NGN网络协议解析

1/23/2008来源:网络协议人气:4966

郭仕刚 狄 强

  摘 要:NGN具有庞大而复杂的协议体系架构。对NGN中一些新的重要的协议进行了具体的介绍和分析,包括:媒体网关控制协议(MGCP),H.248/MEGACO协议,会话发起协议(Sip),承载无关呼叫控制(BICC)协议,SIGTRAN协议,ParLay协议,公共开放策略服务(COPS)协议。此外还简要指出了现有NGN协议的不完善之处。

  要害词:NGN,MGCP,H.248/MEGACO,SIP,BICC,SIGTRAN,ParLay, COPS

  随着Internet和PSTN的进一步发展,下一代网络(NGN)已经在中国进入小规模商用阶段,NGN全面无缝支持话音、视频和数据,具有庞大复杂的协议体系架构。

一、NGN协议

  软交换是NGN的核心技术,为NGN提供具有实时性要求的业务呼叫控制和连接控制。从1999年开始,国际软交换协会(ISC:InternationaL Softswitch Consortium)已制定了一些相关的软交换标准草案,并颁布了一些标准,目前ISC、ITU-T、IETF等国际组织正在合作制订并完善相关的协议和标准。

  按照功能和特点来分,NGN协议可以分为呼叫控制协议、传输控制协议、媒体控制协议、业务应用协议、维护治理协议等。目前所涉及到的具体协议如下:

·呼叫控制协议:包括承载无关呼叫控制(BICC);SIP-T;H.323;ISUP、TUP;Q.931、QSIG。

·传输控制协议:包括 SIGTRAN;流控制传输协议(SCTP);TCAP、SCCP;IUA、M3UA;MTP3;RTP、RTCP;TCP、UDP;IP;ATM。

·媒体控制协议:包括H.248/MEGACO;会话发起协议(SIP);媒体网关控制协议(MGCP)。

·业务应用协议:包括ParLay;JAIN;INAP;MAP;LDAP;RADIUS。

·维护治理协议:包括SNMP和公共开放策略服务(COPS)协议。

1.MGCP协议

  MGCP是由IETF的MEGACO工作组较早定义的媒体网关控制协议它是在综合简单网关控制协议(SGCP)和IP设备控制(IPDC)协议两个协议的基础上形成的,应用在软交换设备与MGCP终端之间。

  MGCP采用了网关分离的思路,将以前的信令和媒体集中处理的网关分解为两部分:媒体网关(MG)和呼叫代理(CA),CA处理信令,MG处理媒体。CA控制MG的动作,由CA向MG发出要执行的命令,MG将所搜集的消息上报给CA。

  MGCP的连接模型基于端点(endpoint)和连接(connection)两个构件。端点发送或接收数据流,由软交换控制设备控制的终端在呼叫所涉及的端点间建立连接,一个端点上可以建立多个连接,不同呼叫的连接可以终结于同一个端点。

  MGCP采用会话描述协议(SDP)描述连接参数,如IP地址、UDP端口、媒体流特性等。

  MGCP定义了CA和MG的同步机制,但对CA和CA之间的同步机制没有定义,这是该协议需要完善的地方。尽管MGCP协议具有易实现等特点,使IP电话网可以接入PSTN,实现端到端电话业务,但其互通性和所支持的业务能力有限。

2.H.248/MEGACO协议

  H.248/MEGACO也称为媒体网关控制协议,是ITU与IETF两大国际标准组织合作,在MGCP协议的基础上,结合其他媒体网关控制协议的特点发展而成的,应用在媒体网关和软交换设备之间、软交换设备与H.248/MEGACO终端之间,在媒体网关控制功能和兼容性方面较MGCP大大增强。

  H.248/MEGACO采用业务与控制分离、控制与承载分离的思想,定义了两个抽象的概念:终结点(termination)和关联(context)。终结点中封装有媒体流参数、调制解调器和承载能力等参数,是媒体网关逻辑实体,终结点可以发送或接收一个或者多个数据流。例如,在一个多媒体会议中,一个终结点可以支持多种媒体,并且发送或者接收多个媒体流;关联所描述的内容是在一些终结点之间的连接关系。终结点和关联都有许多描述符对于终结点,其描述符有Modem、Mux、Media、SingaL、Event、DigitMap、observedEvent、Statistics等。

  H.248/MEGACO还定义了在媒体网关和软交换控制设备之间的一组命令组,称为事务交互。每个事务交互包含一个或多个关联,每个关联包含一个或多个命令,每个命令包含一个或多个描述符。事务交互保证对命令的有序处理,即在一个事务交互中的命令是顺序执行的;但并不保证各个事务交互之间的有序处理,即对一个事务交互的处理可以以任何顺序进行,也可以同时进行。

  H.248/MEGACO定义了媒体网关之间的连接的总体框架,但对媒体网关与软交换设备间的呼叫建立状态机没有严密的定义。尽管如此,该协议仍是软交换技术中的主流协议之一,在NGN中发挥着积极而重要的作用。

3.SIP协议

  SIP是由IETF提出的在IP网络上进行多媒体通信的控制协议,应用在软交换设备之间、软交换设备与SIP终端之间、软交换设备与基于IP的呼叫控制应用服务器之间。

  SIP消息基于文本格式,分为消息头和消息体,承载IP地址、端口信息、编码方式、媒体能力等会话相关信息,消息机制采用了客户机/服务器(cLient/server)请求和响应的应答机制。客户机发起请求,服务器进行响应,以建立或者终结会话,会话内容可以是Internet多媒体会议、Internet电话呼叫、多媒体信息流分配。SIP呼叫由一个全局惟一的呼叫标识(CaLL-ID)予以标识。

  SIP的请求消息有Invite、ACK、Bye、CanceL、Register、Option等六种。

  SIP不仅是一种呼叫控制协议,也是一种媒体控制协议。SIP-T是基于SIP的一种扩展补充协议,支持PSTN信令在IP网络上的协议转换和传输。


  SIP与H.323是并列的协议体系,两者都用于解决IP电话问题,但SIP有着与H.323完全不同的设计思想,它是一个分散式的协议。在下一代网络中,话音和多媒体数据由IP/ATM承载,因此SIP比H.323更适用于呼叫控制。

  尽管SIP-T能够很好地为下一代网络的增值业务打造比较完美的平台,但由于在消息自动拥塞控制、对智能网业务的支持、与H.248/MEGACO的互通等方面还存在一些不足,所以业界更加看好BICC协议。

4.BICC协议

  BICC协议由ITU-T SG11研究组完成标准化,由ISUP协议演进而来,是一种在骨干网中实现使用与业务承载无关的呼叫的控制协议。BICC定义了信令传送转换器(STC)、应用传送机制(APM)、承载控制隧道协议(BCTP)和IP承载控制协议(IPBCP)。通过点编码建立信令联系,信令链路通过静态SCTP连接,BICC节点中采用正常呼叫的选路原则选定路由,为呼叫的信令建立通路。信令信息利用信令传送转换器转换之后,采用APM传送BICC特定的控制信息。

  BICC协议把支持BICC信令的节点分为服务节点(SN)和呼叫协调节点(CMN),SN具有承载控制功能(BCF),CMN不具有承载控制功能。对于SN,呼叫功能和承载控制功能在物理上既可以分开,也可以不分开。假如分开,那么呼叫功能和承载控制功能实体需要用呼叫承载控制(CBC)信令来发送消息。SN和CMN都使用“半呼叫”模型,每个完整的呼叫分为“入局”和“出局”呼叫,所答应的连接类型有3.1kHz音频、64 kbit/s、2×64 kbit/s、384 kbit/s、1536 kbit/s、1920 kbit/s、N×64 kbit/sN=2~30等。BICC信令消息包括初始地址消息(IAM)、地址全消息(ACM)、应答消息(ANM)、CIC系列消息,等等。

  BICC从真正意义上解决了呼叫控制和承载控制相分离的问题,可以用于任何承载网络,如ATM、IP、STM。ATM具有很好的QoS保证和呼叫处理能力,BICC能够更好地支持ATM网络承载,这可能是业界看好BICC的原因之一。

  2002年6月,中国信息产业部颁布了四套BICC相关国家标准:《与承载无关的呼叫控制(BICC)规范 第1部分:BICC的功能》、《与承载无关的呼叫控制(BICC)规范 第2部分:BICC的消息、参数的基本功能和格式》、《与承载无关的呼叫控制(BICC)规范 第3部分:BICC的程序》、《与承载无关的呼叫控制(BICC)规范 第4部分:BICC的应用传送机制(APM)、隧道和IP承载控制协议(BCTP)》。由此可见,BICC协议在中国、在NGN中必将得到很好的实施与应用。

5.SIGTRAN协议

  SIGTRAN协议是IETF的信令传送工作组SIGTRAN所建立的一套在IP网络上传送PSTN信令的传输控制协议。SIGTRAN定义了一个比较完善的SIGTRAN协议堆栈,分为IP协议、信令传输、信令传输适配和信令应用等四层。每层所含内容如下:

·IP协议层:IP

·信令传输层:SCTP

·信令传输适配层:SUA;M3UA;M2UA/M2PA;IUA

·信令应用层:TCAP;TUP;ISUP;SCCP;MTP3;Q931/QSIG

  不同的信令应用层需要不同的信令传输适配层,但IP协议层和信令传输层是共享的和相同的。信令传输适配层与信令应用层的对应关系如下:

·SUA对应TCAP

·M3UA对应TUP;ISUP;SCCP、TCAP

·M2UA/M2PA对应MTP3、ISUP

·IUA对应Q931/QSIG、ISUP

(1)SCTP协议

  SCTP由IETF提出,是一个面向连接的传输层协议,采用了类似TCP的流量控制和拥塞控制算法,通过自身的证实与重发机制来保证用户数据在两个SCTP端点间可靠传送。相对于TCP等其他传输协议,SCTP传输时延小,可避免某些大数据对其他数据的阻塞,具有更高的可靠性和安全性。

(2)M3UA协议

  M3UA是MTP第三级用户适配层协议,提供信令点编码和IP地址的转换。用于在软交换与信令网关之间实现七号信令协议的传送,支持在IP网上传送MTP第三级的用户消息,包括ISUP、TUP和SCCP消息,TCAP消息作为SCCP的净荷可由M3UA透明传送。

(3)M2UA/M2PA协议

  M2UA/M2PA是MTP第二级用户对等层间的适配层协议。

(4)IUA协议

  IUA是ISDN Q.931用户适配层协议。

(5)SUA协议

  SUA是SCCP用户适配层协议。SUA与M3UA不同,它直接实现了TCAP over IP功能。

  SIGTRAN支持PSTN信令应用的标准原语接口,利用标准的IP传送协议作为低层传送信令,是NGN中重要的传输控制协议之一。

6.ParLay协议

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