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VoIP通訊協定與Softswitch網路交換機技術


发表日期:2008-1-23



  在過去,傳統電信網路(Public Switched Telephone Network;PSTN)與網際網路(Internet PRotocol Network;ip Network)分屬不同連結網路,電信網路僅單純的用來傳輸類比電話及傳真,而網際網路則是處理數位資料的傳送。由於數位訊號處理DSP技術的開發,電腦電話整合(Computer Telephony Integration;CTI)技術的演進,衍生出新的產品與服務,使得電腦與電話市場增加了新的應用,像是電腦電話應用產生器(application Generator)、訊息整合系統(Unified Messaging System;UMS)和自動話務分配(Automatic Call Distribution;ACD)。有了電腦電話整合技術成功的經驗,遂想進而融合現有的網際網路,於是有了網際網路電話閘道(Internet Telephony Gateway;ITG)的設計。

  過去幾年是以ITU-T H.323標準作為VoIP(Voice over IP)技術的基礎,透過IP網路提供基本之電話服務。不過近來的發展已逐漸顯示出原先H.323的架構並不符合VoIP系統未來長久發展之需,而勢必得在其現有基礎上做適當的調整,才能滿足未來VoIP與PSTN/PLMN整合上的需求。

  現在,一些世界標準組織及策略聯盟紛紛提出新的協定與架構,例如:IETF(Internet Engineering Task Force)訂定了MGCP、MEGACO、SIP、SIGTRAN等協定;ISC協會(International Softswitch Consortium)亦著手制定網路交換機(Softswitch)系統架構。在這個系統中,有新的設備及協定,希望能整合傳統電信PSTN網路到IP網路中。藉由電信與資訊技術的結合、標準化的系統架構,以及開放的應用程式介面,改變了電信產業未來的發展。而網路交換機(Softswitch)技術負責網際網路電信與傳統電信網路的介接,將在新一代的網際網路電信系統扮演相當重要的角色。 Softswitch系統架構 發展新世代網際網路電信技術,首要面對的課題就是要能與現有的電信網路架構整合。在圖1中,分別描繪了傳統電信網路(圖左側)及網際網路電信(圖右側)的架構示意圖。

  傳統電信網路中電話建立的過程為:語音(Voice)部份是經由局用交換機(CO Switches)之間的Trunk介面傳輸;信令(Signaling)部份則是透過SS7網路傳遞。假如只是一般的通話,負責通話控制(Call Control)的SS7 ISUP信令,僅會透過SS7網路的信號轉運點(Signal Transfer Point;STP),在發話端交換機(Originating Switch)與受話端交換機(Terminating Switch)之間傳送;然而,當通話需要聪明型網路服務(IN Services)時,則要發送SS7 TCAP信令,經由SS7網路轉送至提供該服務的服務控制點(Service Control Point;SCP),要求提供該項服務;若是該項服務包括語音播放(Announcement)、互動語音回應(Interactive Voice Response;IVR),此時SCP就會要求聪明型設備(Intelligent Peripheral;IP)播放語音給發話端,同時偵測發話端的按鍵,並將按鍵結果之DTMF回傳給SCP,用來決定該項服務的進行。

  在圖1右側的網際網路電信架構中,為了與傳統電信網路介接(Interworking),安排了信令閘道(Signaling Gateway;SG)和SS7網路連接,以接收由SS7網路傳送來的信令,經過格式轉換再交由媒體閘道控制器MGC(Media Gateway Controller;在MGCP稱之為話務代理(Call Agent))。MGC的功能包含通話控制與路由(Routing)、信令處理、媒體閘道控制,以及產生通話記錄(Call Detail Records;CDR)。MGC和信令閘道之間的介面規格目前正由IETF SIGTRAN(Signaling Transport)這個工作小組所制定。在此架構中,媒體閘道(Media Gateway;MG)則扮演著媒體格式轉換的角色,它負責將電信網路傳遞來的語音或影像格式轉換成IP網路上所傳遞的RTP格式。而MGC則透過MGCP或MEGACO/H.248來控制不同類型的媒體閘道。另外,MGC與MGC之間的溝通則是藉由SIP-T(SIP for Telephones),現今SIP-T仍在IETF作進一步的研議。

  相對於傳統電信網路提供服務的SCP與IP,在網際網路電信架構中也有類似的元件,例如:應用伺服器(Application Server;AS)類似SCP,負責提供加值性的服務(如:080、Voice Mail服務),它可支援JAIN或Parlay的標準應用程式介面,提供給上層的應用程式發展者,使得應用服務的開發更為轻易且具可攜性(Portability);而AS與MGC間的通訊協定SIP-TSI(SIP-Telephony Service Interface),目前尚在ISC討論階段,並無明確的文件資料;另外,媒體伺服器(Media Server;MS)則類似傳統電信網路的聪明型設備(Intelligent Peripheral;IP),利用RTP來傳送語音訊息給媒體閘道(或網路電話),或是接收媒體閘道(或網路電話)傳送來的語音訊息和DTMF按鍵資料。而應用伺服器與媒體伺服器間的通訊協定,甚至兩者間的架構關係,都仍在ISC討論,並無確切的結果。

  Softswitch相關通訊協定 透過通訊協定的制定,在新世代網際網路電信架構中元件之間有了溝通的標準介面,使得元件的開發者有了共通的依據,而元件的購買者也有了選擇的機會,可以依照需要來選購所要的元件產品,同時降低了系統更新的成本,也讓系統架構擁有彈性擴充(Scalability)的能力。另外,製造商可以自由地發展自己的產品,而且不同廠商所生產的產品也具有互通性。接下來我們將介紹Softswitch相關的三個開放式介面標準。


  SIGTRAN (Signaling Transport) 首先來看Signaling Gateway接收來自SS7網路的信令,如何在IP網路上傳遞。圖2和圖3分別顯示SS7 ISUP(ISDN User Part)和TCAP(Transaction Capabilities Applications Part)信令如何作信令格式的轉換。其中,IETF SIGTRAN工作群組定義了交換線路網路信令調適SSA(Switched Circuit Network Signaling Adaptation;SSA)和共通信令運輸CST(Common Signaling Transport;CST)這兩層的功能。CST層建構在IP層之上,提供SS7信令在IP網路上可靠的傳輸。目前正為CST層制訂SCTP(Stream Control Transmission Protocol)這個通訊協定;之所以會捨棄現有的TCP,而另外定義SCTP的主要原因有二。

  一為SS7的信令傳遞通常都是很急迫的,稍有延遲便失去了意義,TCP的Retransmission機制將會造成不良的影響。

  二為TCP轻易受到Resource-Attack這樣的攻擊而造成系統的當機,而SCTP針對安全性的議題則有較周延的考量。至於SSA層則是專門負責支援SS7信令中原有的特性或功能(例如:SCCP(Signaling Connection Control Part)層的全域名稱轉換(Global Title Translation)。

  MGCP/MEGACO MEGACO與MGCP (Media Gateway Control Protocol)與從字面上解釋即知,它們是定義媒體閘道控制器MGC用來控制媒體閘道MG的溝通標準,MGCP與MEGACO兩者運作方式都採主從式(Master-Slave)架構,僅僅使用數個簡單的命令(Commands)就可完成通話的建立與終結(圖4)。MGCP第一次發表於1998年10月,而最後版本於1999年10月發表為RFC 2705;至於MEGACO /H.248則己在2000年11月分別為ITU-T與IETF會議接受,發表為RFC 3015。雖然這兩個協定具有相同的架構與類似的運作精神,但是相較於MGCP,MEGACO提供更彈性的介面,讓MGC對MG上的資源作動態治理。像在MGCP的連線模式中,通話建立的過程,MGC透過Commands治理媒體閘道MG上的端點(Endpoints),此端點同時包含了一組分別面對PSTN與Internet的資源;相對地,在MEGACO的連線模式中,MGC透過Commands治理的是媒體閘道MG上的終端(Terminations),而不論是面對PSTN或Internet的資源,都個別地被視為一終端。

  SIP(session Initiation Protocol) SIP是一種屬於網際網路應用層(Application-Layer)的信令控制協定,用來建立(Create)、更改(Modify)與終結(Terminate)議程。目前有六個方法(Methods)可供使用來發送需求(Requests),分別是邀請(INVITE)、確認(ACK)、再見(BYE)、取消(CANCEL)、選項(OPTIONS)、註冊(REGISTER)。

  當有人要建立議程,可藉由送出INVITE來進行,過程中可透過一些委任伺服器(Proxy Server)或轉向伺服器(Redirect Server)找到議程相關的參與者,當然這參與者必須已經事先利用REGISTER跟對應的註冊/位置伺服器(Registrar/Location Server)登錄,當議程發起人收到參與者的回應,則會送出ACK作確認,流程可參考圖5與圖6。至於目前正在研議的Softswitch架構,模組元件之間溝通採用的SIP介面,則需要將SIP加以延伸,才能支援達成一些系統基本的服務應用實例。舉例來說,為了讓使用者在讀取語音郵件(Voice Mail Retrieval)時能夠傳遞DTMF按鍵信息,就需要新增SIP Method資訊(INFO);另外為了提供使用者端的留言顯示(Message Waiting Indication),則需要新增兩個SIP Methods,分別是訂閱(SUBSCRIBE)與通知(NOTIFY)。

  未來展望

  網路交換機技術是以傳輸效率較高的封包交換,將語音及數據資料於網際網路上傳送:隨著各個模組元件間的開放式標準介面逐一制定,可將原本異質的電信網路與網際網路加以連結統合成單一網路。在此新的架構,不僅傳統電信服務,如聪明型網路(Intelligent Network;IN)服務,可以透過IP網路來享用,新的多媒體(Multi-media)服務也能轻易且快速地建置,甚至可提供個人化的電信服務。

  網際網路電信為一整合電信與資訊之嶄新電信產業,目前仍處萌芽期,而且其性質因網際網路技術的彈性,而使網際網路電話服務提供者(Internet Telephone Service Provider;ITSP)之規模可大可小,這使國內廠商有絕佳契機在網際網路電信系統局端設備上攻入市場,提升國內之電信產業。





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