IMS与PSTN域互通中MGCF的设计

李军军 李卓琳

摘要：探讨了IMS在3GPP网络中的应用，根据IMS与PSTN域互通的实际需求分析了媒体网关控制功能（MGCF）的功能需求。MGCF负责进行ISDN用户部分或承载无关呼叫控制与SIP协议之间的协议转换，并且将会话转发给IMS域。在此基础上，分析了从IMS网络到PSTN网络的典型呼叫会话流程，提出了一种SIP与ISUP信令互通的结构和消息映射机制，实现了IMS与PSTN域互通中MGCF的设计。

关键词：IMS；MGCF；SIP；ISUP

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2018）23-62-3

0引言

IMS是一种全新的多媒体业务形式，能够满足当前终端客户更新颖、更多样化媒体业务的需求。由于IMS网络基于IP协议和开放的网络架构，可以将数据、语音及多媒体等多种业务，采用不同的接入方式共享业务平台。而在网络演进的过程中，需要IMS网络与现有的软交换网络、公共电话交换网（PSTN）和2G移动网络等长期共存并实现互通功能，需要实现IMS用户与固定用户、移动用户之间的语音通话、视频交流及短信等相关业务的通信[1]。

为了充分利用现有的电话网络资源，研究IMS与PSTN网络之间的互通问题是非常有必要的。而作为功能实体的媒体网关控制功能MGCF的实现，正是解决IMS网络与PSTN网络互通的关键技术所在。MGCF采用H.248协议作为控制协议，主要功能是控制MGW完成话路的连通，同时处理来自PSTN等网络的ISUP信息和来自IMS网络的SIP消息，是完成IMS网络与PSTN网络互通的网络实体，因此进一步研究MGCF具有很重要的应用价值。

1 MGCF设计的需求分析

在IMS与PSTN域互通的过程中，MGCF扮演着重要的角色，它的功能类似于交换机。MGCF在网络中的位置，如图1所示。MGCF具备以下功能：①Mg接口用于疏通PSTN网络到IMS网络的会话过程，采用的是SIP协议；②Mj接口用于疏通IMS网络到PSTN网络的会话过程，采用的是SIP协议；③Mn接口用于MGCF控制IM-MGW，采用的是H.248协议；④同PSTN网路进行互通，采用的是ISUP协议。

MGCF通过逻辑接口分别连接着IMS和PSTN两部分，由于IMS网络采用的是SIP协议，PSTN网络采用的是ISUP协议，这2种协议使用的地址格式和消息格式截然不同。因此，要实现二者的互通，MGCF需要能夠进行相应地址和信令的转换和映射，如图2所示。

2 SIP和ISUP协议转化与消息映射

SIP协议是IETF提出的为了实现在IP网络上运行可靠多媒体的信令协议，具有呼叫控制与接入无关以及能够灵活提供多种业务等优点[2]。ISUP是NO.7（7号信令系统）公共信道信令系统的用户部分中的一种，包括语音业务和非话音业务（如电路交换数据通道）控制所必须的信令消息、功能和过程。ISUP可以完成电话用户部分（TUP）和数据用户部分（DUP）的功能，并且能实现范围广泛的ISDN业务，具有非常广阔的应用价值。

为了实现消息映射机制，将MGCF的接口分成I-MGCF（IMS-MGCF）和P-MGCF（PSTNMGCF）两部分。其中I-MGCF负责传递从IMS网络到PSTN网络的呼叫过程， P-MGCF负责传递从PSTN网络到IMS网络的呼叫过程。从IMS网络（SIP协议）到PSTN网络（ISUP协议）的呼叫会话流程[3]，如图3所示。

SIP与ISUP的消息映射在MGCF工作的不同阶段完成，一个典型的MGCF消息映射过程包括以下2个阶段。

2.1发起呼叫

IMS与PSTN呼叫过程中的功能实体还包括边界网关控制功能（BGCF）和IP多媒体-媒体网关功能（IM-MGW）。其中BGCF是IMS网络与PSTN网络的分界点，它决定在何处与PSTN网络进行连接；IM-MGW提供PSTN和IMS之间的接口，能够在PSTN网络的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换，实现媒体转换、承载控制和载荷处理等功能。

2.1.1 IMS网络到PSTN网络的呼叫过程

如图4所示，IMS网络下的终端用户UE发起呼叫，被叫号码为“tel”格式，IMS网络中的S-CSCF发送请求到ENUM服务器进行被叫号码查询，ENUM服务器查询不到此被叫号码，返回失败响应[4]。S-CSCF接收到EMUM返回的失败响应，将Invite消息传递给预置的BGCF，BGCF接收到S-CSCF传递的Invite消息，分析Invite的Request-URI的电话号码获得下一条MGCF的IP地址，并将该消息进行传递[5]。

MGCF收到由BGCF发送的Invite请求消息后，根据被叫号码进行路由分析，并转发呼叫到PSTN网络，并向IM-MGW发起H.248消息实现媒体的创建。MGCF在收到PSTN网络返回的媒体资源响应消息ACM后，根据协商的信息向IM-MGW发起H.248消息进行媒体资源的保留，并向对端IMS网络返回180 Ring响应[6]。

在收到PSTN网络发送过来的应答消息ANM后，MGCF向IM-MGW发出H.248消息启动媒体流，并向对端IMS网络发出200 OK消息，实现会话的建立。

2.1.2 PSTN网络到IMS网络的呼叫过程

如图5所示，PSTN网络下的终端用户UE发起呼叫，被叫号码为“tel”格式，PSTN网络发送IAM消息到IM-MGW，IM-MGW发送IAM消息到MGCF。

MGCF收到从PSTN网络发过来的呼叫标识时，首先通过ENUM Server查询被叫号码的SIP URI，然后通过DNS Server查询被叫所归属的I-CSCF的IP地址，最后产生一个Invite消息，发送到IMS网络中I-CSCF[7]。

2.2释放呼叫

在呼叫释放阶段，如果IMS网络发起一个呼叫释放请求时，MGCF将收到的BYE请求转化为非SIP信令REL发送到PSTN网络；如果PSTN网络发起一个呼叫释放请求时，MGCF将收到的REL请求转化为SIP信令BYE发送给IMS网络。

3结束语

MGCF在IMS网络与PSTN网络互通中占有极其重要的地位。本文基于IMS在3GPP中的研究背景，分析了SIP控制协议与ISUP控制协议之间的转换，通过对IMS与PSTN域互通中基本呼叫流程进行了探讨，实现了IMS与PSTN域互通中MGCF的设计。

参考文献

[1]朱爱华，符刚，高功应.IMS网络演进中的关键问题探讨[J].移动通信，34（13）：5-10.

[2]张智江，张云勇，刘韵洁.SIP协议及其应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3]孙勇，温向明，胡颖，等.IMS与PSTN互通的信令控制系统设计[J].微计算机信息，2008，24（8-3）：37-38.

[4]陳卉，强磊.互联网与电信网融合的关键技术：ENUM[J].当代通信，2006（14）：10-14.

[5]王翔，沈广茂.基于固网软交换的AGCF设计与实现[J].通信技术，2016，42（14）：62-65.

[6]付承彪，蔡昌许，陶燕林.H.248协议在NGN网络中的应用分析[J].曲靖师范学院学报，2013，32（6）：48-51.

[7]沈乐，鲍可进.基于H.248协议的SIP网络资源分配策略[J].计算机工程与设计，2011，32（11）：3646-3649.