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電路交換機向媒體網(wǎng)關控制器的演進

2004/04/23

一、軟交換與媒體網(wǎng)關控制器

。。軟交換是下一代網(wǎng)絡（NGN）實現(xiàn)呼叫控制的核心。它為下一代網(wǎng)絡具有實時性要求的業(yè)務提供呼叫控制和連接控制功能。根據(jù)國內(nèi)下一代網(wǎng)絡的層次結(jié)構，軟交換被定位在控制層。而在國際分組通信聯(lián)盟（IPCC）最新的分組通信結(jié)構參考中，軟交換被定位在接入平面的業(yè)務層。它在下一代網(wǎng)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(yè)務包括語音業(yè)務、數(shù)據(jù)業(yè)務、視頻業(yè)務和多媒體業(yè)務等。軟交換的核心思想是將傳統(tǒng)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(xiàn)的功能相當于傳統(tǒng)交換機中的呼叫控制功能。但軟交換所實現(xiàn)的呼叫控制功能是與業(yè)務無關的，也就是說軟交換提供的是能夠處理各種業(yè)務的基本呼叫控制，包含呼叫選路、管理控制、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(tǒng)交換機中的呼叫控制功能是和業(yè)務結(jié)合的，不同的業(yè)務需要不同的呼叫控制功能。

。。軟交換之所以區(qū)別于傳統(tǒng)電話網(wǎng)和ATM網(wǎng)絡的硬交換，是由于軟交換只是通過系統(tǒng)將主叫方和被叫方的IP網(wǎng)內(nèi)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(wǎng)（IP 網(wǎng)）來實現(xiàn)，而IP網(wǎng)絡是基于包交換的非連接網(wǎng)絡，并支持端到端的透明訪問。由于軟交換技術分離了業(yè)務實現(xiàn)功能，采用了開放式應用程序接口（API），使業(yè)務提供者可以基于統(tǒng)一、開放的接口提供更多業(yè)務，也便于在交換機中靈活引入新業(yè)務。軟交換將有助于傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡與IP網(wǎng)絡的融合，并可向下一代網(wǎng)絡順利演進。

。。軟交換機是軟交換技術的一種具體實現(xiàn)。媒體網(wǎng)關控制器（MGC：Media Gateway Controller）是軟交換機的一種。它是由IP電話網(wǎng)關分解后提出的概念。在IP電話系統(tǒng)中，IP電話網(wǎng)關是用來適配PSTN網(wǎng)絡與IP網(wǎng)絡的，隨著IP電話系統(tǒng)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)IP電話的用戶語音流（IP電話用戶平面）和IP電話的接續(xù)（IP電話的控制平面）二者之間沒有必然的物理上的聯(lián)系。它們的聯(lián)系只是在IP網(wǎng)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(wǎng)關的分解與H.248/Megaco建議的產(chǎn)生。IP電話網(wǎng)關可以分解為三部分：媒體網(wǎng)關（MG）、媒體網(wǎng)關控制器（MGC）和信令網(wǎng)關（SG），其中，媒體網(wǎng)關負責媒體變換以及PSTN和IP兩側(cè)通路的連接，信令網(wǎng)關負責信令轉(zhuǎn)換，媒體網(wǎng)關控制器負責根據(jù)接收到的信令控制媒體網(wǎng)關連接的建立和釋放。H.248/Megaco建議是媒體網(wǎng)關控制器對網(wǎng)關進行控制的信令。這個體系結(jié)構的先進之處在于實現(xiàn)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(wǎng)關控制器（MGC）是信令消息的源點和終點，它通過多種協(xié)議控制整個網(wǎng)絡：監(jiān)視各種資源并控制所有連接，也負責用戶認證和網(wǎng)絡安全。媒體網(wǎng)關控制器還控制媒體網(wǎng)關和信令網(wǎng)關，同時進行對應的信令轉(zhuǎn)換，以與不同的網(wǎng)絡互通。

二、媒體網(wǎng)關控制器的功能

1. 媒體網(wǎng)關控制器的功能結(jié)構

。。媒體網(wǎng)關控制器是多種邏輯功能實體的集合，提供綜合業(yè)務的呼叫控制、連接以及業(yè)務功能。

2. 媒體網(wǎng)關控制器的主要功能

。。媒體網(wǎng)關控制器的主要功能有呼叫控制功能、業(yè)務提供功能、業(yè)務交換功能、協(xié)議功能、互通功能、資源管理功能、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、各種終端的控制和管理功能以及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(fā)檢測和資源控制等。可以接收來自業(yè)務交換功能的監(jiān)視請求，并對其中與呼叫相關的事件進行處理。接收來自業(yè)務交換功能的呼叫控制信息，支持呼叫的建立和監(jiān)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，包括多方呼叫的特殊邏輯關系、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(wǎng)關報告的用戶摘機、撥號和掛機等事件；控制媒體網(wǎng)關向用戶發(fā)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(wǎng)關互通的功能。

（2）業(yè)務提供功能

。。在網(wǎng)絡從電路交換向分組交換的演進中，對終端用戶而言，業(yè)務應當具有完全的繼承性。因此MGC必須能夠?qū)崿F(xiàn)PSTN/ISDN交換機提供的全部業(yè)務，包括基本業(yè)務和補充業(yè)務，以及與現(xiàn)有智能網(wǎng)配合提供智能網(wǎng)業(yè)務。此外，MGC應能提供移動業(yè)務、多媒體業(yè)務等新業(yè)務。同時MGC要提供可編程的、開放的API接口，實現(xiàn)與外部應用平臺的互通，從而易于新業(yè)務的引入和開發(fā)。

（3）業(yè)務交換功能

。。業(yè)務交換功能與呼叫控制功能相結(jié)合，提供呼叫控制功能和業(yè)務控制功能（SCF）之間進行通信所要求的一系列功能。業(yè)務交換功能主要包括：

·業(yè)務控制觸發(fā)的識別，以及與SCF之間的通信

·管理呼叫控制功能和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(yè)務請求

·業(yè)務交互作用管理

（4）協(xié)議功能

。。作為一個開放的、多協(xié)議的實體，必須采用標準協(xié)議與各種媒體網(wǎng)關、終端和網(wǎng)絡進行通信，這些協(xié)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(wǎng)關實現(xiàn)分組網(wǎng)與現(xiàn)有7號信令網(wǎng)的互通；可以通過信令網(wǎng)關與現(xiàn)有智能網(wǎng)互通，為用戶提供多種智能業(yè)務；允許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(xié)議實現(xiàn)與現(xiàn)有H.323體系的IP電話網(wǎng)的互通，采用SIP協(xié)議實現(xiàn)與未來SIP網(wǎng)絡體系的互通；可與其他軟交換設備互聯(lián)，它們之間的協(xié)議可以采用SIP或BICC；提供IP網(wǎng)內(nèi)H.248終端、SIP終端和MGCP終端之間的互通。

（4）資源管理功能

。。對系統(tǒng)中的各種資源進行集中的管理，如資源的分配、釋放和控制，資源狀態(tài)的檢測，資源使用情況統(tǒng)計等。

（5）計費功能

。。能夠采集通話記錄的詳細信息，并通過RADIUS協(xié)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(jù)用戶賬戶余額決定通話時長，實現(xiàn)實時斷線功能。

（6）認證與授權功能

。。能夠通過RADIUS協(xié)議與認證中心互通，對其所管轄的終端用戶、媒體網(wǎng)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(wǎng)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(zhuǎn)換。地址解析功能由媒體網(wǎng)關控制器內(nèi)部地址解析模塊完成。

（8）管理維護功能

。。媒體網(wǎng)關控制器提供三種網(wǎng)絡管理接口：CLI、Web、SNMP。維護人員能夠通過串口、Web瀏覽器、SNMP管理系統(tǒng)對其進行管理。管理功能包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理等。

（9）語音處理控制功能

。。可以控制媒體網(wǎng)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(wǎng)關是否采用回聲抵消技術；向媒體網(wǎng)關提供語音包緩存區(qū)，以減小抖動對語音質(zhì)量帶來的影響。

3. 媒體網(wǎng)關控制器的接口協(xié)議

。。MGC作為在NGN網(wǎng)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(xié)議來進行。目前存在著諸多的接口協(xié)議，下面對這些協(xié)議作一簡要介紹：

（1）MGC與媒體網(wǎng)關（MG）之間的接口協(xié)議：用于MGC對媒體網(wǎng)關的承載控制資源控制及管理，有MGCP協(xié)議和H.248 /MEGACO協(xié)議兩種。

（2）MGC與信令網(wǎng)關(SG) 之間的接口協(xié)議：用于傳遞MGC和信令網(wǎng)關間的信令信息。此接口協(xié)議可使用SIGTRAN協(xié)議。SIGTRAN的低層采用SCTP協(xié)議，為七號信令在TCP/IP網(wǎng)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(xié)議：用于實現(xiàn)不同軟交換間的交互。有BICC協(xié)議和SIP-T協(xié)議。

（4）MGC與應用/業(yè)務層之間的接口協(xié)議：提供訪問各種數(shù)據(jù)庫、三方應用平臺、各種功能服務器等的接口，實現(xiàn)對各種增值業(yè)務、管理業(yè)務和三方應用的支持。例如：MGC與應用服務器間的接口協(xié)議為SIP協(xié)議或API，提供對三方應用和各種增值業(yè)務的支持功能。MGC實現(xiàn)網(wǎng)絡管理接口協(xié)議為SNMP協(xié)議。

三 、從電路交換機向MGC的演進

1. 向下一代網(wǎng)絡演進的方式

。。下一代網(wǎng)絡（NGN）將會是一個以IP為中心，同時可以支持語聲、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務的融合的全業(yè)務網(wǎng)絡。從目前的電路交換網(wǎng)到下一代網(wǎng)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：

（1）業(yè)務節(jié)點取代模式：即對現(xiàn)有網(wǎng)絡中的業(yè)務節(jié)點設備采取逐步取代的方式，完成向下一代網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)變。

（2）疊加網(wǎng)模式：是指構筑與現(xiàn)有電信網(wǎng)共存的IP疊加網(wǎng)絡，兩個網(wǎng)絡之間首先互聯(lián)互通，然后將現(xiàn)網(wǎng)中的用戶逐漸過渡到下一代網(wǎng)絡。

業(yè)務節(jié)點取代模式的實現(xiàn)方式可以有以下兩種：

（1）在現(xiàn)有交換網(wǎng)中引入MGC和網(wǎng)關等業(yè)務節(jié)點，使當前的交換網(wǎng)成為混合網(wǎng)，既可以提供TDM業(yè)務，也可以提供IP業(yè)務或多媒體業(yè)務，并逐漸通過增加IP業(yè)務，過渡到下一代網(wǎng)絡。

（2）改造現(xiàn)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(yè)務，并通過各類網(wǎng)關引入IP業(yè)務，隨著網(wǎng)絡的進展，逐步減少基于TDM的業(yè)務，過渡到下一代網(wǎng)絡。

。。這兩種方式中，具體采用何種方式，可以根據(jù)不同運營商的網(wǎng)絡現(xiàn)狀和業(yè)務情況來決定。

。。目前，對于我國的電信運營商來說，話音業(yè)務仍將是主要的收入來源，因此考慮到現(xiàn)有的話音用戶基礎和收入來源，不會在短期內(nèi)采用沒有電信級服務質(zhì)量保證的PSTN全業(yè)務替代方案。但是迫于競爭的需要，運營商不得不對其現(xiàn)有網(wǎng)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(wǎng)的模式，勢必會造成重復投資的問題以及如何對現(xiàn)有的PSTN網(wǎng)絡進行維護等諸多問題，因此對現(xiàn)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(yè)務，這將有助于電路交換網(wǎng)向?qū)拵Щ�、�?shù)據(jù)化的平滑演進和無縫融合。同時，它還能兼容現(xiàn)有PSTN/ISDN 基本業(yè)務和補充業(yè)務，支持綜合網(wǎng)絡業(yè)務的快速生成和提供并支持傳統(tǒng)IN業(yè)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(wǎng)關控制器的演進

。。目前PSTN網(wǎng)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(yè)務功能、信令功能等。這些功能都被結(jié)合進單個的交換機內(nèi)，是一種垂直集成的、封閉的和單廠家專用的系統(tǒng)結(jié)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(wǎng)關控制器（MGC）打破了傳統(tǒng)的封閉交換結(jié)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(xié)議，構成一個開放的、分布的、多廠家應用的系統(tǒng)結(jié)構。同時采用IP網(wǎng)絡作為交換層，實現(xiàn)“軟”的交換。比較電路交換機與媒體網(wǎng)關控制器的功能可以看出，媒體網(wǎng)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（特別是軟件）進行重新結(jié)構，來實現(xiàn)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(yè)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(xiàn)。所以通過改造電路交換機來實現(xiàn)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畢竟是基于IP網(wǎng)絡的呼叫控制設備，要實現(xiàn)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(xiàn)的基于全IP結(jié)構的軟交換系統(tǒng)，硬件平臺可以采用商業(yè)化的硬件設計，操作系統(tǒng)采用Linux，應用程序采用模塊化設計，數(shù)據(jù)庫采用中央數(shù)據(jù)庫（Oracle）模式；各個模塊的信息統(tǒng)一存放在數(shù)據(jù)庫中，通過統(tǒng)一的訪問接口訪問調(diào)用數(shù)據(jù)庫。

這樣的方案有兩個重要的問題必須解決：

（1）原有的電路交換網(wǎng)絡是否需要被IP交換網(wǎng)絡替代？

（2）IP與原電路交換網(wǎng)絡之間的通信如何解決？

。。對于第一個問題，如果將電路交換網(wǎng)絡替換為IP交換網(wǎng)絡，則實現(xiàn)的功能完全與基于IP的軟交換系統(tǒng)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(wǎng)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(yè)務的硬件和軟件進行改動，增加對IP業(yè)務支持所需要增加的IP網(wǎng)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(yè)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(jié)構和操作系統(tǒng)與IP網(wǎng)絡的硬件結(jié)構和操作系統(tǒng)是不同的。對于不同硬件與操作系統(tǒng)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(tǒng)基礎上，支持應用軟件開發(fā)和運行的系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)異構系統(tǒng)之間的通信。這樣，雖然原電路交換機和IP網(wǎng)絡使用的是不同的操作系統(tǒng)，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(xiàn)對IP業(yè)務的控制功能。這樣，通過中間件的消息傳送和消息轉(zhuǎn)換，原交換機的控制軟件可以實現(xiàn)對IP業(yè)務的控制。

。。在引入IP交換網(wǎng)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(wǎng)絡或以太網(wǎng)的部分，這樣才可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間完全的通信功能。

。。同時，IP側(cè)還需要開發(fā)支持IP協(xié)議的應用程序，這些協(xié)議只能在IP網(wǎng)絡中才能實現(xiàn)，如H.248/MGCP協(xié)議，H.323協(xié)議，SIP協(xié)議，API協(xié)議等等。

。。在原有電路交換機的結(jié)構中，首先引入中間件和IP，實現(xiàn)電路信令與IP信令之間的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)與原有的TDM的交換網(wǎng)絡的互通。再引入IP的交換網(wǎng)絡（以太網(wǎng)絡）和相關的軟件模塊，可以實現(xiàn)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(tǒng)計等功能，使交換機能夠提供IP信令和對IP業(yè)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(yōu)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(xiàn)IP呼叫控制；

。。方便地保留原有PSTN的業(yè)務，同時支持IP業(yè)務；

。。采取開放的接口協(xié)議，隨時支持引入新的業(yè)務；

。。可以同時支持PSTN信令與IP信令，并可實現(xiàn)信令的轉(zhuǎn)換；

。。可以滿足向分組網(wǎng)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(xiàn)有投資，又要及時引進新業(yè)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(jié)束語

。。作為下一代網(wǎng)絡交換核心的媒體網(wǎng)關控制器，結(jié)合了傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡的可靠性和IP技術的靈活性和有效性的優(yōu)點，是新興運營商進入話音市場的技術手段，也是傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)向分組化網(wǎng)絡過渡的重要網(wǎng)絡概念，使廣大運營商和設備廠商看到了未來網(wǎng)絡發(fā)展的趨勢。但是任何新技術的出現(xiàn)都不可能是十全十美的，都需要經(jīng)歷時間和市場的考驗。隨著軟交換技術在全球范圍內(nèi)研究和應用的深入，相信以開放、分布、靈活提供業(yè)務為基礎特征的媒體網(wǎng)關控制器，在不久的將來會得到長足的發(fā)展，并能有助于實現(xiàn)電路網(wǎng)絡向分組網(wǎng)絡的無縫過渡。

中國數(shù)據(jù)通信


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