Các giao thức báo hiệu trong mạng NGN.doc

Các giao thức báo hiệu trong mạng NGN

Chơng II

Các giao thức báo hiệu trong mạng NGN

Cùng với sự cạnh tranh và các quy định ngày càng bớt phức tạp trong giao dịch viễn thông, ngày nay mạng đang đợc phân chia thành các phần: phần truy nhập, phần lõi và phần ứng dụng/dịch vụ Mỗi thành phần này có thể phát triển độc lập, tuy nhiên các hệ thống báo hiệu và điều khiển cung cấp các đặc điểm cần thiết để các thành phần mạng này hoạt động đợc với nhau và tạo thành một mạng tổng hợp.

Trong mạng điện thoại công cộng hiện nay có hai hệ thống báo hiệu đang đợc sử dụng, đó là báo hiệu kênh liên kết CAS và báo hiệu kênh chung CCS Mạng thế hệ mới ngoài các dịch vụ truyền thống nh thoại / fax còn cung cấp các dịch vụ dữ liệu, do đó đòi hỏi phải có các giao thức báo hiệu mới.

Các chức năng báo hiệu và điều khiển là khác nhau đối với các ứng dụng và dịch vụ trong các mạng khác nhau Ví dụ, ứng dụng điện thoại truyền thống PSTN thì dùng báo hiệu SS7, trong mạng ATM thì có thể sử dụng B-ISUP đợc lớp SAAL hỗ trợ Còn trong mạng internet thì sử dụng giao thức TCP/IP.

Các giao thức báo hiệu chính sử dụng trong mạng NGN là:

• MGCP ( Media Gateway Control Protocol ): Giao thức điều khiển cổng thiết bị • Megaco/ H.248 ( Media Gateway Control ): Giao thức điều khiển cổng thiết bị • BICC ( Bearer Independent Call Control Protocol ): Giao thức điều khiển cuộc

gọi độc lập tải tin

• SIGTRAN ( Signaling Transport ): Truyền tải báo hiệu • SS7 ( Signaling System No7 ): Hệ thống báo hiệu số 7

• SIP ( Session Initiation Protocol ): Giao thức khởi tạo phiên

2.1 Giao thức MGCP

“Media Gateway Control Protocol ( MGCP ) là giao thức sử dụng để điều khiển các gateway thoại từ các thiết bị điều khiển cuộc gọi, đợc gọi là Media Gateway Controller hoặc Call Agent.” Đây là định nghĩa về MGCP trích từ IETF RFC 2705 Media Gateway Control Protocol.

MGCP do IETF xây dựng, đóng vai trò then chốt trong các hoạt động phân giải chất lợng cao cho các dịch vụ điện thoại qua diện rộng, bao gồm sự quản lý các endpoint ở xa và các cửa khẩu ( gateway ) trên mạng trục chính nối đến mạng PSTN và các mạng thuộc loại khác.

MGCP là giao thức sử dụng để điều khiển các MG từ các thiết bị MGC Mỗi lệnh gửi bởi thực thể báo hiệu ( MGC hay GW ) yêu cầu thông báo thành công hay thất bại trong một mã trả về Đáp ứng chỉ chứa mã báo nhận, đợc gửi tới MGC, là nơi gửi các lệnh này, hoặc đến địa chỉ vận chuyển đợc nhận dạng bởi tham số Notified Entity, nếu nó đợc bao hàm trong lệnh đang đợc báo nhận.

Hình 2.1 MG và MGC

2.1.1 Thiết lập cuộc gọi

Trình tự thiết lập cuộc gọi cơ sở nh sau:

Hình 2 2 Thiết lập cuộc gọi A-B

 Khi máy A đợc nhấc lên gateway A gửi bản tin cho MGC  Gateway A tạo âm mời quay số và nhận số bị gọi

 Số bị gọi đợc gửi cho MGC

 MGC xác định định tuyến cuộc gọi nh thế nào  MGC gửi lệnh cho gateway B

 Gateway B đổ chuông ở máy B

 MGC gửi lệnh cho gateway A và B tạo phiên kết nối RTP/RTCP.

2.1.2 Mô hình cấu trúc hoạt động giao thức MGCP

Mô hình dới đây trình bày các loại endpoint chính mà chúng ta hầu nh đều tìm thấy trong một mạng của nhà cung cấp dịch vụ.

Hình 2.3 Tham khảo báo hiệu MGCP/Megaco

Trong mô hình MGCP, các Gateway chịu trách nhiệm biên dịch tín hiệu âm thanh từ dạng Analog hay Digital sang một vài dạng nén kĩ thuật số nào đó, trong khi Softswitch đóng vai trò nh một đại diện báo hiệu và bộ xử lý cuộc gọi.

Với MGCP, bộ chuyển mạch mềm cũng có thể dò tìm topo bố trí endpoint của nó

và hớng dẫn endpoint thông qua sự cấu hình và báo hiệu gọi với phân giải cao Giao

thức này không cố gắng cung cấp phơng tiện cho các endpoint dò tìm linh động bộ

chuyển mạch mềm khi các cổng truyền thông ( media gateways ) đợc lập trình trớc một thực thể báo hiệu MGC

Một connection dới MGCP đợc tạo ra theo một vài bớc đơn giản:

1 Softswitch yêu cầu gateway đầu tiên tạo ra một connection trên endpoint đầu tiên Gateway phân phối tài nguyên cho connection này và đáp ứng lệnh thông qua cung cấp một mô tả phiên dới dạng các thông số đợc mã hóa theo SDP Mô tả phiên này chứa thông tin cần thiết cho thành phần thứ ba chuyển các gói, chẳng hạn nh địa chỉ IP, UDP port, và các thông số đóng gói, đi qua kết nối vừa mới tạo ra.

2 Sau đó softswitch yêu cầu gateway thứ hai tạo ra một connection trên endpoint thứ hai Lệnh này mang mô tả phiên đợc cung cấp bởi gateway thứ nhất Gateway này phân phối tài nguyên cho cầu nối này, và đáp ứng lệnh bằng cách mô tả phiên của nó.

3 Softswitch dùng một lệnh sửa đổi kết nối để cung cấp mô tả phiên thứ hai cho endpoint thứ nhất Một khi điều này đợc thực hiện, truyền tin có thể đợc xúc tiến theo cả hai hớng.

2.2 Giao thức Megaco/H248

Bên cạnh MGCP do IETF xây dựng nên thì ITU - T cũng xây dựng một giao thức MDCP ( Media Device Control Protocol ) Sau đó, hai tổ chức này đã thoả thuận và đi đến thống nhất một giao thức duy nhất là Megaco ( hay H248, theo cách đặt tên của ITU - T ).

IETF và ITU - T đã hợp nhất thỏa thuận để định nghĩa một giao thức điều khiển cổng truyền thông là hậu duệ của MGCP và các đặc trng cho cú pháp dạng text và cả cú pháp dạng nhị phân Các gateway đều có thể hỗ trợ một trong hai giao thức, nhng các MGC ( các softwitch ) thì phải hỗ trợ cả hai loại cú pháp.

Điểm tơng đồng thực sự giữa MGCP và H.248 là chúng cùng hoạt động theo mô hình master - slaver, request - respone, không có khả năng báo hiệu trên từng đoạn, do đó một tổng đài chuyển mạch mềm dẫn dắt một IAD và các endpoint của nó thông qua

cấp nguồn, các yêu cầu thông cáo sự kiện, thiết đặt các tín hiệu đợc sử dụng tại

endpoint, và báo hiệu thiết lập cũng nh kết thúc cuộc gọi ( đợc thực hiện bằng cách tạo

và hủy bỏ các kết nối luận lý giữa các endpoint ).

Mặc dù có nhiều sự tơng đồng trong phần cốt lõi của hai giao thức nhng vẵn có sự khác biệt về cú pháp lệnh và đáp ứng giữa MGCP và Megaco Ngoài ra mã hóa và sự -ớc lợng các sự kiện, tín hiệu cũng khác nhau

Mô hình kết nối của Megaco sử dụng các khái niệm trừu tợng termination và context Chúng ta có thể xem termination nh là một thực thể luận lý bên trong một MG/IAD mà có khả năng làm nguồn phát hay là đích đến cho các luồng đa truyền thông, rất giống nh một MGCP endpoint Mặt khác, một context là một liên hệ luận lý của các termination - hay ví dụ, tất cả các termination đều tham gia vào trong một hội nghị tạo ra một context đơn Nh vậy, một context là một sự trừu tợng mức cao hơn

connection của MGCP và bao hàm vài nhận thức về khái niệm của một cuộc gọi.

Có một loại context đặc biệt khác, đó là null context Mặc nhiên chứa tất cả các

termination không liên hệ gì đến bất kì termination nào khác.

2.3 Giao thức BICC

Do ITU - T phát triển từ năm 1999 Mục đích của nó là để xác định một giao thức cho truyền thông giữa các server ( hay MGC ), độc lập với các loại tải tin, và vì vậy nó cho phép các nhà vận hành mạng chuyển đợc các dịch vụ điện thoại từ mạng chuyển mạch kênh sang mạng chuyển mạch gói Với mong muốn tơng thích 100% với mạng hiện tại và làm việc trên bất cứ môi trờng nào khác có thể truyền thoại với chất lợng chấp nhận đợc Ban đầu, BICC đợc giới hạn chặt chẽ ở điểm sau: dựa trên ISUP ( Giao thức báo hiệu trên mạng PSTN/ISDN ) để tơng thích hoàn toàn với các dịch vụ hiện có trên mạng PSTN/ISDN BICC cung cấp một biện pháp để hỗ trợ các dịch vụ ISDN băng hẹp qua một mạng xơng sống băng rộng mà không ảnh hởng các giao diện mạng N - ISDN hiện tại và các dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối Các giao thức báo hiệu điều khiển cuộc gọi BICC dựa vào báo hiệu N - ISDN

Kiến trúc mạng BICC đợc mô tả nh hình dới đây.

Hình 2.4 Mô tả kiến trúc mạng BICC

Phiên bản đầu tiên của BICC đợc ra đời năm 2000, hỗ trợ cho ATM Phiên bản thứ 2 đợc hoàn thành năm 2001, hỗ trợ điều khiển cuộc gọi trên mạng IP BICC còn có khả năng tơng tác với các hệ thống báo hiệu khác nh H323, SIP.

2.4 Giao thức H.3232.4.1 Giới thiệu

Khi đề cập đến thoại IP, tiêu chuẩn quốc tế thờng đợc đề cập đến là H.323 Đợc ban hành lần đầu tiên vào năm 1996, khuyến nghị này hiện đang là một bản chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản về các sản phẩm thoại qua IP Tuy nhiên, khuyến nghị H.323 rất chung chung nên ít đợc 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 đa ra yêu cầu về “giao diện mạng gói” tại thiết bị kết cuối Có một chút đặc biệt là H.323

dự định dành cho X.25, sau đó là ATM, nhng giờ đây lại là Internet và TCP/IP, trong khi đó có rất ít H.323 đợc vận hành trên mạng X.25 và ATM.

Mặc dù H.323 có nhiều công dụng nhng trọng tâm chính của thị trờng đối với khuyến nghị này là khả năng audio để thực hiện thoại IP Chuẩn này mô tả việc điều khiển các phiên đa phơng tiện liên quan đến điện thoại trong kết nối điểm - điểm giữa

các điểm cuối thông minh Nó bao gồm các cơ chế cho định tuyến cuộc gọi, báo hiệu cuộc gọi, điều khiển media,

H.323 có vai trò nh giao thức ô che ( umbrella protocol ), có liên quan đến vài loại báo hiệu khác trong các ứng dụng đa phơng tiện và điện thoại, nh:

 H.225 cho báo hiệu cuộc gọi và gói hoá các dòng media cho các hệ thống truyền thông đa phơng tiện dựa trên công nghệ gói.

 H.245 cho điều khiển truyền thông giữa các hệ thống điện thoại trực quan và các thiết bị đầu cuối.

 Một số tiêu chuẩn cho mã hoá, giải mã tiếng nói, các chuẩn G, ví dụ nh G.711  Một số tiêu chuẩn cho mã hoá, giải mã hình ảnh, các chuẩn H.

2.4.2 Cấu trúc H.323

Cấu trúc H.323 có thể đợc sử dụng một cách thông dụng ở mạng LAN hoặc mạng gói diện rộng Bất kỳ một mạng gói không đủ tin cậy ( không có đảm bảo về về chất l-ợng dịch vụ ), hoặc có độ trễ cao đều có thể đợc sử dụng cho H.323 Theo hình vẽ, mạng LAN đợc chỉ ra với 4 loại thiết bị H.323 chính Những ngời sử dụng đều phải có thiết bị đầu cuối H.323, là những PC đa phơng tiện điển hình có thể tận dụng đợc mọi -u điểm của H.323, bao gồm hội nghị video đa điểm Mọi thiết bị tr-uyền thông đa điểm sử dụng khối điều khiển đa điểm H.323 - MCU Tất nhiên, các khả năng của H.323 có thể mở rộng cho mạng WAN nếu các kết nối đợc thiết lập giữa các thiết bị H.323 Đây là chức năng chính của các thiết bị Gatekeeper H.323, các thiết bị này là tuỳ chọn ở H.323 Nếu không có các Gatekeeper, tất cả các thiết bị phải có khả năng tự đa ra các bản tin báo hiệu trực tiếp Mọi kết nối WAN đều đợc xử lý bằng một hoặc nhiều các gateway H.323 Về mặt kỹ thuật, bất kể thiết bị nào nằm ngoài gateway H.323 đều không đợc đề cập trong khuyến nghị H.323, nhng 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 có thể đợc sử dụng với PSTN toàn cầu, N - ISDN ( mạng chạy với tốc độ d-ới 1,5 hoặc 2 Mb/s ), mạng B - ISDN sử dụng ATM ( mạng chạy có tốc độ lớn hơn 1,5 hoặc 2 Mb/s ) Thậm chí là một điện thoại hoặc một đầu cuối cũng có thể tham gia vào hội nghị H.323 nhng chỉ với khả năng audio Thiết bị kết cuối V.70 có nhiều chức năng khác nhau, những kết cuối hỗ trợ cho cả thoại số hoá và dữ liệu qua một mạng điện thoại "bình thờng" và những kết cuối H.324 ( Kết cuối H.324 có thể truyền thời gian thực cả thoại, dữ liệu, video hoặc bất kỳ sự kết hợp nào chẳng hạn nh thoại video,

thông qua modem chạy với tốc độ 33,6kb/s ) Thông thờng, kết cuối H.324 chỉ là một PC với một vài chơng trình phần mềm đặc biệt.

Cấu hình mạng H.323

Hình 2.5 Các thành phần mạng H.323

Trên Hình 2.5 là cấu trúc của mạng H.323 Mạng bao gồm các thành phần sau:  Đầu cuối H.323, bắt buộc phải hỗ trợ:

- Báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225 - Báo hiệu điều khiển kênh H.245 - Giao thức RTP/RTCP cho dữ liệu

- Các CODEC thoại ( Việc hỗ trợ các codec video là không bắt buộc đối với các đầu cuối H.323 ).

 Gateway đảm nhiệm chức năng chuyển đổi giữa hai mạng, thí dụ giữa mạng chuyển mạch gói và mạng PSTN

 Gatekeeper có chức năng chính là chuyển đổi địa chỉ và điều khiển băng thông Trong mạng H.323 không nhất thiết phải có Gatekeeper, tuy nhiên nếu có Gatekeeper thì tất cả các đầu cuối phải đăng ký trớc khi thực hiện cuộc gọi  Multipoint Control Unit ( MCUs ) đợc dùng nh các Server trung tâm trong

tr-ờng hợp hội nghị đa điểm Trong MCU có hai module: MC ( Multipoint Controller ) có chức năng điều khiển và MP ( Multipoint Processor ) nhận và xử lý các luồng dữ liệu thoại, video hoặc dữ liệu khác.

2.4.3 Thiết lập và huỷ cuộc gọi H.323

Báo hiệu H.323 là một quá trình thực sự phức tạp Tơng tác giữa các phần tử trong mạng H.323 trong quá trình báo hiệu đợc mô tả trong hình sau:

Hình 2.6 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 đợc thiết lập nh sau ( xem Hình 2.7 ):

 Trớc hết cả 2 phải đã đợc đăng ký tại Gatekeeper, báo hiệu giữa kết cuối cuộc gọi và Gatekeeper nhằm đăng ký và đạt đợc quyền làm việc với mạng.

 Đầu cuối gọi gửi yêu cầu tới Gatekeeper đề nghị thiết lập cuộc gọi, thiết bị đầu cuối liên lạc với Gatekeeper sử dụng giao thức RAS ( Registration Access State), yêu cầu sẽ cho phép thiết lập một tuyến với bên bị gọi.

 Gatekeeper sẽ gửi một địa chỉ kênh báo hiệu cuộc gọi của bên bị gọi tới bên xuất phát cuộc gọi ( nếu yêu cầu trên đợc chấp nhận )

- Nếu cuộc gọi bắt đầu từ mạng PSTN, cuộc gọi sẽ phải qua một Gateway, nó sẽ xác thực ngời gọi Gateway sau đó sẽ liên hệ với Gatekeeper

- Nếu bên bị gọi là điện thoại PSTN, gatekeeper sẽ gửi địa chỉ của gateway thích hợp tới bên gọi ( gateway hay H.323 phone ).

 Đầu cuối gọi gửi bản tin SETUP tới đầu cuối bị gọi Báo hiệu này có thể đi trực tiếp hay đi qua một Gateway thích hợp nào đó ( cả bên gọi và bên bị gọi sẽ sử dụng giao thức H.225 trong suốt quá trình này ).

 Đầu cuối bị gọi trả lời bằng bản tin Call Proceeding và đồng thời liên lạc với Gatekeeper để xác nhận quyền thiết lập cuộc gọi.

 Đầu cuối B gửi bản tin Alerting và Connect.

 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

Đây là trờng hợp cuộc gọi điểm - điểm đơn giản nhất, khi mà báo hiệu cuộc gọi không đợc định tuyến tới Gatekeeper H.323 hỗ trợ nhiều kịch bản thiết lập cuộc gọi

SIP là giao thức báo hiệu tầng ứng dụng cho việc khởi tạo, thay đổi và kết thúc các phiên media, bao gồm các cuộc gọi thoại internet và hội nghị đa phơng tiện Cũng nh H.323, nó dựa trên kiến trúc phân tán.

SIP dựa trên ý tởng và cấu trúc của HTTP Nó là một giao thức client - server, các yêu cầu đợc bên gọi ( client ) đa ra và bên bị gọi ( server ) trả lời.

Media Session

2.5.2 Các thành phần mạng

Xét trên quan điểm khách hàng /phục vụ ( client/server ), các thành phần chính của một hệ thống SIP đợc mô tả bởi hình vẽ sau:

Hình 2.8 Cấu trúc của một hệ thống SIP

 SIP User Agent: bao gồm User Agent Client ( UAC ) gửi các bản tin SIP và User Agent Server nhận các bản tin SIP.

 Proxy Server: chuyển các yêu cầu và các trả lời yêu cầu tới và từ các Server khác.

 Redirect Servers: chấp nhận một yêu cầu SIP, ánh xạ thành địa chỉ zero hay thành nhiều địa chỉ khác và trả lại các địa chỉ này cho client hay cho Proxy  Location Server: cho Proxy và Redirect Server sử dụng, dùng để đạt đợc thông

tin dựa vào các địa chỉ luân phiên để đạt tới phía bị gọi.

 Registrar Server: là phần mềm nhận các yêu cầu đăng kí REGISTER Trong nhiều trờng hợp đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh nh xác nhận ngời sử dụng Thông thờng đợc cài đặt cùng với Proxy Server hoặc Redirect Server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao.

 Gateway: thực hiện chức năng Internetworking giữa hệ thống SIP với mạng khác.