基于MGCP的媒体网关控制器的分析与仿真

摘要：MGCP(Media Gateway Controll Protocol)作为一种著名的媒体网关控制协议，许多厂商都在它的基础上开发媒体网关(MG)及媒体网关控制器(MGC)。MG的开发离不开MGC的配合与支持，然而开发MGC的低效率、长周期往往成为MG开发的瓶颈。着眼于此，在介绍了基于MGCP的VoIP系统结构的基础上，引入一种VoIP仿真工具Artiza VoIP Simulator，接着详细描述了怎样通过此工具仿真MGC实现跨MG通话。

关键词：MGCP；MGC；MG；VoIP

引言

在传统的VoIP系统中，媒体网关不但要执行媒体格式转换，还要进行信令转换等功能，其结构过于复杂，导致了可扩展性差，对IP电话的大规模部署具有相当大的制约力。鉴于此，业界提出了分离网关的思想，而这一思想也正是NGN(下一代网络，Next Generation Network)的关键特征之一。

按照分离网关的思想，传统的网关分解为三部分：媒体网关(MG)负责媒体变换以及SCN和IP两侧通路的连接；信令网关(SG)负责信令转换；媒体网关控制器(MGC)负责根据收到的信令控制媒体网关的连接建立和释放。网关分离导致出现了新的协议标准。媒体网关控制协议(MGCP；Media Gateway Control Protocol见RFC2705)就是根据分离网关的思想提出的一种运行在MGC与MG之间接口上的协议。分离网关对于VoIP的大规模应用，特别是进入家庭具有十分重要的意义，因此MGCP受到了广泛的重视，成为VoIP市场的热点之一。

图1　基于MGCP的VOIP系统网络结构

基于MGCP的VoIP系统结构

如图1所示，在基于MGCP的VoIP系统结构中，一个媒体网关控制器(MGC)可用来控制多个媒体网关(MG)，两者之间通过MGCP进行通信相互配合完成MGCP通话。这种分离网关结构相对于传统的网关结构有着不可比拟的优势：

(1)由于功能的简化，媒体网关数量可以显著增加，解决了扩展性问题，同时也提高了系统的可用性。
(2)有利于快速引入新业务，它只需要更新MGC软件，而MG无需更改或改动很少。
(3)网络中大量的接入网关可以做得简单、便宜而且可靠，对VoIP的大规模应用有着十分重要的意义。

媒体网关控制器(MGC)
MGC作为实现呼叫控制的核心，它根据接收到的信令控制媒体网关连接的建立和释放等。其主要功能是呼叫控制功能，为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检测和资源控制等。

此外，MGC还应当具有业务提供功能，协议功能、互通功能、资源管理功能、计费功能以及7信令功能等。

媒体网关(MG)

MG主要负责媒体转换以及PSTN和IP两侧通路的连接。根据网关在网络结构中的位置不同可以分为下面三种类型：

(1)中继网关。负责连接PSTN和IP网络，完成话音TDM格式和RTP数据包的相互转换，并受MGC的控制，完成连接建立。
(2)接入网关。位于网络的接入汇聚点，提供数字PBX接口或普通的RJ11模拟电话接口，一般用在住宅小区或办公楼宇。
(3)住宅网关。负责采集IP电话用户的事件信息(如摘机、挂机等)，并将这些事件经IP网传给MGC。它还支持RTP，以完成端到端IP语音数据传送。住宅网关一般用于用户家中。

仿真MGC实现跨MG通话

应当看到，在上述的VoIP系统中，MG主要负责执行来自MGC的命令和媒体转换，而作为系统核心的MGC，功能则更强大，因而设计实现起来就困难、复杂了许多，开发周期更长；而MG的设计开发尤其是测试是离不开MGC的。幸运的是，MGC是可以通过软件进行仿真模拟的，在这里，要介绍这样一种VoIP协议仿真工具——Artiza VoIP Simulator，通过该工具仿真MGC进而实现跨网关通话。

VoIP协议仿真利器———Artiza VoIP Simulator
Artiza VoIP Simulator是著名的VoIP软件厂商Artiza Networks公司的主要产品之一，其试用版可到该公司网站(www.artiza networks.com)下载。

该软件可以仿真大多数VoIP协议网络设备，如MGC，MG，GateKeeper，Endpoint，SIP Server等。它除了支持H323协议簇外，还支持NGN的关键协议MGCP，H248/MEGACO，SIP等。它主要由以下三个部分组成：

(1)消息编辑器(Message Editor)：编辑定制用户所需的VoIP协议消息。
(2)序列场景编辑器(Sequence Scenario Editor)：编辑定制用户所需的通信事件、流程。
(3)模拟器(VoIP Simulator)：运行用户创建的序列场景脚本。

用Artiza VoIP Simulator仿真基于MGCP的MGC

网络拓扑图
如图2所示，所要建立的场景是分属于两个MG的两个电话机在一台基于MGCP协议的MGC的控制下，进行正常通话。

图2　跨网关通话网络拓扑图

MGCP呼叫基本流程
接着详细描述一下对应图2网络拓扑的呼叫其基本流程。在这里将呼叫过程分为三个阶段：开始呼叫过程，呼叫建立过程和呼叫断开过程。

开始呼叫过程：

(1)主叫拿起电话机，主叫网关检测到摘机信号，发送NTFY到MGC，通知主叫摘机事件。MGC接着回送响应。
(2)MGC向主叫网关发送RQNT命令，请求其向主叫放拨号音并根据数字映像采集主叫的拨号号码，同时监视主叫的挂机事件。接着MG返回响应。
(3)主叫开始拨号到拨号完毕。主叫网关检测到收到的号码和数字映像相匹配，向MGC发送相应RQNT。接着MGC返回响应。呼叫建立过程：
(4)MGC向主叫网关发送CRCX命令，创建连接。命令参数包括呼叫ID，本地连接选项，recvonly模式等。
(5)主叫网关返回响应，响应中包括连接的ID，以及用于接收音频数据的本地会话描述等。
(6)MGC查询确定呼叫路由，向被叫网关发送CRCX命令，命令参数除包含呼叫ID、sendrecv模式之外，还携带主叫网关的会话描述等。
(7)被叫网关返回响应，响应中包含新创建连接的ID，以及由于接收音频数据的本地会话描述等。
(8)MGC向主叫网关发送MDCX命令以接通双向通路。命令参数包括呼叫ID，连接ID，sendrecv模式，被叫的会话描述。接着主叫回送响应。
(9)MGC向被叫网关发送RQNT命令，请求其向被叫放振铃音，同时监视摘机事件。接着，被叫网关回送响应。
(10)MGC向主叫网关发送RQNT命令，请求其向主叫放回铃音，同时监视挂机事件。接着主叫网关回送响应。
(11)被叫摘机，被叫网关向MGC发送NTFY，通知被叫摘机事件。接着，MGC回送响应。
(12)MGC向主叫网关发送RQNT命令，请求其停止向主叫放回铃音。接着主叫网关回送响应至此，双方进入通话状态。呼叫断开过程：
(13)通话结束。假定主叫先挂机。主叫网关检测到主叫挂机事件后，向MGC发送NTFY，通知主叫挂机事件。接着MGC回送响应。
(14)MGC向主叫网关发送DLCX命令，删除连接。接着主叫网关回送响应。
(15)MGC向被叫网关发送DLCX命令，删除连接。接着被叫网关回送响应。

至此，整个呼叫过程结束。下面我们详细描述一下怎样使用ArtizaVoIPSimulator来模拟MGC，现跨网关通话。

通过Sequence ScenarioE ditor编写相应的Sequence Scenario

图3　创建系统相关Nodes

图4　创建系统相关事件

首先编辑Node，即整个系统所要涉及的功能实体。我们所要用到的Node包括一台MGC，两台MG(主叫和被叫)，创建后如图3所示，需要注意的是MGC Node其this列要选择ON，即表明我们所要仿真的是一个MGC。然后，我们根据3.2.2小节的呼叫基本流程，来创建每一步所对应的事件。

我们以第1步为例，在图3中Scenario列被激活状态下，点击add添加一个事件，根据我们要添加的事件的属性，Event选择Recv表明MGC接收消息事件，Protocol为MGCP，Message为NTFY，Tcp/Udp选择为默认的UDP，相应的Src和Dst填写Node的序号1和2。由于是第一次接收事件PORT填写为MG的默认值2427；其他缺省。需要说明一点的是，响应也是一个事件，必须填写。

根据上述规则依次创建所有事件，最后如图4所示，图的上半部分是系统呼叫事件序列，下半部分是软件自动生成的系统Node间的通信序列图，非常直观的描述MGCP呼叫基本流程。

紧接着，要做的是编辑每个事件所对应的MGCP消息，也就是Node间通信的具体内容，每一个消息表现为一个具有一定格式的文件。这也是该软件最吸引人的地方，根据所要仿真的协议其命令消息的格式，可选择不同的编辑器进行编写。对于H323系列协议消息，本软件提供的asn.1消息编辑器可帮助用户定制相关消息。而对于基于文本的MGCP、H248/MEGACO、SIP等协议消息，可使用任意一种文本编辑器按照格式进行编写，只是对应的文件扩展名为atf即可。具体格式可参见该软件帮助文档。

下面我们根据RFC2705中对MGCP命令消息格式的规定，以呼叫流程中几个典型事件对应的令消息的编写为例，描述文本格式的MGCP协议消息的创建。对应第1步的NTFY命令消息：

[TEXT]
NTFY1001 endpoint1@CallingMG MGCP 1.0
X：10
O：L/hd

其中，X：10表示命令消息对应的请求ID，O：L/hd表示检测到的是摘机事件。对应第4步的CRCX命令消息：

[TEXT]
CRCX1006 endpoint1@CallingMG MGCP110
C：10001
M：recvonly
L：a：G729
v=0
c=IN IP4 192.168.0.15
m=audio43000RTP/AVP11

此命令表示MGC希望双方使用g1729编码类型，需要说明一点的是，以v=0开始的是本地会话描述，采用SDP协议的规定，SDP协议是一种专门用来对会话进行描述的协议，详情请参见RFC2327。

依此类推，编辑完成整个呼叫过程所涉及的所有消息对应的atf文件。最后，将这些文件与他们所对应的事件进行绑定，保存该seq文件。至此，整个sequence脚本编写完成。

运行Simulator实现通话
打开VoIP Simulator，载入我们所编写的seq文件，正确填写系统中各个Node的IP地址，然后点击start就可以运行了。这样主被叫就可以按照规定的呼叫流程操作实现正常通话了。

运用Simulator验证实现其他功能
从上述例子可以看出，由于VoIP Simulator具有可编程性，所以在使用它来模拟MGC对MG的中后期开发调试帮助很大，除了可以实现基本通话，还可以在此基础上开发验证MG的心跳机制、传真等等展功能。

总结

MGCP作为NGN的关键协议之一，在其基础上进行MG与MGC的设计开发是必不可少的，而作为VoIP协议仿真利器——Artiza VoIP Simulator可以有效的提高设计开发MG的效率。值得一提的是，该仿真工具不仅支持MGCP，还支持H248/MEGACO，SIP等未来NGN的主流协议。在掌握这些协议的基础上，有效的运用这一仿真工具对于学习研究NGN、推动NGN的发展有着重要的意义。