下一代網絡協議解析

2019-11-03 19:23:56

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供稿：網友

郭仕剛中興通訊股份有限公司南京研究所主任工程師

狄強中興通訊股份有限公司南京研究所主任工程師

　　摘要：NGN具有龐大而復雜的協議體系架構。對NGN中一些新的重要的協議進行了詳細的介紹和分析，包括：媒體網關控制協議（MGCP），H.248/MEGACO協議，會話發起協議（Sip），承載無關呼叫控制（BICC）協議，SIGTRAN協議，ParLay協議，公共開放策略服務（COPS）協議。此外還簡要指出了現有NGN協議的不完善之處。

　　關鍵詞：NGN，MGCP，H.248/MEGACO，SIP，BICC，SIGTRAN，ParLay， COPS

　　隨著Internet和PSTN的進一步發展，下一代網絡（NGN）已經在中國進入小規模商用階段，NGN全面無縫支持話音、視頻和數據，具有龐大復雜的協議體系架構。

一、NGN協議

　　軟交換是NGN的核心技術，為NGN提供具有實時性要求的業務呼叫控制和連接控制。從1999年開始，國際軟交換協會（ISC：InternationaL Softswitch Consortium）已制定了一些相關的軟交換標準草案，并頒布了一些標準，目前ISC、ITU-T、IETF等國際組織正在合作制訂并完善相關的協議和標準。

　　按照功能和特點來分，NGN協議可以分為呼叫控制協議、傳輸控制協議、媒體控制協議、業務應用協議、維護管理協議等。目前所涉及到的具體協議如下：

·呼叫控制協議：包括承載無關呼叫控制（BICC）；SIP－Ｔ；H.323；ISUP、TUP；Q.931、QSIG。

·傳輸控制協議：包括　SIGTRAN；流控制傳輸協議（SCTP）；TCAP、SCCP；IUA、M3UA；MTP3；RTP、RTCP；TCP、UDP；IP；ATM。

·媒體控制協議：包括H.248/MEGACO；會話發起協議（SIP）；媒體網關控制協議（MGCP）。

·業務應用協議：包括ParLay；JAIN；INAP；MAP；LDAP；RADIUS。

·維護管理協議：包括SNMP和公共開放策略服務（COPS）協議。

1.MGCP協議

　　MGCP是由IETF的MEGACO工作組較早定義的媒體網關控制協議它是在綜合簡單網關控制協議（SGCP）和IP設備控制（IPDC）協議兩個協議的基礎上形成的，應用在軟交換設備與MGCP終端之間。

　　MGCP采用了網關分離的思路，將以前的信令和媒體集中處理的網關分解為兩部分：媒體網關（MG）和呼叫代理（CA），CA處理信令，MG處理媒體。CA控制MG的動作，由CA向MG發出要執行的命令，MG將所搜集的消息上報給CA。

　　MGCP的連接模型基于端點（endpoint）和連接（connection）兩個構件。端點發送或接收數據流，由軟交換控制設備控制的終端在呼叫所涉及的端點間建立連接，一個端點上可以建立多個連接，不同呼叫的連接可以終結于同一個端點。

　　MGCP采用會話描述協議（SDP）描述連接參數，如IP地址、UDP端口、媒體流特性等。

　　MGCP定義了CA和MG的同步機制，但對CA和CA之間的同步機制沒有定義，這是該協議需要完善的地方。盡管MGCP協議具有易實現等特點，使IP電話網可以接入PSTN，實現端到端電話業務，但其互通性和所支持的業務能力有限。

2.H.248/MEGACO協議

　　H.248/MEGACO也稱為媒體網關控制協議，是ITU與IETF兩大國際標準組織合作，在MGCP協議的基礎上，結合其他媒體網關控制協議的特點發展而成的，應用在媒體網關和軟交換設備之間、軟交換設備與H.248/MEGACO終端之間，在媒體網關控制功能和兼容性方面較MGCP大大增強。

　　H.248/MEGACO采用業務與控制分離、控制與承載分離的思想，定義了兩個抽象的概念：終結點（termination）和關聯（context）。終結點中封裝有媒體流參數、調制解調器和承載能力等參數，是媒體網關邏輯實體，終結點可以發送或接收一個或者多個數據流。例如，在一個多媒體會議中，一個終結點可以支持多種媒體，并且發送或者接收多個媒體流；關聯所描述的內容是在一些終結點之間的連接關系。終結點和關聯都有許多描述符對于終結點，其描述符有Modem、Mux、Media、SingaL、Event、DigitMap、observedEvent、Statistics等。

　　H.248/MEGACO還定義了在媒體網關和軟交換控制設備之間的一組命令組，稱為事務交互。每個事務交互包含一個或多個關聯，每個關聯包含一個或多個命令，每個命令包含一個或多個描述符。事務交互保證對命令的有序處理，即在一個事務交互中的命令是順序執行的；但并不保證各個事務交互之間的有序處理，即對一個事務交互的處理可以以任何順序進行，也可以同時進行。

　　H.248/MEGACO定義了媒體網關之間的連接的總體框架，但對媒體網關與軟交換設備間的呼叫建立狀態機沒有嚴密的定義。盡管如此，該協議仍是軟交換技術中的主流協議之一，在NGN中發揮著積極而重要的作用。

3.SIP協議

　　SIP是由IETF提出的在IP網絡上進行多媒體通信的控制協議，應用在軟交換設備之間、軟交換設備與SIP終端之間、軟交換設備與基于IP的呼叫控制應用服務器之間。

　　SIP消息基于文本格式，分為消息頭和消息體，承載IP地址、端口信息、編碼方式、媒體能力等會話相關信息，消息機制采用了客戶機/服務器（cLient/server）請求和響應的應答機制。客戶機發起請求，服務器進行響應，以建立或者終結會話，會話內容可以是Internet多媒體會議、Internet電話呼叫、多媒體信息流分配。SIP呼叫由一個全局惟一的呼叫標識（CaLL-ID）予以標識。

　　SIP的請求消息有Invite、ACK、Bye、CanceL、Register、Option等六種。

　　SIP不僅是一種呼叫控制協議，也是一種媒體控制協議。SIP－Ｔ是基于SIP的一種擴展補充協議，支持PSTN信令在IP網絡上的協議轉換和傳輸。

　　SIP與H.323是并列的協議體系，兩者都用于解決IP電話問題，但SIP有著與H.323完全不同的設計思想，它是一個分散式的協議。在下一代網絡中，話音和多媒體數據由IP/ATM承載，因此SIP比H.323更適用于呼叫控制。

　　盡管SIP－Ｔ能夠很好地為下一代網絡的增值業務打造比較完美的平臺，但由于在消息自動擁塞控制、對智能網業務的支持、與H.248/MEGACO的互通等方面還存在一些不足，所以業界更加看好BICC協議。

4.BICC協議

　　BICC協議由ITU-T SG11研究組完成標準化，由ISUP協議演進而來，是一種在骨干網中實現使用與業務承載無關的呼叫的控制協議。BICC定義了信令傳送轉換器（STC）、應用傳送機制（APM）、承載控制隧道協議（BCTP）和IP承載控制協議（IPBCP）。通過點編碼建立信令聯系，信令鏈路通過靜態SCTP連接，BICC節點中采用正常呼叫的選路原則選定路由，為呼叫的信令建立通路。信令信息利用信令傳送轉換器轉換之后，采用APM傳送BICC特定的控制信息。

　　BICC協議把支持BICC信令的節點分為服務節點（SN）和呼叫協調節點（CMN），SN具有承載控制功能（BCF），CMN不具有承載控制功能。對于SN，呼叫功能和承載控制功能在物理上既可以分開，也可以不分開。如果分開，那么呼叫功能和承載控制功能實體需要用呼叫承載控制（CBC）信令來發送消息。SN和CMN都使用“半呼叫”模型，每個完整的呼叫分為“入局”和“出局”呼叫，所允許的連接類型有3.1kHz音頻、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）、應答消息（ANM）、CIC系列消息，等等。

　　BICC從真正意義上解決了呼叫控制和承載控制相分離的問題，可以用于任何承載網絡，如ATM、IP、STM。ATM具有很好的QoS保證和呼叫處理能力，BICC能夠更好地支持ATM網絡承載，這可能是業界看好BICC的原因之一。

　　2002年6月，中國信息產業部頒布了四套BICC相關國家標準：《與承載無關的呼叫控制（BICC）規范第1部分：BICC的功能》、《與承載無關的呼叫控制（BICC）規范第２部分：BICC的消息、參數的基本功能和格式》、《與承載無關的呼叫控制（BICC）規范第3部分：BICC的程序》、《與承載無關的呼叫控制（BICC）規范第４部分：BICC的應用傳送機制（APM）、隧道和IP承載控制協議（BCTP）》。由此可見，BICC協議在中國、在NGN中必將得到很好的實施與應用。

5.SIGTRAN協議

　　SIGTRAN協議是IETF的信令傳送工作組SIGTRAN所建立的一套在IP網絡上傳送PSTN信令的傳輸控制協議。SIGTRAN定義了一個比較完善的SIGTRAN協議堆棧，分為IP協議、信令傳輸、信令傳輸適配和信令應用等四層。每層所含內容如下：

·IP協議層：IP

·信令傳輸層：SCTP

·信令傳輸適配層：SUA；M3UA；M2UA/M2PA；IUA

·信令應用層：TCAP；TUP；ISUP；SCCP；MTP3；Q931/QSIG

　　不同的信令應用層需要不同的信令傳輸適配層，但IP協議層和信令傳輸層是共享的和相同的。信令傳輸適配層與信令應用層的對應關系如下：

·SUA對應TCAP

·M3UA對應TUP；ISUP；SCCP、TCAP

·M2UA/M2PA對應MTP3、ISUP

·IUA對應Q931/QSIG、ISUP

（1）SCTP協議

　　SCTP由IETF提出，是一個面向連接的傳輸層協議，采用了類似TCP的流量控制和擁塞控制算法，通過自身的證實與重發機制來保證用戶數據在兩個SCTP端點間可靠傳送。相對于TCP等其他傳輸協議，SCTP傳輸時延小，可避免某些大數據對其他數據的阻塞，具有更高的可靠性和安全性。

（2）M3UA協議

　　M3UA是MTP第三級用戶適配層協議，提供信令點編碼和IP地址的轉換。用于在軟交換與信令網關之間實現七號信令協議的傳送，支持在IP網上傳送MTP第三級的用戶消息，包括ISUP、TUP和SCCP消息，TCAP消息作為SCCP的凈荷可由M3UA透明傳送。

（3）M2UA/M2PA協議

　　M2UA/M2PA是MTP第二級用戶對等層間的適配層協議。

（4）IUA協議

　　IUA是ISDN Q.931用戶適配層協議。

（5）SUA協議

　　SUA是SCCP用戶適配層協議。SUA與M3UA不同，它直接實現了TCAP over IP功能。

　　SIGTRAN支持PSTN信令應用的標準原語接口，利用標準的IP傳送協議作為低層傳送信令，是NGN中重要的傳輸控制協議之一。

6.ParLay協議

　　ParLay協議是ParLay工作組制定、由歐洲電信標準委員會（ETSI）發布的開放業務接入的應用編程接口（API）標準，是NGN重要的業務接口應用協議。該協議針對高層應用協議接口，采用面向對象的方法，使用標準建模語言（UML），分別從類（cLass）、方法（method）、參數（parameter）和狀態模型（state modeL）等方面進行描述，用Microsoft IDL和CORBA IDL描述其所有的操作和消息。ParLay定義了一套開放的、獨立于技術的、可擴展的API，包括框架結構接口、業務接口、公共管理接口等。其中，業務接口是ParLay接口的核心，又包括呼叫處理業務接口、通用消息業務接口、移動性業務接口、連通性管理業務接口等。

　　通過ParLay API完成應用服務器和軟交換間的通信，同時應用服務器提供各種API，實現對現有通信網絡安全和公開的訪問，為第三方應用商提供開發和業務接入平臺。ParLay API可適用于不同的通信網絡，通過對API的不斷擴展，將解決網絡的演進、融合和擴容等方面的一系列問題。

7.COPS協議

　　COPS協議是由IETF資源分配工作組（RAP）制定的維護管理協議。COPS定義了三個邏輯實體：策略決策點（PDP）、策略執行點（PEP）、本地策略決策點（LPDP），其中LPDP備份PDP的決策，當PDP與PEP的連接中斷時，LPDP可代替PDP做出決策，PDP具有最終裁決權。PDP與PEP的關系可以看作是服務器與客戶機的關系，PEP向遠端的PDP發送配置、更新、刪除等請求，PDP收到后，將決策響應回送給PEP，PEP執行相關的操作。

　　COPS采用TCP作為傳輸協議，PEP負責初始一個TCP連接，定時向PDP發送Keep_Alive消息，以檢驗連接的有效性。

　　COPS支持安全密鑰及相關算法，PDP與PEP之間實時保持動態同步。在初始連接時，如果PEP需要消息層的安全，但在最初沒有被配置，則在所有客戶端被打開之前，首先向PDP發送一個特殊的客戶端打開消息，該消息必須提供COPS完整對象（integrity object），包含初始序列號、密鑰、密鑰ID，如果PDP接受PEP的密鑰和算法，則返回給PEP一個可接受的消息，否則，PDP要求PEP關閉此客戶端。

　　COPS可應用在軟交換與策略服務器的接口之間，也可應用在QoS之中。COPS是一種面向業務的網絡管理協議，為運營商提供高效、實時和智能的網絡管理手段，是NGN網絡管理的構成要素。

二、NGN協議的發展

　　NGN涉及的協議非常多，其中很多關鍵協議目前都已制定完成，但在新業務的發展等方面，以及在NGN的實施過程中，現有的協議還不能完全滿足需要或者不夠完善，對協議中的參數、流程、機制、兼容性等方面還有待明確化和清晰化。對于NGN中話音、數據、視頻的性能要求，以及每種業務的QoS等方面均需要有新的標準來補充和完善。

　　目前，ITU-T、IETF、ISC等國際組織正在合作制訂和完善NGN相關的協議和標準。在國內，國家科研機構和通信設備制造商緊跟NGN的最新進展，相關標準化工作與國際組織的標準化工作正在同步進行。

三、結語

　　文章對NGN中一些新的重要的協議進行了詳細分析，對于一些常用的協議，比如ISUP、RTP、TCP/IP、ATM、SNMP、RADIUS等，本文不再贅述，但這些協議在NGN中還會具有競爭、互補的優勢，在NGN的初期建設和使用過程中還將繼續發揮作用。

摘自　現代電信科技

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