软交换分组协议基础－NGN和软交换分组协议综述V2.0-20021210-B.doc

资料编码产品名称ngn使用对象工程师产品版本编写部门固网技术支持部资料版本v2.0软交换分组协议基础ngn和软交换分组协议综述拟 制：邢宇翔日 期：2002年11月01日审 核：日 期：审 核：日 期：批 准：日 期：华 为 技 术 有 限 公 司版权所有 侵权必究修订记录日期修订版本描述作者2002/12/10v2.0转换成word格式邢宇翔目 录第1章 ngn和软交换概念介绍21.1 ngn网络21.1.1 概述21.1.2 ngn网络特点21.1.3 ngn网络互通模式41.2 软交换概述51.2.1 软交换起源51.2.2 软交换概念51.2.3 引入软交换的意义61.2.4 软交换功能描述71.3 结束语9第2章 ngn网络协议介绍102.1 软交换的协议接口102.2 ngn网络协议112.2.1 媒体网关控制协议mgcp122.2.2 媒体网关控制协议h.248122.2.3 mgcp协议和h.248协议关系122.2.4 会话初始协议sip132.2.5 ip电话与多媒体通讯协议h.323132.2.6 与承载无关的呼叫控制协议bicc132.2.7 sigtran协议14ngn概述和分组协议综述第2章 ngn网络协议介绍关键词：ngn 软交换 分组协议摘 要：ngn的目标是建立一个能够提供话音、数据、多媒体等多种业务的，集通讯、信息、电子商务、娱乐于一体，满足自由通讯的分组融合网络。 ngn是一个包括pstn/isdn、h.323、atm/ip等网络的融合网络，网络互通是ngn成功的必要条件。为实现这一目标，在ngn组网中采用了大量的分组协议。由于分组协议包括mgcp、h.248/megaco、sip、h.323、bicc、sigtran等众多协议，为了让读者有一个整体上的概念。本文重点介绍了各种分组协议在ngn网络中的应用以及各种协议间的关系。鉴于读者可能对ngn和软交换知识了解不够，本文对ngn和软交换作了简单介绍，以便读者更好的理解分组协议在ngn网络中应用。缩略语清单：ngn（next generation network）：下一代网络softx（softswitch）：软交换机ps（packed switched）：分组交换pstn（public switched telephone network）：公共电话交换网mgcp （media gateway control protocal）：媒体网关控制协议h.248（h.248/mecago protocol）： h.248媒体网关控制协议bicc（bearer independent call control）：承载无关控制协议sip （session initiation protocol）：ietf制定的会话初始协议mg （media gateway）：媒体网关mgc （media gateway controller）：媒体网关控制器sg （signaling gateway）： 信令网关参考资料清单：c&c08 inet工程师培训教材-分组协议固网技术支持部ngn协议介绍华为技术报136期softx3000v2随机手册信令与协议分册资料开发部第1章 ngn和软交换概念介绍1.1 ngn网络1.1.1 概述近年来，随着我国电信产业界的融合趋势，电话网、计算机网、有线电视网趋于融合，传统网络面临着负荷在不断增大，用户的业务需求也趋于多样化的趋势，而这些新型的多样性业务，是目前pstn、plmn网络所难以提供的。在这一发展背景下，基于软交换技术的ngn网络应运而生。ngn（next generation network），又称为下一代网络，是一种综合、开放的网络构架，可以在统一的分组网络上融合通信、信息、电子商务和交易等业务，满足多样化、个性化业务需求，在继承的基础上实现与各种业务网络（pstn/isdn、plmn、in、internet）之间的互通，在全网内快速提供新的语音、数据、图像融合业务。1.1.2 ngn网络特点1、开放分布式网络结构采用软交换技术，将传统交换机的功能模块分离为独立网络部件，各部件按相应功能进行划分，独立发展。 采用业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离技术，实现开放分布式网络结构，使业务独立于网络。通过开放式协议和接口，可灵活、快速地提供业务，个人用户可自己定义业务特征，而不必关心承载业务的网络形式和终端类型。图1 ngn 的分层结构从上图可以看出，ngn的一个最显著的特点是分层结构。ngn网络可以划分为四个层次：边缘接入层、核心交换层、网络控制层和业务管理层。各层的功能如下：l 边缘接入层：将用户连接至网络，集中用户业务将它们传递至目的地，包括各种接入手段。l 核心交换层：将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式。例如：将话音信号分割成atm信元或ip包。此外，媒体层可以将信息选路至目的地。l 网络控制层：该层决定用户收到的业务，并能控制低层网络元素对业务流的处理。 通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制和信令互通，使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议，提供开放的api（第三方业务）接口。l 业务管理层：在呼叫建立的基础上提供其他的服务。包括网络管理系统、各种应用服务器及通过第三方接口开发的相关业务等。2、高速分组化核心承载核心承载网采用高速包交换网络，可实现电信网、计算机网和有线电视网三网融合，同时支持语音、数据、视频等业务。3、独立的网络控制层网络控制层即软交换，采用独立开放的平台，将呼叫控制从媒体网关中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制和信令互通，使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议，提供开放的api接口，从而可使第三方快速、灵活、有效地实现业务提供。4、网络互通和网络设备网关化通过接入媒体网关、中继媒体网关和信令网关等网关，可实现与pstn、plmn、in、internet等网络的互通，有效地继承原有网络的业务。5、多样化接入方式普通用户可通过智能分组话音终端、多媒体终端接入，通过接入媒体网关、综合接入设备（iad）来满足用户的语音、数据和视频业务的共存需求。1.1.3 ngn网络互通模式在ngn的建设过程中，实现与原有网络的互通方式包括：（1）ngn与pstn/isdn/gsm/cdma的互通ngn与pstn电路交换网以及与核心网为电路交换的移动通信网（gsm、cdma）的互通，均可通过中继媒体网关tmg或通用媒体网关umg完成。（2）ngn与七号信令网的互通ngn与七号信令网的互通通过信令网关sg完成。（3）ngn分组网络与现有智能网的互通当分组网络内的用户使用智能网业务时，如卡号业务，必须实现与智能网的互通，关键在于卡号数据；而对于800号业务，则必须实现pstn/isdn用户与ngn分组网络用户统一使用。实现方式有两种：一种是通过tmg中继媒体网关与pstn进行话路互通，在pstn接入智能网，对ngn的软交换系统没有要求；另一种是软交换设备直接接入智能网，这种方式对软交换系统提出较高要求，但在网络资源占用、时延等方面具有优势。1.2 软交换概述1.2.1 软交换起源软交换的概念最早起源于美国企业网应用。在企业网络环境下，用户可采用基于以太网的电话，再通过一套基于pc服务器的呼叫控制软件（call manager、call server），实现pbx功能（ip pbx）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而通过与局域网共享来实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的pbx。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此ip pbx应用获得了巨大成功。同时，传统的电路交换网络的综合运营成本很高，运营商非常希望能够寻求到一种替代产品与技术。受到ip pbx成功的启发，业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（mgcp、h248），呼叫控制实际上是运行于通用硬件平台上的纯软件，媒体处理将tdm转换为基于ip的媒体流。于是，softswitch（软交换）技术应运而生，由于这一体系具有伸缩性强、接口标准、业务开放等特点，发展极为迅速。作为ngn网络的一项重要技术，软交换技术软交换概念一经提出，很快便成为ngn最为活跃和热门的话题。1.2.2 软交换概念软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关中分离出来（即控制与承载分离），通过软件实现基本呼叫控制功能（包括呼叫选路、管理控制、连接控制和信令互通），从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，从而可方便地在网络上快速提供新业务。1.2.3 引入软交换的意义 对用户来说，软交换可以实现跨域控制，可以对接入层面丰富多样的设备进行控制和管理，为用户提供话音、数据和视频业务，以及其它融合业务。随着通信网络的发展趋势从技术驱动向业务驱动的转变，业务发展逐渐成为关注焦点。软交换向isv（独立软件开发商）、isp、icp、asp（应用业务提供商）提供开放的业务接口open api，而isv/isp/icp/asp往往比软交换提供商更熟悉最终用户的业务需求，因此asp/isp/icp提供的业务更贴近用户、贴近生活。此外，大量asp/isp/icp参与竞争的结果，可加快推出多样、先进、经济和实用的业务。 对运营商来说，作为ngn核心部件，软交换可独立开发、生产和采购，其开发成本、生产成本和采购成本相对较低，从而使运营设备的投资相应降低。对于新运营商来说已无法通过新建pstn交换局同现有运营商进行市话业务竞争，通过软交换则可以轻易进入市话业务。软交换的出现，可使三网在网络层面实现网间互联互通，在业务层面实现业务的渗透和交叉，使基于统一分组网络承载多种业务成为可能。运营商可终结三网分别投资的局面，通过一个融合的网络为用户同时提供话音、数据和多媒体业务，实现国际电联提出的“通过互联互通的电信网、计算机网和电视网等网路资源的无缝融合，构成一个具有统一接入和应用界面的高效率网路，使人类能在任何时间和地点，以一种可以接受的费用和质量，安全的享受多种方式的信息应用”的目标。对于数据网络，几年前的网络泡沫导致投资过度、带宽冗余，而软交换技术则可利用这些冗余带宽迅速部署ngn业务，同时软交换open api还可为运营商提供强大的业务生成能力。1.2.4 软交换功能描述软交换是多种逻辑功能实体的集合，它提供综合业务的呼叫控制、连接和部分业务功能，是下一代电信网语音/数据/视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。软交换技术的主要设计思想为业务、控制、传送、接入分离，实体之间通过标准协议进行连接和通信，下面重点介绍软交换的功能：1、呼叫控制和处理 为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等； 接收来自业务交换功能的监视请求，并对与呼叫相关的事件进行处理，接收来自业务交换的呼叫控制相关信息，支持呼叫的建立和监视； 支持两方或多方呼叫控制功能，提供多方呼叫控制功能，包括多方呼叫特殊逻辑关系、呼叫成员的加入、退出、隔离、旁听和混音控制等； 识别媒体网关报告的摘机、拨号和挂机等事件，控制媒体网关向用户发送音信号，如拨号音、振铃音、回铃音等，满足运营商的拨号计划。2、协议功能软交换是一种开放和多协议实体，采用标准协议与各种媒体网关、终端和网络进行通信，包括h.248、sctp 、isup、tup、inap、h.323、radius、snmp、sip、m3ua、mgcp、bicc、pri、bri等。3、业务提供 提供pstn/isdn交换机业务，包括基本业务和补充业务； 可与现有智能网配合，提供现有智能网所能提供的业务； 可与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。4、业务交换5、互通功能 可通过信令网关实现分组网与现有七号信令网的互通； 可通过信令网关与现有智能网互通，提供多种智能业务； 允许scf控制voip呼叫，并对呼叫信息进行操作（号码显示等）； 可通过互通模块，实现与现有h.323体系的ip电话网的互通； 可通过互通模块，采用sip协议实现与sip网络体系的互通； 可实现与其他软交换的互通互连，采用sip、bicc等协议； 可提供ip网内h.248终端、sip终端和mgcp终端之间的互通；可通过综合媒体网关umg实现与无线网络plmn的互通。6、资源管理提供资源管理功能，对系统中的各种资源进行集中管理，如资源的分配、释放和控制。7、计费功能具有采集详细话单和复式计次的功能，可根据运营需求将话单传送至计费中心。同时具备radius计费功能和智能计费功能。8、认证/授权软交换与认证中心连接，可将辖区内的用户、媒体网关信息送往认证中心，进行认证与授权，防止非法用户或设备接入。9、地址解析完成e.164地址至ip地址、别名地址至ip地址的转换，同时可完成重定向功能。10、语音处理 软交换控制媒体网关可选择语音压缩算法，包括g.711、g.729、 g.723等； 软交换向媒体网关提供语音包缓存区，减少抖动对语音质量的影响。1.3 结束语下一代网络是业务驱动网络，以softswitch为核心的软交换体系提供业务开放能力，符合固定网络和移动网络融合的趋势，提供话音、数据、视频业务和多媒体融合业务，满足通信个性化、移动化和随时随地获取信息的发展目标。第2章 ngn网络协议介绍2.1 软交换的协议接口软交换是一种开放和多协议实体，采用标准协议与各种媒体网关、终端和网络进行通信，包括mgcp、h.248、sctp 、m2ua、m3ua、 isup、tup、sip、h.323、bicc、radius、inap、snmp、pri、bri等。 图2 软交换协议构架上图是华为公司u-sys软交换系统采用的协议接口示意图。软交换与媒体网关之间的接口用于软交换对媒体网关的承载控制、资源控制/管理，可使用媒体网关控制协议（mgcp）、h.248协议、internet设备控制协议（ipdc）、sip协议和h.323。目前华为公司u-sys软交换系统softx3000和媒体网关mg、iad设备之间多采用mgcp和h.248协议，softx3000和中继网关tmg之间多采用h.248协议，softx3000和媒体资源服务器mrs之间采用mgcp或sip协议，而softx和h.323终端、sip终端之间则分别采用h.323协议和sip协议。软交换与信令网关间的接口用于传递软交换和信令网关间的信令信息，可采用sigtran协议栈的相关协议。 sigtran协议栈担负信令网关和媒体网关控制器间的通信，有两个主要功能：适配和传输。与此对应，sigtran协议栈包含两层协议，传输协议和适配协议，前者就是sctp/ip，后者如m2ua（适配mtp2用户），iua（适配q.921用户）等。目前华为公司u-sys软交换系统softx3000和信令网关sg7000之间采用m3ua和sctp协议在mtp3层上实现分组网和pstn网络的信令互通。同时，tmg8010也具备作信令网关的功能，当采用tmg8010兼作信令网关时，softx3000和中继网关tmg之间采用m2ua和sctp协议在mtp2层上实现分组网和pstn网络的信令互通。软交换之间的接口实现不同软交换之间的交互，可采用sip、sip_t、h.323或bicc协议。软交换与应用/业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。其中：软交换与应用服务器间采用sip协议，接口可采用api，如parlay，提供对三方应用和增值业务的支持；软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行动态干预，可采用cops协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用snmp；软交换与智能网scp之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用inap协议。2.2 ngn网络协议ngn是一个融合网络，包括pstn/isdn、h.323、atm/ip等网络，网络互通是ngn成功的必要条件。ngn网络主要包括软交换、媒体网关、信令网关、智能终端和各种数据库/服务器等。 为了实现这一目标，ietf、itu-t制定并完善了一系列标准协议：mgcp、h.248/megaco、sip、h.323、bicc、sigtran等。下面我们就ngn网络中几个主要的分组协议作一个简单的介绍，希望能给读者一个整体上的概念。具体各个协议详细的内容介绍，请参考本“软交换分组协议基础”系列资料的各协议分册。2.2.1 媒体网关控制协议mgcpmgcp（media gateway control protocol）是一个为媒介网关和语音ip终端设备提供信令和呼叫控制的主从设备控制协议（mgc控制mg），是简单网关控制协议和ip设备控制规范的结合。2.2.2 媒体网关控制协议h.248h.248/megaco 协议，简称h.248协议，是ietf、itut制定的媒体网关控制协议，一个非对等协议，用在媒体网关控制器（mgc）和媒体网关（mg）之间的通信。 主要功能是建立一个良好的业务承载连接模型，将呼叫和承载连接进行分离，通过对各种业务网关： tg，ag，rg等的管理，实现分组网络和pstn网络的业务互通。2.2.3 mgcp协议和h.248协议关系h.248协议是在mgcp协议的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议。由于 mgcp协议与h.248协议有着相似的功能结构，在ngn组网中softx与大多数构件间既可以采用h.248协议，又可以采用mgcp协议；但是由于mgcp协议在描述能力上的欠缺，限制了其在大型网关上的应用。对于大型网关，h.248协议是一个好的选择。与mgcp用户相比， h.248对传输协议提供了更多的选择，并且提供更多的应用层支持，管理也更为简单。鉴于h.248对于大型网关的良好支持，一般tmg和softx之间都采用h.248协议。mgcp消息传递依靠承载在宽带ip网络上的udp数据包，而h.248信令消息可基于udp/tcp/sctp等多种承载。2.2.4 会话初始协议sipsip （session initiation protocol）