CN1516409A - 一种使媒体流穿越网络地址转换器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种使媒体流穿越网络地址转换器的方法：用户发起经过公网、私网的呼叫，多媒体呼叫控制器将远端媒体信息带给私网设备；私网设备通过协议交互流程获得远端媒体信息和本地媒体信息；若私网设备的媒体流状态是不允许发送，则通过获得的远端IP地址和端口，向远端用户发送包；NAT收到这些包后，在呼叫建立阶段动态分配公网地址和端口；BGW获得公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，在后续的信令交互过程中，使用经过NAT转换过的IP地址和端口号替换掉呼叫信令的数据部分中的IP地址和端口号；当呼叫成功建立后，BGW根据“映射关系”进行媒体包转发。本发明可为公、私网设备通话建立起“映射关系”，实现媒体顺利收发。
Description
技术领域
本发明涉及软交换技术领域，尤其涉及公网、私网对通技术领域。
背景技术
传统的通讯业务是采用电路交换技术，通话双方通过建立一条固定带宽的电路实现提供业务，这种方式下带宽利用率底，通讯的成本高，而且增值业务的开发、推广比较困难。
目前，许多新开发的多媒体通讯业务采用分组交换技术，承载网络是IP分组交换网络，比如因特网。分组交换的优点是网络利用率高，通讯的成本低，而且由于使用了开放式的架构，新业务的开发、推广比较快速。
当使用IP网络作为承载网络时，通常使用NAT(网络地址转换器)连接私网(或称内网、局域网)和公网(或称外网、因特网)。NAT即网络地址转换器或网络地址代理器，用来实现私有地址与公有地址的转换；私有地址是指内部局域网络的IP地址；公有地址是指局域网的外部IP地址。私有网络内的用户要使用外部网络的服务时，需要通过NAT得到一个公有地址和端口号，这个转换的对应关系记录在NAT(网络地址转换器)地址端口对应表中，包括私有的IP地址和发往外部的源端口号、以及由NAT分配的一个公有地址和端口号。在公网的节点看来，这个私网用户的地址就是NAT转换后的公网地址，如果要向这个私网用户发送数据，就直接发给这个公网地址和端口，NAT设备通过查询地址端口对应表中存储的对应关系，将数据转发给私网用户。
当用户使用IP网络提供的多媒体通讯业务时，如果主被叫用户在同一网络内，则不需要通过NAT设备，由于信令和媒体使用的IP地址和端口号在呼叫过程中可以确定的，所以主被叫用户都可以准确得到对端的IP地址和端口号，媒体流交互不存在问题。但是当主被叫用户不在同一网络内时，由于在公网中无法寻址到私网地址，因此需要通过NAT设备进行IP地址公私网转换。但是由于多媒体呼叫所采取的协议几乎都是在呼叫中动态协商对端IP地址和端口，因此当有NAT设备存在时，由于NAT只能转换包头的IP地址，不可能更换包净荷中的相关内容(其中包涵了私网的地址信息)，因此会遇到以下问题：
私网用户向公网用户发起呼叫时，可能会出现单通或无法通话；
公网用户向私网用户发起呼叫时，通话无法建立。
原因在于：当私网用户向公网用户发起呼叫时，由于信令通道所使用的IP地址和端口一般是固定不变的，而且信令是一直存在的，因此通过NAT转换，转换为公网IP地址和端口后，私网用户的呼叫信令可以正确发到公网，但由于呼叫信令在每次呼叫时才动态协商媒体端口，并在信令包中携带，因此信令包的数据部分中包含的媒体信息中的源地址和源端口号是属于私网的，NAT设备只能对IP包的源地址和源端口号进行转换，无法修改数据部分，所以被叫方无法获知主叫方的媒体信息，造成不通或单通；当公网用户向私网用户发起呼叫时，服务器查询到的被叫的呼叫信令使用的地址是私网地址，无法建立呼叫连接。
相关现有技术文献有：标题为“私有网络的IP语音业务实现方法及系统”的第01135610.3号中国专利申请，该专利文献描述的方法是通过增加地址代理服务器，并在私网终端登录阶段与地址代理服务器建立TCP/UDP(传输控制协议/用户数据包协议)数据连接，把私网终端和公网设备之间完成通话所需要建立的通道，包括呼叫信令通道和媒体通道，在登录阶段就预先建立，并用每个通道在经过NAT转换之后的源地址源端口号(公网地址)代替相应的私网地址，实际起到了预先建立呼叫信令通道和媒体通道的作用，来解决信令、媒体互通问题。该方法的缺点是：私网中的终端只要向公网中服务器注册，即使不进行呼叫也会占用大量的NAT公网资源，这会造成资源的浪费；另外，该方法为了弥补NAT协议中只能修改IP地址不能修改信令内容的缺点，对标准的呼叫协议(指MGCP媒体网关控制协议)进行了修改，不利于对通。
另外，也有的现有技术是通过一个BGW(边界网关设备)进行公私网地址转换和信令处理，而不仅仅通过NAT设备进行IP地址转换。BGW可以修改呼叫信令的数据部分中包含的媒体信息(包括IP地址和端口号)。BGW可以直接携带私网内的MG(媒体网关)设备，也可以通过NAT将私网中的MG进行一次转换后再接入。在BGW(边界网关设备)上存储了私网设备的IP地址和端口和公网的IP地址和端口的映射关系。呼叫信令的数据部分中的媒体信息经过NAT设备后，尽管其中的IP净荷部分没有被替换，但发给BGW时将替换为经过公网的IP地址和端口号，公网内的设备如果需要向私网设备发送包，将使用这个转换后的IP地址和端口号作为目的IP地址和端口号，映射关系在呼叫过程中建立，呼叫完成后，当来自公网设备的媒体流到来时，由BGW根据地址、端口映射关系将媒体流发到合适的NAT端口，再发到私网设备上，当需要把媒体流发到公网上时，媒体流首先发到NAT，再发到BGW设备上，BGW设备根据地址、端口映射关系使用合适的公网地址和端口号将媒体流发到公网上。不过，该现有技术存在以下缺陷：BGW只有在私网内的设备通过NAT发送过媒体包之后才能获得完整的主被叫用户的IP地址信息。如果私网设备状态始终不发媒体包(包括“只收不发”状或“不收不发”状态)，那么NAT就无法为这个媒体地址转换为一个对外的地址，BGW也就无法建立这种“映射关系”，那来自对端的媒体流将由于找不到地址而被丢弃，则私网设备将无法收到来自公网设备的媒体包，造成通话单通。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中公网、私网媒体流互通困难的问题，使媒体流在所有情况下都能够顺利穿越网络地址转换器。
本发明技术方案如下：
第一步：用户发起经过公网、私网的呼叫，多媒体呼叫控制器将远端媒体信息带给私网设备；
第二步：私网设备通过标准的协议交互流程获得远端媒体信息和本地媒体信息；
第三步：若私网设备的媒体流状态是允许发送，则媒体流正常交互；
第四步：若私网设备的媒体流状态是不允许发送，则通过获得的远端IP地址和端口，向远端用户发送包；
第五步：NAT收到这些包后，在呼叫建立阶段动态分配公网的地址和端口；
第六步：BGW获得公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，在后续的信令交互过程中，使用经过NAT转换过的IP地址和端口号替换掉呼叫信令的数据部分中的IP地址和端口号；
第七步：当呼叫成功建立后，BGW根据公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”进行媒体包转发；
第八步：当呼叫过程中，如果本端媒体流的状态没有被修改为允许发送状态，则定期重复第四步，以保持NAT设备中的映射。
本发明技术方案还包括第九步：当呼叫释放后，本端设备停止向NAT设备发送包，NAT设备将自动释放内部映射。
其中第七步中：当属于私网设备呼叫公网设备或其他私网设备流程时，媒体包到来时，BGW根据公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，把媒体包转发到NAT设备的适当的端口，再转发到私网设备上；当属于公网设备呼叫私网设备流程时，发送媒体包时，媒体包首先发到NAT设备上，再转发到BGW，BGW根据公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，把媒体包填上公网的IP地址和端口号，再转发到公网上。
其中第二步中：所述标准的协议包括H.248、MGCP、SIP、H.323等协议。
本发明通过私网设备在获得了远端媒体信息和本地媒体信息后就向对端用户设备发送包，从而促使NAT设备对该媒体流创建对应的对外地址，为通话建立起“映射关系”，实现媒体顺利收发，解决了现有技术中存在的公网、私网媒体流互通困难的问题。
另外本方法中，媒体流使用NAT，外网IP地址和端口是随着呼叫动态分配的，呼叫结束后会释放掉，不存在资源占用和浪费问题。
本方法可以适用于现有的标准协议中，如H.248、MGCP、SIP、H.323等，不需要对标准呼叫控制协议作任何修改，有利于不同厂家的设备互通。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是应用本发明方法的一个实施例的系统示意图。
具体实施方式
本发明特点在于：MG设备或IP电话终端在呼叫过程中，当本地、远端媒体信息完备，即本地IP、本地UDP端口、远端IP、远端UDP端口都存在时，就发出若干媒体包，促使NAT设备创建私网地址的映射关系，使BGW能够获得公、私网IP地址和UDP端口的映射关系，有足够的信息收发包。
请参照图1，本发明方法流程如下：
第一步：私网内的设备(即私网设备)经过NAT设备、BGW设备呼叫其它公网或私网的用户，多媒体呼叫控制器找到被叫用户，并将被叫用户的媒体信息(远端媒体信息)带给私网内的设备；或者是公网的用户在多媒体呼叫控制器的控制下，经过BGW设备、NAT设备呼叫私网内的设备上的用户，多媒体呼叫控制器找到被叫的用户并将主叫用户的媒体信息(远端媒体信息)带给私网内的设备；
第二步：私网内的设备通过标准的协议交互流程(如H.248、MGCP、SIP、H.323等)获得远端媒体信息和本地媒体信息(私网内的设备所知道的自身的媒体信息)；
第三步：如果私网中的设备的媒体流的状态是允许发送，则媒体流可以正常交互；
第四步：如果私网内的设备的媒体流的状态是不允许发送，则通过获得的远端IP地址和端口，向远端用户发送包；
第五步：NAT收到这些包后，在呼叫建立阶段动态分配公网的地址和端口：
第六步：BGW获得公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，在后续的信令交互过程中，使用经过NAT转换过的IP地址和端口号替换掉呼叫信令的数据部分中的IP地址和端口号；
第七步：当呼叫成功建立后，媒体包到来时，BGW根据公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，把媒体包转发到NAT设备的适当的端口，再转发到私网设备上；或者是发送媒体包时，媒体包首先发到NAT设备上，再转发到BGW，BGW根据公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，把媒体包填上公网的IP地址和端口号，再转发到公网上；
第八步：当呼叫过程中，如果本端媒体流的状态没有被修改为允许发送状态，则定期重复第四步，以保持NAT设备中的映射；
第九步：当呼叫释放后，本端设备停止向NAT设备发送包，NAT设备将会自动释放内部映射，这样NAT可以将资源留给其它多媒体呼叫使用。
图2为应用本发明方法的一个实施例的系统示意图，诚然，本发明还可以应用于除IAD(综合接入设备)外的其它媒体网关设备或IP多媒体终端设备。
步骤一：内网中的IAD上的用户摘机，信令通过NAT，再通过BGW被送到多媒体呼叫控制器；
步骤二：用户听拨号音，拨号，被叫号码被送到多媒体呼叫控制器；
步骤三：多媒体呼叫控制器找到被叫，发现是公网上的一个MG上的用户；
步骤四：多媒体呼叫控制器告知IAD媒体信息，IAD通过媒体端口发送包，包首先到达NAT；
步骤五：NAT为包动态创建外网地址和端口；
步骤六：包通过NAT被送到BGW；
步骤七：BGW提取包中的IP地址和端口信息，刷新数据映射关系；
步骤八：多媒体呼叫控制器对被叫振铃，通过MG向IAD用户发送回铃音，回铃音以媒体流的形式发送，首先被发送到BGW，再由BGW把媒体流发到合适的NAT端口；
步骤九：NAT将媒体流转发给IAD。
步骤十：IAD上的用户(主叫用户)听到回铃音；
步骤十一：MG上的用户(被叫用户)摘机，双方通话。
在步骤八之前，如果没有步骤四、步骤五、步骤六、步骤七等操作，BGW将无法知道把来自MG的媒体流发到NAT的哪个端口，而在本实施例中，BGW由于已经获得了正确的映射关系，NAT上的媒体通路已经打通，BGW将把媒体流发到合适的NAT端口。
Claims (5)
1、一种使媒体流穿越网络地址转换器的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：用户发起经过公网、私网的呼叫，多媒体呼叫控制器将远端媒体信息带给私网设备；
第二步：私网设备通过标准的协议交互流程获得远端媒体信息和本地媒体信息；
第三步：若私网设备的媒体流状态是允许发送，则媒体流正常交互；
第四步：若私网设备的媒体流状态是不允许发送，则通过获得的远端IP地址和端口，向远端用户发送包；
第五步：NAT收到这些包后，在呼叫建立阶段动态分配公网的地址和端口；
第六步：BGW获得公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，在后续的信令交互过程中，使用经过NAT转换过的IP地址和端口号替换掉呼叫信令的数据部分中的IP地址和端口号；
第七步：当呼叫成功建立后，BGW根据公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”进行媒体包转发；
第八步：当呼叫过程中，如果本端媒体流的状态没有被修改为允许发送状态，则定期重复第四步，以保持NAT设备中的映射。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括第九步：当呼叫释放后，本端设备停止向NAT设备发送包，NAT设备将自动释放内部映射。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于第七步中：当属于私网设备呼叫公网设备或其他私网设备流程时，媒体包到来时，BGW根据公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，把媒体包转发到NAT设备的适当的端口，再转发到私网设备上。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于第七步中：当属于公网设备呼叫私网设备流程时，发送媒体包时，媒体包首先发到NAT设备上，再转发到BGW，BGW根据公、私网IP地址和UDP端口的“映射关系”，把媒体包填上公网的IP地址和端口号，再转发到公网上。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于第二步中：所述标准的协议包括H.248、MGCP、SIP、H.323协议。
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