软交换分组协议基础－NGN和软交换分组协议综述V2.0-20021210-B

资料编码 产品名称 NGN 使用对象 工程师 产品版本 编写部门 固网技术支持部 资料版本 V2.0 软交换分组协议基础 NGN和软交换分组协议综述 拟 制： 邢宇翔 日 期： 2002年 11月 01日 审 核： 日 期： 审 核： 日 期： 批 准： 日 期： 华 为 技 术 有 限 公 司 版权所有 侵权必究修订记录 日期 修订版本 描述 作者 2002/12/10 V2.0 转换成 Word格 式 邢宇翔 目 录 第 1章 NGN和软交换概念介绍 . 2 1.1 NGN 网络 .2 1.1.1 概述 .2 1.1.2 NGN 网络特点 .2 1.1.3 NGN 网络互通模式 .4 1.2 软交 换概述 .5 1.2.1 软交换起源 .5 1.2.2 软交换概念 .5 1.2.3 引入软交换的意义 .6 1.2.4 软交换功能描述 .7 1.3 结束语 .9 第 2章 NGN网络协议介绍 . 10 2.1 软交换的协议接口 . 10 2.2 NGN 网络协议 . 11 2.2.1 媒体网关控制协议 MGCP . 12 2.2.2 媒体网关控制协议 H.248 . 12 2.2.3 MGCP 协议和 H.248 协议关系 . 12 2.2.4 会话初始协议 SIP . 13 2.2.5 IP 电话与多媒体通讯协议 H.323 . 13 2.2.6 与承载无关的呼叫控制协议 BICC . 13 2.2.7 SIGTRAN 协议 . 14 NGN 概述和分组协议综述 第 1 章 NGN 和软交换概念介绍 1 关键词： NGN 软交换 分组协议 摘 要 ： NGN 的目标是建立一个能够提供话音、数据、多媒体等多种业务的，集通讯、信息、电子商务、娱乐于一体，满足自由通讯的分组融合网络。 NGN 是一个包括 PSTN/ISDN、 H.323、 ATM/IP 等网络的融合网络，网络互通是 NGN 成功的必要条件。为实现这一目标，在 NGN 组网中采用了大量的分组协议。由于分组协议包括 MGCP、 H.248/Megaco、 SIP、 H.323、 BICC、 SIGTRAN等众多协议，为了让读者有一个整体上的概念。本文重点介绍了各种分组协议在 NGN 网络中的应用以及各种协议间的关系。鉴于读者可能对 NGN 和软交换知识了解不够，本文对 NGN 和软交换作了简单介绍，以便读者更好的理解分组协议在 NGN 网络中应用。 缩略语 清单 ： NGN（ Next Generation Network）：下一代网络 SoftX（ SoftSwitch）：软交换机 PS（ Packed Switched）：分组交换 PSTN（ Public Switched Telephone Network）：公共电话交换网 MGCP （ Media Gateway Control Protocal）：媒体网关控制协议 H.248（ H.248/MECAGO protocol）： H.248 媒体网关控制协议 BICC（ Bearer Independent Call Control）：承载无关控制协议 SIP （ Session Initiation Protocol）： IETF 制定的会话初始协议 MG （ Media Gateway）：媒体网关 MGC （ Media Gateway Controller）：媒体网关控制器 SG （ Signaling Gateway）： 信令网关 参考资料清单： C&C08 iNET 工程师培训教材 -分组协议 固网技术支持部 NGN 协议介绍 华为技术报 136 期 SoftX3000V2 随机手册信令与协议分册 资料开发部 NGN 概述和分组协议综述 第 1 章 NGN 和软交换概念介绍 2 第 1章 NGN 和软交换概念介绍 1.1 NGN 网络 1.1.1 概述 近年来，随着我国电信产业界的融合趋势，电话网、计算机网、有线电视网趋于融合，传统网络面临着负荷在不断增大，用户的业务需求也趋于多样化的趋势，而这些新型的多样性业务，是目前 PSTN、 PLMN 网络所难以提供的。 在这一发展背景下，基于软交换技术的 NGN 网络应运而生。 NGN（ Next Generation Network），又称为下一代网络，是一种综合 、开放的网络构架，可以在统一的分组网络上融合通信、信息、电子商务和交易等业务，满足多样化、个性化业务需求，在继承的基础上实现与各种业务网络（ PSTN/ISDN、PLMN、 IN、 Internet）之间的互通，在全网内快速提供新的语音、数据、图像融合业务。 1.1.2 NGN网络特点 1、开放分布式网络结构 采用软交换技术，将传统交换机的功能模块分离为独立网络部件，各部件按相应功能进行划分，独立发展。 采用业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离技术，实现开放分布式网络结构，使业务独立于网络。通过开放式协议和接口，可灵活、快 速地提供业务，个人用户可自己定义业务特征，而不必关心承载业务的网络形式和终端类型。 NGN 概述和分组协议综述 第 1 章 NGN 和软交换概念介绍 3 图 1 NGN 的分层结构 从上图可以看出， NGN的一个最显著的特点是分层结构。 NGN网络可以划分为四个层次：边缘接入层、核心交换层、网络控制层和业务管理层。各层的功能如下： 边缘接入层：将用户连接至网络，集中用户业务将它们传递至目的地，包括各种接入手段。 核心交换层：将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式。例如：将话音信号分割成 ATM信元或 IP包。此外，媒体层可以将信 息选路至目的地。 网络控制层： 该层决定用户收到的业务，并能控制低层网络元素对业务流的处理。 通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制和信令互通，使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议，提供开放的 API（第三方业务）接口。 业务 管理层：在呼叫建立的基础上提供其他的服务。包括网络管理系统、各种应用服务器及通过第三方接口开发的相关业务等。 2、高速分组化核心承载 NGN 概述和分组协议综述 第 1 章 NGN 和软交换概念介绍 4 核心承载网采用高速包交换网络，可实现电信网、计算机网和有线电视网三网融合，同时支持语音、数据、视频等业务。 3、独立的网络控制层 网络控制 层即软交换，采用独立开放的平台，将呼叫控制从媒体网关中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制和信令互通，使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议，提供开放的 API接口，从而可使第三方快速、灵活、有效地实现业务提供。 4、网络互通和网络设备网关化 通过接入媒体网关、中继媒体网关和信令网关等网关，可实现与 PSTN、 PLMN、IN、 Internet等网络的互通，有效地继承原有网络的业务。 5、多样化接入方式 普通用户可通过智能分组话音终端、多媒体终端接入，通过接入媒体网关、综合接入设备（ IAD）来满足用户的语音、数据和视频业务的共存需求。 1.1.3 NGN网络互通模式 在 NGN的建设过程中，实现与原有网络的互通方式包括： （ 1） NGN与 PSTN/ISDN/GSM/CDMA的互通 NGN与 PSTN电路交换网以及与核心网为电路交换的移动通信网（ GSM、 CDMA）的互通，均可通过中继媒体网关 TMG或通用媒体网关 UMG完成。 （ 2） NGN与七号信令网的互通 NGN与七号信令网的互通通过信令网关 SG完成。 （ 3） NGN分组网络与现有智能网的互通 当分组网络内的用户使用智能网业务时，如卡号业务，必须实现与智能网的互通，关键在于卡号数据；而对于 800号业务，则必须实现 PSTN/ISDN用户与NGN分组网络用户统一使用。 实现方式有两种：一种是通过 TMG中继媒体网关与 PSTN进行话路互通，在PSTN接入智能网，对 NGN的软交换系统没有要求；另一种是软交换设备直接NGN 概述和分组协议综述 第 1 章 NGN 和软交换概念介绍 5 接入智能网，这种方式对软交换系统提出较高要求，但在网络资源占用、时延等方面具有优势。 1.2 软交换概述 1.2.1 软交换起源 软交换的概念最早起源于美国企业网应用。在企业网络环境下，用户可采用基于以太网的电话，再通过一套基于 PC服务器的呼叫控制软件（ Call Manager、Call Server），实现 PBX功能（ IP PBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而通过与局域网共享来实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的 PBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IP PBX应用获得了巨大成功。 同时，传统的电路交换网络的综合运营成本很高，运营商非常希望能够寻求到一种替代产品与技术。 受到 IP PBX成功的启发，业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二 者之间采用标准协议（ MGCP、 H248），呼叫控制实际上是运行于通用硬件平台上的纯软件，媒体处理将 TDM转换为基于IP的媒体流。于是， SoftSwitch（软交换）技术应运而生，由于这一体系具有伸缩性强、接口标准、业务开放等特点，发展极为迅速。 作为 NGN网络的一项重要技术，软交换技术软交换概念一经提出，很快便成为NGN最为活跃和热门的话题。 1.2.2 软交换概念 软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关中分离出来（即控制与承载分离），通过软件实现基本呼叫控制功能（包括呼叫选路、管理控制、连接控制和信令互通） ，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。 软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网NGN 概述和分组协议综述 第 1 章 NGN 和软交换概念介绍 6 络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，从而可方便地在网络上快速提供新业务。 1.2.3 引入软交换的意义 对用户来说，软交换可以实现跨域控制，可以对接入层面丰富多样的设备进行控制和管理，为用户提供话音、数据和视频业务，以及其它融合业务。 随着通信网络的发展趋势从技术驱动向业务驱动的转变，业务发展逐渐成为关注焦点。软交换向 ISV（独立软件开发商）、 ISP、 ICP、 ASP（应用业务提供商）提供开放的业务接口 Open API，而 ISV/ISP/ICP/ASP往往比软交换提供商更熟悉最终用户的业务需求，因此 ASP/ISP/ICP提供的业务更贴近用户、贴近生活。此外，大量 ASP/ISP/ICP参与竞争的结果，可加快推出多样、先进、经济和实用的业务。 对运营商来说，作为 NGN核心部件，软交换可独立开发、生产和采购，其开发成本、生产成本和采购成本相对较低 ，从而使运营设备的投资相应降低。 对于新运营商来说已无法通过新建 PSTN交换局同现有运营商进行市话业务竞争，通过软交换则可以轻易进入市话业务。 软交换的出现，可使三网在网络层面实现网间互联互通，在业务层面实现业务的渗透和交叉，使基于统一分组网络承载多种业务成为可能。运 营商可终结三网分别投资的局面，通过一个融合的网络为用户同时提供话音、数据和多媒体业务，实现国际电联提出的“通过互联互通的电信网、计算机网和电视网等网路资源的无缝融合，构成一个具有统一接入和应用界面的高效率网路，使人类能在任何时间和地点，以一种可 以接受的费用和质量，安全的享受多种方式的信息应用”的目标。 对于数据网络，几年前的网络泡沫导致投资过度、带宽冗余，而软交换技术则可利用这些冗余带宽迅速部署 NGN业务，同时软交换 Open API还可为运营商提供强大的业务生成能力。 NGN 概述和分组协议综述 第 1 章 NGN 和软交换概念介绍 7 1.2.4 软交换功能描述 软交换是多种逻辑功能实体的集合，它提供综合业务的呼叫控制、连接和部分业务功能，是下一代电信网语音 /数据 /视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。 软交换技术的主要设计思想为业务、控制、传送、接入分离，实体之间通过标准协议进行连接和通信，下面重点介绍软交换的功能 ： 1、呼叫控制和处理 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、智能呼叫触发检出和资源控制等； 接收来自业务交换功能的监视请求，并对与呼叫相关的事件进行处理，接收来自业务交换的呼叫控制相关信息，支持呼叫的建立和监视； 支持两方或多方呼叫控制功能，提供多方呼叫控制功能，包括多方呼叫特殊逻辑关系、呼叫成员的加入、退出、隔离、旁听和混音控制等； 识别媒体网关报告的 摘机、拨号和挂机等事件，控制媒体网关向用户发送音信号，如拨号音、振铃音、回铃音等，满足运营商的拨号计划 。 2、协议功能 软交换是一种开放和多协议实体，采用标准协议与各种媒体网关、终端和网络进行通信，包括 H.248、 SCTP 、 ISUP、 TUP、 INAP、 H.323、 RADIUS、 SNMP、SIP、 M3UA、 MGCP、 BICC、 PRI、 BRI等。 3、业务提供 提供 PSTN/ISDN交换机业务，包括基本业务和补充业务； 可与现有智能网配合，提供现有智能网所能提供的业务； 可与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。 4、业务交换 5、互通功能 NGN 概述和分组协议综述 第 1 章 NGN 和软交换概念介绍 8 可通过信令网关实现分组网与现有七号信令网的 互通； 可通过信令网关与现有智能网互通，提供多种智能业务； 允许 SCF控制 VoIP呼叫，并对呼叫信息进行操作（号码显示等）； 可通过互通模块，实现与现有 H.323体系的 IP电话网的互通； 可通过互通模块，采用 SIP协议实现与 SIP网络体系的互通； 可实现与其他软交换的互通互连，采用 SIP、 BICC等协议； 可提供 IP网内 H.248终端、 SIP终端和 MGCP终端之间的互通； 可通过综合媒体网关 UMG实现与无线网络 PLMN的互通。 6、资源管理 提供资源管理功能，对系统中 的各种资源进行集中管理，如资源的分配、释放和控制。 7、计费功能 具有采集详细话单和复式计次的功能，可根据运营需求将话单传送至计费中心。同时具备 Radius计费功能和智能计费功能。 8、认证 /授权 软交换与认证中心连接，可将辖区内的用户、媒体网关信息送往认证中心，进行认证与授权，防止非法用户或设备接入。 9、地址解析 完成 E.164地址至 IP地址、别名地址至 IP地址的转换，同时可完成重定向功能。 10、语音处理 软交换控制媒体网关可选择语音压缩算法，包括 G.711、 G.729、 G.723等； 软交换向媒体网关提供语音包缓存区，减少抖动对语音质量的影响。 NGN 概述和分组协议综述 第 1 章 NGN 和软交换概念介绍 9 1.3 结束语 下一代网络是业务驱动网络，以 SoftSwitch 为核心的软交换体系提供业务开放能力，符合固定网络和移动网络融合的趋势，提供话音、数据、视频业务和多媒体融合业务，满足通信个性化、移动化和随时随地获取信息的发展目标 。 NGN 概述和分组协议综述 第 2 章 NGN 网络协议介绍 10 第 2章 NGN 网络协议介绍 2.1 软交换的协议接口 软交换是一种开放和多协议实体，采用标准协议与各种媒体网关、终端和网络进行通信，包括 MGCP、 H.248、 SCTP 、 M2UA、 M3UA、 ISUP、 TUP、SIP、 H.323、 BICC、 RADIUS、 INAP、 SNMP、 PRI、 BRI等。 图 2 软交换协议构架 上图是华为公司 U-SYS软交换系统采用的协议接口示意图。 软交换与媒体网关之间的接口用于软交换对媒体网关的承载控制、资源控制 /管理，可使用媒体网关控制协议（ MGCP）、 H.248协议、 Internet设备控制协议（ IPDC）、 SIP协议和 H.323。 目前华为公司 U-SYS软交换系统 SoftX3000和媒体网关 MG、 IAD设备之间多采用 MGCP和 H.248协议， SoftX3000和中继网关 TMG之间多采用 H.248协议，NGN 概述和分组协议综述 第 2 章 NGN 网络协议介绍 11 SoftX3000和媒体资源服务器 MRS之间采用 MGCP或 SIP协议，而 SoftX和H.323终端、 SIP终端之间则分别采用 H.323协议和 SIP协议。 软交换与信令网关间的接口用于传递软交换和信令网关间的信令信息，可采用 SIGTRAN协议栈的相关协议。 SIGTRAN协议栈担负信令网关和媒体网关控制器间的通信，有两个主要功能：适配和传输。与此对应，SIGTRAN协议栈包含两层协议，传输协议和适配协议，前者就是SCTP/IP，后者如 M2UA（适配 MTP2用户）， IUA（适配 Q.921用户）等。 目前华为公司 U-SYS软交换系统 SoftX3000和信令网关 SG7000之间采用M3UA和 SCTP协议在 MTP3层上实现分组网和 PSTN网络的信令互通。同时，TMG8010也具备作信令网关的功能，当采用 TMG8010兼作信令网关时，SoftX3000和中继网关 TMG之间采用 M2UA和 SCTP协议在 MTP2层上实现分组网和 PSTN网络的信令互通。 软交换之间的接口实现不同软交换之间的交互，可采用 SIP、 SIP_T、H.323或 BICC协议。 软交换与应用 /业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。其中：软交换与应用服务器间采用 SIP协议，接口可采用 API，如 Parlay，提供对三方应用和增值业务的支持；软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行动态干预，可采用 COPS协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用 SNMP；软交换与智能网 SCP之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用 INAP协议。 2.2 NGN 网络协议 NGN是一个融合网络，包括 PSTN/ISDN、 H.323、 ATM/IP等 网络，网络互通是 NGN成功的必要条件。 NGN网络主要包括软交换、媒体网关、信令网关、智能终端和各种数据库 /服务器等。 为了实现这一目标， IETF、 ITU-T制定并NGN 概述和分组协议综述 第 2 章 NGN 网络协议介绍 12 完善了一系列标准协议： MGCP、 H.248/Megaco、 SIP、 H.323、 BICC、 SIGTRAN等。 下面我们就 NGN网络中几个主要的分组协议作一个简单的介绍，希望能给读者一个整体上的概念。具体各个协议详细的内容介绍，请参考本“软交换分组协议基础”系列资料的各协议分册。 2.2.1 媒体网关控制协议 MGCP MGCP（ Media Gateway Control Protocol）是一个为媒介网关和语音 IP终端设备提供信令和呼叫控制的主从设备控制协议（ MGC控制 MG），是简单网关控制协议和 IP设备控制规范的结合。 2.2.2 媒体网关控制协议 H.248 H.248/Megaco 协议，简称 H.248协议，是 IETF、 ITU T制定的媒体网关控制协议，一个非对等协议，用在媒体网关控制器（ MGC）和媒体网关（ MG）之间的通信。 主要功能是建立一个良好的业务承载连接模型，将呼叫和承载连接进行分离，通过对各种业务网关： TG， AG， RG等的管理，实现分组网络和 PSTN网络 的业务互通。 2.2.3 MGCP 协议和 H.248协议关系 H.248协议是在 MGCP协议的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议。 由于 MGCP协议与 H.248协议有着相似的功能结构，在 NGN组网中 SoftX与大多数构件间既可以采用 H.248协议，又可以采用 MGCP协议；但是由于 MGCP协议在描述能力上的欠缺，限制了其在大型网关上的应用。对于大型网关，H.248协议是一个好的选择。与 MGCP用户相比， H.248对传输协议提供了更多的选择，并且提供更多的应用层支持，管理也更为简单。鉴于 H.248对 于大型网关的良好支持，一般 TMG和 SoftX之间都采用 H.248协议。 MGCP消息传递NGN 概述和分组协议综述 第 2 章 NGN 网络协议介绍 13 依靠承载在宽带 IP 网络上的 UDP 数据包，而 H.248 信令消息可基于UDP/TCP/SCTP等多种承载。 2.2.4 会话初始协议 SIP SIP （ Session Initiation Protocol）： IE