Лекция 7

 

Сеть на базе MGCP и MEGACO

 

   Третий подход к построению сетей IP-телефонии, основанный на использовании протокола MGCP [4], также предложен комитетом IETF, рабочей группой MEGACO.

При разработке этого протокола рабочая группа MEGACO опиралась на сетевую архитектуру, содержащую основные функциональные блоки трех видов (рис. 7.1):

• шлюз - Media Gateway (MG), который выполняет функции преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью передачи, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP (кодирование и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование);

• контроллер шлюзов - Call Agent, которой выполняет функции управления шлюзами;

• шлюз сигнализации - Signaling Gateway (SG), который обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП, к контроллеру шлюзов и перенос сигнальной информации в обратном направлении.

 

 

 

 

 

Рис. 7.1 Архитектура сети на базе протокола MGCP

 

   Таким образом, весь интеллект функционально распределенного шлюза сосредоточен в контроллере, функции которого могут быть распределены между несколькими компьютерными платформами.

   Шлюз сигнализации выполняет функции STP - транзитного пункта сети сигнализации ОКС7. Сами шлюзы выполняют только функции преобразования речевой информации.    Один контроллер управляет одновременно несколькими шлюзами. В сети могут присутствовать несколько контроллеров. Предполагается, что они синхронизованы между собой и согласованно управляют шлюзами, участвующими в соединении. Вместе с тем, MEGACO не определяет протокола для синхронизации работы контроллеров. В ряде работ, посвященных исследованию возможностей протокола MGCP, для этой цели предлагается использовать протоколы Н.323, SIP или ISUP/IP. Сообщения протокола MGCP переносятся протоколом без гарантированной доставки сообщений UDP. Рабочая группа SIGTRAN комитета IETF в настоящее время разрабатывает механизм взаимодействия контроллера шлюзов и шлюза сигнализации. Шлюз сигнализации должен принимать поступающие из ТфОП пакеты трех нижних уровней системы сигнализации ОКС7 (уровней подсистемы переноса сообщений МТР) и передавать сигнальные сообщения верхнего, пользовательского, уровня к контроллеру шлюзов. Шлюз сигнализации также должен уметь передавать по IP- сети приходящие из ТфОП сигнальные сообщения Q.931 .

   Основное внимание рабочей группы SIGTRAN уделяется вопросам разработки наиболее эффективного механизма передачи сигнальной информации по IP-сетям.

   Следует отметить, что существует несколько причин, по которым пришлось отказаться от использования для этой цели протокола TCP. Рабочая группа SIGTRAN предлагает использовать для передачи сигнальной информации протокол Stream Control Transport Protocol (SCTP), имеющий ряд преимуществ перед протоколом ТСР, основным из которых является значительное снижение времени доставки сигнальной информации и, следовательно, времени установления соединения - одного из важнейших параметров качества обслуживания.

   Если в ТфОП используется сигнализация по выделенным сигнальным каналам (ВСК), то сигналы сначала поступают вместе с пользовательской информацией в транспортный шлюз, а затем передаются в контроллер шлюзов без посредничества шлюза сигнализации.    Отметим, что протокол MGCP является внутренним протоколом для обмена информацией между функциональными блоками распределенного шлюза, который извне представляется одним шлюзом.

   Протокол MGCP является master/slave протоколом. Это означает, что контроллер шлюзов является ведущим, а сам шлюз - ведомым устройством, которое должно выполнять все команды, поступающие от контроллера Call Agent.

   Вышеописанное решение обеспечивает масштабируемость сети и простоту управления сетью через контроллер шлюзов. Шлюзы не должны быть интеллектуальными устройствами, требуют меньшей производительности процессоров и, следовательно, становятся менее дорогими. Кроме того, очень быстро вводятся новые протоколы сигнализации или дополнительные услуги, так как эти изменения затрагивают только контроллер шлюзов, а не сами шлюзы. Третий подход, предлагаемый организацией IETF (рабочая группа MEGACO), хорошо подходит для развертывания глобальных сетей IP-телефонии, приходящих на смену традиционным телефонным сетям. Более подробная информация о протоколе MGCP приведена в [1] глава 8.

   Рассмотрим алгоритмы установления и разрушения соединения с использованием протокола MGCP. Первый пример охватывает взаимодействие протокола MGCP с протоколом ОКС7 (рис. 7.1).

 

 

 

 

Рис. 7.1 Установление и разрушение соединения с

использованием протокола MGCP (Пример 1)

 

1. От телефонной станции АТС-А к шлюзу сигнализации SG1 по общему каналу сигнализации поступает запрос соединения в виде сообщения IAM протокола ISUP [5]. На рис. 7.1 шлюз сигнализации SG1 и SG2 совмещены с транспортными шлюзами TGW1 и TGW2 соответственно. Шлюз SG1 передает сообщение IAM к контроллеру шлюзов, который обрабатывает запрос и определяет, что вызов должен быть направлен к АТС-Б посредством шлюза TGW2.

2. Контроллер резервирует порт шлюза TGW1 (разговорный канал). С этой целью он передает к шлюзу команду CreateConnection (CRCX). Отметим, что порт шлюза TGW1 может только принимать информацию (режим «recvonly»), так как он еще не осведомлен о том, по какому адресу и каким образом ему следует передавать информацию.

3. В ответе на эту команду шлюз TGW1 возвращает описание параметров сеанса связи.

4. Приняв ответ шлюза TGW1, контроллер передает команду CRCX второму шлюзу TGW2 с целью зарезервировать порт в этом шлюзе.

5. Шлюз TGW2 выбирает порт, который будет участвовать в соединении, и подтверждает прием команды CRCX. При помощи двух команд CRCX создается однонаправленный разговорный канал для передачи вызывающему абоненту акустических сигналов или речевых подсказок и извещений. В то же время, порт шлюза TGW2 уже может

не только принимать, но и передавать информацию, так как он получил описание параметров связи от встречного шлюза.

6. Далее контроллер шлюзов передает сообщение IAM к АТС-Б.

7. На сообщение IAM станция АТС-Б отвечает подтверждением АСМ, которое немедленно пересылается к станции АТС-А.

8. После того как вызываемый абонент примет вызов, АТС-Б передает к контроллеру шлюзов сообщение ANM.

9. Далее контроллер заменяет в шлюзе TGW1 режим «recvonly» на полнодуплексный режим при помощи команды MDCX.

10. Шлюз TGW1 выполняет и подтверждает изменение режима.

11. Контроллер передает сообщение ANM к АТС-А, после чего начинается разговорная фаза соединения.

12. Завершение разговорной фазы происходит следующим образом. В нашем случае вызвавший абонент Б дает отбой первым. АТС-Б передает через шлюз сигнализации сообщение REL к контроллеру шлюзов.

13. Приняв сообщение REL, контроллер шлюзов завершает соединение с вызванным абонентом.

14. Шлюз подтверждает завершение соединения и передает к контроллеру собранные за время соединения статистические данные.

15. Контроллер шлюзов передает сообщение RLC к АТС-Б с целью подтвердить разъединение.

16. Параллельно контроллер завершает соединение с вызвавшей стороной.

17. ШлюзТGW1 подтверждает завершение соединения и передает к контроллеру собранные за время соединения статистические данные.

18. АТС-А подтверждает завершение соединения передачей сообщения RLC, после чего соединение считается разрушенным. Второй пример иллюстрирует взаимодействие протокола MGCP с протоколами ОКС7 и Н.323 (рис. 7.2).

 

 

 

 

 

Рис. 7.2 Установление и разрушение соединения с использованием протокола MGCP (Пример 2)

 

1. С телефонной станции АТС-А к шлюзу сигнализации SG1 по общему каналу сигнализации поступает запрос соединения (сообщение IAM). На рис. 1.14 шлюз сигнализации SG1 также совмещен с транспортным шлюзом TGW1. Шлюз SG1 передает сообщение IAM контроллеру шлюзов, который обрабатывает запрос и определяет, что вызов должен быть направлен к оконечному устройству вызываемого пользователя - терминалу Н.323.

2. Контроллер шлюзов резервирует порт шлюза TGW1

(разговорный канал). С этой целью он передает к шлюзу команду CreateConnection (CRCX). И в этом примере порт шлюза TGW1 может только принимать информацию (режим «recvonly»).

3. В ответе на принятую команду шлюз TGW1 возвращает описание параметров связи.

4. Приняв ответ от шлюза TGW1, контроллер передает к привратнику сети Н.323 сообщение ARQ с alias адресом вызываемого абонента.

5. В ответ на сообщение ARQ привратник передает сообщение ACF с указанием транспортного адреса своего сигнального канала.

6. Контроллер передает запрос соединения SETUP на транспортный адрес сигнального канала привратника, при этом используется процедура Fast Start. Привратник пересылает сообщение SETUP к вызываемому терминалу.

7. Вызываемый терминал передает запрос допуска к ресурсам сети ARQ.

8. В ответ на запрос ARQ привратник передает подтверждение запроса ACF.

9. Вызываемый терминал передает сообщение ALERTING, которое привратник маршрутизирует к контроллеру шлюзов. При этом вызываемому пользователю подается визуальный или акустический сигнал о входящем вызове, а вызывающему пользователю подается индикация того, что вызываемый пользователь не занят и получает сигнал о вызове.

10. Контроллер преобразует сообщение ALERTING в сообщение АСМ, которое немедленно пересылается к АТС-А.

11. После того как вызываемый пользователь примет входящий вызов, контроллер получит сообщение CONNECT.

12. Контроллер шлюзов меняет в шлюзе TGW1 режим «recvonly» на полнодуплексный режим.

13. Шлюз TGW1 выполняет и подтверждает изменение режима

соединения.

14. Контроллер передает сообщение ANM к АТС-А, после чего начинается разговорная фаза соединения, в ходе которой оборудование вызвавшего пользователя передает речевую информацию, упакованную в пакеты RTP/UDP/IP, на транспортный адрес RTP-канала терминала вызванного абонента, а тот передает пакетированную речевую информацию на транспортный адрес RTP- канала терминала вызвавшего абонента. При помощи канала RTCP ведется контроль передачи информации по RTP каналу.

15. После окончания разговорной фазы начинается фаза разрушения соединения. Оборудование пользователя, инициирующего разрушение соединения, должно прекратить передачу речевой информации, закрыть логические каналы и передать сообщение RELEASE COMPLETE, после чего сигнальный канал закрывается.

16. Контроллер шлюзов передает сообщение RELEASE к АТС-А с целью завершения соединения.

17. Кроме того, контроллер передает к шлюзу команду DLCX.

18. Шлюз подтверждает завершение соединения и передает к контроллеру собранные за время соединения статистические данные.

19. После вышеописанных действий контроллер и оконечное оборудование извещают привратник об освобождении занимавшейся полосы пропускания. С этой целью каждый из участников соединения посылает привратнику по каналу RAS запрос выхода из соединения DRQ, на который привратник должен передать подтверждение DCF.

20. От АТС-А приходит подтверждение разъединения RLC, после чего соединение считается разрушенным.

   Следует заметить, что алгоритм взаимодействия протоколов SIP и MGCP не сильно отличается от вышеописанного алгоритма. Рабочая группа MEGACO комитета IETF продолжает работу по усовершенствованию протокола управления шлюзами, в рамках которой разработан более функциональный, чем MGCP, протокол MEGACO.

   Международный союз электросвязи в проекте версии 4 рекомендации Н.323 ввел принцип декомпозиции шлюзов. Управление функциональными блоками распределенного шлюза будет осуществляться контроллером шлюза - Media Gateway Controller - при помощи адаптированного к Н.323 протокола MEGACO, который в рекомендации Н.248 назван Gateway Control Protocol.

   Сообщения протокола MEGACO отличаются от сообщений протокола MGCP, но процедуры установления и разрушения соединений с использованием обоих протоколов идентичны, поэтому описание процедуры установления соединения на базе протокола MEGACO здесь не приводится. Эти процедуры, вместе с детальным анализом протокола MEGACO, рассматриваются в [1] глава 9.

 

Сравнение подходов к построению сети IP-телефонии

 

   В настоящее время для построения хорошо функционирующих и совместимых с ТфОП сетей IP-телефонии подходят протоколы Н.323 и MGCP. Как уже отмечалось, протокол SIP несколько хуже взаимодействует с системами сигнализации, используемыми в ТфОП (сравнительный анализ протоколов Н.323 и SIP приведен в [1] глава 7).

   Подход, основанный на использовании протокола MGCP, обладает весьма важным преимуществом перед подходом, предложенным ITU в рекомендации Н.323: поддержка контроллером шлюзов сигнализации ОКС7 и других видов сигнализации, а также прозрачная трансляция сигнальной информации по сети IP-телефонии. В сети, построенной на базе рекомендации Н.323, сигнализация ОКС7, как и любая другая сигнализация, конвертируется шлюзом в сигнальные сообщения Н.225.0 (Q.931).

   Основным недостатком третьего из приведенных в данном параграфе подходов является незаконченность стандартов. Функциональные составляющие, распределенных

шлюзов, разработанные разными фирмами-производителями телекоммуникационного оборудования, практически несовместимы. Функции контроллера шлюзов точно не определены. Не стандартизированы механизмы переноса сигнальной информации от шлюза сигнализации к контроллеру и в обратном направлении. К недостаткам можно отнести также отсутствие стандартизированного протокола взаимодействия между контроллерами. Кроме того, протокол MGCP является протоколом управления шлюзами, но не предназначен для управления соединениями с участием терминального оборудования пользователей (IP-телефонов). Это означает, что в сети, построенной на базе протокола MGCP, для управления терминальным оборудованием должен присутствовать привратник или сервер SIP. Стоит также отметить, что в существующих приложениях IP- телефонии, таких как предоставление услуг международной и междугородной связи, использовать протокол MGCP (также, как и протокол SIP) нецелесообразно в связи с тем, что подавляющее количество сетей IP-телефонии сегодня построено на базе протокола Н.323. Оператору придется строить отдельную сеть IP-телефонии на базе протокола MGCP (или SIP), что связано со значительными капиталовложениями. В то же время, оператор связи, имеющий оборудование стандарта Н.323, может присоединиться к существующим сетям IP-телефонии.

   В последнем из упомянутых подходов (в проекте версии 4 рекомендации Н.323) ITU-Т ввел принцип декомпозиции шлюзов, использованный в третьем подходе. Управление функциональными блоками распределенного шлюза будет осуществляться контроллером шлюза - MGC (Media Gateway Controller) при помощи протокола MEGACO/H.248. В проекте версии 4 рекомендации Н.323 предусмотрена также возможность прозрачной передачи сигнализации ОКС7 и других видов сигнализации по сетям IP- телефонии и обработка сигнализации всех видов привратником без преобразования в сигнальные сообщения Н.225.0.

   Приведенных в этой главе сведений отнюдь не достаточно для окончательных выводов относительно перспектив использования того или другого протокола IP-телефонии, хотя первое впечатление уже может сложиться. Если читатель желает сделать самостоятельные выводы относительно приведенных протоколов, то ему следует обратиться к [1] для приобретения более глубокого понимания рассматриваемых процессов.

 

 

Контрольные вопросы

 

  1. Изобразите архитектуру сети на базе протокола MGCP.
  2. Перечислите основные элементы сети на базе протокола MGCP.
  3. Что такое Media Gateway и как он работает.
  4. Что такое Call Agent и что он делает в сети базе протокола MGCP.
  5. Что такое Signaling Gateway и каковы его функции.
  6. Каким протоколом переносятся сообщения протокола MGCP.
  7. Какое решение обеспечивает масштабируемость сети MGCP.
  8. Начертите схему взаимодействие протокола MGCP с протоколом ОКС7 при установлении соединения.
  9. Что означает сообщение IAM протокола ISUP.
  10. Что означает сообщение CRCX протокола MGCP.
  11. Что означает сообщение ACK протокола MGCP.
  12. Что означает сообщение REL протокола ISUP.
  13. Что означает сообщение ANM протокола ISUP.
  14. Что означает сообщение DLCX протокола MGCP.
  15. Что означает сообщение RLC протокола ISUP.
  16. Что означает сообщение MDCX протокола MGCP.
  17. Начертите схему взаимодействие протокола MGCP с протоколами ОКС7 и Н.323 при установлении соединения.
  18. Что означает сообщение ARQ протокола RAS.
  19. Что означает сообщение ACF протокола RAS.
  20. Что означает сообщение ALERTING протокола H.323.
  21. Что означает сообщение CONNECT протокола H.323.
  22. Что означает сообщение DRQ протокола RAS.
  23. Что означает сообщение DCF протокола RAS.
  24. Что означает сообщение RLC протокола ISUP.
  25. Укажите и обоснуйте существенное преимущество протокола MGCP в сравнении с протоколом H.323.

 

Библиография

 

  1. Гольдштейн Б.С. и др. IP-телефония.М., Радио и Связь, 2001, 336с.
  2. Росляков А. В., и др. IP-телефония.М., Эко-Трендз, 2003.
  3. Дэвидсон Д. и др. Основы передачи голосовых данных по сетям IP.,М., 2007.,391 с.
  4. RFC 2705. Media Gateway Control Protocol (MGCP) Version 1.0. M. Arango, A. Dugan, I. Elliott, C. Huitema, S. Pickett. October 1999.
  5. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи. Том 1. М.: Радио и связь, 1998.