電路交換機向媒體網關控制器的演進

2019-11-05 01:35:31

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　　軟交換技術是實現下一代網絡的一項要害技術。媒體網關控制器是采用軟交換技術實現呼叫控制功能的一種設備。本文主要介紹媒體網關控制器的功能和系統結構，論述從電路交換機向媒體網關控制器演進的一種方案。
　　
　　要害詞軟交換媒體網關控制器演進
　　
　　一、軟交換與媒體網關控制器
　　軟交換是下一代網絡（NGN）實現呼叫控制的核心。它為下一代網絡具有實時性要求的業務提供呼叫控制和連接控制功能。根據國內下一代網絡的層次結構，軟交換被定位在控制層。而在國際分組通信聯盟（ipCC）最新的分組通信結構參考中，軟交換被定位在接入平面的業務層。它在下一代網絡中的主要任務是在不同終端之間建立關系，這些關系可以是一個簡單的呼叫，也可以是較復雜的處理關系。它需處理的業務包括語音業務、數據業務、視頻業務和多媒體業務等。軟交換的核心思想是將傳統的電路交換機按功能分解為不同的層次，不同的層次間通過開放的接口連接。它所實現的功能相當于傳統交換機中的呼叫控制功能。但軟交換所實現的呼叫控制功能是與業務無關的，也就是說軟交換提供的是能夠處理各種業務的基本呼叫控制，包含呼叫選路、治理控制、連接控制（建立會話和拆除會話）、信令互通（如從SS7到IP）等。而傳統交換機中的呼叫控制功能是和業務結合的，不同的業務需要不同的呼叫控制功能。
　　
　　軟交換之所以區別于傳統電話網和ATM網絡的硬交換，是由于軟交換只是通過系統將主叫方和被叫方的IP網內傳輸層地址（其中包括IP地址和UDP端口）互相交換，而不需要任何電路交換單元來建立端到端的連接。同時，用戶話音流由下層承載網（IP 網）來實現，而IP網絡是基于包交換的非連接網絡，并支持端到端的透明訪問。由于軟交換技術分離了業務實現功能，采用了開放式應用程序接口（API），使業務提供者可以基于統一、開放的接口提供更多業務，也便于在交換機中靈活引入新業務。軟交換將有助于傳統PSTN網絡與IP網絡的融合，并可向下一代網絡順利演進。
　　
　　軟交換機是軟交換技術的一種具體實現。媒體網關控制器（MGC：Media Gateway Controller）是軟交換機的一種。它是由IP電話網關分解后提出的概念。在IP電話系統中，IP電話網關是用來適配PSTN網絡與IP網絡的，隨著IP電話系統的發展，人們發現IP電話的用戶語音流（IP電話用戶平面）和IP電話的接續（IP電話的控制平面）二者之間沒有必然的物理上的聯系。它們的聯系只是在IP網的傳輸層地址上，因而無須將這二者在物理上放在一起，從而導致IP電話網關的分解與H.248/Megaco建議的產生。IP電話網關可以分解為三部分：媒體網關（MG）、媒體網關控制器（MGC）和信令網關（SG），其中，媒體網關負責媒體變換以及PSTN和IP兩側通路的連接，信令網關負責信令轉換，媒體網關控制器負責根據接收到的信令控制媒體網關連接的建立和釋放。H.248/Megaco建議是媒體網關控制器對網關進行控制的信令。這個體系結構的先進之處在于實現了呼叫和承載控制的分離，這也是軟交換技術的核心所在。媒體網關控制器（MGC）是信令消息的源點和終點，它通過多種協議控制整個網絡：監視各種資源并控制所有連接，也負責用戶認證和網絡安全。媒體網關控制器還控制媒體網關和信令網關，同時進行對應的信令轉換，以與不同的網絡互通。
　　
　　二、媒體網關控制器的功能
　　1. 媒體網關控制器的功能結構
　　
　　媒體網關控制器是多種邏輯功能實體的集合，提供綜合業務的呼叫控制、連接以及業務功能。
　　
　　2. 媒體網關控制器的主要功能
　　
　　媒體網關控制器的主要功能有呼叫控制功能、業務提供功能、業務交換功能、協議功能、互通功能、資源治理功能、計費功能、認證與授權功能、地址解析功能、語音處理控制功能、各種終端的控制和治理功能以及7號信令功能等。下面就其中一些功能作簡要說明。
　　
　　（1）呼叫控制功能
　　
　　為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發檢測和資源控制等?？梢越邮諄碜詷I務交換功能的監視請求，并對其中與呼叫相關的事件進行處理。接收來自業務交換功能的呼叫控制信息，支持呼叫的建立和監視。支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能。提供的多方呼叫控制功能，包括多方呼叫的非凡邏輯關系、呼叫成員的加入/退出/隔離/旁聽及混音過程的控制等。軟交換設備應能夠識別媒體網關報告的用戶摘機、撥號和掛機等事件；控制媒體網關向用戶發送各種音信號；提供滿足運營商需求的編號方案。還應具有支持各種終端接入，完成與信令網關互通的功能。
　　
　?。?）業務提供功能
　　
　　在網絡從電路交換向分組交換的演進中，對終端用戶而言，業務應當具有完全的繼續性。因此MGC必須能夠實現PSTN/ISDN交換機提供的全部業務，包括基本業務和補充業務，以及與現有智能網配合提供智能網業務。此外，MGC應能提供移動業務、多媒體業務等新業務。同時MGC要提供可編程的、開放的API接口，實現與外部應用平臺的互通，從而易于新業務的引入和開發。
　　
　?。?）業務交換功能
　　
　　業務交換功能與呼叫控制功能相結合，提供呼叫控制功能和業務控制功能（SCF）之間進行通信所要求的一系列功能。業務交換功能主要包括：
　　
　　●業務控制觸發的識別，以及與SCF之間的通信
　　
　　●治理呼叫控制功能和SCF之間的信令
　　
　　●按要求修改呼叫/連接處理功能，在SCF控制下處理IN業務請求
　　
　　●業務交互作用治理
　　
　　（4）協議功能
　　
　　作為一個開放的、多協議的實體，必須采用標準協議與各種媒體網關、終端和網絡進行通信，這些協議包括：H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRO、BRI等等。
　　
　　（5）互通功能
　　
　　可以通過信令網關實現分組網與現有7號信令網的互通；可以通過信令網關與現有智能網互通，為用戶提供多種智能業務；答應SCF控制VoIP呼叫，且對呼叫信息進行操作（如號碼顯示等）；可以通過互通模塊，采用H.323協議實現與現有H.323體系的IP電話網的互通，采用SIP協議實現與未來SIP網絡體系的互通；可與其他軟交換設備互聯，它們之間的協議可以采用SIP或BICC；提供IP網內H.248終端、SIP終端和MGCP終端之間的互通。
　　
　?。?）資源治理功能
　　
　　對系統中的各種資源進行集中的治理，如資源的分配、釋放和控制，資源狀態的檢測，資源使用情況統計等。
　　
　?。?）計費功能
　　
　　能夠采集通話記錄的具體信息，并通過RADIUS協議或其他方式將話單傳送到計費中心。同時，它還支持實時計費方式，能夠根據用戶賬戶余額決定通話時長，實現實時斷線功能。
　　
　?。?）認證與授權功能
　　
　　能夠通過RADIUS協議與認證中心互通，對其所管轄的終端用戶、媒體網關信息進行認證，避免非法接入。
　　
　　（7）地址解析功能
　　
　　要與PSTN、H.323、SIP等各種網絡互通，就需要支持多種地址格式，并完成它們之間的相互轉換。地址解析功能由媒體網關控制器內部地址解析模塊完成。
　　
　?。?）治理維護功能
　　
　　媒體網關控制器提供三種網絡治理接口：CLI、Web、SNMP。維護人員能夠通過串口、Web瀏覽器、SNMP治理系統對其進行治理。治理功能包括配置治理、性能治理、故障治理、安全治理等。
　　
　?。?）語音處理控制功能
　　
　　可以控制媒體網關是否采用語音壓縮，并提供可以選擇的語音壓縮算法；控制媒體網關是否采用回聲抵消技術；向媒體網關提供語音包緩存區，以減小抖動對語音質量帶來的影響。
　　
　　3. 媒體網關控制器的接口協議
　　
　　MGC作為在NGN網絡的控制中心，在與不同層次的設備進行通信時，必需通過各種不同的開放的接口協議來進行。目前存在著諸多的接口協議，下面對這些協議作一簡要介紹：
　　
　?。?）MGC與媒體網關（MG）之間的接口協議：用于MGC對媒體網關的承載控制資源控制及治理，有MGCP協議和H.248 /MEGACO協議兩種。
　　
　　（2）MGC與信令網關(SG) 之間的接口協議：用于傳遞MGC和信令網關間的信令信息。此接口協議可使用SIGTRAN協議。SIGTRAN的低層采用SCTP協議，為七號信令在TCP/IP網上傳送提供可靠的連接；高層分為M2PA、M2UA、M3UA。
　　
　　（3）MGC與MGC之間的接口協議：用于實現不同軟交換間的交互。有BICC協議和SIP-T協議。
　　
　　（4）MGC與應用/業務層之間的接口協議：提供訪問各種數據庫、三方應用平臺、各種功能服務器等的接口，實現對各種增值業務、治理業務和三方應用的支持。例如：MGC與應用服務器間的接口協議為SIP協議或API，提供對三方應用和各種增值業務的支持功能。MGC實現網絡治理接口協議為SNMP協議。
　　
　　三、從電路交換機向MGC的演進
　　1. 向下一代網絡演進的方式
　　
　　下一代網絡（NGN）將會是一個以IP為中心，同時可以支持語聲、數據和多媒體業務的融合的全業務網絡。從目前的電路交換網到下一代網絡的過程將是一個長期的漸進的過程，過渡的模式主要有以下兩種：
　　
　?。?）業務節點取代模式：即對現有網絡中的業務節點設備采取逐步取代的方式，完成向下一代網絡的轉變。
　　
　?。?）疊加網模式：是指構筑與現有電信網共存的IP疊加網絡，兩個網絡之間首先互聯互通，然后將現網中的用戶逐漸過渡到下一代網絡。
　　
　　業務節點取代模式的實現方式可以有以下兩種：
　　
　?。?）在現有交換網中引入MGC和網關等業務節點，使當前的交換網成為混合網，既可以提供TDM業務，也可以提供IP業務或多媒體業務，并逐漸通過增加IP業務，過渡到下一代網絡。
　　
　?。?）改造現有的電路交換機，使其具備MGC功能，同時保留原語音交換的業務，并通過各類網關引入IP業務，隨著網絡的進展，逐步減少基于TDM的業務，過渡到下一代網絡。
　　
　　這兩種方式中，具體采用何種方式，可以根據不同運營商的網絡現狀和業務情況來決定。
　　
　　目前，對于我國的電信運營商來說，話音業務仍將是主要的收入來源，因此考慮到現有的話音用戶基礎和收入來源，不會在短期內采用沒有電信級服務質量保證的PSTN全業務替代方案。但是迫于競爭的需要，運營商不得不對其現有網絡提出不斷增加新的服務的要求。在這種情況下，如采用疊加網的模式，勢必會造成重復投資的問題以及如何對現有的PSTN網絡進行維護等諸多問題，因此對現有的電路交換機進行改造，使其通過增加相應的軟件和硬件后，具備MGC功能，提供IP新業務，這將有助于電路交換網向寬帶化、數據化的平滑演進和無縫融合。同時，它還能兼容現有PSTN/ISDN 基本業務和補充業務，支持綜合網絡業務的快速生成和提供并支持傳統IN業務。這種方式也有利于保護已有投資。
　　
　　2. 電路交換機向媒體網關控制器的演進
　　
　　目前PSTN網中的電路交換機中包含有接入功能、呼叫控制功能、交換功能、業務功能、信令功能等。這些功能都被結合進單個的交換機內，是一種垂直集成的、封閉的和單廠家專用的系統結構。而且電路交換機是基于電路交換技術的，存在一些致命的弱點，帶寬利用率低。而媒體網關控制器（MGC）打破了傳統的封閉交換結構，采用完全不同的橫向組合的模式，將交換機各功能間接口打開，采用開放的接口和通用的協議，構成一個開放的、分布的、多廠家應用的系統結構。同時采用IP網絡作為交換層，實現“軟”的交換。比較電路交換機與媒體網關控制器的功能可以看出，媒體網關控制器應具備的功能中，有許多是目前電路交換機的軟件可以提供的，這樣就有可能通過對電路交換機的功能（非凡是軟件）進行重新結構，來實現MGC應提供的功能。如通過軟件控制，可以將電路交換機中的呼叫控制功能簡化為基本的，與業務無關的呼叫控制功能。又如信令功能，目前電路交換機中具有ISUP/TUP、V52、ISDN、INAP等信令功能，同樣可以為MGC所用。其他功能如計費、資源控制、黑白名單、呼叫鑒權等功能，也可以通過修改軟件的方式實現。所以通過改造電路交換機來實現MGC功能是可行的。
　　
　　雖然MGC的某些功能可以通過修改電路交換機的軟件來實施，但MGC究竟是基于IP網絡的呼叫控制設備，要實現對IP的信令控制，只有通過增加相應的IP硬件與軟件。增加的硬件和軟件可以借鑒于已實現的基于全IP結構的軟交換系統，硬件平臺可以采用商業化的硬件設計，操作系統采用linux，應用程序采用模塊化設計，數據庫采用中心數據庫（Oracle）模式；各個模塊的信息統一存放在數據庫中，通過統一的訪問接口訪問調用數據庫。
　　
　　這樣的方案有兩個重要的問題必須解決：
　　
　?。?）原有的電路交換網絡是否需要被IP交換網絡替代？
　　
　?。?）IP與原電路交換網絡之間的通信如何解決？
　　
　　對于第一個問題，假如將電路交換網絡替換為IP交換網絡，則實現的功能完全與基于IP的軟交換系統重合，涉及到改動的硬件和軟件很多，導致成本增加，實施難度增加。所以應保留原有的電路交換網絡，充分利用原有交換機的硬件和軟件，只對原有交換機中涉及IP業務的硬件和軟件進行改動，增加對IP業務支持所需要增加的IP網絡和模塊，這樣才可能使實施演進的成本降下來并能支持IP業務，同時又可以很好地保留原有交換機的功能。
　　
　　對于第二個問題，由于電路交換機的硬件結構和操作系統與IP網絡的硬件結構和操作系統是不同的。對于不同硬件與操作系統之間的通信，目前主要采用的技術是中間件技術。所謂中間件技術，是建立在計算機硬件和操作系統基礎上，支持應用軟件開發和運行的系統軟件，它能夠使應用軟件相對獨立于計算機硬件和操作系統平臺，為大型應用搭建一個標準的平臺。所以可以通過中間件技術實現異構系統之間的通信。這樣，雖然原電路交換機和IP網絡使用的是不同的操作系統，但它們之間就可以通過消息中間件，建立可靠的、跨平臺的消息傳輸。同時通過在原電路交換機中增加相應的硬件與軟件，可實現對IP業務的控制功能。這樣，通過中間件的消息傳送和消息轉換，原交換機的控制軟件可以實現對IP業務的控制。
　　
　　在引入IP交換網絡后，在原電路交換機中，還需要改動相關的硬件，提供與IP通信所需要的MAC地址和IP地址，增加支持IP網絡或以太網的部分，這樣才可以實現不同網絡之間完全的通信功能。
　　
　　同時，IP側還需要開發支持IP協議的應用程序，這些協議只能在IP網絡中才能實現，如H.248/MGCP協議，H.323協議，SIP協議，API協議等等。
　　
　　在原有電路交換機的結構中，首先引入中間件和IP，實現電路信令與IP信令之間的轉換，從而實現與原有的TDM的交換網絡的互通。再引入IP的交換網絡（以太網絡）和相關的軟件模塊，可以實現MGC信令的功能，同時利用與或改造原有交換機的呼叫控制、計費、統計等功能，使交換機能夠提供IP信令和對IP業務的支持，同時保留原有功能。
　　
　　通過改造電路交換機向MGC的演進的方案，有以下優點：
　　
　　可以既保持原電路交換機的功能，又能支持MGC功能，并可以利用基本呼叫功能實現IP呼叫控制；
　　
　　方便地保留原有PSTN的業務，同時支持IP業務；
　　
　　采取開放的接口協議，隨時支持引入新的業務；
　　
　　可以同時支持PSTN信令與IP信令，并可實現信令的轉換；
　　
　　可以滿足向分組網的平滑過渡，保護原有投資。
　　
　　當然，上述方案實施起來還是有相當難度的。但它對于解決目前運營商既要保護現有投資，又要及時引進新業務來增加競爭力這一對矛盾來說，不失為一種兩全的選擇。
　　
　　四、結束語
　　作為下一代網絡交換核心的媒體網關控制器，結合了傳統的電話網絡的可靠性和IP技術的靈活性和有效性的優點，是新興運營商進入話音市場的技術手段，也是傳統的電路交換網向分組化網絡過渡的重要網絡概念，使廣大運營商和設備廠商看到了未來網絡發展的趨勢。但是任何新技術的出現都不可能是十全十美的，都需要經歷時間和市場的考驗。隨著軟交換技術在全球范圍內研究和應用的深入，相信以開放、分布、靈活提供業務為基礎特征的媒體網關控制器，在不久的將來會得到長足的發展，并能有助于實現電路網絡向分組網絡的無縫過渡。

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