（计算机应用技术专业论文）软交换技术中mgcp协议的研究及协议解释器的实现.pdf

摘要 摘要 随着人们对数据通信特别是多媒体业务及移动性业务的需求目趋膨 胀，用户对终端性能的综合化提出了较高的要求。下一代网络将是集话 音、数据、视频等业务于一体的全新网络，而软交换技术是下一代网络 的核心技术。m g c p ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o l ，媒体网关控制 协议) 作为软交换设备首先要支持的媒体网关控制协议被提了出来，其 对于i p 电话的大规模应用，特别是i p 电话进入家庭具有十分重要的意 义。 本文以m ( 3 c p 协议为研究对象，全面系统地对m g c p 协议进行了研 究，并从技术特点等八个方面对m g c p 和 l2 4 8 m e g a c o 进行了比较； 同时对m g c p 协议的发展前景进行了展望。最后着眼于改善网络维护或 测试软件中协议解释模块更新难的问题，本文以m c - c p 协议的解释为主要 目标，设计并实现了一个协议解释器d l l ，该d l l 的设计思想和实现方 法可直接应用于其他协议的解释。 本论文的主要工作和贡献如下： 1 全面研究了m g c p 协议的产生背景、技术特点、呼叫模型、协议机制、 信令功能、协议描述及呼叫流程，并给出了详尽实例。 2 从协议结构、协议功能、q o s 机制、协议效率、可靠性、安全性、扩 展性及可维护性八个方面对m g c p 与h 2 4 8 m e g a c o 两种相关协议进 行了比较性研究。 3 在v c + 十6 0 开发环境下设计并实现了协议解释器，此软件提供的主 要功能有：协议的概要详细解释、自动识别上层协议、用户能够自 定义解释语言( 中文或英文) 、包过滤机制。 关键词：软交换，媒体网关，m g c p ，呼叫流程，协议概要详细解释 a b s t r a c l a b s tr a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gd e m a n df o rd a t ac o m m u n i c a t i o n ，e s p e c i a l l y m u l f i m e d i as e r v i c ea n dm o b i l es e r v i c e ，u s e r sb r i n gm o r er e q u e s t st o t h ei n t e g r a t i o nl e v e lo fc o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l s n e x tg e g e r a t i o n n e t w o r k ( n g n ) w i l lb ean e wn e t w o r k ，w h i c hp r o v i d e ss u c hs e r v i c e a sv o i c e ，d a t a , v i d e oa n ds oo n ，a n ds o f f s w i t c ht e c h n o l o g yi st h ec o r e o f t h en g n m g c p ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) i sp r e s e n t e d a sam e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o lt h a tt h es o f t s w i t c hd e v i c ef i r s t s u p p o r t si ti sv e r yi m p o r t a n tf o rv o i p ( v o i c eo v e ri n t e r a c tp r o t o c 0 1 ) t ob eu s e de x t e n s i v e l y , p a r t i c u l a r l ya th o m e t h i sp a p e rt a k e sm g c pa sr e s e a r c ho b j e c t ，c o m p r e h e n s i v e l ya n d s y s t e m i c a l l ys t u d ym g c ra n dc o m p a r e sm g c pw i t hm e g a c oi n e i g h ta s p e c t s ，s u c ha st e c h n o l o g yf e a t u r e s ，w h i l ep r e s e n t i n gap r o s p e c t f o rm g c p sd e v e l o p m e n t f i n a l l y , w i t hav i e wt oi m p r o v ep r o b l e m s t h a ti ti sd i 币c u l tt ou p d a t et h em o d u l e sf o rp r o t o c o le x p l a i n a t i o n e m b e d d e di nn e t w o r km a i n t a i n e n to rt e s ts o f f w a r e s ，w ed e s i g na n d r e a l i z ea p r o t o c o le x p l a i n a t i o nd l l ( d y n a m i c “1 1 l ( l i b r a r y ) t a l ( i n g t h ee x p l a i n a t i o no fm g c pa sam a i no b j e c t i v e t h ed l l sd e s i g n i d e aa n dr e a l i z a t i o nm e t h o dm a yb ed i r e c t l yu s e dt od e v e l o pe x p l a i n a t i o ns o t t w a r e sf o ro t h e rp r o t o c o l s n 碓m a i nt a s ka n dc o n t r i b u t i o no ft h i sp a p e r ： 1 w es t u d yc o m p r e h e n s i v e l yt h ep r e s e n t a t i o n ，c a l lm o d e l ，p r o t o c o l m e c h a n i s m ，s i g n a l l i n gf u n c t i o n ，p r o t o c o ld e s c r i p t i o na n dc a l lf l o w o f m g c p w h i l eo f f o r i n gs a m p l e si nd e t a i l 2 w ec o m p a r em g c pw i t hm e g a c oi ne i g h ta s p e c t s ：p r o t o c o ln t l u c t u r e ，p r o t o c o lf u n c t i o n , q o sm e e h a n i a m ，p r o t o c o le f f i c i e n c y , a b s t r a c t r e l i a b i l i t y , s e c u r i t y , e x p a n s i b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y 3 i nv c + + 6 0 ，w ed e s i g na n dr e a l i z ea p r o t o c o le x p l a i n a t i o nd l l ( d y n a m i cl i n kl i b r a r y ) t h em a i nf u n c t i o np r o v i d e db yt h ed l l m g c p s d e t a i l e d b r i e fe x p l a i n a t i o n ，a u t o m a t i cr e c o g n i z a t i o no f u p p e rp r o t o c o l ，u s e r - d e f i n e de x p l a i n a t i o nl a n g u a g e ( c h i n e s eo r e n g l i s h ) ，f i l t e rm e c h a n i s mf o rd a t ap a c k e t s k e y w o r d s ：s o f t s w i t c h ，m e d i ag a t e w a y , m g c p , c a l lf l o w , p r o t o c o l b r i e f d e t a i l e de x p l a i n a t i o n 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽本人所知，除了文 中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大 学或其他教学机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 起工作的同志对本研究所做的任何贡献已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 本人签名： 日期：年月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。论文中所有 创新和成果归北京交通大学计算机与信息技术学院所有。 未经许可，任何单位和个人不得拷贝。版权所有，违者必 究。 本人签名： 日期：年一月 1 1 课题背景 第一章绪论 世纪之初，受ip 大潮的冲击，整个通信网络酝酿着一场大革命， 网络构架的变革已成为不可阻挡的趋势。这是因为，随着计算机和通 信技术的发展，互联网的广泛使用使数据业务的急剧增长，电子商务、 多媒体业务、电视电话等公众服务项目日益增多，人们对数据通信特 别是多媒体业务及移动性业务的需求日趋膨胀，己逐步从单一的语言 或图像向综合文字、数据、图形、图像、视频等形式的多媒体方向发 展；用户对终端性能的综合化也提出了较高的要求。例如要求电视机 具备交互功能，具有处理文本和数据的功能，逐步计算机化：也要求 计算机逐步电视化，可接收电视信号，进行传真、语音通信以及图像、 图形通信等。传统电信业正面临着强烈的市场冲击与技术冲击，于是， 有关下一代网络( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，n g n ) 的研究工作顿时成为 热点。现在人们普遍认为，n g n 是统一协议的分组网络，是电话网、 计算机网及有线电视网的“三网”融合，以软交换为核心技术，其中 软交换技术位于网络的控制层”】。其核心思想是硬件软件化，通过软件 的方式来实现电路交换机的控制、接续和业务处理等功能；各实体之 间通过标准的协议进行连接和通信，从而实现了n g n 的两大功能特 点：业务和呼叫控制分离，呼叫控制与承载控制，这样就极大地方便 了运营商灵活、高效地开发、提供和管理新业务。 m g c p ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o l ，媒体网关控制协议) 是 t e l e c o r d i a 公司根据分离网关思想提出的一种新协议川。i e t f 的m e g a c o 北京交通大学硕士学位论文 工作组于1 9 9 9 年1 0 月对该协议完成了标准化工作。m e g a c o 是对 m g c p 的改进和进一步完善，由i e t f 于2 0 0 0 年8 月提出。m g c p 用 于软交换和媒体网关或软交换与m g c p 终端之间，软交换通过此协议 来控制媒体网关m g c p 终端上的媒体控制流的连接，建立和释放。 m g c p 是为了j 实现n g n 网络中业务和呼叫控制分离的思想而制定的协 议，它们是当前最热门的媒体控制协议，也是当前实现v o i p 电话的主 要技术手段，它们对于i p 电话进入家庭具有十分重要的意义，因此 m g c p 受到了广泛的重视基于此，i t u t 第1 6 工作组也制定了内容与 m e g a c o 基本相同的h 2 4 8 ( 前称h g c p ) 协议。 随着n g n 技术的不断成熟，国内外著名的电信设备制造商( 如西 门子、中兴、北电网络、阿尔卡特、爱立信等) 都在积极推出自己的 n g n 解决方案。有关n g n 组网的实验工作也在进行当中，而协议作为 网络通信不可缺少的规程，在网络的互连互通中出现与协议有关的问 题将难以避免。 1 2 课题的提出与意义 下一代网络( n g n ) 是一融可以提供包括话音、数据和多媒体等业 务的综合开放的网络构架。n g n 的理念是将底层的包交换硬件( 交换 机，路由器等) 同呼叫控制分离。软交换( s o f z s w j t c h ) 是n g n 的呼叫 与控制的核心，为n g n 提供具有实时性要求的呼叫控制和连接控制功 能。 m g c p 是顺应软交换呼叫与控制分离的思想而提出的一种全新的协 议。尽管其标准早在1 9 9 9 年1 0 就已制定，但业界对协议标准的理解并 不完全一致，特别是在软交换设备厂商考虑到自身利益或投资成本或 绪论 出于垄断考虑时，他们并没有严格按照标准去实现协议。这给网络的 互连互通造成很大的麻烦。因此，我想结合在公司的协议解释工作，对 m g c p 协议的功能特点、语法、结构、消息流程及其安全性展开全面 深入研究，这些对有关人员理解协议、分析协议、测试协议以及对协 议消息进行编解码都有很大帮助，这是其一。 其二，人们在探讨n g n 的组网方式时，尽管众说纷纭，但总的来 是有两种策略：第种策略是简单的网络控制设备、智能的终端，这 种组网方式是以h 3 2 3 s i p 协议为主的：第二种策略是智能的网络控 制设备、简单的终端，这种组网方式是以m g c p m e g a c o h 2 4 8 主的。所 以对m g c p 进行深入研究对理解n g n 的网络架构和实现m g c p 协议组网 有着重要的指导意义。 其三，随着业界对软交换技术的支持，而且不少设备供应商，例 如北电( n o r t e l ) 、华为、中兴等厂商正在积极研制软交换设备，而 m g c p 是软交换技术中主要协议，软交换设备对m g c p 的支持是毋容置 疑的。所以实现包括m g c p 在内的众多n g n 协议的解码解释对协议本身 的实现工作有一定的实际意义。 其四，随着网络的不断演化，n g n 的出现已成不争的事实。有关 n g n 的体系结构与组网技术也在不断实践中。不可否认，各种新建的 网络将带来更多与之相关网络维护、监测以及测试任务。而协议解释 器能够特定协议进行详细解释，这就有助于网络管理人员去适时定位 与协议有关的故障，从而帮助他们去快速排除与预防故障，而且很方 便监测协议消息流程。 北京交通大学硕士学位论文 1 3 相关的研究动态 由于m g c p 协议受到普遍的支持许多标准化组织参与了进来自 从i e t fm e g a c o 工作组于1 9 9 9 年1 0 月推出m g c pv 1 o ( r f c 2 7 0 5 ) 后， i e t f 于2 0 0 3 年1 月又对m g c pv 1 0 进行完善和扩充( r f c 3 4 3 5 ) 。与m g c p 类似的m e g a c o 协议目前有三个正式版本：2 0 0 0 年8 月推出的 v 0 8 ( r f c 2 8 8 5 ) ，2 0 0 0 年1 1 月推出的v 1 o ( r f c 3 0 5 ) 以及2 0 0 3 年6 月 推出的g c pv 1 0 ( r f c 3 5 2 5 ) 、i t u t 第1 6 组于1 9 9 9 年5 月推出了卜l2 4 8 ， 其内容与m e g a c ov 1 0 基本相同：著名的国际软交换协会也成立了“设 备控制工作组( d e v i c ec o n t r 0 1 ) “专门负责软交换间以及软交换与其 它网络设备间控制协议的制定和补充、增强，如m g c p 、m e g a c o 和设备 的兼容性等问题 我国网络与交换标准研究组早在1 9 9 9 年下半年就开始对软交换 技术进行跟踪和研究，并启动了“软交换设备总体技术要求”规范的编 制工作。8 6 3 计划也开始列项有关软交换系统在移动和多媒体应用的 研究，该课题以软交换技术为核心，重点研究能够支持多媒体业务和 应用于无线系统的软交换体系，采用开放式a p i 的业务及应用支撑环 境，以及软交换系统的组网技术。针国际标准，我国现在的标准化工作 主要涉及：互操作性；媒体控制协议( 如m g c p 、h 2 4 8 ) ，软交换机之 间的通信( 如s p ) ，扩展业务平台的协议和a p i ；符合国际电话连接标 准；安全标准；利用软交换传送高级业务等方面。已经制定的相关标 准包括：媒体网关控制器技术规范，软交换设备总体技术要求，支持 多媒体业务的m g 技术规范，m g c p 协议技术规范，h 2 4 8 协议技术要 求，h 2 4 8 协议测试方法，m g c p 协议测试规范等。 绪论 当前的协议解释器大都内嵌在具体应用软件中，例如常见的在线 实测软件、网络仿真软件、网络监测软件，以及著名的s n i 肫r 软件中， 都内嵌有协议解释器模块，这种做法不利于协议解释器版本的更新。 1 4 工作重点 对于本课题，本人所进行的主要工作包括： 1 介绍m g c p 的呼叫模型、协议机制、信令功能、协议描述以及呼叫 流程，并给出详尽的实例。 2 从协议结构、协议功能、q o s 机制、协议效率、可靠性、安全性、 可扩展性及可维护性八个方面对m g c p 与m e g a c o 两种相关协议进行 了比较性研究。 3 在v c + + 6 0 开发环境下设计并实现了协议解释器，此软件向外部提 供了协议解释a p i 。设计的主要功能有：协议的概要详细解释、 自动识别上层协议、用户能够自定义解释语言( 中文或英文) 、包 过滤机制。其体系结构开放。当前实现主要以m g c p 协议栈的解释 为主，以后可以很方便地添加其它协议。 北京交通大学硕士学位论文 第二章软交换技术综述 2 1 软交换的提出 如前所述，随着数据业务的急剧增长，人们对数据业务多样性的 需求，有关下一代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 的研究顿 时成为业界的热点。n g n 的标准定义是2 0 0 4 年2 月确定的。按照新的 定义，“n g n 是一个基于分组的网络，能够提供包括电信业务在内的各 种业务，并能够使用多种宽带的且有q o s 保证的传送技术，业务功能 与所用的承载传送技术无关，使用者通过n g n 能够不受限制地接入不 同的业务提供者。同时，它支持通用移动性，能够随时随地提供业务 给用户。” 3 1 从这个定义中，我们可以看出n g n 是一个可以提供包括语音、数 据和多媒体等多种业务的综合开放网络架构。从总体上讲它具有三大 特征f 1 = 1 、采用开放的网络结构体系。下一代网络将传统交换机的功能模 块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独 立发展。部件间的协议接口基于相应的标准，而部件间协议接口的标 准化可以实现各种异构网的互通。 2 、下一代网络是业务驱动的网络。n g n 网络将业务与呼叫控制分 离，呼叫与承载分离，而分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活 有效地提供业务。 3 、下一代网络是基于统一协议的分组网络。近几年随着i p 的发 展，人们开始逐渐认识到现有的电信网、计算机及有线电视网络将最 软交换技术综述 终汇集到统一的i p 网络，i p 协议使得各种以i p 为基础的业务都能在 不同的网上实现互通，人类首次具有了统一的、为三大网都能接受的 通信协议。 从功能上讲下一代网络分为四个层次，自上而下可以分为：业务 应用层、控制层、媒体层、按入和传输层四个层次，如图2 1 所示。 图2 - 1f 一代网络的分层结构倒 其中接入和传输层利用各种接入手段将用户连接至网络；媒体层 的功能是完成信息的高速传输、交换和互通，它是以分组交换为基础 的交换网络；控制层又可称之为呼叫控制层，负责完成各种呼叫控制 和相应业务处理信息的传送；业务应用层也可以称为网络业务层，它 可以通过开放的服务接口，构建各种业务逻辑，提供大量的增值服务。 综上所述，n g n 最大的特征就是它的开放性，其鲜明的层次结构 保证了各个部分能够独立发展。很显然现有的信息网络，包括电信网、 计算机网和有线电视网，无论是从层次结构上，还是从业务承载能力 上，都不可能完全满足下一代网络的要求。所以集语音、数据、传真 和视频等业务于一体的下一代网络需要有一种新的解决方案，软交换 正是在这种强烈的客观需求下孕育而生的。 北京交通大学硕士学位论文 2 2 软交换的设计思想 下一代网络将是集话音、数据、视频等业务于一体的全新网络， 它是当前主要信息网络的大融合，将给人们提供高带宽、大容量、足 够的地址资源以及优质的服务质量。虽然有关下一代网络的研究在不 断进行中，但有一点是为业界所认同的：软交换是下一代网络技术的 核心。 那么什么是软交换昵? 从广义上讲川，软交换泛指一种体系结构，也可以称作软交换系统。 利用该体系结构可以建立下一代网络框架，其功能可以涵盖上一节中 所提到的：接入和传输层、媒体层、控制层、业务应用层这四个功能 层面。它主要由软交换设备、信令网关、媒体网关、应用服务器、综 合接入设备( i a d ) 等组成。 从狭义上讲【1 ，软交换指软交换设备，定位在控制层。我们一般提 到的软交换都是泛指软交换设各。它有时也被称作关守、呼叫代理、 呼叫服务器或媒体网关控制器。在电路交换网中，呼叫控制、业务提 供以及交换矩阵集中在一个交换系统( 通常是硬件) 中，而软交换的 主要设计思想是业务控制与传送接入分离，硬件软件化，即通过软 件的方式来实现电路交换的呼叫控制、接续和业务处理等功能，各实 体之间通过标准的协议进行连接和通信。如图2 2 所示。 更具体地讲，软交换是基于“网络就是交换”的理念，它是一个 基于软件的分布式交换控制平台，将呼叫控制功能从网关中分离出 来，利用分组网代替交换矩阵，开放业务、控制、接入和交换间的协 议，从而真正业务与呼叫控制分离、呼叫与承载分离。所以这里的“软 8 - 软交换技术综述 交换”是相对于传统交换机使用硬件来进行交换的“硬交换”而言的。 可见，软交换的主要设计思想就是设法创建一个可扩展的、分布 式 t 一一 d + 1 m i 业氲1 呼叫控制 | 交换矩阵 e 电路交换模式软交换模式一 图2 - 2 电路交换模式与软交换模式 的软件系统，它独立于特定的底层硬件系统或软件系统，并能支持各 种各样的通信协议。这一设计思想非常符合下一代网络( n g n ) 的三 大特征一开放式体系架构、业务驱动和分组化的网络；迎合了电信网、 计算机网和有线电视网三网合一的大趋势。因此可用于解决现代网络 通信中不同网络( 电路交换和分组交换) 、不同设备、不同技术间的 互连互通问题。这就是软交换被业界所认同，以及成为下一代网络 i n g n ) 的核心技术的主要原因。 2 3 软交换的主要功能 在介绍软交换的主要功能之前，首先介绍一下基于软交换的网络 系统结构。以软交换技术为核心的下一代网络的基本实现结构如图1 3 所示，从图中可以看出，应用层是各种服务器以及业务控制点，控制 层是软交换设备，传输层采用核心分组网，媒体接入层包含各种接入 北京交通大学硕士学位论文 堕图匪 、+ 、，7 。，+ 。 ：苷一熏 软交换一 卜 软交换一 l - - - - - - - - i - - - - - - - - _ j t - - - - - - - - - - - - _ 一 图2 - 3以软交换技术为核心的下一代网络的基本实现结构 总结来说，软交换主要具有以下六大功能： 1 ) 呼叫控制和处理功能 软交换设各可以为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能， 包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫和资源控制等。 2 ) 协议功能 开放性是软交换体系结构的一个主要特点，因此软交换应具备丰 富的协议功能。 a 呼叫控制协议：i s u p 、t u p 、g l c c 、s i p t 、h 3 2 3 等。 b 传输控制协议：t c p 、u d p 、s c t p 、m 3 u a 、m 2 p a 等。 c 媒体控制协议：h 2 4 8 、m g c p 、s i p 等。 软交换技术综述 d 业务应用协议：i n a p 、m a p 、l d a p 、r a d i u s 等。 e 维护管理协议：s n m p 、c o p s 等。 3 ) 业务提供与交换功能 软交换可以支持电路交换机提供的业务，如呼叫前转、主叫号码 显示等；也可以识别智能网呼口q ，并把它上报给业务控制功能( s c f ) ， 从而实现业务的交换。 4 ) 软交换与其他网络的互通 软交换通过控制信令网关可以实现与异常网络的互通，其中信令 网关完成底层协议的转换和地址翻译功能。 5 ) 操作维护功能 操作维护系统是软交换设备中负责系统的管理和操作维护的部 分，是用户使用、配置、管理、监视软交换设备的工具集合。般的 软交换设备都支持s n m p 协议来进行严格的管理。 6 ) 计费功能 软交换具有根据计费对象进行计费和信息采集的功能，并负责将 采集的信息送往计费中心。计费的详细采集内容与个运营商的资费策 略密切相关。 2 4 软交换支持的主要协议 下一代通信网络的特点是基于i p 技术的多厂商、多技术、不同体 系结构的复杂融合体。而标准化的协议是支持通信设备互通互联、提 高通信设施效率、保障通信网络服务质量的关键因素。下面对软交换 支持的主要协议作一个简单介绍。 】m g c p 北京交通大学硕士学位论文 m g c p ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o l ，媒体网关控制协议) 是 简单网关控制协议( s i m p l eg a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o l ，s g c p ) 和 i p 设备控制协议( i n t e r n e tp r o t o c o ld e v ic ec o n t r o lp r o t o c o l ， i p d c ) 合并的产物。在软交换系统中，m g c p 协议主要用于软交换与媒 体网关或软交换与m g c p 终端之间，软交换通过此协议来控制媒体网关 m g c p 终端上的媒体控制流的连接、建立和释放。m g c p 的重要特点是 简单和成熟，是m e g a o o h 2 4 8 的先驱。 2 h 2 4 8 m e g a c o h 2 4 8 协议，也叫m e c a g o 协议，是软交换设备或m g c 与m g 之间 的一种媒体网关控制协议。h 2 4 8 和m e g a c o 实质上是一样的，是i e t f 和i t u t 共同认可的标准协议。在软交换系统中，h 2 4 8 m e g a c o 协议 主要用于软交换和媒体网关，或者软交换与h 2 4 8 终端之间。软交换 通过此协议控制媒体网关或h 2 4 8 终端上的媒体流的连接建立和释 放。h 2 4 8 m e g a c o 的重要特点是灵活和支持更多的接入技术，但不够 完善。 可见，h 2 4 8 m e g a c o 和m g c p 的功能很相似。其组网方式也非常 相似，如图卜4 所示。 图2 - 4t 1 2 4 8 m e g a c o 和m g c p 协议组网方式 软交换技术综述 3 s l p s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ，会话初始协议) 是i e t f 提 出的在i p 网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，用于软交换、s i p 服务器和s i p 终端之间的通信控制和信息交互。s i p 协议主要用于语 音与数据相结合的业务，以及多媒体业务的呼叫建立与释放。可实现 会话的发起、建立和释放，并支持单播、组播和移动性，可与s d p 配 合动态调整和修改会话属性，如通话带宽、传输媒体类型及媒体的编 解码格式。s i p 的重要特点是简单、灵活。其组网方式如图卜j 所示： 图2 - 5s i p 协议组网方式 4 s i g t r a n s i g t r a n ( s i g n a l i n gt r a n s p o r t ，信令传输) 协议由一组协议包 构成，如下图卜6 所示，包括公共信令传送协议和n o 7 信令适配层。 图中，i p 层之上的两层是由s i g t r a n 定义的新协议层。s i g t r a n 协议 用于解决i p 网络承载7 号信令的问题，它允许7 号信令穿过i p 网络 到达目的地。适配层是按照它们所替换的业务命名的，而不是该业务 的用户。例如，m 3 u a 适配s c t p 以提供m t p 3 业务，而不是提供业务给 m t p 3 。 北京交通大学硕士学位论文 s i 咖 。n o 7 1f 圆圈固圈 。im 2 p a 。l s u nl it u n | li u i 图2 - 6s i g t r a n 的体系结构 5 b 1 c c b i c c ( b e a r e ri n d e p e n d e n tc a l lc o n t r o l ，与承载无关的呼n u 控 制协议) 的设计是为了适应下代网络提出的呼叫与承载功能分离的 思路，b i c c 协议由i t u t 提出，它是基于n - i s u p 的信令协议，可使 i s u p 协议在不同承载网络( a t m 、i p 、p s t n ) 上传送。b i c c 协议属于 应用层控制协议，可用于建立、修改、终结呼叫，可以在不影响现有 网络接口的情况下，在宽带网上实现窄带i s d n 业务。软交换设备之间 可以采用b i c c 协议实现互通。 2 5 媒体网关与媒体控制协议 2 5 1 媒体网关 自u 面多次提到媒体网关，下面对媒体网关作一个简单介绍。媒体 网关( m e d i ag a t e w a y ，m g ) 在n g n 中扮演着重要的角色，是n g n 的“四 肢”。软交换的一个重要功能就是实现对媒体网关的有效控制。 媒体网关是接入到i p 网络的一个端点、网络中继或几个端点的集 软交换技术综述 合，它是分组网络和外部网络( 例如p s t n 、移动网络等) 之间的接口 设备，负责将一个网络中传送信息的媒体格式转换为另一个网络所要 求的媒体格式。媒体网关能够在电路交换网的承载通道和分组网的媒 体流之间进行转换，可以处理音频、视频，并且能够进行全双工的媒 体翻译，实现i v r 功能，同时还可以进行媒体会议等。根据媒体网关 设备在网络中的位置，可将其分类如下： 1 、中继网关：主要针对传统的p s t n i s d n 中c 4 或c j 交换局媒体 流的汇接接入，将其接入到a t m 或i p 网络，实现v o a t m 或v o l p 的功 能。 2 、接入网关：负责各种用户或接入网的综合接入，例如直接将 p s t n i s d n 用户，以太网用户、a d s l 用户或v j 用户接入。这类网关一 般放置在靠近用户的端局，同时它还具有拨号m o d e m 数据业务分流的 功能。 3 、驻地网关：放置在用户住宅小区或企业的媒体网关，主要用来 解决用户话音、视频和数据( 主要指i n t e r n e t 数据) 的综合接入。 作为n g n 中的重要设备，媒体网关的功能设计相当重要，一方面要 保证将各种用户和网络接入到核心网络的传输平面，另一方面也要接 受软交换的控制。媒体网关一般涉及到如下功能： ( 1 ) 用户或网络接入功能 媒体网关负责各种用户或各种接入网络的综合接入，如普通电话 用户、i s d n 用户、a j ) s l 接入、以太网用户接入或p s t n i s d n 网络 接入、v 5 接入和3 g 网络接入等。总之，媒体网关设备是用户或用户网 络接入核心媒体层的“接口网关”。 ( 2 ) 接入核心媒体网络功能 北京交通大学硕士学位论文 媒体网关以宽带接入手段接入核一d 媒体网络。目前接入核心媒体 网络主要通过a t m 或i p 接入。a t m 是面向连接的第2 层技术，具有可 靠的业务质量( q o s ) 保证能力，i p 则是目前应用广泛的第3 层技术。 ( 3 ) 媒体流的映射功能 在n g n 中，任何业务数据都被抽象成媒体流，媒体流可以是话 音、视频信息，也可以是综合的数据信息。由于用户接入和核心媒体之 间的网络传送机制的不一致性，因而需要将一种媒体流映射成另一种 网络要求的媒体流格式。但是由于业务和网络的复杂性，媒体流映射 并不是简单的映射，它涉及到媒体编码格式、数据压缩算法、资源预约 和分配、特殊资源的检测处理、媒体流的保密等多项与媒体流属性相 关的内容。此外，对不闯的业务特性又有其特殊的要求，如话音业务对 回声抑制、静音压缩、舒适噪音插入等有其特别要求。 ( 4 ) 受控操作功能 媒体网关受软交换的控制，它绝大部分的动作，特别是与业务相 关的动作都是在软交换的控制下完成的，如编码、压缩算法的选择， 呼叫的建立、释放、中断，资源的分配和释放，特殊信号的检测和处理 等。媒体网关和软交换之间的特殊关系决定了它们之间控制协议的重 要性，m g c p 和h 2 4 8 就是软交换和媒体网关之间的控制协议。m g c p 由i e t f 定义，实现相对简单，早期应用比较多，但目前的趋势则是转 向了由i t u 。t 定义的h 2 4 8 标准( 可以说h 2 4 8 是i e t f 与i t u t 结合 的标准，i e t f 中叫m e g a c o ) 。 ( 5 ) 管理和统计功能 作为网络中的一员，媒体网关同样受到网管系统的统一管理，媒 体网关也要向软交换或网管系统报告相关的统计信息。 软交换技术综述 2 5 2 媒体网关控制协议 媒体网关( m g ) 负责将各种用户或网络综合接入到核心网络，所 以媒体网关在n g n 体系结构中位于接入层。它本身不具有智能，要靠 位于控制层的软交换的控制才能实现完整的功能。目前媒体网关通过 媒体网关控制协议，例如m g c p 或h 2 4 8 协议，实现与软交换的通信。 这种通信为主从关系：软交换为主，j ；f g 为从。媒体控制协议主要完成 与呼叫控制有关的功能。它能够支持多种复杂的功能，并且能够在标 准的、开放的、可计算的组件上实现业务。协议需要完成的这些功能 包括： 1 、资源控制m g c 不仅能够对每个呼叫动态地分配媒体资源，并 自由选择呼叫所需的资源，或由m g 告知m g c 应选择的资源；还能够获 取m 6 中各种资源的状态，对每个连接进行管理；并能够根据不同的终 端类型( 如t d m 、模拟、以太网、a t m 或桢中继等终端) 建立不同类型 的连接；也可以在每个呼叫中任意加入媒体流。 2 、媒体处理控制k l g c 熊够对一个呼叫中的媒体流指定其参数( 包 括回音消除、音频信号检测、静音检测、u 律a 律选择等) ，并能对 媒体流在不同传输媒介中的参数进行调整，还可以进行d t m f 检测、 m o d e m 、或f a x 终端检测等。 3 、信号与事件处理m g c 能命令m g 对不同媒体流所应监视的事 件，及其相关的信号进行检测，并将其报告给m g c 。同样，m g c 也能通 知m g 解除对信号的监视。 4 、连接管理网关控制协议能在m g c 和m g 之间建立种控制关 系，一个m g c 能够管理一个或多个m ，一个m g 也可以被多个m g c 管 理。 i ! 塞銮望查堂堕主兰垡堡塞 5 、传输m g c 和m c , 之问的消息传递采用可靠传输机制，能够自 动检测传输失败并支持大量的连接控制。 6 、安全媒体网关控制协议必须保证m g c 和m g 之间的安全通信。 7 、应用支持为方便应用扩展，媒体网关控制协议应尽可能允许 m g c 提供各种附加业务，如n a $ 、实时传真、会话和i v r 等业务。 m g c p 协议的研究 第三章m g c p 协议的研究 3 1m g o p 协议的提出 随着业界对软交换技术的深入研究，发现传统网关( 主要是h 3 2 3 网关) 不仅要执行信令的传递和转换功能，还要执行语音媒体格式的 传递和转换功能，另外还要负责网关内部资源的分配和管理等，这样 使得网关的功能相当复杂，实现起来非常不容易。于是i e t f 提出了 分离网关思想，不再将众多的功能聚集到一个复杂的网关内部，而是 将网关拆分为媒体网关( m e d i ag a t e w a y ，m g ) 和信令网关( s i g a l g a t e w a y ，s g ) ，前者负责媒体格式的变换以及信道通路的连接，后者 负责信令的连接和格式转换。当时业界希望把以软件为中心呼叫处理 功能和以硬件为中心的媒体流处理功能分离开，放置在软交换和媒体 网关之间，可是，那时h 3 2 3 和s i p 协议均不能处理这个两个分离实 体之间的通信，于是m g c p ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 就应 运而生了。 所以说m g c p 协议是h 3 2 3 网关分解的结果，是为实现n g n 网络 中业务和呼叫分离的思想而制定的协议。其内容由i e t f 的m e g a c o 工 作组与1 9 9 9 年1 0 月制定( 参见文献 4 ) ，基本思想来源于简单网关 控制协议( s i m p l eg a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o l ，s g c p ) 和i p 设备控制 协议( i n t e r n e tp r o t o c o ld e v i c ec o n t r o l ，i p d c ) 。在软交换系统中， m g c p 应用于软交换和媒体网关或软交换与m g c p 终端之间，软交换通 过此协议来控制媒体网关m g c p 终端上的媒体控制流的连接，建立和 释放。m g c p 的应用范围如下图所示： 北京交通大学硕士学位论文 图3 一lm g c p 应用范围 其中m g c p 媒体网关终端是主持m g c p 协议的媒体网关终端。 m g c p 一被提出来就受到业界极大的关注，m g c p 针对h 3 2 3 在v o i p 应用上的缺点进行了改良，劳扩充了原本s g c p 中c a l la g e n t 的功能 成为m o c ( m e d i ag a t e w a yc o n t r 0 1 e r ) 。m g c p 对于l p 电话的大规模 应用，特别是i p 电话进入家庭具有十分重要的意义。 3 2m g c p 功能特点 3 2 1 呼叫模型 m o c p 呼叫模型包括连接模型和呼叫控制模型两部分。连接模型的 两个基本构件是端点( e n d p o i n t ) 和连接( c o n n e c t i o n ) ，它们是建立 端到端话音通路的重要概念。一个或多个连接组合成一个呼叫。呼叫 建立和释放用到的两个重要概念是事件( e v e n t ) 和信号( s i g n a l ) 。 1 端点和连接 端点和连接是m g c p 协议模型中两个非常重要的实体。其中端点 是媒体网关中的数据源或数据宿，可以是物理端点，也可以是虚拟端 点。物理端点的实例可以是中继网关( t g w ) 上的一个p s t n 中继接口， 或者是住宅网关( r g w ) 上的一个普通电话接口，或是接入网关上的 m g c p 协议的研究 一个p b x 接口等。( 例如语音服务器的信号源) 两类。端点是媒体的 起点或终点，包含了中继接口或传统的普通电话业务( p o t s ) 线路接 口。虚拟端点的实体可以是语音内容服务器上的一个信号源。创建物 理端点需要安装硬件，创建虚拟端点可由软件实现。 连接可以是点到点连接或多点连接。点到点连接就是两个互相发 送数据的端点之间的种关联，一旦该关联在两个端点都建立起来 后，就可以开始传送数据。多点连接是多个端点之间的关联，可以通 过将端点和多点会话相连的方式建立多点连接。 连接可建立在不同类型的承载网络之上，例如，可以建立在 t c p i p 网络之上，用r t p 和u d p 来传送话音数据包；可建立在a t m 网 络之上，用a a l 2 或其它适配层传送话音分组；也可以是网关的内部 连接，例如网关的t i ) m 背板或互连总线。对于点对点连接来说，两个 连接端点可以在不同网关中，也可以在同一个网关中。此外，端点可 以有多个连接。图3 - 3 表示了端点和连接的般形式： 0 个或更多n 个连接( n d ) 7j 、1 目坦