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客製化 H.323 協定之智慧型網路電話監控與錄音系統

研究生 : 蔡家瑞指導教授 : 柯開維Date ： 2009/07/23

Intelligent monitoring and recording system implementation for Customized H.323-based Internet phone

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Outline

Motivation and Goal Background Implementation of System

System Environment of Network System Architecture Design flow chart Audio Recording

Conclusion and Future Works DEMO

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Motivation

VoIP (Voice over Internet Protocol) 是目前網際網路上的一個相當流行且重要的應用 ,VoIP 透過將音訊數位化處理後壓縮編碼，然後藉由封包透過封包交換網路來傳輸到目的端。此種方式可大幅節省通話費用，常見應用於跨國公司的通信以及境外客服中心

也因為 VoIP 的普遍，使用 VoIP 的單位對於能夠還原通話內容以及通話歷程追蹤的音訊錄音系統的需求也與日俱增

VoIP protocolH.323→Customized H.323SIP(Session Initiation Protocol)

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Goal

本論文的目標是設計一個針對特定客製化 H.323 協定之網路電話的監控與錄音系統

其預計達成目標如下 可還原通話實況 可紀錄通話歷程 可監控點對點通話 可監控通話轉移 可監控會議通話 可同時監控大量通話

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Background

Standard H.323 H.323 network structure H.323 protocol stack H.323 call flow chart H.323 related protocol

Customized H.323 Customized Signal Customized H.323 Call Flow

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Standard H.323

H.323 是常見的 VoIP 標準，由 ITU-T 於 1996 年提出，原本是用於區域網路（ LAN ） 上的視訊會議，後來被應用於 VoIP 網路電話上。

H.323 定義了一個綜合性的規範，使網路上的終端設備遵循這些規範，得以順利進行溝通，包括語音壓縮格式（ G.711 、 G.729 、 G.723.1 ）、影像壓縮格式（ H.261 、 H.263 ）、呼叫訊息（ H.225 ）、控制訊息（ H.245 ）、註冊與認證 等（ RAS ： Registration Admission Status ）

Elements of an H.323 System Terminals Multipoint Control Units (MCU) Gateway Gatekeeper

endpoint

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H.323 Network Structure

PSTN ISDN

Terminal

Gatekeeper Multipoint Control Units

Gateway

Zone

Terminal

Gatekeeper Multipoint Control Units

Gateway

Zone

WAN

LAN LAN

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H.323 Protocol Stack

Applications (User Interface)

V.150 T.120 T.38H.225.0

Call Signaling

H.245H.225.0RAS

H.245

RTCP

RTP

Audio Codecs

G.711G.723.1G.729

…

Video CodecsH.261H.263H.264

...

UDP UDPTCPTCP/UDPTCP/UDPTCP UDP

IP

Data Applications Media Control Terminal Control and Management

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Standard H.323 Call Flow Chart

GateKeeper

ARQ(alias address/bandwidth)

2. ACF(call signaling channel address/bandwidth)

5. ARQ 6. ACF

1. ARQ(alias address/bandwidth)

3. Setup(Involve IP address, H.225 port NO. call_type, Country Code)

4. Call Proceeding(Involve , call_ref, Conntry code)

7. Alerting

8. Connect(Involve H.245 port number)

11. Open logical Channel request(Channel Number, media_data)

9. Terminal Capability Set

10. Master Slave Determination

12. Open Logical Channel Ack(Involve RTP&RTCP port number)

RTP & RTCP Stream

13. Release Complete

14. End Session Command

H.245 Control Channel (Logical Channel)

Q.931 H.225 Call Signaling Channel

Phone A

Phone B

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H.323 Related Protocol

RAS (Connect with Gatekeeper)

H.225/Q.931 (Call Control)

H.245 (Media Control)

RTP (Media Transport)

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RAS(Registration,Admission and Status)

閘道管理員搜尋（ Gatekeeper Discovery ） 端點註冊（ Endpoint Registration ） 端點定址（ Endpoint Location ） 允入控制（ Admission Control ） 頻寬管理（ Bandwidth Management ） 狀態查詢、脫離以及閘道資源指示（ Status, Disengage and Resource

Indicate ）

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T GKRRQ

RCF

ARQ

(endpoint is registered)

ACF(endpoint may place call)

DRQ

DCF(call has terminated) T Terminal

GK Gatekeeper

Symbol Key:

ARQ:Admission Request ACF:Admission Confirmation

DRQ:Disconnect Request DCF:Disconnect Confirmation

RRQ:Registration Request

RCF:Registration Confirmation

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H.225/Q.931 H.225/Q.931 call signaling is used to establish a H.323 call. Q.931 header Structure

Name Length(Octets) Note

Protocol Discriminator 1 Always 0x08

Call Reference 1, 2, or 3 The call reference field

Message Type 2 See Appendix

IEs (Information Elements) various see Appendix

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H.245

H.245 是一個多媒體控制協定，負責溝通協調兩個端點之間的多媒體的處理能力以及開啟邏輯通道讓多媒體資料流 (media stream) 得以傳輸

H.245 的訊息也可以被夾帶在 H.225 的訊息之中來加快通話的前置作業

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H.245 function definition

Function Note

Master-Slave Determinatio

n

Determines which terminal is the master.

Capability Exchange

Contains information about a terminal's capability.

Open and Close of Logical

Channels

Transport of audio and data information.

Close the H.245 Control

Channel

Indicates the end of the H.245 session.

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RTP

P : Padding Ex : Extension CSRC : contributing source identifiers count M : Mark

CSRC(Contributing source)……….

SSRC(Synchronization source)

SSRC(Synchronization source)

Timestamp

Timestamp

Sequence Number

Payload TypeMCSRC CounterExPVersion

1514131211109876543210

CSRC(Contributing source)……….

SSRC(Synchronization source)

SSRC(Synchronization source)

Timestamp

Timestamp

Sequence Number

Payload TypeMCSRC CounterExPVersion

1514131211109876543210

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RTP Payload Type

RTP PT Name Type Clock rate

(Hz)

Audio channel

sReferences

0 PCMU Audio 8000 1 RFC 3551

2 G721 Audio 8000 1 RFC 3551

3 GSM Audio 8000 1 RFC 3551

8 PCMA Audio 8000 1 RFC 3551

9 G722 Audio 8000 1 RFC 3551

15 G728 Audio 8000 1 RFC 3551

18 G729 Audio 8000 1  

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Customized H.323

What is customized H.323 ? 部份的 H.323 終端設備製造商為了賺取更高的利潤而藉由更改

H.323 的標準 , 使他們的產品差異化 , 藉此提供 Standard H.323所沒有的額外功能或是使自家產品與其它廠牌產品無法相容

What’s difference about standard and customized H.323? Call Signal Call Flow

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Customized Signal

夾帶於 H.225 訊息的封包之中 取代原本 RAS 與 H.225 負責的部份功能

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Customized Signal(Cont.)

 Length ：整個資料封包的長度，單位為 byte 。長度以十六進位表示

0011 1000 ： 十六進位為 38 ，每個控制封包都會有的一個 byte 。

A ： 如果為 00h 此訊息是由端點傳送至閘道管理員，如果為 11h 此訊息由閘道管理員傳送至端點。

B ： 如果 A 是 00h ，那 B則有三種情況： 60h ， 7Fh和 80h 。 60h表示是控制訊息，

例如：保留，轉移等…。 7Fh 為撥號數字訊息，如果是 80h 的話就是Hook

訊息。

Data

BA0011 1000Length

251791

Data

BA0011 1000Length

251791 32

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5-bytes Customized Signal 話機按鍵 訊息Hook鍵壓下 (On-hook) 05 38 00 80 01

Hook鍵彈起 (Off-hook) 05 38 00 80 02

DROP 05 38 00 60 02

Conference 05 38 00 60 03

Transfer 05 38 00 60 04

Hold 05 38 00 60 05

撥號數字 1~0 05 38 00 7F 01~0A

＊字號 05 38 00 7F 0B

#字號 05 38 00 7F 0C

8-bytes Customized Signal

描述 訊息

話機於號碼撥完時收到 08 38 11 20 A3 83 04 42

受話端收到呼叫時 08 38 11 20 A2 80 05 40

受話端接受呼叫時由發話端收到 08 38 11 20 A3 80 18 07

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19-bytes Customized Signal

25-bytes Customized Signal

內線通話 19 38 11 20 AE E3 50 20 53 6F 66 74 50 68 6F 6E 65 31 20 (softphone1)

外線通話 13 38 11 20 AE E3 55 54 53 49 44 45 20 43 41 4C 4C 20 20 (outsidecall)

分機號碼 19 38 11 20 AE E3 1B 5B 00 3B 1D 48 20 XX XX XX XX20 20 A5 E3 20 20 1B 45

通話結束訊號

19 38 11 20 A2 80 06 AD E3 1B 5B 00 3B 00 48 16 5B 02 4B 1B 45 A3 80 2F 0E

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Customized H.323 Call Flow

The difference between standard and customized H.323 call flow

P2P call flow chart

＊ Call Transfer flow chart(see Appendix)

＊ Conference call flow chart(see Appendix)

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The difference between standard and customized H.323 call flow

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Register flow Detail

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P2P Call flow Detail

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P2P Call flow Detail (Cont.)

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Implementation of System

System Environment of Network

System Architecture

Design flow chartUser InterfaceLog

Audio Recording

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System Environment of Network

Intranet

LAN

PDASmart Phone

客製化H.323網路電話

桌上型電腦網路軟體電話

Switch

無線網路電話

客製化H.323網路電話監控與錄音系統Wirless

Network

Gate KeeperGate Keeper

Gate Keeper

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System ArchitecturePacket

Packet Analyzer

Packet Buffer

Callback function point

RecDrv_h323 library (back end)

Event Handler

Audio Recover GUI

RecApp (front end)

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Design flow chart

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User Interface

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Log

格式 : [Time] [Type] [Description]

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Audio Recording

RTP 封包處理

音訊還原解碼

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RTP 封包處理

封包收納一定得依音源來分開收納

不同音源的封包混在一起，解碼後的音訊將會有嚴重的斷續現象

RTP 封包

屬於哪一個端點?

送出的封包儲存區

接收的封包儲存區

是接收還是送出的封包?

RTP 封包處理流程

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音訊還原解碼 編碼格式為PCMU(G.711 u-law 64k bps)

解碼後的格式為Linear PCM (16bits)

必須先解碼後才能合成 否則無法正確解碼

合成方法為將解碼後的兩個音源一個單位一個單位的相加

送出的封包儲存區

接收的封包儲存區

解碼 解碼

合成

輸出成RAW檔案

音訊還原解碼流程

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Conclusion

本論文成功實作了一個智慧型客製化 H.323 錄音監控系統

此系統可以分析多種通話型態，且可同時監控 大量通話

本論文也證明了即使協定經過客製化更動，仍然可以還原通話內容及追蹤通話歷程

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Future Works 前端子系統與後端子系統的徹底切割 前端子系統介面的多樣化 將前端子系統與後端子系統分開在不同的主機上佈署並擴大監控規模

Intranet

企業內部乙太網路

PDASmart Phone

網路電話 桌上型電腦網路+GUI

Switch

無線網路電話

IP RecorderMain Server

+Database

Wirless Network

IP PBX

IP RecorderSlave Server

+Packet Analyzer

IP RecorderSlave Server

+Packet Analyzer

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DEMO

單通電話測試 點對點通話 通話轉移 會議通話

多通電話混合測試 96 通點對點通話 +16 通通話轉移 +16 通會議通話

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Q & A