媒体网关

媒体网关(MGW: Media Gateway)，一个连接不同类型网络的单元，执行全异网络例如PSTN之间的转换；基于IP或ATM的数据网络；2.5G和3G无线电接入网络或 PBX。媒体网关使多媒体通信通过下一代网络通过多重传输协议例如ATM, IP和TDM。MGW其中的一个主要功能是不同传输之间的转换和译码技术。媒体流功能例如回波消除，DTMF，和语音发送者也位于MGW中。媒体网关由一个媒体网关控制器（也叫做呼叫代理或软交换机）控制，它提供呼叫控制和信令功能。媒体网关和呼叫代理之间的通信依靠一些协议例如MGCP或Megaco或 H.248完成。

协议

媒体网关在应用网络的七层协议：

OSI是一个开放性的通行系统互连参考模型，他是一个定义的非常好的协议规范。OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。

下面我简单的介绍一下这7层及其功能。

OSI的7层从上到下分别是

7 应用层

6 表示层

5 会话层

4 传输层

3 网络层

2 数据链路层

1 物理层

其中高层，即7、6、5、4层定义了应用程序的功能，下面3层，即3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。

目前的媒体网关在应用层和网络层上面都有防火墙的身影，在第三层上面还能看到VPN作用。防毒墙这种安全网关作用在第二层。根据七层的级别限制，高等级协议能够掌管低等级协议的原则，安全网关的发展正在走向高等级协议的路线。

网关与路由器的区别：

媒体网关是访问路由器的IP，其他的电脑必须和网关一个IP段才能访问路由器，比如说路由器的IP是192.168.0.1（这个就是网关）也是进路由器必须的地址，其他的主机也必须是192.168.0.X（2—254之间任意一个数字）这样才能访问路由器也就是说这样才能上网，电脑上的网关地址就要填写192.168.0.1

特点

2.1 智能接入，完美可靠

产品支持ADSL、光纤等多种方式宽带接入方案，实现了灵活扩展带宽和廉价接入。通过路由、NAT、多链路复用及检测等功能为企业解决灵活扩展带宽和廉价接入的接入方案。

2.2 健康网络，应用安全

产品通过自身具有的防火墙、防病毒、入侵检测、用户接入主动认证等功能，为企业提供全方位的局域网接入安全管理方案。通过自身具有的DHCP服务器、ARP防火墙、DDNS等功能为企业提供全方位的局域网管理方案。

2.3 移动办公，快速安全

产品中带有的SSLVPN、IPSEC、PPTP、L2TP等VPN功能，能够让用户通过一键式操作，方便快捷的建立价格低廉的广域网上专用网络，为企业提供广域网安全业务传输通道，便利的实现了企业总部与移动工作人员、分公司、合作伙伴、产品供应商、客户间的连接，提高与分公司、客户、供应商和合作伙伴开展业务的能力。

2.4 抑制带宽滥用，保障关键业务

动态智能带宽管理功能，只需一次性设置，自动压抑占用带宽用户，轻松解决BT、P2P及视频影片下载等占用带宽问题。

媒体网关的定义

图1所示是网络结构中的功能实体图，从图中可以看到媒体网关所处的位置。

图1　网络结构图

在相关标准（如H.248、MGCP等）中，媒体网关被定义为将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式的设备。媒体网关将各种媒体（话音、数据、传真、视频等）在电路交换网络（如PSTN）与分组网络（如IP网络）之间转送，它在不同媒体网络的相关实体之间提供相互通信的双向接口，媒体网关终结承载控制协议，含有承载终节点以及媒体操作设备（比如译码器、回声抵消器或话音发送器）。比如，媒体网关能够在电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换，可以处理音频、视频或T.120，也具备处理这三者任意组合的能力，并且能够进行全双工的媒体翻译，可以演示视频/音频消息，实现其他IVR功能，同时还可以进行媒体会议等。

媒体网关是在话音和数据网络集成中使用的软交换体系结构的一部分。服务提供商或电信公司可以将比较昂贵且体积庞大的五类话音电话交换机更换为不太昂贵的软交换机，这种交换机支持因特网和PSTN网络之间的交互操作。

媒体网关通过标准化的MGCP/Megaco协议和媒体网关控制器进行通信。MGCP/Megaco是主从模式的通信协议，媒体网关控制器（或Softswitch）通过MGCP/Megaco协议对媒体网关进行控制和管理。

媒体网关位于软交换网络的媒体接入层，它可将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式。根据媒体网关在网络中的位置和所处理媒体流的不同，可以将媒体网关分为中继网关（TrunkingGateway）、接入网关（AccessGateway）、多媒体服务接入网关（MultimediaServiceAccessGateway）、无线接入网关（WirelessAccessGateway）等。

3.1中继网关

中继网关位于IP网络和PSTN网络之间，它在IP网络和传统PSTN网络之间提供媒体映射和代码转换功能，将电路交换的媒体流分组化并在IP网络上传输，也可以把IP网络传输的媒体流转换成电路交换的信息，该网关同信令网关一起完成电路交换网与IP网络的互通，业务流通过电路交换机的中继电路进入或离开媒体网关后，便可将PSTN话路话音通过IP网络进行传送，因此中继网关的主要功能是实现媒体数据流在IP网络中的传输。对于主要针对传统PSTN/ISDN的中继网关而言，它们负责PSTN/ISDN的C4/C5的汇接接入，将其接入ATM/IP网络，实现VOATM/VOIP，从而支持PSTN汇接中继功能。通过采用中继网关取代传统的电话汇接局，下一代网络能为PSTN提供具有本地和长途汇接功能的虚拟中继网关。

3.2综合接入网关

综合接入网关是软交换系统中的综合接入设备，它提供媒体映射和代码转换功能，终止TDM电路，将媒体流分组化并在分组网上传送。即综合接入网关终结电路交换机的话音中继，为用户提供访问Internet所需要的ISDN的用户网络接口（如PRI）。综合接入网关负责将各种类型用户线接入分组网络（如IP网络），因集成接入设备类型不同，可以接入各种类型的用户线，它负责各种用户或者接入网的综合接入，如直接将PSTN/ISDN用户、Ethernet用户、xDSL用户或V5用户接入，并在网络侧提供IP/ATM接口。这类IAD一般放在靠近用户的端局，同时它还具有Modem数据业务分流的功能。综合接入网关的用途主要是和网络接入服务器（NAS）或远程接入服务器（RAS）一起为普通电话用户提供访问Internet的途径。综合接入网关和Softswitch之间采用MGCP/Magaco控制协议进行通信。

3.3驻地网关

驻地网关（ResidentialGateway）提供传统的模拟用户线（RJ11）到VoIP分组网络的接口。驻地网关的例子有普通电话CableModem、机顶盒、xDSL设备以及宽带和无线接入设备等。

驻地网关和Softswitch之间采用MGCP/Magaco控制协议进行通信。

3.4无线接入网关

支持移动网汇接中继功能、通过无线接入网关，下一代网络能为2G和3G移动通信网提供具有汇接功能的虚拟中继。

媒体网关的功能要求

媒体网关终结了电路交换网的媒体流，同时负责各种用户或接入网的综合接入，其主要功能如下。

（1）媒体流的映射功能，下一代网络的体系结构使得NGN可以向用户提供话音、高速数据、视频信息业务，还可以向用户方便地提供视频会议、电话会议业务，而且能像广播网一样，向有此项要求的用户提供统一的消息、时事新闻等业务，而这些功能的提供，离不开媒体网关对各种媒体格式的支持，在下一代网络中，任何业务数据都被抽象成媒体流，媒体流可以是话音、视频信息，也可以是综合的数据信息。由于用户接入和核心媒体之间的网络传送机制的不一致性，因而需要将一种媒体流映射成另一种网络要求的媒体流格式，媒体网关可以完成媒体流的映射功能。但是由于业务和网络的复杂性，媒体流映射并不是简单的映射，它涉及媒体编码格式、数据压缩算法、资源预约和分配、特殊资源的检测处理、媒体流的保密等多项与媒体流属性相关的内容，此外，针对不同的业务特性又有其特殊的要求，如话音业务对回声抑制、静音压缩、舒适噪音插入等有其特别要求。

（2）接入核心媒体网络的功能，媒体网关负责各种用户或各种接入网络的综合接入，如普通电话用户、ISDN用户、ADSL接入、以太网用户接入或PSTN/ISDN网络接入、V5接入和3G网络接入等，媒体网关以宽带接入手段接入核心媒体网络，目前接入核心媒体网络主要通过ATM或IP接入。ATM是面向连接的第二层技术，具有可靠的业务质量保证能力，IP则是目前应用广泛的第三层技术。总之，媒体网关设备是用户或用户网络接入核心媒体层的“接口网关”。

（3）管理和统计功能，作为网络中的一员，媒体网关同样受到网管系统的统一管理，媒体网关也要向软交换或网管系统报告相关的统计信息。

（4）接受控制的功能，软交换对媒体网关的动作进行控制，媒体网关绝大部分的操作，特别是与业务相关的操作都是在软交换的控制下完成的，如编码、压缩算法的选择，呼叫的建立、释放、中断，资源的分配和释放，特殊信号的检测和处理等。媒体网关和软交换之间的交互采用标准的控制协议来完成，MGCP和H.248就是软交换和媒体网关之间的控制协议。MGCP由IETF定义，实现相对简单，早期应用比较多，但目前的趋势则是转向了由ITU-T定义的H.248标准或IETF定义的Megaco。

媒体网关的非功能性要求

5.1质量

媒体网关要满足的一个主要要求就是提供优质的话音质量，因为这对用户对服务的感受有着直接的影响，但有时候带宽比质量更重要，这时压缩成为一个重要因素。因此媒体网关应该提供一系列编解码器（G723.1、G.711、G.729、G.726、GSM）以适应不同要求，既满足话音质量要求，又满足带宽要求。

而且，媒体网关应该提供低丢包率和低延迟，因为这两个因素都对话音质量有影响。

此外，像回音抵消、抖动缓冲器可调这样的特点也有助于提高话音质量，所以媒体网关也应该支持。

5.2开放性

开放性是对媒体网关的另一重要要求，媒体网关要能使用规范的协议，比如MGCP、MEGACO/H.248，与其他网络实体（如软交换）互联。使用规范的协议使经营者可以更少依赖于厂商，促进网络实体的更新。

5.3良好的连通性

由于媒体网关位于两个网络（电路交换网络和包交换网络）的交界处，所以应该提供对于这些网络的良好的联通性。媒体网关应该支持E1、STM-1或ISDNPRI这样的PSTN连接和ATM或IP（以太网连接）这样的包交换网络的连接。

5.4安全性

媒体网关的另一个重要问题是安全性。只有经过授权的用户才能使用媒体网关，而非授权用户不能使用媒体网关，所以媒体网关应该实现RADIUS、PAP、CHAP或IPSec这样的鉴权协议。

5.5稳定性

提供承载级的稳定性是对媒体网关在稳定性上的要求，任何一个网络实体，其稳定性对于网络经营者都是很重要的，媒体网关可以通过支持冗余设备和支持分布式部署，来提高媒体网关的稳定性。

5.6可伸缩性

不同经营者对网络使用规模有着不同的要求，应该使经营者可以按需要扩大和缩小网络，因此媒体网关必须支持可伸缩性，考虑媒体网关时，可伸缩性体现在支持分布体系结构（就稳定性而言）和不影响已有网关条件下布置新网关的可能性。

5.7OAM

媒体网关的管理和监控应该尽量容易，一般要有图形化的用户界面。这些操作也应该可以远程完成，这样可以使多个分布媒体网关的管理更容易。媒体网关应该支持标准管理协议（SNMP、CORBA），以兼容广泛使用的管理工具及与旧OSS集成，所以它应该支持SNMP兼容的MIB，应该可以在管理平台查看主要性能参数和生成的警告（有不同的告警级别），应该可以看到网络拓扑（比如MG是如何连到软交换的）进行配置网络等。

媒体网关实现技术

媒体网关的体系结构应具有高度可配置和可编程的特点，具有良好的可扩展性和高度的灵活性，所有这一切依赖于一个良好的体系结构——硬件和软件结构，软件结构主要涉及设备驱动程序、网络协议以及媒体网关控制协议（MGCP、Megaco/H.248等）的实现，硬件结构要具有可扩展性，需要综合话音分组化、多种QoS传输机制、应用层自适应QoS保障机制、传输层QoS保障机制等多种关键技术机制，话音分组化是计算密集性任务，需要使用高性能计算引擎，同时传输层QoS保障的实现也主要依靠硬件，在设计媒体网关时，媒体网关应支持下列内容。

（1）支持多种话音编码算法

为了保证现有网络能够平滑接入NGN，并且能够互联互通，由于不同网络采用不同的话音编码算法，因此媒体网关需要支持多种话音编码算法，要支持现有通信系统采用的多种话音编码算法，如G.711（PSTN）、G.723.1（IP电话）、G.729A（IP电话）、EFR（GSM）、AMR（3GPP）等，媒体网关通过采用多种话音编码算法，可以实现自适应QoS保障机制，比如，根据网络拓扑结构、动态负荷和链路状态的不同或变化，系统动态地调整所采用的话音编码算法，从而确保整个网络的QoS最优化。

（2）支持多种传输层QoS保障机制

下一代网络是一个以IP为中心的同时支持话音、数据和多媒体业务的全业务网络，但是现有的IP协议并不能完全解决下一代网络所面临的QoS问题，这就要求媒体网关能够支持多种传输层QoS保障机制，不但能够支持现有传输层QoS机制，也能够通过有限的修改快速支持新出现的QoS机制，这就要求媒体网关在体系结构上具有足够的灵活性。

（3）话音分组化

话音分组化（话音编码算法）是下一代网络中实现多媒体话音通信的前提和基础，话音分组化具有严格的实时性要求，一帧话音必须在规定的时间内获取参数，前后话音帧存在一定相关性，出现短暂的传输中断或者错误，话音可以利用前几帧的特征参数进行预测，不至于让用户感到服务质量的突然下降，但是长时间的中断必然会使通话中断，而且仅仅依赖话音编码算法无法保证QoS，必须结合其他机制。

（4）自适应QoS保障机制

媒体网关仅仅依赖传输层QoS机制来实现面向用户的QoS，是远远不够的，因为媒体网关不但要支持PSTN，还要支持GSM、CDMA以及未来的3G移动网络。当移动通信信道恶化或者用户容量增大时，只有自适应地调整用户使用的编码算法，才能确保不同网络环境下的QoS，只有充分利用无线频谱资源，才能做到全网络QoS最优，应该根据当前网络条件，从3G所采用的多种自适应多速率话音编解码算法中选取合适的编码算法。

（5）高度可靠、易于控制和维护

由于在下一代网络中，会存在许多具有强大计算能力的节点，因此下一代网络将是一个巨大的分布式系统，在这样一种计算环境下，媒体网关必须具有高度可靠性，同时媒体网关要接受软交换设备的控制，媒体网关需要支持多种不同的控制协议，应易于实现媒体网关的维护、监控、管理等功能。

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