VoIP通讯协议与Softswitch网络交换机技术

2019-11-04 01:51:40

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供稿：网友

　　在过去，传统电信网络(Public Switched Telephone Network；PSTN)与因特网(Internet PRotocol Network；ip Network)分属不同连结网络，电信网络仅单纯的用来传输模拟电话及传真，而因特网则是处理数字数据的传送。

由于数字讯号处理DSP技术的开发，计算机电话整合(Computer Telephony Integration；CTI)技术的演进，衍生出新的产品与服务，使得计算机与电话市场增加了新的应用，像是计算机电话应用产生器(application Generator)、讯息整合系统(Unified Messaging System；UMS)和自动话务分配(Automatic Call Distribution；ACD)。有了计算机电话整合技术成功的经验，遂想进而融合现有的因特网，于是有了因特网电话网关(Internet Telephony Gateway；ITG)的设计。
　　
　　　　过去几年是以ITU-T H.323标准作为VoIP(Voice over IP)技术的基础，透过IP网络提供基本之电话服务。不过近来的发展已逐渐显示出原先H.323的架构并不符合VoIP系统未来长久发展之需，而势必得在其现有基础上做适当的调整，才能满足未来VoIP与PSTN/PLMN整合上的需求。
　　
　　　　现在，一些世界标准组织及策略联盟纷纷提出新的协议与架构，例如：IETF(Internet Engineering Task Force)订定了MGCP、MEGACO、SIP、SIGTRAN等协定；ISC协会(International Softswitch Consortium)亦着手制定网络交换机(Softswitch)系统架构。在这个系统中，有新的设备及协议，希望能整合传统电信PSTN网络到IP网络中。藉由电信与信息技术的结合、标准化的系统架构，以及开放的应用程序接口，改变了电信产业未来的发展。而网络交换机(Softswitch)技术负责因特网电信与传统电信网络的介接，将在新一代的因特网电信系统扮演相当重要的角色。 Softswitch系统架构发展新世代因特网电信技术，首要面对的课题就是要能与现有的电信网络架构整合。在图1中，分别描绘了传统电信网络(图左侧)及因特网电信(图右侧)的架构示意图。
　　
　　　　传统电信网络中电话建立的过程为：语音(Voice)部份是经由局用交换机(CO Switches)之间的Trunk接口传输；信令(Signaling)部份则是透过SS7网络传递。假如只是一般的通话，负责通话控制(Call Control)的SS7 ISUP信令，仅会透过SS7网络的信号转运点(Signal Transfer Point；STP)，在发话端交换机(Originating Switch)与受话端交换机(Terminating Switch)之间传送；然而，当通话需要智能网络服务(IN Services)时，则要发送SS7 TCAP信令，经由SS7网络转送至提供该服务的服务控制点(Service Control Point；SCP)，要求提供该项服务；若是该项服务包括语音播放(Announcement)、互动语音响应(Interactive Voice Response；IVR)，此时SCP就会要求智能型设备(Intelligent Peripheral；IP)播放语音给发话端，同时侦测发话端的按键，并将按键结果之DTMF回传给SCP，用来决定该项服务的进行。
　　
　　　　在因特网电信架构中，为了与传统电信网络介接(Interworking)，安排了信令网关(Signaling Gateway；SG)和SS7网络连接，以接收由SS7网络传送来的信令，经过格式转换再交由媒体网关控制器MGC(Media Gateway Controller；在MGCP称之为话务代理(Call Agent))。MGC的功能包含通话控制与路由(Routing)、信令处理、媒体网关控制，以及产生通话记录(Call Detail Records；CDR)。MGC和信令网关之间的接口规格目前正由IETF SIGTRAN(Signaling Transport)这个工作小组所制定。在此架构中，媒体网关(Media Gateway；MG)则扮演着媒体格式转换的角色，它负责将电信网络传递来的语音或影像格式转换成IP网络上所传递的RTP格式。而MGC则透过MGCP或MEGACO/H.248来控制不同类型的媒体网关。另外，MGC与MGC之间的沟通则是藉由SIP-T(SIP for Telephones)，现今SIP-T仍在IETF作进一步的研议。
　　
　　　　相对于传统电信网络提供服务的SCP与IP，在因特网电信架构中也有类似的组件，例如：应用服务器(Application Server；AS)类似SCP，负责提供加值性的服务(如：080、Voice Mail服务)，它可支持JAIN或Parlay的标准应用程序接口，提供给上层的应用程序发展者，使得应用服务的开发更为轻易且具可移植性(Portability)；而AS与MGC间的通讯协议SIP-TSI(SIP-Telephony Service Interface)，目前尚在ISC讨论阶段，并无明确的文件数据；另外，媒体服务器(Media Server；MS)则类似传统电信网络的智能型设备(Intelligent Peripheral；IP)，利用RTP来传送语音讯息给媒体网关(或网络电话)，或是接收媒体网关(或网络电话)传送来的语音讯息和DTMF按键数据。
而应用服务器与媒体服务器间的通讯协议，甚至两者间的架构关系，都仍在ISC讨论，并无确切的结果。
　　
　　　　Softswitch相关通讯协议透过通讯协议的制定，在新世代因特网电信架构中组件之间有了沟通的标准接口，使得组件的开发者有了共通的依据，而组件的购买者也有了选择的机会，可以依照需要来选购所要的组件产品，同时降低了系统更新的成本，也让系统架构拥有弹性扩充(Scalability)的能力。另外，制造商可以自由地发展自己的产品，而且不同厂商所生产的产品也具有互通性。接下来我们将介绍Softswitch相关的三个开放式接口标准。
　　
　　　　SIGTRAN (Signaling Transport) 首先来看Signaling Gateway接收来自SS7网络的信令，如何在IP网络上传递。图2和图3分别显示SS7 ISUP(ISDN User Part)和TCAP(Transaction Capabilities Applications Part)信令如何作信令格式的转换。其中，IETF SIGTRAN工作群组定义了交换线路网络信令调适SSA(Switched Circuit Network Signaling Adaptation；SSA)和共通信令运输CST(Common Signaling Transport；CST)这两层的功能。CST层建构在IP层之上，提供SS7信令在IP网络上可靠的传输。目前正为CST层制订SCTP(Stream Control Transmission Protocol)这个通讯协议；之所以会舍弃现有的TCP，而另外定义SCTP的主要原因有二。
　　
　　　　一为SS7的信令传递通常都是很急迫的，稍有延迟便失去了意义，TCP的Retransmission机制将会造成不良的影响。
　　
　　　　二为TCP轻易受到Resource-Attack这样的攻击而造成系统的当机，而SCTP针对安全性的议题则有较周延的考虑。至于SSA层则是专门负责支持SS7信令中原有的特性或功能(例如：SCCP(Signaling Connection Control Part)层的全域名称转换(Global Title Translation)。
　　
　　　　MGCP/MEGACO MEGACO与MGCP (Media Gateway Control Protocol)与从字面上解释即知，它们是定义媒体网关控制器MGC用来控制媒体网关MG的沟通标准，MGCP与MEGACO两者运作方式都采主从式(Master-Slave)架构，仅仅使用数个简单的命令(Commands)就可完成通话的建立与终结(图4)。MGCP第一次发表于1998年10月，而最后版本于1999年10月发表为RFC 2705；至于MEGACO /H.248则己在2000年11月分别为ITU-T与IETF会议接受，发表为RFC 3015。虽然这两个协议具有相同的架构与类似的运作精神，但是相较于MGCP，MEGACO提供更弹性的接口，让MGC对MG上的资源作动态治理。像在MGCP的联机模式中，通话建立的过程，MGC透过Commands治理媒体网关MG上的端点(Endpoints)，此端点同时包含了一组分别面对PSTN与Internet的资源；相对地，在MEGACO的联机模式中，MGC透过Commands治理的是媒体网关MG上的终端(Terminations)，而不论是面对PSTN或Internet的资源，都个别地被视为一终端。
　　
　　　　SIP(session Initiation Protocol) SIP是一种属于因特网应用层(Application-Layer)的信令控制协议，用来建立(Create)、更改(Modify)与终结(Terminate)议程。目前有六个方法(Methods)可供使用来发送需求(Requests)，分别是邀请(INVITE)、确认(ACK)、再见(BYE)、取消(CANCEL)、选项(OPTIONS)、注册(REGISTER)。
　　
　　　　当有人要建立议程，可藉由送出INVITE来进行，过程中可透过一些委任服务器(Proxy Server)或转向服务器(Redirect Server)找到议程相关的参与者，当然这参与者必须已经事先利用REGISTER跟对应的注册/位置服务器(Registrar/Location Server)登录，当议程发起人收到参与者的回应，则会送出ACK作确认，流程可参考图5与图6。至于目前正在研议的Softswitch架构，模块组件之间沟通采用的SIP接口，则需要将SIP加以延伸，才能支持达成一些系统基本的服务应用实例。举例来说，为了让使用者在读取语音邮件(Voice Mail Retrieval)时能够传递DTMF按键信息，就需要新增SIP Method信息(INFO)；另外为了提供使用者端的留言显示(Message Waiting Indication)，则需要新增两个SIP Methods，分别是订阅(SUBSCRIBE)与通知(NOTIFY)。
　　
　　　　未来展望
　　　　网络交换机技术是以传输效率较高的封包交换，将语音及数据数据于因特网上传送：随着各个模块组件间的开放式标准接口逐一制定，可将原本异质的电信网络与因特网加以连结统合成单一网络。在此新的架构，不仅传统电信服务，如智能网络(Intelligent Network；IN)服务，可以透过IP网络来享用，新的多媒体(Multi-media)服务也能轻易且快速地建置，甚至可提供个人化的电信服务。
　　
　　　　因特网电信为一整合电信与信息之崭新电信产业，目前仍处萌芽期，而且其性质因因特网技术的弹性，而使因特网电话服务提供者(Internet Telephone Service Provider；ITSP)之规模可大可小，这使国内厂商有绝佳契机在因特网电信系统局端设备上攻入市场，提升国内之电信产业。

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