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【摘要】 第三代移动通信系统网络复杂，内容广泛，主要分为核心网、无线网与业务网，本文重点分析第三代移动通信系统中R4版本的核心网MSC部分，从论述3G的网络结构出发，详细阐述了核心网分布式体系的基本机制，MSC Server如何通过H.248协议控制MGW。
【关键词】 MSC；MGW；H.248
【中图号】 TN929.5【文献标示码】 B 【文章编号】 1005-1074(2008)11-0175-02
1 绪论
随着移动通信市场的不断扩大，移动语言业务正逐步替代固定电话业务，固定运营商的语音业务正被不断分流。据UMTS论坛估计，到2010年，3G业务的收益将超过3000亿美元，其中三分之二来自数据业务，这正是运营商所寻求的新的收入增长点。电路域规划。类R4组网是在R4组网的基础上提出的一种组网方案。该方案提出是为了沿用R4组网的控制承载分离的软交换架构，同时规避IP承载话音的技术风险。该组网方案的实质是采用R4的架构、TDM承载组网。类R4组网下MSC由MSC Server和MGW组成，MSC Server和MGW分离。一个MSC Server控制下的局内MGW间采用TDM承载， MSC Server和MGW之间信令采用IP专线或者承载在ATM上。MSC局间采用ISUP信令和 TDM话路互连。类R4组网需要考虑局内MGW网络拓扑和Mc接口的承载类型。本次黑龙江通信3G规划采用PreR4组网，根据各地市的实际情况，采用不同的组网应用模式。
2 R4网元实体
从R99到R4，UMTS基本结构在电路域上发生了变化，根据呼叫控制和承载以及承载控制分离的思想，R99网络电路域的网元实体（G）MSC在R5阶段演化为媒体网关MGW和（G）MSC Server两部分；同时相关接口发生了变化，增加了MGW和MSC Sever之间的Mc接口、MSC Sever和GMSC Sever之间的Nc接口、MGW之间的Nb接口以及R-MGW和HLR之间的Mh接口。H.248就是Mc接口的协议。
2.1 网络接口
2.1.1 网关控制协议体系结构的基本思想 完全遵从H.248标准，目前制定工作在ITU-T G16工作组进行，与IETF MEGACO WG工作组相关；H.248和MeGaCo是同一种协议，是ITU与IETF共同努力的结果，ITU-T称之为H.248，而IETF称为MeGaCo。
H.248协议是在MGCP协议的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议。它将分布式网关分解成几个功能子模块--呼叫控制实体MGC和媒体处理实体MG，并为这些模块的通信指定标准协议。它使网关有更高的伸缩性，同时允许网关由分布在不同物理平台的多个供应商提供的部件组成。它的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等的管理，实现网络之间的业务互通。
2.1.2 Mc接口定义及功能 Mc接口是MSC Server（或GMSC Server）与媒体网关MGW间的标准接口，其协议遵从H.248协议，并针对3GPP特殊需求定义了H.248扩展事务（Transaction）及包（Package）。Mc接口为3GPP R4新增接口，物理接口方式可选择ATM、IP或TDM。Mc接口的协议消息编码采用二进制或文本方式，底层传输机制将采用MTP-3b（基于ATM的信令传输）或SCTP（基于IP的信令传输）为其提供协议承载。Mc接口提供了MSC Server（或GMSC Server）在呼叫处理过程中控制MGW中各类静态及动态资源（IP/ATM/TDM）的能力（包括终端属性、终端连接交换关系及其承载的媒体流）；该接口还提供了独立于呼叫的MGW状态维护与管理能力。
2.2 使用分离网关模型实现互通 媒体网关（MGW）：当媒体流从SCN（交换电路网络）流向包网络的时候，网关终结SCN流，打包媒体数据（如果媒体数据不是基于包的形式），并把打包后的业务数据流传给分组网络。当媒体流从分组网络流向SCN时，执行相反的功能。媒体网关控制器（MGC）：MGC负责处理MGW上的资源注册和管理。MGC可能具备这样的能力：根据本地的策略来授权资源的使用。对于信令传输而言，MGC可能具有这种能力：发起和终结SCN信令协议，如SS7-ISUP和Q.931/DSS1。信令网关（SG）：是一个信令代理，能够在IP边缘发送和接收SCN内部信令。SS7-Internet网关中的SG功能可能包括SS7信令中的中
继、翻译和终结。Mc为（G）MSC Server和MGW之间的接口，有如
下特点。①存在支持不同呼叫模型的灵活的连接处理以及使H.323用户使用不受限制的不同媒体的处理；②开放的结构支持该接口的包定义和定义的扩充；③MGW物理节点资源的动态共享，一个物理的 MGW可以分割成多个分离的逻辑MGW；④根据H.248协议实现在MGW控制的承载和管理资源之间动态的传输资源共享；⑤支持移动特定的功能，如SRNS重定位/切换等。
3 连接模型与两个重要概念(Context和 Termination)
协议的连接模型主要描述媒体网关中的逻辑实体，这些逻辑实体由媒体网关控制器控制。这个连接模型中的主要的抽象概念是终端（Termination）和关联（Context）。在H.248/Megaco定义的连接模型中，包括关联和终端两个实体。一个关联中至少要包含一个终端，否则此关联将被删除。同时一个终端在任一时刻也只能属于一个关联。关联（Context）：关联描述一个终端集之间的关联关系，当一个关联涉及多个终端时，关联将描述这些终端所组成的拓扑结构以及媒体混合交换的参数。它可以通过Add命令进行创建，通过Subtract进行删除。一个关联中必须包含终端。关联（Context）的四个属性。① ContextID：32bits，在网关范围内唯一标识一个关联。Context ID是由MG决定的，在MG的范围内是唯一的。②Topology：拓朴，用于描述一个关联内部终端之间的媒体流向。终端也存在一个称之为MODE的属性，用于描述媒体的流向，但它描述的是相对于关联外部的流向。③Priority：标识媒体网关对关联处理的优先级。 MGC还可以在MG重启时平滑处理中，根据优先级处理大量Context到达的情况。取值范围为0到15，取值越小优先级越大。④Emergency：描述关联的紧急处理信息。也提供一种优先处理Context的方式。终端（Termination）终端是位于媒体网关中的一个逻辑实体，可以发送/接收媒体和（或）控制流。例如表示一个时隙、一个IP端口(IP地址+端口号)、或一个ATM端口(VPI/VCI)。终端通常可分为两类，一类是半永久终端，用来表示物理实体。例如TDM信道，只要这个TDM信道在媒体网关中被配置，就一直存在，只有当配置信息被删除与之对应的终端才会消失。另一类称为临时终端，代表临时性的信息流，例如RTP流，当需要时创建，使用完毕后就删除。临时终端通过ADD命令创建，通过SUBTRACT命令清除。与此不同，当一个半永久终端被加入一个特定关联时，它是从NULL关联中获取，而当从特定关联中删除时，它又被返回到NULL关联。终端特征通过属性来描述，这些属性被组合成描述符在命令中携带。终端被创建时，媒体网关会为其分配一个唯一标识。终端属性，可以创建新的终端或者修改已存在终端的属性。终端ID，对不同的终端通过终端ID来引用，终端ID是由MG自己设置的。终端ID有两种通配方式："ALL"和"CHOOSE"。终端属性和描述符，终端拥有属性，属性拥有唯一的属性ID。ROOT终端，通常用来表示媒体网关本身，允许在ROOT终端上定义包，也可以拥有属性、事件、信号、统计和参数。ROOT终端可以出现在Modify、Notify、AuditValue、AuditCapability、ServiceChange命令中，其它任何对ROOT终端的使用都是错误。Termination ID:用二进制编码表示可以有64位，文本编码可以达64个字符。属性 Properties:终端本身具有的属性。事件 Events:终端能够检测事件的发生。如：摘机事件。信号 Signals:网关产生的各种类型的媒体流。如：各种信号音。统计Statistics:用于描述一个Termination的统计信息，它可以在一次呼叫完成后向MGC上报，或者MGC使用命令AuditValue查询相关的统计信息，该信息用来计费。包（Package）不同类型网关的终端可能具有不同的特性。为了获取媒体网关/媒体网关控制器之间良好的互操作性，将终端的可选属性组合成包，通常终端实现这些包的一个子集。H.248协议的消息编码消息是H.248协议发送的一个信息单元。消息可以使用二进制格式和文本格式编码。采用二进制编码时，使用ITU-T X.680（ASN.1）定义的规范描述，使用X.690定义的BER规则编码；采用文本方式编码时，遵循RFC 2234 ABNF规范。MGC必须支持两种编码格式，MG可能支持其中任何一种或两种方式。H.248消息都有相同的结构。H.248消息结构，H.248协议的消息机制，H.248协议发送或接受的信息单元称为消息，消息从消息头（Header）开始，后面是若干个事务。消息头中包含消息标识符（MID，Message Identifier）和版本字段：MID用于标识消息的发送者，可以是域地址、域名或设备名，一般采用域名。版本字段用于标识消息遵守的协议版本。版本字段有1位或2位数，目前版本为1。消息内的事务是相互独立的，当多个被独立处理时，消息没有规定处理的先后次序。事务（Transaction）MGC和MG之间的一组命令构成事务，事务由TransactionID进行标识。事务包含一个或多个动作，一个动作由一系列局限于一个关联的命令组成。一个事务从"事务头部"（TransHdr）开始。在TransHdr中包含TransactionID。TransactionID由事务的发送者指定，在发送者范围内是唯一的。TransHdr后面是该事务的若干动作，这些动作必须顺序执行。若某动作中的一个命令执行失败，该事务中以后的命令将终止执行（Optional命令除外）。引入事务的一个重要功能是可以保证命令的顺序执行。当命令标记为"Optional"（可选命令），该命令可以越过一个命令执行失败而导致以后命令终止执行的限制，即如果可选命令执行不成功，其后的命令可以继续执行。动作（Action）动作是由一系列局限于一个关联的命令组成。动作与关联（Context）是密切相关的，动作由ContextID进行标识。在一个动作内，命令需要顺序执行。一个动作从关联头部（CtxHdr）开始，在CtxHdr包含ContextID，用于标识该动作对应的关联。ContextID由MG指定，在MG范围内是唯一的。MGC必须在以后的与此关联相关的事务中使用ContextID。在CtxHdr后面是若干命令，这些命令都与ContextID标识的关联相关。协议栈结构H.248协议应用于Mc接口，该协议传输可以基于IP（图中a），也可基于ATM（图中b）。目前的组网结构一般采用基于IP的传输方式。
4 结语
由于H.248协议简单、功能强大，且扩展性很好，在推出后受到了广泛地关注，并迅速得到了广泛应用。关于H.248的补充建议和扩展包也不断推出。从技术角度来看，MSC分离已经是可以实现而且是大势所趋，MSC的分离非常符合现在所提出的对下一代网信令和媒体分离的思想。不过MSC分离的好处是显而易见的，相信随着3G业务范围的不断扩大，优越性将会更明显的表现出来。而随着H.248协议的不断完善和扩充，它真正能够被应用到3G核心设备中，会对3G业务的推广起重要作用。
5 参考文献
[1] IETF D rafts, D raft ietf megaco callflow s 031txt1 M egaco[J].H1248 Call flow examp les1M arch，2004.
[2] 赵惠玲,叶 华.以软交换为核心的下一代网络技术[M].北京:人民邮电出版社,2002
【关键词】 MSC；MGW；H.248
【中图号】 TN929.5【文献标示码】 B 【文章编号】 1005-1074(2008)11-0175-02
1 绪论
随着移动通信市场的不断扩大，移动语言业务正逐步替代固定电话业务，固定运营商的语音业务正被不断分流。据UMTS论坛估计，到2010年，3G业务的收益将超过3000亿美元，其中三分之二来自数据业务，这正是运营商所寻求的新的收入增长点。电路域规划。类R4组网是在R4组网的基础上提出的一种组网方案。该方案提出是为了沿用R4组网的控制承载分离的软交换架构，同时规避IP承载话音的技术风险。该组网方案的实质是采用R4的架构、TDM承载组网。类R4组网下MSC由MSC Server和MGW组成，MSC Server和MGW分离。一个MSC Server控制下的局内MGW间采用TDM承载， MSC Server和MGW之间信令采用IP专线或者承载在ATM上。MSC局间采用ISUP信令和 TDM话路互连。类R4组网需要考虑局内MGW网络拓扑和Mc接口的承载类型。本次黑龙江通信3G规划采用PreR4组网，根据各地市的实际情况，采用不同的组网应用模式。
2 R4网元实体
从R99到R4，UMTS基本结构在电路域上发生了变化，根据呼叫控制和承载以及承载控制分离的思想，R99网络电路域的网元实体（G）MSC在R5阶段演化为媒体网关MGW和（G）MSC Server两部分；同时相关接口发生了变化，增加了MGW和MSC Sever之间的Mc接口、MSC Sever和GMSC Sever之间的Nc接口、MGW之间的Nb接口以及R-MGW和HLR之间的Mh接口。H.248就是Mc接口的协议。
2.1 网络接口
2.1.1 网关控制协议体系结构的基本思想 完全遵从H.248标准，目前制定工作在ITU-T G16工作组进行，与IETF MEGACO WG工作组相关；H.248和MeGaCo是同一种协议，是ITU与IETF共同努力的结果，ITU-T称之为H.248，而IETF称为MeGaCo。
H.248协议是在MGCP协议的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议。它将分布式网关分解成几个功能子模块--呼叫控制实体MGC和媒体处理实体MG，并为这些模块的通信指定标准协议。它使网关有更高的伸缩性，同时允许网关由分布在不同物理平台的多个供应商提供的部件组成。它的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等的管理，实现网络之间的业务互通。
2.1.2 Mc接口定义及功能 Mc接口是MSC Server（或GMSC Server）与媒体网关MGW间的标准接口，其协议遵从H.248协议，并针对3GPP特殊需求定义了H.248扩展事务（Transaction）及包（Package）。Mc接口为3GPP R4新增接口，物理接口方式可选择ATM、IP或TDM。Mc接口的协议消息编码采用二进制或文本方式，底层传输机制将采用MTP-3b（基于ATM的信令传输）或SCTP（基于IP的信令传输）为其提供协议承载。Mc接口提供了MSC Server（或GMSC Server）在呼叫处理过程中控制MGW中各类静态及动态资源（IP/ATM/TDM）的能力（包括终端属性、终端连接交换关系及其承载的媒体流）；该接口还提供了独立于呼叫的MGW状态维护与管理能力。
2.2 使用分离网关模型实现互通 媒体网关（MGW）：当媒体流从SCN（交换电路网络）流向包网络的时候，网关终结SCN流，打包媒体数据（如果媒体数据不是基于包的形式），并把打包后的业务数据流传给分组网络。当媒体流从分组网络流向SCN时，执行相反的功能。媒体网关控制器（MGC）：MGC负责处理MGW上的资源注册和管理。MGC可能具备这样的能力：根据本地的策略来授权资源的使用。对于信令传输而言，MGC可能具有这种能力：发起和终结SCN信令协议，如SS7-ISUP和Q.931/DSS1。信令网关（SG）：是一个信令代理，能够在IP边缘发送和接收SCN内部信令。SS7-Internet网关中的SG功能可能包括SS7信令中的中
继、翻译和终结。Mc为（G）MSC Server和MGW之间的接口，有如
下特点。①存在支持不同呼叫模型的灵活的连接处理以及使H.323用户使用不受限制的不同媒体的处理；②开放的结构支持该接口的包定义和定义的扩充；③MGW物理节点资源的动态共享，一个物理的 MGW可以分割成多个分离的逻辑MGW；④根据H.248协议实现在MGW控制的承载和管理资源之间动态的传输资源共享；⑤支持移动特定的功能，如SRNS重定位/切换等。
3 连接模型与两个重要概念(Context和 Termination)
协议的连接模型主要描述媒体网关中的逻辑实体，这些逻辑实体由媒体网关控制器控制。这个连接模型中的主要的抽象概念是终端（Termination）和关联（Context）。在H.248/Megaco定义的连接模型中，包括关联和终端两个实体。一个关联中至少要包含一个终端，否则此关联将被删除。同时一个终端在任一时刻也只能属于一个关联。关联（Context）：关联描述一个终端集之间的关联关系，当一个关联涉及多个终端时，关联将描述这些终端所组成的拓扑结构以及媒体混合交换的参数。它可以通过Add命令进行创建，通过Subtract进行删除。一个关联中必须包含终端。关联（Context）的四个属性。① ContextID：32bits，在网关范围内唯一标识一个关联。Context ID是由MG决定的，在MG的范围内是唯一的。②Topology：拓朴，用于描述一个关联内部终端之间的媒体流向。终端也存在一个称之为MODE的属性，用于描述媒体的流向，但它描述的是相对于关联外部的流向。③Priority：标识媒体网关对关联处理的优先级。 MGC还可以在MG重启时平滑处理中，根据优先级处理大量Context到达的情况。取值范围为0到15，取值越小优先级越大。④Emergency：描述关联的紧急处理信息。也提供一种优先处理Context的方式。终端（Termination）终端是位于媒体网关中的一个逻辑实体，可以发送/接收媒体和（或）控制流。例如表示一个时隙、一个IP端口(IP地址+端口号)、或一个ATM端口(VPI/VCI)。终端通常可分为两类，一类是半永久终端，用来表示物理实体。例如TDM信道，只要这个TDM信道在媒体网关中被配置，就一直存在，只有当配置信息被删除与之对应的终端才会消失。另一类称为临时终端，代表临时性的信息流，例如RTP流，当需要时创建，使用完毕后就删除。临时终端通过ADD命令创建，通过SUBTRACT命令清除。与此不同，当一个半永久终端被加入一个特定关联时，它是从NULL关联中获取，而当从特定关联中删除时，它又被返回到NULL关联。终端特征通过属性来描述，这些属性被组合成描述符在命令中携带。终端被创建时，媒体网关会为其分配一个唯一标识。终端属性，可以创建新的终端或者修改已存在终端的属性。终端ID，对不同的终端通过终端ID来引用，终端ID是由MG自己设置的。终端ID有两种通配方式："ALL"和"CHOOSE"。终端属性和描述符，终端拥有属性，属性拥有唯一的属性ID。ROOT终端，通常用来表示媒体网关本身，允许在ROOT终端上定义包，也可以拥有属性、事件、信号、统计和参数。ROOT终端可以出现在Modify、Notify、AuditValue、AuditCapability、ServiceChange命令中，其它任何对ROOT终端的使用都是错误。Termination ID:用二进制编码表示可以有64位，文本编码可以达64个字符。属性 Properties:终端本身具有的属性。事件 Events:终端能够检测事件的发生。如：摘机事件。信号 Signals:网关产生的各种类型的媒体流。如：各种信号音。统计Statistics:用于描述一个Termination的统计信息，它可以在一次呼叫完成后向MGC上报，或者MGC使用命令AuditValue查询相关的统计信息，该信息用来计费。包（Package）不同类型网关的终端可能具有不同的特性。为了获取媒体网关/媒体网关控制器之间良好的互操作性，将终端的可选属性组合成包，通常终端实现这些包的一个子集。H.248协议的消息编码消息是H.248协议发送的一个信息单元。消息可以使用二进制格式和文本格式编码。采用二进制编码时，使用ITU-T X.680（ASN.1）定义的规范描述，使用X.690定义的BER规则编码；采用文本方式编码时，遵循RFC 2234 ABNF规范。MGC必须支持两种编码格式，MG可能支持其中任何一种或两种方式。H.248消息都有相同的结构。H.248消息结构，H.248协议的消息机制，H.248协议发送或接受的信息单元称为消息，消息从消息头（Header）开始，后面是若干个事务。消息头中包含消息标识符（MID，Message Identifier）和版本字段：MID用于标识消息的发送者，可以是域地址、域名或设备名，一般采用域名。版本字段用于标识消息遵守的协议版本。版本字段有1位或2位数，目前版本为1。消息内的事务是相互独立的，当多个被独立处理时，消息没有规定处理的先后次序。事务（Transaction）MGC和MG之间的一组命令构成事务，事务由TransactionID进行标识。事务包含一个或多个动作，一个动作由一系列局限于一个关联的命令组成。一个事务从"事务头部"（TransHdr）开始。在TransHdr中包含TransactionID。TransactionID由事务的发送者指定，在发送者范围内是唯一的。TransHdr后面是该事务的若干动作，这些动作必须顺序执行。若某动作中的一个命令执行失败，该事务中以后的命令将终止执行（Optional命令除外）。引入事务的一个重要功能是可以保证命令的顺序执行。当命令标记为"Optional"（可选命令），该命令可以越过一个命令执行失败而导致以后命令终止执行的限制，即如果可选命令执行不成功，其后的命令可以继续执行。动作（Action）动作是由一系列局限于一个关联的命令组成。动作与关联（Context）是密切相关的，动作由ContextID进行标识。在一个动作内，命令需要顺序执行。一个动作从关联头部（CtxHdr）开始，在CtxHdr包含ContextID，用于标识该动作对应的关联。ContextID由MG指定，在MG范围内是唯一的。MGC必须在以后的与此关联相关的事务中使用ContextID。在CtxHdr后面是若干命令，这些命令都与ContextID标识的关联相关。协议栈结构H.248协议应用于Mc接口，该协议传输可以基于IP（图中a），也可基于ATM（图中b）。目前的组网结构一般采用基于IP的传输方式。
4 结语
由于H.248协议简单、功能强大，且扩展性很好，在推出后受到了广泛地关注，并迅速得到了广泛应用。关于H.248的补充建议和扩展包也不断推出。从技术角度来看，MSC分离已经是可以实现而且是大势所趋，MSC的分离非常符合现在所提出的对下一代网信令和媒体分离的思想。不过MSC分离的好处是显而易见的，相信随着3G业务范围的不断扩大，优越性将会更明显的表现出来。而随着H.248协议的不断完善和扩充，它真正能够被应用到3G核心设备中，会对3G业务的推广起重要作用。
5 参考文献
[1] IETF D rafts, D raft ietf megaco callflow s 031txt1 M egaco[J].H1248 Call flow examp les1M arch，2004.
[2] 赵惠玲,叶 华.以软交换为核心的下一代网络技术[M].北京:人民邮电出版社,2002