综合接入媒体网关设备技术规范概况

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信息产业部电信传输研究所  段世惠


一、引言

    软交换是下一代分组网络的核心设备之一，综合接入媒体网关在软交换体系中位于接入层面中的位置。接入层面的功能是将用户连接至网络，它通过各种接入手段集中用户业务，将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式后传递至相应的目的地。


    综合接入媒体网关（AG：Integrated Access Media Gateway）在接入层面中负责各种用户或接入网的综合接入，如直接将PSTN/ISDN用户、Ethernet用户、ADSL用户或V5用户接入。综合接入媒体网关一般放置在靠近用户的端局，同时还具有拨号Modem数据业务分流的功能。


    本文主要先容综合接入媒体网关设备（AG）的技术要求。


二、综合接入媒体网关在网络中的位置

  综合接入媒体网关用于为各种用户提供多种类型的业务接入，如：模拟用户接入、ISDN接入、V5接入、xDSL接入、LAN接入等，并至少接入到IP网或ATM网，综合接入媒体网关在网络中的位置如图1所示。综合接入媒体网关提供媒体映射和代码转换功能，即终止用户接入电路，将媒体流分组化并在分组网上传输。






图1  综合接入媒体网关在网络中的位置




三、综合接入媒体网关设备要求


1．综合接入媒体网关的功能要求


    AG的功能要求包括：语音处理功能要求、呼叫处理与控制要求、资源控制要求、维护和管理要求、分组语音的QoS管理要求、ATM功能、同步和定时功能、操作维护功能、IP传真功能等。


（1）语音处理功能要求


    AG应具有语音信号的编解码功能，支撑G.729，G.723.1等算法。
AG必须具有回声控制机制，能够检测语音活动和进行静音压缩、产生舒适噪声，而且AG必须设有输入缓冲以尽消除时延抖动对通话质量的影响。
对于语音编码的动态转换则做为任选要求。


（2）呼叫处理与控制要求


    AG应能根据软交换的命令对它所连接的呼叫进行控制，如接续、中断、动态调整带宽等。AG应能够通过相关的信令识别出用户摘机、拨号和挂机等事件，检测出PSTN侧的用户占线、久振无应答等状态，并将用户状态向软交换报告。在软交换设备控制下，AG应向用户发送各种音信号，如拨号音、振铃音、回铃音等。AG应能自动识别语音信号和传真/ Modem信号并进行相应的操作，具有DTMF检测和生成功能。


（3）资源控制要求


    AG必须向软交换报告由于故障、恢复或管理行为而造成的物理实体的状态改变。
AG必须能够报告终结点的当前状态。


    AG应能够支撑对TDM电路终结点的阻塞管理和释放。


    AG应及时保持与软交换之间信息一致性。


    当资源耗尽或资源暂时不可用时，AG应具有向软交换指示不能实行所请求行为的能力。


（4）维护和管理要求


    AG必须建立和维护与软交换之间的关联。


    AG应能检测到与软交换之间连接的中断，应能在故障恢复或拥塞消除后恢复连接。


    AG应能检测到AG的资源使用状态与软交换的资源管理状态的不同步，并应能使之恢复同步。


    AG应能在启动后向软交换报告其配置状况。


    软交换发生故障时，在AG中处于运行态的媒体流在一定时间内应被继续维持。


    AG应能向软交换设备报告底层连接的异常故障，如TDM链路故障等。


    AG应能报告超出QoS门限值的媒体流事件。


    当由于异常事件而使得AG单方面地终止某个终结点上业务时，AG应向软交换报告该终结点已经被终止业务并通告原因。


    AG也应能够向软交换请求释放某个终结点并通告原因。


（5）分组语音的QoS管理要求


    对于AG的收端输入缓冲要求能够根据网络时延的变换进行动态调整。在网络环境恶化的情况下，网关设备应能采用回声抵消技术。


    AG能够根据软交换在某些命令中的指示向软交换报告在系统和特定关联中存在的终结点的状态及使用信息。


    AG能够利用链路上的RTCP的收、发报文来监控和统计包丢失率、网络时延抖动等网络性能参数。


    在网络出现拥塞的情况下和拥塞解除的情况下，AG可以根据软交换的控制采取动态编码转换。该项功能做为任选。


（6）AG的相关ATM功能


    AG在ATM侧的协议参考模型和分层功能应与ITU-T建议I.321一致，功能特性应符合ITU-T建议I.731 和I.732建议的要求。


    系统支撑呼叫连接有三种基本类型：永久虚电路（PVC）、交换式虚电路（SVC）和软永久虚电路（Soft PVC）。


    系统支撑两种连接类型：点到点连接和点到多点连接（任选）。


    对于ATM控制功能的详细描述请参见YD/T1109-2001第5章。


    ATM AG的编号要求参见YDN-106 1-1999《基于ATM的多媒体骨干网技术要求——寻址和信令要求部分》。


    系统应考虑支撑三种ATM 媒体适配类型：AAL1、AAL2（任选）和AAL5。


    在AG使用SVC/PVC承载PSTN语音时，AG应考虑在同一个SVC/PVC中实现多个语音话路捆绑以减少ATM系统处理信令的负担，建议最小的语音话路绑定数目为6。该项功能做为可选。


（7）同步和定时功能


    AG应提供设备同步和定时功能。为实现全网的时间同步，AG应支撑网络时间协议NTP第三版。时间精度为500ms。


（8）操作维护功能


    AG应既能支撑本地维护管理，又可以通过内部的SNMP代理模块与支撑SNMP协议的网管中心进行通信。


（9）IP传真功能


    媒体网关设备应具有IP传真功能，支撑T.30和T.38协议，向用户提供IP传真业务，能够识别IP传真呼叫并自动转入传真呼叫建立过程，能够完成IP传真呼叫建立过程。发送端设备解调来自发送传真机的调制后的传真信号（包括控制消息和传真报文信息）；并具有按ITU-T建议T.38规定通信规程处理传真信号的功能。


（10）IP接入功能要求


    AG可以支撑IP接入功能，为PSTN和ISDN用户提供拨号接入功能、拨号虚拟专网（VPDN）应用等业务，为宽带用户（基于xDSL接入和以太网接入）提供宽带的或高速的Internet的数据接入以及IP VPDN应用等。支撑调制解调器通信协议（V系列建议），支撑PPPOE/PPPOA协议，PPP协议，LAN协议，L2TP协议，TCP/IP协议，IP网络安全协议IPSec，接入认证协议RADIUS v2和Telnet协议等，同时应提供接入认证与授权功能，向不同权限的用户提供不同层次的IP包过滤功能，提供来电指示功能，提供计费原始数据，可以为宽带用户提供IP安全服务，即它可充当IP网络中的VPN网关,在IP网络上生成安全隧道。
该功能作为任选要求。


2．接口要求


（1）用户侧接口


    模拟Z接口应符合YDN 065-1997的要求。


    AG应提供ISDN BRI接口以支撑ISDN 业务接入，ISDN BRI接口DSS1协议应符合YDN 034-1997的要求。


    AG可选提供ISDN PRI接口以支撑ISDN 业务接入，ISDN PRI接口DSS1协议应符合YDN 034-1997的要求。


    AG可选提供V5.2接口，V5.2接口应符合YDN 021-1996的要求。


    AG可选提供10BaseT和/或100BaseT接口。


    AG可以提供ADSL接口、HDSL接口、VDSL接口、SHDSL接口。


（2）网络侧接口


    AG可以提供10BaseT和/或100BaseT接口，和/或千兆比以太网接口。


    POS接口（任选）要求参见YD/T 1097-2001中相应的要求。


    STM-1/4 POS接口（任选）应符合YDN 099-1998中对STM-4的要求。


    ATM接口要求参见YD/T 1109-2001《ATM交换机技术规范》。


（3）本地维护接口


    AG本地维护管理接口可以采用RS-232接口，或10BaseT和/或100BaseT自适应接口。


（4）与网管中心接口


    AG与网管中心的接口采用10BaseT/100BaseT接口。


3．协议要求


（1）H.248协议


    AG和软交换之间的协议推荐采用H.248协议，具体内容参见ITU-T H.248协议。


    H.248协议在AG与软交换之间通过IP来传输，AG必须实现TCP、UDP或SCTP中的一种。


（2）媒体网关控制协议（MGCP）


    AG应可选地支撑媒体网关控制协议（MGCP），有关MGCP协议的具体要求参见相应的行标和IETF建议RFC2705。


（3）ATM协议


    UNI信令应满足YDN 081-1998和YDN 082-1998的要求。


    AG可选实现AAL2信令协议，应满足YD/T1083—2000《B-ISDN AAL适配层（AAL）类型2信令技术规范（能力集1）》的要求。


    AG对于ATM NNI信令不做要求。


（4）流控传输协议（SCTP）


    AG中采用SCTP协议主要用来在无连接的网络上传送PSTN信令消息，该协议可以用来在IP网上提供可靠的数据传输协议，具体要求参见相应的行业标准。


（5）IUA协议


    对于ISDN 用户接入，AG可以通过IUA（ISDN用户适配协议）方式将ISDN DSS1信令消息交由软交换设备来处理，AG透明传送ISDN DSS1第3层消息，IUA协议的要求参见标准RFC3057。


（6）V5UA协议


    对于V5.2接口接入用户，AG可以通过V5UA（V5.2用户适配协议）方式将V5.2协议消息交由软交换设备来处理。AG透明传送V5.2协议第3层消息。


（7）路由协议


    如果AG支撑IP接入功能，AG除支撑静态路由外，还可支撑开放最短路径优先（OSPF v2）及路由信息协议（RIP v2），并根据需要选择支撑BGP-4等协议。


（8）模拟用户信令要求


    模拟用户信令要求应符合YDN 065-1997《邮电部电话交换设备总技术规范书》的要求。


（9）铃流和信号音


    各种铃流和信号音含义及其结构具体参见YDN 065-1997《邮电部电话交换设备总技术规范书》的要求。


4．性能指标要求


（1）纯电路交换语音质量要求


    纯电路交换语音质量应与现有网上的语音质量完全相同，详细性能要求参见YDN065-1997《邮电部电话交换设备总技术规范书》。


（2）ATM语音的性能要求


①采用AAL1电路仿真方式承载语音时，附加的话音时延（语音编码、解码时延）应小于4ms。一个64kbit/s话路经一个ATM交换机的交换结构所引入的时延应小于2ms。


②采用AAL2方式承载语音时，每秒钟同时建立的AAL2连接数不少于500个，通过任何AAL2节点的CPS分组时延应小于4ms，且时延抖动应小于1ms。任何AAL2节点上AAL2 CPS分组丢失率应小于10-8。


③采用AAL5方式承载语音时，性能要求参见IP方式。


④ATM交换部分呼叫处理性能包括：ATM连接建立时延参数定义及指标和ATM连接释放时延参数定义及指标。具体要求参见YD/T 1109-2001《ATM交换机技术规范》。


⑤ATM交换部分的ATM信元传送性能指标参见YD/T 1109-2001《ATM交换机技术规范》。


（3）IP电话语音的性能


①语音编码动态切换时间：应小于60毫秒。


②AG应具备80ms缓冲存储的功能。


③语音的客观评定


网络条件很好的情况PSQM的平均值 < 1.5


网络较差条件时（丢包率=1%，网络抖动=20ms，时延=100ms）PSQM平均值 < 1.8
在恶劣的环境下（丢包率=5%，网络抖动=60ms，时延=400ms）PSQM平均值 < 2.0


④语音的主观评定


网络条件很好的情况MOS>4.0


网络较差条件时（丢包率=1%，网络抖动=20ms，时延=100ms）MOS>3.5


网络恶劣环境下（丢包率=5%，网络抖动=60ms，时延=400ms）MOS>3.0


⑤编码率


根据不同的编码算法，要求网关有不同的编码率。


对于G.729a，要求 < 18kbits/s


对于G.723.1，要求


G.723.1（语音压缩5.3 kbit/s）< 12kbit/s


G.723.1（语音压缩6.3 kbit/s）< 15kbit/s


⑥设备的时延指标


网关设备的时延包括编解码时延、收端输入缓冲时延、内部队列时延等。


AG.729 < 150ms


AG.723.1 < 200ms


（3）IP技术指标


①传真性能指标


传真呼叫连接建立时间T<20s（环回指标）。


在良好环境条件下的传真性能：


1）传真标准样张测试正常，无失真；


2）长文件传真（20页A4纸）能连续传完。


在一般的网络环境条件下（丢包率=2%，抖动＝40ms，时延=200ms） MOS > 3.5


在很差的网络环境条件下（丢包率=3%，抖动＝80ms，时延=300ms） MOS > 3


②数据包转发时延


    64Byte IP包时延小于1毫秒；512Byte IP包时延小于3毫秒；1516Byte IP包时延小于8毫秒。


③与窄带接入服务器功能有关的技术指标


    这些指标包括：PPP建链时间、用户接入认证技术指标、拨号虚拟专用网技术指标、呼叫处理能力技术指标、计费、调制解调器物理层接口技术指标。具体要求参见YD/T 1045-2000《网络接入服务器技术规范》。


④与宽带接入服务器功能有关的技术指标


这些指标包括：处理能力、服务质量、用户接入认证技术指标。具体要求参见YD/T 1148-2001《网络接入服务器技术要求——宽带网络接入服务器》。


（4）模拟用户线传输性能要求


    模拟用户线传输性能要求应符合YDN 065-1997《邮电部电话交换设备总技术规范书》中相应的要求。


（5）可靠性和可用性要求


①系统必须达到或超过99.999%的可用性。

②系统无故障连续工作时间（MTBF）>10万小时。


③故障恢复时间 < 5 ms。


④如果具有SDH和ATM接口，则SDH和ATM接口应具有自动保护切换功能，且切换时间应小于50ms。


⑤控制和数据路径必须分开。


⑥要求设备具有高可靠性和高稳定性，主处理器、主存、电源及管理接口等系统主要部件应具有热备份冗余。


⑦各种线路卡要求提供远端测试诊断功能。


⑧当系统电源故障时应能保持连接的有效性。


⑨系统必须支撑热插拔功能。


5．通信流程


通信流程规定了AG所使用的一些常见流程。


（1）媒体网关注册流程。


（2）媒体网关注销流程。


（3）正常呼叫建立流程


    目前仅仅考虑单域内AG之间的正常呼叫建立流程：模拟用户发起的呼叫建立流程（IP方式、ATM SVC方式、ATM PVC方式）、ISDN用户发起的正常呼叫建立流程（IP方式、ATM SVC方式、ATM PVC方式）、V5 PSTN用户发起的正常呼叫建立流程（IP方式、ATM SVC方式、ATM PVC方式）、V5 ISDN用户发起的正常呼叫建立流程（IP方式、ATM SVC方式、ATM PVC方式）。


（4）呼叫释放流程


    目前仅仅考虑单域内AG之间的正常呼叫释放流程：模拟用户发起的呼叫释放流程（IP方式、ATM SVC方式）、ISDN用户发起的正常呼叫释放流程（IP方式、ATM SVC方式）、V5 PSTN用户发起的正常呼叫释放流程（IP方式、ATM SVC方式）、V5 ISDN用户发起的正常呼叫释放流程（IP方式、ATM SVC方式）。


6．网管要求


    AG应既能支撑本地维护管理，又可以通过内部的SNMP代理模块与支撑SNMP协议的网管中心进行通信。


    AG应实现的管理功能为配置管理、性能管理、故障管理和安全管理等，因此对其做出相应的要求如下。


（1）配置管理


    AG应具备配置管理数据库，能够对系统的设备部件、端口进行配置，支撑对系统部件的增加和删除，能够对系统的App进行配置和升级，对配置操作过程的做日志记录并能产生描述系统配置的报告。


（2）性能管理


    AG应能够对端口使用状况、用户呼叫、通信流量、系统资源使用状况等数据进行统计。


（3）故障管理


    故障管理提供对AG及其环境的异常运行情况进行检测、隔离和校正的一组功能，包括告警监视、故障定位、故障校正、测试和其他管理功能。


（4）安全管理


    安全管理有五种基本的安全业务：①鉴权；②授权；③访问控制；④机密性；⑤完整性。


    AG可以提供与IP接入功能有关的操作和维护功能，具体要求参见YD/T 1045-2000《网络接入服务器技术规范》。


    AG可以提供与ATM接口有关的操作和维护功能，要求提供ATM物理层和ATM层的OAM功能，具体要求参见YD/T 1109-2001《ATM交换机技术规范》。


6．定时和同步要求


    AG应考虑三种同步方式：外定时同步、线路定时和内部定时。AG可设置外定时源输入接口，从通信楼定时供给设备（BITS）获得定时。AG应具有从线路信号中恢复定时，并用于同步的功能。AG内部时钟应采用二或三级时钟设备。


7．其他要求


    此外规范对设备的硬件要求、App要求、机械结构和工艺要求、过流过压保护、环境要求、电源及接地要求这些方面做了具体的规定。


四、结束语

    AG是以软交换为核心的下一代网络一个重要组成设备。目前，我国通信行业标准YD/T1243.3-2002《媒体网关设备技术要求——综合接入媒体网关》已经出版，在此基础上，中国通信标准化协会目前正在积极开展对AG的测试方法研究。相信在测试方法的标准完成后，这一系列的行业标准将有助于设备制造厂商对AG的研发。