Mạng thế hệ mới ngn và ứng dụng thiết kế tiến hoá từ mạng pstn lên ngn

112 Trang 6 Thuật ngữ viết tắt Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AAA Authentication, Authorization, Accouting Nhận thực thuê bao, nhận thực dịch vụ, tính cớc ACM Address Compl

-

LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc

M¹ng thÕ hÖ míi NGN

Ngµnh : kü thuËt ®iÖn tö

NguyÔn tuÊn linh

Ngêi híng dÉn khoa häc: PGS.TS §ç Xu©n Thô

Hµ Néi 2006

Lời Cam đoan

Tôi tên là Nguyễn Tuấn Linh

Học viên lớp Cao học Điện tử viễn thông niên khoá 2004-2006

Tôi xin cam đoan,

Tôi đã hoàn thành tất cả các môn học theo quy định tại Trung tâm đào tạo sau đại học trờng ĐH BKHN

Luận văn có tên : Mạng thế hệ mới NGN là do tôi nghiên cứu, tham khảo các tài liệu đê viết nên Nội dung luận văn kh ông sao chép từ bất kỳ một luận văn nào khác

Luận văn đợc nộp đúng thời gian quy định của Trung tâm đào tạo sau

đại học trờng Đại học Bách Khoà Hà Nội

Tôi xin chịu mọi trách nhiệm nếu lời cam đoan trên lài sai sự thật

Hà Nội ngày 25/11/2006 Ngời làm cam đoan Nguyễn Tuấn Linh

Mục lục

Trang 1

Lời cam đoan

Muc lục

Danh mục các lý hiệu, các chữ viết tắt 6

Danh mục các bảng 9

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 10

Mở đầu 12

Chơng 1 Sự hình thành mạng thế hệ tiếp theo NGN 13

1.1 Nguyên nhân hình thành mạng viễn thông thế hệ mới 13

1.1.1 Các mạng viễn thông hiện tại 13

1.1.2 Động cơ ra đời mạng viễn thông thế hệ mới NGN 15

1.1.3 Nhợc điểm của chuyển mạch kênh 16

1.2 Khái niệm và đặc điểm mạng thế hệ mới NGN 17

1.2.1 Khái niệm mạng thế hệ mới NGN 17

1.2.2 Đặc điểm của mạng NGN 18

Chơng 2 Cấu trúc mạng NGN 18

2.1 Cấu trúc phân lớp của mạng NGN 18

2.1.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập 19

2.1.2 Lớp truyền thông 20

2.1.3 Lớp điều khiển 20

2.1.4 Lớp ứng dụng 22

2.1.5 Lớp quản lý 23

2.2 Cấu trúc vật lý mạng NGN 23

2.2.1 Media Gateway- MG 24

2.2.2 Media Gateway controller 26

2.2.3 Signalling Gateway (SG) 27

2.2.4 Media Server 28

2.2.5 Application server 28

Chơng 3 Giao thức trong mạng thế hệ sau 28

3.1 Giao thức H.323 30

3.2 Giao thức SIP 32

3.2.1 Các khái niệm cơ bản trong giao thức SIP 32

3.2.2 Các thành phần của kiến trúc SIP 33

3.2.3 Chức năng và tính năng của SIP 34

3.2.4 Hoạt động của SIP 35

3.2.5 Thiết lập và giải phóng cuộc gọi SIP 37

3.2.6 Bản tin SIP 37

3.2.7 Mã đáp ứng của bản tin SIP 40

3.3 Giao thức MEGACO/H.248 44

3.3.1 Chức năng của giao thức MEGACO/H.248 45

3.3.2 Các khái niệm trong giao thức MEGACO/H.248 45

3.3.3 Các lệnh và cú pháp lệnh của giao thức MEGACO/H2.4.8……… 47

3.3.4 Hoạt động của giao thức MEGACO/H.248 49

3.3.5 Lu đồ các cuộc gọi có sử dụng giao thức MEGACO 51

3.4 Giao thức SIGTRAN 56

3.4.1 Giao thức SCTP 57

3.4.2 M2UA 59

3.4.3 M2PA 60

3.4.4 M3UA 61

3.4.5 SUA 62

Chơng 4 Gải pháp thiết kế tiến hoá một mạng PSTN lên mạng NGN 63

4.1 Hiện trạng của mạng thoại (PSTN) 63

4.1.1 Hiện trạng 63

4.1.2 Nhận xét 64

4.2 Hệ thống mạng dữ liệu 65

4.2.1Hiện trạng 65

4.2.2 Nhận xét 65

4.3 Hệ thống truyền dẫn 66

4.4 Giải pháp thiết kế 67

4.4.1 Phương ỏn 1: Tớch hợp dịch vụ vào thiết bị mạng trục 68

4.4.1.1 Mụ hỡnh kết nối 68

4.4.1.2 Phõn tớch hoạt động 69

4.4.1.3 Thiết bị đề xuất 73

4.4.1.4 Thiết kế hệ thống mạng đa dịch vụ 78

4.4.2 Phương ỏn 2: Thiết kế dựng riờng Voice Gateway 95

4.4.2.1 Mụ hỡnh kết nối 95

4.4.2.2 Phõn tớch hoạt động 96

4.4.2.3 Phõn tớch ưu thế vượt trội của giải phỏp 97

4.4.2.4Thiết kế hệ thống chuyển mạch nhón (MPLS) 101

4.4.2.5Thiết kế hệ thống mạng đa dịch vụ 105

4.4.3 Khuyến nghị thiết kế dự phòng đây đủ cho mạng trục 108

4.4.3.1 Mụ hỡnh kết nối 108

4.4.3.2 Phõn tớch hoạt động 109

4.4.3.3 Phõn tớch ưu thế vượt trội của giải phỏp 110

4.4.4 Giai đoạn 2 Chuyển đổi hoàn toàn mạng tích hợp đa dịch vụ lên mạng NGN……… 111

4.4.4.1 Mô hình cấu trúc kết nối nh ở dới 111

4.4.4.2 Thiết bị Softswitch đề nghị phải đạt các yêu cầu sau 112

4.4.4.3 Báo hiệu trong mang trên 112

4.4.4.4 Xử lý cuộc gọi trong mạng đề nghị……… 112

Thuật ngữ viết tắt

AAA Authentication, Authorization, Accouting Nhận thực thuê bao, nhận thực dịch vụ, tính cớc ACM Address Complete Message Bản tin hoàn tất địa chỉ

AAL Atm Adaption Layer Lớp tơng thích ATM

API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụngATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ BCF Bearer Control Function Chức năng điều khiển kênh

mang BICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển cuộc gọi

độc lập với kênh mang BIWF Bearer Interworking Function Chức năng làm việc liên mạng

kênh mang BNC Backbone Network Connection Kết nối mạng xơng sống

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISN Interface Serving Node Điểm phục vụ giao diện

ISP Interner Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ InternetISUP ISDN User Part Phần đối tợng ngời sử dụng mạng tích hợp đa dịch vụ ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế

MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm

MP Mutipoint Processor Bộ xử lý đa điểm

MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MCU Mutipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm

MGCP Media Gateway Control Giao thức điều khiển Gateway

Protocol truyền thông MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển Cổng media M2UA MTP2 User Aption layer Lớp tơng thích ngời sử dụng

MTP2 M3UA MTP3 User Adaption Layer Lớp tơng thích ngời sử dụng

MTP3 M2PA MTP2-User peer- to – peer Adaptation Layer Lớp tơng thích ngang hàng ngời sử dụng MTP2 MTP Message Transfer Part Phần truền dẫn bản tin

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OAM&P Operation, Administration,

Maintainance, and Performance

Vận hành quản trị bảo dỡng và giám sát hoạt động

PBX Private Branch Exchange Tổng đài nhánh dành riêngPOTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ điển thoại truyền thốngPRI Primary Rate Interface Giao diện tốc độ cơ bản

PSTN Public Switch Telephone

QoS Quality of Service Chất lợng dịch vụ

RAS Registration, Admision,Status Đăng kí cho phép tạng thái RAS Remote Access Server Máy chủ truy cập từ xa

RTCP Real – Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian RTP Real – Time Transport

Protocol

Giao thức truyền vận thời gian thực

RGW Residential Gateway Cổng nội hạt

SCN Swithc Circuit Network Mạng chuyển mạch kênh

SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ

SCCP Signal Connection Control Part Phần ứng dụng điều khiển kết

nối báo hiệu SCTP Stream Control Transport

Protocol

Giao thức truyền vận điều khiển luồng

SDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SIGTRAN Signalling Transport Truyền vận báo hiệu

SS7 Signalling System 7 Hệ thống báo hiệu số 7

SSP Service Switching Point Điểm chuyển mạch dịch vụ STP Signalling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệuSUA SCCP – User Adaptation Layer Lớp tơng thích ngời sử dụng SCCP

SWN Switch Node §iÓm chuyÓn m¹ch

TCAP Transaction Capabilities Application Part PhÇn øng dông kh¶ n¨ng giao dÞch TCP Transaction Control Protocol Giao thøc ®iÒu khiÓn truyÒn dÉn

TSN Transit Serving Node §iÓm phôc vô chuyÓn tiÕp

TDM Time Division Multiplexing Ghep kªnh theo thêi gian

UAC User Agent Client M¸y kh¸ch t¸c nh©n ngêi sö dông UAS User Agent Server Bé phôc vô t¸c nh©n ngêi sö dông UDP User Datagram Protocol Giao thøc gãi tin ngêi dïng VoIP Voice over IP Tho¹i trªn giao thøc IP

Danh mục các bảng

Bảng 4.1 Bảng phân tích trễ

Bảng 4.2 Bảng số hiệu cổng dịch vụ dùng trong mạng

Bảng 4.3 Bảng thứ tự dịch vụ đợc u tiên

Bảng 4.4 Bảng đánh dấu thứ tự u tiên cho các dịch vụ theo giá trị PHB và CoS Bảng 4.5 Cấp phát băng thông cho mạng trục

Bảng 4.6 Cấp phát băng thông cho tuyến tỉnh

Bảng 4.7 Chuyển đổi tơng đơnggiữa các giá trị PHB và EXP

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1 Biểu đồ nhu cầu lu lợng thoại và số liệu

Hình 1.2 Mô hình phân lớp mạng NGN

Hình 2.1 Mô hình cấu trúc vật lý mạng NGN

Hình 2.2 Cấu trúc Media Gateway

Hình 2.3 Cấu trúc chức năng của Media controller

Hình 3.1 Các giao thức kết nối giữa các thực thể

Hình 3.2 Ngăn xếp giao thức H.323

Hình 3.3 Các thành phần trong mạng H.323

Hình 3.4 Cấu trúc của hệ thống SIP

Hình 3.5 Quá trình thiết lập và giải phóng cuộc gọi

Hình 3.6 Kiến trúc điều khiển của MEGACO/ H.248

Hình 3.7 Vị trí và chức năng của giao thức MEGACO/ H.248

Hình 3.8 Mô tả cuộc gọi MEGACO

Hình 3.9 Lu đồ cuộc gọi từ RGW tới TGW

Hình 3.10 Lu đồ cuộc gọi từ TGW sử dụng SS7 vào RGW

Hình 4.3 Mô hình kết nối mạng NGN trong giai đoạn 1

Hình 4.4 Mô hình kết nối thoại hiện tại từ địa phơng lên trung tâm vùng Hình 4.5 Mô hình kết nối đề xuất

Hình 4.6 Mô tả cuộc gọi thoại nội vùng

Hình 4.7 Mô tả cuộc gọi thoại liên vùng

Hình 4.8 Thiết bị mạng trục ở Hà Nội

Hình 4.9 Thiết bị mạng trục ở Đà Nẵng

Hình 4.10 Thiết bị mạng trục ở TP HCM

Hình 4.11 Hệ thống VOIP trong giai đoạn 1

Hình 4.12 Hệ thống thoại VOIP

Hình 4.13 Hớng đi của cuộc gọi nội vùng

Hình 4.14 Hớng đi cuộc gọi khác vùng

Hình 4.14 Mô hình thiết kế Video conference

Hình 4.16 Băng thông video

Hình 4.18 áp đặt các cơ chế đảm bảo chất lợng cho các dịch vụ

Hình 4.19 Sơ đồ thiết kế chất lợng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối

Hình 4.20 Mô hình kết nối mạng khi có thêm Voice Gateway

Hình 4.21 Mô hình kết nối thiết bị Voice Gateway

Hình 4.22 Mô hình két nỗi khi mạng có thệ thiết bị Voice Gateway

Hình 4.23 Mô hình két nỗi khi mạng có thệ thiết bị Voice Gateway

Hình 4.24 Cấu trúc chuyển mạch MPLS của mạng

Hình 4.25 Thiết lập các đờng hầm

Hình 4.26 Xử lý cuộc gọi trong hệ thống có sử dụng voice gateway

Hình 2.27 Cấu trúc thiết kế hội nghị truyền hình

Hình 4.28 Mô hình kết nối mạng dự phòng đầy đủ

Hình 4.30 Mô hình kết nối mạng trục

Hình 4.31 Cấu trúc mạng khi đã tiến hoá thành mạng NGN

Hình 4.32 Cuộc gọi giữa các tỉnh kết nối đến cùng một PoP chính

Hình 4.33 Cuộc gọi từ một máy VNPT tới một thuê bao ở địa phơng

Hình 4.34 Cuộc gọi giữa 2 tỉnh kết nối đến 2 POP khác nhau

Mở đầu

Cùng với với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử – tin học, nhiều công nghệ viễn thông mới ra đời cung cấp ngày càng nhiều loại hình dịch vụ phong phú, chất lợng cao

Trong xu thế phát triển, hội tụ của Viễn thông và Tin học, cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngời dùng về các dịch vụ đa phơng tiện chất lợng cao đã làm cho cơ sở hạ tầng viễn thông và thông tin đang có những thay đổi lớn về cơ bản Những tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống đã không còn đáp ứng đợc những

đòi hỏi về các dịch vụ viễn thông đa dạng và đòi hỏi tốc độ cao Xu hớng hình thành mạng viễn thông chuyển mạch gói tốc độ cao, dung lợng lớn và hội tụ đợc nhiều loại hình dịch vụ trên một hạ tầng viễn thông là tất yếu Mạng viễn thông thế

hệ mới (NGN) đã ra đời và có thể đáp ứng đợc những yêu cầu đó

Cùng với xu thế chung của thế giới,Việt Nam đang từng bớc ứng dụng các công nghệ viễn thông mới để phát triển mạng viễn thông của mình theo cấu trúc mạng NGN một cách phù hợp Đó là hớng đi đúng đắn, chính vì vậy em đã chọn đề tài mạng NGN đễ làm luận văn tố nghiệp, nội dung luận văn gồm chơng:4

Chơng 1: em trình bầy về sự hình thành mạng viễn thông thể hệ mới NGN Chơng 2: em trình bầy về cấu trúc phân lớp và vất lý của mạng NGN

Chơng 3: em trình bầy về các giao thức chính sử dụng trong mạng NGN Chơng 4: em đề xuất thiết kế giải pháp tiến hoá một mạng PSTN cụ thể đang tồn tại ở Việt Nam lên thành mạng NGN

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Xuân Thụ đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Học viên

Nguyễn Tuấn Linh

Chơng 1 Sự hình thành mạng thế hệ tiếp theo NGN

1.1 Nguyên nhân hình thành mạng viễn thông thế hệ mới

1.1.1 Các mạng viễn thông hiện tại

Các mạng viễn thông hiện nay có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ viễn thông lại có một loại mang riêng để phục vụ cho dịch

- Các hệ thống truyền hình có thể truyền theo 3 cách: Truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua mạng truyền hình cáp CATV (Community Atenna Television) bằng cáp

đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh

- Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính đợc truyền qua mạng nội bộ gọi

là mạng LAN (Local Area Network) nhng mạng phổ biến nhất nh mạng Ethernet, Token bus, Token Ring

Mỗi mạng đợc thiết kế cho các dịch vụ riêng mà không thể sử dụng cho mục

đích khác ví dụ không thể truyền tiếng nói qua mạng X25 vì trễ quá lớn

Xét về góc độ dịch vụ thì có các mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng

điện thoại di động và mạng truyền số liệu

Xét về góc độ kỹ thuật bao gồm các mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ

PSTN (Public Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN phục vụ thoại và bao gồm 2 loại tổng đài: tổng đài nội hạt (câp 5), và tổng đài andem tổng đài qúa giang nội hạt (cấp 4) Tổng đài Tandem đợc nối vào Ttổng đài Toll để giảm mức phân cấp Phơng pháp nâng cấp các Tandem là bổ sung cho mỗi nút một ATM core, các ATM core sẽ cung cấp dịch vụ băng rộng cho thuyê

bao, đồng thời hợp nhất các mạng số liệu hiện nay vào mạng chung ISDN Các tổng

đài cấp 4 và cấp 5 là các tổng đài cỡ lớn Các tổng đài này có kiến trúc tập trung và cấu trúc phần cứng và phần mêm độc quyền phụ thuộc vào từng hãng sản xuất khác nhau

ISDN (Intergrate Service Digital Network) là mạng tích hợp đa dịch vụ ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng dịch vụ thoại và phi thoại trong cùng một mạng và xây dựng giao tiếp ngời sử dụng với mạng đa dịch vụ bằng một số giới hạn các kết nối ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm kết nối chuyển mạch và không chuyển mạch Các kết nối của ISDN bao gồm nhiều chuyển mạch thực, chuyển mạch gói và kết hợp của 2 loại chuyển mạch trên Các dịch vụ mới phải tơng thích với kết nối chuyển mach số 64kbit/s ISDN phải chứa sự thông minh để cung cấp các dịch vụ, bảo dỡng và chức năng quản lý mạng tuy nhiên tính thông minh này có thể không đủ để đáp ứng sự ra đời của các dịch vụ mới và cần đợc tăng cờng từ mạng cũng nh sự thích ứng của các thiết bị đầu cuối của ngời sử dụng Sử dụng kiến trúc phân lớp làm đặc trng của truy suất ISDN ISDN đợc sử dụng với nhiều cấu trúc khác nhau tuỳ theo hiện trạng của từng quốc gia

PSDN (Public Switching Data Network) là mạng truyển mạch số liệu công cộng PSDN chủ yếu cung cấp các dịch vụ số liệu Mạng PSDN bao gồm các PoP (Point of Presence) và các thiết bị truy nhập từ xa Hiện nay PSDN phát triển rất nhan do sự bùng nổ của dịch vụ Internet và các mạng riêng ảo VPN (Virtual Private h Network)

Mạng di động GSM là mạng cung cấp dịch vụ thoai bằng truy nhập vô tuyến Mạng này phát triển dựa trên công nghệ chuyển mạch ghép kênh phân chia theo thời gian và tần số

Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ thu lợi nhuận chủ yếu từ các dịch vụ nh Leased line, Frame relay, ATM và các dịch vụ cơ bản Tuy nhiên xu hớng giảm lợi nhuận từ các dịch vụ này bắt buộc các nhà khai thác phải tìm các dịch vụ mới dựa trên IP để đảm bảo lợi nhuận lâu dài VPN là một hớng đi của các nhà khai thác Các dịch vụ dựa trên nền IP cung cấp kết nối giữa một nhóm User thông qua mạng hạ tầng công cộng

1.1.2 Động cơ ra đời mạng viễn thông thế hệ mới NGN

Yếu tố hàng đầu là sự phát triển theo hàm mũ của nhu cầu truyền số liệu và các dịch vụ dữ liêu là kết qủa của tăng trởng Internet mạnh mẽ thể hiện ở hình1.1 Các mạng công cộng hiện nay chủ yếu đợc xây dựng để truyển dẫn lu lợng thoại, truyền dữ liệu, video đã đợc truyền trên các mạng chồng lấn,tách rời đợc chiển khai để đáp ứng các yêu cầu của chúng Vì vậy, một chuyển đổi từ mạng truyền thống sang mạng chuyển mach gói là không thể chánh khỏi khi mà dữ liệu thay thế

vị trí của thoại và trở thành nguồn tạo ra lợi nhuận chính Cùng với sử bùng nổ Internet trên toàn cầu, mạng thế hệ mới sẽ có xu thế phát triển dựa trên nền IP Tuy vậy, thoại vẫn là một dịch vụ quan trọng và do đó, những thay đổi này dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lợng cao qua IP

Cải thiện chi phí đầu t: Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống đợc cải tiến chậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính phát triển rất nhanh Các chuyển mạch kênh này đang chiếm phần lớn trên cơ sở hạ tầng của mạng PSTN Tuy nhiên chúng cha thực sự tối u cho mạng truyền

số liệu Kết qủa là ngày càng có nhiều dòng lu lợng số liệu trên mạng PSTN đến mạng Internet và sẽ xuất hiện giải pháp với định hớng số liệu làm trọng tâm để thiết

kế mạng chuyển mạch tơng lai, nền tảng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói cho cả thoại và số liệu

Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhà khai thác lựa chọn các nhà cung cấp phù hợp nhất cho lớp mạng của họ Truyền tải dựa trên gói cho phép cung cấp băng tần linh hoạt, loại bỏ nhóm nhu cầu trung kế kích thớc cố định cho thoại, nhờ đó giúp nhà khai thá quản lý mạng dễ dàng hơn, nâng cấp một cách hiệu qủa phần mềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệ thống

Nguồn doanh thu mới: Dự báo cho thấy mức suy giảm chầm trọng doanh thu dựa trên thoại và xuất hiện mức doanh thu đột biến do các dịnh vụ giá trị gia tăng mang lại Kết qủa là các nhà khai thác truyền thống phải tái định mức mô hình kinh doanh của họ theo dự báo này cùng lúc đó, các nhà khai thác mới sẽ đa ra các mô hình kinh doanh mới cho phép họ nắm lấy thị phần Mang lại lợi nhuận cao hơn trên

thị trờng viễn thông Các cơ hội kinh doan mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các dịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video.

Hình 1.1 Biểu đồ nhu cầu lu lợng thoại và số liệu

1.1.3 Nhợc điểm của chuyển mạch kênh:

Một trong những nguyên nhân thúc đẩy sự ra đời của mạng thế hệ mới đó là những khuyết điểm của chuyển mạch kênh, trong quá trinh hoạt động công nghệ chuyển mạch kênh bộc lộ những khuyết điểm sau:

- Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt: Việc đầu t một tổng đài nội hạt lớn với chi phí cao cho vùng có vài ngàn thuê bao là không kinh tế do đó các tổng đài thờng đợc lắp đặt cho vùng có số lợng thuê bao lớn Ngoài ra nhà cung cấp dịch vụ còn phải xem xét đến chi phí truyền dẫn và chi phí trên một đờng dây thuê bao và việc lắp đặt tổng đài tại nơi đó có kinh tế, đem lại lợi nhuận hay không

- Dịch vụ không đa dạng, không có sự phân biệt dịch vụ cho các khách hàng khác nhau: Đó là do các tổng đài chuyển mạch truyền thống cung cấp cùng một tập các tính năng của dịch vụ cho các khách hàng khác nhau ơn thế nữa việc phát Htriển và triển khai một dịch vụ mới phụ thuộc nhiều vào nhà sản xuất, rất tốn kém và mất một thời gian dài

Hạn chế kiến trúc mạng, do đó khó khăn trong việc phát triển mạng: Đó là do trong cơ cấu chuyển mạch, thông tin thoại đều tồn tại dới dạng các dòng 64kbps nên không thể đáp ứng cho các dịch vụ mới có dung lợng lớn hơn Và do trong chuyển mạch kênh đầu vào và đầu ra đợc nối cố đinh với nhau nên việc định tuyến cuộc gọi và xử lý đặc tính của cuộc gọi có mối liên kết chặt chẽ với phần cứng chuyển mạch Hay nói các khác phân mềm điều khiển trong chuyển mạch kênh phụ thuộc rất nhiêu vào phân cứng

Ngoài ra khi một tổng đài đợc sản xuất thì dung lợng của nó là không đổi

Do đó khi mở rộng dung lợng nhiều khi đòi hỏi đến việc phải tăng số cấp chuyển mạch, điểu này sẽ ảnh hởng đến việc đồng bộ, báo hiệu cùng nhiều vấn đề phức tạp khác

1.2 Khái niệm và đặc điểm mạng thế hệ mới NGN

1.2.1 Khái niệm mạng thế hệ mới NGN

Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau nh:

- Mạng đa dịch vụ

- Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lu lợng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ)

- Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng)

- Mạng nhiều lớp (Mạng đợc phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất nh trong mạng TDM)

Cho tới nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết

bị viễn thông trên thế giới đề rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lợc phát triển u NGN nhng vẫn cha có một định nghĩa cụ thể và chính xác nào cho mạng NGN Do

đó định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ mới, nhng nó có thể tơng đối là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN

Vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ mới là sự tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên kỹ thuật IP/ATM/MPLS Nó có thể truyển tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng có thể nhập một lợng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN

Tuy nhiên NGN không phải đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di

động Vấn đề chủ đạo ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của ngời sử dụng cho m t khối lơng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phơng ộtiện, phần lớn trong đó là không đợc trù liệu khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay

1.2.2 Đặc điểm của mạng NGN

Một trong các đặc tính của NGN là tách riêng các dịch vụ với các mạng, cho phép đa chúng ra một cách riêng biệt và phát triển độc lập Do đó trong các cấu tr úcNGN đa ra có sự phân chia rõ ràng giữa các chức năng của dịch vụ và các chức năng của truyền tải NGN cho phép cung cấp cả các dịch vu đang tồn tại và các dịch

vụ mới không phụ thuộc vào mạng và kiểu truy nhập đợc sử dụng

NGN có thể cung cấp các dịch vụ dữ liệu, đàm thoại, đơn hớng, đa hớng và quảng bá, nhắn tin dịch vụ truyền dữ liêu, có thời gian thực, không cần thời gian thực, các dịch vụ có nhạy cảm với trễ hay không Các dịch vụ yêu cầu độ rộng băng thông khác nhau từ vài Kbit/s cho tới hàng trăm Mbit/s NGN sẽ bao gồm các API (giao diện chơng trình ứng dụng) liên quan đến dịch vụ để hỗ trợ việc tạo, cung cấp

và quản lý các dịch vụ

Trong NGN, các thực thể chức năng điều khiển hoạt động, các phiên, media, các tài nguyên, phân phát dịch vụ, bảo mật,… cỏ thể đợc phân tán khắp cơ sở hạ tầng mạng NGN liên kết hoạt động với các mạng đang tồn tại nh PSTN, ISDN, GSM đợc thực hiện thông qua các cổng Gateway

Chơng 2 Cấu trúc mạng NGN

2.1 Cấu trúc phân lớp của mạng NGN

Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện này thành các lớp mạng riêng lẻ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn nh hình 1.2

ATM hay IP/MPLS có thể đợc sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi

để đảm bảo QoS

Mạng lõi có thể thuộc mạng MAN hay mạng đờng trục

Các Router sử dụng ỏ biên mạng lõi khi lu lơng lớn, ngợc lại khi lu lơng thấp, switch – router có thể đảm nhận luôn chức năng của router này

Thành phần:

Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch PLM nhng ở mạng đờng trục, kỹ thuật tuyền tải chính là IP hay IP/ATM

Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi

Chức năng:

Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch

Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một dịch

vụ và cho các dịch vụ khác nhau Nó có khả năng lu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thớc gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép, đối với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trễ đối với mạng chuyển mạch kênh TDM ) Lớp ứng dụng sẽ đa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện các yêu cầu đó

+ Phần truy nhập:

Lớp vật lý:

Hữu tuyến: cáp đồng, xDSL hiện đang sử dụng Tuy nhiên trong tơng lai truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm u thế

và thị trờng xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại

Vô tuyến: thông tin di dộng, công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến

Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD: Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật tuy nhập (tơng tự, số, TDM, ATM,IP, ) để truy nhập vào mạng NGN

2.1.2 Lớp truyền thông

Thành phần: hiết bị ở lớp truyền thông là các cổng truyền thông (MG

Media Gateway) bao gồm :

Các cổng truy nhập: AG (Acces Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng truy nhập, RG (Residental Gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà

Các cổng giao tiếp : TG (Trunking Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di động

Chức năng:

Lớp truyền thông có khả năng tơng thích các lỹ thuật truy nhập khác với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đờng trục Hay nói các khác, lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trờng (chẳng hạn nh PSTN, FrameRelay, Lan, vô tuyến ) sang môi trởng truyền dẫn gói đợc áp dụng trên mạng lõi và ngợc lại

Nhờ đó, các nút chuyển mạch (ATM + IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển

2.1.3 Lớp điều khiển

Thành phần:

Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch còn gọi là Media Gateway Controller hay Call Agent đợc kết nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP nh : SGW (Gignaling Gateway), MS (Media Server), FS (Feature Server), AS (Application Server)

Chức năng:

Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào Cụ thể lớp điều khiển thực hiện các chức năng sau:

- Định tuyến lu lợng giữa các khối chuyển mạch

- Thiết lâp yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoạc các luông, điều khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện cổng

- Phân bố lu lợng và các chỉ tiêu chất lợng đối với mỗi kết nối (hay mỗi luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS

- Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp edia MThống kê và gi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng thời thực hiện các cảnh báo

- Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển

- Quản lý và bảo dớng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển Thiết lập va quản lý hoạt động của các yêu cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng Báo hiệu với các thành phần ngang cấp

Các chức năng quản lý , chăm sóc khách hàng cũng đợc tích hợp trong lớp

điều khiển Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn,

điều này cho phép các dịch vụ mới đợc đa vào nhanh chóng và dễ dàng

2.1.4 Lớp ứng dụng:

Thành phần:

Lớp ứng dụng gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node), thực chất là các server dịch vụ cung cấp các ng dụng cho khách hàng thông qua lớp ứtruyền tải

Chức năng:

Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ cho băng thông khác nhau và ở nhiều mức

độ một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dung, còn một số dịch vụ khác sẽ đợc điều khiển từ lớp điều khiển nh dịch vụ thoại truyền thống Lớp ứng dụng liên kết với lớp

điều khiển thông qua các giao diện mở API Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng

Một số ứng dụng dịch vụ nh:

- Các dịch vụ thoại

- Các dịch vụ thông tin và nôi dung

- VPN cho thoại và số liệu

- Video theo yêu cầu

- Nhãm c¸c dÞch vô ®a ph¬ng tiÖn

2.2 CÊu tróc vËt lý m¹ng NGN

CÊu tróc vËt lý m¹ng NGN ®îc thÓ hiÖn nh trong h×nh 2.1

H×nh 2.1 M« h×nh cÊu tróc vËt lý m¹ng NGN

tù /ISDN vµ c¸c gãi gièng nh trong cæng ph¬ng tiÖn néi h¹t

H×nh 2 CÊu tróc Media Gateway 2

Tập hợp dữ liệu cho việc tính cớc và hệ thống chăm sóc khách hàng hay phát hiện ngỡng dữ liệu nếu yêu cầu Nó bao gồm các báo cáo dữ liệu do yêu cầu hay các sự kiện yêu cầu tới máy chủ cuộc gọi

Các báo cáo cảnh báo (các sự kiện bất bình thờng nh tràn tải và tắc nghẽn lu lợng sẽ đợc báo đến MG controller)

MG sẽ tạo các tone (bận, không trả lời), tạo và phát hiện các tín hiệu DTMF Internal switching: ánh xạ các dòng chuyển mạch gói đến chuyển mạch kênh

Luôn có mối quan hệ chủ tớ với MGC thông qua giao thức MGCP hay MEGACO/H248

Có thể thực hiện các chức năng xử lý lu lợng nh chuyển mã, đóng gói, loại

bỏ tiếng vọng, giám sát hiện tợng rung pha (Jitter), đa ra các xử lý khi bị mất gói tin

Có thể thực hiện các chức năng chèn lu lợng nh tạo âm báo tiến trình cuộc gọi, tạo âm DTMF, tạo âm xen

Thực hiện chức nă g báo hiệu và phát hiện sự thay đổi tạng thái của các thiết n

bị đầu cuối nh : phát hiện DTMF, phát hiện sự kiện on/off – hook (đặt/nhấc máy), phát hiện tính hiệu thoại tích cực

Quản lý và phân bổ tài nguyên cho các chức năng trên

Phân tích các con số nhận đợc từ thiết bị đầu cuối dựa trên kế hoạch đánh số

và quay số do MGC gửi tới

Các giao thức ứng dụng bao gồm RTP/RTCP, TDM, H248, MGCP

Các yêu cầu Media Gateway

Một trong các yêu cầu chính cho media gateway là cung cấp chất lợng thoại tốt, nó ảnh hởng trực tiếp tới cảm giác của ngời sử dụng dịch vụ

Media gateway sẽ cung cấp tập hợp các phơng thức mã hóa để đảm bảo nh : G723.1,G711,G729,G.726, GSM

Media gateway cung cấp dịch vụ với trễ và tỷ lệ mất gói thấp, có thêm đặc tính nh khử tiến vọng và bộ đệm rung pha jitter.g

Media gateway sử dụng các giao thức chuẩn khi giao tiếp với các phần tử khác nh MGC điều đó cho phép các nhà điều hành ít phụ thuộc vào các nhà cung cấp

và thuận tiện cho việc thay thế các phần tử mạng

Media gateway hỗ trợ kết nối với mạng PSTN nh các kênh E1, STM-1 hay ISDN PRI và các kết nối gói nh ATM hay IP

Để bảo mật, MG phải sử dụng các giao thức nhận thực nh RADIUS, PAP, CHAP hay IPSec

2.2.2 Media Gateway controller

MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch Nó đa 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

MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, nh PSTN, SS7, mạng IP Nó chịu trách nhiệm quản lý lu lợng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau Nó còn đợc gọi là Call Agent do chức năng điêu khiển các bản tin

Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành một cấu hình tối thiểu cho Softswitch

Hình 2.3 Cấu trúc chức năng của Media controller

Access se ssion manager

interworking

IW F-

Inter Operator Manager

Media Gateway Controller

Các chức năng của Media gateway controller trong hình 2.3

- Quản lý cuộc gọi

- Các giao thức thiết lập cuộc gọi thoịa : H323, SIP

- Giao thức điều khiển truyền thông : MGCP, Megaco/H248

- Quản lý lớp dịch vụ và chất lợng dịch vụ

- Giao thức quản lý SS7: SIGTRAN (SS7 over IP)

- Xử lý báo hiệu SS7

- Quản lý các bản tin liên quan QoS nh RTCP

- Thực hiện định tuyến cuộc gọi

- Gi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cớc (CDR call detail record)

Điều khiển quản lý băng thông

Các chức năng của Signalling Gateway:

- Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu

- Truyền thông tin báo hiệu giữa Media Gateway Controller và Signaling Gateway thông qua mạng IP

- Cung cấp đờng truyền dẫn cho thoại, dữ liệu và các dạng dữ liệu khác (Thực hiện truyền dữ liệu là nhiệm vụ của Media Gateway)

- Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn thông

Đặc tính hệ thống

Là một thiết bị vào ra I/O

Dung lợng bộ nhớ ngoài phải luôn đảm bảo lu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các lộ trình…

Dung lợng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập, do đó không yêu cầu dung lợng lớn

2.2.4 Media Server

Media Server là thành phần lựa chọn của Softswitch, đợc sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt Một Media Server phả hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất i cao nhất

Các chức năng của một Media Server

Chức năng Voice mail cơ bản

Hộp th fax tích hợp hay các thông báo cáo thể sử dụng e mail hay các bản tin

-gi âm trớc (pre-recorded message)

Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực hiện một các độc lập Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các giao thức nh Sip, H.323… Chúng thờng độc lập với phần cứng nhng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trng

Chức năng của Application Server là xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông

số dịch vụ thông thờng cho hệ thống đa chuyển mạch

Chơng 3 Giao thức trong mạng thế hệ sau

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… đợc thực hiện bởi các thiết bị phân tán trong cấu hình mạng Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ cho ngời dùng các thiết bị này phả trao đổi các thông tin báo i hiêu Cách thức trao đổi các thông tin áo hiệu đợc quy định bởi các giao thức báo b

hiệu Các giao thức báo hiệu cơ bản trong hệ thống chuyển mạch mềm bao gồm:H323, SIP, MGCP, MEGACO/H.248, SIGTRAN

Hình 3.1 Các giao thức kết nối giữa các thực thể

Các giao thức này có thể phân thành hai loại: giao thức ngang cấp (H.323, SIP)

và giao thức chủ tớ (MGCP, MEGACO/H.248).Mỗi loại giao thức có u điểm và nhợc điểm riêng của mình với các chức năng khác nhau, tồn tại trong mạng ở các cấp khác nhau Hinh 3.1 minh hoạ vị trí và phạm vi sử dụng các giao thức trong mạng

Giao thức ngang cấp H.323, SIP đợc sử dụng để trao đổi thông tin báo hiệu

và điều khiển giữa các MGC, giữa MGC và các máy chủ

Giao thức chủ tớ MGCP, MEGACO/H.248 là giao thức báo hiệu điều khiển giữa MGC và các cổng kết nối (tong đó MGC điều khiển cổng kết nối)

Giao thức SIGTRAN là giao thức báo hiệu giữa MGC và cổng báo hiệu Chức năng của giao thức này là chuyển đổi báo hiệu SS7 và IP

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 đợc tập trung trong các thực thể chức năng điều khiển (đóng vai trò là chủ), thực thể này sẽ giao tiếp (điều khiển) với nhiều thực thể khác qua các giao thức chủ – tớ nhằm cung cấp dịch vụ

3.1 Giao thức H.323

Khi đề cập đến thoại IP, tiêu chuẩn quốc tế thờng đợc đề cập đến là H.323 Giao thức H.323 là chuẩn do ITU T SG16 phát triển cho phép truyền thông đa -phơng tiện qua các hệ thống dựa trên mạng chuyển mạch gói, ví dụ nh Internet

Nó đợc ITU T ban hành lần đầu tiên vào năm 1996 và gần đây nhất là năm 1998 - H.323 là chuẩn tiêng cho các thành phần mạng, các giao thức và các thủ tục cung cấp các dịch vụ thông tin Multimedia nh : Audio thời gian thực, Video và thông tin dữ liệu qua các mạng chuyển mạch gói, bao gồm các mạng dựa trên giao thức IP Tập giao thức H.323 đợc thiết kế hoạt động trên t ng truyền vận của các mạng cơ ầ

sở Tuy nhiên khuyến nghị H.323 rất chung chung nên ít đợc coi là tiêu chuẩn cụ thể Trong thực tế, hoàn toàn có thể thiết kế một hệ thống hoàn toàn thoại tuân thủ H.323 mà không cần đến IP Khuyến nghị này chỉ đa ra yêu cầu về “giao diện mạng gói” tại thiết bị kết cuối Ban đầu H.323 dự định giành cho X25, FrameRelay sau đó ATM, nhng giờ đây lại là TCP/IP, trong đó có rất ít H.323 đợc vận hành trên mạng X.25 và ATM

Từ ngăn xếp giao thức H.323 hình 3.2 ta thấy:

H323 hỗ trợ cho lu lợng thoại qua các chuẩn mã hoá G.711, G.722, G.728, G.729, G.723.1 trên nền giao thức RTP và RTCP thông qua phơng thức chuyển tải không tin cậy UDP

H.323 hỗ trợ lu lợng Video qua các chuẩn mã hoá H.261 , H.263 trên nền các giao thức RTP và RTCP cũng qua phơng thức truyền tải không tin cậy UDP

H.323 hỗ trợ lu lợng dữ liệu các giao thức T.122, T.124, T.125, T.127, T.126 qua phơng thức truyền tải tin cậy TCP

H.45 là giao thức điều khiển kênh (trao đổi các thuộc tính cuộc gọi giữa 2 đầu cuối) H2.2.5 là giao thức báo hiệu giữa đầu cuối và Gatekeeper(thiết bị điều khiển cổng kết nối)

Cấu hình mạng H.323 bao gồm các thành phần sau:

Đầu cuối : Thiết bị đầu cuối H.323 bắt buộc phải hỗ trợ những giao thức:

Báo hiệu điều khiên cuộc gọi H.225

Báo hiệu điều khiển kênh H.245

Giao thức RTP/RTCP cho dữ liệu

Các loại bộ mã hoá thoại

Việc hỗ trợ các mã hoá Video là không bắt buộc đối với các đầu cuối H.323 Cổng nối đảm nhiệm chức năng chuyển đổi địa chỉ và điều khiển băng thông Trong mạng H.323 không nhất thiết phải có Gatekeeper, tuy nhiên nếu có getekeeper thì tất cả các đầu cuối phải đăng ký trớc khi thực hiện cuộc gọi

- H.323 MCU (Multipoint Contro Unit Đơn vị điều khiên đa điểm) hỗ trợ các cuộc gọi hội nghị của 3 hay nhiều hơn các đầu cuối cùng tham gia trong một phiên

G.722

H.261

H.261 H.261

T.124 T.125/T.122

H.261 H.261

H.261

T.126 T.127

X.224. 0

Tín hiệu âm thanh

Tín hiệu video

Giao thứcRTCP Giao thức RAS Giao thức RTP

Giao thứcUDP Giao thứcTCP

Hình 3.2 Ngăn xếp giao thức H.323

liên lạc Trong MCU có hai Module: Bộ điều khiển MC (Mulipoint Controller) có chức năng điều khiển và bộ xử lý đa điểm MP (Multipoint Processor) nhận và xử lý các luông dữ liệu thoại video hoặc các dữ liệu khác

Hình 3.3 Các thành phần trong mạng H.323 3.2 Giao thức SIP

Giao thức SIP do nhóm làm việc MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) của IETF phát triển từ tiêu chuẩn RFC2543 Đây là giao thức báo hiệu lớp ứng dụng có chức năng mô tả việc khởi tạo, thay đổi và huỷ phiên truyền thông đa phơng tiện giữa các đầu cuối SIP đợc dựa trên cơ sở nguyên lý giao thức trao đổi thông tin của mạng Internet (HTTP)

3.2.1 Các khái niệm cơ bản trong giao thức SIP:

Call: Một cuộc gọi gồm tất cả các thành viên trong phiên đợc mời bởi một tài nguyên chung Một cuộc gọi SIP đợc nhận biết bởi một Call ID duy nhất.-

Call leg: Đợc nhận biết bởi sự kết hợp của Call-ID, “To” và “From”

Client: Là một chơng trình ứng dụng gửi đi những yêu cầu của SIP Client có thể ảnh hởng trực tiếp hoặc không đến ngời sử dụng Client đợc chứa trong các Proxy và User Agent

Conference: Hội nghị là một phiên hội thoại đa phơng Một hội nghị có thể không có hoặc có nhiều thành viên bao gồm các trờng hợp nh hội nghị đa phơng, hội nghị nhiều mắt lới, cuộc gọi hai thành viên… một vài cuộc gọi có thể tạo ra một hội nghị

Đầu cuối

Thiết bị điều khiển

Cổng nối Mạng chuyển

Downstream: là yêu cầu gửi trực tiếp từ phía chủ gọi đến ngời nghe (từ UAC

Parallel search: Trong một quá trình tìm kiếm song song một Proxy đa ra một vài yêu cầu với ngời dùng hiện tại trong khi nhận một yêu cầu đến

Provisionnal Response: Đáp ứng tạm thời là đáp ứng đợc Server thông báo một tiến trình gọi nhng cha kết thúc một phiên giao dịch SIP, đáp ứng 1xx là một

Upstream: Đáp ứng gửi trực tiếp từ UAS đến UAC

-

URL encoded: Là chuỗi ký tự mã hoá theo chuẩn RFC 1738

3.2.2 Các thành phần của kiến trúc SIP

UA (User Agent) là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP UA có thể khởi tạo, thay

đổi hay giải phóng cuộc gọi

UAC (User Agent Client) là một thực thể thực hiện việc khởi tạo một cuộc gọi còn UAS (User Agent Server) là thực thể thực hiện việc nhận cuộc gọi

Proxy Server là phần mềm trung gian hoạt động vừa nh Server và vừa nh cả Client để thực hiện các yêu cầu thay thế cho các đầu cuối khác Tất cả các yêu cầu

đợc xử lý tại chỗ bởi Proxy Server hoặc chuyển đến cho các máy chủ khác

Location Server là phần mềm định vị thuê bao

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

Registrar Server là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký

3.2.3 Chức năng và tính năng của SIP

Các chức năng của SIP

SIP là một giao thức điều khiển tầng ứng dụng có thể thiết lập, duy trì và giải phóng các cuộc gọi hoặc các phiên truyền thông Các phiên truyền thông có thể là

điện thoại hội nghị, học từ xa, điện thoại internet…Sip cũng có thể đợc dùng để bắt

đầu các phiên cũng nh dùng để mời các thành viên tới phiên hội thoại mà đợc thông báo và đợc thiết lập bởi các phơng tiện khác SIP hỗ trợ các dịch vụ ánh xạ tên và các dịch vụ gián tiếp một cách trong suốt Vì thế nó cho phép thi hành một các

đầy đủ các dịch vụ trên ISDN, mạng thoại thông minh và hỗ trợ các cuộc gọi di động của ngời dùng có địa chỉ không cố định

SIP là một phần trong bộ giao thức chuẩn cho truyền dòng tin đa phơng thức

do IETF khuyến nghị nh RSVP (Resource reservation Protocol – Giao thức đặt trớc tài nguyên), RTP (Realtime Transport Protocol – Giao thức truyền tả thời i gian thực), RTSP (Realtime Streaming Protocol giao thức phân phối dòng tin thời - gian thực), SDP (Session Description Protocol- Giao thức mô tả phiên) Tuy nhiên,

Redirect Server

Registrar Server

User Agent

Hình 3.4 Cấu trúc của hệ thống SIP

SIP hoạt động độc lập với các giao thức trên SIP cũng có thể sử dụng kết hợp với các giao thức báo hiệu và thiết lập cuộc gọi khấc

Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối

Dễ dàng tạo tính năng mới cho dich vụ và dịch vụ mới

SIP có thể hoạt động cùng nhiều giao thức nh: RSVP, RTP, RTSP, SDP, MIME, HTTP, COPS, OSP

3.2.4 Hoạt động của SIP

Trong hội thoại SIP, mỗi bên tham gia (bên chủ gọi và bên bị gọi) đợc gắn một địa chỉ SIP hay còn gọi là SIP URL ( SIP Uniform ResourceLocator) Ngời sử dụng phả đăng ký vị trí của họ với SIP Server Để tạo một cuộc gọi SIP, phía chủ gọi i

định vị tới máy chủ thích ững và sau đó gửi một yêu cầu SIP Hoạt động SIP thờng xuyên nhất là lời mời các thành viên tham gia hội thoại Thành phần đăng ký đóng vài trò tiếp nhận các yêu cầu đăng ký từ UA (User Agent) và lu trữ các thông tin này tại một dịch vụ phi SIP

Địa chỉ SIP: các thành viên tham gia hội thoại đợc định danh bởi một địa chỉ SIP gọi là SIP URL SIP URL đợc dùng trong các bản tin SIP để thông báo về nơigửi (From), đích hiện thời (Request URI ) và nơi nhận cuối cùng (To) của một yêu cầu SIP và chỉ rõ địa chỉ gián tiếp Một SIP URL có thể gắn vào một trang Web hoặc những siêu liên kết (Hyperlink) khác để thông báo rằng ngời dùng hoặc dịch vụ có thể gọi thông qua SIP

Giao dịch SIP: Khi có địa chỉ IP của SIP Server thì yêu cầu sẽ đợc gửi đi theo tầng vận chuyển giao thức TDP hay UDP Client gửi một hay nhiều yêu cầu SIP tới SIP Server và nhận các đáp ứng từ Server Một yêu cầu cùng với những đáp ứng cho

những yêu cầu đó tạo nên một giao dịch SIP Tất cả các đáp ứng cho một yêu cầu phả chứa cùng các giá trị trong trờng Call ID, Cseq, To và From Điều đó làm cho i - các đáp ứng phù hợp với các yêu cầu Mỗi cuộc gọi trong SIP đợc định danh bởi một trờng định danh cuộc gọi (Call D)-I

Một yêu cầu phải có thông tin gửi đi từ đâu (From) và tới đâu (To) Trờng From và To đề có cấu trúc theo khuôn dạng SIP URL Trờng Cseq lu trữ thông tin -

về phơng thức sử dụng trong phiên, trờng Cseq có dạng :

DCseq= “ Cseq” ; “ iGit Method”

Trong đó Digit là số nguyên không dấu 32 bit

Lời mới SIP: Một lời mời SIP thành công gồm hai yêu cầu INVITE và ACK Yêu cầu INVITE thực hiện lời mời một thành viên tham gia hội thoại Khi phía bị gọi đồng ý tham gia, phía chủ gọi xác nhận đã nhận một bản tin đáp ứng bằng cách gửi đi một yêu cầu ACK Nếu phía chủ gọi k ông muốn mời thành viên tham gia hcuộc gọi nữa nó sẽ gửi yêu cầu BYE thay cho ACK

Thông điệp INVITE chứa thành phần mô tả phiên (SDP) và phơng thức tiến hành trao đổi ứng với phiên đó Với các phiên đa hớng, phần mô tả phiên liệt kê kiểu và khuôn dạng của các phơng tiện (Media) để phân phối cho phiên hội thoại Với một phiên đơn hớng, phân mô tả phiên liệt kê kiểu và khuôn dạng của các phơng tiện mà phía chủ gọi muốn sử dụng và nơi những dữ liệu muốn gửi đi

Quá trình định vị tới máy chủ SIP: Khi một Client muốn gửi đi một yêu cầu, Client sẽ gửi bản tin yêu cầu đó tới máy chủ uỷ quyền SIP (SIP Proxy Server ), hoặc tới địa chỉ IP và cổng tơng ứng trong địa chỉ của yêu cầu SIP (Request - URI) Trờng hợp đầu, yêu cầu đợc gửi tới SIP Proxy Server không phụ thuộc vào địa chỉ của yêu cầu đó là nh thế nào Với trờng hợp sau, Client phải xác định giao thức, cổng và địa chỉ IP của Server mà yêu cầu đợc gửi đến Nếu Request – URI chỉ rõ

là sử dụng giao thức TCP hay UDP, Client sẽ làm việc với Server theo giao thức đó

3.2.5 Thiết lập và giải phóng cuộc gọi SIP

Trong mạng SIP quá trình thiết lập và giả phóng một phiên kết nối thờng i gồm 6 bớc sau:

1 Đăng ký, khởi tạo và định vị dịch vụ đầu cuối

2 Xác định phơng tiện của cuộc gọi, tức đa ra một miêu tả phiên mà đầu cuối đợc mời tham dự

3 Xác định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay không phía gọi phải gửi tin xác nhận cuộc gọi hay từ chối

4 Thiết lập cuộc gọi

5 Thay đổi hay điều khiên cuộc gọi (ví dụ nh chuyển cuộc gọi)

6 Giải phóng cuộc gọi

3.2.6 Bản tin SIP

Bản tin Request

Bản tin Request có khuôn dạng nh sau:

Request= Request-line (General-header/Request- header/Entity- header)

Hình 3.5 Quá trình thiết lập và giải phóng cuộc gọi

-

Ta thấy bản tin Request gồm hai phần chính : Request line(dòng yêu cầu) và header (phần tiêu đề)

Trong request line có 6 loại chỉ thị SIP (Method)

INVITE: chỉ thị INVITE thông báo rằng User hoặc dịch vụ đợc mời tham gia vào một phiên hội thoại Một Server sẽ tự động trả lời một lời mời tham gia h thoại ôịnếu User đã sẵn sàng tham gia bằng đáp ứng 200 OK

- ACK: Yêu cầu ACK xác nhận Client đã nhận đợc đáp ứng cuối cùng cho yêu cầu INVITE (ACK chỉ sử dụng cho yêu cầu INVITE) Khi UAC chấp nhận đáp ứng 2xx, tất cả các đáp ứng cuối cùng khác của Proxy đầu tiên hay của ACK đều nhận

đợc trả lời Trờng “Via” đợc đa vào Host để phát ra yêu cầu ACK sau khi UAC nhận đợc một đáp ứng 2xx hoặc Proxy đầu tiên nhận đợc một đáp ứng non-2xx Một Proxy Server nhận một yêu cầu ACK sau khi gửi đ các đáp ứni g 3xx, 4xx, 5xx hay 6xx phả quyết định ACK là của nó hay là của các UA hoặc Proxy Server phía i bên kia Quyết định dựa trên việc xem xét thẻ địa chỉ trong trờng “To”

- OPTION: chỉ thị OPTION dùng để hỏi về khả năng của SIP Server Nếu một Server có khả năng liên lạc với User thì có thể đáp ứng lại yêu cầu OPTION bằng một tập hợp các khả năng của nó Chỉ thị này đợc đa ra bởi SIP Proxy, Redirect Server, UA, Register, Client

- BYE: UAC sử dụng chỉ thị BYE để thông báo cho Server rằng nó muốn giải phóng cuộc gọi Nếu yêu cầu INVITE chứa một tiêu đề “contact”, User đợc gọi phải gửi yêu cầu BYE tới địa chỉ trong trờng “contact” Chỉ thị này phải đợc đa ra bởi một Proxy Server và không đợc phát ra bởi Redirect Server và UAS

- CANCEL: Yêu cầu CANCEL đợc dùng để huỷ bỏ một yêu cầu sắp thực hiện với cùng giá trị trong các trờng Call ID, From, To và Cseq acủa yêu cầu đó.-

- REGISTER: chỉ thị REGISTER đợc dùng để đăng ký danh sách địa chỉ của User trong trờng tiêu đề To tới SIP Server UA có thể đăng ký với một Local Server lúc khởi động bằng cách gửi di một yêu cầu REGISTER tới tất cả các SIP Server có

địa chỉ đa hớng

Bản tin đáp ứng Response: Sau khi nhận và thông dịch một bản tin yêu cầu, phía nhận thực hiện trả lời bằng một bản tin đáp ứng Khuôn dạng của bản tin Response nh sau :

Response = Status line (General header/ Response header/ Entity – header)

Cấu trúc của Status-line

Status-line= SIP – VersionSP status-code SP R aon ð – phrase CRLF

Trong đó :

Phiên bản SIP (version) là các bản SIP đa ra các lần khác nhau

- Status code là một mã kết qủa nguyên gồm 3 chữ số, chỉ ra kết quả của việc

cố gắng thực hiện và mức độ thoả mãn yêu cầu Status- Phrase thì dùng để đa ra một lởi giải thích ngắn cho Status-code

- Status code gồm 3 chữ số Chữ số đầu tiên định nghĩa loại đáp ứng, hai số sau không có vai trò phân loại Bản SIP 2.0 định nghĩa 6 gí trị của số đầu tiên:a

- 1xx: hận và xử lý yêu cầu N

- 2xx: Thành công

- 3xx: Chuyển tiếp yêu cầu

- 4xx: Lỗi ngời dùng, cú pháp của yêu cầu lỗi

- 5xx: Lỗi máy chủ

- 6xx: Lỗi chung (yêu cầu không đợc đáp ứng tại mọi Server)

Tiêu đề bản tin Response: Tơng tự nh tiêu đề của bản tin Request, tiêu đề bản tin Response cũng đợc chia thành 3 dạng: General header, Response- -header và Entity-header

General header=Acept

/ Acept Encoding

/ Acept Language

/ Call ID/ Contact/ Cseq

/ Date/ Encryption/ Expires/ From

- / Record route/ Timestamp/ To

/ Via

- Response header = Allow

– / Proxy Authenticate

– / Retry After/ Server

/ Unsupported/ Warning

- / www Authenticate

Entity header = Content Encoding

– / Content Length

– / Content Type

3.2.7 Mã đáp ứng của bản tin SIP

- 1xx: Nhận và xử lý yêu cầu Đáp ứng Informational cho biết Server hoặc Proxy liên lạc đang thực hiện các hoạt động và vẫn cha nhận đợc một đáp ứng cuối cùng Client phải đợi một đáp ứng tiếp theo từ Server Server gửi một đáp ứng 1xx nếu nh

nó muốn đợi 200ms để nhận đợc một đáp ứng cuối cùng Một Server có thể phát ra nhiêu đắp ứng 1xx Đáp ứng 1xx không có độ tin cậy truyền dẫn, có nghĩa là nó không phải là nguyên nhân khiến cho Client gửi một ACK Server có thể tự do phát lại các đáp ứng Informational và Client có thể kiểm tra trạng thái hiện tại của việc xử

lý cuộc gọi bằng các gọih lại các yêu cầu Sau đây ta xét một số đáp ứng 1xx cơ bản: