H.248协议在通信网络中的应用
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引言
近年来随着数据通信和IP业务的迅速发展，以分组交换为基础的IP网络由于其简单和开放，得到了越来越广泛的应用。
已有专家预测，未来的各项电信业务将统一在IP网络上。传统电话网将不可避免地过渡到以数据业务特别是IP业务为中心的融合的NGN(下一代网络)。NGN将以IP网络为核心，通过以TCP/IP为基础的分组交换网络，承载起包括话音在内的所有通信类业务。
1 NGN网络体系和软交换技术
NGN以分组交换网为核心，以传送话音、数据、多媒体综合业务为目标，可以完成实时应用或非实时应用。它与现有各种网络进行互通，并逐渐走向融合和统一，兼容现有的电信业务和Internet服务，并为快速提供新的业务创造有利环境。
目前，业界对NGN体系结构按功能从垂直方向上分为边缘层、核心层、控制层和业务层4层，各层之间通过标准的开放接口互连，并通过标准的接口和协议实现与现有通信网络的互连和互通，见图1。
在这4个层次中，控制层可以看作是核心，目前主要是采用软交换方式来实现。与现有的各种有线或无线网络的互连互通则依靠各种MG(媒体网关)。
这4个层次的具体功能如下：
1)边缘层
该层的主要功能是将各种传统网络(PSTN、ISDN、IN、H.323、Internet、专网等)和各种用户终端接入核心分组传送网，对用户业务进行集中、汇聚和传送，同时通过各种媒体网关实现NGN与现有电路交换网络之间的互连互通。提供各种宽带、窄带、移动、固定用户的接入。主要网络部件为TG(中继网关)、SG(信令网关)、AG(接入网关)和IAD(集成接入部件)等。
2)核心层
该层是能够提供QoS(服务质量)保证的数据承载网，主要功能是完成业务信息的高速交换和传送。该层的主要网络部件为宽带交换机、高速路由器、高速光传送网等数据交换和传输设备。
3)控制层
该层是整个网络的智能心脏，是一个集中的控制平台。其主要功能是提供终端用户端到端的呼叫/会话控制、接入协议适配、互连互通和资源管理等功能，从而实现网络业务的控制和融合。该层的主要网络功能为软交换、MGC(媒体网关控制器)、呼叫代理、呼叫控制器、呼叫服务器等。
4)应用层
该层是NGN业务与服务的支撑环境，除提供传统智能业务外，还可以通过提供开放的、功能强大的API(应用编程接口)，供第三方业务开发者调用，以便迅速开发出新的业务。该层在垂直方向上由应用和中间件两部分组成。其中，应用部分的主要网络部件为各种AS(应用服务器)，如AAA(认证、鉴权、计费) 服务器、PS(策略服务器)和OSS(运营支撑系统)等，提供各种业务的控制逻辑，完成增值业务和相应的服务处理。中间件包括鉴权、计费、目录、安全、浏览、查找、导航、格式转换等软件组件。
软交换技术的思路是将业务、呼叫控制、媒体控制进行分离。软交换设备位于分层后的呼叫控制层，与媒体层的网关交互作用，接收终端的相关信息，指示网关完成连接控制。MG的主要功能是将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式。例如：MG能够在电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换。TG是在电路交换网与分组网络之间的网关，用来终结大量的数字电路。AG是将模拟线与分组网络相连的网关。
图2是软交换设备系统结构示意图。图中虚线围框表示软交换设备实体。
从图2可看出，软交换设备内部主要分为资源管理功能、MG接人功能、呼叫控制功能、互连互通功能、业务提供功能等功能模块。与外部接口全部采用标准协议，例如，与SG的接口采用Sigtran(SS7/IP)协议;与AAA服务器的接口采用Radius协议;与应用服务器的接口采用SIP协议;与网管服务器的接口采用SNMP协议;与H.523网络的互通采用H.323协议族;与MG(TG、AG)的接口采用H.248协议;软交换之间的呼叫或软交换设备与SIP终端的呼叫采用SIP协议。
通过这种分离，软交换网络体系具有了很多优点，一个软交换设备可以同时控制多个MG，系统的可扩充性得到了提高;其次，具体的媒体流的转换由相应的MG完成，有利于设备的单一性和可靠性;当一个软交换设备故障时，可以由其他软交换设备来代替完成MG的控制，提高了系统的冗余度;最后，软交换设备和MG之间采用标准的协议控制，有利于不同设备的厂家开展竞争和合作。
2 H.248协议在NGN中的应用
2.1 H.248协议结构
H.248/Megaco协议(MG控制协议)，简称H.248协议，是IETF、ITU-T制定的一个非对等协议，用在MGC和MG之间的通信。主要功能是建立一个良好的业务承载连接模型，将呼叫和承载连接进行分离，通过对各种业务网关(TG、AG、RG(注册网关))等的管理，实现分组网络和PSTN(公共交换电话网)做的业务互通。
一个H.248消息可以分为几层，，第1层可以看做是消息头和若干个事务组成，事务可以是事务请求(Transaction Req)，也可以是事务应答(Transaction Reply)。每一个事务又可以看做是事务头和若干个动作组成，每个动作都是与一个上下文相关的。一个动作(Action)包括一个上下文头部和若干个命令。每个命令(Command)包含命令头部和若干个描述符。这种结构如图3所示。
事务保证顺序命令的执行，即在一个事务中，命令是按序执行的。当所有命令成功执行时事务才成功执行，当其中一个命令失败时，整个事务失败。
行动是与上下文是密切相关的，它由一系列局限于一个上下文的命令组成。在一个行动内，命令需要顺序执行。
命令是H.248消息的主要内容，实现对上下文和终端属性的控制，包括指定终端报告事件的什么信号和动作可施加于终端，以及指定上下文的拓扑结构。
信号意味着终端会发生某些事情，如送音或显示文本消息等。信号由软交换通过信号描述符来指定，同时可以指定它的持续时问，一般情况下，当终端检测到某个事件时，会自动停止信号的播放。
2.2呼叫流程描述
由于篇幅所限，本文仅对典型性的模拟用户发起的呼叫以流程图形式说明。模拟用户呼叫建立流程图见图4。图中，假设MG1和MG2隶属于同一个软交换。
在通信业务中，用户从话机中会听到系统播放的不同的信号音。通过这些信号音，用户可以得知当前的通信状况。这些信号音在H.248协议中，是由软交换控制设备向MG发出相关信令，由MG合成，并向用户播放。以用户摘机后听到的拨号音为例，下面是软交换核心设备发送到MG的消息：
其中：cg表示呼叫进程音通用包，dt是其中拨号音的标识。在RFC3015中定义的呼叫进程音通用包种类如表1所示。
从这个消息结构可以看出，对于用户信号音的选择，是由软交换设备通过H.248消息中信号(Signals)的特定参数定义并下发MG执行的。用户有时因为一些特殊业务需要听特殊的信号音，例如主叫用户登记立即呼叫转移后，摘机听到的是特殊拨号音(该特殊拨号音提示用户有特殊业务登记，避免用户因遗忘取消而导致来电错误转移)。对于这样的要求，可以通过修改信号中的参数进行变化。可以选择cg包中的其他音代码，在软交换核心设备与MG之间的H.248协议消息如下：
其中：xcg是扩展的呼叫进程音通用包(Q.1950定义)，spec是其中定义的特殊拨号音标识。
可以看到，对于用户信号音的变化需要选择新的参数，增加了软交换内部对于用户业务判断的条件，且软交换设备和此软交换下所有MG均要支持。这种方式比较适用于全网范围内对于各种标准化的业务所需信号音的定义。但如果用户有个性化信号音需求(比如把拨号音换成音乐)，上述方式因为属于系统级改动，对流程有影响，且无法满足大量不同用户的个性化需求，用户也无法对信号音进行自主选择，所以不具备实施性。
那么是否有其他方式可以实现呢?通过图4的H.248呼叫流程知道，虽然MG播放什么信号音是由软交换核心设备控制的，但真正实现用户信号音的播放则是MG本身。也就是说，与传统交换机信令音提供方式不同，H.248协议下，用户的各种信号音均由本地网关提供，如果改变MG中这些信号音对应的音资源，则能在不改变信令参数以及业务流程的情况下，改变用户听到的信号音，因为这种改变只改变本地网关音资源数据，所以对于其他网关下的用户以及软交换核心设备都没有影响。
与传统电信交换机不同，MG有多种形式，有接人上千用户的大型设备，也有供家庭使用的只接几部电话的小型终端，甚至就是话机形式。对于小型设备，因为均是面向个别用户，上述音资源的修改方案正好可以满足用户个性化信号音的需求。
通过这种方式实现的个性化信号音，可以避免对软交换系统以及整个呼叫流程做任何改动。相比目前电信公司提供的通过智能网方式实现的个性化信号音(如彩铃)，以上方式有实现成本低(由小型网关设备提供此功能)、用户使用方便(可随时修改音资源)、无需缴纳电信公司业务使用费等优势。需要指出的是，因为信号音的播放受到软交换设备信令控制，如果被叫有彩铃业务，则软交换将建立主叫网关与彩铃业务平台之间的话路连接，而不向主叫网关发送放回铃音的信令。在这种情况下，主叫将听到被叫的彩铃音而不是自己定义在网关上的信号音。
由于目前通信网络中信号音都为单音频组合方式，因此在小型网关设计中均采用简单的DSP合成实现，缺少大容量音资源存储单元和较复杂的音合成单元。所以仅测试了通过改变信号音的音频组合实现用户个性化信号音。随着软交换网络的部署，个人使用的小型网关设备将大量出现。届时，为满足用户个性化需求而生产的设备将与现在手机一样，具备大容量音资源存储单元和较复杂的音合成单元。用户设定个性化的特点信号音将成为可能。
4结束语
本文从NGN的整体结构描述出发，对NGN中最主要的软交换技术中的H.248协议进行分析，就H.248协议应用流程进行了阐述，并提出了在H.248协议下，通过修改MG音资源数据，从而改变用户接收的信号音的新思路。该方案将随着H.248话机以及小型网关设备的发展而得以广泛实现。
随着电信运营商对软交换网络的部署，已经证实了H.248协议完全可以在IP网络中实现目前PSTN中的各种通信业务，并且在新业务的应用方面有更强的灵活性和实现的简易性。H.248协议必将成为NGN中的主流通信协议。
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