BÁO HIỆU và điều KHIỂN kết nối

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG IT BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI PT Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thơng CHỦ BIÊN: ThS GVC Hồng Trọng Minh ThS GVC Hoàng Trọng Minh (Chủ biên) ThS Nguyễn Thanh Trà Dƣơng Thanh Tú Phạm Anh Thƣ Hà Nội - 4/2013 i LỜI NÓI ĐẦU Hạ tầng truyền thông năm gần giai đoạn biến chuyển mạnh mẽ đa dạng khía cạnh kỹ thuật công nghệ Với xu hƣớng hội tụ công nghệ mạng, hàng loạt giải pháp điều khiển kết nối đƣợc đƣa nhằm thích ứng với điều kiện mạng nâng cao chất lƣợng dịch vụ cho ngƣời sử dụng Một vấn đề quan trọng liên quan tới kết nối mạng đƣợc đặt vấn đề báo hiệu điều khiển kết nối Vấn đề không liên quan trực tiếp tới hiệu hệ thống mà sở phát triển cho ứng dụng hạ tầng cơng nghệ Vì vậy, nội dung tài liệu giảng dạy nhằm cung cấp IT kiến thức then chốt liên quan tới hoạt động báo hiệu điều khiển mơ hình mạng truyền thơng Bên cạnh mục tiêu học thuật, tài liệu khái quát giải pháp đƣợc sử dụng hệ thống mạng viễn thông Hơn nữa, tài liệu giúp ngƣời đọc có đƣợc góc nhìn hệ thống kiến trúc điều PT khiển mạng nhằm phân tích đƣợc điểm mạnh, điểm yếu giải pháp cụ thể để phát triển môi trƣờng thực tiễn Bố cục giảng đƣợc phân bổ theo chƣơng với phân vùng mạng từ kiến trúc mạng viễn thông truyền thống tới mạng hội tụ IP Các khái niệm lý thuyết điều khiển, mơ hình kiến trúc phân loại báo hiệu đƣợc trình bày khép lại giải pháp thực thi chƣơng Trong q trình viết tài liệu, nhóm biên soạn nhận đƣợc giúp đỡ nhiều thầy đồng nghiệp Nhóm biên soạn xin chân thành cám ơn ln ghi nhận góp ý thầy cô, bạn sinh viên để giảng ngày hoàn thiện Hà Nội, 20 tháng 12 năm 2013 T/M nhóm biên soạn Hồng Trọng Minh ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC ii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii DANH MỤC CÁC BẢNG x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 1.2.1 Các vấn đề chung điều khiển .2 IT 1.2.2 Cách tiếp cận điều khiển hệ thống viễn thông 1.3 CÁC THUỘC TÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.4 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 12 PT 1.4.1 Điều khiển cung cấp QoS .12 1.4.2 Tiếp cận RACS RASF .16 1.4.3 Điều khiển cấu trúc 19 1.4.4 Điều khiển trạng thái 21 1.5 KIẾN TRÚC VÀ PHÂN LOẠI BÁO HIỆU 22 1.5.1 Phân loại báo hiệu 22 1.5.2 Một số đặc tính báo hiệu 24 1.5.3 Chức báo hiệu mơ hình OSI 25 1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 28 CHƯƠNG 2: BÁO HIỆU TRONG MẠNG CỐ ĐỊNH 30 2.1 KIẾN TRÚC MẠNG HỘI TỤ THEO HƢỚNG MÁY CHỦ CUỘC GỌI 30 2.1.1 Mơ hình kiến trúc mạng 33 2.1.2 Các giải pháp kết nối 36 2.1.3 Chức mặt báo hiệu điều khiển 39 2.2 HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 41 iii 2.2.1 Mơ hình kiến trúc chức 41 2.2.2 Thành phần mạng báo hiệu số .43 2.2.3 Xử lý định tuyến thủ tục thiết lập gọi 44 2.3 BỘ GIAO THỨC BÁO HIỆU H.323 51 2.3.1 Thành phần mạng báo hiệu H.323 51 2.3.2 Các giao thức báo hiệu gọi H.323 54 2.3.3 Nguyên tắc hoạt động thủ tục báo hiệu gọi 56 2.4 GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP 57 2.4.1 Thành phần mạng báo hiệu SIP .59 2.4.2 Kiến trúc chức 60 2.4.3 Bản tin SIP giao thức SDP 61 IT 2.4.4 Thủ tục trao đổi thông tin SIP 63 2.5 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CỔNG PHƢƠNG TIỆN MEGACO 67 2.5.1 Kiến trúc chức báo hiệu Megaco/H.248 67 PT 2.5.2 Các lệnh thủ tục trao đổi thông tin 69 2.6 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CUỘC GỌI ĐỘC LẬP KÊNH MANG BICC 75 2.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG 79 CHƯƠNG 3: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 81 3.1 BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO 81 3.1.1 Các hệ phát triển mạng di động tế bào .81 3.1.2 Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM 85 3.1.3 Mạng thông minh .91 3.2 BÁO HIỆU TẠI MẠNG TRUY NHẬP 94 3.2.1 Xử lý gọi giao diện Iub .96 3.2.2 Báo hiệu giao diện Iur Iu 99 3.3 THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG MẠNG LÕI 102 3.3.1 Thiết lập gọi với ISUP/BICC 102 3.3.2 Báo hiệu giao diện Gn 106 3.3.3 Báo hiệu xử lý chuyển vùng 108 iv 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 111 CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP IMS 113 4.1 KIẾN TRÚC PHÂN HỆ ĐA PHƢƠNG TIỆN IP 113 4.1.1 Mơ hình kiến trúc IMS 114 4.1.2 Các thành phần chức .116 4.1.3 Các giao thức IMS 122 4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA SIP TRONG IMS 123 4.2.1 Đặc tính kỹ thuật 123 4.2.2 Các thủ tục báo hiệu SIP IMS 124 4.3 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU KHÁC TRONG IMS 128 IT 4.3.1 Giao thức Diameter 128 4.3.2 Giao thức COPS .130 4.3.3 Nén báo hiệu IMS 131 PT 4.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 133 CHƯƠNG 5: BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LIÊN MẠNG 135 5.1 XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC MẠNG 135 5.1.1 Hội tụ mạng cố định di động .135 5.1.2 Cấu trúc FMC dựa IMS 136 5.1.3 Mơ hình tham chiếu IMS FMC 137 5.2 GIAO THỨC TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SIGTRAN 143 5.3 KẾT NỐI LIÊN MẠNG IMS-CS 151 5.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 153 TÀI LIỆU THAM KHẢO 155 v THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Nhận thực trao quyền toán ACK Acknowledgement Báo nhận AMPS Advanced Mobile Phone Service Hệ thống dịch vụ điện thoại di động tiên tiến API Application Programable Interface Giao diện lập trình ứng dụng mở AS/FS Application Server/ Feature Server Máy chủ ứng dụng/đặc tính ATM Asynchronous Transfer Mode Kỹ thuật truyền tải không đồng BSS Bussiness Support System Hệ thống trợ giúp kinh doanh CAC Call Admission Control Kỹ thuật điều khiển chấp nhận gọi CBQ Class Based Queuing Hàng đợi dựa phân lớp dịch vụ COPS Common Open Policy Service Giao thức dịch vụ sách mở chung CoS Class Of Service Phân lớp dịch vụ PT IT AAA Authentication Authorization Accounting Carrier Sense Multiple Access CSMA/CA with Collision Avoidance Đa truy nhập cảm nhận sóng mang/ tránh xung đột Carrier Sense Multiple Access CSMA/CD With Collision Detection Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang/ dò tìm xung đột Digital European Cordless Telecommunications Hệ thống viễn thông không dây số Châu Âu ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu FIFO First In – First Out Vào trƣớc trƣớc FSM Finite State Machine Máy hữu hạn trạng thái GII Global Information Infrastructure Cấu trúc thơng tin tồn cầu GSM Global System for Mobile communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu IAD Intergated Access Device Thiết bị truy nhập tích hợp DECT vi Initial Adress Message Bản tin địa khởi tạo IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật internet IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phƣơng tiện IN Inteligent Network Mạng thông minh IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Service Digital Network Mạng dịch vụ tích hợp số ISUP ISDN User Part Phần ngƣời sử dụng cho mạng ISDN ITU International Telecommunication Union Liên minh Viễn thông Quốc tế LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết liệu LTI Linear and Time-Invariant Tuyến tính bất biến theo thời gian LTR Logic Transfromational Rule Luật ánh xạ logic MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phƣơng tiện MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MG Media Gateway Cổng đa phƣơng tiện PT IT IAM Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng đa phƣơng tiện Multipurpose Internet Mail Extentions Mở rộng thƣ điện tử internet đa mục đích Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức Mobile Telephone User Part Phần ngƣời sử dụng cho mạng điện thoại di động NGN Next Generation Network Mạng hệ NUM Network Utility Maximization Bài toán tối ƣu hiệu mạng OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối hệ thống mở PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất PLMR Public Land Mobile Radio Vô tuyến di động mặt đất công cộng PMD People Making Decision Quyết định ngƣời điều hành QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến RACS The Resource and Admission Control Sub-System1 Phân hệ điều khiển chấp nhận tài nguyên MGC MIME MPLS MTUP vii Đăng ký, quản lý báo hiệu RASF Resource and Admission Control Functions Chức điều khiển chấp nhận tài nguyên RED Random Early Detection Thuật tốn loại bỏ gói sớm RSVP Resource ReserVation Protocol Giao thức dự phòng tài nguyên SCF Service Control Function Chức điều khiển dịch vụ SIO Service Information Octet Trƣờng thông tin dịch vụ SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SLA Service Level Agreement Thỏa thuận cung cấp dịch vụ SP Signalling Point Điểm báo hiệu SPC Stored Program Control Điều khiển theo chƣơng trình ghi sẵn SPDF Service-Based Policy Decision Chức định sách dịch Function vụ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDM Time Division Mode UTRAN VoIP WAN WFQ PT TUP IT RAS Register, Administrator and Signalling Phƣơng thức chia thời gian Telephone User Part Phần ngƣời sử dụng cho mạng thoại UMTS Terestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Voice over Internet Protocol Truyền thoại theo giao thức internet Wide Area Network Mạng diện rộng Weight Fair Queuing Hàng đợi trọng số công viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình chung hệ thống điều khiển Hình 1.2: Cấu trúc logic thỏa thuận cung cấp chất lƣợng dịch vụ .13 Hình 1.3: Các kỹ thuật cung cấp QoS cho mạng viễn thông 13 Hình 1.4: Các mơ hình cung cấp dịch vụ 15 Hình 1.5: Kiến trúc phân hệ RACS 17 Hình 1.6: Kiến trúc phân hệ RACF 18 Hình 1.7: Phân loại kỹ thuật báo hiệu .23 Hình 1.8: Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở OSI 26 Hình 2.1: Các chức GII mối quan hệ 33 Hình 2.2: Kiến trúc mạng NGN theo ETSI .35 IT Hình 2.3: Các thành phần mạng hệ 36 Hình 2.4: Kết nối MGC với thành phần khác NGN 40 Hình 2.5: Chức điều khiển cổng đa phƣơng tiện MGC 40 PT Hình 2.6: Kiến trúc SS7 mơ hình tham chiếu OSI .42 Hình 2.7: Mã điểm theo tiêu chuẩn ANSI ITU 44 Hình 2.8: Cấu hình nút liên kết mạng SS7 45 Hình 2.9: Trƣờng thơng tin lớp tin báo hiệu .46 Hình 2.10: Lƣu đồ báo hiệu cho gọi ISDN 51 Hình 2.11: Các thành phần mạng H.323 52 Hình 2.13: Chức Gatekeeper 54 Hình 2.14: Mơ hình kết nối báo hiệu H.323 55 Hình 2.15: Tiến trình xử lý báo hiệu gọi đơn giản H.323 .56 Hình 2.16: Cấu trúc hệ thống SIP .59 Hình 2.17: Kiến trúc điều khiển MEGACO .68 Hình 2.18: Giao thức MEGACO mơ hình OSI .69 Hình 2.19: Mơ tả gọi MEGACO 71 Hình 2.20: Lƣu đồ tin xử lý gọi qua giao thức MEGACO/H248 .73 Hình 2.21: Kiến trúc giao thức BICC .76 ix Hình 2.22: Cấu trúc nút mạng BICC 77 Hình 2.23: Cấu trúc chức nút dịch vụ 78 Hình 2.24: Cấu trúc chức nút dàn xếp dịch vụ 78 Hình 2.25: Mơ hình giao thức BICCC .79 Hình 3.1: Lộ trình phát triển hệ mạng di động .84 Hình 3.2: Các thành phần hệ thống GSM .85 Hình 3.3: Phân lớp chức SS7 mạng GSM 86 Hình 3.4: Vị trí giao diện hệ thống GSM 88 Hình 3.5: Các thủ tục chuyển vùng qua MAP/E .89 Hình 3.6: Các điều hành MAP trƣờng hợp gọi từ mạng PSTN .90 Hình 3.7: Điều hành MAP liên quan tới dịch vụ tin ngắn SMS 91 IT Hình 3.8: Mơ hình khái niệm mạng IN .93 Hình 3.9: Cấu trúc UMTS 94 Hình 3.10: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub 98 PT Hình 3.11: Kiến trúc giao thức mạng UMTS 99 Hình 3.12: Mặt liệu/ điều khiển Iur 100 Hình 3.13: Mặt liệu/ điều khiển Iu-CS .101 Hình 3.14: Mặt liệu/ điều khiển Iu-PS 102 Hình 3.15: Tiến trình gọi ISUP 103 Hình 3.16: Các giao thức giao diện E 103 Hình 3.17: Lƣu đồ gọi BICC (1/5) 104 Hình 3.18: Lƣu đồ gọi BICC (2/5) 104 Hình 3.19: Lƣu đồ gọi BICC (3/5) 105 Hình 3.20: Lƣu đồ gọi BICC (4/5) 105 Hình 3.21: Lƣu đồ gọi BICC (5/5) 106 Hình 3.22: Giao diện Gn cho đƣờng hầm IP 107 Hình 3.23: Các chức GTP UMTS 108 Hình 3.24: Các giao diện UMTS hai UTRAN 109 Hình 3.25: Chuyển giao nội 3G-MSC 110 141 chuyển giao lớp dịch vụ, yêu cầu thiết bị đầu cuối phải hỗ trợ hai giao diện vô tuyến miền điều khiển phiên phải hỗ trợ đăng ký đồng thời số nhận dạng riêng Để hỗ trợ chuyển giao lớp dịch vụ cho đầu cuối đa chế độ, chức FMC đƣợc thực miền ứng dụng lựa chọn phiên Điểm hội tụ đƣợc nhà cung cấp dịch vụ chấp nhận Những nhà cung cấp vận hành mạng truy nhập mạng lõi cố định dựa công nghệ chuyển mạch gói PS mạng truy nhập mạng lõi di động dựa PS Cách thứ hai hỗ trợ tính liên tục dịch vụ cho thiết bị đầu cuối đa chế độ sử dụng chức FMC miền truyền tải lõi Đối với trƣờng hợp này, chức FMC điều khiển chuyển giao miền truy nhập chế độ QoS truy nhập mạng kết hợp với chế độ Nếu miền truy nhập dích hỗ trợ IT chế độ QoS với miền truy nhập phục vụ miền điều khiển phiên khơng cần tham gia trình chuyển giao Nếu miền truy nhập đích hỗ trợ QoS thấp so với miền truy nhập gốc miền điều khiển phiên cần tham gia vào việc PT định chuyển giao Nếu mạng đích có khả tăng QoS phiên miền điều khiển phiên cần đƣợc thông báo điều tăng QoS phiên đầu cuối – đến đầu cuối tùy theo tính mạng truy nhập thiết bị đầu cuối đầu bên Chức FMC lớp truyền tải đƣợc kết hợp với chức FMC lớp dịch vụ Trên thực tế, cần thiết phải kết hợp chuyển giao lớp dịch vụ thiết bị đầu cuối đa chế độ với tính truyền tải dịch vụ (ví dụ dịch vụ video) từ thiết bị tới đầu cuối khác có khả hiển thị tốt Hội tụ lớp dịch vụ truyền tải giả thiết tất dịch vụ đƣợc tải miền truyền tải lõi miền truy nhập chuyển mạch gói Việc chuyển đổi tất mạng di động từ chuyển mạch kênh sang dịch vụ thoại chuyển mạch gói thời gian Do đó, ngƣời ta quan tâm đến khả hỗ trợ tính liên tục dịch vụ gọi thoại miền truy nhập cố định PS miền truy nhập di động CS Khả làm việc liên mạng miền PS CS đƣợc hỗ trợ cổng 142 phƣơng tiện cổng báo hiệu Những chức khơng đặc trƣng cho FMC dù thiết bị đầu cuối hai mạng phải có khả liên lạc với Chức FMC miền dịch vụ bên có khả hỗ trợ hai mạng (miền CS miền PS) lựa chọn miền phục vụ tùy theo yêu cầu thuê bao nhà khai thác Cấu hình đƣợc chấp nhận nhiều nhà cung cấp dịch vụ vận hành mạng di động CS mạng cố định PS Việc kết hợp mơ hình hội tụ đƣợc sử dụng cho phép thực chuyển vùng miền PS CS kết hợp tính truyền tải dịch vụ chuyển giao với tính Enhanced VPN miền CS PS Tóm lại, cấu trúc FMC dựa IMS đƣợc thực theo nguyên tắc sau: hỗ trợ tính IMS IT o Cấu trúc hỗ trợ dịch vụ IMS thiết bị đầu cuối có o Thiết bị đầu cuối thuê bao kết nối với miền truyền tải truy nhập chuyển mạch gói với giao diện tƣơng thích có khả truyền tải PT giao thức thiết bị thuê bao với mạng IMS cách suốt o Các miền truyền tải truy nhập kết nối đến miền truyền tải lõi không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập Điều có nghĩa giao diện miền truy nhập lõi giống không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập o Các giao diện miền truyền tải lõi tảng dịch vụ IMS cần dựa tính yêu cầu hỗ trợ tính dịch vụ IMS; không loại trừ việc sử dụng tảng dịch vụ khác để hỗ trợ giao diện o Các giao diện cần hỗ trợ việc chia sẻ phƣơng tiện miền truyền tải lõi miền truy nhập sử dụng nhiều nhà cung cấp tảng dịch vụ khác Nhƣ vậy, thấy xu hƣớng hội tụ mạng mạng cố định internet cần thiết có giao thức điều khiển liên mạng MGC thực chuyển đổi thông tin báo hiệu SS7 mạng IP Trong đó, báo hiệu điều khiển liên mạng kiến trúc FMC dựa IMS đƣợc thực thông qua giao thức SIP 143 Mục giới thiệu giao thức truyền tải báo hiệu SIGTRAN mơ hình kết nối chuyển vùng 5.2 GIAO THỨC TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SIGTRAN Vấn đề liên kết báo hiệu mạng PSTN với mạng IP dựa giao thức truyền tải báo hiệu SIGTRAN (Signalling Transport) SIGTRAN nhóm làm việc trực thuộc IETF, đƣợc hình thành vào năm 1999 với nhiệm vụ thiết lập kiến trúc dùng để truyền tải liệu báo hiệu thời gian thực qua mạng IP Nhiệm vụ chủ yếu không mặt kiến trúc mà bao gồm việc định nghĩa giao thức dùng cho việc truyền tải tin báo hiệu SS7 ISDN qua mạng chuyển mạch gói Nhóm làm việc đƣa mơ hình kiến trúc giao thức PT IT SIGTRAN, gồm ba thành phần sau: Hình 5.4: Kiến trúc giao thức SIGTRAN o Giao thức Internet chuẩn hoá bao gồm giao thức tiêu chuẩn giao thức TCP/IP o Giao thức truyền tải báo hiệu chung: Giao thức hỗ trợ tập hợp chung chức truyền tải báo hiệu tin cậy Đặc biệt phải kể đến giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol) giao thức truyền tải đƣợc định nghĩa IETF RFC 2960 o Giao thức tƣơng thích: Hỗ trợ hàm nguyên thuỷ cụ thể chẳng hạn nhƣ thị quản lý yêu cầu giao thức báo hiệu ứng dụng đặc biệt Các giao thức lớp tƣơng thích đƣợc định nghĩa IETF RFC 2960 gồm: M2PA 144 (MTP2-User peer-to-peer adaptation), M2UA (MTP2-User adaptation), M3UA (MTP3-User adaptation), SUA (SCCP-User adaptation) IUA (ISDN User adaptation) Chú ý thời điểm có giao thực đƣợc thực Nhƣ giao thức đƣợc hình thành từ lớp truyền tải - giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol) tập hợp lớp tƣơng thích UA (User Adaptation), lớp tƣơng thích cung cấp dịch vụ giống nhƣ tầng thấp mạng SS7 ISDN Hình 5.5 PT IT minh hoạ chi tiết giao thức SIGTRAN Hình 5.5 : Bộ giao thức SIGTRAN Vùng xám đậm giao thức SIGTRAN, vùng nhạt giao thức tồn Các lớp UA đƣợc đặt tên theo dịch vụ mà chúng thay không vào đối tƣợng sử dụng dịch vụ Ví dụ M3UA tƣơng thích với SCTP để cung cấp nhiều dịch vụ lớp MTP3 cung cấp dịch vụ cho MTP3 Tất lớp thích ứng SIGTRAN phục vụ cho số số mục đích chung sau: o Dùng để vận chuyển giao thức báo hiệu lớp cao thông qua chế truyền tải tin cậy dựa IP o Cung cấp lớp dịch vụ tƣơng tự giao diện mạng PSTN tƣơng ứng Chẳng hạn, M3UA phải khiến cho ngƣời dùng nhìn nhận giống 145 nhƣ MTP3 mặt dịch vụ (M3UA không thực thay tính hoạt động MTP3) o Các lớp thích ứng hồn tồn suốt ngƣời dùng Ngƣời sử dụng dịch vụ khơng nhận thấy lớp thích ứng đƣợc thay giao thức ban đầu o Loại bỏ lớp SS7 mức thấp nhiều tốt SIGTRAN thời đƣa sáu lớp thích ứng sau: o M2UA: cung cấp dịch vụ MTP2 mơ hình client-server, chẳng hạn nhƣ SG - to - MG Đối tƣợng sử dụng MTP3 o M2PA: cung cấp dịch vụ MTP2 theo mơ hình peer-to-peer, ví dụ nhƣ kết nối SG - to - SG Đối tƣợng sử dụng MTP3 o M3UA: cung cấp dịch vụ MTP3 hai kiểu kiến trúc: IT client-server (SG - to - MGC) peer-to-peer Đối tƣợng sử dụng SCCP và/ ISUP o SUA: cung các dịch vụ SCCP kiến trúc peer-to-peer, ví dụ PT SG - to - IP SCP Đối tƣợng sử dụng TCAP phần ứng dụng dựa khả trao đổi khác o IUA: cung cấp dịch vụ lớp liên kết liệu ISDN (LAPD) Ngƣời dùng thực thể ISDN mức o V5UA: cung cấp dịch vụ giao thức V.5.2 Khung làm việc giao thức SIGTRAN mềm dẻo, cho phép thêm vào lớp cần Để xác định rõ đặc tính truyền tải báo hiệu giao thức SIGTRAN ta xem xét số lớp thích ứng sau: (i) Lớp tương thích người dùng MTP2 (M2UA): Giao thức thích ứng ngƣời dùng phần chuyển giao tin mức (M2UA -MTP2 user adaptation) đƣợc sử dụng để chuyển giao tin báo hiệu số phần ngƣời dùng MTP2 (ví dụ tin MTP3) qua mạng IP sử dụng dịch vụ SCTP Cụ thể M2UA truyền liệu ngƣời dùng MTP2 lớp MTP2 đặt SG lớp MTP3 đặt 146 MGC Nhƣ hoạt động giống nhƣ mơ hình Client - Server MGC Client SG Server M2UA hỗ trợ: o Ranh giới giao diện MTP2/MTP3: Giao diện SS7 MTP3/MTP2 (MTP2-User) đƣợc giữ lại điểm đầu cuối mạng IP, lớp giao thức M2UA đƣợc yêu cầu cung cấp cho User tập dịch vụ tƣơng đƣơng với dịch vụ mà MTP2 cung cấp cho MTP3 o Giao tiếp module quản lý lớp đặt SG MGC: M2UA cung cấp số tin nhằm hỗ trợ cho giao tiếp module quản lý lớp đặt SG MGC diễn thuận lợi o Hỗ trợ quản lý liên kết hoạt động SG MGC: Lớp M2UA SG có nhiệm vụ giữ trạng thái xử lý máy chủ ứng dụng ASP IT (Application Server Process) đƣợc cấu hình Một tập hàm nguyên thuỷ M2UA module quản lý lớp đƣợc định nghĩa nhằm giúp cho module quản lý liên kết SG MGC Lớp M2UA dựa vào PT dẫn module quản lý lớp để thiết lập liên kết SCTP với node M2UA ngang cấp Vị trí chức M2UA đƣợc hình 5.6 dƣới Chức liên kết node chức xử lý báo hiệu mức cao tiếp nhận xử lý thơng tin hoạt hố loại bỏ liên kết, số thứ tự tin, thủ tục đệm truyền lại tin Hình 5.6: Vị trí chức hoạt động M2UA 147 (ii) Lớp thích ứng ngang cấp người dùng M2PA Giao thức thích ứng ngang cấp ngƣời dùng sử dụng dịch vụ SCTP để hỗ trợ việc truyền tin báo hiệu MTP3 hệ thống SS7 qua mạng IP M2PA có khả xử lý đầy đủ tin MTP3 quản lý mạng hai nút SS7 giao tiếp với qua mạng IP M2PA hỗ trợ: o Điều khiển liên tục hoạt động giao thức MTP3 ngang cấp qua kết nối với mạng IP o Ranh giới giao diện MTP2 MTP3, quản lý liên kết truyền tải SCTP lƣu lƣợng thay cho liên kết MTP2 PT IT o Báo cáo kịp thời thay đổi trạng thái đến phần quản lý Hình 5.7: Vị trí chức hoạt động M2PA M2PA phƣơng tiện giúp cho lớp MTP3 cấp SG giao tiếp trực tiếp với Thực chất mở rộng hệ thống SS7 thơng qua mạng IP Mơ hình kiến trúc sử dụng M2PA đƣợc hình 5.8 Kiến trúc áp dụng cho kết nối SG - to - SG, đóng vai trò nhƣ cầu nối hai mạng SS7.Trong trƣờng hợp SG kết nối với nhiều SG khác chúng không cần biết lớp bên mà chúng hỗ trợ MTP3 có mặt SG để tham gia vào việc định tuyến quản lý liên kết MTP2/M2PA Do có diện MTP3 nên SG cần phải có mã điểm riêng 148 Việc thay liên kết MTP2 với M2UA nhằm để phân biệt với trƣờng hợp truy cập IP SCP từ SG (dịch vụ đƣợc cung cấp SUA) trƣờng hợp SUA, đƣợc biết lớp TCAP (hoặc phần ứng dụng khác), M2PA hồn tồn khơng biết lớp SS7 bên Sự khác quan trọng mặt chức M2PA so với M2UA M2PA thân thực cung cấp dịch vụ giống nhƣ MTP2 Còn M2UA cung cấp giao diện cho dịch vụ MTP2 phía đầu xa (iii) Lớp thích ứng người dùng MTP3 (M3UA) Lớp thích ứng ngƣời dùng phần chuyển giao tin mức (M3UA - MTP3 user adaptation) định nghĩa giao thức hỗ trợ cho việc truyền tải tin báo hiệu ngƣời dùng MTP3 (ví dụ tin ISUP/SCCP) qua mạng IP sử dụng dịch vụ SCTP Giao thức IT đƣợc sử dụng SG MGC sở liệu thƣờng trú IP M3UA thích hợp cho việc truyền tin phần ngƣời dùng MTP3 Danh sách lớp giao thức bao gồm ISUP, SCCP, phần ngƣời dùng PT điện thoại TUP Các tin giao thức ứng dụng khả trao đổi (TCAP) giao thức ứng dụng mạng truy cập vô tuyến (RANAP - Radio Access Network Application Protocol) đƣợc truyền tải suốt M3UA giống nhƣ tải SCCP chúng giao thức ngƣời dùng SCCP Thực chất M3UA tƣơng tự nhƣ M2UA hoạt động theo mơ hình Client Server nhằm cung cấp cho lớp bậc cao hệ thống SS7 giao thức để truy cập từ xa đến lớp thấp Nhờ có M3UA mà dịch vụ MTP3 đƣợc cung cấp MGC (chẳng hạn nhƣ việc huỷ kết nối ISUP MGC) Đây coi mở rộng hệ thống SS7 mạng IP Hình 5.9 dƣới minh hoạ kiến trúc mà M3UA đƣợc sử dụng Kiến trúc thích hợp cho trƣờng hợp sau: o Mật độ liên kết SS7 đủ lớn để khiến cho cổng SG đứng độc lập thơng qua o Các liên kết SS7 truy cập vật lý điểm đơn 149 Hình 5.8: Vị trí chức hoạt động M3UA Lớp M3UA có nhiệm vụ trì giao diện MTP3 - ISUP qua kết nối SCTP IT Các lệnh yêu cầu truyền liệu xuống tầng bên dƣới ISUP MGC đƣợc mang M3UA đƣợc đƣa đến giao diện cao MTP3 SG Còn thị tin liệu đến đƣợc chuyển lên phía từ MTP3 SG đƣợc PT mang M3UA (qua SCTP) đến giao diện thấp ISUP MGC (iv) Giao thức thích ứng người dùng SUA Giao thức thích ứng ngƣời dùng SCCP (SUA - SCCP user adaptation) đƣợc dùng để truyền tải tin báo hiệu ngƣời dùng SCCP (ví dụ TCAP, RANAP v.v…) qua mạng IP sử dụng dịch vụ SCTP Giao thức đƣợc thiết kế theo kiểu module có tính đối xứng cho phép hoạt động kiến trúc đa dạng chẳng hạn nhƣ kiến trúc SG tới điểm cuối báo hiệu IP nhƣ kiến trúc điểm kết cuối báo hiệu IP ngang cấp SUA hỗ trợ: o Trao đổi tin phần ngƣời dùng SCCP (các tin TCAP, RANAP…) o Dịch vụ SCCP phi kết nối o Dịch vụ SCCP hƣớng kết nối o Quản lý liên kết truyền tải SCTP node SG nhiều node báo hiệu dựa IP 150 o Phân phối node báo hiệu IP o Báo cáo kịp thời thay đổi trạng thái cho phần quản lý SUA cung cấp phƣơng tiện nhờ phần ứng dụng (chẳng hạn nhƣ TCAP) điểm điều khiển dịch vụ IP SCP đƣợc thực thơng qua SG Kiến trúc mạng gắn với SUA cho phép có hàng loạt điểm điều khiển dịch vụ IP SCP thông qua SG đơn Các IP SCP khơng có lớp MTP3 nội hạt chúng khơng cần mã điểm SS7 Sau mơ hình kiến trúc SUA đƣợc sử dụng PT IT SG IP SCP Hình 5.9: Vị trí chức hoạt động SUA Chức SUA đƣợc cung cấp MTP2 lớp thích ứng MTP2 Tuy nhiên SUA có chức quan trọng chuyển đổi địa SCCP địa IP (tại SG) Nếu khơng có chức SCCP phải có mặt tất điểm IP SCP mạng SS7 mở rộng cần đến thông tin SCCP SUA biết đƣợc diện điểm IP SCP cách cung cấp địa SCCP để bao phủ tất node Dịch vụ sở liệu cá nhân đƣợc đánh địa thông qua số phân hệ SSN (Subsystem Number) SUA cung cấp dịch vụ không giống nhƣ dịch vụ biên dịch tiêu đề toàn cầu (GTT - Global Title Translation) để xếp SSN vào 151 kết nối SCCP (đƣợc dùng để định tuyến tin phần ứng dụng đến điểm điều khiển dịch vụ IP SCP thích hợp) SUA giao thức mềm dẻo, hỗ trợ phần ứng dụng chạy hai node toàn mạng IP Điều đặc biệt thích hợp mạng đời Đối với mạng mạng báo hiệu SS7 truyền thống chạy phía dƣới không cần thiết Trong trƣờng hợp ngăn xếp IP SCP giống hai node (dựa IP) Ngồi SUA cho phép truy cập đến sở liệu dịch vụ mạng SS7 từ mạng IP 5.3 KẾT NỐI LIÊN MẠNG IMS-CS Trong mạng tại, dịch vụ thoại chuyển mạch kênh truyền thống tồn IT với dịch vụ đa phƣơng tiện chuyển mạch gói Do tồn kết nối liên mạng IMS với CS để cung cấp dịch vụ thoại phân hệ IMS cung cấp kiến trúc chuyển mạch mềm phân tán nhƣ hình 5.10 Mi(SIP) Mk(SIP) BGCF PT BGCF ISUP M3UA SGW Mw (SIP) MGCF I/P-CSCF Mn (H.248) ISUP/ SS7 Mạng CS ISUP/ SS7 TDM IM-MGW S-CSCF ISUP/ SS7 IP Mạng PS Hình 5.10: Kiến trúc kết nối liên mạng IMS-CS Cổng báo hiệu SGW đƣợc sử dụng để kết nối mạng báo hiệu khác nhau, nhƣ mạng báo hiệu dựa SCTP/IP mạng báo hiệu SS7 SGW thực chuyển đổi báo hiệu (cả hai chiều) mức truyền tải truyền tải báo hiệu dựa SS7 dựa IP (SCTP/IP, SS7MTP) MGCF hỗ trợ thông tin ngƣời sử dụng IMS miền CS Chức điều khiển cổng phƣơng tiện MGCF cổng phƣơng tiện IM (IM MGW) chịu trách nhiệm cho báo hiệu chuyển đổi 152 phƣơng tiện miền mạng PS mạng chuyển mạch kênh MGCF giao tiếp với S-CSCF (hoặc BGCF) qua giao thức SIP Báo hiệu gọi (SS7/ISUP) đƣợc chuyển từ cổng báo hiệu mạng CS đến MGCF qua giao thức SIGTRAN MGCF phải phiên dịch tin SIP ISUP để đảm bảo tƣơng tác hai giao thức Tất báo hiệu điểu khiển gọi từ ngƣời dùng sử dụng CS đƣợc đƣa đến MGCF để chuyển đổi ISUP (hay BICC) vào giao thức SIP, sau chuyển phiên đến IMS Tƣơng tự tất báo hiệu phiên khởi nguồn từ IMS đến ngƣời sử dụng CS đƣợc gửi đến MGCF BGCF định nơi kết nối liên mạng phiên đƣợc khởi tạo từ ngƣời dùng IMS Nếu kết nối liên mạng xuất mạng, BGCF lựa chọn MGCF, trƣơng hợp ngƣợc lại, liên lạc với BGCF thuộc mạng nhà khai thác khác S-CSCF IT Mạng nhà thuê bao chủ gọi bị gọi BGCF SIP: Yêu cầu PT Truy vấn ENUM MGCF SGW SIP: Yêu cầu SIP: 100 Thử lại H248: Điều khiển MGW SIP: 183 Phát triển phiên ISUP/M3UA: IAM ISUP/MTP3: IAM SIP: PRACK 10 SIP: 200 OK 11 ISUP/MTP3: ACM 12 ISUP/M3UA: ACM 13 SIP: 180 Chuông 14 SIP: PRACK 15 SIP: 200 OK 17 ISUP/M3UA: ANM 16 ISUP/MTP3: ANM 18 H248: Điều khiển MGW 19 SIP: 200 OK 20 SIP: ACK Hình 5.11: Bản tin thiết lập gọi người dùng IMS gọi người dùng CS 153 Luồng báo hiệu thiết lập phiên ngƣời dùng IMS gọi ngƣời dùng CS đƣợc minh hoạ hình 5.11 Lƣu ý chủ gọi ngƣời bị gọi mạng nhà Thủ tục bắt đầu tác nhân ngƣời dùng IMS gửi tin yêu cầu SIP INVITE với yêu cầu URI định dạng TEL-URI Trong xác nhận tin INVITE, S-CSCF giao tiếp với server chữ số điện tử ENUM (Electronic Number) để chuyển đổi định dạng TEL-URI thành SIP-URI Nếu TEL-URI không đƣợc lƣu trữ server ENUM (biểu thị ngƣời bị gọi ngƣời dùng IMS), S-CSCF chuyển (qua giao diện Mi) tin yêu cầu INVITE tới BGCF mà định chuyển mạng sảy mạng nhƣ ví dụ BGCF lựa chọn MGCF chuyển bàn tin INVITE qua giao diện Mj Đầu tiên MGCF phụ thuộc vào IM-MGW để phân chia tài nguyên cho ngƣời dùng IMS IT sau gửi tin IAM phần ngƣời dùng ISDN tƣơng ứng tới SGW sử dụng M3UA để truyền tải Một tin tƣơng tự đƣợc gửi tới mạng SS7 từ SGW nhƣng sử dụng MTP để truyền tải Sau tin IAM đƣợc phát tới mạng PT SS7, tin ACM ANM thông tƣờng trở lại tới MGCF, gửi tới ngƣời dùng tin tƣơng ứng chuông 180 tin 200 OK Chú ý ngƣời dùng IMS nhận đáp ứng tạm thời (ví dụ SIP 180 183) ngƣời dùng gửi lại tin SIP PRACK để xác nhận đáp ứng 5.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Nội dung chƣơng hƣớng trực tiếp vào tiếp cận hội tụ mạng cố định/ di động xu hƣớng hội tụ mạng truyền thơng Kiến trúc IMS đóng vai trò quan trong vấn đề kết nối điều khiển liên mạng miền chuyển mạch kênh, miền mạng di động miền mạng chuyển mạch gói IP Trong chƣơng đề cập chi tiết tới giao thức truyền tải báo hiệu đƣợc sử dụng để kết nối liên mạng theo hƣớng chuyển mạch mềm mơ hình kết nối liên mạng cho gọi từ miền CS sang miền IMS Các nội dung ơn tập chương - Kiến trúc hội tụ FMC dựa IMS; 154 Mơ hình tham chiếu IMS FMC; - Kiến trúc chức luồng báo hiệu SIGTRAN; - Mơ hình kiến trúc báo hiệu kết nối liên mạng IMS-CS PT IT - 155 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh PT Tiếng Việt IT [1] Popovskij, Vladimir, Barkalov, Alexander, Titarenko, Larysa, “Control and Adaptation in Telecommunication Systems”, Springer, 2011 [2] John G van Bosse, Fabrizio U Devetak, “Signaling in Telecommunication Networks”, second edition, John Wiley & Sons, Inc., 2007 [3] Travis Russell, “THE IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM (IMS): Session Control and Other Network Operations”, The McGraw-Hill, 2008 [4] Ralf Kreher, Torsten Ruedebusch, “UMTS Signaling: UMTS Interfaces, Protocols, Message Flows and Procedures Analyzed and Explained”, John Wiley & Sons, Inc., 2012 [5] Miikka Poikselka,Georg Mayer, Hisham Khartabil and Aki Niemi, “THE IMS IP Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain”, John Wiley & Sons, Inc., 2004 [6] Harry G Perros, “Connection-oriented Networks SONET/SDH, ATM, MPLS and Optical Networks”, John Wiley & Sons, Inc., 2005 [7] Frank Ohrtman, “Softswitch : Architecture for VoIP”, McGraw-Hill Professional, 2002 [8] Nguyễn Thanh Trà, “Báo hiệu điều khiển NGN”, giảng chƣơng trình NGN Tập đồn Bƣu Viễn thơng, Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thơng, 2007 [9] Hồng Trọng Minh, Nguyễn Thanh Trà, “Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch”, giảng, Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thông, 2009 ... VỀ BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI Tóm tắt: Nội dung chương khái quát vấn đề chung liên quan tới báo hiệu điều khiển kết nối bao gồm khái niệm, mô hình, nguyên lý chung phân loại kiểu báo hiệu. .. VỀ BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 1.2.1 Các vấn đề chung điều khiển .2 IT 1.2.2 Cách tiếp cận điều. .. 1.4.3 Điều khiển cấu trúc 19 1.4.4 Điều khiển trạng thái 21 1.5 KIẾN TRÚC VÀ PHÂN LOẠI BÁO HIỆU 22 1.5.1 Phân loại báo hiệu 22 1.5.2 Một số đặc tính báo hiệu