Tổng quan về các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng viễn thông thế hệ mới – Next Generation Network (NGN)

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i Lời nói đầu Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 3 1.1. SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGN 3 1.1.1. Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN 3 1.1.2. C

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i

Lêi nãi ®Çu 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 3

1.1 SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGN 3

1.1.1 Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN 3

1.1.2 Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN 4

1.2 KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN 5

1.5 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN 16

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7 18

2.1 VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7 (CCS7) 18

2.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CCS7 18

2.3 CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA CCS7 19

2.3.1 Sơ đồ khối chức năng 19

2.3.2 Mối tương quan giữa CCS7 và mô hình OSI 20

2.4 PHẦN CHUYỂN GIAO BẢN TIN – MTP 21

2.4.1 MTP mức 1 (đường số liệu báo hiệu) 21

2.4.2 MTP mức 2 (chức năng đường báo hiệu) 22

2.4.3 MTP mức 3 (chức năng mạng báo hiệu) 22

2.5 PHẦN ĐIỀU KHIỂN ĐẤU NỐI BÁO HIỆU – SCCP 23

2.5.1 Các dịch vụ của SCCP 23

2.5.2 Cấu trúc chức năng của SCCP 24

2.5.3 Các thủ tục báo hiệu 24

2.6 PHẦN ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG GIAO DỊCH – TCAP 26

2.6.1 Cấu trúc của TCAP 26

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục Lục

2.6.2 Các hoạt động của TCAP 28

Chương 3 TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SỐ 7 QUA MẠNG IP – SIGTRAN 29

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 29

3.2 GIỚI THIỆU VỀ SIGTRAN 31

3.3 ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN GIAO THỨC TRUYỀN TẢI MỚI 32

3.4 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRUYỀN TẢI – SCTP 32

3.4.1 Tổng quan về kiến trúc của SCTP 32

3.4.2 Tổng quan về chức năng của SCTP 33

3.4.3 Khuôn dạng tiêu đề chung của SCTP 34

4.1.1 Các đặc điểm và chức năng của SIP 42

4.1.2 Các khái niệm và các thành phần của hệ thống SIP 44

4.1.3 Khái quát về hoạt động của SIP 49

4.1.4 Các loại bản tin SIP 53

4.3 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN ĐỘC LẬP KÊNH MANG – BICC 71

Chương 5 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN CHỦ TỚ 73

5.1 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CỔNG PHƯƠNG TIỆN – MGCP 73

5.2.2 Vị trí của giao thức MEGACO/H.248 trong mô hình OSI 78

5.2.3 Các chức năng của MEGACO/H.248 78

5.2.4 Các khái niệm trong giao thức MEGACO/H.248 79

5.2.5 Truyền dẫn các bản tin của giao thức MEGACO/H.248 82

5.2.6 Các lệnh được định nghĩa bởi giao thức MEGACO/H.248 82

5.2.7 Cấu trúc bản tin MEGACO/H.248 86

5.2.8 Hoạt động của giao thức MEGACO/H.248 86

5.2.9 Các ưu điểm của MEGACO/H.248 so với các giao thức điều khiển cổngphương tiện khác 87

KẾT LUẬN 89

PHỤ LỤC 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Đường dây thuê bao số bất đối xứng

BICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển độc lập kênh mang

DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng chặt

IN Intellingent Network Mạng thông minh

ITU – T International Telecommunication Union – Telephone Liên minh viễn thông thế giới về thoại

MMSF Media Mapping and Switching Function Chức năng chuyển mạch và ghép nối phương tiện

Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt

RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến

RTCP Real Time Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực

SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu

SCTP Stream Control Transport Protocol Giao thức điều khiển truyền tải luồng

SDSL Symmetrical Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số đối xứng

TCAP Transaction Capabilities Application Part Ứng dụng khả năng giao dịch

UA User Agent Tác nhân người sử dụng

UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống thông tin di động toàn cầu

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian

Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, khi mà đời sống xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu traođổi thông tin của con người cũng tăng lên rất nhiều cả về mức độ phong phú lẫn chất lượng củacủa loại hình dịch vụ Hiện nay, những nhu cầu đó không chỉ còn tập trung vào loại hình dịch vụthoại truyền thống như trước đây nữa mà còn cả các dịch vụ thoại có hình ảnh, hội nghị đaphương, cầu truyền thông, không thể đáp ứng được trên cơ sở hạ tầng của mạng viễn thông trướcđây Thực tế này đã đặt các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trước một thách thức rất lớn là làmsao có thể đáp ứng được nhu cầu của các vị khách hàng khó tính với chi phí đầu tư thấp nhất.

Bên cạnh đó là sự ra đời của các công nghệ, kỹ thuật mới, sự bùng nổ của Internet đã trởthành động lực thúc đẩy sự ra đời của một mạng viễn thông thế hệ mới – Next GenerationNetwork (NGN) NGN không phải là một mạng có cơ sở hạ tầng được xây dựng hoàn toàn mớimà nó được hình thành và phát triển trên nền tảng của các mạng thế hệ trước đó kết hợp với kỹthuật chuyển mạch gói theo giao thức IP Nhờ được xây dựng và phát triển trên cơ sở hạ tầng củacác mạng thế hệ trước mà các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không cần phải bỏ vốn đầu tư banđầu nhiều mà vẫn có khả năng thu lại lợi nhuận cao Nhờ kỹ thuật chuyển mạch gói mà NGN làmột mạng có khả năng cung cấp không chỉ các dịch vụ thoại thông thường mà còn có khả năngcung cấp cả các dịch vụ số liệu, thoại và số liệu tích hợp, một cách mềm dẻo và linh hoạt.

NGN đã có sự thay đổi hoàn toàn về mặt kiến trúc, kiến trúc phân tán đã được xây dựngthay cho kiến trúc tập trung như trong mạng chuyển mạch kênh trước đây Trong kiến trúc mớinày, khả năng thông minh (Intelligent) không phải được tập trung mà được phân tán cho các thiếtbị nằm rải rác trong toàn kiến trúc mạng

Kiến trúc phân tán và sự kết hợp giữa mạng thế hệ cũ và mạng thế hệ mới đã đặt ra cho cácgiao thức báo hiệu và điều khiển một vai trò hết sức quan trọng trong việc phối hợp hoạt giữa cácthiết bị trong mạng thế hệ mới và giữa các thiết bị trong mạng thế hệ cũ với các thiết bị trong

mạng thế hệ mới Đây cũng chính là lý do em lựa chọn đề tài TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAOTHỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN, nội dung của đề tài này gồm các

Do còn rất nhiều hạn chế về trình độ và thời gian nên đề tài này sẽ không tránh khỏi các saisót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Viễn thông 1 đã tạo mọi điều kiện tốt

nhất cho em trong quá trình thực hiện đồ án Trong đó, đặc biệt là cô Vũ Thúy Hà đã tận tình chỉ

bảo, hướng dẫn, giúp đỡ và động viên em về mọi mặt để em hoàn thành đồ án này.

Hµ Néi, th¸ng 9/2005

Sinh viªn: Ph¹m Vò Huy

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan về mạng NGN

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN

1.1 SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦANGN

1.1.1 Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN

Có một điều rõ ràng là thị trường thông tin đang thay đổi một cách nhanh chóng.Sự thay đổi này không chỉ liên quan đến các nhà sản xuất, các nhà nghiên cứu thịtrường viễn thông mà còn tới nhiều đối tượng trong các lĩnh vực khác nhau của xã hội.Phương thức mà con người trao đổi thông tin, giao tiếp với nhau, kinh doanh với nhauđang dần dần được thay đổi cùng với những thay đổi của nền công nghiệp viễn thông.Các đường dây điện thoại không chỉ còn mang thông tin thoại mà còn truyền cả số liệuvà video Thông tin thoại, số liệu, fax, video và các dịch vụ khác đang được cung cấptới các đầu cuối là máy điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân, các máy móc tựđộng…với các yêu cầu về chất lượng dịch vụ từ phía người sử dụng ngày càng cao.Lưu lượng thông tin số liệu đã vượt xa lưu lượng thông tin thoại và vẫn tăng khôngngừng với tốc độ gấp 10 lần tốc độ tăng của lưu lượng thông tin thoại Chuyển mạchkênh, vốn là đặc trưng của mạng PSTN truyền thống trong suốt thế kỷ qua đangnhường bước cho chuyển mạch gói trong mạng thế hệ sau vì không còn thích hợp nữavà tỏ ra có nhiều nhược điểm đối với các dịch vụ phi thoại:

 Sử dụng băng tần không linh hoạt. Lãng phí tài nguyên hệ thống.

 Không có cơ chế phát hiện và sửa lỗi. Hiệu năng sử dụng không cao

Để thoả mãn nhu cầu của khách hàng, đồng nghĩa với việc gia tăng lợi nhuận, cácnhà cung cấp dịch vụ viễn thông yêu cầu những giải pháp công nghệ mới thay thế(hoặc bổ sung) cho mạng PSTN Cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách hàng, côngnghệ chuyển mạch gói cũng góp phần đưa ngành công nghiệp viễn thông chuyển sangmột thời kỳ mới Công nghệ chuyển mạch gói đưa ra các giải pháp chuyển giao thôngtin dưới dạng các gói tin theo phương thức hướng kết nối hay phi kết nối trên các kênhảo Mạng chuyển mạch gói có thể được xây dựng theo các giao thức khác nhau: X25,IP, trong đó giao thức IP là giao thức đang được quan tâm nhiều nhất Mạng chuyển

mạch gói dựa trên giao thức IP được coi là giải pháp công nghệ đáp ứng được sự giatăng nhu cầu của khách hàng Với khả năng của mình, các dạng lưu lượng khác nhauđược xử lý hoàn toàn trong suốt trong mạng IP, điều này cho phép mạng IP có khảnăng cung cấp các loại dịch vụ phong phú và đa dạng, bao gồm cả các dịch vụ đaphương tiện chứ không riêng gì các dịch vụ thoại.

Như vậy, để dáp ứng các yêu cầu đặt ra, các nhà quản trị mạng có 2 sự lựa chọn,hoặc là xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới cho mạng IP hoặc là xây dựng mộtmạng có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên hạ tầng mạngPSTN hiện có Hạ tầng mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế chỉ trong mộtsớm, một chiều và vì thế phương án thứ hai là sự lựa chọn đúng đắn – đó là mạng thếhệ sau NGN – Next Generation Network Như vậy mạng thế hệ sau (NGN: NextGeneration Network) đã được hình thành, đó không phải là một cuộc cách mạng mà làmột bước phát triển.

1.1.2 Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN

Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển theo hàm số mũ của nhu cầu truyền dẫn dữliệu và các dịch vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ Các hệ thốngmạng công cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại,truyền dữ liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng lấn, táchrời được triển khai để đáp ứng những yêu cầu của chúng Do vậy, một sự chuyển đổisang hệ thống mạng chuyển mạch gói tập trung là không thể tránh khỏi khi mà dữ liệuthay thế vị trí của thoại và trở thành nguồn tạo ra lợi nhuận chính Cùng với sự bùngnổ Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả năng mạng thế hệ mới sẽ dựa trên giao thức IP.Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ quan trọng và do đó, những thay đổi này dẫn tớiyêu cầu truyền thoại chất lượng cao qua IP.

Ngoài những động lực về mặt kỹ thuật thì trong khía cạnh kinh doanh cũng cócác động lực dẫn tới sự ra đời của mạng NGN:

a Cải thiện chi phí đầu tư

Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống được cải tiếnchậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính Các chuyển mạchkênh này hiện đang chiếm phần lớn trong cơ sở hạ tầng PSTN Tuy nhiên chúng chưathật sự tối ưu cho mạng truyền số liệu Kết quả là ngày càng có nhiều dòng lưu lượngsố liệu trên mạng PSTN đến mạng Internet và sẽ xuất hiện một giải pháp với địnhhướng số liệu làm trọng tâm để thiết kế mạng chuyển mạch tương lai, nền tảng dựatrên công nghệ chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan về mạng NGN

Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhà khai thác lựa chọn nhà cungcấp có hiệu quả nhất cho từng lớp mạng của họ Truyền tải dựa trên gói cho phép phânbổ băng tần linh hoạt, loại bỏ nhu cầu nhóm trung kế kích thước cố định cho thoại, nhờđó giúp các nhà khai thác quản lý mạng dễ dàng hơn, nâng cấp một cách hiệu quả phầnmềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệ thống.

b Xu thế đổi mới viễn thông

Khác với khía cạnh kỹ thuật, quá trình giải thể đang ảnh hưởng mạnh mẽ đếncách thức hoạt động của các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới Xuyên suốt quátrình được gọi là “mạch vòng nội hạt không trọn gói”, các luật lệ của chính phủ trêntoàn thế giới đã ép buộc các nhà khai thác lớn phải mở cửa để các công ty mới thamgia thị trường cạnh tranh Trên quan điểm chuyển mạch, các nhà cung cấp thay thếphải có khả năng giành được khách hàng địa phương nhờ đầu tư trực tiếp vào “nhữngdặm cuối cùng” của đường cáp đồng Điều này dẫn đến việc gia tăng cạnh tranh Cácmạng NGN thực sự phù hợp để hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình được luật phápcho phép khai thác.

c Các nguồn doanh thu mới

Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và xuấthiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại Kết quả làphần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh củahọ dưới ánh sáng của các dự báo này Cùng lúc đó, các nhà khai thác mới sẽ tìm kiếmmô hình kinh doanh mới cho phép họ nắm lấy thị phần, mang lại lợi nhuận cao hơntrên thị trường viễn thông.

Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các dịchvụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video.

1.2 KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN1.2.1 Khái niệm

Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như: Mạng đa dịch vụ : cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau.

 Mạng hội tụ : hỗ trợ dịch vụ 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 : tổ chức nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ

nhau.

Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấpthiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược pháttriển NGN Song vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho mạng NGN.Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạngthế hệ mới nhưng là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN.

Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch góivà công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thôngtin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách đa dạngvà nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động.

Hình 1.1 Mạng hợp nhất

Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM vàmạng chuyển mạch gói dựa trên kỹ thuật IP/ATM Nó có thể truyền tải tất cả các dịchvụ vốn có của PSTN đồng thời có thể cung cấp cho mạng IP một lượng lưu lượng dữliệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng PSTN.

Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn làsự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động Vấnđề cốt lõi 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 người sử dụng cho một khốilượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn trong sốđó không được dự tính khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan về mạng NGN

1.2.2 Các đặc điểm của mạng NGN

Mạng NGN có bốn đặc điểm chính: Nền tảng là hệ thống mạng mở.

 Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độclập với mạng lưới.

 Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất. Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng

tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu.Trước hết, do áp dụng cơ cấu mở mà:

Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độclập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập.Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng.

Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới, nhàkinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chứcmạng lưới Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện nối thônggiữa các mạng có cấu hình khác nhau.

Tiếp đến, mạng NGN là mạng dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm của: Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi.

 Chia tách cuộc gọi với truyền tải.

Mục tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng, thựchiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trívà xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụvà loại hình đầu cuối Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linhhoạt cao.

Thứ ba, NGN là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất Mạng thông tinhiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều khôngthể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin.Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhậnthấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùngrồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thườnggọi là “dung hợp ba mạng” Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều cóthể thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức

thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹthuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia.

Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu đượcsử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn ở thế bất lợi sovới các chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chấtlượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giớiInternet, mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắcphục những thiếu sót này.

1.3 KIẾN TRÚC MẠNG NGN

1.3.1 Kiến trúc chức năng của mạng NGN

Hiện nay chưa có một khuyến nghị chính thức nào của ITU-T về kiến trúc NGN.Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình kiến trúc NGN như Alcatel, Siemens,NEC, Lucent, Ericsson,…và kèm theo là các giải pháp mạng cùng các sản phẩm thiếtbị mới Từ các mô hình này, kiến trúc NGN có đặc điểm chung là bao gồm các lớpchức năng sau:

 Lớp kết nối (truy nhập, truyền tải/lõi). Lớp trung gian (truyền thông).

 Lớp điều khiển.

Trong các lớp trên, lớp điều khiển là phức tạp nhất với nhiều loại giao thức, khảnăng tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang được các nhà khai thácquan tâm.

Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN:

Hình 1.2 Cấu trúc mạng NGN (góc độ mạng)

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan về mạng NGN

Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ, mô hình cấu trúc NGN còncó thêm lớp ứng dụng/dịch vụ Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiềuthành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng/dịch vụ.

Hình 1.3 Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ)

Phân tích:

Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho thoại và dữ liệu Các khốitrong tổng đài hiện nay được phân chia thành các lớp mạng riêng lẻ, các lớp này liênkết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.

Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch PSTN thực chất đãđược tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch Sự thông minh đó nằm trong mộtthiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm (softswitch) hay bộ điều khiển cổng phươngtiện MGC (Media Gateway Controller) hay tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng vaitrò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mới Các giao diện mở hướng tới các ứngdụng mạng thông minh (IN – Intelligent Network) và các máy chủ ứng dụng(Aplication Server) mới tạo điều kiện dễ dàng cho việc cung cấp dịch vụ và đảm bảođưa ra thị trường trong thời gian ngắn.

Tại lớp trung gian (truyền thông), các cổng phương tiện (MG) được đưa vào sửdụng để thích ứng thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói Các MGnày được sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RG –Residential Gateway), hoặc với các mạng truy nhập (AG – Access Gateway), hoặc vớimạng PSTN (TGW – Trunk Gateway) Các máy chủ phương tiện đặc biệt thực hiệnnhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như cung cấp các âm quay số hoặc bản tinthông báo Ngoài ra, chúng còn có các chức năng tiên tiến hơn như: trả lời bằng tiếngnói tương tác và biến đổi văn bản sang tiếng nói hoặc ngược lại.

Hình 1.4 Cấu trúc chức năng của NGN

Các giao diện mở của kiến trúc cho phép các dịch vụ mới được triển khai nhanhchóng Đồng thời tạo thuận lợi cho việc triển khai các phương thức kinh doanh mớibằng cách chia tách chuỗi giá trị truyền thống hiện tại thành nhiều dịch vụ có thể docác hãng khác nhau cung cấp.

Hình 1.5 Cấu trúc hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan về mạng NGN

Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợpthành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay, đó là: lớp ứng dụng,lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyền tải Các giao diện mở có sựtách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanhchóng, dễ dàng Đồng thời nhà khai thác có thể chọn lựa nhà cung cấp thiết bị tốt nhấtcho từng lớp trong mô hình mạng NGN.

1.3.2 Cấu trúc vật lý

Hình 1.6 Cấu trúc vật lý của NGN

NGN cần được hiểu rõ là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phảilà mạng hoàn toàn mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN,người ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng cácthiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa.

Quản lý tài nguyên và kết nối T1.

Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan về mạng NGN

Có phần mềm MG dự phòng.

Cho phép khả năng mở rộng MG về: cổng (port), cards, các nút, mà không làmthay đổi các thành phần khác.

Hình 1.8 Cấu trúc của MG

1.4.2 Media Gateway Controller (MGC)

MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm, và cũng thường đượcgọi là Call Agent hay Bộ điều khiển cổng (Gateway Controller), hay chuyểnmạch mềm Hình 1.9 trình bày kết nối của MGC với các thành phần khác củamạng NGN.

MGC điều khiển xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện truyền thông.MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi Ngoài ra còn giao tiếp vớihệ thống OSS và BSS.

MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN,SS7, mạng IP Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua cácmạng khác nhau

Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho chuyển mạchmềm.

a Các chức năng của MGC (Hình 1.9)

Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một MG.Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của MG, SG.

Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F.

Xử lý bản tin báo hiệu SS7 (khi sử dụng SIGTRAN).Xử lý các bản tin liên quan QoS như RTCP.

Thực hiện định tuyến cuộc gọi (bao gồm bảng định tuyến và biên dịch).

Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call DetailRecord)

Điều khiển quản lý băng thông.

Hình 1.9 Các chức năng của MGCb Các giao thức MGC có thể sử dụng

Giao thức thiết lập cuộc gọi: H.323, SIP.

Giao thức điều khiển MG: MGCP, MEGACO/H.248.Giao thức điều khiển SG: SIGTRAN (SS7).

Giao thức truyền thông tin: RTP, RCTP.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan về mạng NGN

Hình 1.10 Ví dụ sử dụng MGC

1.4.3 Signalling Gateway (SG)

SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được quản lýbởi chuyển mạch mềm trong mạng IP SG làm cho chuyển mạch mềm giống như mộtnút SS7 trong mạng báo hiệu SS7 Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu.

SG có các chức năng sau:

 Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu.

 Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP. Cung cấp đường thoại, dữ liệu và các dạng thông tin khác.

1.4.4 Hệ thống thiết bị truyền tải

Nút chuyển mạch IP – ATM tốc độ cao lớp trên (ATM Switch, IP Switch,…).Thiết bị định tuyến lõi, biên (Router, LSR,…).

Thiết bị truyền dẫn quang dung lượng lớn lớp dưới (SDH, DWDM, SONET).

1.4.5 Hệ thống thiết bị truy nhập

Hỗ trợ toàn bộ các giao diện truy nhập phía xa như VoDSL, ADSL/SDSL,ISDN – BA,.v.v…và tách riêng các ứng dụng thoại và truyền số liệu đưa vàocác mạng đường trục riêng biệt (mạng TDM và mạng lõi NGN).

Cung cấp các loại cổng truy nhập khác nhau như: POTS, VoIP, IP, FR, X.25,ATM, xDSL, di động,…

1.5 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN

Kiến trúc của mạng NGN là kiến trúc phân tán vì thế mà các chức năng báo hiệuvà xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi,…được thực hiện bởi các thiết bịnằm phân tán trong cấu hình mạng Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuốinhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo hiệu và diềukhiển được với nhau Cách thức trao đổi các thông tin báo hiệu và điều khiển đó đượcquy định trong các giao thức báo hiệu và điều khiển được sử dụng trong mạng Về cơbản, trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển sau:

Trong các chương sau sẽ trình bày một cách chi tiết về các giao thức báo hiệu vàđiều khiển này.

Lưu đồ tiến trình cuộc gọi trong NGN sẽ được trình bày trong phần phụ lục.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan về mạng NGN

Bảng 1.1 So sánh 2 giao thức chủ/tớ và ngang hàng

Hình 1.11 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7

2.1 VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7 (CCS7)

Hệ thống báo hiệu kênh chung số 6 (CCS6) có hạn chế so với CCS7 đó là: cáctrung kế làm việc với tốc độ thấp (2,4 kb/s) Độ dài của các bản tin bị hạn chế vàkhông có cấu trúc phân mức mà có cấu trúc đơn nên hệ thống này không đáp ứng đượcvới sự phát triển của mạng lưới.

Hệ thống CCS7 được thiết kế tối ưu cho mạng quốc gia và quốc tế sử dụng trungkế số Tốc độ đạt 64 kb/s, có cấu trúc phân lớp Hệ thống báo hiệu số 7 cũng có thể sửdụng trên các đường dây tương tự (analog).

Hệ thống CCS7 được thiết kế không chỉ cho điều khiển thiết lập, giám sát cáccuộc gọi điện thoại mà cho cả các dịch vụ phi thoại.

SS7 là hệ thống báo hiệu kênh chung tối ưu để điều hành trong mạng viễn thôngsố, nó có sự phối hợp với các tổng đài SPC.

SS7 có thể thoả mãn các yêu cầu hiện tại và trong tương lai cho các hoạt độnggiao dịch giữa các bộ vi xử lý trong mạng viễn thông để báo hiệu điều khiển cuộc gọi,điều khiển từ xa, báo hiệu quản lý và bảo dưỡng.

SS7 cung cấp các phương tiện tin cậy để truyền thông tin theo trình tự chính xác,không bị mất hoặc lặp lại thông tin.

Hiện nay và trong tương lai, CCS7 sẽ đóng vai trò rất quan trọng đối với các dịchvụ trong các mạng như:

 Mạng điện thoại công cộng – PSTN. Mạng số tích hợp đa dịch vụ – ISDN. Mạng thông minh – IN.

 Mạng thông tin di động mặt đất – PLMN.

2.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CCS7

Mạng báo hiệu CCS7 có các khái niệm cơ bản sau:

 Điểm báo hiệu (SP: Signalling Point): là một nút chuyển mạch hoặc nút xử lýtrong mạng báo hiệu được cài đặt chức năng báo hiệu số 7 của CCITT Một

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2 Tổng quan về hệ thống CCS7

tổng đài điện thoại hoạt động như một điểm báo hiệu phải là tổng đài đượcđiều khiển bằng chương trình lưu trữ SPC và báo hiệu số 7 là dạng thông tinsố giữa các bộ vi xử lý SP có thể là điểm kết cuối báo hiệu khi nó có khảnăng xử lý các bản tin báo hiệu có liên quan.

 Điểm chuyển tiếp báo hiệu (STP: Signalling Transfer Point): là các điểm báohiệu có khả năng định tuyến cho các bản tin, chuyển các bản tin CCS7 tới cáctuyến báo hiệu một cách chính xác dựa trên các thông tin chứa trong trườngđịa chỉ của bản tin đó.

 Kênh báo hiệu/chùm kênh báo hiệu: Kênh báo hiệu là một đường truyền dẫn64 kb/s kết nối giữa các điểm báo hiệu để chuyển tải các thông tin báo hiệu.Chùm kênh báo hiệu là một tập gồm một số kênh báo hiệu (tối đa 16 kênh)hoạt động chia sẻ tải cho nhau để nâng cao độ an toàn cho hệ thống.

 Bản tin báo hiệu: là một tập hợp các thông tin thuộc về một cuộc gọi, đượcđịnh nghĩa tại lớp 3 hay lớp 4, sau đó được chuyển như một thực thể bởi chứcnăng chuyển tiếp bản tin.

 Tuyến báo hiệu/nhóm tuyến báo hiệu: Tuyến báo hiệu là một đường đã đượcxác định trước để bản tin đi qua mạng báo hiệu từ điểm báo hiệu nguồn đếnđiểm báo hiệu đích Nó gồm một chuỗi các SP/STP được đấu nối với nhaubằng các kênh báo hiệu Nhóm tuyến báo hiệu là tất cả các tuyến báo hiệu màthông tin báo hiệu có thể sử dụng để đi qua mạng báo hiệu.

 Mã điểm báo hiệu: là một mã nhị phân được gán cho mỗi một SP hoặc STP.

2.3 CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA CCS72.3.1 Sơ đồ khối chức năng

Hệ thống CCS7 được chia thành một số khối chức năng chính sau (Hình 2.1):

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của hệ thống CCS7

 Phần truyền bản tin (MTP: Message Transfer Part): đây là hệ thống vậnchuyển chung để truyền các bản tin báo hiệu giữa hai SP MTP truyền các bảntin báo hiệu giữa các UP khác nhau và hoàn toàn độc lập với nội dung các bảntin được truyền MTP chịu trách nhiệm chuyển chính xác bản tin từ một UP

này tới một UP khác Điều này có nghĩa là bản tin báo hiệu được chuyển sẽđược kiểm tra chính xác trước khi chuyển cho UP.

 Phần người sử dụng (UP: User Part): đây thực chất là một số định nghĩa phầnngười sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu sử dụng của hệ thống báo hiệu.UP là phần tạo ra và phân tích bản tin báo hiệu Chúng sử dụng MTP đểchuyển thông tin báo hiệu đến một UP khác cùng loại Hiện đang tồn tại mộtsố UP trên mạng lưới:

 TUP (Telephone User Part): phần người sử dụng cho mạng thoại. DUP (Data User Part): phần người sử dụng cho mạng số liệu. ISUP (ISDN User Part): phần người sử dụng cho mạng ISDN.

 MTUP (Mobile Telephone User Part): Phần người sử dụng cho mạngđiện thoại di động.

2.3.2 Mối tương quan giữa CCS7 và mô hình OSI

Hệ thống CCS7 là một kiểu thông tin số liệu chuyển mạch gói, nó được cấu trúctheo kiểu module, rất giống với mô hình OSI nhưng nó chỉ có 4 mức Trong đó 3 mứcthấp nhất hợp thành phần chuyển bản tin (MTP), mức thứ tư gồm các phần ứng dụng(Hình 2.2).

Hình 2.2 Mối tương quan giữa CCS7 và mô hình OSI

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2 Tổng quan về hệ thống CCS7

2.4 PHẦN CHUYỂN GIAO BẢN TIN – MTP

MTP là phần chung cho tất cả các UP khác nhau Nó bao gồm đường số liệu báohiệu (MTP mức 1), để đấu nối giữa 2 tổng đài và hệ thống báo hiệu bản tin.

Hệ thống điều khiển chuyển bản tin được chia làm 2 phần: Chức năng đường báohiệu (MTP mức 2) và chức năng mạng báo hiệu (MTP mức 3).

Hình 2.3 Cấu trúc chung của MTP

 Chức năng đường báo hiệu: chức năng này thực hiện giám sát đường báo hiệunhư phát hiện các bản tin lỗi, điều khiển việc gửi và nhận các bản tin một cáchtuần tự, không để mất hoặc lặp bản tin.

 Chức năng mạng báo hiệu: bao gồm các chức năng xử lý bản tin báo hiệu vàquản lý mạng báo hiệu.

– Xử lý bản tin báo hiệu: bao gồm các chức năng tạo tuyến cho các bản tinvà phân phối chính xác các bản tin nhận được cho các UP.

– Quản lý mạng báo hiệu: chức năng này có khả năng cấu hình lại và hoạthóa đường báo hiệu để duy trì các dịch vụ trong các trường hợp có sự cố.

2.4.1 MTP mức 1 (đường số liệu báo hiệu)

Hình 2.4 Cấu trúc MTP 1

Đường số liệu báo hiệu là một đường truyền dẫn số liệu hai chiều Nó bao gồm 2kênh số liệu hoạt động đồng thời trên hai hướng ngược nhau với cùng một tốc độ(Hình 2.4).

Đường số liệu báo hiệu có thể là đường tín hiệu số hoặc tương tự Đường số liệubáo hiệu được xây dựng trên kênh truyền dẫn số (64 kb/s) và tổng đài chuyển mạch số.Đường số liệu báo hiệu tương tự được xây dựng trên kênh truyền dẫn tương tự tần sốthoại (4 kHz) và Modem.

2.4.2 MTP mức 2 (chức năng đường báo hiệu)

MTP mức 2 cùng với MTP mức 1 cung cấp 1 đường số liệu cho chuyển giao tincậy các bản tin báo hiệu giữa 2 điểm báo hiệu được đấu nối trực tiếp Chức năngđường báo hiệu bao gồm:

 Chức năng điều khiển đường báo hiệu.

 Các trường điều khiển được xử lý trong mức 2 để chuyển chính xác các bảntin.

 Sự phân định ranh giới các đơn vị báo hiệu. Phát hiện lỗi.

 Sửa sai.

 Đồng chỉnh ban đầu. Xử lý ngừng hoạt động. Điều khiển lưu lượng mức 2.

 Chỉ thị hiện tượng tắc nghẽn lên mức 3. Giám sát lỗi đường báo hiệu.

2.4.3 MTP mức 3 (chức năng mạng báo hiệu)

Các chức năng của MTP mức 3 được phân chia thành 2 loại cơ bản là các chứcnăng xử lý bản tin báo hiệu và các chức năng quản trị mạng báo hiệu (Hình 2.5).

a Xử lý bản tin báo hiệu

Mục đích của chức năng xử lý bản tin báo hiệu là đảm bảo cho các bản tin báohiệu bắt nguồn từ một UP tại một điểm báo hiệu phát được chuyển đến UP tại điểmbáo hiệu thu Chức năng này gồm:

 Định tuyến bản tin báo hiệu.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2 Tổng quan về hệ thống CCS7

 Phân biệt bản tin báo hiệu. Phân phối bản tin báo hiệu.

b Quản trị mạng báo hiệu

Mục đích của các chức năng quản trị mạng báo hiệu là để hoạt hóa các đường báohiệu mới, để duy trì các dịch vụ báo hiệu, để điều khiển lưu lượng khi xảy ra tắc nghẽnvà để cấu hình lại mạng báo hiệu nếu có sự cố Trong trường hợp đường báo hiệu bịhư hỏng, lưu lượng sẽ được chuyển đến các đường khác trong cùng một nhóm kênhbáo hiệu với đường hỏng Các chức năng này gồm:

 Quản trị mạng báo hiệu. Quản trị tuyến báo hiệu. Quản trị lưu lượng báo hiệu.

Hình 2.5 Các chức năng mạng báo hiệu

2.5 PHẦN ĐIỀU KHIỂN ĐẤU NỐI BÁO HIỆU – SCCP2.5.1 Các dịch vụ của SCCP

 Phiên dịch, đánh địa chỉ của SCCP. Dịch vụ phi kết nối.

 Dịch vụ hướng kết nối.

2.5.2 Cấu trúc chức năng của SCCP

Chức năng SCCP bao gồm 4 chức năng chính (Hình 2.6):

 Điều khiển hướng kết nối SCCP (SCOC): cung cấp các thủ tục cho thiết lập,chuyển giao và giải phóng 1 đấu nối báo hiệu tạm thời Nó cũng điều khiểncông việc truyền số liệu trên các đấu nối này.

 Điều khiển phi kết nối SCCP (SCLC): cung cấp các thủ tục chuyển giao sốliệu phi kết nối giữa các người dùng; phân phối và tiếp nhận các bản tin quảntrị.

 Định tuyến SCCP (SCR): là chức năng dựa vào MTP để tạo tuyến vật lý từđiểm báo hiệu này đến điểm báo hiệu khác.

 Quản trị SCCP (SCM): cung cấp các thủ tục đảm bảo duy trì sự hoạt động củamạng bằng phương pháp định tuyến dự phòng hoặc điều chỉnh lại lưu lượngnếu xảy ra sự cố, tắc nghẽn,…

Hình 2.6 Cấu trúc chức năng của SCCP

2.5.3 Các thủ tục báo hiệu

a Các thủ tục hướng kết nối – Giao thức mức 2 và 3

Các thủ tục hướng kết nối bao gồm các pha: thiết lập kết nối, truyền số liệu vàgiải phóng đấu nối (Hình 2.7).

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2 Tổng quan về hệ thống CCS7

 Thiết lập kết nối: bao gồm các chức năng yêu cầu thiết lập kết nối báo hiệutạm thời giữa 2 người sử dụng SCCP Thủ tục này được người sử dụng SCCPkhởi tạo bằng cách đưa ra yêu cầu kết nối (N – CONNECT REQUEST).Trước tiên, SCCP gốc phát đi bản tin CR yêu cầu kết nối Bản tin này chứamột con số thứ tự (do SCCP gốc chọn), mức giao thức và địa chỉ của SCCPnhận Bản tin CR có thể chứa những thông tin địa chỉ của SCCP phát và dữliệu của người sử dụng.

Khi nhận được bản tin CR, SCCP nhận trả lời bằng một bản tin xác nhận CC.Bản tin này mang con số thứ tự đã được chọn bởi SCCP phát, một con số thứtự khác và mức giao thức được chọn bởi SCCP nhận Khi SCCP phát nhậnđược bản tin CC, đường kết nối báo hiệu được thiết lập.

 Truyền số liệu: số liệu được chuyển đi trong các bản tin số liệu DT1 hoặcDT2.

 Giải phóng kết nối: đường kết nối báo hiệu được giải phóng bằng các bản tingiải phóng RLSD và giải phóng hoàn toàn RLC.

b Các thủ tục phi kết nối – Giao thức mức 0 và 1

Hình 2.7 Thủ tục hướng kết nối SCCP

Các thủ tục phi kết nối cho phép người sử dụng SCCP yêu cầu truyền dẫn số liệumà không cần thiết lập đường đấu nối

Yêu cầu N – UNIT DATA được người sử dụng SCCP đưa ra để yêu cầu thựchiện chức năng truyền số liệu Yêu cầu này cũng được SCCP thu sử dụng để phân phátcác bản tin số liệu tới những người sử dụng cuối cùng Số liệu được truyền đi trong cácbản tin UDT.

2.6 PHẦN ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG GIAO DỊCH – TCAP

CCITT đã định nghĩa khái niệm khả năng giao dịch, viết tắt là TC để cung cấpmột số lượng lớn các dịch vụ khác nhau mà trong đó các ứng dụng không bị ràng buộclẫn nhau TCAP là thủ tục ứng dụng của hệ thống báo hiệu số 7 TCAP cung cấp khảnăng chuyển giao thông tin không liên quan đến kênh trung kế và các dịch vụ của lớpứng dụng.

Các dịch vụ của TCAP dựa trên nền dịch vụ không đấu nối Hiện nay lớp phiên,lớp trình bày, lớp vận chuyển chưa cung cấp một dịch vụ nào.TCAP giao tiếp trực tiếpvới SCCP để tạo khả năng sử dụng dịch vụ không đấu nối của SCCP để chuyển thôngtin giữa các TCAP (Hình 2.8).

Hình 2.8 Vị trí của TCAP trong hệ thống báo hiệu số 7

2.6.1 Cấu trúc của TCAP

TCAP được chia thành 2 phân lớp: Phân lớp giao dịch và phân lớp thành phần(Hình 2.9).

Phân lớp thành phần có nhiệm vụ nhận các thành phần từ các người sử dụng TCvà phân chia các thành phần này đến các người sử dụng TC phía đối phương.

Phân lớp giao dịch có nhiệm vụ quản trị sự trao đổi các bản tin gồm các thànhphần giữa các thực thể của 2 TCAP Sự trao đổi này của các phần tử để thực hiện mộtứng dụng được gọi là hội thoại.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2 Tổng quan về hệ thống CCS7

Hình 2.9 Cấu trúc của TCAPa Phân lớp thành phần (Component Sublayer – CSL)

Phân lớp thành phần cung cấp cho TC – user khả năng gửi các yêu cầu thực hiệncho phía đối phương và nhận trả lời Phân lớp thành phần lại được chia thành 2 chứcnăng nhỏ là: Chức năng xử lý hội thoại (DHA) và chức năng xử lý thành phần (CHA).Hai chức năng này liên lạc với TC – user bằng cách gửi và nhận các bản tin, được gọilà các thành phần và hội thoại nguyên thủy.

Hình 2.10 Các phân lớp của TCAPb Phân lớp giao dịch (Transaction Sublayer – TSL)

Phân lớp giao dịch cung cấp khả năng gửi các bản tin giữa các TCAP Các bảntin này có thể chứa các thành phần từ phân lớp thành phần Phân lớp này sử dụng cácdịch vụ phi kết nối được cung cấp bởi NSP TSL xử lý một phần của bản tin TCAPđược gọi là phần giao dịch (TP) Khi phát hiện ra lỗi trong thành phần, bản tin sẽ bịloại bỏ và nếu gặp quá nhiều lỗi thì quá trình giao dịch sẽ bị loại bỏ.

2.6.2 Các hoạt động của TCAP

Hoạt động của TCAP là sự trao đổi thông tin giữa các thực thể trong lớp TCAPnày hoặc là phục vụ sự trao đổi thông tin của lớp trên nhằm cung cấp các dịch vụthông minh.

Quá trình trao đổi thông tin được khởi đầu khi một quá trình ứng dụng gửi đếnTCAP một hàm nguyên thủy (primitive) và nó kết thúc do một quá trình ứng dụng gửiđến TCAP một hàm nguyên thủy khác Trong một quá trình trao đổi có thể có nhiềuhơn một hoạt động xảy ra Trong mỗi hoạt động có thể có một hoặc nhiều thành phần.Các thành phần đó là: yêu cầu, báo cáo kết quả, báo lỗi và hủy bỏ.

Một số quá trình trao đổi có thể có một hoặc nhiều bản tin phục vụ cho nó Bảntin ở đây là đơn vị chuyển giao của lớp dưới Các bản tin trong cùng một quá trình traođổi có cùng tham số ID trao đổi (Transaction ID) Tham số này để phân biệt với cácbản tin của quá trình trao đổi khác đang đồng thời hoạt động.

Có 2 phương thức trao đổi thông tin: phương thức 1 chiều và phương thức 2chiều Việc lựa chọn phương thức trao đổi thông tin nào là do quá trình ứng dụng lựachọn khi nó khởi đầu một quá trình trao đổi

Chương 3

TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SỐ 7 QUA MẠNG IP – SIGTRAN

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Công nghiệp truyền thông đang trải qua một giai đoạn bùng nổ theo hướng hội tụcủa các dịch vụ Dữ liệu đã trở nên có ý nghĩa hơn trong toàn bộ lưu lượng truyền tảitrên mạng so với lưu lượng thoại Các nhà khai thác đang tìm cách kết hợp giữa lưulượng thoại và lưu lượng dữ liệu, giữa các mạng lõi và các dịch vụ Trong số các giảipháp công nghệ được lựa chọn, công nghệ IP hiện đang được quan tâm với tư cách làgiải pháp hứa hẹn cho hỗ trợ đa phương tiện để xây dựng các dịch vụ tích hợp mới.Hiện nay đang diễn ra sự tích hợp giữa mạng chuyển mạch kênh truyền thống vớimạng IP mới Các nhà khai thác đang thay thế các mạng điện thoại cố định và di độngtheo kiến trúc toàn IP và có cả hỗ trợ giao thức báo hiệu số 7 Công nhệ IP cho phépcác nhà khai thác mạng có thể mở rộng mạng và xây dựng các dịch vụ mới một cáchcó hiệu quả Thành phần các dịch vụ bổ sung thông dụng như SMS, … góp phần vàosự phát triển nhanh chóng của các mạng báo hiệu

Hình 3.1 Truyền tải báo hiệu đơn giản qua môi trường IP

Mạng IP có các ưu điểm nổi bật so với mạng trên cơ sở TDM như sau:

Dễ triển khai: Với việc sử dụng gateway báo hiệu sẽ không cần gỡ bỏ mạngSS7 hiện có và các tính năng nâng cao trong tương lai là “trong suốt”.

hiệu hiện có.

Hiệu quả tốt hơn: Sử dụng SIGTRAN qua IP không yêu cầu các luồng vật lýE1/T1 qua mạng truyền tải SDH Sử dụng công nghệ truyền tải IP qua SDH,IP qua cáp quang, … có thể đạt thông lượng cao hơn nhiều.

Băng thông cao hơn: Thông tin SIGTRAN qua IP không buộc phải có liên kếtnhư trong SS7 và mạng IP linh động hơn rất nhiều so với mạng TDM.

Các dịch vụ nâng cao: Triển khai mạng lõi IP tạo điều kiện dễ dàng cho sự pháttriển hàng loạt các giải pháp mới và các dịch vụ giá trị gia tăng phong phú.Các nhà khai thác mạng đang muốn chuyển dần mạng viễn thông tiến đến kiếntrúc mạng IP Trong khi chưa thể chuyển ngay lên kiến trúc mạng toàn IP thì cả mạngIP và các mạng chuyển mạch kênh truyền thống đều song song tồn tại và cần phảiđược kết hợp lại vào cơ sở hạ tầng mạng thống nhất Chắc chắn rằng mạch chuyểnmạch kênh sẽ còn tồn tại trong nhiều năm nữa cùng với các dịch vụ IP Kiến trúc kếthợp có thể là giải pháp tốt nhất cho hầu hết các nhà khai thác vì nó đảm bảo mức độrủi ro thấp trong quá trình phát triển mạng hiện tại trong khi vẫn cho phép đáp ứngđược các dịch vụ mới Đây là mục đích của nhiều nhóm nghiên cứu chuẩn hóa màSIGTRAN của IETF là một trong số đó SIGTRAN đưa ra mô hình kiến trúc cho phépmạng phát triển tiến đến mạng toàn IP Mô hình kiến trúc này gồm hai thành phầnmới: SCTP và một số các giao thức tầng thích ứng người sử dụng (như M2UA, M2PA,M3UA, SUA) – cho phép đáp ứng các phương thức yêu cầu để hội tụ hai mạng này.

Hình 3.2 Kiến trúc mạng sử dụng SIGTRAN

3.2 GIỚI THIỆU VỀ SIGTRAN

Sigtran là một nhóm công tác thuộc tổ chức chuẩn hóa quốc tế cho lĩnh vựcInternet – IETF Mục đích chính của nhóm là đưa ra giải pháp truyền tải báo hiệu dạnggói trên mạng PSTN qua mạng IP, đảm bảo được các yêu cầu về chức năng và hiệunăng của báo hiệu PSTN Nhằm phối hợp được với PSTN, các mạng IP cần truyền tảicác bản tin báo hiệu như báo hiệu đường ISDN (Q.931) hay SS7 (như ISUP, SCCP,…) giữa các nút IP như gateway báo hiệu (SG), bộ điều khiển cổng phương tiện(MGC) và cổng phương tiện (MG) hoặc cơ sở dữ liệu IP Nhóm công tác Sigtran xácđịnh mục tiêu là:

 Các yêu cầu về chức năng và hiệu năng: Nhóm đưa ra một số các luận điểm(trong các RFC) xác định các yêu cầu tính năng và hiệu năng để hỗ trợ báohiệu qua các mạng IP Các bản tin báo hiệu (nhất là SS7) có yêu cầu về độ trễvà mất gói rất cao phải được đảm bảo như trong mạng điện thoại hiện tại  Các vấn đề về truyền tải: Nhóm công tác đã đưa ra RFC định nghĩa các giao

thức truyền tải báo hiệu được sử dụng và định nghĩa mới các giao thức truyềntải trên cơ sở các yêu cầu xác định ở trên.

Hình 3.3 Mô hình chồng giao thức SIGTRAN

SIGTRAN là một tập các tiêu chuẩn mới do IETF đưa ra nhằm cung cấp một môhình kiến trúc để truyền tải báo hiệu số 7 qua mạng IP Kiến trúc giao thức SIGTRANđược định nghĩa gồm ba thành phần chính (Hình 3.3):

Chuẩn IP.

Giao thức truyền tải báo hiệu chung SCTP: Giao thức hỗ trợ một tập chung cáctính năng truyền tải tin cậy cho việc truyền tải báo hiệu Đặc biệt, SCTP làmột giao thức truyền tải mới do IETF đưa ra.

một giao thức ứng dụng báo hiệu riêng Một vài giao thức phân lớp thích ứngmới được định nghĩa bởi IETF như: M2UA, M2PA, M3UA, SUA.

3.3 ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN GIAO THỨC TRUYỀN TẢI MỚI

Như chúng ta đã biết, giao thức truyền tải dữ liệu tin cậy chính đi kèm giao thứcIP thường là TCP Tuy nhiên, do TCP ra đời đã khá lâu và được thiết kế theo kiểu giaothức hướng gói nên TCP cũng gặp một số hạn chế khi sử dụng cho những ứng dụngmới Với số lượng ứng dụng mới đang tăng lên ngày càng nhiều hiện nay đã cho thấyTCP có quá nhiều hạn chế Các vấn đề giới hạn của TCP thể hiện gồm:

 Cơ chế tin cậy: TCP cung cấp cả hai kiểu chuyển giao dữ liệu là cơ chế hỏiđáp và cơ chế tuần tự Một vài ứng dụng yêu cầu chuyển giao thông tin tincậy mà không cần duy trì thứ tự gói tin, trong khi một số khác lại yêu cầu đápứng cả về thứ tự của gói dữ liệu Đối với TCP, cả hai trường hợp này đều gặpphải hiện tượng “nghẽn đầu dòng” gây nên các trễ không cần thiết.

 Vấn đề thời gian thực: Cơ chế hỏi đáp trong TCP yêu cầu có một độ trễ để xácnhận gói tin, điều này làm cho TCP không đáp ứng được các ứng dụng thờigian thực

 Các vấn đề bảo mật: TCP rất dễ bị tấn công do cơ chế bảo mật trong TCPkhông cao.

Những giới hạn đề cập trên đây của TCP là rất đáng phải quan tâm khi muốntruyền báo hiệu số 7 qua mạng IP và do đó, đây là một động lực trực tiếp cho sự ra đờicủa giao thức SCTP – một giao thức truyền tải mới của SIGTRAN SCTP không chỉgiải quyết được vấn đề truyền tải báo hiệu trong SIGTRAN mà còn có khả năng đápứng cho nhiều ứng dụng khác.

3.4 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRUYỀN TẢI – SCTP

SCTP là một giao thức truyền tải qua IP mới, tồn tại đồng mức với TCP và UDP.SCTP hiện cung cấp các chức năng tầng truyền tải cho nhiều ứng dụng trên cơ sởInternet SCTP được IETF đưa ra và đặc tả trong RFC 2960.

3.4.1 Tổng quan về kiến trúc của SCTP

Về kiến trúc, SCTP nằm giữa tầng tương thích người dùng SCTP và tầng mạngchuyển gói phi kết nối như IP, … Dịch vụ cơ bản của SCTP là chuyển giao tin cậy cácbản tin của người dùng giữa các người dùng SCTP đồng mức SCTP là giao thức

hướng kết nối vì vậy, SCTP thiết lập kết nối giữa hai điểm đầu cuối (gọi là liên hệtrong phiên SCTP) trước khi truyền dữ liệu người dùng của nó.

3.4.2 Tổng quan về chức năng của SCTP

Dịch vụ truyền tải SCTP có thể được phân thành một số chức năng Các chứcnăng này được mô tả như sau (Hình 3.5):

 Thiết lập và hủy bỏ liên kết: Một liên hệ được tạo ra bởi một yêu cầu từ ngườidùng SCTP Cơ chế cookie được dùng trong quá trình khởi tạo để cung cấp sựhỗ trợ bảo vệ chống lại sự tấn công.

 Phân phối tuần tự theo các luồng: Người dùng SCTP có thể xác định số lượngcác luồng được hỗ trợ trong liên hệ tại thời điểm thiết lập liên hệ đó.

 Phân mảnh dữ liệu người dùng: SCTP hỗ trợ phân mảnh và tái hợp các bản tindữ liệu người dùng để đảm bảo cho các gói tin SCTP truyền xuống các tầngthấp hơn phù hợp với MTU.

 Phát hiện và tránh tắc nghẽn: SCTP gán cho mỗi bản tin dữ liệu người dùng(được phân mảnh hoặc không) một số tuần tự truyền dẫn (TSN) Đầu cuối thusẽ xác nhận toàn bộ các TSN và ngắt đoạn (nếu có) thu được.

 Chunk bundling: Gói tin SCTP được phân phối đến tầng thấp hơn bao gồmhai thành phần là tiêu đề chung và theo sau là một hoặc nhiều chunk Hình vẽsau đây mô tả kiến trúc chung của một gói SCTP: