（计算机软件与理论专业论文）软交换网络中呼叫代理的设计和实现.pdf

软交换网络中呼叫代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研杨彬 摘要 本文介绍了下一代网络的概念和功能模型，以及其核心技术软交换技 术：概述了该技术的产生背景、网络体系结构和现阶段的应用；并对软交换网络 中的一重要功能实体呼叫代理的设计和实现进行了阐述。 其中，详细的叙述了呼叫代理所涉及的媒体网关控制协议( m g c p ) 和h 3 2 3 协议，包括m g c p 的呼叫模型、协议的结构和命令、呼叫接续过程和h 3 2 3 协 议族中一系列协议r a s 、h 2 2 5 0 、h 2 4 5 的细节以及它们如何相互作用完成一 个呼叫从建立到释放的全过程。最后，讨论了所实现的呼叫代理( c a l l a g e n t ) 程序的功能模块的划分，控制逻辑的实现以及涉及的主要数据结构。 关键字 下一代网络，软交换，呼叫代理，媒体网关控制协议，h 3 2 3 协议，信令网 关，中继网关，网闸。 a b s t r a c t t h ep a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h ec o n c e p t i o na n df u n c t i o nm o d e lo fn g n , a n d d e s c r i b e st h e k e yt e c h n o l o g yo fn g n ，s o f ts w i t c h s e c o n d l y i t a n a l y s e s t h e b a c k g r o u n d , n e t w o r ks t r u c t u r ea n dc u r r e n ta p p l i c a t i o n so fs o f ts w i t c h f i n a l l y , i t e x p a t i a t e st h ed e s i g na n dp r o g r a m o f c a l la g e n ti ns o f ls w i t c hr e t w o r l t h e p a p e re x p l i c a t e sm e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o la n dh 3 2 3p r o t o c o l su s e d i nc a l la g e n t sp r o j e c t ，i n c l u d i n gt h ec a r lm o d e l ，t h e p r o t o c o l ss t r u c t u r ea n dm e s s a g e o fm g c 只a n dr a s p r o t o c o l , h 2 2 5 op r o t o c o l , h 2 4 5p r o t o c o li nh 3 2 3p r o t o c o l s f l l r t h c r m o r c , i ts h o w sac a l l ，s w h o l ep r o c e s sf r o m 辩tu pt or e l e a s e d b yt h e s e p r o t o c o l s l a s t l y ，i td e p i c t st h ef u n c t i o nm o d e l , t h ei o g i c l lc o n t r o la n dc e n t r a ld a t a s t r u c t u r eo f c a l l a g e n t k e y w o r d n e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k ( n g n ) ，s o rs w i t c h , c a l la g e n t ，m e d i ag a t e w a y c o n t r o lp r o t o c o l ( m g c p ) ，h 3 2 3p r o t o c o l s ) s i g h t i n gg a t e w a y ( s o w ) ，t r u n k i n g g a t e w a yo o w ) ，g a t e k e e p e r 3 软交换网络中呼叫代理的设计和实现计算机2 0 0 1 研杨彬 第一章综述 1 1 下一代网络的发展与软交换技术的成熟 随着网络体系结构的演变和宽带技术的发展，传统网络向下一代网络的演进 势不可挡。下一代网络将具有更广阔的业务范围。其主要目标是：支持实时的多 媒体业务，缩减服务投向市场的时间，支持多种接入方式和多种接入终端，支持 移动性，确保现有网络的平滑演进以及具有经济前景、可扩展的网络结构。 而现存的电话网和数据网均存在一定的先天缺陷，无法通过简单地改造成为 下一代网络，因此，为了能够实现在不同网络上同时提供语音、数据以及多媒体 业务，即跨网络实现通信业务的融合，产生了软交换( s o f ts w i t c h ) 技术。 软交换技术继承了电话交换机的先进体系结构，并采用l p 网中的l p 包来承 载话音、数据以及多媒体流等多种信息，成为了下一代弼络体系结构中的关键技 术。其核心思想是硬件软件化，通过软件的方式来实现原来交换机的控制、接续 和业务处理等功能，各实体直接通过标准的协议进行连接和通信，便于在下一代 网络中更快的实现各类复杂的协议及更方便的提供业务。 目前的软交换设备主要完成以下功能；媒体爵关接入功能、呼叫控制功能、 业务提供功能、互连互通功能、支持开放的业务应用接口功能、认证与授权功 能、计费功能、资源控制功能和q o s 管理功能、协议和接口功能等。 1 2 本文研究的内容 本文设计和实现的呼叫代理程序c a l , g e m 的主要功能是：通过媒体网关控 制协议( m g c p ) 控制网关，采用h 3 2 3 协议与h 3 2 3 终端建立连接，来实现p s t n 网用户与h 3 2 3 终端用户之间的呼叫建立以及媒体传输信道的连接，以支持i p 网和p s t n 网的互通 4 软交换网络中砰叫代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研杨彬 第二章基础理论与技术背景 2 1 下一代网络( n g n ) 2 1 1n g n 概述 随着通信技术和业务的多元化发展。数据业务异军突起，大有赶超话音业务 的势头，传统p s t n 话音网越来越不能适应多元通信的需求，正成为数据业务发 展的瓶颈。与此同时，数据通信技术的发展，给人们提供了新的业务平台，所有 业务共同承载在单一的数据网上，正在逐步成为可能。因此下一代网络建设方案 的提出成为必然。 ， 所谓下一代网络( n g n , n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 泛指一个不同于目前一 代的，大量采用创新技术，以i p 为中心同时可以支持语音、数据和多媒体业务 的融合网络。一方面，n g n 不是现有电信网和i p 网的简单延伸和叠加，而应是 两者的融合结果，所涉及的也不仅仅是单项节点技术和网络技术，而是整个网络 的框架，是一种整体网络解决方案另一方面，n g n 的出现与发展不是革命， 而是演进，即在继承现有网络优势的基础上实现的平滑过渡泛指的下一代网实 际包容了所有新一代网络技术，而狭义的下一代网往往特指以软交换为控制层， 兼容所有三网技术的开放体系结构。简言之，下一代网络将是以软交换为核心， 光联网为基础的融合网终。 2 1 2n g n 的功能模型 n g n 采用开放的网络体系结构，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，部件闻的协议接口 基于相应的标准。部件化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业 务的需要，自由组合各部分的功能产品来组建网络部件闻协议接口的标准化可 以实现各种异构嘲的互通 n g n 在垂直结构上，分为应用层、会话控制层和传输层；在水平结构上分 为接入层和核心层分层结构如图2 1 a p l 溉啪n 脚 眄 主 厂_ 8 。幽n 弧1 婶 e 厂 曼n 4 1 即n 姆。 厂 软空揍网络卒砰口q 代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研物彬 各层的细化模型如图2 2 。 圈2 2 各部分功能定义如下； 应用服务器：提供业务，可以为第三方业务提供者所有。 应用服务器网关：提供对第三方业务提供者的接口。 会话控制功能：完成与会话状态有关的功能，包括业务触发、计费记录的产 生等，并与注册和验证功能植互作用。 注册功能：完成用户有效性注册，把用户身份和传输的有效性捆绑起来。 用户数据库功能：存储用户信息。 鉴权验证功能：完成用户的鉴权和验证。 传输资源策略控制功能：控制实体和传输层之阊资源请求的传递。 媒体资源控制功能：分配媒体资源，为应用层的内容服务器和传输层的资源 处理器分配支持i v r ( 交互式语音应答) 的接口。 6 软交换网络中呼叫代理的设计和实琨计算辊2 0 0 1 研析彬 媒体网关控制功能：控制到其他网络( 包括p s t m 啪n ) 的网关及控制协 议互操作。 信令网关功能：控制网络间的信令传输。 传输资源管理功能：负责传输层的控制和管理。 传输执行功能：执行资源请求包括防火墙功能( f w f ) 、n a t 功能( n a f r f ) 等。 媒体资源管理功能：有具体的物理端口，与控制层和应用层的相应部分通信。 完成控制传输层、分配资源、提供媒体混合的功能。 媒体网关功能：包括p s t n p l m n 媒体同关、按入网关、中间网关( m i d c o m ) 等。 。 n g n 是业务驱动的两络。其功能特点为：业务与呼h f 控制相分离。呼叫与 承载相分离。分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效的实现业务的提供。 业务供应商和用户可以配置和定义相应的业务特征，使得业务和应用的提供有较 大的灵活性。软交换技术作为这一分离思想的体现，是下一代网络体系结构中的 关键技术。 2 2 软交换技术的发展 2 2 1 技术产生目的 人与人之间的通信包括话音、数据、视频与音频组合的多媒体三大内容。一 直以来，上述三类通信业务均是分别由不同的通信网来承裁和控制。电话网承载 和控制语音业务、数据圈承载和控耕数据业务，多媒体鼹承载寝控制多媒体业务。 随着社会信息化程度的进一步加深，通信已经成为人们生活和工作中不可缺 少的工具，人们对通信要求也不再仅仅是基本的语音通信业务和菏单的w w w 浏览和收发e - m a i l ，人们需要的是能够随时、随地、哭疆缝蔌取所需要的信息。 因此要求电信运营商能够灵活地为用户提供丰富舱电信业务葡基于由不同通信 网络提供不同业务的运营模式难l ；i 满足用户灵活地获取所需要的信息的需求，只 有构建个全业务网络一r p 能够同时承载和疏通语音、数据、多媒体业务的网 络才能满足用户日益增长的对通信业务的需求 电话网的历史最为悠久，其核心是电话交换机，电话交换机经历了磁石式、 共用电池式、步进制、纵横制、程控剜五个发展阶段，其差别在于交换机的实现 方式发生了改变。程控制电话交抉机的出现是一个历史性的变革，它采用了先进 的体系结构，其功能可以分为呼叫业务接入、路由选箨( 交挟) 和呼叫业务控制 三部分，其中的交换和呼叫业务控射功能均主要是通过程序软件来实现。但其采 用的资源独占的电路交换方式，以及为通信的双方提供钓对等韵双向6 4 k b i t s 固 定带宽通道，不适于承载突发数据量大、上下行数据流量差异大的数据业务。 7 软交换网络中呼叫代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研杨彬 数据网的种类繁多，根据其采用的广域网协议不同。可将其分为d d n 、x 2 5 、 帧中继和l p 网，由于i p 网具有协议简单、终端设备价格低廉、以及基于i p 协 议的w w w 业务的开展，基于，l p 协议的i n t e r n e t 呈爆炸式发展，一度成为了数 据网的代名词。i p 网要求用户终端将用户数据信息均封装在i p 包中，i p 网的核 心设备路由器仅是完成l p 包转发的简单工作，它采用资源共享的包交换方 式，根据业务量需要动态地占用上下行传输通道，因此i p 网实际上仅是一个数 据传送网，其本身并不提供任何高层业务控制功能，若在l p 网上开放语音业务， 必须额外增加电话业务的控制设备。而i p 网中传送的i p 包能够承载任何用户数 据信息，为实现语音、数据、多媒体流等多种信息在一个承载丽中传送创造了条 件。 可见，电话网和数据网均存在一定的先天缺陷、无法通过简单地改造而成为 一个全业务网，因此，产生了软交换( s o i ls w i t c h ) 技术。 软交换技术的目的就是为了能够融合多种网络，实现在同一个网络上同时提 供语音、数据以及多媒体业务，即通信业务的融合。 2 2 2 软交换网络的体系结构 软交换技术采用了电话交换机的先进体系结构，并采用l p 网中的l p 包来承 载话音、数据以及多媒体流等多种信息。一部程控电话交换机可以划分为业务接 入、路由选择( 交换) 和业务控制三个功能模块，各功能模块通过交换机的内部 交换网络连接成一个整体软交换技术是将上述三个功能模块独立出来，分别由 不同的物理实体实现，同时进行了一定的功能扩展，并通过统一的i p 网络将各 物理实体连接起来，构成了软交换网络 电话交换机的业务接入功能模块对应于软交换网络的边缘接入层；路由选择 ( 交换) 功能模块对应于软交换网络的控制层；业务控制模块对应于软交换网络 的业务应用层；l p 网络构成了软交换网的核心传输层 因此，软交换网络从功能上可以分为业务应用层、控制层、核心传输层和边 缘接入层。如图2 3 。 8 软交换网络中呼叫代理的设计和实现计算机2 0 0 1 研杨彬 各层详细说明如下： 图2 3 ( 1 ) 边缘接入层：软交换技术将电话交换机的业务接入模块独立成为一个物理 实体，称为媒体网关( m g ，m e d i ag a t e w a y ) ，m g 功能是采用各种手段将各种 用户及业务接入到软交换网络中，m g 完成数据格式和协议的转换，将接入的所 有媒体信息流均转换为采用i p 协议的数据包在软交换弼络中传送。 根据m g 接入的用户及业务不同，m g 可以细分为以下几类 中继媒体网关( t g w ，t r u n k i n gg a t e w a y ) ：用于完成与p s t n p l m n 电 话交换机的中继连接，将电话交换机p c m 中继中的6 4 k b i t s 的语音信号转换为 i p 包。 信令网关( s g w ，s i g n a l l i n gg a t e w a y ) ：用于完成与p s t n p l m n 电话 交换机的信令连接，将电话交换机采用的基于t d m 电路的七号信令信息转换为 i p 包。 接入网关( a g w ，觚路sg a t e w a y ) ：提供模拟用户线接口。用于直接将 普通电话用户接入到软交换网中，可为用户提供p s t n i ) l m n 提供的所有业务， 如电话业务、拨号上网业务等，它直接将用户数据及用户线信令封装在l p 包中。 软交换网络中呼叫代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研杨彬 综合接入设备( i a d ，i n t e g r a t e da c c e s sd e v i c e ) ：一类璩d 同时提供模 拟用户线和以太网接口，分别用于普通电话机的接入和计算机设备的接入，适用 于分别利用电话机使用电话业务、利用计算机使用数据业务的用户；另一类i a d 仅提供以太网接口，用于计算机设备的接入，适用于利用计算机同时使用电话业 务和数据业务的用户。 多媒体业务网关( m s a g ，m e d i a s e r v e r s a c c e s s g a t e w a y ) ：用于完成各 种多媒体数据源的信息，将视频与音频混合的多媒体流适配为l p 包a h 3 2 3 网关：用于连接采用h 3 2 3 协议的i p 电话网网关。 无线接入媒体网关( w a g ，w i r e l e s sa c c e s sg a t e w a y ) ：用于将无线接入 用户连接至软交换网。 可见，a g 、t g 和s g 共同完成了电话交换机的业务接入功能模块的功能， 实现了普通p s t n p l m n 电话用户的语音业务的接入，并将语音信息适配为适合 在软交换网内传送的i p 包。同时软交换技术还对业务接入功能进行了扩展，体 现在l a d 、m s a g 、h 3 2 3g w 、w a g 等几类媒体网关通过各类m g ，软交换 网实现了将p s t n p l m n 用户、h 3 2 3 i p 电话网用户、普通有线电话用户、无线 接入用户的语音、数据、多媒体业务的综合接入。 ( 2 ) 核心传输层：该层是软交换网的承载网络。其作用和功能是将边缘按入层 中的各种媒体网关、控制层中的软交换设备、业务应用层中的各种服务器平台等 各个软交换网网元连接起来。 因为i p 网能够同时承载语音、数据、视频等多种媒体信息，同时具有协议 简单、终端设备对协议的支持性好且价格低廉的优势，所以软交换网选择了i p 网作为承载网络。 软交换网中各网元之间均是将各种控制信息和业务数据信息封装在i p 数据 包中，通过核心传输层的i p 网进行通信 ( 3 ) 控制层：软交换技术将电话交换机的交换模块独立成为一个物理实体，称 为软交换设备，软交换设备的主要功能是完成对边缘接入层中的所有媒体网关的 业务控制及媒体网关之间通信的控制，具体功能如下： 根据业务应用层相关服务器中登记的用户属性，确定用户的业务使用权 限，以确定是否接受用户发起的业务请求 对边缘接入层的各种媒体网关的资源进行控制。控制各个媒体网关资源 的使用，并掌握各个媒体网关的资源占用情况，以确定是否有足够的网络通信资 源以满足用户所申请的业务要求 完成呼叫的路由选择功能，根据用户发起业务请求的相关信息，确定哪 些媒体网关之闻应建立通信连接关系，并通知这些媒体网关之问建立通信连接关 系并进行通信，以及在通信过程中所采用的信息压缩骧码方式、是否启用回声抑 制等功能。 1 0 戟交换网络中呼叫代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研杨彬 对媒体网关之间的通信连接状态进行监视和控制，在用户业务使用完成 后，指示相应的媒体网关之间断开通信连接关系。 计费由于软交换机只是控制业务的接续，而用户之间的数据流是不经 过软交换机的，因此软交换机只能实现按接续时长计费，而无法实现按信息量计 费。若要求软交换机具备按信息量计费的功能，则要求媒体网关具备针对每用户 的每次使用业务的信息量进行统计的功能，并能够将统计结果传送给软交换机。 与h 3 2 3 网的关守( g k ，g a t e k e e p e r ) 交互路由等消息，以实现软交换 网与h 3 2 3i p 电话网的互通。 ( 4 ) 业务应用层：软交换技术将电话交换机的业务控制模块独立成为一个 物理实体，利用底层的各种网络资源为用户提供丰富多样的网络业务。主要包括 应用服务器( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 、策略，管理服务器( p o l i c ys e r v e d 、a a a 服务 器( a u t h o r i t y a u t h e n t i c a t i o na n d a c c o u n t i n gs c r w r ) 等。 应用服务器是其中最主要的功能实体，它是软交换网络体系中业务的执行环 境，实现基本电话业务及其补充服务功能，以及智能网能够提供的电话卡、被叫 付费等智能网业务。采用专用的单个应用服务器或多个应用服务器实现融合语 音、数据以及多媒体的业务，灵活地为用户提供各种增值业务和特色业务。 由于软交换网控制层中的软交换设备之间是没有分级的，当网络中每增加一 个软交换设备时，其它所有软交换设备必须增加相应的局数据；而这对于网络运 营来说，将是极为麻烦的，其解决办法是在业务应用层中设置策略管理服务器 来为软交换机提供路由信息。 而存储用户的签约信息，确定用户对业务的使用权限，一般采用专用的用户 数据库服务器加上a a a 服务器来实现。 2 2 3 软交换技术的应用 ( 1 ) 长途语音业务 目前，大部分软交换设备供应商均已经能够提供成熟的虚拟中继业务，来转 接p s t n 语音业务。对于拥有庞大的、完善的i p 阿络，但无p s t n 的电信运营 商来说，采用软交换瞬络提供长途语音业务是一种较好的选择由于软交换网是 采用i p 网作为承载，因此，可以节省t d m 传输电路建设的投资。建设软交换 网的t g 、s g 和软交换机，并完成与p s t n 连接，同时选择合适的用户鉴权方式 即可开放业务。 对于拥有一个已经将自己各地分支机构通过i p 网连接起来的跨地域的企业 来说，采用软交换网将各分支机构的电话机连接起来，即t g 、s g 与各分支机 构的p b x 连接起来，或者通过a g 、i a d 直接连接各电话机，并建设软交换机 即可使用内部网络疏通长途电话业务。节省数目可观的电话费。 ( 2 ) 本地语音接入业务 1 1 软交换孵络中呼叫代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研插彬 对于拥有庞大的、完善的本地i p 网络，但无本地p s t n 端局的电信运营商 来说，采用软交换网络接入用户也是一种较好的选择，本地p s t n 端局的覆盖范 围有限，且用户线布放的工程实施难度较大，因此，可以在用户端设置i a d 设 备，利用已有的小区宽带i p 网络连接至软交换l p 网络。完成各个i a d 与软交换 机、其它媒体网关设备的连接，即实现了本地电话机的接入，同时为了保证本地 接入的电话能够与其它运营商的p s t n 通信，还需完成软交换网与p s t n 的连接。 同时，对接入的本地用户还可以灵活、多样地为用户开放软交换业务，并随 着软交换业务的发展不断丰富完善。 ( 3 ) 移动3 g 网络 无论是w c d m a 还是c d m a 2 0 0 0 ，其发展目标均是在核心网络实现语音和 数据业务的统一承载和交换，软交换技术无疑将是种较好的选择。在3 g 网络 中，原m s c 将裂变为m s c - g w 和m s c - s e r v e r ，m s c - g w 完成媒体网关的功 能，m s c - s e r v e r 完成软交换机的功能，i p 网络作为3 g 网络的统一语音、数 据媒体流的承载网络，实现各种业务数据流的融合。 ( 4 ) 多种增值业务 应用服务器在软交换网络中的地位有点类似智能网的业务控制点( s c p ) ， 由于i p 网自身的优势，它除了能实现智能弼中的业务外。还提供对电信增值业 务的执行和管理。采用应用服务器便于网络增加新的增值业务，即只需增加新的 软件模块或新的服务器即可方便地添加业务，一些新型的增值业务也能方便的实 现，如：网络公告、语音邮件、语音门户、被叫集中付费( 8 0 0 ) 、w e b8 0 0 、预 付费卡、统一消息、会议电话、点击拨号、v o l pv p n 等通过这些增值业务， 运营商可向用户提供丰富的应用，对用户的需求傲细分，并根据不同的应用制订 灵活的价格策略。 1 2 软交换网络中呼叫代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研杨彬 第三章呼叫代理的总体设计 3 1 呼叫代理在软交换网络中的位置 软交换技术的核心思想就是业务与呼叫控制相分离，呼叫控制与承载相分 离，这样，在将不同网络( 如p s t n 网与i p 网) 进行融合，形成统一的软交换 网络时。所要解决的就是在同一业务要求下，不同网络问呼叫控制以及传输媒体 的转换。由于传输媒体的转换不复杂，可以由硬件独立实现，因此，呼叫控制的 转换就成为建设软交换网络的技术重点。 在软交换网络中，承担呼叫控制和承载媒体转换任务的是媒体网关。在呼叫 控制与承载分离的思想下，媒体网关也可以进行分离，使网关只承担简单的媒体 转换功能，复杂的网关控制功能与呼叫控制转换功能则由网关之外的独立实体执 行，该实体就是呼叫代理( c a l l a g e n t ) 。 以p s t n 网用户与h 3 2 3 终端间的呼叫为例，呼叫代理在软交换网络中的位 置如图3 1 。 图3 1 网络各部件的功能特点如下： 中继网关( t a w ) ：负责桥接p s t n 和i p 网络，完成话音，t d m 格式和 r t p 数据包的相互转换，并经m g c p ( 媒体网关控制协议) 受呼叫代理的控制， 完成连接建立 在p s t n 侧，话音是经由中继线由交换机按入的。因此t g w 必须能支持多 种类型的中继线，例如7 号信令中继、m f c 中继、模拟中缝线等。还需要能提 供中继接入所需的各种音信号如7 号信令的导通检验啬、栅f c 中继的多频信 号音等，能检测和解释这些信号音并向呼叫代理报告需要时，还可装备录音通 知或交互式语音应答设备，在呼叫代理的控制下提供与p s t n 用户的交互。 信令网关( s g w ) ：如果t g w 的p s t n 侧连接的是7 号信令中继，则7 号信令可以采用非直联方式，经由信令转接点s t p 送往7 号信令网关。该网关 将底层协议m t p 变换成t c p i p ，并对地址信息等作必要的适配后，将上层信令 软交换网络中呼叫代理的设计和实现计算机2 0 0 1 研杨彬 消息( 如i s u p ) 经i p 网络送往呼叫代理因此，就信令网关而言，7 号信令指 的是其公共的底层传送协议栈。同样，各类电信网控制消息也能经信令网关转换 后透明传给呼叫代理，藉此，呼叫代理可与p s t n 网中的各类网络控制点交互， 继承相应的增值业务。 呼叫代理：其通过m g c p 控制t g w 。网关将用户摘挂机等事件报告给 呼叫代理，后者通过m g c p 指示网关如何处理呼叫。 在处理p s t n 用户与h 3 2 3 终端之间的呼叫控制时，呼叫代理处理p s t n 中 继的7 号信令，并完成至h 3 2 3 协议的转换，以支持i p 和p s t n 的互通。按照 同样的机理，呼叫代理还能与智能网的s c p 互通，这样，不但能支持目前p s t n 的各种业务，还可望未来在i p 电话环境下开发新的业务。 呼叫代理主持分布式结构，该结构允许在i n t c r n c t 中部署大量的呼目q 代理， 这些代理协同工作，共同控制网关。 本论文设计和实现的软交换网络中的呼叫代理，就是控制和处理p s t n 网用 户与h 3 2 3 终端之间的呼叫的，因此，以下将对m g c p 和h 3 2 3 协议作一个概 述。 3 2 m g c p 概述 3 2 1 呼叫模型 媒体网关控制协议( m g c p ，m e d i a g a t e w a y c o n t r o lp r o t o c 0 1 ) t e l e c o r d i a 公 司( 前b e l l c o r e ) 根据分离网关结构要求提出的一个新的协议。呼叫代理通过 m g c p 控制t g w ，以完成呼叫处理和控制。 m g 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( c 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通过事件( e v e n t ) 和信号( s i g n a l ) 表示。 端点就是数据源或数据宿，可以是物理端点，也可以是虚拟端点。物理端点 可以是t g w 上的一个p s t n 中继接口，虚拟端点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 点之间的一种关联，一旦该关联在两个端点都建立起来后，筑可开始传送数据。 多点连接是多个端点之间的关联，可以通过将端点或多点会话相连的方式建立多 点连接。对于点到点连接来说，两个连接端点可以在不同同关中，也可以在同一 网关中 事件和信号是m g c p 的核心概念呼叫代理可以要求端点在检测到某些事 件，如摘机、挂机、瞬断( 拍叉簧) 或拨号号码发生时，向其发出通知；也可请 1 4 软交换网络中呼叫代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研杨丰蟛 求将某些信号，如拨号音、回铃音、忙音或导通检验音等加到端点山去。 事件和信号组合成封包( p a c k a g e ) ，每个封包由某一特定端点支持。例如， 某个封包包含的是模拟接入线需支持的事件和信号，另一封包包含的是m f c 中 继需支持的事件和信号。某些封包还支持数字或字母序列、称之为拨号计划，表 示用户允许拨打的号码序列。每类封包有其规定的名，每个事件和信号也有其自 己的名。 3 2 2 协议结构 m g c p 采用的协议结构为文本协议协议消息分为两类：命令和响应，每个 命令需要接收方圆送响应，采用三次握手方式证实。命令消息由命令行和若干参 数行组成，响应消息也带有3 位数字的响应码。 m g c p 采用会话描述协议( s d p ，s e s s i o nd c 却f i o np r o t o c 0 1 ) 向网关描述 连接参数，例如i p 地址、u d p 端口和r t p 应用文档等s d p 具有描述多媒体会 议的能力。 m g c p 采用u d p 传送，其目的是减小信令传送时延。 3 2 3 协议命令 m g c p 是通过命令来实现呼叫控制的协议定义了9 个命令，有些命令是从 呼叫代理发往网关的，有的命令则是从网关发往呼叫代理的 ( 1 ) 端点配置( e n d p o i n tc o n f i g u r a t i o n ) 命令：呼叫代理 网关 该命令用以指示网关某端点电路侧的编码特性。例如，在国际电话应用中， 某些国家来的呼叫是l | 律编码的，某些国家则是a 律编码的，这些配置数据一 般是静态数据，在系统启动时发送此类命令。但也允许配置随呼叫而变化，此时 每次呼叫都可发送相应的配置命令。网关收到此命令后，就可以知道该端口接收 信号的编码方式 ( 2 ) 通知请求( n o t i f i c a t i o nr e q u e s t ) 命令：呼叫代理网关 该命令用以请求网关监视某端点发生的某些事件，如发生则通知呼叫代理。 常用的事件有：摘机、挂机、瞬断、m f c 入呼叫、导遇检验音等 呼叫代理还可用此命令请求网关采集用户拨的号码，并下载描述所有允许的 数字字母组合的编号计划。 在此命令中，呼叫代理给定一个唯一的标识号，当事件发生时，网关回送的 通知命令中也带有此号，藉此将通知请求和通知消息关联起来 ( 3 ) 通知( n o t i f y ) 命令：网关呼叫代理 软交换网络中呼叫代理的设计和实现计算机2 ( 3 0 1 研杨彬 网关用此消息通知呼叫代理，请求监视的某些事件已经发生。 ( 4 ) 创建连接( c r e a t ec o n n e c t i o n ) 命令：呼叫代理 网关 呼叫代理用此命令将某端点和指定的i p 地址和u d p 端口关联。另外还需要 向远端端点发送个创建连接命令，这样才能建立起这两个端点间的端到端连 接。端点使用的i p 地址和u d p 端口可由呼叫代理选定。也可由网关选定。 该命令带有一个呼叫标识参数，用于标识连接所属的呼叫或会话。多个连接 可能共享同一个呼叫标识。命令还规定连接使用的端点和参数以及连接模式。连 接参数可以是话音编码和压缩参数，连接模式包括：只发、只收、发送艘收、 会议、未激活、数据、环回、导通测试、网络环回、网络导遥测试等。 点。 接。 不同模式连接的音频信号处理方式有所不同： 由各个只收、发送接收或会议模式连接收到的音频信号需混和后送给端 由端点发出的音频信号需发往所有模式为只发、发送，接收或会议的连 由会议模式连接收到的音频数据分组，除了送给端点外，还需复制送往 其他会议模式连接。 环回和导通测试模式功能相同，只是前者是i t u 标准，环回信号和接收信 号完全相同；后者是北美标准，环回信号和接收信号频率不同网络环回和网络 导通测试的含义是信号需经网关处理，不是简单的环回。 由呼叫代理发来的创建连接命令可能包含i p 朔络连接对端的描述，该描述 不但包括连接参数，还包括i p 地址和u d p 端口这样双方可以知道对端的传送 地址，从而沟通话音数据传送通道。但是，当呼叫代理肉主叫方发起第一个创建 连接命令时，由于尚不知道另一端的连接描述语，因此该信息需在以后的修改连 接命令中发送。 创建命令还可包含通知请求命令中的参数，其目的是将两个消息并为一个消 息，以提高协议的性能。 当网关响应此命令时，响应消息中包含一个连接标识，用以唯一标识该端点 中的连接。一般还包含网关选定的l p 地址和u d p 螭口号虽然协议允许呼叫代 理选择i p 地址和u d p 端口号，但是由于网关可能有其它功能需共享这些资源， 因此建议由网关来选择地址资源。 ( s ) 修改连接( m o d i f yc o n n e c t i o n ) 命令：呼州代理两关 呼叫代理用此命令改变先前建立连接的参数其参数和创建连接命令相同， 其中包括连接标识。该命令提供连接对端的信息，用远蝤连接描述语指示，用于 激活或去激活连接或改变连接参数。 1 6 软交换同络中呼叫代理的设计和实现计算机2 0 0 1 研杨彬 ( 6 ) 删除连接( d e l e t ec o n n e c t i o n ) 命令：呼叫代理睁网关 一般情况下，该命令由呼叫代理发往网关，指示删除已有的连接。网关发回 的响应消息中包含关于该连接状态的一系列参数，这些参数包括：发送和接收的 分组和字节数、丢失分组数、分组到达间隔抖动、平均传输时延等。 该命令也可由网关发往呼叫代理，它表示由于网关的硬件故障该连接已不能 再维持。 ( 7 ) 审计端点( a u d i te n d p o i n t ) 命令：呼叫代理 网关 呼叫代理可用此命令获得某端点或一组端点的详细信息。可审计的信息包 括：请求的事件、编号计划和连接标识。网关用响应消息回送这些信息。 ( 8 ) 审计连接( a u d i tc o n n e c t i o n ) 命令：呼叫代理 网关 呼口q 代理用此命令检索某端点上某连接的信息，该连接用连接标识识别。可 检索信息包括：呼叫标识、本地和远端连接描述语、本地连接参数和连接模式。 网关用响应消息回送上述信息。 ( 9 ) 重启动在进行中( r e s t a r ti np m g r e 龉) 命令：网关呼叫代理 网关用此命令告知某端点或一组端点退出服务或投入服务。命令参数包括端 点组指示和重启动类型。计有三类重启动： 平缓重启动：表示端点将经一段时延后退出服务 强制重启动：表示端点立即退出服务。 时延重启动：表示服务将经一段时延后恢复。 3 2 4 呼叫和连接建立 ( 1 ) 连接建立过程 以点到点连接为例，连接的两个端点分属两个网关，但属于同一呼叫代理机 制。其连接建立过程如图3 2 所示。 图3 2 呼叫代理请求第一个网关( o w l ) 在端点一( e p l ) “创建连接”。 1 7 软交换阿络中呼口q 代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研杨彬 g w l 为此连接分配资源，向呼叫代理回送响应响应中提供“会话描述”， 给出对端向该连接发送分组必要的信息，如i p 地址、u d p 端口和话音分组参数。 呼叫代理请求第二个网关( g w 2 ) 在端点二( e p 2 ) “创建连接”。该命 令携带g w l 提供的会话描述。 g w 2 为此连接分配资源，向呼叫代理回送响应，响应中提供其自己的“会 话描述”。 呼叫代理用“修改连接”命令将第二个“会话描述”传送e p l 。至此， 可进行双向通信 如果两个网关分属不同的呼叫代理控制，则需要用到代理闻信令协议。 连接建立后，任何时候都可用“修改连接”命令修改连接参数。例如，改变 压缩算法；或者在呼叫转向时，改变数据发送的i p 地址和u d p 端口。 从网关角度看的连接建立状态如图3 3 。 ( 2 ) 连接资源和属性管理 连接资源可分为两类： 图3 3 软交换两络中呼叫代理的设计和实现计算机2 0 0 1 研杨彬 外部可见资源：将影响网络中数据流的格式，必须和连接对端交换此信 息。 内部资源：决定接收信号如何处理和将什么信号发往连接 连接资源由网关根据呼叫代理的命令分配。该命令包括的参数有：连接模式、 优先编码方式或分组化方法、回声抵消或静音抑制的使用。对每种参数，呼叫代 理可以规定一个值、一个值范围或根本没有值，对应不同程度的控制，可使网关 有不同程度的选择自由度。同样，向对端传送的远端会话描述给定的参数也可以 是一个值范围。 大型网关常包含大量不同类型的端点，在某些网络中，会要求在位予同一网 关中的两个端点之间建立连接，称为本地连接，例如：呼叫和i v r 服务器相连、 中继电路和监听装置相连、呼叫和会议单元相连、“发夹”连接等。本地连接远 比网络连接简单，通常经总线等内部互连部件即可完成。而且呼叫代理只需发送 一个创建连接命令，命令中包含两个端点名。即用第二个端点名代替常规命令中 的远端会话描述。 ( 3 ) 呼叫和连接标识 呼叫标识由呼叫代理创建，在系统中唯一独立于下层平台或代理。当代理为 同一呼叫建立多个连接时，所有连接都应具有相同的呼叫标识。这些连接可位于 相同或不同的网关中。 连接标识由网关创建，它们在端点范围内唯一标识连接连接终结后，至少 要过三分钟才能将原来该连接使用的标识分配给同一端点的新连接。 为了提高网络可靠性，网络中可部署冗余呼叫代理，当某代理出故障时可由 其它代理接管控制。为此，呼叫代理和硬件平台或网络接白没有固定的绑定关系。 其它网络实体的命名也采用这一原则，即用域名而不是甩障络地址来标识实体。 一个域名可对应多个网络地址当命令或响应不能前传至莱个地址时，可用另外 的地址试传。 当网络实体移至另一平台时，其域名将和现有实际平台关联，该映射关系由 d n s 服务器保存呼叫代理和网关应注意由d n s 读褥记录的生存期，超过生存 时间需予以刷新。 3 2 5 协议消息传送 为了加快消息传送速度，m g c p 消息采用u d p 传送命令送往指定端点在 d n s 中登记的某一个i p 地址。响应回送到命令的源地址如果没有规定端点的 端口号，命令应送往m g c p 缺省端口号2 4 2 7 由于u d p 本身只能提供不可靠的 服务，因此m g c p 必须采取措旅保证消惠的可靠传送釉正确处理。 ( 1 ) “至多执行一次”功能 由于是在u d p 上传送，m g c p 消息可能丢失如果没有及时收到响应。m g c p 软交换网络中呼叫代理的设计和实现计算机2 0 0 1 研杨柞 会重发命令。对于大多数命令来说，重复执行此命令会引起混乱，例如，多次执 行创建连接命令会使网关状态成为不可预测。为此，传输过程必须确保同一命令 只执行一次。 m g c p 实体要在存储器中保存它们对最近事务回送的响应以及目前正在执 行的事务。收到命令后，应将此命令的事务标识和最近响应的事务标识相比较。 如果发现和某一响应的标识匹配，则不执行该事务，重发此响应。否则再和当前 执行事务比较。如果发现匹配，则丢弃此命令，既不执行也不响应，特该事务执 行完毕后再回送响应。 响应发出3 0 秒钟后，或者对方通过。响应证实”参数告之该响应已收到时， 暂存的响应副本可删除。 ( 2 ) 事务标识和三次握手 m g c p 采用事务标识关联命令和响应，其取值为1 9 9 9 , 9 9 9 。9 9 9 。命令完成 后3 分钟内，所用的事务标识不能给新的命令使用。呼叫代理可以为它所管辖的 每个网关各自分配一个事务标识的取值范围，也可以设定若干网关共同一个取值 范围。在具体实现时，呼叫代理可能有多个独立进程按负荷分担原则管理一个大 网关，这些进程共享一个事务标识取值空间，这时必须保证所有事务分配有一个 唯一的标识号，其方法可以是设置一个集中的事务标识分配程序或者为每个进程 预先分配一个互不重叠的标识取值予空间。 m g c p 所有命令中都可带“响应证实”参数，其中包含已收到响应的事务标 识范围( 一个或多个) 藉此实现三次握手过程。在网关发出最后一次响应3 0 秒 钟后，或者网关又继续该事务操作时，“响应证实”参数就不应再包含此事务标 识。 ( 3 ) 重发定时机翩 请求方发出命令后必须设置定时器，若超过未收到响应，应熏发该命令。当 多次重发后仍未收到响应，则应由请求方决定清除已建的连接或者通过冗余设施 提供服务。 协议不规定重发定时器数值，因为其值和网络情况有关，通常要根据消息往 返传输事件翮广r 进行估算。 ( 4 ) 消息捎带传送( p i g g yb a c k i n g ) m g c p 允许呼叫代理在一个u d p 包中向同一网关同时传送多个消息。此时， 每个消息之间要用一个仅有一个小数点的文本行分隅处理时，应将捎带消息视 作为多个同时抵达的消息 2 0 软交换网络中呼叫代理的设计和实现 计算机2 0 0 1 研杨彬 3 3h 3 2 3 协议概述 3 3 i 协议栈结构 h 3 2 3 协议是国际电联电信标准部( t t u o t ) 于1 9 9 6 年提出的一项多媒体通 信标准。h 3 2 3 协议规定了在分组网( p b n ：p a c k e t - b a s e dn e t w o r k ) 上实现多媒 体通信的框架，涵盖了终端设备、媒体流传输、信令处理、会议控制、安全等方 面的内容，为在分组网特别是i p 网上的多媒体业