VoIP呼叫协议解析及语音数据解码的设计和实现

论文摘要

随着数据通信技术的飞速发展,TCP/IP协议已经成为占主导和统治地位的网络技术,在IP网络的基础上提供各种类型的服务已经成为当前通信网络技术发展的重要趋势。VoIP(Voice over IP)又称为IP电话,就是在IP网络上推出的一项重要服务。任何新技术都是一把双刃剑,IP电话的飞速发展在给人们生活带来实惠、方便的同时,也成为了某些违法犯罪活动新的通信联络方式,这给公安工作提出了新的挑战,传统的监控手段对此无能为力。在这样的形势下,公安机关需要新的手段来对VoIP进行监控。对IP电话的监控是一个大的工程项目,本文对其中最为关键的呼叫信令信息的解析以及通话语音数据的解码技术进行研究,提出了一套信令分析以及语音还原的方法和流程,并设计实现了VoIP监控系统,能有效地从IP电话数据包中还原出原始的通信话单以及语音数据。本文首先深入分析了中国各大基础运营商建设VoIP专网时所采用的H.323协议栈标准,特别是和课题相关的核心协议H.225.0呼叫控制信令以及H.245系统控制信令;接着重点研究了基于H.323协议栈的整个呼叫流程和语音数据的解码技术,提出了VoIP呼叫协议解析和语音数据解码还原的总体流程;并针对联通公司组建VoIP网络时对标准接入授权流程的修改所造成的认证信息“丢失”问题,我们设计了用户IP卡号信息获取的其他途径,保证了呼叫信令解析的完整性。关于语音的解码部分借鉴了国际电联标准的语音编解码算法,为了降低算法的复杂度,我们对程序进行了适度的修改后直接用于IP监控系统的语音数据解码,并提出语音和呼叫信息关联的方法,实现语音的完整还原。最后,在以上关键技术研究的基础上,我们开发了“联通VoIP电话监控系统”。该系统通过分光方式采集到中国联通IP专网数据,对这些原始数据流进行详细解析,从中还原出公安机关所需要的信息,实现了对联通IP网络数据的有效监控。系统能获取网内全部的通信话单及认证信息,能够根据用户设定有选择性的截获特定对象通话内容,并实现录音回放功能,支持G.723.1、G.729等常用IP电话语音解码,提供特殊的实时监听通道,保证监听时延不超过200ms。实践表明,本系统填补了我国公安机关在VoIP电话监控方面的空白,提高了侦察办案的效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 VoIP 的发展
• 1.2.1 VoIP 的三个发展阶段
• 1.2.2 国外VoIP 应用现状
• 1.2.3 国内VoIP 应用现状
• 1.3 研究背景
• 1.4 研究的目标和内容
• 1.5 论文的章节安排
• 2 H.323 协议栈和技术
• 2.1 H.323 协议栈的发展
• 2.2 H.323 协议栈结构
• 2.2.1 RAS 信令
• 2.2.2 H.225.0 呼叫控制信令
• 2.2.3 H.245 系统控制信令
• 2.3 H.323 的系统组成
• 2.3.1 H.323 终端
• 2.3.2 多点控制单元
• 2.3.3 网守
• 2.3.4 网关
• 2.4 基于H.323 协议栈的呼叫流程
• 2.4.1 快速连接
• 2.4.2 快速呼叫建立流程
• 2.4.3 非快速呼叫建立流程
• 2.4.4 呼叫释放流程
• 2.5 本章小结
• 3 VoIP 呼叫信令解析
• 3.1 原始数据的采集
• 3.1.1 TAP 方式
• 3.1.2 交换机镜像
• 3.1.3 分光方式
• 3.2 呼叫信令解析的流程
• 3.2.1 H.225 呼叫控制协议的解析
• 3.2.2 H.245 系统控制协议的解析
• 3.3 认证信息的获取
• 3.3.1 中国联通公司采用的接入认证和授权流程
• 3.3.2 针对联通公司IP 网络的认证信息获取方法
• 3.4 本章小结
• 4 语音数据的解码和还原
• 4.1 RTP 协议
• 4.1.1 RTP 协议的特点
• 4.1.2 RTP 和RTCP
• 4.1.3 RTP 的消息格式
• 4.2 语音解码
• 4.2.1 G.729 音频编码
• 4.2.2 G.729 音频解码
• 4.3 声音和呼叫信息的关联
• 4.4 本章小结
• 5 基于 H.323 协议栈的 VoIP 监控系统
• 5.1 中国联通VoIP 网络
• 5.2 系统结构设计
• 5.2.1 VoIP 电话呼叫的总体解析流程
• 5.2.2 VoIP 电话监控系统逻辑结构
• 5.2.3 VoIP 电话监控系统的物理结构
• 5.3 协议分析子系统的设计和实现
• 5.4 系统的测试及运行
• 5.4.1 功能测试
• 5.4.2 性能测试
• 5.4.3 运行效果
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 6.1 本文工作
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 上海交通大学学位论文答辩决议书