VoWLAN技術漸趨成熟 SIP結合802.11g將成主流

VoIP的使用如今廣為消費者認識，並已嚴重威脅傳統電話公司在固定線路的營業規畫，未來恐將分食不少傳統電話公司的固網業務；另一方面，VoIP已經迅速將其觸角延伸至無線領域，此類應用主要是將原本的VoIP通訊協定，加上802.11相關的WLAN技術所構成，稱為VoWLAN。VoWLAN的產品主要將是家用的無線電話、手持式裝置的無線通話，以及結合VoWLAN功能的雙模手機。  

目前看來，由於成本與耗電量的限制，VoWLAN應用的手持式裝置尚在醞釀期，而以取代家用無線電話的VoWLAN裝置—無線VoWLAN手機(Cordless VoWLAN Phone)看來最為可行。同時，由於無線VoWLAN手機的使用習慣與傳統家用無線電話相同，再加上WLAN產品已日漸深入家庭應用，將加速消費者使用無線VoWLAN手機的意願。  

實現VoWLAN的主要技術協定主要包括三個主要VoIP通信協定：H.323、MGCP與SIP，以及802.11相關的WLAN協定。目前看來，由SIP結合802.11g的產品將是主要潮流，假以時日，若能克服耗電與成本問題，使用VoWLAN通訊的雙模手機也將在市場上占有重要地位。  

H.323為VoIP設備主要傳輸規範  

H.323是針對區域網路上的即時影音與資料的傳輸協定，在1996年由國際電信聯盟(International Telecommunications Union, ITU)所提出。由於H.323標準並非針對VoIP量身打造的傳輸標準，在VoIP的使用上仍有諸多問題，1998年針對許多VoIP應用缺點改善而提出H.323 Version2，則成為目前廣為相關VoIP設備所接受的主要傳輸規範。  

H323是由一系列的子協定所構成(表1)，包括H.225、H.245、H.332與H.450等。H.225主要用於規範通訊的建立，H.245是規範控制通訊的協定，而H.332是規範大型電話會議的協定，H.450則是許多H.323附加通話功能的通話協定。  

H.323網路架構於WAN  

H.323主要架構於WAN結構(圖1)，一個WAN結構包括數個區域(Zone)，構成H.323通訊區域的主要元件包括：一個閘道管理員(Gatekeeper, GK)、許多的終端通話設備(Terminal)、許多的閘道(Gateway, GW)與許多的多點控制裝置(Multiple Control Unit, MCU)。  

各個元件的功能說明如下：終端通話設備是H.323通話網路的端點，用於和H.323網路的另一個終端通話設備、閘道或多點控制裝置，進行即時雙向通訊。此雙向通訊的內容包括：控制信號、通話指示音、動態影像與資料。閘道的作用，則是提供H.323網路中的終端通話設備與公眾交換電話網路(Public Switched Telephone Network, PSTN)的終端通話設備一個即時雙向的通話連結。多點控制裝置則是用來同時讓三個以上的終端通話設備或閘道建立通訊，以達到電話會議的功能。閘道管理員的作用，則是管理此通話區域內的所有元件間的位址轉譯、通話頻寬管理與閘道的定位。  

H.323通話流程使用多種協定  

典型的H.323協定通話流程，可用以下範例說明。整個通話過程的起始與結束，可分為七個過程(表2)，使用到的相關傳輸協定分別是RAS(Registration、Admission、Sataus；登錄、許可與狀態協定)、Q.931(處理通話的建立與終止)、H.245(協商通話容量與使用)與RTP(Real-Time Transport；即時傳輸協定)。  

在呼叫許可狀態時，主要的動作是傳送呼叫請求至閘道管理員端，當請求發出後，相對應的被要求通話端點會接收到通話位址，該位址是由Q.931形式編成的。  

在呼叫建立的狀態下，主要的動作是在欲通話的兩端點間建立通話，欲建立通話的端點在此時會收到被要求通話端點的位址，該位址以H.245編碼形式構成。  

端點容量協商與邏輯通道建立狀態的主要動作，是協商出合適的通話容量，在通話端點的雙方決定何者為主端(Master)，何者為從端(Slave)，並且在此兩端點間建立起邏輯通道。  

穩定通話狀態的主要動作是維持通話的正常運作。通道關閉狀態的主要動作是切斷邏輯通道，作用是在通話結束後，切斷先前建立的邏輯通道。停止通話狀態的主要動作是切斷之前的通話。最後是呼叫解除狀態，主要動作是釋放之前所有占用的通話資源。  

H.323的優點也是缺點  

H.323標準最大的優點就是有許多彈性的子協定構成整個VoIP功能，然而這也正是其缺點。由於許多VoIP設備廠商不須製作具備完整H.323標準的VoIP設備，即可讓VoIP設備於H.323網路中運作，如此一來，設備間的穩定性與相容性就成了很大的問題，而且目前並沒有明確針對此問題的檢測方法可供應用。  

此外，H.323原本是為了區域網路(LAN)中的多媒體視訊會議所定義的通訊標準，現在主要應用卻成為網路電話，許多網路電話應用的特殊技術問題，尚待未來新的技術標準來克服。  

MGCP協定能處理多種閘道傳輸  

美商貝爾通訊研究公司(Bellcore)於1998年提出簡易閘道控制協定協定(Simple Gateway Control Protocol, SGCP)與媒體閘道控制協定協定(Media Gateway Control Protocol, MGCP)，用以處理一般電話網路與網際網路之間的通訊，可處理語音信號與資料封包形式的通訊傳輸。  

此協定後來成為IETF網際網路草案(IETF Internet Draft)，在1999年10月由國際技術規範組織「網際網路工程工作特別小組(IETF)」提出，該規範名稱為IETF RFC 2705，能處理多種通訊網路閘道器的傳輸問題，包括：幹道閘道器(Trunking Gateways)、用戶端閘道器(Residential Gateways)以及其他閘道器功能的規範等。  

其中，幹道閘道器用來處理一般電話系統PSTN和網路電話系統間的信號轉換，完成此兩種通訊網路的有效連結，用戶端閘道器可以處理傳統類比電話介面和VoIP網路電話的介面轉換。這些閘道器的控制全交由通話代理裝置(Call Agent, CA)來處理，MGCP的網路結構採取主從式架構，MGCP網路通常包含有數個媒體閘道器(Media Gateway, MG)與一個CA，由於MG的控制、指揮與回應都由CA來處理，CA因此也稱作媒體閘道控制器(Media Gateway Controller, MGC)，MG和MGC之間的相關傳輸規範，就由MGCP來定義。  

若將MGCP和H.323兩個通訊規格加以比較，MGCP將H.323的閘道(GW)再細分為MGC、MG與訊號閘道(Signaling Gateway, SG)，透過更精細的通訊規範，MGCP將原本存在於H.323中PSTN網路與VoIP網路溝通困難的問題，進一步解決，以達到PSTN網路與VoIP網路更有效率的連結。  

SIP協定架構簡單易於實作  

由於H.323標準包含太多子協定，實際運作太過於複雜，哥倫比亞大學教授Henning Schulzrinne於1998年初發展一套新的網路電話標準，希望能夠提供較簡單且易於實作的網路電話標準。  

經過IETF多媒體會話控制協議工作小組(Multipart Multimedia Session Control, MMUSIC)討論後，於1999年制訂RFC 2543標準，主要用於網際網路會議或網路電話彼此之間的通訊，就是現今業界熟知的網路會議初始協定(Session Initiation Protocol, SIP)。  

這也是一種比較簡單的網路電話協定，由於SIP初期的規範相當簡單，許多電話服務功能都未包含在內，SIP2.0將考慮納入RFC 2848，補強SIP協定功能薄弱的問題，於2000年7月提出初版RFC 2543bis，2001年則發布了RFC3261版本。  

就SIP的通訊方式而言，有別於MGCP的主從式架構與H.323的點對點傳輸，SIP通訊協定在OSI七層網路架構中屬於應用層(Application Layer)，主要的作用就是用來建立、協調與終止網路多媒體會議的進行，實際的應用如網路電話、網路電話會議、視訊電話，以及網路視訊會議等。  

SIP傳輸協定具有以下幾個特點：(1)文字編碼：SIP的編碼精神類似HTTP1.1，直接使用文字來當作編碼，有別於H.323的二進位編碼方式，文字編碼的方式相對而言可以明確表示訊息內容。(2)主從架構：SIP協定所定義的網路傳輸元件，彼此是透過主從式架構來作通訊傳輸，由於使用HTTP方式的封包資料傳輸，和H.323的資料封包相比，除了應有的資料外，少了許多相關資訊，可簡化傳輸資料內容，較適合用於WAN環境中。(3)資料與訊號分別傳送：多媒體資料是由SDP負責描述，資料傳送則是由RTP、TCP與UDP等通訊協定規範。(4)可搭配IETF的相關協定使用：利用SDP來作多媒體資料描述，也可以利用HTTP1.1來擴充服務的內容。  

SIP協定的網路結構  

SIP協定的網路結構主要由使用者代理器(User Agent)、代理伺服器(Proxy Server)、重導向伺服器(Redirect Server)、登錄伺服器(Registrar Server)與位置伺服器(Location Server)構成其網路的主要元件。  

各元件的功能包括：(1)使用者代理器(User Agent)：使用者代理器是SIP網路的終端通信裝置，分為使用者代理委託(User Agent Client, UAC)與使用者代理伺服(User Agent Server, UAS)兩種工作模式，這兩種工作模式在整個通話會議的過程中，會不斷地切換，UA同時具有UAC與UAS的角色，以建立通訊會議，傳送多媒體資料，SIP的主從式架構迥異於大部分的主從式架構，其UA元件在通訊過程中，會在不同時間擔任主或從的角色，而非固定為主或從的角色。(2)代理伺服器(Proxy Server)：由UA發出的信號，或由其他代理伺服器發出的訊號，皆由代理伺服器接受，並且將它傳遞到要求的地點。(3)重導向伺服器(Redirect Server)：作用是接收UA或其它Proxy發出的訊號，經解讀後，傳出重導向回應(Redirection Response)，指出訊號該送往何處。(4)登錄伺服器(Registrar Server)：負責接收UA登錄請求，來更新位置伺服器中各UA的位置資訊。(5)位置伺服器(Location Server)：負責存放IP位置，或其他相關資料，UA必須透過Proxy、Redirection或Registrar來存取位置伺服器中的資料。  

SIP通訊由請求與回應訊息完成  

SIP的通訊是透過SIP訊息來完成，分為請求(Request)與回應(Response)兩種訊息。請求訊息共有六種基本的請求(表3)。  

SIP Response也有六種主要的回應分類，是由1XX-6XX所構成，其中數字1到6代表回應的主要分類項目，XX則進一步表示該回應在此分類中的詳細功能為何(表4)。  

1XX代表的是Informational Response，用來指明Proxy正在執行一些動作，動作完成前，並還沒有定義好相對應的回應，此種狀態下的所有回應均歸類於1XX；2XX代表的是Successful的回應，表明之前的請求是順利可行的，此種狀態下的回應均歸於2XX；3XX回應則是重新導向的回應，主要用來表示回覆對方所在位置的資訊；4XX～6XX都是用來反應錯誤的訊息，4XX回應是表示Client錯誤的回應，用以回應伺服器對UAC提出的請求失敗；5XX回應是用來表明Server錯誤；6XX表示的則是與伺服器有關的錯誤，而對於該使用者的搜尋應停止。  

SIP的通訊過程描述如下，呼叫者在通訊開始的時候，會送出SIP Invite的訊息給被呼叫者，當被呼叫者收到該訊息後，會送出100 Trying的訊息給呼叫者，表示以收到訊息正在處理中，若被呼叫者願意接受通話，則會送出200 OK的回應訊息給呼叫者，呼叫者此時便會送出Ack訊號給被呼叫者，接著就可以開始進行通訊會議；當通訊過程中有任何一方要結束通話，便可以送出Bye的訊息給對方，收到Bye訊息一方回應200 OK就結束此通話。  

由於IP在通訊過程中，並沒有可供多媒體協商的處理機制，因此，若要處理多媒體協商，則必須仰賴會議描述協定(Session Description Protocol, SDP)。SDP其實是一種描述語言，定義於RFC 2327當中，後來經過不斷修訂，RFC 3264用來描述SIP與SDP的配合使用方式。SDP主要有會議層級(Session Level)與媒體層級(Media Level)，會議層級中定義協定的格式、會議的名稱、發起者與會議身份、期限等資訊；媒體層級定義的資訊則包括媒體名稱與傳輸、連接資訊。  

802.11b/g為VoWLAN主流  

目前配合VoIP相關協定使用的無線網路標準主要是802.11系列，802.11標準發表於1997年，定義媒體存取控制(MAC)層與實體(Physical)層，傳輸頻寬是2Mbps，工作頻率為2.4GHz。1999年時，IEEE針對實體層作修訂，推出802.11a標準，將傳輸頻寬提高到54Mbps，和802.11不同的是工作頻率向上提高到5GHz，使用的是UNII頻帶(Unlicensed National Informational Infrastructure)，採用OFDM編碼。  

802.11b亦是在1999年發表，支援的傳輸頻寬包括5.5Mbps、11Mbps、2Mbps與1Mbps，其中5.5Mbps與11Mbps可採用CCK編碼或PBCCTM編碼技術，2Mbps與1Mbps則是採用Barker編碼，是802.11b的資料降速模式。802.11d是根據各國無線電所做的規範，802.11c則是符合802.11d的MAC與MAC橋接器；802.11g是為了要解決802.11a和802.11b不相容的問題，提出可在2.4GHz工作頻率上，實現最高達50Mbps傳輸頻寬的理想，它可以使用的編碼技術包括OFDM、CCK-OFDM與PBCC編碼；另外802.11e提供對於服務等級的選擇規範。  

目前市面上的VoWLAN相關產品以支援802.11b或802.11g為主，常見的產品形式包括無線VoWLAN手機、VoWLAN IP手機、無線ADSL VoIP閘道器等，由於成本與耗電的問題，目前看來，取代家中傳統無線電話的無線VoWLAN手機是市場較能接受的產品方案。  

SIP加802.11g可滿足大部分需求  

VoWLAN發展至今，相關通訊技術協定已日趨成熟，加上WLAN技術完備，如今用來實現家用無線VoWLAN電話已非難事，此部分產品的風行將影響傳統電信公司的固定電信業務，由於台灣主要的固定電信業務公司同時兼營寬頻網路服務，預料不會受到太大衝擊。  

應用於手持式裝置的VoWLAN必須進一步努力降低成本與耗電，目前看來由SIP加上802.11g的解決方案應可滿足大部分需求，一旦應用於手持式裝置的VoWLAN開始盛行，無線電信公司的電信業務將受到一定程度的影響，屆時勢必加重3G領域的業務收入，以維持營運的成長。  

(作者信箱：Davinci.Chen@gmail.com)  

(詳細圖表請見新通訊60期2月號)