QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU VÀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM
Mạng thế hệ sau NGN
1.1.1 Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN
Nhu cầu trao đổi thông tin phản ánh trình độ phát triển của xã hội Khi thông tin được thừa nhận như một nguồn tài nguyên quý giá, nhu cầu về trao đổi thông tin của con người ngày càng đòi hỏi cao về chất lượng, đa dạng về loại hình thông tin và chủng loại dịch vụ Điều này tạo ra những cơ hội về doanh thu cho những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, nhưng cũng đặt ra cho họ không ít những khó khăn về mặt công nghệ.
Trước đây, lưu lượng chủ yếu là tín hiệu thoại, một hạ tầng cơ sở viễn thông theo mạng điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telecommunication Network) cũng đủ đáp ứng nhu cầu khách hàng Mạng PSTN hoạt động trên cơ sở chuyển giao theo chế độ kênh (Circuit Mode) với những tổng đài chuyển mạch kênh cho phép chuyển mạch tín hiệu thoại với độ tin cậy cao, đảm bảo rất tốt tính thời gian thực.
Ngày nay do sự tác động của hai yếu tố: sự gia tăng nhu cầu của khách hàng và sự ra đời của những công nghệ mới, hạ tầng viễn thông của mỗi nước đang đứng trước những bước ngoặt Sự gia tăng nhu cầu của khách hàng về loại hình dịch vụ, không chỉ là tín hiệu thoại mà bao gồm cả hình ảnh, dữ liệu và các dịch vụ đa phương tiện….Nếu như lưu lượng thoại được đáp ứng rất tốt bởi mạng PSTN thì với những loại lưu lượng còn lại mạng PSTN lại tỏ ra có rất nhiều nhược điểm :
Sử dụng băng tần không linh hoạt
Lãng phí tài nguyên hệ thống
Không có cơ chế phát hiện và sửa lỗi
Hiệu năng sử dụng mạng không cao
… Để thoả mãn nhu cầu của khách hàng, đồng nghĩa với việc gia tăng lợi nhuận,các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông yêu cầu những giải pháp công nghệ mới thay thế(hay bổ sung ) cho mạng PSTN Cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách hàng, công nghệ chuyển mạch gói cũng góp phần đưa ngành công nghiệp viễn thông chuyển sang thời kỳ mới Công nghệ chuyển mạch gói đưa ra giải pháp chuyển giao thông tin dưới dạng các gói tin theo phương thức hướng kết nối (connection oriented) hay không kết nối (connectionless) trên các kênh ảo (chỉ thực sự chiếm dụng tài nguyên khi có lưu lượng trên nó) Mạng chuyển mạch gói có thể được xây dựng trên các giao thức khác nhau: X25, IP…trong đó giao thức IP đang là giao thức được quan tâm nhiều nhất. Mạng chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP được coi là giải pháp công nghệ đáp ứng sự gia tăng nhu cầu của khách hàng Với khả năng của mình, các dạng lưu lượng khác nhau được xử lý hoàn toàn trong suốt trong mạng IP, điều này cho phép mạng IP có khả năng cung cấp các loại dịch vụ đa dạng, phong phú bao gồm cả dịch vụ đa phương tiện chứ không riêng gì dịch vụ thoại Điều này rất có ý nghĩa khi trong tương lai, thông tin thoại chỉ còn tồn tại như dịch vụ gia tăng giá trị.
Như vậy, để đáp ứng nhu cầu khách hàng các nhà quản trị mạng có hai sự lựa chọn hoặc xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới cho mạng IP hoặc xây dựng một mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên cơ sở mạng PSTN hiện có Trên quan điểm kinh tế, rõ ràng phương án hai là sự lựa chọn đúng đắn-đó là mạng thế hệ sau NGN-Next Generation Network.
1.1.2 Các đặc điểm và ưu điểm của mạng thế hệ sau
Hai đặc điểm quan trọng nhất của mạng thế hệ sau NGN đó là: Mạng tích hợp đa dịch vụ và phát triển trên cơ sở hạ tầng viễn thông sẵn có với kiến trúc mở:
Các lớp chức năng được tích hợp theo chiều ngang trên lớp truyền dẫn chung dựa trên cơ sở chuyển mạch gói và được chia sẻ bởi các dịch vụ khác nhau.
Lớp điều khiển được tách độc lập với lớp truyền dẫn.
Lớp điều khiển có khả năng cung cấp một giao diện lập trình mở nhằm cung cấp môi trường kiến tạo dịch vụ mới.
Một kiến trúc như trên sẽ đem lại nhiều lợi ích với các năng lực đầy hứa hẹn:
Nhờ sự độc lập giữa chức năng truyền dẫn và điều khiển kết nối, việc cung cấp dịch vụ mới chỉ đơn giản là việc bổ sung thêm các server vào lớp dịch vụ nằm phía trên lớp truyền dẫn.
Lớp điều khiển dịch vụ độc lập với lớp truyền dẫn cũng làm giảm thiểu ảnh hưởng của việc ứng dụng các công nghệ truyền dẫn mới.
Tất cả các loại hình dịch vụ đều có thể chia sẻ chung một mạng lõi, lưu lượng thoại và dữ liệu không cần phải phân biệt.
Có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện multimedia
1.1.3 Giải pháp xây dựng mạng thế hệ sau
Mạng IP (WDM/SDH/ATM) MPLS, Multicast
Tính cước Mạng quản lí
Nguời sử dụng thường trú/ nhà kinh doanh
Truyền hình kĩ thuật số
PSTN MGC mạch mêm Chuyển
Cổng báo Server đặc hiệu tính/ứng dụng
Người sử dụng di động
Người sử dụng điện thoại
Hình 1.1 : Cấu trúc vật lý của NGN
Xu hướng chung hiện nay là hình thành và xây dựng các mạng NGN thông qua việc chuyển đổi mạng PSTN trên nền cơ sở hạ tầng chuyển mạch kênh TDM sang cơ sở hạ tầng chuyển mạch gói IP Tuy nhiên trong quá trình chuyển đổi, cần một giải pháp lai ghép giữa hai phương thức chuyển giao thông tin theo kênh và theo gói Điều này được đáp ứng bằng cách sử dụng các cổng phương tiện Media Gateway (MG) có cấu trúc phân tán, dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cổng phương tiện MediaGateway Controller (MGC) Đó chính là công nghệ chuyển mạch mềm-SoftSwitch.
Khái niệm chuyển mạch mềm
1.2.1 Chuyển mạch mềm theo quan điểm của các hãng
Hội tụ mạng dữ liệu và mạng chuyển mạch kênh PSTN là xu hướng phát triển của mạng viễn thông thế giới Có thể nói các hệ thống chuyển mạch mềm là trái tim của mạng thế hệ sau Do đó công nghệ chuyển mạch mềm đã đặc biệt thu hút được sự quan tâm của các hãng chuyên sản xuất tổng đài và các nhà nghiên cứu, phát triển công nghệ chuyển mạch trên thế giới
Chuyển mạch mềm hay softswitching là khái niệm tương đối mới, xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1995 Bản thân khái niệm chuyển mạch mềm đã gây nhiều tranh cãi , và những tranh luận nhằm đạt tới một định nghĩa kỹ thuật thống nhất và chính xác vẫn chưa đến hồi kết Mỗi nhà phát triển nhìn softswitch dưới các góc độ khác nhau và đưa ra khái niệm về chuyển mạch mềm riêng của mình.
Theo Alcatel, chuyển mạch mềm là trung tâm điều khiển trong cấu trúc mạng viễn thông Nó cung cấp khả năng truyền tải thông tin một cách mềm dẻo, an toàn và đáp ứng các đặc tính mong đợi khác của mạng Đó là các sản phẩm có chức năng quản lý dịch vụ, điều khiển cuộc gọi hơn nữa chuyển mạch mềm còn có khả năng tương thích giữa chức năng điều khiển cuộc gọi và các chức năng mới sẽ phát triển sau này. Như vậy, chuyển mạch mềm là trung tâm chuyển mạch có đầy đủ chức năng của chuyển mạch kênh truyền thống và tương thích được với các chức năng mới, sử dụng các công nghệ có sẵn và các công nghệ mới.
Theo Nortel, chuyển mạch mềm là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và có những tính năng của chuyển mạch thoại TDM truyền thống Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video Nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau Chuyển mạch mềm cũng cho phép triển khai các dịch vụ thoại qua mạng IP (VoIP)
Theo MobileIN, chuyển mạch mềm là ý tưởng tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng Trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm được tích hợp trong một hệ thống duy nhất Trong hệ thống chuyển mạch mềm, phần cứng chuyển mạch và phần mềm điều khiển tách rời trên các thiết bị khác nhau.
1.2.2 Khái niệm chuyển mạch mềm
Nói chung khi nghiên cứu về chuyển mạch mềm, mỗi nhà phát triển đều có quan điểm riêng của mình, nhưng nói chung thực chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là :
Phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi bao gồm định tuyến cuộc gọi và quản lý, xác định và thực thi các đặc tính cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau.
Nói một cách ngắn gọn chuyển mạch mềm phải có các đặc tính sau:
- Công nghệ chuyển mạch các cuộc gọi trên nền công nghệ gói, và không thực hiện chuyển mạch trực tiếp các cuộc gọi PSTN
- Phần mềm hệ thống chạy trên các máy chủ có kiến trúc mở
- Có giao diện lập trình mở
- Hỗ trợ đa dịch vụ thoại, từ thoại, fax, cuộc gọi video, tin nhắn…
Như vậy, theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch lưu lượng được thực hiện bởi cổng truyền thông Media Gateway (MG), còn xử lý và thiết lập cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng truyền thông Media Gateway Controller (MGC).
Việc tách riêng hai chức năng này trên hai hệ thống khác nhau có một số ưu điểm:
Thứ nhất, việc tách chức năng điều khiển và chuyển mạch tạo cơ hội cho một số công ty nhỏ vốn vẫn chỉ tập trung vào các phần mềm xử lý cuộc gọi hoặc vào phần mềm chuyển mạch gói gây được ảnh hưởng trong ngành công nghiệp viễn thông mà trước đây chỉ dành cho các nhà cung cấp lớn.
Thứ hai, cho phép có một giải pháp phần mềm chung đối với việc xử lý cuộc gọi Và phần mềm này được cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói
Thứ ba, là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn phát triển, do đó tiết kiệm đáng kể chi phí trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi.
Thứ tư, cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dịch vụ điều khiển từ xa thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách hàng, đây là một yếu tố quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của mạng tương lai.
Như vậy các hệ thống chuyển mạch mềm đã thực hiện gói hóa cuộc gọi Đây là một bước phát triển quan trọng của công nghệ chuyển mạch, sau khi việc số hóa thoại đã được thực hiện trong các tổng đài điện tử khoảng 30 năm trước đây.Về mặt vật lý, những hệ thống phần cứng hoàn toàn đóng của các nhà cung cấp tổng đài đã không còn được tái sử dụng Thay vào đó là các máy chủ kiến trúc mở, với các giao diện chuẩn, chạy các hệ điều hành thông dụng như Solaris, Linux, Windows NT, Windows 2000… được dùng làm nền tảng cho hệ thống.
Cấu trúc mở, phân tán trên nhiều máy chủ khác nhau tại nhiều địa điểm khác nhau trên mạng, khả năng mở rộng nâng cấp tốt, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí trên một thuê bao thấp, hỗ trợ đa dịch vụ trên nền mạng gói, hỗ trợ giao diện lập trình chuẩn… đó là những ưu điểm của hệ thống chuyển mạch mềm Việc triển khai mạng chuyển mạch mềm sẽ cho phép tích hợp mạng, sử dụng một cơ sở hạ tầng duy nhất cho mọi dịch vụ, thoại, thông điệp hoặc dữ liệu.
Mô hình tham chiếu hệ thống chuyển mạch mềm
Để phân chia được các chức năng và thể hiện được một cách bao quát nhất, cụ thể nhất nhiệm vụ của các thành phần trong hệ thống chuyển mạch mềm Hiệp hội chuyển mạch mềm quốc tế ISC đã đưa ra mô hình tham chiếu cho hệ thống này
Theo ISC có bốn mặt bằng chức năng khác nhau để miêu tả chức năng cụ thể của một hệ thống chuyển mạch mềm từ đầu cuối đến đầu cuối là:
Mặt bằng truyền tải (Transport plane)
Mặt bằng điều khiển và báo hiệu (Control & Signalling Plane)
Mặt bằng dịch vụ và ứng dụng (Service & Application plane)
Mặt bằng quản lý (Management Plane)
Mô hình tham chiếu hệ thống chuyển mạch mềm :
Cung cấp các dịch vụ và thuê bao, hỗ trợ vận hành và quản lý mạng, hỗ trợ tính cước
IP Điện thoại IP, đầu cuối IP, IP PBX
Báo hiệu (ISUP, MAP, RANAP, MGCP, Megaco, SIP)
Mạng VoIP Đầu cuối không IP
Mặt bằng ứng dụng và dịch vụ
Máy chủ tính năng & máy chủ ứng dụng
Mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu
Mang lõi IP, định tuyến, chuyển mạch, BG, QoS
TG (MG), SG,tương tác GW
Miền truy nhập không IP: ã Truy nhập khụng dõy ã Truy nhập di động ã Truy nhập băng rộng
Hình 1.2 Mô hình tham chiếu hệ thống chuyển mạch mềm
Mặt bằng truyền tải có nhiệm vụ xử lý và truyền tải các bản tin báo hiệu, thiết lập cuộc gọi, các bản tin thiết lập truyền thông hoặc các bản tin truyền thông qua hệ thống chuyển mạch mềm Cơ chế truyền tải có thể được sử dụng dựa trên bất kỳ công nghệ nào mà phù hợp với các tiêu chuẩn của ANSI hoặc ITU - T.
Mặt bằng truyền tải cũng hỗ trợ việc truy nhập cho báo hiệu và truyền thông với mạng ngoài hay kết cuối tại hệ thống chuyển mạch mềm Các thiết bị và chức năng của mặt bằng truyền tải luôn được điều khiển bởi chức năng của mặt bằng điều khiển và báo hiệu Mặt bằng truyền tải có thể được chia làm 3 miền: miền truyền tải IP, miền liên kết mạng, miền truy nhập không IP. a) Miền truyền tải IP
Miền truyền tải IP cung cấp một lõi truyền tải và một kết cấu định tuyến, chuyển mạch phục vụ cho việc truyền tải các gói tin qua hệ thống chuyển mạch mềm. Các thiết bị trong miền gồm có các bộ định tuyến và chuyển mạch, các thiết bị hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS. b) Miền liên kết mạng
Các thiết bị trong miền liên kết mạng có chức năng biến đổi tín hiệu hay phương tiện nhận được từ mạng ngoài thành dạng có thể gửi đi giữa nhiều thực thể trong mạng chuyển mạch mềm
Miền liên kết mạng bao gồm các thiết bị như:
- Cổng báo hiệu SG: Có chức năng biến đổi báo hiệu truyền tải giữa các lớp truyền tải khác nhau
- Cổng truyền thông MG: Thực hiện biến đổi phương tiện giữa các mạng truyền tải và phương tiện khác nhau
- Cổng liên kết IWG: Thực hiện liên kết báo hiệu trên cùng một lớp truyền tải nhưng giao thức khác nhau c) Miền truy nhập không IP
Miền truy nhập không IP ứng dụng chủ yếu cho các thiết bị đầu cuối không IP và mạng vô tuyến không dây để truy nhập vào hệ thống chuyển mạch mềm.
Miền truy nhập không IP bao gồm các cổng truy nhập AG hoặc các cổng thường trú RG cho các thiết bị hoặc máy điện thoại không IP, các thiết bị ISDN, các thiết bị truy nhập tích hợp (IAD) cho các mạng sử dụng công nghệ xDSL, modem cáp/ bộ tương thích thiết bị đa phương tiện (MTA) cho các mạng HFC, và các cổng truyền thông cho mạng truy nhập vô tuyến di động GSM/3G.
1.3.2 Mặt bằng điều khiển và báo hiệu
Mặt bằng điều khiển và báo hiệu thực hiện chức năng điều khiển các thành phần trong hệ thống chuyển mạch mềm, đặc biệt là các thành phần trong mặt bằng truyền tải Các thiết bị, chức năng trong mặt bằng điều khiển và báo hiệu dựa vào các bản tin báo hiệu nhận được từ mặt bằng truyền tải để xử lý việc thiết lập hay giải phóng kênh thoại qua hệ thống chuyển mạch mềm.
Mặt bằng này gồm có các thiết bị như: Bộ điều khiển cổng phương truyền thông MGC (hay Call Agent hoặc Bộ điều khiển cuộc gọi), Gatekeeper và các máy chủ LDAP.
1.3.3 Mặt bằng dịch vụ và ứng dụng
Mặt bằng dịch vụ và ứng dụng cung cấp chức năng điều khiển, logic và thực hiện một hay nhiều dịch vụ hoặc ứng dụng trong hệ thống chuyển mạch mềm Các thiết bị trong mặt bằng này thực hiện điều khiển, xử lý cuộc gọi dựa trên chức năng thực thi dịch vụ và thực hiện chức năng này nhờ việc trao đổi thông tin với các thiết bị khác trong mặt bằng điều khiển và báo hiệu Ngoài ra, mặt bằng này cũng thực hiện việc điều khiển các thành phần khác như các máy chủ truyền thông Media Server, thực hiện các chức năng: hội nghị, IVR, xử lý âm báo tone
Mặt bằng này bao gồm: các máy chủ ứng dụng Application Server và các máy chủ đặc tính Feature Server.
Mặt bằng quản lý là nơi thực hiện các chức năng như hỗ trợ vận hành, tính hoá đơn cước và các công việc quản lý mạng khác Mặt bằng quản lý có thể tương tác với bất kỳ mặt bằng nào trong mô hình tham chiếu hoặc liên kết với cả ba mặt bằng thông qua tiêu chuẩn SNMP hoặc thông qua giao diện lập trình ứng dụng mởAPI.
Mô hình phân lớp chức năng của NGN
Kiến trúc mạng NGN được chia thành bốn lớp chức năng cơ bản là:
Lớp truy nhập và truyền dẫn.
Ngoài các chức năng cơ bản nêu trên, trong kiến trúc mạng NGN còn có lớp chức năng quan trọng nữa là lớp quản lý mạng
Ngoài ra, các giao diện mở API của kiến trúc này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng, dễ dàng, các nhà khai thác có thể lựa chọn nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN
Kiến trúc logic của NGN
Lớp truy nhập và truyền dẫn
Hình 1.3 Cấu trúc logic mạng NGN
Kiến trúc NGN sử dụng công nghệ chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng rẽ được liên kết với nhau bằng các giao diện mở tiêu chuẩn.
Trong kiến trúc này, sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSTN thực chất đã được tách từ phần cứng của ma trận chuyển mạch Bây giờ sự thông minh ấy nằm trong một thiết bị tách rời là chuyển mạch mềm đóng vai trò là phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng
Như vậy, lớp điều khiển trong NGN bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là softswitch được kết nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP như: Cổng báo hiệu SG, Máy chủ truyền thông MS, Máy chủ đặc tính FS, Máy chủ ứng dụng AS Theo Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ MSF thì lớp điều khiển được tổ chức theo kiểu module và có thể bao gồm một số bộ điều khiển độc lập.
Tại lớp truyền thông, các cổng truyền thông (Media Gateway) được đưa vào sử dụng để làm thích ứng thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói Các cổng truyền thông này được sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng, với các mạng truy nhập, hoặc với mạng PSTN.
Vị trí của Softswitch trong mô hình NGN
Do có chức năng là xử lý cuộc gọi nên vị trí tương ứng của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng của NGN là lớp điều khiển cuộc gọi và báo hiệu
Lớp truyền thông Lớp truy nhập và truyền dẫn
Hình 1.4 Vị trí của Softwitch trong mô hình NGN
1.5 Các thành phần của chuyển mạch mềm
Chuyển mạch mềm bao gồm 5 thành phần sau:
Media Gateway Controller (MGC/ Call Agent)
MGC là đơn vị chức năng chính của hệ thống chuyển mạch mềm Nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó Nó điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi Ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS Hơn nữa, MGC chính là cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN, SS7, mạng IP.Với chức năng này, nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau
MGC còn được gọi là Call Agent do có chức năng điều khiển các bản tin Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho hệ thống chuyển mạch mềm.
* các chức năng chính Media Gateway Controller :
- Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi bên cuộc gọi trên một Media Gateway
- Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của Media Gateway, Signalling Gateway
- Xử lý báo hiệu SS7
- Quản lý các bản tin liên quan QoS như RTCP
- Thực hiện định tuyến cuộc gọi (bao gồm bảng định tuyến, phân tích số và biên dịch số)
- Phát và nhận các bản tin báo hiệu
- Ghi lại các thông tin chi tiết cuộc gọi để tính cước
- Hỗ trợ các chức năng quản lý như điều khiển lưu lượng, điều khiển tắc nghẽn, xử lý lỗi, tính cước…
- Đối với Media Gateway, MGC thực hiện:
- Cấu hình và xác định thời gian thực cho các DSP
- Truyền dẫn thoại (mã hóa, nén, đóng gói)
- Đối với Signalling Gateway, MGC cung cấp:
- Các bộ xử lý thời gian
* Sơ đồ chức năng của MGC
Hình 1.5 Chức năng của Softwitch
- AS-F: Đây là thực thể thi hành các ứng dụng nên nhiệm vụ chính là cung cấp các logic dịch vụ và thi hành một hay nhiều các ứng dụng/dịch vụ
- MS-F: Cung cấp các dịch vụ tăng cường cho xử lý cuộc gọi Nó hoạt động như một Server để xử lý các yêu cầu từ AS-F hoặc MGC-F.
- MGC-F: Cung cấp logic cuộc gọi và tín hiệu báo hiệu xử lý cuộc gọi cho một hay nhiều Media Gateway.
- CA-F: Là một phần chức năng của MGC-F Thực thể này được kích hoạt khi MGC-F thực hiện điều khiển cuộc gọi
- IW-F: Là một phần chức năng của MGC-F Nó được kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau
- R-F : Cung cấp thông tin định tuyến cho MGC-F
- A-F: Cung cấp thông tin dành cho việc tính cước
- SG-F: Dùng để chuyển các thông tin báo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP
- MG-F: Dùng để chuyển thông tin từ dạng truyền dẫn này sang dạng truyền dẫn khác
Media gateway hoạt động như cổng giao diện giữa mạng lõi IP và các mạng bên ngoài Chức năng của MG là cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được mang trên kênh DS0 Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng: chuyển đổi AD (analog to digital), nén mã thoại/audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tính hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF…
* các chức năng chính của MG
- Truyền thoại và dữ liệu sử dụng giao thức thời gian thực (RTP - Real Time Protocol).
- Cung cấp luồng T1/E1 và phân phối tài tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal Processing) dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller. Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này.
- Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1/E1.
- Quản lý tài nguyên và các luồng T1/E1.
- Cung cấp giao diện để cắm các card T1 hay bộ xử lý tín hiệu số DSP.
Signalling Gateway tạo cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các node được quản lý bởi hệ thống chuyển mạch mềm trong mạng IP SG làm cho chuyển mạch mềm giống như một node xử lý báo hiệu trong mạng báo hiệu SS7 Nhiệm vụ chính của SG là xử lý thông tin báo hiệu.
* Các chức năng của SG:
- Cung cấp các kết nối với mạng báo hiệu SS7 thông qua luồng T1/E1 hoặc T1/ V35.
- Truyền thông tin báo hiệu SS7 giữa MGC và SG thông qua mạng IP.
- Cung cấp đường truyền cho thoại, dữ liệu và các dạng thông tin khác.
- Cung cấp hệ thống điều hành thông qua mạng SS7
Media Server là thành phần tuỳ chọn của chuyển mạch mềm, được sử dụng để thực hiện khâu xử lý trung gian chưa cần đến chức năng chuyển mạch Một MS phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất.
* Các chức năng Media Server
- Chức năng Voicemail cơ bản
- Tích hợp Fax và hộp thư
- Cung cấp khả năng nhận dạng tiếng nói trong tương lai
- Cung cấp dịch vụ hội nghị truyền hình (video conference).
- Cung cấp khả năng chuyển tiếng nói sang chữ viết và ngược lại
Feature Server cung cấp chức năng của lớp ứng dụng, cung cấp trực tiếp các dịch vụ cho người sử dụng.
* Một số dịch vụ của Feature Server:
Dịch vụ này sẽ thiết lập mạng riêng ảo cho khách hàng với các đặc tính sau :
- Băng thông xác định ( thông qua mạng thuê riêng tốc độ cao)
- Nhiều tính năng riêng theo tiêu chuẩn
- Kế hoạch quay số riêng
- Bảo mật các mã thoại được truyền dẫn
- Dịch vụ sử dụng thẻ
- Tạo quyền gọi theo nhóm
- Tự động phân bố cuộc gọi cho nhiều người và tự động trả lời theo lịch.
1.6 Hoạt động của hệ thống chuyển mạch mềm
Sau đây ta sẽ xét hoạt động của chuyển mạch mềm thông qua việc nó thiết lập và xử lý cuộc gọi giữa hai thuê bao trong mạng PSTN Trong hệ thống chuyển mạch mềm, nhiệm vụ điều khiển thiết lập cuộc gọi và tính cước do bộ điều khiển cổng truyền thông MGC và cổng báo hiệu SG đảm nhiệm Nhiệm vụ chuyển mạch lưu lượng thoại sẽ do cổng truyền thông hiG đảm trách MGC sẽ thực hiện điều khiển MG thông qua giao thức MGCP/MEGACO Hai thuê bao có thể do một MGC quản lý hoặc thuộc sự quản lý của hai MGC khác nhau Lưu lượng thoại sau khi được đóng gói sẽ được chuyển qua mạng gói IP Trong quá trình thiết lập kênh, kênh báo hiệu và kênh thoại là 2 kênh riêng biệt và được truyền trên 2 kết nối khác nhau: thông tin báo hiệu được truyền qua SG và thông tin thoại được truyền qua MG.
* Hoạt động của chuyển mạch mềm
1) Khi một thuê bao thuộc mạng PSTN nhấc máy và chuẩn bị thực hiện cuộc gọi thì tổng đài nội hạt quản lý thuê bao đó sẽ nhận biết trạng thái nhấc máy off-hook của thuê bao Và cổng báo hiệu Signalling Gateway nối với tổng đài này thông qua mạng SS7 cũng nhận biết được trạng thái mới của thuê bao.
2) Cổng báo SG sẽ báo cho MGC trực tiếp quản lý mình thông qua CA-F đồng thời cung cấp tín hiệu mời quay số dial-tone cho thuê bao Ta gọi MGC này là MGC chủ gọi (caller-MGC).
3) Caller-MGC gửi yêu cầu kết nối đến MG nối với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F.
4) Các số do thuê bao nhấn sẽ được SG thu thập và chuyển tới caller- MGC.
5) Caller-MGC sử dụng những số này để quyết định công việc tiếp theo sẽ thực hiện Các số này sẽ được chuyển tới chức năng R-F và R-F sử dụng thông tin lưu trữ của các Server để có thể định tuyến cuộc gọi.
6) Trong trường hợp hai thuê bao chủ gọi và bị gọi cùng là thuê bao trong mạng PSTN Nếu thuê bao bị gọi cũng thuộc sự quản lý caller-MGC thì thực hiện bước 7 Nếu thuê bao này thuộc sự quản lý của một MGC khác thì thực hiện bước 6.
7) Còn trong trường hợp thuê bao bị gọi là một đầu cuối khác loại với thuê bao chủ gọi thì MGC sẽ đồng thời kích hoạt chức năng IW-F để khởi động bộ điều khiển tương ứng và chuyển cuộc gọi đi Lúc này thông tin báo hiệu sẽ được một Gateway khác xử lý Qua trình truyền thông tin sẽ giống như kết nối giữa hai thuê bao thoại thông thường.
8) Caller-MGC sẽ gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến một MGC khác Nếu chưa đến đúng MGC của thuê bao bị gọi (ta gọi là callee-MGC) thì MGC này sẽ tiếp tục chuyển yêu cầu thiết lập cuộc gọi đễn MGC khác cho đến khi đến đúng callee-MGC.
9) Trong quá trình này, các MGC trung gian luôn luôn phản hồi lại MGC đã gửi yêu cầu đến nó Các công việc này được thực hiện bởi CA-F.
10) Callee-MGC gửi yêu cầu tạo kết nối với MG nối với tổng đài nội hạt của thuê bao bị gọi ( callee-MG ).
11) Đồng thời callee-MGC gửi thông tin đến callee-SG, thông qua mạng SS7 sẽ làm rung chuông thuê bao bị gọi.
GIAO THỨC BÁO HIỆU CƠ BẢN TRONG CHUYỂN MẠCH MỀM
Giới thiệu chung
Hệ thống chuyển mạch mềm có kiến trúc phân tán, các chức năng báo hiệu và xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi…được thực hiện bởi các thiết bị nằm phân tán trong cấu hình mạng Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo hiệu Cách thức trao đổi các thông tin báo hiệu được quy định bởi các giao thức báo hiệu
Các giao thức báo hiệu cơ bản bao gồm : ã H323 ã SIP ã SIGTRAN ã MGCP, MEGACO
Các giao thức này có thể phân thành hai loại: giao thức ngang cấp (H323,SIP) và giao thức chủ tớ (MGCP,MEGACO) (minh hoạ trong hình vẽ 2.1) Mỗi loại giao thức có ưu điểm và nhược điểm riêng của mình với các chức năng khác nhau, tồn tại trong mạng ở các cấp khác nhau.
Trunk Media Gateway Access Gateway
Hình 2.1: Một số giao thức điều khiển và báo hiệu trong chuyển mạch mềm
Vai trò của từng giao thức : ã Giao thức ngang cấp H323, SIP được sử dụng để trao đổi thụng tin bỏo hiệu giữa các MGC, giữa MGC và các Server. ã Giao thức chủ tớ MGCP, MEGACO là giao thức bỏo hiệu điều khiển giữa MGC và các Gateway (trong đó MGC điều khiển Gateway). ã Giao thức Sigtran là giao thức bỏo hiệu giữa MGC và Signaling Gateway Các giao thức ngang cấp thực hiện chức năng mạng ở cấp cao hơn, quy định cách thức giao tiếp giữa các thực thể cùng cấp để cùng phối hợp thực hiện cuộc gọi hay các ứng dụng khác Trong khi đó các giao thức chủ tớ là sản phẩm của việc phân bố không đồng đều trí tuệ mạng, phần lớn trí tuệ mạng được tập trung trong các thực thể chức năng điều khiển (đóng vai trò là master), thực thể này sẽ giao tiếp (điều khiển) với nhiều thực thể khác qua các giao thức chủ tớ nhằm cung cấp dịch vụ.
Giao thức H.323
H.323 là một phần trong họ giao thức H.32x của ITU-T , là giao thức xác định các thành phần, các giao thức cũng như các bước thực hiện để cung cấp dịch vụ đa phương tiện như thoại, dữ liệu và video qua mạng gói Mạng gói ở đây có thể là mạng Internet, mạng doanh nghiệp, mạng cục bộ LAN, mạng khu vực đô thị MAN hay mạng diện rộng WAN
H.323 có thể cung cấp riêng lẻ một trong ba dịch vụ thoại, dữ liệu hoặc Video cũng như tổ hợp các dịch vụ trên nên nó có thể được ứng dụng ở nhiều nơi như ứng dụng tại nhà khách hàng, doanh nghiệp hay công nghiệp giải trí Ngoài ra nó có thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ đa phương tiện đa điểm (Multipoint multimedia communications).
2.2.1 Kiến trúc mạng và các thành phần của H.323
Hệ thống H.323 bao gồm bốn thành phần sau:
1 Thiết bị đầu cuối H.323 (Terminal)
Terminal là thành phần dùng trong truyền thông hai chiều đa phương tiện thời gian thực được dùng trong việc kết nối cuộc gọi Đầu cuối H.323 là các điểm đầu cuối trong mạng LAN có thể là một máy tính, một điện thoại, điện thoại truyền hình, hệ thống voicemail hoặc là một thiết bị độc lập có các ứng dụng đa phương tiện H.323 Ngoài ra nó còn tương thích với đầu cuối H.324 của mạng chuyển mạch kênh và mạng di động, đầu cuối H.310 của B-ISDN, đầu cuối H.320 của ISDN.
Một đầu cuối H.323 phải hỗ trợ :
- H.225 cho quá trình báo hiệu và thiết lập cuộc gọi
- H.245 cho việc trao đổi khả năng của đầu cuối và để tạo các kênh thông tin.
- RAS cho việc đăng ký và điều khiển các hoạt động quản lý khác với GK
- RTP/RTCP được sử dụng cho việc truyền các gói thông tin thoại và hình.
Gateway là thành phần dùng để kết nối hai mạng khác loại nhau Một cổng H.323 dùng để liên kết mạng H.323 với mạng không phải là mạng chuẩn H.323 Việc kết nối giữa hai mạng khác loại nhau thực hiện nhờ dịch các giao thức (protocol translation) khác nhau để phục vụ cho quá trình thiết lập và giải phóng cuộc gọi, và phục vụ cho việc chuyển đổi dạng thông tin giữa các mạng khác nhau và việc truyền thông tin giữa các mạng kết nối với GW Tuy nhiên một GW sẽ không cần thiết cho việc liên lạc giữa các đầu cuối thuộc cùng mạng H.323.
Cấu tạo của một gateway bao gồm một MGC, MG và SG.
Một GK được xem là bộ não của mạng H.323, nó chính là điểm trung tâm cho mọi cuộc gọi trong mạng H.323 Mặc dù là thành phần tùy chọn nhưng GK cung cấp các dịch vụ quan trọng như việc đánh địa chỉ, sự ban quyền và nhận thực cho đầu cuối terminal và GW, quản lý băng thông, thu thập số liệu và tính cước Ngoài ra nó cũng cung cấp chức năng định tuyến cuộc gọi.
4 Bộ điều khiển đa điểm (MCU)
MCU là thành phần hỗ trợ trong dịch vụ hội nghị đa điểm có sự tham gia của từ hai terminal H.323 trở lên Mọi terminal tham gia vào hội nghị đều phải thiết lập một kết nối với MCU
Một MCU bao gồm hai thành phần con: bộ điều khiển đa điểm (MC) và thành phần tùy chọn bộ xử lý đa điểm (MP).
Trong đó, bộ điều khiển đa điểm (MC) có nhiệm vụ thiết lập và quản lý hội thoại nhiều bên qua giao thức H.245 MC có thể được đặt trong GK, GW, đầu cuối hoặc MCU.
Bộ xử lý đa điểm (MP) đóng vai trò trộn tín hiệu, phân kênh và lưu chuyển dòng bit quá trình giao tiếp giữa các bên tham gia hội thoại.
H.323 MCU Mạng chuyển mạch gói
Cấu trúc mạng H.323 có thể được sử dụng thông dụng ở mạng LAN hoặc mạng gói diện rộng Ngoài ra, H.323 cũng có thể mở rộng cho mạng WAN thông qua Gatekeeper H.323 hoặc các thiết bị có khả năng tự đưa ra các bản tin báo hiệu trực tiếp Mọi kết nối WAN đều được xử lý bằng một hoặc nhiềuGateway H.323 Về mặt kỹ thuật, bất kể thiết bị nào nằm ngoài Gateway đều không được đề cập trong khuyến nghị H.323, nhưng các Gateway H.323 có thể phối hợp hoạt động với các loại thiết bị khác nhau trong các cấu trúc mạng khác nhau H.323 còn có thể được sử dụng với mạng PSTN, mạng N-ISDN (mạng
ISDN với tốc độ dưới 1.5 hoặc 2 Mb/s) và mạng B-ISDN sử dụng ATM (mạng ISDN có tốc độ lớn hơn 1.5 hoặc 2 Mb/s).
Tiêu chuẩn H.323 có tham chiếu đến một tiêu chuẩn khác của ITU-T là H.225 H.225 thực hiện báo hiệu cho điều khiển cuộc gọi h.225 có chức năng giống H.323, nó xác định một tập hợp các khả năng nhiều hơn những khả năng được sử dụng trong hệ thống chỉ có lưu lượng thoại Bản thân H.225 cũng sử dụng các bản tin được định nghĩa theo H.245 để thiết lập và giải phóng các kênh logic một cách riêng biệt cho thoại.
Việc sử dụng ban đầu các thủ tục H.225 trong quá trình sắp xếp cuộc gọi VoIP có trong thông báo từ các thiết bị gửi đến các thiết bị nhận Yêu cầu thiết lập cuộc gọi được thực hiện trên các kênh H.225 là đăng kí, quản lý và báo hiệu RAS (Registration, Admision, Status)
2.2.3 Thiết lập và giải phóng cuộc gọi H.323
Báo hiệu H.323 là một quá trình thực sự phức tạp Tương tác giữa các phần tử trong mạng H.323 trong quá trình báo hiệu được mô tả trong hình 2.3.
* Sơ đồ báo hiệu thiết lập cuộc gọi:
Hình 2.3 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN
Nếu xem xét một cách chi tiết thì cuộc gọi giữa hai đầu cuối H.323 được thiết lập như sau:
1) Trước hết cả 2 phải đã được đăng ký tại Gatekeeper.
2) Đầu cuối A gửi yêu cầu tới Gatekeeper đề nghị thiết lập cuộc gọi.
3) Gatekeeper gửi cho đầu cuối A thông tin cần thiết về đầu cuối B.
4) Đầu cuối A gửi bản tin SETUP tới đầu cuối B.
5) Đầu cuối B trả lời bằng bản tin Call Proceeding và đồng thời liên lạc với Gatekeeper để xác nhận quyền thiết lập cuộc gọi.
6) Đầu cuối B gửi bản tin Alerting và Connect.
7) Hai đầu cuối trao đổi một số bản tin H.245 để xác định chủ/tớ, khả năng xử lý của đầu cuối và thiết lập kết nối RTP.
Các bản tin H.225 truyền qua kênh RAS
Các bản tin H.225 truyền qua kênh RAS
Các bản tin H.225/Q.931 truyền qua kênh báo hiệu
Các bản tin H.245 truyền qua kênh báo hiệu
* Sơ đồ thiết lập cuộc gọi H.323
Gatekeeper Đầu cuối A Đầu cuối B
Bản tin RAS Bản tin báo hiệu
Hình 2.4 Thiết lập cuộc gọi H.323
Giao thức SIP
Theo định nghĩa của IETF, Giao thức khởi tạo phiên SIP là “giao thức báo hiệu lớp ứng dụng mô tả việc khởi tạo, thay đổi và giải phóng các phiên kết nối tương tác đa phương tiện giữa những người sử dụng” SIP có thể sử dụng cho rất nhiều dịch vụ khác nhau trong mạng IP như dịch vụ thông điệp thoại, hội nghị thoại, E-mail, dạy học từ xa, quảng bá (MPEG, MP3 ), truy nhập HTML, XML, hội nghị video
SIP là một giao thức đơn giản, dựa trên văn bản được sử dụng để hỗ trợ trong việc cung cấp các dịch vụ thoại tăng cường qua Internet SIP được đưa ra trên cơ sở nguyên lý giao thức trao đổi thông tin của mạng Internet (HTTP). SIP là giao thức ngang cấp, hoạt động theo nguyên tắc server/client
SIP có 5 tính năng sau:
- Tích hợp với các giao thức đã có của IETF.
- Đơn giản và có khả năng mở rộng.
- Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối.
- Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và dịch vụ mới.
- Khả năng liên kết hoạt động với mạng điện thoại hiện tại.
2.3.1 Các thành phần của SIP
Các thành phần của SIP bao gồm :
Sơ đồ các thành phần của SIP
Hình 2.5 Các thành phần của SIP
Chức năng của từng thành phần như sau:
User Agent là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, nó có thể là một máy điện thoại SIP hay một máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP UA có thể khởi tạo, thay đổi hay giải phóng cuộc gọi Trong đó phân biệt hai loại UA: UAC (User Agent Client) và UAS (User Agent Server) UAC là một thực thể thực hiện việc khởi tạo một cuộc gọi còn UAS là một thực thể thực hiện việc nhận cuộc gọi Nhưng cả UAC và UAS đều có thể giải phóng cuộc gọi.
Proxy Server là phần mềm trung gian hoạt động cả như Server và cả như
Client để thực hiện các yêu cầu thay thế cho các đầu cuối khác Tất cả các yêu cầu được xử lý tại chỗ bởi Proxy Server (nếu có thể) hoặc nó chuyển đến cho các máy chủ khác Trong trường hợp Proxy Server không trực tiếp đáp ứng các yêu cầu này thì Proxy Server sẽ thực hiện khâu chuyển đổi hoặc dịch sang khuôn dạng thích hợp trước khi chuyển đi.
Location Server là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về những vị trí có thể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy Server và RedirectServer.
Redirect Server là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ
SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại những địa chỉ này cho đầu cuối Không giống như Proxy Server, Redirect Server không bao giờ hoạt động như một đầu cuối, tức là không gửi đi bất cứ một yêu cầu nào Redirect Server cũng không thực hiện việc chấp nhận hay huỷ cuộc gọi.
Registrar Server là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký Register Trong nhiều trường hợp Registrar Server đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng Thông thường Registrar Server được cài đặt cùng với Proxy hoặc Redirect Server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao Mỗi lần đầu cuối được bật lên (thí dụ máy điện thoại hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký với Server Nếu đầu cuối cần thông báo với Server về địa điểm của mình thì bản tin Register được gửi đi Nói chung các đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký một cách định kỳ.
2.3.2 Các chức năng của SIP
- Xác định vị trí của người sử dụng (user location): Còn gọi là chức năng dịch tên và xác định người được gọi Dùng để đảm bảo cuộc gọi đến được người nhận dù họ ở đâu.
- Xác định khả năng của người sử dụng: Còn gọi là chức năng thương lượng đặc tính cuộc gọi Dùng để xác định loại thông tin và các loại thông số liên quan đến thông tin được sử dụng.
- Xác định sự sẵn sàng của người sử dụng : Dùng để xác định người được gọi có muốn tham gia vào kết nối không.
- Thiết lập cuộc gọi: Chức năng này thực hiện việc rung chuông, thiết lập các thông số cuộc gọi của các bên tham gia kết nối.
- Xử lý cuộc gọi: Bao gồm chuyển và kết thúc cuộc gọi, thay đổi đặc tính cuộc gọi và quản lý những người tham gia cuộc gọi
* Lưu đồ xử lý cuộc gọi SIP
User Agent Proxy Server Redirect Server Proxy Server User Agent
Hình 2.6 Thiết lập và chấm dứt cuộc gọi trong SIP
Trong hội thoại SIP, mỗi bên tham gia (bên chủ gọi và bên bị gọi) được gắn một địa chỉ SIP hay còn gọi là SIP URL Người sử dụng phải đăng ký vị trí của họ với SIP Server Để tạo một cuộc gọi SIP, phía chủ gọi định vị tới máy phục vụ thích ứng và sau đó gửi một yêu cầu SIP Hoạt động SIP thường xuyên nhất là lời mời các thành viên tham gia hội thoại Thành phần Register đóng vai trò tiếp nhận các yêu cầu đăng ký từ UA và lưu trữ các thông tin này tại một dịch vụ phi SIP (Non-SIP).
Trong mạng SIP, quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối thường gồm có 6 bước cơ bản như sau : ã Đăng kớ, khởi tạo và định vị đầu cuối ã Xỏc định media của chủ gọi, tức là mụ tả phiờn mà đầu cuối được mời tham dự ã Xỏc định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay khụng Phớa bị gọi phải gửi bản tin xác nhận chấp nhận cuộc gọi hoặc từ chối ã Thiết lập cuộc gọi ã Thay đổi hay điều khiển cuộc gọi ã Hủy cuộc gọi
Giao thức SIGTRAN
SIGTRAN là giao thức truyền tải mới, được xây dựng để thay thế giao thức điều khiển truyền dẫn TCP trong việc truyền tín hiệu báo hiệu SS7 Chức năng chính của giao thức SIGTRAN là dùng để truyền thông tin báo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP.
SIGTRAN ra đời nhằm khắc phục một số hạn chế sau của giao thức TCP:
- Các cơ chế truyền đảm bảo sự tin cậy: TCP là giao thức cung cấp việc truyền dữ liệu tin cậy Việc này được thực hiện thông qua cơ chế xác nhận và cơ chế tuần tự Tuy nhiên, một vài ứng dụng yêu cầu chuyển giao thông tin tin cậy mà không cần duy trì thứ tự gói tin, trong khi một số khác lại yêu cầu đáp ứng cả về thứ tự của gói dữ liệu Đối với TCP, cả hai trường hợp này đều gặp phải hiện tượng “nghẽn đầu dòng” gây nên các trễ không cần thiết.
- Yêu cầu thời gian thực: với việc gây trễ không cần thiết do sử dụng các cơ chế trên đã làm cho TCP không thích hợp với các ứng dụng thời gian thực.
- Các vấn đề bảo mật: TCP rất dễ bị tấn công do cơ chế bảo mật trong TCP không cao.
2.4.1 Kiến trúc giao thức SIGTRAN
Mô hình kiến trúc giao thức SIGTRAN được mô tả ở hình 2.16
Hình 2.7 Kiến trúc giao thức SIGTRAN
Kiến trúc này được định nghĩa gồm ba phần chính:
- Giao thức IP tiêu chuẩn
- Giao thức truyền tải báo hiệu chung SCTP: SCTP là một giao thức truyền tải mới do IETF đưa ra Giao thức này hỗ trợ một tập chung các tính năng truyền tải tin cậy cho việc truyền tải báo hiệu
- Các phân lớp thích ứng: Hỗ trợ các hàm nguyên thủy xác định được yêu cầu bởi một giao thức ứng dụng báo hiệu riêng Một vài giao thức phân lớp thích ứng mới được định nghĩa bởi IETF như:M2UA, M2PA, M3UA, SUA Chỉ một giao thức được thực hiện tại một thời điểm nhất định.
Hình 2.8 Bộ giao thức SIGTRAN
Bộ giao thức SIGTRAN bao gồm các phần sau:
1 SCTP: Là giao thức hướng kết nối ở cùng cấp với TCP có chức năng cung cấp việc truyền bản tin một cách tin cậy giữa những người sử dụng SCTP ngang cấp.
2 M2PA (Message Transfer Path 2 peer to peer Adaptation): M2PA hỗ trợ việc truyền bản tin báo hiệu số 7 lớp MTP3 qua mạng IP Signalling Gateway sử dụng giao thức thích ứng này đóng vai trò như một nut mạng SS7 M2PA có chức năng như MTP2.
3 M2UA (MTP2 User Adaptation): M2UA cũng được sử dụng để truyền bản tin lớp MTP3 nhưng Signalling Gateway sử dụng nó không phải là một nút mạng SS7.
4 M3UA (MTP3 User Adaptation): M3UA được dùng để truyền bản tin người dùng lớp MTP3 (như bản tin ISUP, SCCP) Lớp này cung cấp cho ISUP và SCCP các dịch vụ của MTP3 tại Signalling Gateway ở xa.
5) SUA (SCCP User Adaptation): SUA định nghĩa giao thức truyền bản tin báo hiệu của người dùng lớp SCCP (TCAP, RANAP) SUA cung cấp cho TCAP các dịch vụ của lớp SCCP tại Signalling
Giao thức điều khiển cổng truyền thông MGCP
MGCP là một giao thức ở mức ứng dụng dùng để điều khiển hoạt động của MG từ thiết bị điều khiển cuộc gọi là MGC Đây là một giao thức sử dụng phương thức chủ/ tớ (master/slave) Trong đó MGC đóng vai trò là master, là bộ phận quyết định chính trong quá trình liên lạc với MG Còn MG đóng vai trò là slave, là thực thể thực hiện mọi lệnh do MGC yêu cầu.
Có hai thành phần cơ bản sử dụng giao thức MGCP là MGC và MG Mỗi MGC có một số nhận dạng riêng gọi là Call Agent Identifier Các hoạt động của MGCP là các báo hiệu gửi từ MGC tới MG và các kết quả do MG gửi tới MGC
Quá trình thiết lập giữa hai đầu cuối tại các Gateway cùng được quản lý bởi MGC diễn ra như sau:
- MGC gửi CreatConnection tới GW đầu tiên GW sẽ định vị các tài nguyên cần thiết và gửi trả các thông tin cần thiết cho kết nối như địa chỉ IP, cổng UDP, các tham số cho quá trình đóng gói Các thông tin này được chuyển tiếp qua MGC.
- MGC gửi CreatConnection tới GW thứ hai chứa các thông tin chuyển tiếp ở trên GW này trả về các thông tin mô tả phiên của nó.
- MGC gửi lệnh ModifyConnection tới đầu cuối thứ nhất Quá trình kết nối thành công sau khi hoàn tất các bước trên.
Hình 2.9 Các thành phần của MGC
Hình 2.10 Thiết lập cuộc gọi thông qua MGCP
Trình tự thiết lập cuộc gọi giữa hai máy điện thoại A điện thoại B như sau:
- Khi máy điện thoại A được nhấc lên Gateway A gửi bản tin cho MGC.
- Gateway A tạo âm mời quay số và nhận số bị gọi.
- Số bị gọi được gửi cho MGC.
- MGC xác định định tuyến cuộc gọi như thế nào:
- MGC gửi lệnh cho Gateway B.
- MGC gửi lệnh cho Gateway A và B tạo phiên kết nối RTP/RTCP.
Giao thức MEGACO/H.248
MEGACO/H.248 là giao thức điều khiển cổng phương tiện nói chung,bao gồm cổng nội hạt, trung kế trong mạng PSTN, giao diện ATM, giao điện thoại và đường dây analog, điện thoại IP, các loại server,…Với tính năng hỗ trợ rộng rãi các ứng dụng một cách mềm dẻo, đơn giản và hiệu quả ở mức chi phí hợp lý, giao thức MEGACO/H.248 sẽ là chuẩn được sử dụng trong mạng thế hệ sau NGN MEGACO/H.248 không bị ràng buộc với bất kỳ một giao thức điều khiển cuộc gọi ngang hàng nào (ví dụ như SIP hay H.323) và hoàn toàn tùy thuộc vào thiết kế của người quản trị mạng Kiến trúc điều khiển MG củaMEGACO/ H.248 như sau:
Hình 2.11 Sơ đồ điều khiển MG của MEGACO/H.248
Kiến trúc của MEGACO/H.248 dựa trên 3 lớp:
- Lớp MGC: Chứa tất cả các phần mềm điều khiển, xử lý cuộc gọi.
Lớp này thực hiện các đặc điểm ở mức cuộc gọi như phát hiện cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, hội thoại hay giữ cuộc gọi (hold) Lớp MGC cũng thực hiện giao tiếp với các MGC cũng như các thực thể ngang cấp hay cấp dưới khác, MGC quản lý mọi thuộc tính trong quá trình giao tiếp.
- Lớp MG: Thực hiện các kết nối lưu lượng đi và tới các mạng khác, tương tác với các luồng lưu lượng này qua ứng dụng báo hiệu và sự kiện Lớp
MG cũng điều khiển các thuộc tính thiết bị của cổng phương tiện (ví dụ như giao diện người dùng) Lớp này không hề biết gì về việc điều khiển các thuộc tính cuộc gọi và hoạt động theo sự điều khiển của lớp MGC.
- Lớp MEGACO/H.248: Quy định cách thức mà lớp MGC điều khiển lớp MG.
2.6.1 Các chức năng của MEGACO/H.248
Giao thức MEGACO/H.248 định nghĩa giao diện điều khiển của MGC đối với MG
MEGACO/H.248 cung cấp các chức năng sau:
- Điều khiển các loại MG khác nhau (TGW, RGW, AGW, MS,…).
- Hỗ trợ đàm phán quyết định các thuộc tính cuộc gọi.
- Có khả năng xử lý cuộc gọi đa người dùng.
- Hỗ trợ QoS và đo lường lưu lượng (các thông tin thống kê sau mỗi kết nối).
- Thông báo lỗi giao thức, lỗi mạng hay các thuộc tính cuộc gọi
2.6.2 Hoạt động của giao thức MEGACO/H248
Khi một đầu cuối nào đó nhấc máy và định thực hiện cuộc gọi, tín hiệu offhook này sẽ được phát hiện bởi MG quản lý nó MG sẽ thông báo tín hiệu này tới MGC trực thuộc, MGC sẽ chỉ định MG này bằng một lệnh để gửi âm báo mời quay số tới đầu cuối đó, đồng thời digitmap cũng được MG này cập nhật từ MGC, để phục vụ cho việc thu các chữ số và gửi toàn bộ số được quay về MGC.
Giả sử đầu cuối bị gọi thuộc một MG khác nhưng cùng được quản lý bởi MGC trên Quá trình thiết lập liên kết được tiến hành theo các bước cơ bản sau:
1) MGC yêu cầu MG thứ nhất thiết lập một kết nối tại điểm kết cuối thứ nhất MG này sẽ phân bổ tài nguyên cho kết nối yêu cầu và đáp ứng lại bằng bản tin trả lời Bản tin trả lời sẽ chứa các thông tin cần thiết để MG thứ hai có thể gửi các bản tin một cách tin cậy tới liên kết vừa thiết lập Các thông tin này có thể là: địa chỉ IP, tên cổng UDP, TCP hay các thông tin đóng gói bản tin.
2) Tương tự, MGC cũng yêu cầu MG thứ hai thiết lập một liên kết ở điểm kết cuối thứ hai MG này phân bổ tài nguyên cho kết nối này trên cơ sở các thông tin trong bản tin đáp ứng của MG thứ nhất Tới lượt, MG thứ hai cũng đáp ứng lại bằng bản tin chứa các thông tin cần thiết nhằm đảm bảo MG thứ nhất có thể gửi các bản tin một cách tin cậy tới liên kết vừa thiết lập bởi MG thứ hai.
3) Các thông tin trong bản tin đáp ứng của MG thứ hai sẽ được gửi tới
MG thứ nhất Khi này liên kết đã được thiết lập, quá trình truyền thông có thể diễn ra theo hai chiều Lưu lượng được truyền tải nhờ các giao thức RTP hay RTCP.
4) Trong trường hợp hai MG được quản lý bởi 2 MGC khác nhau, các MGC này sẽ trao đổi các thông tin báo hiệu thông qua một giao thức báo hiệu từ MGC tới MGC (thường dùng BICC) để đảm bảo việc đồng bộ trong việc thiết lập kết nối tới hai điểm kết cuối.
5) Khi liên kết đã được thiết lập, các tham số của nó được giám sát bởi MGC và có thể được thay đổi dưới các lệnh của MGC (ví dụ như thêm một kết cuối vào liên kết)
* Sơ đồ thiết lập cuộc gọi MEGACO/H.248
Hình 2.12 Mô tả cuộc gọi MEGACO/H.248
Với những phần đã trình bày ở trên ta có thể thấy rằng, cùng với sự phát triển của các công nghệ viễn thông, công nghệ chuyển mạch mềm ra đời với các tính năng ưu việt có thể khắc phục được phần lớn các hạn chế của công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống Vì vậy hệ thống chuyển mạch mềm đã trở thành một thành phần quan trọng bậc nhất trong mạng NGN Đứng trước nhu cầu phát triển ngày càng cao của khách hàng về dịch vụ số liệu cũng như các dịch vụ tích hợp thì việc triển khai mạng thế hệ sau NGN, trong đó có chuyển mạch mềm là xu thế tất yếu trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
