多媒体网络的分布式体系结构及应用

徐展琦

　　摘要：在介绍网络发展与融合趋势基础上，讨论了多媒体网络的分布式实现体系结构和多媒体通信控制协议MEGACO/H.248及SIP的功能，介绍了国际相关标准化组织，并对相关产品功能和新型分布式实现体系结构进行了探讨。

　　关键词：网关，媒体网关控制，会晤启动协议，H.323

　　随着基于分组的无线业务、多媒体业务、Internet等数据业务的快速增长，传统电信网（PSTN）、计算机网络和电缆电视网等三大类网络逐步向统一的光传送分组网方向演变。除传统的语音、数据、视频等业务外，许多网络新业务（如呼叫中心、网络音／视频点播／广播、各种信息增值服务等）也得到大力发展。为适应不同的用户环境和应用需求，网络制造商和运营商使用了各种网络接入技术（如xDSL，Cable Modem，以太网，PON等）和核心网技术（如TDM，ATM，IP，帧中继等），并使用了大量的网络业务模块（如主叫号码业务模块）和多种网络业务服务器，如视频点播服务器、WWW服务器等。如果将用户信息传送和处理、网络传送控制等功能集中在单个网络设备（交换机、路由器、网关等）中实现，并把网络业务模块或服务器与这些网络设备绑定，就会产生网络利用率低、不易扩充、可靠性差、难以提供日益增多的新业务等缺陷，为此国际上出现了将网络信息的传送及处理、网络呼叫连接控制、网络业务提供等功能采用不同网络部件实现的技术，即网络功能的分布式实现。

一、多媒体网络分布式实现的体系结构

1.多媒体业务

多媒体业务大致可分为三类：

　　第一类是通信类，这类多媒体业务需要建立用户之间或用户与网络服务器间的交互关系，这种关系能够使用若干用户媒体流，包括可视电话、会议电视、远程办公、消息传送（电子邮件、即时消息、网上聊天）等。

　　第二类是信息类，涉及用户与网络服务器间多媒体信息的接入和修改，以获得纯文本消息（天气等）、实时娱乐（电影、音／视频实播）、交互式游戏及数据修改、搜索、咨询等。

　　第三类是电子商务类，使用一组事先安排、相互合作的有序并行服务来实现商业或其它运作过程，包括在线购物、订票、银行、网站租用等。应用领域主要是Internet上的公共电子商务和通过内联网进行的企业内部或企业间的电子商务。

2.网络体系结构

　　网络功能的分布式实现思想主要源于IP电话（VoIP），IETF和ETSI提出拆分式（DECOMPOSED）IP电话网关的概念，将一个电话网关拆分为三个部件：媒体网关（MG），完成电路方式和分组方式的媒体流转换；媒体网关控制器（MGC），实现呼叫连接与控制功能；信令网关（SG），构成电路交换带外接口，最主要是七号信令系统（SS7）。

　　新型网络功能分布式实现体系结构，它由四部分组成：电路型多媒体网络，如公用电话网、移动电话网、可视电话网等；基于IP分组的多媒体通信网，如H.323和SIP网络；各种网络服务器，如WWW、E-mail、语音／视频服务器等，为用户提供所需业务，完成接入认证与控制、计费等服务；分布式交换部分，由连接控制器（CC）与媒体网关组成，主要完成不同多媒体网络（如H.323和SIP网络）间的互连。媒体网关实现普通电话脉码调制（PCM）语音、移动电话语音（如GSM）与IP分组通信所需的语音编码（如G.729A，G.723.1等）间的转换；连接控制器实现不同网络间的呼叫会晤处理功能，它也被称为呼叫服务器（CS）、呼叫代理（CA）、软交换（softwwitch）等，国内称软交换的居多，而国际软交换联盟（ISC）将MGC与SG合称软交换。连接控制器与媒体网关间使用H.248／MEGACO协议传送有关呼叫控制信息。

　　整个网络的工作原理如下：当一个H.323或SIP终端摘机时，它首先向其注册的H.323网关或SIP服务器发出一个会晤建立请求（1），后者分析被叫用户属于其它网络（如现有电话网），便将该请求以H.323或SIP消息方式发送给连接控制器CC（2），CC向被叫所在网络的网关或交换机发出呼叫。在使用七号信令系统时，该呼叫通过七号信令消息（3）发给七号信令网，再转给现有电话网（4）；在使用带内信令时，CC通过MEGACO／H.248发出呼叫给MG（3＇），MG（3＇）通过带内信令（CAS，Q.931等）发出呼叫（4＇）。被叫用户摘机信息通过七号信令系统或媒体网关传到CC，它会通知MG将一条电路与一个IP会晤相关联，并告诉该IP会晤的相关信息（如IP地址、实时传输协议／实时传输控制协议（RTP／RTCP）端口号、语音／视频编码方式等），还会给相关H.323网关或SIP服务器回送连接已建立信息及如上相关信息。此后媒体网关将电路型网络的语音、视频业务（5）（A／μ律PCM，GSM等）转换为H.323／SIP终端所需的约定编码方式、RTP封装的IP语音、视频分组（6）。

3.主要通信协议

　　MEGACO／H.248从媒体网关控制协议（MGCP）演变而成，它定义了一些与MGCP不同的术语与概念，扩大了该协议的应用范围。这些概念包括：①终接（termination），表示媒体流的源点或终点；②情景（context），是一个混合桥接器，用来连接情景中的终接；③流（stream），用于实现一个情景中不同流的区分，并且为子流独立选路，如终端Ａ可能发送出语音与视频两种流，两者可独立地传送给终端B和终端C；④复用（multiplex），用于从多个不同的物理承载中接收不同的媒体，并将它们复用到传输帧中；⑤办理（transaction），表示对某件事的一次处理，它由办理请求发起，必须由办理响应关闭；⑥动作（action），将与单个情景相关的信息联系在一起。

　　一个MEGACO／H.248消息由一个标头（header）和若干办理组成，标头标识协议版本和此消息的发出者，每个办理可包含若干动作来给出零到若干命令。MEGACO／H.248中给出了命令及功能。

　　会晤启动协议（SIP）是与H.323并行的、用于IP分组网多媒体通信的另一种协议，支持的6种方法分别用于网络会晤的发起、修改、终止等，并于1999年3月作为IETF标准RFC 2543发表。

　　SIP由M.Handley和H.Schulzrinne等首先提出，它是一个开放、简单、可扩展的轻型协议，也是一个基于文本的协议，易于提供IP电话、视频业务和Internet集成。其消息可在任何提供TCP、UDP传送服务的分组网（ATM，IP，帧中继等）上传送，SIP的地址表示形式包括不同的URL（如user＠host，E.163，H.323），其消息元素采用会晤描述协议（SDP）表达。

　　SIP的开放性、可扩展性体现在可以定义新方法和新标头以提供新功能，例如允许客户端请求服务器重发己发送的临时响应；用户可使用自己的编码方式，只要该编码方式在IANA（Internet Assigned Numbers Authority）注册即可。SIP可提供现有电话网和智能网提供的业务，如第三方呼叫、呼叫转移；也可完成现有网络不能提供的服务，如实现客户优先选择呼叫办公电话或移动电话。SIP的最大优势在于它比H.323更易实现与Internet的业务互通，其中一个重要应用是提供呼叫中心中的网页点击呼叫（web based call，或kickcall）。目前有关SIP的主要研究包括SIP在移动环境中的应用，SIP状态集与智能网呼叫模型的互通、QoS策略、信令集成、ISUP消息的承载等。

二、相关标准化组织

1.IETF和ITU-T

　　Bellcore在1998年5月提出简单网关控制协议（SGCP）以扩展VoIP网关的功能，主要用于解决H.323与七号信令补充协同工作时过于简单的问题。IETF于1998年夏提出将网关分为信令网关、媒体网关、媒体网关控制器（MGC）三个部件的思想。随后几周，L3等公司宣布发展IP设备控制（IPDC）协议，它比SGCP增加了一些新特征。1998年秋，ETSI的TIPHON Telecommunications and Internet Protocol Harmonization over Networks，目前设8个工作组（和ITU－T第十六研究组接受了将网关拆分（gateway decomposition）作为H.323的新特征。与此同时，Bellcore在SGCP中加入了IPDC中的一些想法，例如封装（package）、通配（wildcard）终接名等，提出了媒体网关控制协议（MGCP）。IETF在RFC2805中提出了MGCP的结构体系和要求。P.Sijben等提出采用二进制编码的媒体设备控制协议（MDCCP），与MGCP进行竞争。为克服MGCP运营中暴露的缺陷（媒体网关控制器无法有效获得媒体网关的容量等），后经IETF和ITU-T第十六研究组多次协商，决定在MGCP和MDCP的基础上，联合制定相关协议H.248和MEGACO，它们分别于2000年5月和6月通过审核，最终形成MEGACO／H.248协议。

2.国际软交换联盟

　　1999年5月成立的国际软交换联盟（ISC）由近200个单位与组织构成，其主要工作组及工作内容包括：①应用组，研究适配接口、多运营商的业务与软交换互通；②体系结构组，研究软交换中的功能实体、实体间接口；③承载（carrier）工作组，研究业务级接口开发、测试过程和测量；④设备控制组，研究MGCP草案的功能增强；⑤市场组，研究市场开发和教育及培训；⑥会晤管理组，研究网络管理和不同开发商设备间的互通；⑦SIP组，研究不同软交换（机）间的互联。目前正在进行上述方面的研究，以及有关测试工作，如与MGCP的互操作性测试。

3.JAIN

　　JAIN是一个致力于定义Java应用程序接口（API）以实现IP与智能网集成（Integrated Networks）的组织，其API具有开放、符合工业标准、分布式、灵活和可扩展等特点，成员有80余个。JAIN在网络层对ISDN用户部分（ISUP），事务处理能力应用部分（TACP），MGCP，MEGACO，H.323，SIP，移动应用部分（MAP）等定义了JAIN API，在业务层定义组件（component）和API以实现可靠的网络接入、呼叫控制和业务逻辑执行环境（SLEE）等。目前正在制定23种API规范和开发25种JAIN产品。

　　与网络分布式实现结构相关的组织还包括多业务交换论坛（MSF）、Parlay、第三代移动通信伙伴项目（3GPP）、多媒体通信论坛（MMCF）等。

三、产品及应用

　　网络功能的分布式实现技术可广泛地用于新型IP多媒体网络、第三代移动通信系统、多种网络融合的下一代网络中，以分组方式提供语音、视频、数据等多媒体业务和增值业务。根据国际权威机构Yankee Group预测，软交换系统市场将从2001年的6.3亿美元增长到2004年的43亿美元（IDC预测190亿美元），年均增长率约190％。

　　媒体网关产品繁多，其小型产品仅有1～4端口，适于家用或小企业使用，支持MGCP，MEGACO／H.248,H.323，SIP等协议；中规模的产品端口数为几十至几百，大型产品的端口数可达万余，这些产品均支持H.323，绝大部分支持MGCP，一部分也支持MEGACO／H.248或SIP。

　　应用服务器，也称媒体服务器（Media Server），其产品端口数从近百到数千不等，物理接口有E1／T1，ISDN PRI，10／100Mbit／s以太网，STM－1 ATM接口等，语音编码包括G.723.1，G.729A，有的也支持G.711和GSM。接口控制协议主要有MGCP，MEGACO／
H.248和SIP，提供的应用主要有会议电视、语音信箱、交互式语音应答（IVR）、通告（announcement）等