式，进行RTP封包发送到内网SBC上；反向依然，MGW-B将内网SBC发来的音频流进行解码为标准PCM数据通过E1时隙一发送到MGW-A上，MGW-A接收PCM音频数据，转换成PCMA格式，然后封包成RTP数据发送到终端A上。
对于E1板卡中时隙的分配：MGW-A和MGW-B根据端口号分配用于传输音频数据的E1时隙，MGW-A和MGW-B的分配规则一致，根据RTP端口的后两位除以二，得到E1时隙，MGW-A和MGW-B使用同样的端口用于一次通话，这样保证了媒体流在E1板卡的同一时隙中进行发送与接收。当E1板卡中的时隙使用完后，E1板卡会对使用完后的时隙进行释放，以便后来的用户可以使用该时隙进行媒体流的传输。
本发明通过在在信息内网和信息外网部署外网安全网关和内网安全网关，并配合信息安全隔离装置的创新应用，实现移动互联网终端社会现有网络信令流和媒体流的安全接入。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种网络终端音频内外网互通系统，其特征是，包括内外网安全网关，内外网安全网关由内外网分离式信令网关SGW及内外网分离式媒体网关MGW组成，其中SGW分为外网信令网关SGW-A和内网信令网关SGW-B，分别部署于外网和内网，SGW-A、SGW-B之间通过信息安全隔离装置进行交互，SGW-A、SGW-B配合实现SIP信令交互，MGW分为外网媒体网关MGW-A和MGW-B内网媒体网关，分别部署于外网和内网，MGW-A与MGW-B通过E1板卡实现媒体流实时互通；
互通方法包括以下过程：
步骤1：外网终端注册过程：
外网终端向SGW-A注册，SGW-A将注册信令发送给SGW-B，再由SGW-B代理向SBC注册，完成外网终端向IMS核心网的注册；
步骤2：外网终端电话呼叫建立过程：
当外网终端作为主叫呼叫时，外网终端将呼叫SIP信令发送给SGW-A，SGW-A将呼叫SIP信令发送给SGW-B，再由SGW-B通过SBC转发给IMS核心网，由IMS核心网呼叫被叫，建立主被叫呼叫连接；
当外网终端作为被叫呼叫时，上述过程相反；
步骤3：外网终端电话呼叫媒体流交互过程：
外网终端将RTP媒体流发送给MGW-A，由MGW-A将RTP媒体流转换为PCM电路媒体流，并选用E1板卡中的一个空闲时隙发送至MGW-B，同时MGW-B在该时隙上接受PCM电路媒体流，并将其还原为RTP媒体流，然后将RTP媒体流转发给SBC，最后由SBC完成与被叫终端的媒体互通。
2.根据权利要求1所述的一种网络终端音频内外网互通系统，其特征是，外网终端接入外网安全网关，内网安全网关与IMS核心网相连接。
3.根据权利要求1所述的一种网络终端音频内外网互通系统，其特征是，MGW-A与MGW-B采用IP阻断的PCM编码方式实现媒体流实时互通。
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