軟交換技術詳解 軟交換技術中的分組協議
發佈時間：2008.01.31 05:03 來源：賽迪網－技術社區 作者：薩德
在通信系統中，控制通過協商實現，因此必須有相應的協議。在NGN體系結構中，軟交換是控制中心，它支援H．248／MeGaCo、SIP、MGCP、H.323等多秤協議。
1 MGCP協議
1.1MGCP基本概念
MGCP協議與H．223和SIP不同，H.323和SIP提出兩套IP電話體系結構，二者完全獨立，不能互相相容，只能互通。MGCP不涉及IP電話的體系結構，只涉及網關分解問題，因而不僅可用於H．323IP電話系統，也可用於SIP IP電話系統。網關可分解成媒體網關(MG)和媒體網關控制器(MGC)，MG在 MGC(或軟交換)的控制下，實現跨網媒體業務。從邏輯上看很簡單，網關由 MG和MGC組成。從物理上看就不那麼簡單了，到目前為止，網關的分解還沒有確定的方式，可根據不同的需求進行分解。
MGCP協議是1999年由Internet工程任務組(IETF)制定的媒體網關控制協議，MGCP協議定義的連接模型包括端點(endpoint)和連接(connection)兩個主要概念。端點是數據源或數據宿，可以是物理端點，也可以是虛擬端點。端點類型包括數字通道、模擬線、錄音伺服器接入點及互動式話音響應接入點。端點標識由端點所在網關域名和網關中的本地名兩部分組成。連接可以是點到點連接或多點連接。點到點連接是兩個互相發送數據的端點之間的一種關聯，該關聯在兩個端點都建立起來後，就可開始傳送數據。多點連接是多個端點之間的聯。連接可建在不同類型的承載網路上。呼叫代理可要求端點在檢測到某些事件(如摘機、挂機、拍叉或撥號)發生時，向其發出通知，也可請求將某些信號(如撥號音、回鈴音、忙音等)加到端點上。事件和信號組合成包，每個包由某一特定端點支援。每個事件(含信號)可用“包名／事件名”表示，每類端點有特定的包，每個包包含有規律的事件和信號，包名和事件名均用數字字母串表示。
1．2協議結構及命令
MGCP採用文本協議，協議消息分為命令和響應，每個命令需要接收方回送響應，採用三次握手方式證實。命令消息由命令行和若干參數行組成，響應消息帶有3位數字的響應碼。MGCP採用媒體描述協議(SDP)向網關描述連接參數。為了減小信令傳送時延，MGCP採用用戶數據報協議(UDP)傳送。協議命令包括：
(l)端點配置命令(EndpointConfiguration)，從呼叫代理到網關；
(2)通知請求命令(NotificationRequest)，從呼叫代理到網關；
(3)通知命令(Notify)，從網關到呼叫代理；
(4)創建連接命令(CreateConnection)，從呼叫代理到網關，呼叫代理用該命令將某端點與指定的IP地址和UDP端口關聯，另外還向遠端端點發送創建連接命令，建立兩個端點間的連接；
(5)修改連接命令(ModifyConnection)，從呼叫代理到網關，修改以前建立連接的參數；
(6)刪除連接命令(DeleteConnection)，從呼叫代理到網關(也可從網關到呼叫代理)，刪除以前建立的連接；
(7)審計端點命令(AuditEndpoint)，從呼叫代理到網關；
(8)審計連接命令(AuditConnection)，從呼叫代理到網關；
(9)重啟動進行中命令(RestartInprogress)，從網關到呼叫代理。
2 H.248協議
2．1定義H．248協議是2000年由 ITU-T第 16工作組提出的媒體網關控制協議，它是在早期的 MGCP協議基礎上改進而成。H.248／ MeGaCo協議是用於連接MGC與MG的網關控制協議，應用於媒體網關與軟交換之間及軟交換與 H．248／ MeGaCo終端之間，是軟交換應支援的重要協議。H.248協議定義的連接模型包括終端(termination)和上下文(context)兩個主要概念。終端是 MG中的邏輯實體，能發送和接收一種或多種媒體，在任何時候，一個終端屬於且只能屬於一個上下文，可以表示時隙、模擬線和RTP(real time protocol)流等。終端類型主要有半永久性終端(TDM信道或模擬線等)和臨時性終端(如RTP流，用於承載語音、數據和視頻信號或各種混合信號)。用屬性、事件、信號、統計表示終端特性，為了解決遮罩終端多樣性問題，在協議中引入了包(package)概念，將終端的各種特性參數組合成包。一個上下文是一些終端間的聯繫，它描述終端之間的拓撲關係及媒體混合／交換的參數。朗訊公司(Lucent)在MGCP協議中首次提出 context概念，使協議具有更好的靈活性和可擴展性，H.248／MeGaCo協議延用了這個概念，它可用 Add命令創建，用Subtract或 Move命令刪除。
2.2主要功能
H.248協議是由MGC控制MG的協議，也稱MeGaCo。H.248中引入了cnntext概念，增加了許多package的定義，從而將MGCP大大推進一步。可以說H.248建議已取代MGCP，成為 MGC與 MG之間的協議標準。
將網關分解成MG和MGC是研製大型電信級IP電話網關的需要。MGC的功能是：(l)處理與網守間的H.225RAS消息；(2)處理 No．7信令(可選)；(3)處理H．323信令(可選)。MG的功能是：(l)IP網的終結點介面；(2)電路交換網終結點介面；(3)處理 H．323信令(在某類分解中)；(4)處理帶有RAS(registeration admission status)功能的電路交換信令(在某類分解中)；(5)處理媒體流。
2.3協議消息及命令
消息是協議發送的資訊單元，一個消息包含一個消息頭和版本號，消息頭包含發送者的ID。消息中的事務彼此無關，可以獨立處理。協議消息的編碼格式為文本格式和二進位格式。MGC必須支援這兩種格式，MG可以支援其中任一種格式。當MG發起呼叫時，MGC建立一個新的上下文，並使用Add命令將R7rP流和模擬線這兩個終端分別添加到上下文中，當MG結束呼叫後，MGC使用Subtract命令將終端從上下文中刪除，釋放資源。用Modify命令可以修改終端的屬性和信號參數。H.248還定義了：(l)Move命令，將一個終端從一個上下文移到另一個上下文；(2)AuditValue命令，返回終端特性的當前狀態；(3)AuditCapabilities命令，返回終端特性的能力集；(4)Notify命令，允許MG將檢測到的事件通知 MGC；(5)ServiceChange命令，允許 MG通知MGC一個或多個終端將要脫離或加入業務，也可以用於MG註冊到 MGC表示可用性，以及MGC的挂起和MGC的主、備轉換通知等。
H．248與MGCP在協議概念和結構上有很多相似之處，但也有不同。H.248／MeGaCo協議簡單、功能強大，且擴展性很好，允許在呼叫控制層建立多個分區網關；MGCP是H．248／MeGaCo以前的版本，它的靈活性和擴展性不如H.248／MeGaCo。H．248支援多媒體，MGCP不支援多媒體。應用於多方會議時，H.248比MGCP容易實現。MGCP基於UDP傳輸，H.248基於傳輸控制協議(TCP)、UDP等。H.248的消息編碼基於文本和二進位，MGCP的消息編碼基於文本。
3 H.323協議
3.1H．323的基本概念
H．323協議的提出是專為多媒體會議系統，不是為IP電話，但IP電話(特別是通過網關通話的電話)可採用H．323協議，因此H．323協議被借用作為IP電話標準。IP電話還採用其他建議，其中包括H.225、H.245、H.235、H.450、H.341等，但H．323協議是總體技術要求，通常把這種方式的IP電話稱為H．323IP電話。
H．323主要用於VoIP／FoIP（IP電話/IP傳真)、桌面會議電視系統、協同工作及遠程教學／醫療系統。
3.2H.323體系結構
H.323協議主要包括終端、網關、多點控制單元(MCU)、網守(gatekeep)。終端發起或接受呼叫，實現媒體流承載和傳輸功能，如NetMeeting、視頻會議終端、IP電話機。網關是異種網路互通設備，完成信令消息格式、內容轉換、通信協議流程轉換及媒體流格式轉換，如IP電話網關、H.323／H．320會議電視網關。MCU可實現多點會議管理和控制、與會終端管理、媒體流控制(如混音和多畫面)，它包括多點控制(MC)和多點處理(MP)兩部分。網守是系統看門人，主要完成接入認證、地址解析、帶寬管理、記費管理、區域管理和呼叫管理。
4 SIP協議
4.1SIP基本概念
SIP(sessioninitiationprotocol)協議是應用層控制協議，與H．323協議並列。SIP協議的出發點是以現有的Internet為基礎構架IP電話業務網，因此SIP的設計思想與 H．323完全不同，它是分散式協議，將網路設備的複雜性推向網路邊緣。與以H.323協議為基礎的IP電話不同，SIP協議需要智慧化終端。若用戶終端是非智慧化終端，也可使用SIP協議作為呼叫信令，但將大大削弱SIP協議特有的優勢，因此SIP協議更適用於智慧用戶終端。另外，可在用戶電話機前添加前置機，取代網關設備，但這樣增加了用戶購買前置機的開銷。
4．2SIP的特點
SIP協議具有簡單、擴展性好及與Internet應用緊密結合的特點。簡單是指僅用3條消息(INVITE、BYE和ACK)和4個頭(To、Form、Call-ID和CSeq)就能實現簡單的Internet電話。擴展性好是指網路伺服器具有Stateful與Stateless相結合的特點。與現有Internet應用緊密結合主要是指SIP協議可以與Web和E-mail業務緊密結合，目前IETF的PINT工作組正在制定的點擊撥號(click-to-dial)和點擊傳真(click-to-fax)協議就是以SIP為基礎的。
4．3SIP協議的基本功能
SIP系統主要由用戶代理和網路伺服器兩部分組成。用戶代理包括用戶代理客戶機(UAC)和用戶代理伺服器(UAS)，用戶代理客戶機用於發起呼叫，用戶代理伺服器用於響應呼叫。用戶代理客戶機和用戶代理伺服器構成用戶端必備的應用程式，由它完成呼叫的發起和接收。SIP協議用於創建、修改和終結多媒體會話和呼叫，多媒體會話包括Internet多媒體會議、遠程教育和Internet電話等。
5 小結
MGCP的側重點是簡單性和可靠性，只限于將媒體流控制和呼叫處理等智慧工作卸載到軟交換上，使媒體網關成為簡單的設備，簡化了本地接入設備的設計，只負擔必要的接入硬體和MGCP用戶側功能的成本，將網管和互操作成本轉移到網路上。MGCP是軟交換、媒體網關、信令網關的關鍵協議，它使IP電話網能接入PSTN，實現端到端電話業務。
Lucent提出了媒體設備控制協(MDCP)，將以上協議合併成MeGaCo協議(又稱作H.248)。MeGaCo既適應面向連接的媒體(TDM和ATM)，又適應面向無連接的媒體(IP)，是全套的多種媒體網關控制標準。
MGCP協議在描述能力上的欠缺，使它無法應用於大型網關，H.248協議則是大型網關很好的選擇。與MGCP用戶相比，H248／MeGaCo用戶對傳輸協議有更多的選擇，能提供更多的應用層支援，管理也更簡單。
作為多媒體組網標準，H．323的應用比較廣泛，它是IP網關／終端在分組網上傳送話音和多媒體業務使用的核心協議，包括點到點、點到多點會議、呼叫控制、多媒體管理、帶寬管理、LAN與其他網路的介面等。ITU的H.323協議族定義了在無業務品質保證的因特網或其他分組網路上多媒體通信的協議及其規程。H.323標準為局域網、廣域網、Intranet和Internet上的多媒體提供技術保障。
H．323的控制協議非常複雜，不支援多點發送(multicast)協議，不支援呼叫轉移，建立呼叫的時間較長，H.323協議中的長途呼叫建立時間等問題還有待解決，H.323沒有關於網路節點(NNI)介面的定義，沒有擁塞控制機制。
SIP主要為Internet網的多媒體會議電視服務，用於建立、更改和終止Internet主機間的會晤(session)。它以Internet協議(HTTP)為基礎，遵循Internet的設計原則，增加新業務很容易，擴展協議不會引起互操作問題。SIP是應用層協議，可以用UDP或TCP作為傳輸協議。SIP協議簡單，是模組式結構，不受基礎協議和結構的限制，可用於建立端點或伺服器上呼叫，也可運行在媒體網關控制器、網關、數據庫等其他設備之間，SIP也沒有NNI介面。
（責任編輯：高爽）
在通信系統中，控制通過協商實現，因此必須有相應的協議。在NGN體系結構中，軟交換是控制中心，它支援H．248／MeGaCo、SIP、MGCP、H.323等多秤協議。
1 MGCP協議
1.1MGCP基本概念
MGCP協議與H．223和SIP不同，H.323和SIP提出兩套IP電話體系結構，二者完全獨立，不能互相相容，只能互通。MGCP不涉及IP電話的體系結構，只涉及網關分解問題，因而不僅可用於H．323IP電話系統，也可用於SIP IP電話系統。網關可分解成媒體網關(MG)和媒體網關控制器(MGC)，MG在 MGC(或軟交換)的控制下，實現跨網媒體業務。從邏輯上看很簡單，網關由 MG和MGC組成。從物理上看就不那麼簡單了，到目前為止，網關的分解還沒有確定的方式，可根據不同的需求進行分解。
MGCP協議是1999年由Internet工程任務組(IETF)制定的媒體網關控制協議，MGCP協議定義的連接模型包括端點(endpoint)和連接(connection)兩個主要概念。端點是數據源或數據宿，可以是物理端點，也可以是虛擬端點。端點類型包括數字通道、模擬線、錄音伺服器接入點及互動式話音響應接入點。端點標識由端點所在網關域名和網關中的本地名兩部分組成。連接可以是點到點連接或多點連接。點到點連接是兩個互相發送數據的端點之間的一種關聯，該關聯在兩個端點都建立起來後，就可開始傳送數據。多點連接是多個端點之間的聯。連接可建在不同類型的承載網路上。呼叫代理可要求端點在檢測到某些事件(如摘機、挂機、拍叉或撥號)發生時，向其發出通知，也可請求將某些信號(如撥號音、回鈴音、忙音等)加到端點上。事件和信號組合成包，每個包由某一特定端點支援。每個事件(含信號)可用“包名／事件名”表示，每類端點有特定的包，每個包包含有規律的事件和信號，包名和事件名均用數字字母串表示。
1．2協議結構及命令
MGCP採用文本協議，協議消息分為命令和響應，每個命令需要接收方回送響應，採用三次握手方式證實。命令消息由命令行和若干參數行組成，響應消息帶有3位數字的響應碼。MGCP採用媒體描述協議(SDP)向網關描述連接參數。為了減小信令傳送時延，MGCP採用用戶數據報協議(UDP)傳送。協議命令包括：
(l)端點配置命令(EndpointConfiguration)，從呼叫代理到網關；
(2)通知請求命令(NotificationRequest)，從呼叫代理到網關；
(3)通知命令(Notify)，從網關到呼叫代理；
(4)創建連接命令(CreateConnection)，從呼叫代理到網關，呼叫代理用該命令將某端點與指定的IP地址和UDP端口關聯，另外還向遠端端點發送創建連接命令，建立兩個端點間的連接；
(5)修改連接命令(ModifyConnection)，從呼叫代理到網關，修改以前建立連接的參數；
(6)刪除連接命令(DeleteConnection)，從呼叫代理到網關(也可從網關到呼叫代理)，刪除以前建立的連接；
(7)審計端點命令(AuditEndpoint)，從呼叫代理到網關；
(8)審計連接命令(AuditConnection)，從呼叫代理到網關；
(9)重啟動進行中命令(RestartInprogress)，從網關到呼叫代理。
2 H.248協議
2．1定義H．248協議是2000年由 ITU-T第 16工作組提出的媒體網關控制協議，它是在早期的 MGCP協議基礎上改進而成。H.248／ MeGaCo協議是用於連接MGC與MG的網關控制協議，應用於媒體網關與軟交換之間及軟交換與 H．248／ MeGaCo終端之間，是軟交換應支援的重要協議。H.248協議定義的連接模型包括終端(termination)和上下文(context)兩個主要概念。終端是 MG中的邏輯實體，能發送和接收一種或多種媒體，在任何時候，一個終端屬於且只能屬於一個上下文，可以表示時隙、模擬線和RTP(real time protocol)流等。終端類型主要有半永久性終端(TDM信道或模擬線等)和臨時性終端(如RTP流，用於承載語音、數據和視頻信號或各種混合信號)。用屬性、事件、信號、統計表示終端特性，為了解決遮罩終端多樣性問題，在協議中引入了包(package)概念，將終端的各種特性參數組合成包。一個上下文是一些終端間的聯繫，它描述終端之間的拓撲關係及媒體混合／交換的參數。朗訊公司(Lucent)在MGCP協議中首次提出 context概念，使協議具有更好的靈活性和可擴展性，H.248／MeGaCo協議延用了這個概念，它可用 Add命令創建，用Subtract或 Move命令刪除。
2.2主要功能
H.248協議是由MGC控制MG的協議，也稱MeGaCo。H.248中引入了cnntext概念，增加了許多package的定義，從而將MGCP大大推進一步。可以說H.248建議已取代MGCP，成為 MGC與 MG之間的協議標準。
將網關分解成MG和MGC是研製大型電信級IP電話網關的需要。MGC的功能是：(l)處理與網守間的H.225RAS消息；(2)處理 No．7信令(可選)；(3)處理H．323信令(可選)。MG的功能是：(l)IP網的終結點介面；(2)電路交換網終結點介面；(3)處理 H．323信令(在某類分解中)；(4)處理帶有RAS(registeration admission status)功能的電路交換信令(在某類分解中)；(5)處理媒體流。
2.3協議消息及命令
消息是協議發送的資訊單元，一個消息包含一個消息頭和版本號，消息頭包含發送者的ID。消息中的事務彼此無關，可以獨立處理。協議消息的編碼格式為文本格式和二進位格式。MGC必須支援這兩種格式，MG可以支援其中任一種格式。當MG發起呼叫時，MGC建立一個新的上下文，並使用Add命令將R7rP流和模擬線這兩個終端分別添加到上下文中，當MG結束呼叫後，MGC使用Subtract命令將終端從上下文中刪除，釋放資源。用Modify命令可以修改終端的屬性和信號參數。H.248還定義了：(l)Move命令，將一個終端從一個上下文移到另一個上下文；(2)AuditValue命令，返回終端特性的當前狀態；(3)AuditCapabilities命令，返回終端特性的能力集；(4)Notify命令，允許MG將檢測到的事件通知 MGC；(5)ServiceChange命令，允許 MG通知MGC一個或多個終端將要脫離或加入業務，也可以用於MG註冊到 MGC表示可用性，以及MGC的挂起和MGC的主、備轉換通知等。
H．248與MGCP在協議概念和結構上有很多相似之處，但也有不同。H.248／MeGaCo協議簡單、功能強大，且擴展性很好，允許在呼叫控制層建立多個分區網關；MGCP是H．248／MeGaCo以前的版本，它的靈活性和擴展性不如H.248／MeGaCo。H．248支援多媒體，MGCP不支援多媒體。應用於多方會議時，H.248比MGCP容易實現。MGCP基於UDP傳輸，H.248基於傳輸控制協議(TCP)、UDP等。H.248的消息編碼基於文本和二進位，MGCP的消息編碼基於文本。
3 H.323協議
3.1H．323的基本概念
H．323協議的提出是專為多媒體會議系統，不是為IP電話，但IP電話(特別是通過網關通話的電話)可採用H．323協議，因此H．323協議被借用作為IP電話標準。IP電話還採用其他建議，其中包括H.225、H.245、H.235、H.450、H.341等，但H．323協議是總體技術要求，通常把這種方式的IP電話稱為H．323IP電話。
H．323主要用於VoIP／FoIP（IP電話/IP傳真)、桌面會議電視系統、協同工作及遠程教學／醫療系統。
3.2H.323體系結構
H.323協議主要包括終端、網關、多點控制單元(MCU)、網守(gatekeep)。終端發起或接受呼叫，實現媒體流承載和傳輸功能，如NetMeeting、視頻會議終端、IP電話機。網關是異種網路互通設備，完成信令消息格式、內容轉換、通信協議流程轉換及媒體流格式轉換，如IP電話網關、H.323／H．320會議電視網關。MCU可實現多點會議管理和控制、與會終端管理、媒體流控制(如混音和多畫面)，它包括多點控制(MC)和多點處理(MP)兩部分。網守是系統看門人，主要完成接入認證、地址解析、帶寬管理、記費管理、區域管理和呼叫管理。
4 SIP協議
4.1SIP基本概念
SIP(sessioninitiationprotocol)協議是應用層控制協議，與H．323協議並列。SIP協議的出發點是以現有的Internet為基礎構架IP電話業務網，因此SIP的設計思想與 H．323完全不同，它是分散式協議，將網路設備的複雜性推向網路邊緣。與以H.323協議為基礎的IP電話不同，SIP協議需要智慧化終端。若用戶終端是非智慧化終端，也可使用SIP協議作為呼叫信令，但將大大削弱SIP協議特有的優勢，因此SIP協議更適用於智慧用戶終端。另外，可在用戶電話機前添加前置機，取代網關設備，但這樣增加了用戶購買前置機的開銷。
4．2SIP的特點
SIP協議具有簡單、擴展性好及與Internet應用緊密結合的特點。簡單是指僅用3條消息(INVITE、BYE和ACK)和4個頭(To、Form、Call-ID和CSeq)就能實現簡單的Internet電話。擴展性好是指網路伺服器具有Stateful與Stateless相結合的特點。與現有Internet應用緊密結合主要是指SIP協議可以與Web和E-mail業務緊密結合，目前IETF的PINT工作組正在制定的點擊撥號(click-to-dial)和點擊傳真(click-to-fax)協議就是以SIP為基礎的。
4．3SIP協議的基本功能
SIP系統主要由用戶代理和網路伺服器兩部分組成。用戶代理包括用戶代理客戶機(UAC)和用戶代理伺服器(UAS)，用戶代理客戶機用於發起呼叫，用戶代理伺服器用於響應呼叫。用戶代理客戶機和用戶代理伺服器構成用戶端必備的應用程式，由它完成呼叫的發起和接收。SIP協議用於創建、修改和終結多媒體會話和呼叫，多媒體會話包括Internet多媒體會議、遠程教育和Internet電話等。
5 小結
MGCP的側重點是簡單性和可靠性，只限于將媒體流控制和呼叫處理等智慧工作卸載到軟交換上，使媒體網關成為簡單的設備，簡化了本地接入設備的設計，只負擔必要的接入硬體和MGCP用戶側功能的成本，將網管和互操作成本轉移到網路上。MGCP是軟交換、媒體網關、信令網關的關鍵協議，它使IP電話網能接入PSTN，實現端到端電話業務。
Lucent提出了媒體設備控制協(MDCP)，將以上協議合併成MeGaCo協議(又稱作H.248)。MeGaCo既適應面向連接的媒體(TDM和ATM)，又適應面向無連接的媒體(IP)，是全套的多種媒體網關控制標準。
MGCP協議在描述能力上的欠缺，使它無法應用於大型網關，H.248協議則是大型網關很好的選擇。與MGCP用戶相比，H248／MeGaCo用戶對傳輸協議有更多的選擇，能提供更多的應用層支援，管理也更簡單。
作為多媒體組網標準，H．323的應用比較廣泛，它是IP網關／終端在分組網上傳送話音和多媒體業務使用的核心協議，包括點到點、點到多點會議、呼叫控制、多媒體管理、帶寬管理、LAN與其他網路的介面等。ITU的H.323協議族定義了在無業務品質保證的因特網或其他分組網路上多媒體通信的協議及其規程。H.323標準為局域網、廣域網、Intranet和Internet上的多媒體提供技術保障。
H．323的控制協議非常複雜，不支援多點發送(multicast)協議，不支援呼叫轉移，建立呼叫的時間較長，H.323協議中的長途呼叫建立時間等問題還有待解決，H.323沒有關於網路節點(NNI)介面的定義，沒有擁塞控制機制。
SIP主要為Internet網的多媒體會議電視服務，用於建立、更改和終止Internet主機間的會晤(session)。它以Internet協議(HTTP)為基礎，遵循Internet的設計原則，增加新業務很容易，擴展協議不會引起互操作問題。SIP是應用層協議，可以用UDP或TCP作為傳輸協議。SIP協議簡單，是模組式結構，不受基礎協議和結構的限制，可用於建立端點或伺服器上呼叫，也可運行在媒體網關控制器、網關、數據庫等其他設備之間，SIP也沒有NNI介面。
（責任編輯：高爽）
Comments