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下一代网络协议解析
hc360慧聪网通信行业频道 2004-07-08 15:04:14
    
    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、维护管理协议等。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。

    ·维护管理协议: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。如果分开,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,所允许的连接类型有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

    ParLay协议是ParLay工作组制定、由欧洲电信标准委员会(ETSI)发布的开放业务接入的应用编程接口(API)标准,是NGN重要的业务接口应用协议。该协议针对高层应用协议接口,采用面向对象的方法,使用标准建模语言(UML),分别从类(cLass)、方法(method)、参数(parameter)和状态模型(state modeL)等方面进行描述,用Microsoft IDL和CORBA IDL描述其所有的操作和消息。ParLay定义了一套开放的、独立于技术的、可扩展的API,包括框架结构接口、业务接口、公共管理接口等。其中,业务接口是ParLay接口的核心,又包括呼叫处理业务接口、通用消息业务接口、移动性业务接口、连通性管理业务接口等。

    通过ParLay API完成应用服务器和软交换间的通信,同时应用服务器提供各种API,实现对现有通信网络安全和公开的访问,为第三方应用商提供开发和业务接入平台。ParLay API可适用于不同的通信网络,通过对API的不断扩展,将解决网络的演进、融合和扩容等方面的一系列问题。

    7.COPS协议

    COPS协议是由IETF资源分配工作组(RAP)制定的维护管理协议。COPS定义了三个逻辑实体:策略决策点(PDP)、策略执行点(PEP)、本地策略决策点(LPDP),其中LPDP备份PDP的决策,当PDP与PEP的连接中断时,LPDP可代替PDP做出决策,PDP具有最终裁决权。PDP与PEP的关系可以看作是服务器与客户机的关系,PEP向远端的PDP发送配置、更新、删除等请求,PDP收到后,将决策响应回送给PEP,PEP执行相关的操作。

    COPS采用TCP作为传输协议,PEP负责初始一个TCP连接,定时向PDP发送Keep_Alive消息,以检验连接的有效性。

    COPS支持安全密钥及相关算法,PDP与PEP之间实时保持动态同步。在初始连接时,如果PEP需要消息层的安全,但在最初没有被配置,则在所有客户端被打开之前,首先向PDP发送一个特殊的客户端打开消息,该消息必须提供COPS完整对象(integrity object),包含初始序列号、密钥、密钥ID,如果PDP接受PEP的密钥和算法,则返回给PEP一个可接受的消息,否则,PDP要求PEP关闭此客户端。

    COPS可应用在软交换与策略服务器的接口之间,也可应用在QoS之中。COPS是一种面向业务的网络管理协议,为运营商提供高效、实时和智能的网络管理手段,是NGN网络管理的构成要素。

    二、NGN协议的发展

    NGN涉及的协议非常多,其中很多关键协议目前都已制定完成,但在新业务的发展等方面,以及在NGN的实施过程中,现有的协议还不能完全满足需要或者不够完善,对协议中的参数、流程、机制、兼容性等方面还有待明确化和清晰化。对于NGN中话音、数据、视频的性能要求,以及每种业务的QoS等方面均需要有新的标准来补充和完善。

    目前,ITU-T、IETF、ISC等国际组织正在合作制订和完善NGN相关的协议和标准。在国内,国家科研机构和通信设备制造商紧跟NGN的最新进展,相关标准化工作与国际组织的标准化工作正在同步进行。

    三、结 语

    文章对NGN中一些新的重要的协议进行了详细分析,对于一些常用的协议,比如ISUP、RTP、TCP/IP、ATM、SNMP、RADIUS等,本文不再赘述,但这些协议在NGN中还会具有竞争、互补的优势,在NGN的初期建设和使用过程中还将继续发挥作用。
信息来源:现代电信科技 
 

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