第三章NGN网关技术案例.ppt

1,第三章NGN网关技术,主讲：刘琨办公地点：图书馆三楼信软学院办公室办公电话-mail:sailsmoon,2,主要内容,媒体网关信令网关边缘业务接入网关,网关,网关,3,本章思考,举出NGN媒体网关的具体产品,至少2例,阐述该产品的功能和特点.举出NGN信令网关的具体产品,至少1例,阐述该产品的功能和特点.除了RSVP和DiffServ,还有哪些协议或方案可以为NGN提供保证服务质量的能力?,4,媒体网关,媒体网关的定义媒体网关的功能媒体网关采用的技术影响QoS的因素媒体网关的协议媒体资源服务器,5,媒体网关的定义,定义媒体网关是将一种网中的媒体转换成另一种网络所需要的媒体格式的设备.媒体网关可以处理音频,视频或者多媒体会议,也具备处理这三者任意组合的能力.,6,媒体网关的分类,根据接入方式分为:中继媒体网关针对传统的PSTN中继网关,提供C4或C5的汇接接入.接入媒体网关提供各种用户,接入网综合接入,放置在最靠近用户的端局.无线接入媒体网关无线用户接入,7,媒体网关的分类,根据承载方式分类:VoATM媒体网关VoIP媒体网关VoIPoATM媒体网关,Cisco1700系列模块化接入路由器,提供基于VoIP和VoIPoATM的集成式电话质量语音,8,媒体网关的功能,用户或网络接入功能接入核心媒体网络功能媒体流的映射功能受控操作功能管理和统计功能,9,用户或网络接入功能,作用:媒体网关能够和各种接入网络,各种用户进行互操作.例如:DTMF检测和生成;对于模拟线用户,能够识别用户摘机,拨号,挂机等事件;检测处用户占线,久振无应答状态;将用户事件和用户状态向软交换报告.,10,接入核心媒体网络功能,以宽带接入手段接入核心媒体网络;核心网络主要通过IP和ATM传送数据;ATM是面向连接的第2层技术,具有可靠的QoS;IP是第3层技术,媒体网关常用RSVP,Diffserv等协议方案保证一定QoS.,11,媒体流的映射功能,作用:一种媒体流映射成另一种网络要求的媒体流格式.除了媒体流映射,涉及媒体编码格式,数据压缩算法,资源分配和预约,媒体流保密等媒体流属性相关的内容.根据传送网用ATM或者IP协议,进行适配;设置缓冲,减少抖动对通话质量的影响.,12,受控操作功能,作用:媒体网关受到软交换的控制.例如:在软交换设备控制下,向用户发送各种音信号;在软交换控制下,对自身相关资源进行申请,预约,占用,释放等操作;媒体网关设备资源状态发生变化,要向软交换进行汇报.,13,管理和统计功能,媒体网关受到网管系统的统一管理,向软交换或网关系统报告相关统计信息.收集的统计信息包括:设备相关的统计信息;端口相关的统计信息;连接或终结点相关的统计信息.,14,媒体网关采用的技术,分组语音技术语音编码技术实时传输技术高速数据总线技术IVR技术,15,分组语音技术,媒体网关必须将模拟的语音信号转换成一定长度的数字语音分组.语音处理要考虑:用较低比特率的编码算法以节省传输信道的资源;在分组网络环境下保证一定的语音质量.主要的分组语音技术:语音处理的流程静音检测回声消除分组丢失补偿,16,语音处理的流程,处理流程:发送端,接收端2部分.七级管道,每一级代表一些特有的语音处理.发送端处理过程:模拟信号-数字信号-语音包.,17,发送端三级处理,模数转换器对语音进行8位或16位量化,对量化数据打包处理,然后顺序送入缓冲区.语音按照特定帧长进行编码.编码后几个压缩帧合成一个压缩的语音包.网络处理器对语音包添加包头,时标和其他信息,以便通过网络传到另一端点.,18,接收端三级处理,接收端提供一个可变长度的缓冲器,该缓冲器容纳许多语音包.解码器将接收到的语音包解压缩后产生新的语音块,送入解码缓冲器.播放驱动将缓冲器的语音样点取出,送入数/模转换器,通过扬声器按照预先规定的频率播出.,19,静音检测,又称话音活动性检测VAD(VoiceActivationDetection),通过检测通话阶段中的静音,对其进行一定的处理,达到不降低话音质量的情况下节省话路资源的作用.用户没有讲话时,就没有语音包发送,降低了话音比特率.2个问题:背景噪声问题,前后沿剪切问题.长时间静默,使用户感觉不自然,如何解决?在发送端的静音期间发送一些背景噪声(舒适噪声生产(CNG).,20,回声消除,原因:本地混合线圈的阻抗产生了回音.如果传输时延较长,发话者会感到明显的回声.单向时延大于25ms,就需要考虑回波问题.解决:回波抵消方法,通过自适应方法估计回波信号大小,在接收信号中减去此估计值.,21,分组丢失补偿,IP网络尽力传送原则,无法避免传输时延或网络拥塞等原因造成分组被丢弃.解决:接收端网关解码器采用线性预测编码技术,当前值通过以前历史线性组合而得,通过内插的方法可以近似恢复丢失分组.,22,语音编码技术,模拟信号转换成数字信号的过程:抽样量化编码:将离散样值转换成适合传输的数字信号.常用的语音编码:PCM(脉冲编码调制),编码比特率为64kbit/s.,23,实时传输技术,主要采用实时传输协议(RTP).RTP:报头中包含:所装载数据的标识符,序列号,时间戳等,提供具有实时特征的,端到端的数据传输业务.RTP协议数据单元用UDP分组来承载.为什么不用TCP实时传送音频和视频?音频和视频数据量大,冗余度大,对一定范围内差错率可容忍;音频和视频对延迟敏感;多方通信,TCP只支持点到点通信,不能支持组播.,24,高速数据总线技术,媒体网关内部使用作用:支持大容量数据交换,提高内部数据传输速度,降低语音包在网关内传送延迟常用的中继媒体网关总线标准:SCSA,MVIP,H.100等,25,IVR技术,IVR(InteractiveVoiceResponse)交互式语音应答.作用:根据用户输入内容来传递并处理相关信息.集中式到分布式分布式:IVR的语音提示功能分散到各个媒体网关,节省往返传送开销.,26,影响QoS的因素,时延抖动丢包,27,时延,定义:从说话人开始说话到受话人听到所说内容的时间.对话音通信的影响:引入回声,交互性丧失.时延的组成编码时延传输时延缓冲时延解码时延,28,时延,媒体网关如何降低时延?媒体网关能够根据业务类型为媒体流打上不同的等级标志.为语音等时延要求比较高的业务设置高优先级.,29,抖动,定义:IP包传输时间的长短变化.对通信质量的影响:网络抖动严重,有的话音包因迟到而被丢弃,会产生语音断续及部分失真.媒体网关如何降低抖动?在网关设定缓冲池,语音包先进入缓冲池暂存,再以稳定平滑的速率将语音包从缓冲池取出,解压,播放.,30,丢包,产生原因:传输损伤分组超时丢失网络拥塞丢包对语音的影响:可运行包丢失率3%,采取特殊措施,包丢失率达到8%-10%可以容忍.解决包丢失的措施:改善网络环境:增加带宽,增大路由器的缓冲器,设置优化的路由表等;媒体网关采用解码补偿算法,根据前后帧的信息猜测丢失的数据.,31,媒体网关的协议,控制层接口协议用户接入协议核心网接入协议媒体处理协议网络管理协议,32,控制层接口协议,媒体网关本身不具有智能,要通过控制层的软交换控制才能实现完整功能.主要的控制层接口协议:H.248/MEGACOMGCP,33,用户接入协议,E1/T1语音数字中继接口是媒体网关与PSTN相连的方式之一,E1速率为2048kbit/s.媒体网关从E1/T1话音时隙中解复用出数字话音信号,进行语音编码.V5.2接口,34,核心网接入协议,ATM/IPRSVP和Diffserv,35,RSVP和Diffserv,IP网络保证通信QoS的解决方案:RSVP(资源预留协议),由IETF提出.Diffserv(区分业务),由IETF提出.,36,RSVP,RSVP协议定义:通过在参与多媒体业务的所有节点上预留必要的资源来提供性能保证.RSVP协议为相应的业务建立相对固定的通路;通过一定措施保证这些通路的带宽.RSVP特点优点:允许端用户为每个数据流提出资源预留请求,在一定范围内保证IP网络提供高质量实时性能服务.缺点:具体部署问题较多,扩展性差,无法应用于大规模网络.,37,Diffserv,Diffserv定义:对具有相同业务特性的数据流的聚合进行处理,而不针对单个数据流.每个聚合的数据分组用一个特定的区分服务(DS)字段标识.DS值规定了该类型的数据分组在网络中传送的性能,也称为”每一跳行为”(PHB).路由器根据DS值对分组提供不同等级的服务质量保证.边界路由器:负责区分服务中复杂的分组分类,网管,告警等功能,负荷较轻.核心路由器:负责将不同类别数据流分组根据DS值进行不同级别的转发处理.,38,媒体处理协议,媒体编码协议RTP协议,39,媒体编码协议,功能:将一种媒体流映射成另一种网络要求的媒体流格式.分类:中继媒体网关:将数字化的语音信号映射成分组语音流采用编码协议:G.711,G.729,G.723.1等综合接入媒体网关:将用户的模拟语音,图像信号转换成分组的媒体流.采用的语音编码协议:G.711,G.729,G.723.1等采用的图形编码协议:H.261,H.263,H.263+等,40,RTP协议,RTP协议由IETF制订,保护两个相关协议:RTP和RTCPRTP:实时传输协议,用于传送实时数据.RTCP:提供RTP数据传输质量的反馈,在会议业务中传送与会者信息.,41,RTP端口分配,RTP和UDP一同完成传输层的功能.两个端点用RTP传输媒体流之前必须协商好接收RTP/RTCP数据报的目的地的UDP端口号.RTP数据发向偶数的UDP端口;对应的控制信号-RTCP数据发向相邻的奇数UDP端口;这样构成一个UDP端口对.,42,网络管理协议,SNMP协议:为采用TCP/IP协议网络而设计的管理协议.作用:建立管理主机和被管主机之间的联系.媒体网关内设置SNMP代理模块,通过代理模块与网管中心通信.网管中心和媒体网关之间的网管信息模型采用一致的MIB(管理信息)库.,43,媒体资源服务器,媒体资源服务器是一种特殊的网关设备.位于软交换网络的接入层.作用:为软交换网提供录音通知等语音资源;为多方会议提供会议桥资源.,44,信令网关,No.7信令简介信令网关基本功能模型信令网关的应用No.7信令网节点通过信令网关与IP网互通的框架体系信令网关设备的基本要求,45,No.7信令简介,信令的定义:协调不同实体所需的控制信息称为信令.No.7信令:一种公共信道信令协议,用来进行电话网内的呼叫处理.在电话网,ISDN,智能网,移动网中被广泛采用.信令网关:No.7信令网与IP网络的边缘接收和发送信令消息的信令代理.,46,No.7信令网,No.7信令网本质:是传送不依赖语音通路的消息的数据传送系统.是一个专用的分组交换数据网.No.7信令协议栈:,47,No.7信令网组成,信令点(SP)信令消息的源点或终点信令转移点(STP)将信令消息从一个信令链路转到另一个信令链路的信令点.信令链路信令点或信令转移点之间的连接,48,我国No.7信令网结构,第一级,最高级高级信令转接点(HSTP)第二级低级信令转接点(LSTP)第三级信令点,49,信令网关基本功能模型,功能:用在No.7信令网与IP网的关口,对信令消息进行中继翻译或终结处理.,50,信令网关的应用,根据交换电路网(SCN)与IP网间No.7信令的连接结构和传送的信令信息类型不同,主要有下面的应用:No.7信令网与IP网互通ISDNQ.931用户与IP网络互通V5.2用户与IP互通基于IP的信令转接点应用,51,No.7信令网与IP网互通,根据网络组织不同,分为:代理信令点方式信令转接点方式,52,代理信令点方式,信令网关与软交换设备公用一个No.7信令点码.软交换只与一个信令网关连接.,软交换设备,信令网关,媒体网关,No.7信令网,53,代理信令点方式,软交换设备,信令网关,No.7信令网,54,信令转接点方式,信令转接点:消息从一条信令链转到另一条信令链的信令点.信令网关与软交换各自有不同的No.7信令点编码.软交换与多个信令网关连接.,软交换设备,信令网关,No.7信令网,55,两种方式比较,代理信令点方式:不占用独立的信令点码.但当信令网关单点故障时,没有冗余路由.信令转接点方式:通过信令网关对组网提供冗余信令路由,信令网关单点故障时,信令消息仍然可传送.所以,在电信级网络应用中,信令转接点方式具有更大灵活性.,56,ISDNQ.931用户与IP网络互通,ISDN用户采用Q.921和Q.931协议传送用户信令.信令传送功能常在提供ISDN接入的媒体网关上实现.SGF,MGF共存于同一个物理设备上.,软交换设备,信令/媒体网关,No.7信令网,57,V5.2用户与IP互通,信令网关功能常在媒体网关上实现.,软交换设备,信令/媒体网关,No.7信令网,58,基于IP的信令转接点应用,传统No.7信令网中,信令转接点带宽有限制;信令消息承载于分组网络(IP)是发展趋势.因此,采用信令网关设备,实现目前STP设备功能,实现核心网络和信令网逐渐分组化.,59,No.7信令网节点通过信令网关与IP网互通的框架体系,SIGTRAN协议体系互通的三种主要框架:No.7信令网节点通过信令网关与软交换互通No.7信令网节点通过信令网关访问IP网中的智能节点在信令网之间进行信令传送,60,SIGTRAN协议体系,SIGTRAN协议是IETF的信令传送工作组SIGTRAN所建立;SIGTRAN协议栈是在IP网络中传送电路交换网络(SCN)信令协议的堆栈;特点:支持SCN信令应用的标准原语接口,SCN信令应用可以未经修改的使用;利用IP协议作为底层传送信令,通过增加协议自身功能来满足SCN信令传送要求.,61,SIGTRAN协议体系,SIGTRAN协议体系主要组成部件:信令适配层和信令传送层.信令适配层提供SCN信令的标准原语接口;信令传送层提供SCN信令要求的实时性和可靠性.,62,SIGTRAN协议体系,M2UA:MTP2-UserAdaptationLayer,MTP第二级用户适配层协议;作用:实现信令网关向对等IP信令点传送MTP3消息;,63,SIGTRAN协议体系,M2PA:MTP2-UserPeertoPeerAdaptationLayer,MTP第二级用户的对等适配层协议;作用:实现网关向IP信令节点处理和传送MTP3消息,提供MTP信令网网管功能;,64,SIGTRAN协议体系,M3UA:MTP3-UserAdaptationLayer,MTP第三级用户的适配层协议;作用:实现信令网关向媒体网关控制器或IP数据库传送MTP3的用户信息.,65,SIGTRAN协议体系,SCTP:StreamControlTransmissionProtocol,流控制传输协议,是面向连接的传输层协议.提供可靠的面向用户消息的传输服务;优点:相比TCP,SCTP传输时延小,可避免某些大数据对其他数据的阻塞,更高传输率,可靠性和重发效率,更好的安全性.,66,No.7信令网节点通过信令网关与软交换互通,在信令网关可使用不同的适配子层:M3UA,M2UA,M2PA.,67,No.7信令网节点通过信令网关访问IP网中的智能节点,采用M3UA实现信令网关与IP信令端点之间的传送.信息网关SCCP功能作为任选.,68,在信令网关之间进行信令传送,两个信令网关具有不同功能级别的协议体系,69,在信令网之间进行信令传送,两个信令网关具有相同功能级别的协议体系;起源与目的点均为信令点;,70,信令网关设备的基本要求,接口要求协议能力要求容量及性能要求,71,接口要求,窄带接口;IP宽带接口:10BaseT/Fx,100BaseT/Fx,72,协议能