下一代媒体网关系统架构及实现

    1. VoIP简介

　　1.1　VoIP主要应用协议

　　随着用户规模的扩大以及用户对业务需求的增长，网关在规模上要不断扩大。集中型的网关结构在可扩展性、安全性以及组网的灵活性方面的不足日益显露出来。因此，将业务、控制和信令分离的概念被提了出来，即将IP电话网关分离成三部分：信令网关(SG)、媒体网关(MG)和媒体网关控制器(MGC)。SG负责处理信令消息，将其终结、翻译或中继;MG负责处理媒体流，将媒体流从窄带网打包送到IP网或者从IP网接收后解包并送给窄带网; MGC负责MG资源的注册、管理以及呼叫控制。在这种分布式网关体系结构中，MG和MGC之间采用H.248协议，SG和MGC之间采用SIGTRAN协议。

　　IP电话系统目前有H.323和SIP两套协议，它们都对IP电话系统信令提出了完整的解决方案，并对呼叫的连接都具有建立、管理和撤销能力。 H.323是ITU-T第16工作组的建议，它由一组协议构成，定义了4个主要部件构筑基于网络的通信系统：终端、网关、网守和多点控制单元。SIP是由 IETF工作组于1997年提出的，有用户代理和网络服务器两个主要的结构元素。

　　1.2　H.323与SIP的比较

　　作为目前IP电话系统的两套协议，H.323与SIP存在相似点，也有不同之处。

　　(1)相似点

　　SIP的UA等价于一个H.323的终端，SIP服务器则等价于H.323的网守，而SIP类似于H.323的RAS和Q.931协议。此外，H.323和SIP的功能和业务非常相似。

　　(2)不同点

　　H.323和SIP主要的不同在于呼叫信令和控制采取不同的方式，SIP是面向字节的，易于扩展，容易实现，但安全性差;而H.323是面向比特的，复杂不容易扩展。对于补充业务，H.323更为严格。

　　(3)SIP的优势

　　SIP容易扩展面向字符，而且容易实现，是下一代网络的主要协议。

　　2. 媒体网关控制协议

　　2.1　媒体网关控制协议简介

　　VoIP网关分为媒体网关和媒体网关控制器两部分，SIP和H.323都不能处理MG和MGC之间的通信，由此产生了媒体网关控制协议。现有的媒体网关控制协议主要有MGCP和H.248/MeGaCo协议。MGCP是软交换、媒体网关和信令网关的关键协议。MGCP不涉及IP电话的体系结构，只涉及网关分解问题。MGCP的侧重点是简单性、可靠性。H.248/MeGaCo协议是MGCP的进一步开发，它的设计思想是把智能工作集中在服务器上，既能容纳面向连接的媒体(如TDM和ATM)，又能容纳面向非连接的媒体(如IP)，因此该协议选用的媒体网关类型更广，网关规模有更大随意性。

　　2.2　MGCP与H.248/MeGaGo协议的比较

    H248/MeGaCo协议是对MGCP的进一步开发，因此具有更大的灵活性。MGCP与H248/MeGaCo协议在功能方面相似，但 H248/MeGaCo有Context、Termination、Move等概念使其在支持增值业务方面更为方便，尤其是对多媒体呼叫的支持。MGCP 只支持UDP无法保证信令传输质量，而H.248/MeGaCo协议既支持TCP又支持UDP，可以保证信令的传输质量。因此，H.248与MGCP相比具有很大的优势，是媒体网关控制协议未来主要的协议。由H.248和SIP构成的下一代网络系统结构如图1所示。

   

    图1　下一代网络系统结构[NextPage

    3. 媒体网关的通信过程和实现

　　3.1　互联网中的通信过程

　　互联网中的下一代通信信令主要由SIP来完成，用户通过INVITE请求来发起一个对话。对话的发起过程如下：







   

    m=audio 1234 RTP/AVP 0 96

　　a=rtpmap:96 G726/4

　　SDP协议主要用于完成对视频或者音频会话的描述。SDP文件包含在SIP消息之中。c关键字描述网络地址，m关键字描述视频/音频信息端口号，rtpmap关键字描述编码格式等。媒体的传输是通过RTP(Realtime Transport Protocol，实时传输协议)来实现的，并通过RTCP来控制传输速率等问题。

    3.2　PSTN中的通信过程

　　PSTN电话通过No.7信令来建立连接过程，通常采用G.711的PCM编码格式传输，传输速率64 kbit/s。PSTN网络通话流程如图2所示。在PSTN通信过程中，A交换机首先通过发出IAM发起呼叫，其中包括被叫号码。B交换机确定被叫空闲后发出ACM地址全信号通知A，此时B交换机通过A交换机对主叫用户发送回铃音，B交换机向被叫用户振铃。被叫摘机后，B交换机发ANC计费应答信号通知 A，振铃和回铃停止，双方用户开始通话。通话结束后主叫用户先挂机，A交换机 发出CLF前向释放信号通知B，B收到后拆线并发出RLG释放监护信号通知A 交换机。      

   

    图2　PSTN通话流程

　　3.3　媒体网关的组成和实现

　　下一代媒体网关系统主要由媒体网关、媒体网关控制器和信令网关组成，实现了功能上的分解。为了适应不同的网络，本文主要介绍了媒体网关的实现方法，其中媒体网关的主要作用是实现模拟信号由电路交换转换成数字信号PCM编码，并进行G.711或者G.723等格式编码。为了实现媒体网关，整个系统由3部分组成，包括基于ARM架构的嵌入式系统(uClinux)、语音信号转换芯片(TLC320AD50)和定点数字信号处理器(TMS320VC54xx)，如图3所示。　



    图3　下一代网络媒体网关的组成

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