BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm - 59 - CHƯƠNG 3: CHUYỂN MẠCH MỀM SOFTSWITCHING WX I. GIỚI THIỆU CHUNG Ta đã được tìm hiểu về tổng thể cũng như cấu trúc của mạng NGN. Và thành phần cốt lõi trong mạng NGN, thành phần có khả năng liên kết các loại thông tin trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất, đó chính là MGC (Media Gateway Controller). MGC có thể thực hiện được điều này nhờ sử dụng phần mềm điều khiển “thế hệ mới” - chuyển mạch mềm (Softswitch). Trong chương này ta sẽ đi tìm hiểu về chuyển mạch mềm. Do thoại là một trong những dòch vụ cơ bản của bất kỳ mạng viễn thông nào nên phần lớn nội dung của chương này đề cập đến khía cạnh thoại của mạng thế hệ sau. Và trước hết, hoạt động của mạng cung cấp dòch vụ thoại hiện nay sẽ được xét đến. 1. Hoạt động của PSTN Trong mạng PSTN (Public Switched Telephone Network), công nghệ chuyển mạch kênh được sử dụng để có thể truyền thông tin từ đầu cuối đến đầu cuối. Đối với chuyển mạch kênh, ta sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân thời gian TDM (Time Division Multiplex). Quá trình chuyển mạch thoại trong PSTN chính là sự chuyển mạch các khe thời gian (timeslot). Có 2 dạng chuyển mạch khe thời gian đó là chuyển mạch thời gian (T) và chuyển mạch không gian (S). Mỗi dạng chuyển mạch đều có những ưu và nhược điểm riêng. Trong thực tế, 2 dạng này được kết hợp để tạo ra chuyển mạch nhiều tầng. Hỗ trợ hoạt động trong mạng cung cấp dòch vụ thoại là báo hiệu R2 và báo hiệu số 7. Hiện nay, hầu hết trên mạng PSTN của cả nước đều sử dụng báo hiệu số 7 (SS7). SS7 là báo hiệu sử dụng 1 kênh riêng để BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm - 60 - truyền thông tin báo hiệu cho mọi cuộc gọi, thường là khe thời gian 16 đối với khung 24 khe thời gian (chuẩn Châu Âu). Thông thường báo hiệu số 7 được tích hợp sẵn trong các tổng đài trên mạng. Do đó các tổng đài chuyển mạch còn đóng vai trò là các điểm báo hiệu STP (Signaling Transfer Point) trong mạng SS7. Đề nghò các bạn SV tìm hiểu lại về chuyển mạch thời gian, chuyển mạch không gian, chuyển mạch đa tầng cũng như báo hiệu số 7 để nắm rõ kỹ thuật chuyển mạch kênh cũng như quá trình báo hiệu cuộc gọi khi sử dụng chuyển mạch kênh. Hình sau minh họa hoạt động của PSTN cùng với báo hiệu số 7: Mạng SS7 Trung kế Chuyển mạch lớp 5 Chuyển mạch lớp 5 Chuyển mạch lớp 4 Telephone Telephone Báo hiệu Thoại SCP Hình 3.1: Hoạt động của mạng PSTN SCP: Service Control Point Ghi chú: chuyển mạch lớp 5 chính là chuyển mạch ở tổng đài nội hạt, chuyển mạch lớp 4 chính là chuyển mạch ở tổng đài toll/tandem. Trước khi quá trình truyền thoại thực sự xảy ra, quá trình báo hiệu sẽ diễn ra trước. Khi có 1 thuê bao nhấc máy, quá trình báo hiệu sẽ bắt BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm - 61 - đầu diễn ra trên 1 kênh ấn đònh trước. Cho đến khi thuê bao bò gọi nhấc máy thì quá trình thiết lập cuộc gọi sẽ kết thúc, kênh thoại sẽ được thiết lập (thông qua các khe thời gian còn rỗi, trừ khe 0 và khe 16) và quá trình đàm thoại bắt đầu. Khi có một bên gác máy, quá trình báo hiệu kết thúc cuộc gọi bắt đầu và kênh thoại cũng như quá trình báo hiệu dành cho cuộc gọi này chỉ thật sự được giải phóng khi bên còn lại gác máy. Trên đây chỉ mô tả khái quát hoạt động của PSTN đối với 1 cuộc gọi thông thường. Các bước thực hiện một cuộc gọi sẽ được xét chi tiết hơn trong những phần sau. 2. Nhược điểm của chuyển mạch kênh Trong quá trình hoạt động, chuyển mạch kênh đã bộc lộ những yếu điểm của mình. Sau đây là những nhược điểm chính của chuyển mạch kênh: - Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt: Việc đầu tư 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 thường được lắp đặt cho vùng có số lượng thuê bao lớn. Ngoài ra nhà cung cấp dòch vụ còn phải xem xét đến chi phí truyền dẫn và chi phí trên một đường dây thuê bao và việc lắp đặt tổng đài tại nơi đó có kinh tế, đem lại lợi nhuận hay không. - Dòch vụ không đa dạng, không có sự phân biệt dòch 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 dòch vụ cho các khách hàng khác nhau. Hơn thế nữa việc phát triển và triển khai một dòch vụ mới phụ thuộc nhiều vào nhà sản xuất, rất tốn kém và mất một thời gian dài. - Hạn chế về 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 dưới dạng các dòng 64kbps nên không thể đáp ứng cho các dòch vụ mới có dung lượng lớn hơn. Và do trong chuyển mạch kênh đầu vào và đầu ra được nối cố đònh với nhau nên việc đònh tuyến cuộc gọi và xử lý đặc tính của cuộc gọi có mối liên kết chặt chẽ với phần cứng chuyển mạch. Hay nói cách khác phần mềm BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm - 62 - điều khiển trong chuyển mạch kênh phụ thuộc rất nhiều vào phần cứng. Ngoài ra khi một tổng đài được sản xuất thì dung lượng của nó là không đổi. Do đó khi mở rộng dung lượng nhiều khi đòi hỏi đến việc phải tăng số cấp chuyển mạch, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc đồng bộ, báo hiệu cùng nhiều vấn đề phức tạp khác. 3. Sự ra đời của chuyển mạch mềm (Softswitch) Trong tương lai, mạng thế hệ mới sẽ hoàn toàn dựa trên cơ sở hạ tầng là mạng gói. Vì thế việc chuyển từ mạng viễn thông hiện tại lên mạng thế hệ mới phải trải qua nhiều giai đoạn. Do PSTN hiện tại vẫn hoạt động tốt và dòch vụ do nó cung cấp khá tin cậy (99.999%) nên việc chuyển cả mạng truy nhập và mạng lõi của PSTN thành mạng gói là rất tốn kém. Để tận dụng sự hoạt động tốt của PSTN và ưu điểm của chuyển mạch gói, cấu hình mạng NGN bao gồm chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói được thể hiện như trong hình sau: IP Network (WDM/SDH/ATM) MPLS, Mutticast Resident gateway GPRS UMTS Wireless Access gateway Wireless gateway DNS Network Management AAA Charging Telephone Users Directory Server Wireless RSVP, Mobile IP, IP Sec LAN GE, MAN PSTN Wireless Digi. TV PC xDSL Trunk gateway MGC Softswich Business/ Residental Users Business Users Mobile Users ISP Application/ Feature Server SS7 Signaling gateway Hình 3.2: Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm - 63 - AAA: Accounting, Authentication, and Authorization DNS: Domain Name Server DSL: Digital Subscriber Line GE: Gigabit Ethernet GPRS: General Packet Radio Service IP Sec: Internet Protocol Security ISP: Internet Service Provider LAN: Local Area Network MAN: Metropolitan Access Network MGC: Media Gateway Controller MPLS: Multi Protocol Label Switching RSVP: ReSerVation Protocol SDH: Synchronous Digital Hierarchy UMTS: Universal Mobile Telecommunications Network WDM: Wavelength Division Multiplex Theo hình trên, tổng đài lớp 5 hay tổng đài nội hạt dùng chuyển mạch kênh (circuit-switched local-exchange) (thể hiện qua phần mạng PSTN) vẫn được sử dụng. Như đã biết, phần phức tạp nhất trong những tổng đài này chính là phần mềm dùng để điều khiển quá trình xử lý cuộc gọi. Phần mềm này chạy trên một bộ xử lý chuyên dụng được tích hợp sẵn với phần cứng vật lý chuyển mạch kênh. Hay nói cách khác phần mềm sử dụng trong các tổng đài nội hạt phụ thuộc vào phần cứng của tổng đài. Điều này gây khó khăn cho việc tích hợp mạng PSTN và mạng chuyển mạch gói khi xây dựng NGN – là mạng dựa trên cơ sở mạng gói. Một giải pháp có thể thực thi là tạo ra một thiết bò lai (hybrid device) có thể chuyển mạch thoại ở cả dạng kênh và gói với sự tích hợp của phần mềm xử lý cuộc gọi. Điều này được thực hiện bằng cách tách riêng chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức năng chuyển mạch vật lý. Thiết bò đó chính là MGC sử dụng chuyển mạch mềm Softswitch. Hay chuyển mạch mềm Softswitch chính là thiết bò thực hiện việc xử lý cuộc gọi trong mạng NGN. . 5 Chuyển mạch lớp 5 Chuyển mạch lớp 4 Telephone Telephone Báo hiệu Thoại SCP Hình 3. 1: Hoạt động của mạng PSTN SCP: Service Control Point Ghi ch : chuyển mạch lớp 5 chính là chuyển mạch ở. mối liên kết chặt chẽ với phần cứng chuyển mạch. Hay nói cách khác phần mềm BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm - 62 - điều khiển trong chuyển mạch kênh phụ thuộc rất nhiều vào phần. BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm - 59 - CHƯƠNG 3: CHUYỂN MẠCH MỀM SOFTSWITCHING WX I. GIỚI THIỆU CHUNG Ta đã được