UMG8900和SoftX3000实现NGN网络介入 精品

第1章绪论
1.1NGN产生的背景
虽然尚未看到清楚地阐明何时、何地、由何人具体提议NGN这一名词，但看来, 这是上世纪九十年代中后期的NGI提法（1997年10月10日美国克林顿政府明确提出了下一代互联网行动计划NGI）及ITU－T与ETSI、IEFE相应工作的结晶。

同时，尽管对NGN 的概念、定义、结构等最基本的问题尚未获得全球满意的统一见解，甚至还存在一些较尖锐的分歧，但NGN的背景与必然性看来是很明显的。

20世纪末期，对无缝隙覆盖全球个人多媒体通信的需求驱动了GII的讨论和建设热潮，基于TCP/IP协议的Internet技术由E-mail和VoIP应用切入，随后Internet/Intranet、飞速发展，在全球快速普及，广受欢迎，人们普遍认同这可能是未来GII的一个发展方向。

随着数字传输技术、数字信号处理技术及高级软件工程技术的进展，对于一向令人头疼、处于低效率运作结构状态的三网分立的局面，人们普遍认同IP协议可望成为三网融合的基础，再借助一系列新技术有可能逐步实现三网的融合，而IP协议亦有可能成为固定与移动通信融合的粘接剂，这对未来全球个人通信及GII实施至关重要。

但Internet设计的初衷主要是考虑军事应用及提高抗干扰能力，这是以牺牲网络带宽为代价的，其网络结构及协议也存在一系列问题, 为非面向连接及尽力而为方式，亦未顾及移动漫游个性化要求，其商用实施中暴露出的安全性、QoS、网络智能管理、赢利商业模式等多方面头痛的问题使internet的NGN2/NGN1的发展亦面临严峻的挑战，但目前又无法找到一种更好的网络结构，因此现实的做法理应是集思广益、博采众长，吸收各种新概念、新思路及新技术，使之尽快满足市场需求，并创造新的增值效益。

“泡沫”的破灭、“宽带泡沫”的疑问、3G发展的迷茫、传统电信业务盈利下滑等多种因素强烈驱动传统运营业与制造商亦急需寻找出一种能平滑演进、灵活剪材与适应市场用户需求的新一代网络结构与多业务增长途径。

20世纪80年代PC机控制软件与计算硬件分离，形成充分开放的多厂商竞争环境，从而最终推动整个计算机业的繁荣与发展，促使人们认真思考未来网络的发展是否亦应走这类道路。

随着软交换技术及软件无线电等技术的诞生与改进，无论是有线网或无线网，均可采用分层、分面及全开放模式，基于独立的模块化结构，实施业务驱动，使业务、呼叫控制、承载完全分离，从而以优良的性能价格比、兼顾好前后向兼容的过渡方式，平滑地向新的以IP为基础的网络演进，这些技术可望成为较现实的新一代网络即所谓NGN的核心支撑技术。

尽快统一相应全球标准，并与原先提出的GII这一目标的实施, 进行协调与融合已成为相关组织（如ITU-T/R、ETSI、IETF、3GPP、3GPP2、ISC、TINA等）的共同愿望，而且谁都希望在NGN问题的讨论中捍卫自已的基本立场、观点与发言权。

因此，尽管NGN问题在概念、定义、结构等基本方面均有明显含混不清及不同理解情况下，依然成为全球各大标准组织、运营者、制造商、研究开发部门和政府相关部门共同关注的热点, 并在加紧探索各种务实发展的途径, 无论对固定、移动均属如此。

1.2国内外现状及发展趋势
国内NGN的发展获得了信息产业部相关部门的大力支持。

其中，由电信传输研究所牵头的网络与交换标准研究组和IP与多媒体研究组早在2000年就开始制订并颁布中国NGN体系框架、组网设备、组网协议等方面的技术规范和测试规范。

在入网检测方面，信息产业部电信设备入网检测中心也于20XX年中陆续完成了部分厂家软交换设备的入网测试，网络、通讯等公司率先取得了入网认证。

自2000年起，国内的电信运营商纷纷成立内部项目组，展开对NGN网络技术和业务能力的调研。

其中，更是捷足先登，在20XX年陆续完成对网络、朗讯科技、爱立信等公司的NGN解决方案的试验室测试，并于20XX年3月，开展了《集团NGN试验网》工程，其中，网络获得了在广州、深圳、上海、杭州等4个城市建设NGN试验网络的合同。

其它参与NGN试验网项目的厂家还有阿尔卡特、西门子、爱立信和通信公司。

经过近一年的努力，该试验工程已经顺利完成。

除之外，中国也于20XX年中完成了北京、上海、广州三地的NGN分组中继长途话音试验网的测试，并随后在重庆开展了NGN本地话音商用试验网的测试和部署。

中国也于20XX年底完成了《中国NGN试验网络测试规范》，并将启动全国范围内6城市的NGN试验网工程。

与国内主要运营商在NGN方面的进展相比，香港的电信运营商为了抢占市场，取得竞争优势，在NGN方面的步伐较快。

其中，20XX年6月，香港的新兴电信运营商香港宽频宣布采用网络Succession本地接入分组话音解决方案，在香港本地开展话音业务。

迄今，用户数已激增至7万。

20XX年12月，香港另外一家电信运营商新世界电信（New World Tele）也宣布采用网络的Succession本地话音解决方案，加入香港本地话音业务的角逐，提供分组话音、数据和未来的多媒体新业务。

英国电信20XX年进行PSTN演进，基于VoIP承载网络，通过软交换加以实现。

在本地对一些老型的交换机进行体会。

德国电信第一步实现通过网关现有的PSTN网络进行胡同，再就是引进了软交换和媒体网关，实现现有电话网络和IP网络话音的互通，进行相应的一些管理。

同时运营商在网络演进的同时注重业务的发展，这是意大利电信的试验，专门做了固定和移动结合的项目。

通过各种各样的终端来体现多种的业务融合，它现在特别有名就是阿拉丁计划，基本上使各种各样的终端，像无绳电话，使固定电话保持移动的习惯，然后进行固定移动的融合。

用无线技术上到固定网上来，他们做了很好的实践。

纵观全球运营商在NGN方面的试验和应用情况，充分验证了NGN网络的发展趋势是不可阻挡的，它不仅为竞争环境下的电信运营商提供正确的网络发展建设框架，而且满足了运营商在业务发展创新方面的需求。

1.3设计中存在的主要问题
基于软交换技术的NGN网络其技术并不是十分成熟，缺乏大规模现场应用的经验，特别是多厂家互操作的问题、实时业务的QoS保障问题、网络的统一有效管理问题以及业务生成和业务应用收入能力等。

这就需要我们在软交换的关键技术领域，如：体系结构和协议、网络控制和端到端的QoS、业务平台、网络管理、网络安全、媒体压缩技术等方面加强研究。

NGN是一个开放分布式网络，它通过开放式的协议和接口可与各种NGN网络部件对接，组网应用十分灵活。

但是，由于IP网络无缝连接的特点，这种开放性也带来了不可避免的网络互通问题。

所以在本设计中，协议之间的互连是否完善，也可能存在问题。

在接入的过程中可能出现问题。

由于对这种新兴技术的协议及基本原理掌握的还不是很透彻且在实际学习中学到的知识是非常有限的，而设计又都是与实际生活是有着密切相联系的，并且存在对实际线路和设备认识程度问题，就是由于对实际的线路和设备考察和了解有限使设计中可能存在一些数据不准确、设备配置不完善等问题，就使得在中出现了无法解决的事件。

还有可能对于计算机绘图不熟悉造成绘图方面的一些困难。

1.4需要解决的问题
组网方式问题。

可以选择的组网结构包括：软交换全平面组网结构、软交换分级组网结构和定位服务器分级组网结构。

协议兼容性问题。

不同厂家设备虽然遵循相同的标准，但可能选择了不同版本，即使选择了相同的版本，对于细节问题协议并没有做出具体规定，因此厂家分别作了自己的扩充，所以软交换设备互通时，就可能存在兼容性问题。

服务质量问题。

NGN网络中语音和视频业务服务质量的提供是与承载网的服务质量保障息息相关的。

从承载网角度看，基于MPLS专线的流量工程技术和基于MPLS的VPN 技术被认为是解决IP QoS问题主流技术，这些技术已在部分企业网或运营商网中使用。

除此之外，对网络节点设备的资源进行集中控制也是解决承载网QoS的一个思路，如公共开放策略服务(COPS )。

总的而言，包括IETF和ITU - T 等标准化组织已经投入了巨大的精力致力于承载网QoS方面研究，然而并没有获得一个公认标准。

因此，承载网服务质量问题的解决也是NGN网络大规模商用的前提和基础。

业务问题。

目前，多数软交换的试验主要还是提供基本的话音业务、会议业务（含视频）和网上浏览业务等。

而且，除话音业务外，提供其他许多新业务的操作都比较复杂。

虽然使用应用服务器方式来提供业务是发展方向，但第三方应用平台的成熟和商用尚需时日。

用户通信连接不受控。

控制和承载分离所带来的一个突出问题是用户通信连接不受控，造成该问题的一个主要因素是软交换设备仅完成呼叫控制功能，用户之间的媒体流交互在媒体网关之间直通。

尽管网关通过H.248或MGCP等网关控制协议可以上报媒体资源使用状况，然而却无法满足对用户的实时监控功能。

最为突出的是软交换设备无法直接获
知用户通话开始和结束时刻，该信息需等网关上报后方可获知，因而当软交换与网关之间的网络连接出现异常中断时，软交换将难以感知网关的工作状态，即软交换与网关通信状态不同步。

目前，软交换设备主动向网关或终端发送检测存活消息的心跳机制可以有效解决以上问题。

然而，如果部分非法终端利用该特性可以生成一个通话中止的虚假消息来触发软交换提前中止呼叫计费，将给运营商造成不可预见的经济损失。

因此，如何避免非法用户的通信资源盗用是运营NGN网络所面临的一个难题。

终端接入安全风险。

控制和承载分离所带来的另一个突出问题是终端接入安全风险。

在NGN网络中，终端用户可通过窄带Modem 接入、ADSL、以太网接入和CABLE 等多种接入方式接入到城域网。

通常，软交换设备采用。

P地址和端点标识等参数来对终端接入进行认证，因此，如何防止端点伪装和IP地址盗用等非法行为也是运营NGN网络所面临的一个难题。

目前，H.323、SIP、H.248和MGCP协议都增加了安全认证机制，采用MD5等算法对关键参数进行加密传送，从而尽可能降低终端接入安全风险。

除此之外，H.248 和MGCP还定义了采用IP Sec协议进行传送的机制，不仅保证终端接入的安全，还可以保证信令传送的安全。

地址匮乏问题。

NGN网络的大规模应用将极大地增加对IP地址的需求。

当前，解决IP地址匮乏的方案有两种，一是统一部署IPv6地址，二是采用NAT（Network Address Translator）穿越技术。

由于IPv6方案的实施对现有网络会带来革命性的变化，部署IPv6地址应是NGN网络实施下一阶段应重点考虑的问题，因此当前阶段部署NGN网络应着重考虑NAT穿越技术。

在NAT穿越解决方案中，企业网用户和用户驻地网内的终端用户采用私有IP地址通过出口的NAT/FW（防火墙）接入公网。

与传统NAT/FW支持HTTP等数据应用穿越不同，基于H323、SIP、MGCP和H248等协议的语音和视频应用需通过信令消息中的IP地址和端口参数来实现目的地寻址，因此信令消息在地址穿越中不仅需要对TCP/UCP层的端口信息以及IP层的源地址和目的地址进行变换，还需对IP包载荷中的相关地址信息进行变换。

目前，应用级网关、代理方式、MID 协议和协议扩展等方式是几种主要的NAT穿越技术。

第2章NGN网络
2.1NGN简述
NGN被称为下一代网络，具有综合、开放的网络架构,主要由业务管理应用平面、业务控制平面、核心交换平面、边缘接入平面四个不同的功能平面组成,在统一的分组网络上提供话音、数据和多媒体等业务。

这种技术革新使得NGN的用户接入方式显得非常的灵活。

NGN可以分为业务层、控制层、传送层、接入层四层划分，各层之间通过标准的开放接口互连。

NGN组网图如图2.1所示。

图2.1NGN结构图
●业务层，在NGN中，业务层由一系列的业务应用服务器组成，提供各种各样的业务控制逻辑，完成增值业务处理。

同时提供开放的第三方接口，易于引入新型业务。

业务节点即业务管理层的各种应用服务器，业务节点可以是传统的智能网SCP（Service Control Point）设备，也可以是NGN构架的应用服务器App Server（Application Server）。

传统的智能网设备与软交换之间通过INAP（Intelligent Network Application Protocol）协议完成传统的智能业务，主要用于NGN初期建设当中，可以继承传统的智能业务资源。

App Server 是NGN构架下的应用服务器，通过SIP与软交换设备交互。

同时，应用服务器对外提供开放的第三方接口，实现开放的业务提供方式，方便的引入第三方业务。

●控制层，控制层主要完成接续控制、资源管理等功能，其核心是现在通称的软交换（Softswitch），之前也有称MGC（媒体网关控制器）的。

该层的主要设备包括软交换，软交换设备是NGN中的呼叫处理中心，支持SS7（Signal system Number 7）、DSS1（Digital Subscriber Signal No.1）、V5、H.323、SIP（Session Initiation Protocol）等多种窄带和宽带呼叫控制信令。

软交换设备通过H.248/MGCP（Media Gateway Control Protocol）协议控制
TG（Trunk Gateway）、AG（Access Gateway）、IAD（Integrated Access Device）、EPhone （Ethernet Phone）、MRS（Media Resource Server）等网关设备完成相关的呼叫业务处理。

软交换设备与业务管理层的各种应用服务器之间采用标准、开放的接口，可以灵活实现并快速引入各种新业务。

●传送层，独立于业务控制的、提供QoS保证的分组化大容量骨干传送平台。

传送层主要完成网管与OSS，网管系统负责整个网络的管理和维护操作，监控整个网络所有设备的状态。

网管系统和各种网元设备之间通过SNMP等标准网管接口实现管理功能；OSS （Operation Support System）即运营支撑系统，负责业务的发放、计费以及用户线测试管理，一般和网管系统配合完成其功能。

●接入层，提供各种宽窄带、移动或固定用户接入。

接入层主要作用是利用各种接入设备实现不同用户的接入，并实现不同信息格式之间的转换，其功能有些类似传统程控交换机中的用户模块或中继模块。

接入层的设备都没有呼叫控制的功能，它必须要和控制层设备相配合，才能完成所需的操作。

接入层中包括各种各样的接入设备，其中主要有：中继网关TG：实现NGN核心网与传统PSTN的互通。

PSTN侧接口为TDM方式，NGN核心网侧接口为IP/ATM方式，TG设备完成TDM到IP/ATM媒体流的转换。

TG设备与软交换之间通过H.248/MGCP协议交互，接受软交换设备的控制，实现呼叫的建立、拆除以及其它业务。

信令网关SG：实现PSTN信令的分组承载变换。

SG将承载在TDM上的PSTN信令基于SIGTRAN（Signal Transfer protocol）协议转换为IP/ATM分组方式送给软交换处理，同时接收软交换设备来的分组信令，转换为TDM方式。

SG可以是独立的方式存在，也可以内嵌于TG设备当中。

接入网关AG：提供窄带和宽带业务接入功能。

AG通过媒体流变换把用户线数据，如语音、Modem、Fax等在NGN核心网上传送。

AG通过H.248/MGCP协议与软交换设备交互，接受软交换的控制，上报用户线状态，完成用户的呼叫处理功能[1]。

2.2NGN协议
2.2.1分类
NGN包含非对等和对等两类。

非对等主要指媒体网关控制H.248/Megaco；对等包括SIP、H.323、BICC等。

SIGTRAN为信令传送。

由于历史原因，NGN系列有些相互补充，有些则相互竞争。

H.248/Megaco是一个非对等主从，与其它配合可完成各种NGN业务。

SIP、H.323均为对等，存在竞争关系，由于SIP具有简单、、易于扩展等特性，已逐渐发展成为主流。

表2.1 软交换网络协议总汇
2.2.2 主要功能介绍
H.248/Megaco：是在MGCP的基础上，结合其它媒体网关控制特点发展而成的一种，它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫。

该在构建开放和多网融合的NGN中，发挥着重要作用。

网关分离的核心是业务和控制分离，控制和承载分离。

这样使业务、控制和承载可独立发展，运营商在充分利用新技术的同时，还可提供丰富多彩的业务，通过不断创新的业务提升网络价值。

SIP：会话发起，是IETF制定的多媒体通信系统框架之一，它是一个基于文本的应用层控制，独立于底层，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。

SIP借鉴了HTTP、等，支持代理、重定向、登记定位用户等功能。

支持用户移动，与RTP/R、SDP、RTSP、等配合。

支持Voice、Video、Data、Email、Presence、IM、Chat、Game等。

BICC：BICC解决了呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控制信令可在各种网络上承载，包括MTPSS7网络、网络、IP网络。

BICC由ISUP演变而来，是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具[2]。

SIGTRAN协议：是IETF的一个工作组，其任务是建立一套在IP网络上传送PSTN 信令的，SIGTRAN包括SCTP、M2UA、M3UA，提供了和SS7 MTP同样的功能。

H.323协议：是一套在分组网上提供实时音频、和数据通信的标准，是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。

2.2.3H.248/Megaco协议
H.248/Megaco信令协议是IETF于加2000年11月提出的, 是MGCP的进一步开发，它与MGCP在结构上和MG/MGC 间交互动作关系上相似，开发的初衷是简化操作和改进信令控制效率。

但是在H.248/Megaco场合，信令网关直接管理着MG码流的出/入和起/止以及各码流间的组合关系，从而减少了MG和MGC间交互操作，提高了效率。

●协议连接模型。

在H.248协议的连接模型中使用的两个主要抽象概念就是终节点（Termination）和关联(Context)。

终节点发送和/或接受一个或者多个数据流。

在一个多媒体会议中，一个终节点可以支持多种媒体，并且发送或者接受多个媒体流。

在终节点中封装了媒体流参数、Modem和承载能力参数。

一个终节点由一个唯一的Termination ID来标识。

终节点是MG 中的逻辑实体，负责发起和接收媒体流或控制流.。

Termination 是源媒体流或目的媒体流客体，Termination 可以用于表示中继线、模拟线和RTP 流等。

代表物理实体的终端有半永久(semi-permanent)的存活期。

例如表示一个TDM 信道的终端，只要网关提供，就可以一直存在。

而表示临时信息流(例如RTP 流)的终端，则只在使用期间存在。

一个Termination 一次只能存在于一个关联之中。

Termination 可用特性来进行描述，每个特性由一个ProPerty ID 标示，由这些特性可以组成一系列描述符。

除了适应IP 网络媒体交互的特性外，H.248的另一个显著特点是，吸取了PSTN/lSDN 的闪亮之处：智能业务实现思路H.248/Megaco 协议强调把智能集中在服务器(如媒体服务器、应用服务器)上，既能容纳面向连接的媒体又能容纳IP 那样的无连接媒体，因此适用的媒体网关类型更广，且网关规模有更大随意性。

实际上，网关进一步分离就是开放的、多网融合的NGN 组网思路，强调业务和控制分离、控制和承载分离。

这样使业务、控制和承载可独立发展，运营商在充分利用新技术的同时 ，还可提供丰富多彩的业务，通过不断创新
的业务提升网络价值[3]。

●协议的应用 H.248在NGN 中的典型应用如图2.2所示，目前主要应用在软交换系统与中继媒体网关（TMG ）之间的通信、软交换设备与接入媒体网关（AMG/IAD ）之间的通信。

图2.2 H.248在NGN 中的典型应用
PSTN 交换机通过No.7中继电路连接到UMG8900。

UMG8900再通过H.248协议与IP 城域网互连，上接SoftX3000，通过H.248协议下接UMG8900与用户相连。

SoftX3000通过H.248协议与中继网关通信。

Soft Switch 提供H.248 MGC 功能以控制中继网关中的ISUP 中继，H.248 MGC 提供以下功能：
出口网关和入口网关的RTP 容量协商。

可以配置每个H.248 MG 的RTP 发送和接受容量。

SoftX3000要确保两个MG 之间设定的匹配容量被用于建立呼叫。

通过H.248协议管理TMG中的PSTN ISUP中继。

支持TMG上的中继预留，支持TMG 上的中继释放，支持TMG上的中继回流型连接，支持中继参数的修改，在中继上加上信号音，支持中继（或中继组）暂停业务和恢复业务
通过H.248协议管理TMG中的临时RTP终止。

支持临时终端的创建，支持临时终端的取消，支持有关临时终端的RTP参数的修改
2.3H.323协议
H.323是由ITU制定的通信控制协议，用于在分组交换网中提供多媒体业务。

呼叫控制是其中的重要组成部分，它可用来建立点到点的媒体会话和多点间媒体会议。

目前最新的H.323版本是V4。

H.323定义了介于电路交换网和分组交换网之间的H.323网关（Gateway）、用于地址翻译和访问控制的网守（GateKeeper）、提供多点控制的多点会议控制器（MC）、提供多点会议媒体流混合的多点处理器（MP），以及多点会议控制单元（MCU）等实体。

2.3.1 协议栈结构
H.323协议栈结构如图2.3所示。

其下三层为PBN的底层协议，如在LAN中，可为物理媒体――MAC-IPX；在IP网络中，其网络层就是IP。

传输层有两类协议：不可靠传送协议，如UDP，用于传送实时声像信号和终端至网守的登记协议；可靠传送协议，如TCP，用于传送数据信号及呼叫信令和媒体控制协议。

图2.3H.323协议栈结构
2.3.2H.323协议栈
具体来说，H.323协议处理软件由以下几个部分组成：
话音编码采用相应的G系列建议，其中G.711（PCM）为必备的编码方式，其余为任选方式，目前IP电话最常用的是G.729A和G.723.1。

视频编码采用H.260系列建议，如H.261、H.263等。

实时音频和视频编码信号均封装在RTP（Real_time Transport Protocol，实时传输协议）协议分组中，以提供定时信息和数据报序号，供接收端重组信号。

RTCP （Real-time Transport Control Protocol，实时传输控制协议）协议是RTP协议的一部分，提供QoS监视功能。

数据通信采用T.120系列建议，是用于多媒体会议的数据协议栈。

H.225.0是H.323系统的核心协议，主要用于呼叫控制。

在任何呼叫开始之前，首先必需在端点之间建立呼叫联系，同时建立H.245控制信道，这就是H.225呼叫信令协议的主要功能。

H.225.0建议还包含两个功能。

一是规定了如何利用RTP对音视频信号进行封装；二是定义了RAS协议[4]。

RAS（Registration, Admission and Status）协议是H.225.0协议的一种，是端点（终端或网关）和网守之间使用的协议，其主要作用是为网守提供确定的端点地址和状态、执行呼叫接纳控制等功能。

H.225.0呼叫信令协议是以ISDN的Q.931/Q.932为基础指定的，其中最重要的是Q.931。

Q.931协议是ITU-T制定的一种关于呼叫控制的标准，是ISDN用户网络接口第三层关于基本呼叫控制的描述。

H.245是一种通用的多媒体通信控制协议，主要针对会议通信设计。

H.323系统采用H.245协议作为控制协议，用于控制通信信道的建立、维护和释放。