（通信与信息系统专业论文）h248协议及其在3g核心网中的应用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 移动通信网络的核心网正向着一个基于软交换的全口核心网演进。在3 g r 4 核心网中移动交换中心分离为( g ) m s c 服务器和媒体网关，它们作为独立的部件 分别发展。缸种分离，使得它们之间的接口协议一媒体网关控制协议一的地位变 得十分重要。m e g a c o h 2 4 8 协议正是当前普遍使用的媒体网关控制协议标准少 h 2 4 8 协议是软交换中的核心协议，它采用了终结点、关联和流作为其连接 模型，定义了信号和事件，提供了强大的a p i 命令。同时它还可以制定扩展包来 实现其良好的扩展性。 ， ( 与在固定软交换中的应用相比较，h 2 4 8 协议在移动软交换中应用要复杂一 些，因为它要支持一些移动环境所特有的功能性，包括支持移动核心网用户平面 参数的传递，支持移动核心网的t f o 和t r f o 的功能性，支持在核心网电路域的 数据呼叫，以完成交互功能，支持与b i c c 协议进行交互，以及支持i p b c p 协议 的隧道传输。这些功能性是通过h 2 4 8 协议的扩展包来实现的。_ 夕一。 m c 接口是( g ) m s c 服务器和媒体网关之间的重要接口，在该接口上完全遵从 h 2 4 8 协议。通过分析h 2 4 8 协议和m c 接口过程，我们进行 t ( g ) m s c 服务器侧 的m c 接口模块的设计。其中在消息结构的设计中，根据m c 接口过程的特点， 采用了事务即动作的思想；在协议消息处理的设计中，按照h 2 4 8 协议消息的结 构，设计了分层的控制块；对于媒体网关的管理功能，我们将其分成四种情况来 分别处理，即媒体网关注册、媒体网关状态管理、自身状态管理和终结点状态管 理。 f 最后，本文终结了当前对于h 2 4 8 协议的研究情况，并对协议的完善提出了 自己的改进意见。l 皿一 一 关键词： 移动软交换j 2 4 i 瓜i 磊石 3 g 核心网rm c 接口 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t 功ec o r en e t w o r ko fm o b i l ec o m m g u n i c a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p i n gt o w a r da n a l l _ i pn e t w o r kb a s e do ns o f f s w i t c h i n3 g r 4c o r en e w t w o r k ，m s ci sd i v i d e di n t o ( g ) m s cs e r v e r a n dm e d i ag a t e w a y ，a n dt h e yd e v e l o p a s s e p a r a t e dp a r t s u c ha d i v i s i o nm a k eav e r yi m p o r t a n ti n t e r f a c ep r o t o c o l ，m e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c 0 1 m e g a c o h 2 4 8p r o t o c o li st h er i g h tp r o t o c o l t h a ta r ew i l d l yu s e d h 2 4 8p r o t o c o li st h ec o r ep r o t o c o lo fs o f l s w i t c h i ts e l e c t st e r m i n a t i o n ，c o n t e x t a n ds t r e a ma si t sc o n n e c t i o nm o d e l ，d e f i n e ss i g n a la n de v e n t ，a n dp r o v i d e sp o w e r f u l a p ic o m m a n d a l s oi td e f i n e sp a c k a g et or e a l i z ei t sb e t t e re x t e n s i b i l i t y c o m p a r e d w i t ht h ef i xs o f f s w i t c h ，u s i n gh 2 4 8p r o t o c o li nt h em o b i l es o f i s w i t c h i sm o r e c o m p l e x ，b e c a u s ei tm u s ts u p p o r t t h es p e c i a lf u n c t i o n a l i t yo f m o b i l i t y i tn e e d s t op a s st h eu s e r p l a n e p a r a m e t e r , t os u p p o r t t h et f oa n dt r f o ，t or e a l i z et h ed a t ac a l l i nc sd o m a i n ，t oi n t e r a c tw i t hb i c ca n dt os u p p o r tt h et u n n e lt r a n s p o r _ co fi p b c et h e h 2 4 8p a c k a g ea c h i e v e sa l lt h e s ef u n c t i o n a l i t y m ci n t e r f a c ei sa ni m p o r t a n ti n t e r f a c eb e t w e e nt h e ( g ) m s cs e r v e ra n dm g w , a n d h 2 4 8p r o t o c o li sa p p l i e do ni t w ed e s i g nt h em ci n t e r f a c em o d u l ea f t e ra n a l y z i n gt h e h 2 4 8p r o t o c o la n dt h em ci n t e r f a c ep r o c e d u r e i nt h ed e s i g no f m e s s a g es t r u c t u r e ，w e u s ea ni d e ao ft r a n s a c t i o ne q u a l sa c t i o na c c o r d i n gt ot h em ci n t e r f a c ep r o c e d u r e ；i n t h ep r o t o c o lm e s s a g eh a n d l i n g ，w eu s el a y e r e dc o n t r o lb l o c k ；a st ot h em e d i a g a t e w a y m a n a g e m e n t ，w ed i v i d ei t i n t of o u rc a s e s ，m g wr e g i s t e r , m g ws t a t u sm a n a g e m e n t ， s t a t u so fi t s e l f m a n a g e m e n t a n dt e r m i n a t i o ns t a t u sm a n a g e m e n t a tl a s t ，t h ea r t i c l es u m m a r i z e st h ec u r r e n tr e s e a r c ho nt h eh 2 4 8p r o t o c o l ，a n d g i v e ss o m ea d v i c et oh e l pt h er e v i s i o no f t h ep r o t o c 0 1 k e y w o r d s ：m o b i l es o f f s w i t c h ，h 2 4 8 m e g a c o ，3 gc o r en e t w o r k ，m ci n t e r f a c e i i 华中科技大学硕士学位论文 ：；j = ；= s = = = ；2 口；= = = = = = ；= = = = ；= 1 1 移动通信的现状 1 引言 移动通信自第一代模拟移动通信系统投入运行以来，已经陆续经历了第二代 的g s m 、c d m a 系统，二代半的g p r s 系统的发展历程，目前已经进入第三代( 3 g ) 移动通信系统。目前，国际上3 g 标准的主流有两种制式，3 g p p ( 第三代合作伙 伴计划) 的w - c d m a 和3 g p p 2 的c d m a 2 0 0 0 。这两种技术分别起源于2 g 的两大 制式：g s m 技术和窄带c d m a 技术。在目前的第二代移动通信市场中，g s m 系 统占大约7 0 的市场，这些系统在向3 g 过渡中采用w - c d m a 技术作为无线接 入技术，并且继续保留现有的g s m 核心网络，将其不断演进以满足3 g 的要求， 使g s m 系统和w - c d m a 系统之间实现无缝覆盖和漫游，并可保护运营商以前的 投资“。本文中研究的3 g 核心网就是基于w - c d m a 技术的核1 1 , 网。 在2 0 世纪9 0 年代初，有些地区和标准化组织就对3 g 进行了研究，并陆续 制定了些规范。目前，3 g p p 规范使用并行“版本”体制1 3 1 03 g p p r 9 9 版本是 将最早出现的各种3 g 规范汇编而成的，在2 0 0 0 年3 月成功完成。其后续的版本 称为r 4 、r 5 。r 4 版本在2 0 0 1 年3 月成功完成，其中在无线网络技术规范中没有 网络结构的改变，增加的只是一些接口协议的增强功能和特性；而在核心网络方 面改动较大，主要体现在电路域( c s 域) 的呼叫与承载的分离。r 5 版本在2 0 0 2 年3 月基本完成。随着r 5 版本的完成，将为转向全疋网络的运营商提供一个可 以开始建设的基础。r 5 版本在核心网方面的主要特性就是增加了多媒体子系统 f m s ) 来实现m s 业务。 从3 g p p 规范的版本演进我们可以看出，移动通信网络也在向下一代网络 m g n ) 演进，其核一1 1 , 网正向着一个基于软交换的全p 核心网演进“。 所谓下一代网络( n g n ) ，是泛指一个不同于目前一代的，数据为中心的融合 华中科技大学硕士学位论文 网络。n g n 的出现与发展不是革命，两怒演遴。从总体趋势豢，整个网络鲍核心 层功能结构将趋向扁平化的两层结构。即业务层上典有统一的口通信协议，传输 层上具有匦大的传输容量；在核心网趋向传输层和业务爆独立发展，分别优化； 而网络边缘层趋向融合，允许多协议多业务接入，能以最经济的成本灵活可靠地 持续地支持一切已有和将来的业务”。 软交换是n g n 的控翻功能实俸，为n g n 提供其有实时髓要求的业务的呼朝 控制帮连接控澍凌麓，是n g n 浮确每控制觞核心。在u m t s 核心黼串，( g ) m s c 鼹务器就燕软交揍没餐”。它是移魏毫路交换嬲惫分组潮演避豹核心设备，瞧是 下一代电镶题终救重要设器之一，它独立于底层承羰势议，皇要完成呼叫控嬲、 媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，势可 以向用户掇供现有电路交换机所能掇供的业务以及通过锶能s c p 提供多样化的 第三方业务。 1 2 m e g a c o h ，2 4 8 协议 我稻知道，在软交换巾采角了两关功能分离的概念，即将网关功能分解为砰 嘲控制( 离层) 和资源管毽媒体殛理( 低层) 两都分。分熊君的两关镪括媒体 阉关羧刳爨( m g c ) 羁媒体题美( m g 这秀个主簧帮传，分别对应予离层秘低 屡。按这秽分解恩想设计毂网关，可以缀容易她实瑷模块化，嚣且备模块分王硬 确，绘整个网络媾来了灵活性，更适合于朱来大规模发展的综合型i p 电话网”1 。 所以，作为m g c 和m g 之间的接口协议一媒体网关控制协议一是十分重要的， 它要具有连接控制、媒体属性指定、内容插入、事件处理、资源管理等功能。 2 0 0 0 年，i t u 和i e t f 联合制定了新的媒体网关控制协议m e g a c o h 2 4 8 ，这 怒具有重大历史愆义的一件事情，它是电信界岛因特网界为推进下一代网络而做 出了一次重大努力，标志着v o 揩的实现已经成为可能。 h 2 4 8 协谈撬准戳螽，立簿褥到了广大设备锖造裔的嫡应和支持，l u c e n g t 、 n o r t e l 、赡尔卡特，国蠹的华先、中兴等公嚣帮慈襁辍避萼亍h 2 4 8 协议匏磷发 2 华中科技大学硕士学位论文 工作，我国的信息产业部也开始制定基于h 2 4 8 的媒体网关控制协议”。，旨在规 范我国软交换、媒体网关控制器、媒体网关市场，并为软交换、媒体网关控制器、 媒体网关的研制、开发、引进和验收提供技术依据。 1 3 课题背景以及本文研究的内容 2 0 0 2 年3 月，华中科技大学电信系通信软件与交换技术研究中心与某通讯 公司开始合作进行3 g 核心网项目的研发，本课题是其中的一个子项目。 依托该项目，本课题做如下几个方面的研究：比较h 2 4 8 协议在移动软交换 中和固定软交换中应用的差别，分析协议在u m t s 核心网中的应用；设计实现 ( g ) m s c 服务器中的m c 接口模块部分；总结当前对于h 2 4 8 协议的研究，并对 协议的完善提出自己的改进意见。 本文对于h 2 4 8 协议及其在3 g 核心网中应用的研究，将有助于协议的进一 步修改和完善，推动软交换技术的进一步发展。同时，该研究对于h 2 4 8 协议在 3 g 核心网中的应用提供了宝贵的经验，并对该协议在固定软交换中的应用也有一 定的参考价值。 华中科技大学硕士学位论文 2h 2 4 8 协议在3 g 核心网中的应用 h 2 4 8 协议是网关分离概念的产物，网关分离的核心是业务和控制分离，控 制和承载分离。这样使业务控制和承载可独立发展，运营商在充分利用新技术的 同时还可提供丰富多彩的业务，通过不断创新的业务提升网络价值。 ( b ) 图2 1 ：承载和控制分离示意图 ( a ) ：传统的交换( b ) ：使用h 2 4 8 后的交换 在3 g p pr 4 版本中的核心网中，m s c 分离为m s c 服务器和c s - m g w ( 电 路域媒体网关) ，并采用h 2 4 8 协议作为m s c 服务器和c s m g w 之间的接口协 议，如图2 1 所示。在这种结构下，通过将信令处理呼叫控制和语音数据的传输 分离的模式，很好地适应了下一代网络的需求，对于向全婵核心网演进具有极大 的优势。 2 1h 。2 4 8 协议的历史演进 在m g 和m g c 之间的接口上，曾经提出和实现了多个类似的接口协议”， 如图2 2 所示。多个标准为设备之间的互通带来了很大的障碍。最终在通信界 ( i t u t ) 和英特网界( i e t f ) 的共同努力下，制定了h 2 4 8 m e g a c o ，这使得下 一代网络的实现向前迈出了一大步。在详细了解h 2 4 8 协议之前，先简要介绍这 几个媒体网关控制协议。 4 华中科技大学硕士学位论文 图2 2 媒体网关控制协议的历史 i p 设备控制协议( d d c ) ： 在1 9 9 8 年，l e v e l ( 3 ) 汇集了一些运营商和其它一些感兴趣的组织成立了一个 “技术顾问委员会”，以设计“p 设备控制协议( i p d c ) ”。如今i p d c 已经被实 现，且仍然服务于l e v e l ( 3 ) 和其它一些网络之中。 简单网关控制协议( s g c p ) t e l c o r d i a ( 以前是b e l l c o r e ) 的研究者设计了一个类似的协议“简单网关控制 协议( s g c p ) ”，也实现了类似的目的。他们和l e v e l ( 3 ) 技术顾问委员会是独立的。 s g c p 在研究实验的设备上实现了，却没有获得商业上的成功。然而，t e l c o r d i a 的努力是一只备受尊重的团队进行的一次十分有意义的开发。 m g c p 媒体网关控制协议( m g c p ) 是在综合了i p d c 和s g c p 的设计原则和些 好的概念后，设计出的一个新协议，它同时是以前两个网关控制协议的继承者。 在一些小的公司和研究机构目前仍在进行m g c p 的研究努力。m g c p 的提议者将 它提交给i e t f 以进行标准化，但最终i e t f 只同意出一个“i n f o r m a t i o n a lr f c ” 华中科技大学硕士学位论文 版本的m g c p ，而不是标准。在工业界，目前已经完成了多个m g c p 的实现，它 的一个主要的发起者c a b l e l a b s 已经采用了m g c p 作为p a c k e t c a b l e 中的一个协 议。 m e g a c o j h 2 4 8 独立于m g c p ，r r u t 开始创建一个类似的协议。其中，作为参与者之一的 朗讯科技提出了一个协议媒体设备控制协议( m d c p ) 。后来，在一次具有历史意义 的协定里，i t u 和i e t f 同意协同工作，一起努力来定义一个简单的、且能够被 媒体设备控制广泛应用的新协议。他们使用m g c p 和m d c p 作为工作的起点， 最终发布了一个新的协议：i e t f r f c3 0 1 5 ( m e g a c o ) 、i t u t h 2 4 8 “”1 。m e g a c o 和m g c p 很相似，并且共享了它的一些概念，但是它们的基本模型、命令和消息 结构都是不同的。 2 2h 2 4 8 协议的体系结构 参考o s i 七层结构模型 1 0 ih 2 4 8 协议对应着最上层的3 层，即应用层、表 示层和会话层。h 2 4 8 协议是网关分离概念的产物，它并没有定义媒体网关、多 点控制单元或交互语音响应单元是如何工作的，它只是为他们的应用制定了一个 通用的框架。 1 h 2 4 8 协议的连接模型 h 2 4 8 协议的连接模型基于三个概念：终结点、关联和流，如图2 3 所示。 终结点是媒体流发起者和终结者。通过抽象出终结点这个概念，融合了各种 承载的差别。一个终结点用一些特征属性来描述，这些特征属性被封装在h 2 4 8 命令中的描述符中。终结点有唯一的身份，它在创建的时候由媒体网关分配：在 终结点上可以使用信号并能够检测事件。终结点可以是半永久的也可以是临时的， 例如代表一个t d m 信道的终结点，只要媒体网关提供该信道它将会一直存在， 我们称之为物理终结点：而代表短暂信息流( 如r t p 流) 的终结点只在那些流在 华中科技大学硕士学位论文 用时存在，我们称之为临时终结点。协议本身并不对它们做出分别。 关联包含一个或者多个终结点，它定义了终结点之间的通信。h 2 4 8 协议的 连接模型在终结点之间直接为媒体流选择路由，并通过一个公共关联来连接它们。 关联可以看作一个混合桥，所有具有相同关联的终结点被连接。 流最典型的情况是代表了一种媒体，例如语音，视频等。多个流可以在同一 个关联中。 在下图的例子中，媒体网关中存在有四个终结点，其中终结点t a 、t b 和t c 在关联c n 中。可以看到，媒体流i l 流入终结点t a ，媒体流1 2 流入终结点t b ， 媒体流1 3 流入终结点t c 。则此时t b 输出的流为i i + 1 3 ，t c 输出的流为i i + 1 2 。 图2 3 ：h 2 4 8 协议的连接模型示意图 2 信号和事件 可以在终结点上应用信号。信号是媒体网关产生的媒体流，例如信号音、语 音通知以及线路信号。终结点也可以被编程用来检测事件，事件的发生可以触发 通知消息给m g c ，或者触发媒体网关的一个动作。媒体网关对事件的处理有两 种方式，一种被称作连续流模式，另一种是紧同步( 1 0 c k s t e p ) 模式，这两种模式的 选择取决于参数e v e n t b u f f e r c o n t r o l 的设置。 具体的事件和信号在扩展包中定义。事件和信号都可以有配置参数。这种机 制使得事件和信号的定义具有一般性，即详细的信息可由配置参数来提供。一些 华中科技大学须士学位论文 配置参数对所有的事件和信号是公共的：比如，媒体流的标识符，通过标识符可 以联系事一个件或者是信弩。事件还可以带有一黧附加参数，这魏参数熟值与事 件起报锫。比如：“信号结束”攀 牛同时报告是哪个信号结束和臻号结束的原因 等。 3 。港怠结梭 i - i 2 4 8 协议消息由个消息头和一个戏多个事务组成。这些事务之间不定 有联系，消息接收耆处理这些事务的次序也没有定义。消息头含有协议版本和消 息缓织者鹳身给。当消息黪要响应封，其响应会返圊到消息组织毒的地址。h ，2 4 8 协议的消息结构如图2 4 所示： 图2 4 ：m e g a c o h 2 4 8 消息结构图 事务最按议最大熬功黢单元。每个事务都出事务请求发起，菇盥最终必须被 事务答复获闭。为防止事务发起者的应用级的事务定时器超时，响应者事务完成 之籍莓先逡馨一个“事务鲶理孛”游悫( t r a n s a c t i o np e n d i n g ) ，壹裂它霹浚遮鋈一 个铸复。事务并不是原子操作，但该协议嚣求事务中的内容按次序操作。攀务响 应键菇了事务请求皆所有余令静魏行结果。除了对谤求静酾瘫，事务响应中还可 以龟食响应者对资源的分配情况、提供审计所需求的信息、控制会话参数的协商 g 华中耩技大学硕士学位论文 以及错误信息。 事务融一个或多个魂作组成。一个动作包话一系列陵定在一个关联中操作的 命令。因此每个动作都指定一个关联i d 。在某种程度上命令是原予操作，如果执 行一个命令失败了，响应者必须媵可能地把终缩魔恢复到执行命令以前的状态。 m e g a c o h 2 4 8 协议支持八条禽令，如下裘赝示： 袋2 1 m e g a c o 命令 鑫令名豫攒述 a d d往个关联中添加个终结点。 m o d i f y薄予修改终结点秘臻注、霉绺稻薅譬等。 s u b t r a c t 从关联中删除一个终结点弗返回该终结点的统计信息。 m o v o 把终结点觚一个关联移到另个关联。 a u d i t v a l u e 返回终结点的当前属性、事件、信号和终结点的统计信息。 a u d i t c a p a b i l i t y返阐终结点的属性、事件以及信号的所有可能的值。 n o t i f y亢毒等m g 逶箱嬲g c 在洳主发生黪事箨。 【s e r v i c e c h a n g e 用于m g 的注册，在m g 和m g c 之间交换状态改变信息。 其中，前六个命令由m g c 笈起，n o t i f ，命令由m g 发起，弼s e r v i c e c h a n g e 命令两者郝可以发起。该协议对关联橱识符和终结点标识符提供了a l l 和 c h o o s e 道配符搽作。 愈令审款子缝桷是描述 毫，撼述簿是鑫令豹参数。每个搓述笼含有协议接定 功能的信息。下面介绍几个重要的描述符。 媒体攥述替攘述了对遴遥终缭焦豹媒髂漉熬袋簧骰煞变换。它实际上耄毅下 几个描述符组成。终结点状态描述符包含独立于特定媒体流的终缁点信息。本地 擦制描述字啻提侯了氍媒俸流褶关的越仅在m g 和m g c 闯相关的信怠。本地描述 符和远端描述符包含的信息描述了必须和远端实体相配合的媒体漉的流动。其中 本地指m g 收到的媒体，诞端指由m g 发送的媒体。本地描述符的内容采厢的是 s d p 的编褐方式1 4 0 1 0 0 华中科技大学硕士学位论文 事件描述符、事件缓冲区描述符和观察事件描述符，它们选择和报告m g c 当前感兴趣的那些事件。信号描述符用来指示当前m g c 希望m g 在终绥点上播 放那些信号。 服务改变描述符用于服务改变命令，它帮助进行媒体阏关注册等媒体网关管 理熬功能。 4 控制和管理 m g 和m g c 之闻的擦制关系开始予m g 的冷启动，这鐾于m g 通过服务改变 ( s e r v i c e c h 狮g e ) 消息向m g c 发出波煅请求。但是这种关系可以被以后发生的事件 改变，例如故障或些人为的事件。m g c 在有必要的前提下可以审计、麓新设 嚣个或畿一组终溃豹当藏状态。m g 能够为一令终端或蠢是一缌终端报告当翦 服务的改变。 漭议审穰设m g 撮据一个给定黪候选m g c 列表来褪始与每一令控裁鹣懿联 系。如果m g 检测到与当前控制它的m g c 失去了联系，m g 就要选择一个备选 的m g c 泉控箭该m g 。m g c 可l 美选择接蹙该m g 发出静裙始纯请求，僮蹩也可 以忽略该请求或者拒绝该请求，或者是转发到另一m g c 。 一旦控制关系建立起来，m g c 可以选择在任何时候措示m g 中止当前控制 关豸b 共拯定一个螽选的m g c 开始躲戆控制关系。这可以通过热餐份方式完戒， 这种改变不会破坏m g 中当前的关联。在需要时，可以由新的m g c 负责通过清 除掰蠢懿主下文采实瑗冷臻动。 5 扩展包 扩展龟是h 2 4 8 协议为满足具体的应用而定义的详细特性，通过包实王觉了协 议的扩震孛踅劁| 3 4 1 。麓单的滋，包怒定义了一些终终点上可憩会出域兹一些属性， 事件，信号和统计。不同功能的终结点有不同的参数，协议融合了这种差肄，允 谗终结点鸯一些可选静疆懿，事箨，信号翻绞诗。为实瑷媒体嚣关，媒体网关控裁 器之间的协同性，把这些可选项封装成为个包。个终结点可以应用多个包。 0 华中科技大学硕士学位论文 6 消息编码 h 2 4 8 协议消息可以采用两种编码方式，一种是采用a s n 1 的语法和编码规 则的二进制编码方式，另一种是文本编码方式。其中文本编码方式采用的是a b n f 协议语法m ，。在实际应用中，压缩的文本编码以其良好的编码效率和可读性得到 了广泛地使用。 2 33 g 核心网电路域结构 基于w c d m a 的3 g 核心网在r 4 版时主要分为电路交换( c s ) 域和分组交 换( p s ) 域两个独立部分( 1 4 1 分别处理电路交换业务和分组交换业务。在核心网 功能实体方面，c s 域和p s 域都有各自的关键功能实体，同时有部分实体为c s 域和p s 域所共有，如h l r 等。由于本文研究的内容仅限于电路域，下面就只介 绍电路域的部分功能实体和接口，其网络结构如下图所示： 图2 5 ：u m t s 核心网电路域网络结构图 1 m s c 服务器 m s c 服务器是c s 域的核心实体，如图2 5 所示。m s c 服务器是针对位于 m s c 区内的所有移动台完成所有交换与信令功能的设备，需完成对进出移动台的 所有电路域业务进行处理所必需的功能。与固定交换机不同的是，m s c 需考虑无 线资源分配和用户移动性的影响，因此除固定交换所有功能外，m s c 还至少需完 华中科技大学硕士学位论文 成位置登记、切换等移动性管理功能。m s c 服务器包括无线系统与嗣网问冉勺接口， 每个m s c 服务器稀与多个基站接瞄，由多个m s c 覆盖一个施区。 m s c 服务器主簧包括m s c 的呼叫控制和移动性控制部分，负责控制移动发 起和移动终结的所有c s 域呼叫。m s c 服务器终结用户与网络间的信令，将其翻 译免稳应瓣嬲终与潮终阉豹售令。m s c 照务器还对m g w 载媒俸瀵逶豹恣缓送行 控制。此外，v l r 一般与m s c 在同一实体实现。 2 ，g m s c 服务器 g m s c 服务器是网关m s c 服务器，完成核心阐c s 域妈外部网络间的网关功 能耪路由功能。外部网络米的呼明酋先路囱至g m s c 服务器，由葵查询h l r 后， 将呼叫路由至移动台当前所在的g m s c 服务器。g m s c 服务器可与m s c 服务器 在同一实体实现，也可分开实现，在本文中统称为( g ) m s c 服务器。 3 。媒体网关 媒体网关负责用户或者用户网络的接入，以宽带接入手段接入核心媒体网络。 嗣瓣，它逐受责遽行媒镩滚静转换，弹将耱媒钵滚浃射戏另一静舞络要袋约媒 体流格式。媒体嗍关受( g ) m s c 服务器的控制它绝大部分的动作，特别是与业 务稻关的动作都愚在( g ) m s c 稚务器静控耩下完成静，如编码、压缩算法静选择， 呼叫的建立、释放、中断，资源的分配和释放，特殊信号的检测期处理等。 4 m c 接口 媒体网关和之闽的特殊关系决定了它们之间控制协议懿重要燃，h 2 4 8 就是 ( g ) m s c 服务器和媒体网关之间的控制协议。媒体网关和( g ) m s c 服务器之间的接 日谖定义为m e 接鞠1 1 5 1 凌m c 接强上完全遵簌鞋2 4 8 蛰议。 5 n c 接口 n c 诿黼是m s c 服务器之闻，袋m s c 黻务器与g m s c 旅务器之闻黥倍令绩 口，用于实现基于网络一网络的呼叫控制。在r 4 版本中，选用b i c c 作为孵叫控 制协议t 1 6 1 。 6 n b 接口 华中科技大学硕士学位论文 媒体网关之间的接口被定义为n b 接口 1 7 j 它用于实现承载控制和传输。其 中承栽控制协议为i p b c p ，采用隧道方式来传输。n b 接口上的用户平面协议与 i u 接口上基本相同。媒体流的传输凝于r t p t c p ( u d p ) i p 。 2 4 比较协议在移动软交换中和固定软交换中应用的差贯4 h 2 4 8 协议不是一个专门梵移动软交涣制定静协议，它燕一个逶麓往穰强韵 协议。壶予它其褰灵活懿扩展瞧，鼹以霹坡爱予多葶孛场合孛。最早作为v o 浮戆实 现，窀被燧于噬定软交换中，鞭在移动软交换中载波鼹还在磷究粒探索中。掰以 比较协议在移动软交换和固定软交换中应用的差别是很霄意义的。 我们从以下几个方面来进行比较： 1 移动与固网软交换设备的差异 在承载控制分离的结构下，移动与固网n g n 在软交换设备方面的差异是非 常明最的。移动软交换设锯，b p ( g ) m s c 服务器，继承了3 gv m s c 及g m s c 所 有的业务控制层的业务处理及倍令接口功能，并在业务流程中根据需要调用经过 移动扩展的h 2 4 8 协议控制移动接入或中继媒体网关完成媒体流的汇聚、映射及 交换； 搿淘定较交换设备提供继承传统c 4 嗣定端羯及c 5 长途弱交换梳的所有娩务 处理发信令接墨功能 1 8 1 势逶过m g c p , f f i 2 4 8 镑议控割溪定接入弼关或中继溺关 宠成媒俸浚的汇聚、映射及交换珐栽。 2 用户接入方式懿蓑异 r 4 舨本懿移动软交换对移动餍户兹接入方式与阌砖c 4 c 5 较交换静i s d n 雳 户接入方式比较类似。 由于u m t s b s s 接入测的呼口q 控制及移动性管理协议r a n a p b s s a p 是基 于s c c p 的信令，因此可以直接利用无线接入网关的信令网关来完成a t m t d m 承载倍令与i ps i g t r a n 之间的转换，以将用户网络接口( u n i ) 控制信息接入 华中科技大学硕士学位论文 到软交换设备。 i u a 接口信令通道相对业务承载通道的独立性，使得通过无线接入网关物理 转接的方式或直接信令接口接入r n c b s c 的r a n a p b s s a p 信令成为可能。 r a n a p b s s a p 中透明传输的d t a p 信令或n a s 信元，用于完成核心网络与用 户的端到端呼叫业务控制( 包括基本及补充业务) 、位置管理、鉴权管理、被叫寻 呼和短消息功能，而r a n a p 特有协议及b s s a p 中的b s s m a p 协议，则使得核 心网络能够配合无线接入网( r a n ) 完成诸如切换、复位管理、无线资源指配、 移动定位业务以及安全加密模式控制等功能特性。 因此，上述移动软交换特有的r a n a p b s s a p 信令都未受到m s c 设备从合 一模式演进到控制、承载分离的m s c s e r v e r m g w 模式的影响。但其连接管理中 涉及到对承载面资源的操作，则必须通过与m c 接口上的h 2 4 8 协议进行交互来 实现。 3 呼叫控制协议的差别 固定软交换一般选用s i p s i p t 、h 3 2 3 或b i c c 作为分组语音承载环境下的 局间呼叫控制协议，而r 4 版本的移动软交换最终选择了b i c c 作为局间呼叫控制 协议 2 0 1 。这主要是基于以下几个方面的考虑： a h 3 2 3 、主要面向多媒体业务1 2 1 1 协议体系过于复杂，以其支持基本话音 业务开销较大，且其协议支持的业务模型( 如基于m c u 的会议业务) 与3 g 电路域业务无法完全兼容，且h 3 2 3 在软交换分离结构下的实现 规范及与媒体网关的交互尚未细化： b s i p 与h 3 2 3 一样作为多媒体呼叫协议存在与电路域业务的兼容性问题 1 2 2 1 s 口一t 与3 g 电路域业务兼容能力强，但目前仅支持d 用户面承 载( 对于需要附加承载控制( b c f ) 功能的a t m ( 如a a l 2 ) 承载组网， 尚未定义s i p t 与b c f 之间的互动关系) ，而s i p 协议目前也仅支持在 口上承载。 4 华中科技大学硕士学位论文 cb i c c 因其体系制定的完备性” 2 9 1 充分考虑了r t p i p 、a t m a a l 2 a a l l 、m p l s 等方式进行多种电路域业务承载网组建方式的需 求，对于广域i pq o s 机制尚不成熟的今天，具备条件的运营商可能会 选择首先组建a t m 或m p l s 承载的话音业务流，造成多种承载类型网 络共存的局面，而目前仅有b i c c 可以完成控制面与a t m 、i p 类承载 的兼容支持及交互，而s i p s i p t h 3 2 3 目前都无法胜任该需求； db i c c 真正作到了将呼叫控制逻辑与承载相关的承载控制逻辑的完全分 离，承载控制逻辑( 如q a a l 2 ) 直接在m g 间执行或( i p b c p ) 通过 隧道方式在m g 间代理透传，确保了承载模式的变化更新对软交换的 业务逻辑影响最小。 4 底层传输的差别 在固定软交换体系中，对于采用承载的网络，高层应用协议的底层传输协 议比较多样化，而在3 gr 4 核心网中则统一规定所有应用层协议均承载在s c t p 协议上 2 4 1 0 这是因为s c t p 提供了比t c p 更灵活的信息复用拆卸能力，同时s c t p 在p 域能够支持比t c p 更为强大的传输层可靠性机制。 5 媒体网关的差别 媒体网关在用户承载面的一个重要功能是完成异种网络间不同语音编解码制 式之间的转换。3 gr 4 核心网借助分组承载的优势引入了t r f o ( t r a n s c o d e rf r e e o p e r a t i o n ) 机制 2 5 1 通过减少编解码次数提高了语音质量、节省了t c ( 代码转换机) 资源。该机制利用了b i c c 协议的编解码器带外协商能力，以及h 2 4 8 协议修改 或预留编解码器资源的能力。 另外，3 gr 4 核心网还继承了2 g 的t f o ( t a n d e mf r e eo p e r a t i o n ) 特性 2 6 1 它 一般用于t d m 或g 7 1 1o v e ri p 方式。尽管其为媒体网关中的代码转换机间的带 内协议，但为了实现t r f o 呼叫中断后分段t r f o 与t f o 的协调并存，要求媒体 网关由h 2 4 8 协议将带内t f o 协商结果通知软交换设备，以作为是否t r f o 重协 一 华中科技大学硕士学位论文 商的依据。这些特性是固定软交换中的媒体网关所不具备的。 由于移动固定软交换都是通过标准的h 2 4 8 协议对媒体网关上的其他特殊媒 体资源( 例如信号音和录音通知) 进行操作控制，对媒体网关屏蔽了控制面业务 流程方面的差异，因此移动，固定媒体网关在对特殊媒体资源的支持方面并无显著 的差异。 在支持数据承载及传真业务的过程中，移动媒体网关担任的角色与固定媒体 网关完全不同。固网体系中，从原始数据信息到3 1 k 模拟音频的调制解调，或 6 4 k 数据信道的速率适配，都是在用户终端侧完成的；而在移动体系中，上述全 部或部分功能都需要在网络侧移动媒体网关中来完成，即媒体网关中的i w f 功能 1 2 7 1 n 移动媒体网关根据软交换下发的承载能力信息判断当前为语音或数据业务， 并针对数据业务选择合适的m o d e m 及速率适配资源。对于非透明业务，要求媒 体网关完成与移动终端t a f 之间的r l p 协议交互处理，以完成差错检测、流量 控制相关功能；对于g s m 数据业务，移动媒体网关需要完成来自b s s 的v 1 l o 或a t r a u 帧到g 7 1 1p c m 的调制解调或u d i r d i 承载的速率适配，以及与移 动接入侧及网络侧的带内协商交互( 如v 系列协议及m o d e m 训练) 。 固网媒体网关一般采用r t p r t c p 协议作为p 承载组网的基本必选协议，同 样它也是移动媒体网关的口承载组网中基本必选协议。移动媒体网关为支撑核心 网电路域的用户平面业务分组方式承载，在r t p r t c p 基础上引入了应用层 i u u p n b u p 协议，以提供底层传输协议的无关性及差错控制、时间调整和速率控 制功能1 2 8 | 并将协议的参数设置与r a n 侧的r a bq o s 需求唯一关联起来，其 中i u u p n b u p 帧作为r t p 的封装净荷内容。 由于移动软交换将承载控制功能( b c f ) 下移到媒体网关上来实现，对 r t p r t c ps d p 协议参数的初始化及协商不再由控制面软交换来负责( 如通过 h 2 4 8 从m g 获取s d p 信息，并由s i p h 2 4 5 信令传递到对等端) ，而是由媒体网 关执行简单的i p b c p 协议，以隧道方式( l 2 4 8 及b i c c 隧道机制) 与对端媒体网关 直接交互完成。 1 6 华中科技大学硕士学位论文 一：= = = = = = = = # # = = = ；= = ；= z = ；= = = = = ；= = = = # 移动软交换在进行承载准备、建立或修改过程中，将依据控制面业务类型， 编解码器躐承载能力信息，为媒体网关设嚣合适鹩i u u p 参数( 如支持模式、接露 类型、版本号等) ，或者媒体网关自身会依据来自r n c 或上游媒体网关的 i u u p n b u p 初始化命令来设置下游i u u p n b u p 参数。 6 鬃论 根据以上的比较分析我们可以看出，h 2 4 8 协议在移渤软交换中的应用更为 复杂，主鬃体现奄以下几个方面： a 需要支持穆动核心网用户乎面参数的传递； b 需簧支持移动核心阀的t f o 和t r f o 的功能性； c 。嚣要支持农棱心嬲逛路域靛数据睁叫，以突成交互助能： d 需要支持和b i c c 协议交甄； e ，嚣簧支持i p b c p 携滚熬醛道传羧。 为了支持这戥特有的功能性，r r u t 以及3 g p p 利用h 2 4 8 协议灵活的扩展 穗潮定了稽应静扩震包，程下一节我翻将鬃俸分褥这些扩装包。 2 。sh 。2 4 8 协议霹u 豺节s 核心溺的支持 在u m t s 核心网中，壬 2 4 8 协议不仅要支持移动特定的功能，包括用户平面、 t r f o 和t f o 、数据承载等”“；同时，因为当前r 4 版本的核心网中采用tb i c c 穆汉终受孵# q 控制捺议，瑟鞋还存在班。2 4 8 _ 秘b i c c 交互戆一些阏题。另舞，我 们也将分析h 2 4 8 协议是如何支持i p b c p 协议以进行承载建立的。如下袭所示， 3 g p p 健溺了壬 2 4 8 协议懿扩震雹来支持淤上这些麓麓洼： 表2 2 ：h 2 4 8 协议扩展包 包名称接述 3 g u p 包实现用户平面操作的功能性 t f o 包提供了t f o 功能性 华中科技大学硕士学位论文 移动软交换在进行承栽准备、建立或修改过程中，将依据控制面业务类型， 编解码器域承载能力信息，为媒体鲻关设置合适抟i u u p 参数8 s 支持模式、接盈 类型、版本号等) ，或者媒体网关自身会依据米自r n c 或上游媒体网关的 i u u p n b u p 初始忧命令来设置下游i u u p 烈i b u p 参数。 6 ，鳍论 根据以上的比较分析我们可以看出，h 2 4 8 协议在移动软交换中的应用更为 复杂，主簧体现程以下见令方面： a 徽要支持移动核心网用户平砸参数的传递； b 需簧支持移动核心网的t f o 和t r f o 的功能性： e 需要支持在核心阏逄路域豹数据孵删，以竞戒交趸功能： d 需要支持和b i c c 协议交氨； e ，需要支持i p b c p 协议戆熬道传辕。 为了支持这臻特有的嚣b