下一代网络协议解析

郭仕刚中兴通讯股份有限公司南京研究所主任工程师

狄强中兴通讯股份有限公司南京研究所主任工程师

摘要：NGN具有庞大而复杂的协议体系架构。对NGN中一些新的重要的协议进行了具体的介绍和分析，包括：媒体网关控制协议（MGCP），H.248/MEGACO协议，会话发起协议（SIP），承载无关呼叫控制（BICC）协议，SIGTRAN协议，ParLay协议，公共开放策略服务（COPS）协议。此外还简要指出了现有NGN协议的不完善之处。

要害词：NGN，MGCP，H.248/MEGACO，SIP，BICC，SIGTRAN，ParLay， COPS

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、维护治理协议等。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。

·维护治理协议：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。假如分开，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，所答应的连接类型有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、公共治理接口等。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、连通性治理业务接口等。

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）制定的维护治理协议。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，假如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发送一个非凡的客户端打开消息，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，假如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治理协议，为运营商提供高效、实时和智能的网络治理手段，是NGN网络治理的构成要素。

二、NGN协议的发展

NGN涉及的协议非常多，其中很多要害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楚化。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具体分析，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。