基于MGCP協(xié)議的VoIP系統(tǒng)研究

1、基于MGCP協(xié)議的VoIP系統(tǒng)研究 摘 要 以軟交換為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，對(duì)傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡(luò)的融合更展示了其內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。本文通過對(duì)軟交換中的MGCP協(xié)議的分析與研究，提出了MGCP體系實(shí)現(xiàn)模型并對(duì)其中各模塊進(jìn)行重點(diǎn)描述。關(guān)鍵詞 媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議 媒體網(wǎng)關(guān)控制器 媒體網(wǎng)關(guān) VoIP1 概述以軟交換為核心、IP為骨干網(wǎng)的下一代網(wǎng)絡(luò)將是一種融合的網(wǎng)絡(luò)，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)的融合，也將實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的融合?；谲浗粨Q的下一代網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)就是將業(yè)務(wù)、傳送媒體和控制相互分離。通過媒體網(wǎng)關(guān)接入終端設(shè)備，使呼叫信令通過IP網(wǎng)來(lái)承載，可以大大降低通話的成本和費(fèi)用。因此研

2、究基于媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議的VoIP成為當(dāng)前一個(gè)熱點(diǎn)。2 基于MGCP的媒體網(wǎng)關(guān)控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 MGCP協(xié)議 媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議MGCP（Media Gateway Control Protocol），顧名思義是用于控制來(lái)自外部呼叫控制單元的IP語(yǔ)音（VoIP）網(wǎng)關(guān)。MGCP定義了一種呼叫控制結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，呼叫控制與業(yè)務(wù)承載分離。呼叫控制功能獨(dú)立在MG（Media Gateway）外部，由稱為MGC （ Media Gateway Controller）或CA（Call Agent）的外部呼叫控制單元處理。MG需要執(zhí)行MGC發(fā)出的命令，所以，從本質(zhì)上說MGCP協(xié)議是一個(gè)主/從協(xié)議。2.2

3、媒體網(wǎng)關(guān)控制器 媒體網(wǎng)關(guān)控制器MGC（Media Gateway Controler）也稱為呼叫代理（Call Agent）提供信令和呼叫處理功能。具體來(lái)說，媒體網(wǎng)關(guān)控制器接受來(lái)自網(wǎng)關(guān)的事件，指示網(wǎng)關(guān)如何處理電話的接續(xù)，并將語(yǔ)音分組發(fā)送到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)上。媒體網(wǎng)關(guān)控制器應(yīng)該既能夠處理來(lái)自寬帶IP網(wǎng)的呼叫，由能夠處理傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡(luò)的呼叫。2.3 媒體網(wǎng)關(guān) 媒體網(wǎng)關(guān)（Media Gateway）是一種網(wǎng)絡(luò)單元，負(fù)責(zé)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的語(yǔ)音信號(hào)和IP網(wǎng)上的分組數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。根據(jù)其所在網(wǎng)絡(luò)中的位置不同用于實(shí)現(xiàn)不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通，其類型有中繼媒體網(wǎng)關(guān)，接入媒體網(wǎng)關(guān)等。3 基于MGCP的VoIP系統(tǒng)

4、研究3.1 MGCP系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型。 MGC和MG是通過MGCP協(xié)議進(jìn)行通訊的，而MGCP協(xié)議又是基于UDP（User Datagram Protocol）傳輸?shù)摹?MGC向MG發(fā)送指令，從而控制MG將電路交換的語(yǔ)音轉(zhuǎn)換為分組流，或者反之，也能夠?qū)?lái)自外部網(wǎng)絡(luò)的分組或信元數(shù)據(jù)流連接封裝為RTP（Real-time Transport Protocol）格式的分組或信元流。因此，MGCP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要涉及三個(gè)模塊：MGC模塊、MG模塊和UDP模塊。 本文考慮的MGCP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由一個(gè)媒體網(wǎng)關(guān)控制器、一個(gè)媒體網(wǎng)關(guān)和UDP組成，其中，媒體網(wǎng)關(guān)控制器由MGC模塊表示，媒體網(wǎng)關(guān)由MG模塊表示，UDP由UDP

5、模塊表示。MGC模塊有一個(gè)mgc_udp接口，該接口的主要功能是MGC下發(fā)消息給MG或者回應(yīng)MG發(fā)給MGC的消息。MG模塊有三個(gè)接口：一個(gè)mg_udp接口、一個(gè)mg_media_udp接口和一個(gè)mg_user接口，mg_udp接口用來(lái)發(fā)送MGC下發(fā)消息的響應(yīng)消息或者上報(bào)消息給MGC，mg_media_udp接口用于發(fā)送通話過程中的媒體流比如語(yǔ)音或者其他數(shù)據(jù)，mg_user接口功能則是MG檢測(cè)用戶摘、掛機(jī)等事件和信號(hào)以及時(shí)上報(bào)給MGC或者M(jìn)GC控制MG對(duì)用戶進(jìn)行放音信號(hào)等的下發(fā)（例如撥號(hào)音）等。UDP模塊有三個(gè)接口：一個(gè)udp_mgc接口、一個(gè)udp_mg的接口和一個(gè)udp_media_mg。前

6、兩個(gè)接口的功能主要是提供MGC和MG交互的平臺(tái)，最后一個(gè)接口是完成MG側(cè)的媒體流和MGC側(cè)的分組信元的轉(zhuǎn)換。 圖1 MGCP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）和媒體網(wǎng)關(guān)（MG）之間共有九種MGCP消息，總體來(lái)說分為兩類：命令和響應(yīng)。當(dāng)消息發(fā)送到MG或MGC時(shí)，稱之為命令；當(dāng)命令的證實(shí)消息從MG或MGC送回時(shí)，稱之為響應(yīng)。命令包括連接處理和端點(diǎn)處理命令，響應(yīng)為整數(shù)碼，接受到所有的命令都要回響應(yīng)，已表示命令完成或遇到錯(cuò)誤。同一MG下兩個(gè)用戶A（主叫用戶）和B（被叫用戶）完成一次完整的呼叫流程如下：MGC通過下發(fā)RQNT命令請(qǐng)求MG檢視A狀態(tài)。當(dāng)A摘機(jī)時(shí)，MG通過NTFY上報(bào)MGC，MGC收到NT

7、FY消息后通知MG根據(jù)其撥號(hào)方案收集撥打的號(hào)碼并送撥號(hào)音。A撥被叫B號(hào)碼，MG收號(hào)完成后通過NTFY通知MGC，MGC下發(fā)CRCX和A用戶相連的端點(diǎn)建立連接，同時(shí)MGC根據(jù)收到的被叫號(hào)碼找到和B用戶連接的端點(diǎn)并發(fā)送CRCX創(chuàng)建和B用戶端點(diǎn)之間的連接。之后MGC下發(fā)RQNT通知MG給用戶B放振鈴音，同時(shí)下發(fā)RQNT給用戶A放回鈴音。這時(shí)如果用戶B摘機(jī)，MG會(huì)檢測(cè)到并以NTFY上報(bào)給MGC。MGC發(fā)MDXC給用戶B相連的端點(diǎn)，將用戶A相連端點(diǎn)連接參數(shù)給B，同時(shí)命令MG停止B振鈴，之后MGC發(fā)MDXC給用戶A相連的端點(diǎn)，將B相連端點(diǎn)的連接參數(shù)給A，同時(shí)命令MG給A停放回鈴音，至此，MGC通過修改先前

8、分別和A、B用戶相連端點(diǎn)的連接，將A、B連接參數(shù)各自傳給彼此而使得A、B之間建立連接，這時(shí)用戶A和B可以雙向通話了。在上述過程中，每收到一個(gè)命令都會(huì)有響應(yīng)表示收到命令以防止命令的重發(fā)，在此為了敘述簡(jiǎn)潔略去了。3.2 MGC模塊 MGC模塊主要功能是負(fù)責(zé)呼叫控制，提供信令和呼叫處理。MGC模塊通過mgc_udp接口和網(wǎng)絡(luò)通信，通過該接口經(jīng)UDP模塊向MG發(fā)送MGCP命令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)MG的控制。其中MGC模塊中又包含兩個(gè)子模塊：(1) 呼叫控制（Call Control）：呼叫控制的主要功能是用來(lái)協(xié)調(diào)MG創(chuàng)建連接，MGC能命令MG對(duì)不同媒體流所應(yīng)監(jiān)視的事件及其相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將其報(bào)告給MGC

9、。同樣，MGC也能通知MG解除對(duì)信號(hào)的監(jiān)視。(2) 事務(wù)處理控制（Transaction Control）：事務(wù)處理控制模塊用于管理事務(wù)處理，它能夠保存當(dāng)前正在執(zhí)行的事務(wù)處理清單以及通過tc_cc接口已經(jīng)發(fā)送給呼叫控制模塊的最近的事務(wù)處理的響應(yīng)清單。如果發(fā)現(xiàn)輸入命令消息的事務(wù)處理標(biāo)識(shí)符不在清單中，就將該消息轉(zhuǎn)發(fā)到呼叫控制模塊中，否則重發(fā)該命令的響應(yīng)。此外，事物處理控制模塊負(fù)責(zé)將呼叫控制模塊通過cc_tc接口發(fā)給它的MGCP消息通過mgc_udp接口轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中。在發(fā)生異常時(shí)對(duì)模塊進(jìn)行保護(hù)這時(shí)要用到定時(shí)器。事務(wù)處理模塊通過對(duì)定時(shí)器的管理在超時(shí)未收到響應(yīng)消息的情況下重發(fā)命令消息。圖2 MGC模塊呼

10、叫控制模塊和事務(wù)處理模塊工作原理如下：呼叫控制模塊通過事務(wù)處理模塊收到來(lái)自MG的NTFY消息時(shí)，首先檢查被叫號(hào)碼的有效性，若無(wú)效則命令MG放提示音給主叫，若有效就向MG發(fā)送CRCX消息，創(chuàng)建和主叫端點(diǎn)的連接。同時(shí)呼叫控制模塊等待收到正確的響應(yīng)消息后，將向該MG下的被叫端點(diǎn)發(fā)送CRCX消息，用于創(chuàng)建和被叫端點(diǎn)的連接。如果呼叫控制模塊接收到來(lái)自被叫端點(diǎn)的正確響應(yīng)消息，則要檢查主叫端點(diǎn)的狀態(tài)，如果主叫端點(diǎn)的狀態(tài)處于連接狀態(tài)，則向主叫端點(diǎn)發(fā)送RQNT消息命令MG向主叫用戶放回鈴音。用戶掛機(jī)時(shí)MG上報(bào)NTFY消息經(jīng)過事務(wù)處理模塊轉(zhuǎn)發(fā)到呼叫控制模塊，則向該MG返回一個(gè)DLCX并檢查屬于同一個(gè)呼叫識(shí)別符的另

11、一個(gè)端點(diǎn)的狀態(tài)，然后向該端點(diǎn)發(fā)送DLCX或RQNT消息。3.3 MG模塊MG模塊有三個(gè)接口：mg_udp接口和mg_media_udp接口用于和網(wǎng)絡(luò)通信，mg_user接口用于和端點(diǎn)通信，從而和接在某端點(diǎn)上的用戶通訊。MG可以檢測(cè)和端點(diǎn)相連的用戶事件（如摘機(jī)事件）、發(fā)送呼叫信號(hào)（如振鈴信號(hào)）或者從端點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。MG模塊包括三個(gè)子模塊：(1) 事務(wù)處理控制（Transaction control）：MG模塊中的事務(wù)處理控制和MGC模塊中事務(wù)處理控制功能類似也是用于管理事務(wù)處理，能夠保存已經(jīng)被發(fā)送到最近的事務(wù)處理的響應(yīng)清單以及當(dāng)前正在執(zhí)行的事務(wù)處理清單。如果發(fā)現(xiàn)輸入命令消息的事務(wù)處理標(biāo)識(shí)符不在清單

12、中，就將該消息轉(zhuǎn)發(fā)到連接控制模塊中，否則重發(fā)該命令的響應(yīng)。另外，事物交易控制模塊負(fù)責(zé)將來(lái)自連接控制模塊的MGCP消息轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中，也能夠管理定時(shí)器并在超時(shí)的情況下重發(fā)命令消息。(2) 連接控制（Connect control）：用于檢測(cè)來(lái)自和端點(diǎn)相連用戶的事件并通過cc_tc接口將事件發(fā)給事務(wù)處理模塊，經(jīng)它處理后向MGC發(fā)送通知命令。連接控制模塊能夠維護(hù)MG側(cè)的端點(diǎn)狀態(tài)，也可以將連接建立消息通過cc_dc接口轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)控制模塊中。(3) 數(shù)據(jù)控制（Data control）：用于響應(yīng)和連接有關(guān)的命令，這些命令來(lái)自攜帶有連接標(biāo)識(shí)符和連接地址的連接控制、去往連接控制模塊。此外，數(shù)據(jù)控制也負(fù)責(zé)將來(lái)自

13、網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到端點(diǎn)，或者將端點(diǎn)事件信號(hào)打包后發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中。 圖3 MG模塊當(dāng)事務(wù)處理控制模塊收到一個(gè)命令消息時(shí)，根據(jù)事務(wù)處理識(shí)別符檢查最近接收到的事件清單，如果沒有相應(yīng)的事務(wù)處理，則將其作為一個(gè)新的事務(wù)處理存儲(chǔ)在事件清單中，并轉(zhuǎn)發(fā)給連接控制模塊。如果發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的事務(wù)處理，則將對(duì)應(yīng)的響應(yīng)置于事件清單中并重發(fā)該響應(yīng)。當(dāng)連接控制模塊檢測(cè)到處于“請(qǐng)求事件”狀態(tài)中的端點(diǎn)事件時(shí)，就向事務(wù)處理控制模塊發(fā)送NTFY消息，由事務(wù)處理控制模塊將該消息封裝成UDP分組并轉(zhuǎn)發(fā)給MGC。隨后，連接控制過程進(jìn)入通知狀態(tài)。在通知狀態(tài)下，連接控制模塊不會(huì)發(fā)送另一個(gè)NTFY消息，也不能通過事務(wù)處理控制模塊處理來(lái)自MGC的RQNT

14、消息。來(lái)自MGC的響應(yīng)消息和RQNT消息可能是亂序的，但連接控制模塊將在收到RQNT消息后，首先將其暫存起來(lái)，直至收到響應(yīng)消息后才會(huì)退出通知狀態(tài)。此后，連接控制模塊對(duì)RQNT消息進(jìn)行處理并通過響應(yīng)消息進(jìn)行回應(yīng)。當(dāng)連接控制模塊收到CRCX、MDCX或DLCX消息后，會(huì)將其轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)控制模塊中，由數(shù)據(jù)控制模塊負(fù)責(zé)檢查資源限制并通過對(duì)應(yīng)的連接標(biāo)識(shí)符和地址進(jìn)行響應(yīng)。3.4 UDP模塊 UDP模塊的功能就是用來(lái)承載信元包的轉(zhuǎn)發(fā)，用來(lái)將一個(gè)信元分組從源地址轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址。該過程能夠仿真網(wǎng)絡(luò)的一些屬性，如隨機(jī)丟棄部分分組或者以亂序的方式發(fā)送分組。在MGCP系統(tǒng)中分別向MGC和MG提供接口。udp_mgc接口和udp_mg接口協(xié)助完成MGC和MG之間信令的交互，udp_media_mg接口主要協(xié)助實(shí)現(xiàn)MG用戶端點(diǎn)側(cè)的媒體流和MGC側(cè)分組信元之間的格式轉(zhuǎn)換。4 結(jié)束語(yǔ)本文針對(duì)基于MGCP的VoIP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)說明，總體分為三個(gè)