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1 MeGaCo: Conheça o protocolo de sinalização de Mídia Gateways VoIP Este tutorial apresenta uma breve descrição do Protocolo MeGaCo (MEdia GAteway COntrol), utilizado para a sinalização de Mídia Gateways em redes VoIP. Júlio César Mondadori de Oliveira Técnico em Eletrônica e Telecomunicações, licenciado em Matemática, concluiu em 2005 a Pós-Graduação (latu sensu) pelo INATEL (Instituto Nacional de Telecomunicações) em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações, com trabalho de conclusão final sobre o Protocolo MEGACO ou H.248. Atuou, desde 1987, em telecomunicações na extinta Telebrasília, na área de operação e manutenção - O&M (telefonia fixa). No início trabalhou com centrais analógicas (PC1000B), em 1994 passou a trabalhar com centrais digitais, primeiro com o sistema AXE da Ericsson e depois o 5ESS da Lucent - sempre em O&M. Durante o período na Telebrasília fêz vários cursos de especialização como: Teoria do Tráfego Telefônico, Básico de PCM, Sinalização SS7, os quais ainda hoje são atuais. Com a privatização passou para a Brasil Telecom. Atualmente trabalha na Alcatel na área de O&M, para a Brasil Telecom, como líder de equipe da tecnologia Lucent. Também está envolvido com O&M dos equipamentos para NGN da Huawei. Categoria: VoIP Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 20/11/2006 1

2 MeGaCo: Introdução O crescimento do transporte de voz sobre IP (VoIP) tornou indispensável interligar os vários tipos de redes existentes, a RCC (Rede de Circuitos Comutados), a Celular com as redes IP. A interligação é feita através dos Mídia Gateway, ou Gateway MG. O Mídia Gateway é um elemento da rede NGN, Next Generacion Network, que funciona como ponto de junção entre diferentes redes de transporte, e possui um conjunto de funcionalidades que começa com a simples adaptação do transporte, a operacionalidade entre o tradicional e o novo protocolo de sinalização da chamada e envolve a compressão e descompressão da mídia, caso seja necessário. Para controlar os Gateways foram desenvolvidos vários protocolos, tais como Media Gateway Control Protocol, MGCP, pelo IETF, e Media Protocol Device Control, MDCP, pelo ITU-T, mas esses protocolos não conseguiram se tornar padrões de mercado por serem correntes diretos entre si. Da necessidade de criar um padrão para o controle dos Mídia Gateways surgiu o protocolo MeGaCo, Media Gateway Control ou H.248. É um protocolo e arquitetura desenvolvidos em conjunto pelo Grupo de Trabalho MEGACO do IETF e pelo Grupo de Estudo de 16 do ITU-T. No IETF é definido pela RFC 3525 v.2 e no ITU-T pela Recommendation H É constituído por três elementos: Media Gateway Controller (MGC), Media Gateway (MG), e Signalling Gateway (SG). O MeGaCo/H.248 separa fisicamente o plano de controle, MGC (também conhecido como Softswitch), do plano de conexão, o MG, conforme apresentado na figura 1. O MGC é responsável por trocar as sinalizações e mensagens com as outras redes e protocolos, converter as mensagens para os comandos do MeGaCo/H.248 e encaminhar na rede IP para os MG s, controla também a existência das entidades lógicas no MG. O MG pode estar localizado física distante do MGC, e recebe os comandos MeGaCo/H.248 para criar e deletar as entidades do protocolo. Recebe a mídia de diferentes tipos de rede e faz a conversão para a rede IP. Figura 1: Estrutura simplificada do MeGaCo. 2

3 Existem dois tipos de MG: Residential Mídia Gateway (RGW), que possui assinantes ligados, e Trunk Mídia Gateway (TGW), que interliga a RCC e a rede Celular ao mundo IP. O Signalling Gateway (SG) é um tipo de MG especializado na conversão da sinalização Nº7 para rede IP. 3

4 MeGaCo: Modelo de Conexão O modelo de conexão descreve as entidades lógicas ou objetos dentro do MG que podem ser controlados pelo MGC. As principais abstrações usadas no modelo de conexão são: Terminações e Contextos. Um Contexto é uma associação entre terminações. Possui os seguintes atributos: A topologia, o percurso da mídia(s); e O ContextoID, a identificação. O contexto descreve a topologia da conexão e a mistura (mixagem) da mídia, e/ou faz a comutação dos parâmetros se mais de duas terminações estiverem envolvidas na associação. O contexto é criado pela associação da primeira terminação e deletado quando a última terminação é removida. O protocolo permite mudar uma terminação de um contexto para outro, podendo modificar os parâmetros das terminações existentes. Há um tipo especial de contexto - o contexto nulo - que contém todas as terminações semi-permanentes que não estão associadas a qualquer outra terminação e todos seus parâmetros estão com valores nulos. Por exemplo, Residential Gateway: todas as linhas de assinantes livres são representadas pelas terminações no contexto nulo. A terminação é uma entidade lógica no MG que pode ser a origem ou o final de mídias e/ou controle de streams. A terminação tem identidade única, a TerminationID, associada pelo MG no momento de sua criação. Uma terminação é caracterizada por um número de propriedades que são agrupadas no conjunto dos descritores. Terminações representando entidades físicas que têm uma existência contínua, mas não estão em uso o tempo todo, são chamadas semi-permanentes. Por exemplo: Os time-slots de um E1 ligado entre um MG, tipo TGW, e uma central telefônica. Terminações que representam fluxos temporários, como fluxos de RTP, existem enquanto estão sendo usadas e são chamadas transitórias (ver figura 2). As terminações transitórias são criadas pelo comando ADD e destruídas pelo comando SUBTRACT. As semi-permanentes criadas e deletadas com os comandos ADD e SUBTRACT são movidas do/para o contexto nulo respectivamente. A terminação chamada ROOT é uma referência ao próprio MG. As terminações podem receber e transmitir sinais como tons DTMF e a identificação do chamador. AS Terminações podem ser programadas para detectar eventos, e a ocorrência deles pode disparar mensagens para o MGC ou ações pelo MG. As estatísticas são acumuladas nas próprias terminações e reportadas ao MGC por comando. 4

5 Figura 2: Esquema simplificado do Modelo de Conexão. 5

6 MeGaCo: Comandos O protocolo fornece comandos para manipular as entidades lógicas do modelo de conexão do protocolo, ou seja, os contextos e terminações. O comando provê o controle completo das propriedades dos contextos e das terminações. Tipos de Comandos O protocolo MeGaCo possui os seguintes tipos de comandos: ADD: O comando Add adiciona uma terminação a um contexto. O comando Add na primeira terminação no contexto é usado para criar o contexto. Enviado pelo MGC; MODIFY: O comando Modify modifica as propriedades, eventos e sinais em uma terminação; SUBTRACT: O comando Subtract desconecta a terminação do contexto. Quando é usado na última terminação do contexto, deleta o contexto. Enviado pelo MGC; MOVE: O comando Move transporta a terminação de um contexto para o outro. Enviado pelo MGC; AUDITVALUE: O comando AuditValue solicita o valor atual do estado de propriedades, eventos, sinais e estatísticas de uma terminação específica. Enviado pelo MGC; AUDITCAPABILITIES: O comando Auditcapabilities solicita todos os valores possíveis de propriedades, eventos e sinais nas terminações do MG. Enviado pelo MGC; NOTIFY: O comando Notify permite ao MG informar ao MGC os eventos e sinais recebidos que estão ocorrendo MG. Comando Exclusivo do MG; SERVICECHANGE: O comando Servicechange permite ao MG notificar o MGC que uma terminação ou grupo de terminações está fora de serviço ou entrou em serviço, para se registrar no MGC. O MGC pode informar que está passando o controle para outro MGC ou informar ao MG que tire de serviço uma terminação ou um grupo de terminações. Enviado pelo MGC e pelo MG. A estrutura dos comandos é: Comando = Terminação. Exemplos de comando: ADD = terma: adiciona a terminação A; e MODIFY = EphA: modifica a terminação transitória A. Para cada comando enviado deverá haver uma confirmação de recebimento, através da resposta REPLY Comando. Descritores Os parâmetros dos comandos são chamados descritores. Cada tipo de descritor carrega um tipo de informação para uma função específica do protocolo. Um descritor consiste em um nome e uma lista de itens. Alguns exemplos de descritores: Media: descreve a transformação para ser aplicada no fluxo de mídia através da terminação; Events, EventBuffer e ObservedEvents: seleciona e reporta o evento corrente de interesse do MGC; Signals: indica para MG qual sinal o MGC deseja que seja monitorado; TerminationsState: carrega informações sobre a terminação; LocalControl: Determina a direção do fluxo do stream; Local and Remote: Carrega informações descrevendo o tipo fluxo de mídia no stream. O formato geral dos descritores é: 6

7 Descriptor Name = <someid>{parâmetro = value, parâmetro = value,...} Exemplos de descritores: o descritor a seguir modifica a terminação A para verificar o evento de telefone fora do gancho. Transações MODIFY = TermA{Events = 1111 {al/of}} Os comandos são agrupados dentro de ações, e as ações dentro das transações (ver figura 3). Cada transação é identificada pelo Transaction ID. As transações garantem que seus comandos sejam executados dentro da seqüência. Podem ser executadas fora de ordem ou simultaneamente. Para cada transação executada com sucesso há uma resposta, a Transaction Reply com o mesmo Transaction ID. Quando o MG não envia a Transaction Reply, o MGC envia Transaction Pending, informando que existe uma transação pendente. Pacotes Figura 3: Esquema simplificado de uma Transação. Os pacotes são usados pelo protocolo com a finalidade de definir os detalhes necessários para as aplicações. Todos os sinais, eventos e estatísticas são definidos nos pacotes. O protocolo permite definir novos sinais, eventos e estatísticas apenas carregando novos pacotes. Estes podem ser criados a partir de pacotes já existentes, devendo ser registrados na The Internet Assigned Numbers Authority (IANA). Eventos São definidos nas terminações pelas propriedades. O MGC informa ao MG o evento que deve ser monitorado, como por exemplo, Telefone fora do gancho, usando o descritor Event no formato abaixo: Events = 1111 {al/of} 7

8 Outros exemplos de eventos que podem ser monitorados são: Telefone no gancho e Telefone em chamada falsa. Sinais São definidos nas terminações pelas propriedades e, por serem enviados e recebidos nas terminações, o MGC informa ao MG qual sinal deve ser enviado ou recebido com o descritor Signal, como por exemplo, o tom de discar, no formato abaixo: Signals {cg/dt} Outros exemplos de sinais que podem ser enviados são: os dígitos discados, o tom de chamada, o sinal de campainha e o tom de ocupado. Estatísticas São registradas e armazenadas nas terminações. São configuradas pelas propriedades, e podem ser armazenadas e enviadas posteriormente ou imediatamente. As estatísticas são coletadas quando o contexto é deletado. Alguns exemplos de estatísticas são: Número de pacotes enviados e recebidos; Número de octetos enviados e recebidos; Número de pacotes perdidos; Atraso de pacotes pelo enfileiramento nos roteadores da rede; Jitter; MGC manda deletar o contexto e o MG, na resposta Reply Transaction envia as estatísticas no descritor Statistics. Um exemplo de pacote de estatística enviado é apresentado a seguir: Statistics {rtp/ps=1234, ; packets sent} 8

9 MeGaCo: Aplicação O protocolo MeGaCo/H.248 foi desenvolvido para ser utilizado em um cenário NGN. Utilizaremos no exemplo os seguintes elementos, conforme apresentado na figura 4: 1 MGC; 1 Softswitch; 1 RGW (Residential Gateway); 1 TGW (Trunk Gateway); 1 SG (Signalling Gateway); e 1 Central Telefônica. Será originada uma chamada de um assinante ligado ao RGW para um assinante na central telefônica. Do RGW até TGW a voz irá pela rede IP, do TGW até a central telefônica irá através de um canal PCM de 64kbits/s. O MGC é acessado somente pela rede IP, ou seja, os comandos do protocolo MeGaCo/H.248 irão também pela rede IP. O RGW e TGW têm dois endereços IP cada, um para a voz e outro para os comandos do protocolo MeGaCo/H.248. O MGC se comunicará com a rede telefônica através do SG, este receberá a sinalização de canal comum número 7 (SS7) da central telefônica e fará a conversão para a rede IP e encaminhará para o MGC. Figura 4: Diagrama de uma chamada VoIP para rede telefônica convencional. As transações realizadas pelos equipamentos envolvidos nessa chamada, usando o protocolo MeGaCo, é apresentada a seguir: Usuário A RGW MGC TGW CENTRAL AÇÃO Passo 1 O MGC envia um comando para a MODIFY para a TermA (terminação semipermanente do usuário A) 9

10 - - Usuário A RGW MGC TGW CENTRAL no RGW1 com os descritores: verificar o evento de telefone fora do gancho, enviar sinal de discar, digmap, telefone no gancho. Passo 2 MG responde para MGC. Passo 3 O usuário A tira o telefone do gancho. Passo 4 O RGW detecta a mudança de estado e gera o comando NOTIFY com descritor de Observed Events informando que a mudança de estado para o MGC Passo 5 O MGC responde o NOTIFY. Passo 6 O MGC envia um comando MODIFY para o RGW colocar o tom de discar e preparar a recepção do dígitos pelo usuário A. Passo 7 O usuário recebe o tom de discar. Passo 8 O RGW responde o MODIFY. Passo 9 O RGW recebe os dígitos gerados pelo usuário A. AÇÃO Passo 10 O RGW gera um comando NOTIFY para MGC com a seqüência recebida do usuário A. Passo 11 O MGC responde o NOTIFY para o RGW. Passo 12 O MGC gera um mensagem de SS7, IAM, com a informações sobre o usuário A, o número de destino e encaminha para central telefônica pelo SG. Passo 13 O MGC envia dois comandos ADD para RGW. Uma para mudar o contexto do usuário A do contexto nulo e alterar seus parâmetros, outro comando ADD para criar uma terminação temporária com destino ao TGW e automaticamente o contexto que une as duas terminações. Passo 14 A central telefônica envia uma mensagem SS7, ACM, com as informações do assinante na central telefônica: livre, chamada tarifada. 10

11 Usuário A RGW MGC TGW CENTRAL <= VoIP ==== => <= PCM ===> Usuário A RGW MGC TGW CENTRAL Passo 15 O RGW envia a resposta dos comandos ADD junto com as informações sobre o contexto e a mídia. Passo 16 O MGC envia para TGW dois comandos ADD. Para criar uma terminação transitória e o contexto 1, para recebe o fluxo de VoIP vindo do RGW através da rede IP. Move uma terminação semipermante do contexto nulo para o contexto 1. Passo 17 O TGW responde os comandos ADD para o MGC. AÇÃO Passo 18 O MGC envia um comando MODIFY para alterar o contexto e enviar para o usuário A tom de chamada. Passo 19 O usuário A escuta o tom de chamada. Passo 20 O RGW responde os comandos MODIFY. Passo 21 A central telefônica detecta o atendimento e envia para o MGC um sinal SS7, ANM. Passo 22 O MGC ao recebe o ANM, gera um outro comando MODIFY para alterar a contexto, para poder enviar e recebe a mídia, VoIP, ou seja torna o contexto bidirecional. Passo 23 O RGW responde os comandos MODIFY. Passo 24 O MGC envia dois comandos MODIFY para TGW. Os comandos têm a função de modificar as terminações e o contexto para recebe e enviar a mídia, VoIP.. Passo 25 O TGW responde os comandos MODIFY. Agora já existe comunicação entre a rede de telefonia convencional e uma rede baseada no IP. AÇÃO 11

12 Passo 26 O usuário A desliga a chamada. Passo 27 O RGW envia um comando NOTIFY para MGC informando a mudança de estado do usuário A. Passo 28 O MGC responde o NOTIFY. Passo 29 O MGC envia dois comandos SUBRACT. A terminação semipermanente voltará para o contexto nulo, a terminação temporária e contexto serão deletados. Passo 30 O MGC envia uma mensagem SS7 de desconexão para a central de telefonia, REL. Passo 31 O RGW responde aos comandos SUBRACT e envia nos descritores da resposta as estatísticas da comunicação. Passo 32 O MGC envia dois comandos de SUBTRACT para o TGW. A terminação semipermanente voltará para o contexto nulo e a terminação temporária e o contexto serão deletados. Passo 33 A central de telefonia responde a mensagem de REL com uma mensagem RLC. Passo 34 O TGW responde os comandos SUBRACT. Nos descritores da resposta carregam as estatísticas da comunicação. 12

13 MeGaCo: Considerações Finais O protocolo MeGaCo/H.248 é mais poderoso que seus antecessores com MGCP por que: É um padrão aberto; Pode ser revisado e ajustado; Possui alta interoperabilidade com vários fabricantes; Possui poucas inconsistências; e É aplicável para todo tipo de rede de pacotes. Por todos este motivos o MeGaCo/H.248 é considerado atualmente como sendo o protocolo de controle para Rede NGN. 13

14 MeGaCo: Teste seu Entendimento 1. Os elementos que compõe arquitetura do protocolo MeGaCo são: Contexto, Terminação, Stream. Contexto, MGC, SG. MGC, MG e SG. SG, MG, Terminação. 2. Qual comando é utilizado pelo MG para enviar informações para o MGC? NOTIFY. MODIFY. ADD. IAM. 3. O que é a terminação ROOT? Uma referência ao contexto nulo. Uma referência ao MGC. Uma referência ao protocolo todo. Uma referência ao MG. 4. Quando as estatísticas são enviadas? Na resposta do comando ADD. Na resposta do comando SUBRACT. No início com o comando NOTIFY. Não há envio das estatísticas. 14

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