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gallery/icone h248

 Esse artigo tem como objetivo geral o estudo do protocolo H.248 e sua utilização em Media Gateway em redes de telefonia móvel. Será apresentado os principais conceitos e descrever as características do protocolo H.248.

 

As redes de telecomunicações vêm sofrendo bastantes mudanças ao longo dos tempos para que sejam compatíveis com as novas tecnologias que surgem e impulsionam a oferta de novos serviços aos clientes mais exigentes e que buscam suprir sempre suas necessidades cada vez mais atreladas a esses novos possíveis serviços oferecidos. Diante desse cenário as operadoras de telecomunicações estão sempre se atualizando para tornar possível a aplicação das novas tecnologias em suas redes.

 

Para tornar possível a implementação das redes de terceira geração (3G – terceira geração de redes de telefonia móvel celular), houve a necessidade de atualização da rede existente para rede NGN (Next Generation Networks) e a implantação de gateways de multimídia que suportem tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode).

 

Para os profissionais que atuam na área de telefonia móvel há a necessidade do entendimento do referido protocolo, H.248, o qual está inserido no novo cenário em redes de telefonia móvel proporcionado.

 

O entendimento do protocolo H.248 em redes de telefonia móvel proporcionará aos alunos e profissionais da área de informática e telecomunicações embasamento teórico para auxiliá-los na operação e projeto dessas redes.

 

Com a implantação de sistemas de terceira geração, houve a necessidade de uma modificação na estrutura original utilizada no sistema de comutação de rede (NSS) de uma rede padrão GSM. Houve uma separação das funcionalidades da MSC onde a mesma passou a exercer apenas função de controle de chamada (MGC) e recebeu nome de MSC Server. Foi também implementado um equipamento chamado Media Gateway (MGW) que exerce função no plano de usuário, transformando-se assim numa rede baseada em redes NGN.

 

Para gerenciamento desses Media Gateway foi implementado um protocolo chamado H.248 (MeGaCo) que será alvo de estudo.

As transações podem receber respostas provisórias a fim de evitar timeout na operação ao solicitante por diversas ocasiões pela qual o comando pode demorar a ser executado.

A resposta final possui as informações solicitadas nos pedidos e outras que contém os resultados provocados por essas solicitações, onde várias solicitações e respostas podem ser enviadas de uma só vez em uma única mensagem do protocolo conforme ilustrada na figura abaixo:

gallery/imagem topologia movel

Protocolo é um conjunto de regras e convenções que provê a transferência de informação entre dois elementos de rede conectados por uma interface física.

O protocolo H.248 foi desenvolvido pela ITU (International Telecommunication Union) juntamente com a IETF (Internet Engineering Task Force) e teve aprovação como recomendação ITU-T H.248 em junho de 2000 e em 2002 a ITU-T emitiu uma segunda versão com várias correções e novos recursos.

 

O protocolo H.248, também conhecido como Megaco, é baseado em transação onde cada uma é composta por uma solicitação e uma resposta, podendo haver respostas provisórias. Uma sintaxe de comando foi desenvolvida composta em transação, ação, comando descritor e níveis de evento para aplicação em casa transação conforme demonstrada: <palavra-chave>[= identificador]{ conteúdo associado }.

gallery/megaco troca mensagem
gallery/troca mensagem megaco

É recomendado que nas transações, as respostas sejam processadas antes que as solicitações quando enviadas em uma mesma mensagem. Uma restrição que o protocolo H.248 faz à utilização de solicitações e resposta na mesmas mensagem é que no momento inicial da negociação de associação  de controle para envio de solicitação, caso uma resposta seja para um endereço diferente daquele negociado, as respostas e solicitações devem ser enviadas em mensagens diferentes, pois as respostas sempre são enviadas ao endereço original do qual partiu a solicitação conforme ilustra a figura abaixo.

gallery/solicitacao megaco

O conteúdo de uma transação é garantida para ser executado na ordem em que eles são apresentados, até o ponto de falha, se houver. Em contraste com o banco de dados conceito de uma transação, H.248 não oferece tudo-ou-nada na execução de uma operação.

 

A transação é organizada como uma seqüência de ações, cada qual identifica um contexto H.248 ao qual o conteúdo da ação aplica.

 

A arquitetura MEGACO é baseado em três conceitos: a terminação (ponto), contexto e fluxo. Juntos, eles orquestram a criação e manipulação de fluxos de mídia.

 

Para que seja possível um fluxo de mídia faz-se necessário o estabelecimento de uma conexão entre dois pontos chamados de terminação. A figura abaixo ilustra duas terminações conectadas em um contexto. Uma terminação identifica cada um desses pontos de conexão, entre eles são implementados sinais e gerados eventos relacionados. Cada terminação pode está contida em apenas um contexto e representa uma tecnologia de transporte como, por exemplo, ATM e Frame Relay ou fluxos de mídia efêmeros como, por exemplo, UDP e TCP.

gallery/contexto

O termo "terminação" abrange mais ou menos ao termo "end-point" no MGCP. "Terminações Físicas", tais como circuitos têm o mesmo alcance que os “physical end points” do MGCP - são as entidades persistentes que representam algum tipo de hardware (ou uma parte compartilhada dele, como um circuito digital multiplexado com outros na mesma fibra óptica).

 

O estabelecimento de uma conexão entre as terminações é chamado de contexto e conceitualmente pode ser comparado a uma ponte de conferencia. Um contexto trabalha com vários fluxos de mídias e define a topologia de comunicação interconectando todas as terminações que ele possui.

gallery/exemplo contexto

A figura acima ilustra um contexto de conexão entre os pontos A e B, onde estão em conversação no momento. Observa-se que cada terminação tem um identificador que pode ser letras e números e alguns símbolos como barra e sublinhado. Todo contexto recebe também um identificador que geralmente é fornecido pelo MG (Media Gateway) e de forma numérica.

 

O identificador para a terminação B mostra uma convenção que pode ser utilizado para terminação IP efêmera: os primeiro caracteres identificam o transporte, seguido por um valor numérico normalmente atribuído pela MG.

 

Um contexto pode ter vários fluxos, cada um tipicamente para um meio (por exemplo, áudio ou vídeo), organizado de acordo com a topologia do contexto. O controlador especifica quais fluxos que uma determinada terminação suporta.

 

H.248 lida com uma grande quantidade de estado. A especificação H.248 usa o termo "propriedades" em seu sentido mais amplo para significar o conjunto completo de valores de estado associado a uma terminação ou de contexto.

 

Todas as terminações físicas em H.248 possuem um valor padrão quando o MG inicia sua operação ou quando as terminações são subtraídas de algum contexto anteriormente formado. As terminações efêmeras, como terminações IP por exemplo, também recebem valores padrões quando são criadas, porém esses valores são imediatamente substituídos pelo valores fornecidos pelo comando ADD que servem para criá-los. Todos os valores padrões do protocolo H.248 podem ser alterados de acordo com a configuração desejada na MG (Media Gateway).

 

Parâmetros para os comandos MEGACO são chamados descritores, alguns são opcionais, enquanto outros são de preenchimento obrigatório, dependendo do comando específico.

 

Abaixo são descritos os comandos utilizados no protocolo H.248, onde o símbolo * é utilizado para indicar todos os contextos e/ou terminações. Alguns comandos utilizam esse símbolo como parte do nome da terminação ou contexto para indicar um intervalo de valores, como por exemplo, as terminações ID PCM_1/1, PCM_1/3, PCM_1/4 até PCM_1/30 poderiam ser ativados usando apenas o ID PCM_1/*.

 

Um outro símbolo é utilizado para definir parâmetros, na criação de terminações e contextos, onde a Media Gateway deve escolher os valores e informar a MSC Server os parâmetros definidos.

 

Comandos H.248:

 

  • Add – Esse comando é enviado do MGC para o MG e adiciona uma terminação a um determinado contexto;
  • Subtract – enviado do MGC para o MG e remove uma terminação de um contexto;
  • Move – Comando enviado do MGC para o MG e move uma terminação de um contexto para o outro;
  • Modify – Esse comando modifica as propriedades de uma terminação e é enviado do MGC para o MG. Por exemplo, coloca uma terminação para modo send/receive (fullduplex) permitindo tráfego de mídia de uma terminação a outra em um contexto;
  • Notify – Esse comando é enviado do MG para o MGC e serve para comunicar algum evento ocorrido no MG;
  • AuditValue – Enviado do MGC para o MG e solicita os valores das propriedades atuais de uma terminação tais como contexto atual e valores de evento;
  • AuditCapabilities – Comando enviado do MGC para o MG e que solicita do MG os valores possíveis de propriedade para uma determinada terminação, como por exemplo, qual CODEC ela suporta ou qual a taxa de dados suportada;
  • ServiceChange – Comando enviado pelo MGC ao MG e dá instruções ao MG para colocar uma terminação em ou fora de serviço;
  • ServiceChange – Comando enviado do MG para o MGC e serve para indicar que um MG vai entrar ou sair de serviço, como por exemplo em uma reinicialização. Serve também para indicar que uma terminação veio a entrar ou a sair de operação.

 

Os parâmetros contidos nos comandos do H.248 são chamados de descritores sendo alguns opcionais e outros indispensáveis. Abaixo são listados os descritores existentes no Megaco:

 

  • ContextID – serve para identificar um contexto.
  • TerminationID – serve para identificar uma terminação e não tem restrição quanto a escrita, podendo ser, por exemplo, PCM_1/20 que significa que a terminação é um PCM (Pulse Code Modulation) índex 1 e time slot 20.
  • LocalDescriptor – serve para definir parâmetros RTP (Real-time Protocol) atribuídos pelo MG ao criar uma conexão IP.
  • RemoteDescriptor – serve para o MGC requerer os parâmetros RTP quando a MG necessita conectar-se a um MG remoto.
  • EventDescriptor – utilizado para requerimento de eventos ocorridos no MG e é definido pelo MGC.
  • ObservedEventsDescriptor – utilizado para notificar eventos detectados no MG e é definido pelo MG.

 

Acima foram listados os comandos e descritores que um MGC (Media Gateway Controller) pode enviar a um MG (Media Gateway), ou vice-versa, através do protocolo H.248 e como resposta o MG envia notificações de eventos como resposta. Devido ao fato de não ser possível desenvolver um protocolo para os diversos tipos de Media Gateway foi criado no H.248 um mecanismo geral e um conjunto de parâmetros especializados chamados de pacotes, sendo eles separados por aplicações. Então um pacote é um mecanismo de extensão que define as propriedades, eventos, sinais e estatísticas determinadas para atividades específicas.

 

A maioria desses pacotes lida com aplicações especificas como envio e detecção de tons (DTMF) assim como também o envio de anúncios.

 

Conforme foi visto até agora, com a necessidade de mais avanços dos serviços móveis foi aberto caminho para implantação de redes de terceira geração. Para os usuários, os principais requisitos são possibilidade de utilização a nível mundial, serviços avançados com ênfase em aplicações multimídias, possibilitar terminais inteligentes e uma melhor qualidade do serviço oferecido pela operadora. Já para as operadoras de telefonia, as principais vantagens são o aumento da receita juntamente com a flexibilidade no gerenciamento das operações, tais como, capacidade de rede melhorada, aumento da utilização dos recursos, maior segurança, implantação de serviços flexíveis e rápidos entre outros.

 

Na segunda geração de telefonia móvel, a MSC (Mobile Switch Center) atua como interface entre a rede pública comutada por circuito (PSTN) e o sistema de acesso via rádio (BSS). A MSC realiza todas as funções necessárias para manipular os serviços comutados por circuito para as estações móveis (MS). Nessa configuração ela atua tanto com função de controle de chamadas, fazendo também o gerenciamento da mobilidade quanto também com função de plano de usuário que consiste em dar suporte ao usuário em transmissão de dados como a transcodificação e cancelamento de eco.

 

Para possibilitar a implementação do sistema de terceira geração, as redes de telefonia móvel de segunda geração sofreram algumas alterações e foram implementadas baseadas em redes NGN (Next Generation Network).

 

No sistema de comutação de rede baseado em NGN, um MGC (Media Gateway Controller) gerencia através do protocolo H.248 um MG (Media Gateway). O MGC é um controlador de Media Gateway e são também conhecidos como agentes de chamadas. O MGC é o mestre que emite comandos ao MG (escravo). O MG confirma o comando, executa o mesmo e notifica o MGC acerca do resultado (com ou sem sucesso). A figura abaixo mostra a visão geral de uma rede baseada em NGN com MGC e Media Gateway.

gallery/topologia movel

Os MGCs tratam do chamado plano de controle e já os Media Gateways tratam do chamado plano de usuário.

 

Baseado nessa ideia de rede NGN, a MSC foi dividida em dois elementos funcionais, vide figura abaixo, onde o controle de chamadas, gerenciamento de mobilidade entre outras funções de controle foram atribuídas ao elemento chamado MSC Server (Mobile Switch Center Server). Já as funções de plano de usuário, como a transcodificação e cancelamento de eco, suporte à conexão de dados do usuário, foram atribuídas ao elemento chamado MGW (Media Gateway).

gallery/topologia movel ngn

A MSC Server é um elemento de sinalização que proporciona o controle de chamada (CC) e da funcionalidade de controle da mobilidade da MSC. A MSC Server configura e gerencia as chamadas móveis originadas e terminadas sobre o domínio CS.

 

O Media Gateway Function (MGW) é uma função no plano de usuário que lida com o interfuncionamento com a PSTN. A MGW normalmente termina canais portadores de uma rede externa de comutação de circuitos e fluxos de mídia a partir de uma rede comutada por pacote (por exemplo, fluxos RTP/UDP/IP) e faz a ponte para esses canais portadores através de meios de conversão, controle de portadora e processamento de carga útil. Neste contexto, a MGW interage com a MSC Server e GMSC Server para controle de recursos usando o protocolo H.248. A MGW inclui os recursos necessários para suporte aos meios de transporte UMTS/GSM.

 

O protocolo H.248 também conhecido como MEGACO atua no gerenciamento do MG (chamado de MGW em redes de telefonia móvel) na interface entre a MGC (chamado de MSC Server em redes de telefonia móvel) e o MG, onde são transportados comandos de transações entre os mesmos.

 

O protocolo MEGACO envolve uma série de transações entre MGCs e MGs. Cada transação envolve o envio de uma solicitação de transação pelo iniciador da transação e o envio de uma resposta de transação pelo respondedor.

 

A interface entre a MSC Server e a Media Gateway (MGW) é chamada de Mc, e é nela onde o protocolo H.248 é aplicado. A interface Mc é definida entre a MSC Server e MGW, e entre os GMSC Server e MGW. É baseada em mecanismos H.248/IETF padrão Megaco. Vide figura abaixo destaque para interface Mc na arquitetura básica do núcleo de uma rede móvel.

gallery/interfaces movel

A interface Mc carrega instruções de controle e sinais entre os MSC Servers (MSC e GMSC) e MGW. Além de comandos de controle do MSC Server para a MGW este canal também permite a MGW sinalizar eventos de volta para o MSC Server. Por exemplo, se a MGW recebe sinais dual tone multi-frequency (DTMF) a partir do telefone conectado no domínio PSTN estes podem ser enviadas para o MSC Server. O protocolo que é utilizado ao longo desta interface é chamado MEGACO (Media Gateway Control) e é definida em recomendação ITU H.248.

 

Em sua maior parte, as operações são solicitadas por uma MGC e as ações correspondentes são executadas dentro de um MG.

 

Esse foi um breve estudo sobre o protocolo H.248 em redes de telefonia móvel.

 

Percebe-se que de acordo com a necessidade de aumento da capacidade da rede e oferta de serviços de valor agregado aos seus clientes, as operadoras de telecomunicações estão se atualizando para tornar possível essa oferta, visando também sobreviver no competitivo ramo em que atuam.

 

A configuração baseada em NGN possibilita a separação da funcionalidade da MSC fazendo com que haja facilidade e melhor aproveitamento dos equipamentos do núcleo da rede. A operadora pode utilizar uma MSC Server centralizada em um estado, por exemplo, para controlar várias MGW distribuídas em diversos outros estados, causando impacto positivo na redução da infra-estrutura necessária ao funcionamento dos equipamentos.

 

Observando a possibilidade de a MSC Server estar separada fisicamente da MGW, como citado no parágrafo anterior, existe a possibilidade de haver um grande impacto negativo, se for considerado uma eventual perda total ou mesmo parcial da interface Mc, que interliga a MSC Server e a MGW. Pois haveria perda de tráfego de chamadas pelo fato do protocolo H.248 não poder enviar suas solicitações e/ou receber as respostas de confirmação enviadas pela MGW. E perda de tráfego significa perda de receitas financeiras para a operadora.

 

Se for considerado que uma única MGW forneça conexão aos usuários de todo um estado e estando a MSC Server em outro, por exemplo, a paralisação do link da interface Mc entre os dois elementos provocaria a perda total do tráfego de chamadas e possivelmente de dados, da operadora móvel, onde esteja instalada a MGW.

 

Uma instabilidade no link da interface Mc pode causar também pequenas perdas de conexões, entre os elementos, que momentaneamente torna-se imperceptível, porém pode impactar no desempenho de modo geral na rede móvel. Essa possibilidade sugere uma investigação, e soluções podem ser implantadas para melhor desempenho e garantia de qualidade dos serviços aos usuários.

 

Portanto, entende-se a importância de um estudo da estabilidade no(s) link(s) utilizado na interface Mc, assim também como quais as melhores tecnologias e equipamentos de transporte a serem utilizadas.

 

O bom funcionamento do H.248 no estabelecimento das chamadas em uma rede móvel é imprescindível. Sem sua atuação não há possibilidade de uma chamada móvel ser completada.

 

Apesar dos diversos riscos apresentados com a separação dos dois elementos (MSC Server e MGW), esse tipo de tecnologia de rede traz um avanço na forma em que os usuários podem se conectar. Proporcionando a esses usuários toda uma gama de serviços diferenciados e incrementando a experiência dos mesmos, com a utilização desses novos serviços. O protocolo H.248 possibilita de forma eficiente esse avanço.