Протоколы управления сетями NGN

На рис. 20.6 приведена схема взаимодействия гибкого коммутатора с другими элементами сети NGN [187]. Представленный на нем набор протоколов достаточно подробно рассмот­рен в технической литературе. Безусловным фаворитом среди них является протокол SIP.

Для взаимодействия двух гибких коммутаторов могут применяться два протокола, один из которых SIP (SIP-T) разработан комитетом IETF, а второй BICC специфицирован ITU-T. Сегодня на роль протокола взаимодействия претендует протокол SIP-T, хотя BICC обладает возможностью работы и с сигнализацией DSS1, а не только с ОКС № 7.

Сегодня, в основном, предлагается использовать для взаимодействия между гибкими коммутаторами протоколы SIP/SIP-T, а для взаимодей­ствия гибких коммутаторов с подчиненными им коммутационными устройствами — прото­колы стандарта MGCP/Megaco/H.248. И те, и другие протоколы разрабатывались IETF и по­этому изначально ориентированы на IP-сети. Это говорит о том, что они легко интегрируе­мы в стек существующих протоколов Интернет.

Рис. 20.5. Схема взаимодействия гибкого коммутатора с другими элементами сети NGN:

GK — Gatekeeper (привратник); SG — Signalling Gateway (сигнальный шлюз); TG — Trunking Gateway (шлюз соединительных линий); AG — Access Gateway (шлюз доступа); МАК — мультисервисный абонентский концентратор. SIP является протоколом прикладного уровня, позволяющим устанавливать, изменять и завершать мультимедийные сессии. Текстовый формат его сообщений значительно упроща­ет их кодирование, декодирование и анализ, и это позволяет реализовать протокол на базе любого языка программирования. Число информационных полей в сообщениях SIP состав­ляет всего несколько десятков (при сотнях в протоколе Н.323). Естественно, такой протокол работает быстрее и эффективней, что очень важно при взаимодействии гибких коммутаторов между собой.

Кроме того, IETF разработала модифицированный протокол SIP-T (SIP for Telephony). В основном это было сделано с целью интеграции сигнализации ОКС № 7 с протоколом SIP. Протокол BICC (Bearer Independent Call Control) разрабатывается МСЭ-Т с 1999 года и ориентирован на использование для соединения двух сетей ОКС № 7 через сеть пакетной коммутации.

Таким образом, поддержка оборудованием тех или иных протоколов напрямую связана с обеспечением требуемой сетевой функциональности. Далее протоколы NGN описаны бо­лее подробно.

Протоколы SIP и SIP-T

SIP — протокол прикладного уровня, с помощью которого осуществляются такие опера­ции, как установление, модификация и завершение мультимедийных сессий или вызовов по IP-сети [82, 188]. В мультисервисных сетях SIP выполняет функции, аналогичные тем, кото­рые реализованы в Н.323. Сессии SIP могут включать мультимедийные конференции, дис­танционное обучение, Интернет-телефонию и другие подобные приложения. Сегодня он претендует на роль международного стандарта.

SIP предназначен для установления сеансов связи между хостами Интернет. Как свой­ственно всему трафику Интернет, эти сеансы имеют одноранговую природу. Протокол пре­дусматривает специализированные серверы SIP, но их использование необязательно. Эти серверы SIP могут служить для регистрации, переадресации и других функций. Протокол SIP поддерживает полностью распределенную сервисную модель. Сервисы могут находить­ся на пользовательских терминалах (телефонах, PDA и т.д.), серверах SIP и любой их ком­бинации.

SIP отличается от Н.323 во многих отношениях. SIP был стандартизован и опубликован в качестве RFC 3261 в 2002 году. Работа над определением дополнительных голосовых ус­луг находится пока на ранней стадии. Однако ввиду того, что SIP целиком базируется на протоколах Интернет (в частности, HTTP), он открывает гораздо более короткий путь к ин­теграции голосовых и информационных сервисов. SIP позволяет без труда реализовать та­кие возможности, как загрузка специфического пользовательского интерфейса на 1Р-терми- нал. Кроме того, добавление новых сервисных возможностей и расширение протокола мож­но осуществлять без угрозы создать проблемы в области совместимости, так как специфи­кация SIP опирается на принципы Интернет.

Как и Н.323. протокол SIP не имеет четко определенного межсетевого интерфейса. Од­нако рабочая группа по управлению многоточечными сеансами мультимедиа-связи телефонией. Однако сети VoIP все же не могут существовать в изоляции от традиционных телефонных сетей. Телефонной сети на основе SIP необходимо взаимодействие с ТфОП.

Важной характеристикой телефонной сети SIP является свойство прозрачности по отно­шению к ТфОП. Традиционные телефонные услуги, такие как вызов с ожиданием, бесплат­ный вызов и т.д., реализуемые в протоколах ТфОП, таких как ОКС № 7, должны предла­гаться сетью SIP таким образом, чтобы исключить нежелательные различия, ощущаемые пользователем, не ограничивая в то же время гибкость SIP. С одной стороны требуется, что­бы SIP поддерживал примитивы для предоставления услуг, в которых оконечной точкой яв­ляется скорее обычный SIP-телефон, чем устройство, доступное через ОКС № 7. Кроме то­го, существенно то, что информация ОКС № 7 должна быть доступна на шлюзах — точках взаимодействия ОКС № 7 и SIP, для обеспечения прозрачности функций, по-другому не поддерживаемых SIP. По возможности информация ОКС № 7 должна быть доступна другой стороне в сети SIP через интерфейс ТфОП-IP полностью и без каких-либо потерь. Некото­рые ограничения возникают из-за того, что некоторые сети используют собственные пара­метры ОКС № 7 для передачи определенной информации через такие сети.

Другой важной характеристикой телефонной сети SIP является маршрутизируемость за­просов SIP. Это означает, что запрос SIP, устанавливающий телефонный вызов, должен со­держать в своем заголовке информацию, достаточную для его маршрутизации прокси-сер- верами к месту назначения через сеть SIP. Обычно это влечет за собой то, что параметры вызова, такие как вызываемый номер, должны быть перенесены из сигнализации ОКС № 7 в запросы SIP. На маршрутизацию в сети SIP могут по очереди влиять такие механизмы, как TRIP или ENUM.

Протокол SIP-T (SIP for Telephones) обеспечивает инкапсуляцию информации традицион­ной телефонной сигнализации в сообщения протокола SIP (табл. 6.3) [290]. SIP-T поддержива­ет характеристики телефонной сети SIP при помощи технологий инкапсуляции (encapsulation) и трансляции (translation). В шлюзе SIP-ISUP сообщения подсистемы ISUP сети ОКС № 7 ин­капсулируются в сообщения протокола SIP с тем, чтобы информация, требуемая для услуги, не была отброшена в запросе SIP. Кроме того, посредники — прокси-серверы, обеспечивающие решение задач маршрутизации для запросов SIP, не поддерживают протоколы ISUP. Поэтому некоторая критическая информация транслируется из сообщения ISUP в соответствующие за­головки SIP с целью установить, как должен маршрутизироваться запрос протокола SIP.

Таблица 20.4. Свойства протокола SIP-T, позволяющие выполнить требования по взаимодействию сетей ТфОП-IP

Протокол Н.323

Н.323 — это кoмплекс протоколов, хотя все они часто именуются просто Н.323 [29]. Стан­дарт ITU-T Н.323 был разработан для обеспечения установки вызовов и передачи голосово­го и видеотрафиков по пакетным сетям, в частности, Интернет и интранет, которые не гарантируют качества услуг (QoS). Он использует протоколы Real-Time Protocol и Real-time Transport Control Protocol (RTP/RTCP), разработанные группой IETF, а также стандартные кодеки ITU-T серии G.xxx. Для общей реализации Н.323 требуется четыре логических объекта или компонента: терминал, шлюз (GW), привратник (GK) и блок управления многосторонней связью (MCU) (рис 20.6).

Рис 20.6 Архитектура Н.323

Сложность Н.323 заключается в том, что для предоставления услуг необходимо совме­стное использование компонентов различных протоколов и между ними нет четкой грани­цы. Например, переадресация вызова требует использования частей протоколов Н.450, Н.225.0 и Н.245. Помимо этого, Н.323 предлагает несколько способов реализации одной и той же функции. Например, существуют три различных способа совместного использова­ния Н.245 и Н.225.0. В первоначальной версии H.323vl для каждого протокола устанавли­вались отдельные соединения. Сначала организуется канал Н.225.0, в рамках которого свя­зываются два привратника и определяются параметры для установления соединения сигна­лизации. Далее происходит обмен по упрощенному варианту ISDN протокола Q.931, позво­ляющему установить телефонное соединение. Затем открывается канал для Н.245, необхо­димый для контроля параметров мультимедийной сессии (ширина канала, тип кодека и т.д.). И только после этого устанавливается канал передачи мультимедийных пакетов. Это требует длительного обмена сигнальными сообщениями между элементами сети, и вся про­цедура занимает много времени.

Второй способ совместного использования Н.245 и Н.225.0 отличается от первого толь­ко тем, что Н.245 туннелируется через Н.225.0.

Третий вариант предлагается в версии протокола H.323v2 в виде процедуры FastStart, которая объединяет Q.931 и Н.245, т.е. в первоначальный запрос на соединение включены параметры будущей сессии. Хотя FastStart более эффективен, Н.323 позволяет использова­ние любой из трех процедур, к поддержке которых должны быть готовы привратник и шлюз, что еще более усложняет и без того непростую задачу.

Вследствие того, что Н.323 разрабатывался ITU-T, значительные усилия были потраче­ны на определение дополнительных голосовых услуг. В настоящее время Н.323 определяет множество голосовых услуг, хотя еще большее число не определено.

Протокол Н.323 в своем нынешнем виде имеет ряд пробелов, хотя многие из них должны быть ликвидированы в следующей версии. Весьма специфические технические вопросы, на­пример, длительное время установления соединения, активно решаются. Однако более общие вопросы, в частности, сложность протокола, более проблематичны. Это обстоятельство за­медляет разработку продуктов на базе Н.323 из-за трудностей написания и отладки кода.

Наконец, Н.323 был изначально определен как одноранговый протокол для локальных сетей и пока он не имеет межсетевого интерфейса, отличного от межпользовательского (или однорангового), и не обеспечивает контроля за перегрузками. Для надлежащего функ­ционирования телефонных сервисов и соблюдения корпоративных требований необходим четкий межсетевой протокол. Его отсутствие не составляет проблемы в случае частных се­тей, голосовых звонков с компьютера на компьютер и даже многих международных вызо­вов. Однако, если операторы хотят создать сети для предоставления услуг в масштабах всей страны или для обеспечения соединения между телефонными сетями, то этот вопрос приоб­ретает критическое значение. В последнее время многие провайдеры услуг начали отказы­ваться от Н.323 в пользу SIP именно в силу названных причин.

Протокол Меgасо/Н.248

Протокол Megaco (известный также как стандарт МСЭ-Т Н.248 [28]) должен заменить MGCP в качестве стандарта для управления шлюзами MG. Megaco служит общей платфор­мой для шлюзов MG, устройств управления многоточечными соединениями MGU и уст­ройств интерактивного голосового ответа IVR.

Модель соединений, используемая Megaco, концептуально более проста, чем для прото­кола MGCP. Megaco рассматривает шлюзы MG как набор оконечных устройств, которые могут быть соотнесены друг с другом внутри определенного контекста. Оконечное устрой­ство является источником или приемником медиапотоков. Как и в MGCP, оконечные уст­ройства могут быть либо физическими, либо виртуальными. Соединение реализуется, когда одно оконечное устройство помещается в контекст другого. К примеру, переадресация вы­зова выполняется посредством перемещения оконечного устройства из одного контекста в другой, а видеоконференция будет инициализирована размещением нескольких оконечных устройств в общем контексте.

Протокол Megaco прекрасно подходит для предоставления комплексных — как базо­вых, так и расширенных — услуг индивидуальным пользователям и малым компаниям. Его сила — в принципах функционирования протокола. Он создавался исходя из предположе­ния, что клиенты могут поддерживать лишь самые простейшие операции обычной телефон­ной сети (интеллектуальный клиент наподобие ПК не нужен) и что интеллект сети сосредо­точен на АТС. Протокол Megaco заменяет собой используемую во многих испытаниях VoIP модель привратников Н.323. Он трансформирует внутренние сложные механизмы телефон­ной сети на границе сети провайдера услуг с помощью множества управляемых шлюзов на телефонной станции на базе IP. Например, пользователи могут сохранить имеющиеся телефо­ны или УАТС и тем не менее подключиться к сети следующего поколения или интегрирован­ному коммутатору. Эти коммутаторы поддерживают преобразование речи в пакеты и под­ключаются со стороны заказчика к стандартному голосовому оборудованию коммутации ка­налов. Интегрированный коммутатор преобразует коммутируемые телефонные вызовы в па­кеты IP и использует MGCP для сигнализации или установления соединения через сеть IP.

Цель стандартизации протокола управления устройствами состоит в сохранении пози­тивных атрибутов централизованной архитектуры управления (масштабируемость, надеж­ность и соответствие регулированию в области телефонных сетей) при одновременном повышении совместимости операции в случае использования устройств разных производите­лей. Протокол Megaco является ключом к достижению этой цели при построении сети VoIP.

Протокол MGCP

Протокол управления шлюзами между средами передачи (Media Gateway Control Protocol, MGCP) [84] был предложен группой, теперь именуемой International Softswitch Consortium. В середине 1998 года был создан технический консультативный комитет (Technical Advi­sory Council, ТАС), куда входили около десятка ведущих производителей коммуникацион­ного оборудования, и предложен протокол управления устройствами IP (Internet Protocol Device Control, IPDC). В то же время Telcordia разработала простой протокол управления шлюзами (Simple Gateway Control Protocol, SGCP). После того как IETF сформировала ра­бочую группу Megaco, протоколы были объединены, в результате чего и появился MGCP.

MGCP был представлен на рассмотрение рабочей группе Megaco. Между тем Lucent Technologies предложила третий протокол, под названием протокол управления устройства­ми среды передачи (Media Device Control Protocol, MDCP), и в результате слияния всех предложений образовался новый, усовершенствованный протокол, названный Megaco (он также известен как Н.248).

Суть протокола MGCP состоит в том, что управление сигнализацией сосредоточено на центральном управляющем устройстве, называемом контроллером сигнализаций, и полно­стью отделено от медиапотоков. Эти потоки обрабатываются шлюзами или абонентскими терминалами, которые способны исполнять лишь ограниченный набор команд, исходящих от управляющего устройства.

Архитектура протокола MGCP-сети также очень проста, в ней выделяются всего два функциональных компонента. Первый может быть представлен шлюзом или IP-телефоном, а второй — устройством управления вызовами, которое может называться контроллером сигнализаций, контроллером шлюза MGC или гибким коммутатором (softswitch). Иногда контроллер сигнализаций представляют в виде двух компонентов — собственно контролле­ра, выполняющего функции управления шлюзами, и шлюза сигнализации, обеспечивающе­го обмен сигнальной информацией и согласование между традиционной телефонной сетью и сетью IP.

Протокол BICC

Протокол управления вызовом независимо от среды переноса (Bearer Independent Call Con­trol protocol, BICC [35]) разработан ITU-T (Рекомендации Q.1900...Q.1999) и может приме­няться для взаимодействия MGC между собой при установлении соединения от (к) абонен­та ТфОП.

Протокол BICC используется с целью соединения двух сетей ОКС № 7 через сеть па­кетной коммутации. Поскольку удалось достичь того, что сообщения BICC могут переда­ваться через различные пакетные сети, то протокол BICC оказался не зависящим от способа передачи сигнальной информации.

Система транспорта сигнализации является одной из главных составляющих протокола BICC. Предусматривается по одному объекту STC (Signaling Transport Converter) на каждую сигнальную связь. Протокол BICC передает или принимает сообщения этой сигнальной связи, используя соответствующую точку доступа к услуге SAP (Service Accept Point). Два равнозначных блока функции обслуживания вызова CSF (Call Service Function) используют услугу транспортировки сигнальной информации BICC для уверенной передачи информа­ции между ними и индикации доступности услуг. Таким образом, обмен сообщениями BICC между одноранговыми протокольными единицами BICC происходит с использовани­ем этой услуги.

Протокол SIGTRAN

Протокол Signaling Transport (SIGTRAN) представляет собой набор протоколов для переда­чи сигнальной информации по IP-сетям [81]. Он является основным транспортным компо­нентом в распределенной архитектуре VoIP и используется в таких устройствах, как SG, MGC, Gatekeeper (привратник).

SIGTRAN реализует функции протокола управления передачей потоков данных (Stream Control Transmission Protocol, SCTP) и уровней адаптации. SCTP отвечает за надежную пе­редачу сигнальной информации, осуществляет управление потоком, обеспечивает безопас­ность. В функции уровней адаптации входит передача сигнальной информации от соответ­ствующих сигнальных уровней, использующих службы SCTP. Эти протоколы ответственны за сегментацию и пакетирование пользовательских данных, защиту от имитации законного пользователя, изменения смысла передаваемой информации и ряд других функций.