IPCC的分组通信参考结构2.0版

IPCC的分组通信参考结构2.0版

http://www.chinatelecom.com.cn 　2003年11月17日 　　中国电信集团北京研究院 强磊

摘要：2003年4月IPCC发布了分组通信参考结构2.0版，它是2001年1.0版本的升级，其目的是针对下一代分组语音网络提出一个统一的术语。在本文中笔者将针对分组通信参考结构2.0版的主要内容并结合目前国内NGN标准和国内外NGN设备的现状展开分析。 关键词：分组通信结构    NGN 2003年4月IPCC（国际分组通信联盟）发布了分组通信参考结构2.0版，其目的是针对下一代分组语音网络提出一个统一的术语。早在2001年6月，IPCC就发布了基于软交换的分组通信参考结构1.0版。随着两年来NGN（下一代网络）技术的发展，在分组通信参考结构1.0版中尚不清晰的部分在2.0版中得到了澄清。该版本针对提高各厂商设备之间的互通性进一步清晰定义了构成“分组通信结构”的网络功能元素并且澄清了提供分组语音产品与业务的厂商中存在的分歧和混淆。可以说，分组通信参考结构2.0版是目前NGN业界的一盏明灯，它照亮了基于软交换的NGN设备与网络的统一发展方向。在本文中我们将针对分组通信参考结构2.0版的主要内容并结合目前国内NGN标准和国内外NGN设备的现状展开一些分析。 1.分组通信结构的定义 分组通信结构是软件与硬件平台的结合体，它用于实现分组网络中的通信业务。分组通信结构既包含协调呼叫控制和信令的网络智能性，也包含跨越一个或多个网络发起多媒体呼叫的特性。分组通信结构的主要功能是执行实时多媒体通信。实时通信的关键要求是呼叫控制，它完成呼叫的建立和拆除。呼叫控制与业务逻辑与处理呼叫和提供电话特性的功能一一对应。对于IPCC的分组通信结构的思想是与国内所倡导的基于软交换的下一代网络的基本思想和理念是完全一致的。 2.分组通信结构的功能实体 2.1 分组通信结构的功能平面 分组通信结构包含三个功能平面： ·接入平面：提供不同媒体传输方法之间的适配，该平面处理TDM到分组的转换及信令转换； ·传输平面：提供其它平面之间的传输互通性，该平面处理简单的分组传输； ·应用平面：提供用户业务所需要的信令和媒体的智能化网内操作。 IPCC的功能平面定义与目前国内软交换标准略有不同，国内标准没有传输平面而多了控制平面的定义，其它平面相同。IPCC将控制平面的内容包含在接入平面之中，把提供接入平面与应用平面之间传输互通性的传输平面单列了出来。这种平面划分方法初看起来似乎比较模糊，但结合下述功能层次的定义，在纵横两轴向进行划分（将媒体网关功能放在接入平面的媒体层、媒体网关控制器放在接入平面的业务层），这使得分组通信结构的功能实体描述更为清晰。 2.2 分组通信结构的功能层次 IPCC与国内软交换标准的另一不同之处是在定义功能平面的基础上又定义了分组通信结构的功能层次。IPCC定义了四个层次来描述端到端语音分组网络的工作原理。这四个层次是： ·信令层：提供两个主要功能。第一个是适配传统网络到分组语音网络的信令，第二个是路由分组语音网络中的信令。适配的例子一个是H.323-SIP信令网关、另一个是SS7信令网关，路由的例子是媒体网关控制器中的SIP代理和路由逻辑。 ·业务层：提供分组语音网络中一个或多个业务或应用的控制、逻辑和执行。通过与信令和媒体层的通信，业务层设备控制基于业务执行逻辑的呼叫流程。业务层的设备包括媒体网关控制器（软交换）和应用服务器。 ·媒体层：向业务层提供媒体处理服务。媒体层设备包括媒体网关和媒体服务器。 ·管理层：是用户业务提供、运维支持、告警及错误管理、计帐及其它网络管理任务处理的地方。管理层通过SNMP、LDAP、DIAMETER等标准协议与其它各层交流。 2.3 分组通信结构的功能实体 分组通信结构的功能实体包括：媒体网关控制器功能（MGC-F）、信令转换功能（SC-F）、媒体网关功能（MG-F）、应用服务器功能（AS-F）、媒体服务器功能（MS-F）、计费功能（A-F），下面一一阐述。 2.3.1 媒体网关控制器功能（MGC-F） 媒体网关控制器（MGC）用于控制媒体网关和信令网关。媒体网关通过使用记录中继组和中继电路的数据库来处理呼叫建立和拆除、事件检测和处理、网关启动和关闭。媒体网关控制器有很多名字，国内一般把它称为软交换，国外也有把它称为呼叫代理或呼叫控制器的。 MGC-F的基本特征是： ·维护媒体网关上每个呼叫的呼叫状态； ·维护MG-F上传输接口的传输状态。 此外，MGC-F也可以有小的内建SC-F，但目前这点在国内电信级软交换设备上不多见。 2.3.2 信令转换功能（SC-F） 信令转换功能（SC-F）路由和操作信令。这种信令操作既可以非常简单（例如SIP代理中Request-URI的重写），也可以非常的复杂（SS7信令网关中信令从一种传输媒体和消息格式到另一种传输媒体和消息格式）。 SC-F的特征包括： ·使用SIGTRAN封装和传输PSTN信令协议到MGC-F或另一个SC-F； ·一个SC-F可服务于多个客户（MGC-F，SC-F或AS-F）； ·在分组语音网络中，SIP代理通过操作SIP消息的目标地址来提供SIP消息的路由翻译。 这里需要指出的是一般我们都将SIP网络作为一个独特的NGN网络来说明，但在分组通信参考结构2.0版中将SIP代理作为SC-F的一种来说明，这充分体现了该结构将SIP网络与分组通信结构（NGN）完全融合的思想。 2.3.3 媒体网关功能（MG-F） 媒体网关是分组网络与接入端点或网络中继之间的接口。它将媒体从一种传输模式转换为另一种，通常是电路网络与分组网络之间或不同分组网络之间（如ATM和IP）。 MG-F的特征包括： ·使用H.248或MGCP等设备控制协议维护与MGC-F的主/从关系； ·执行媒体处理功能，例如：媒体译码、回声抑制、媒体分组化、抖动缓冲管理、包丢失补偿，等等； ·执行媒体插入功能，例如：呼叫进展音频生成、DTMF生成、舒适噪音生成等等； ·执行信令和媒体事件检测，例如：DTMF检测，on/off-hook检测，语音活动性检测，等待。 2.3.4 应用服务器功能（AS-F） 应用服务器功能（AS-F）是应用程序的执行实体。其主要职责对一个或多个应用或业务提供业务逻辑和执行。 应用服务器的特征包括： ·是应用信令的终结点（如语音邮件或会议桥）； ·特色呼叫的执行逻辑（如找到我/跟着我或预付费卡）； ·提供WEB接口以融合实时多媒体和WEB应用； ·具备业务生成的API（例如SIP Servlet，PARLAY，JAIN）； ·可以具备策略、计帐、会话日志后台接口； ·可以为了附加业务或为了构造复杂的面向组件应用程序而激活另一AS-F； ·请求MGC-F的服务以控制外部资源； ·请求MS-F的服务以执行媒体操作； ·包括SIP、LDAP、HTTP、CPL和XML的可应用程序。 通常AS-F和MGC-F的组合来提供增强呼叫控制业务，例如网络通知、三方呼叫、呼叫等待等等。厂商通常不使用协议连接AS-F和MGC-F，而是在AS-F和MGC-F之间使用API。 2.3.5  媒体服务器功能（MS-F） 媒体服务器的目的是提供媒体处理功能以支持诸如消息、视音频会议、音乐保持等应用。 MS-F的特征包括： ·支持多种编码和译码； ·支持多个AS-F或MGC-F的控制； ·支持多种并发能力：数字检测、音频和通知流、编码音频生成、多媒体流的记录、语音识别、文本到语音转换、媒体混合； ·支持标准脚本语言，例如VoiceXML或MSCML； ·通过紧耦合（资源控制，如MGCP）或松耦合（服务器请求，如SIP）的控制请求在AS-F或MSC-F的控制下执行。 2.3.6 计费功能（A-F） A-F收集用于计帐目的的所有计费信息。 A-F的特征包括： ·产生每一会话用于计费目的的详细记录； ·提供会话管理和移动性管理； ·为了实现AAA（鉴权、授权、计帐），A-F通常与SC-F结合。就A-F与SC-F结合这点来说，与目前的国内外NGN设备实现很不相同，它们一般都是将一般的计费功能放在软交换设备（MGC-F）之中。 上图IPCC参考结构通过两维来描述上述各个功能实体。Y轴按照功能层次划分、X轴按照该功能实体是属于接入平面还是应用平面来划分。之所以将接入网络功能实体与应用网络功能实体区别开来，是因为分组通信结构的主要目的就是独立于接入技术来传递应用。从上图可知MG-F，MGC-F都是接入平面的成员，MS-F，AS-F是应用平面的成员，而SC-F既属于接入平面又属于应用平面。 3.分组通信结构的相关协议 分组语音技术包含多种协议。这些协议分为四类： ·呼叫控制协议：H.323、SIP ·媒体网关控制协议：MGCP、H.248 ·传输协议：RTP ·信令网关协议：SIGTRAN 图2说明了上述各种协议以及它们是如何在运营商网络中将各种电信级NGN设备互连的。从该图我们可以看出IPCC对于SIP-T与BICC之争是明显倾向于SIP-T的。 4.网络实例 本节将说明三个实际应用中的分组语音网络配置实例。每个网络实例都说明了不同的功能实体共同出现在物理设备中并以逻辑互连的形式组成分组语音网络。 4.1 IP到IP网络 图3说明了一个具有以下元素的全IP网络： ·支持SIP或H.323的分组IP电话 ·H.323 GK：H.323端点的域管理器（SC-F/A-F） ·MS（媒体服务器）：提供高级媒体功能，如IVR（MS-F） ·SIP PROXY：SIP端点的路由和地址翻译实体（SC-F/A-F） ·AS（应用服务器）：业务存在的逻辑实体。一个AS可与其它AS通信，它们使用PARLAY或JAIN来实现业务（AS-F） ·SIP注册器：保存当前SIP设备位置的SIP实体。 4.2 分组语音中继交换 图4的例子说明了用于中继交换的分组通信结构，它替代了传统的PSTN 4类交换。信令网关SG提供了从SS7信令协议到IP SIGTRAN信令协议的转换和传送。由MGC控制的TG提供了从PSTN到IP再到PSTN的中继媒体连通性。 4.3 IP到PSTN   图5的例子说明了POTS话机通过IP网络到PSTN的互连。POTS连接到驻地网关（接入网关的一种）。驻地网关执行用户环路信令并使用MGCP或H.248协议将信令传递到MGC。MGC然后在信令网关的帮助下实现与PSTN的信令互通。驻地网关数字封装模拟语音并通过中继网关将RTP包中的数字语音发送到PSTN。 5 结语 IPCC的分组通信结构2.0版是对两年前1.0版的功能性升级。它澄清了分组通信结构1.0版中言之不清同时也是目前业界歧义存在之处。从目前国内NGN标准及国内外NGN设备实现情况来看，它们与IPCC的分组通信结构2.0版是基本一致的，但从上文的分析我们也看出存在不少微小差别。特别需要指出的是在IPCC的分组通信结构2.0版中对SIP/SIP-T的重视，它已将SIP网络完全融入到分组通信结构（NGN）中，这点很值得我们的借鉴与思考。