Tài liệu Chương 4: Báo hiệu trong mạng thế hệ sau NGN docx

BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 98 - CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU NGN ----WX---- I. GIỚI THIỆU VỀ BÁO HIỆU Quá trình báo hiệu là một quá trình không thể thiếu trong hoạt động của mạng viễn thông để giúp các thành phần trong mạng có thể trao đổi thông tin với nhau. Trong mạng thế hệ sau NGN có các loại báo hiệu sau: − Báo hiệu cuộc gọi: SIP, H.323 − Báo hiệu giữa MGC – MG hay giữa MGC – server: MGCP, Megaco/ H.248 − Báo hiệu cho PSTN: SIGTRAN − Báo hiệu QoS Trong chương 3 về chuyển mạch mềm ta đã nghiên cứu các giao thức báo hiệu SIP, MGCP và SIGTRAN. Riêng Megaco là giao thức phát triển từ MGCP nên ta sẽ không xét giao thức này. Báo hiệu QoS hiện sử dụng giao thức SIP để yêu cầu chất lượng dòch vụ yêu cầu nên ta cũng khộng xem xét báo hiệu SIP. Báo hiệu H.323 là thành phần quan trọng trong báo hiệu của VoIP (Voice over Internet Protocol) nên sẽ được tìm hiểu trong phần tiếp sau. II. BÁO HIỆU H.323 1. Tổng quan về H.323 H.32x là họ giao thức của ITU-T đònh nghóa các dòch vụ đa phương tiện qua các mạng khác nhau và H.323 là một phần trong họ này. H.323 là giao thức xác đònh các thành phần, các giao thức cũng như các bước thực hiện để cung cấp dòch vụ đa phương tiện qua mạng gói. Các dòch vụ đa phương tiện ở đây có thể là truyền tín hiệu tiếng, tín hiệu hình thời gian thực và dữ liệu. Mạng gói có thể là Internet, EN BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 99 - (Enterprise Network), LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network), WAN (Wide Area Network). H.323 có thể cung cấp 1 trong 3 dòch vụ sau tiếng, hình hay dữ liệu cũng như tổ hợp các dòch vụ trên nên nó có thể được ứng dụng ở nhiều nơi như ứng dụng tại nhà khách hàng, doanh nghiệp hay công nghiệp giải trí. Ngoài ra nó có thể được sử dụng để cung cấp dòch vụ đa phương tiện đa điểm (multipoint multimedia communications). 2. Các thành phần của H.323 Giao thức H.323 đònh nghóa 4 thành phần sau: đầu cuối (terminal – được ký hiệu là T), cổng (gateway - GW), bộ giữ cổng (gatekeeper - GK), và đơn vò điều khiển đa điểm (multipoint control unit - MCU). Riêng với GK thì đây là thành phần lựa chọn, có thể có hoặc không có trong mạng. Và GW và MCU thường được coi là các điểm cuối (endpoint). Các thành phần này có thể được tập trung trong một hệ thống đơn hay được lắp đặt ở nhiều hệ thống khác nhau tại những vò trí đòa lý cũng như vật lý khác nhau. Mô hình mạng H.323 được thể hiện trong hình sau: Mạng gói H.323 Gatekeeper H.323 MCU H.323 Terminal H.323 Gateway PSTN ISDN Terminal Terminal V.70 Telephone H.320 Telephone Hình 4.1 : Mô hình mạng H.323 đơn giản BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 100 - Data - T.120 123 456 789 * 8# Video - H.320 IP Phone - H.324 Media Gateway ISDN Telephone PSTN Media Gateway Data - T.120 123 456 789 * 8# Video - H.320 IP Phone - H.324 Video - H.320 Multipoint Control Unit Gatekeeper Gatekeeper Front end Front end Terminal Terminal Mạng IP Mạng IP Hình 4.2: Mạng H.323 Chồng giao thức mà H.323 hỗ trợ được trình bày trong hình sau: H.323 IP UDP RTP RTCP TCP/UDP TCP UDPUDP TCP Audio Codecs G.711 G.723.1 G.729 Video Codecs H.261 H.263 H.264 V.150 T.120 TCP/UDP T.38 H.225.0 Call Signaling H.245 H.225.0 RAS Terminal Control and Management Data Applications Media Control Multimedia Applications, User Interface Hình 4.3: Các giao thức thuộc H.323 BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 101 - Phần trình bày các giao thức cũng như hoạt động của các giao thức trong mạng H.323 sẽ được xem xét trong phần sau. 2.1 Terminal Là thành phần dùng trong truyền thông 2 chiều đa phương tiện thời gian thực được dùng trong việc kết nối các cuộc gọi. Đầu cuối H.323 có thể là một máy tính, một điện thoại, điện thoại truyền hình, hệ thống voicemail, thiết bò IVR (Interactive Voice Response) hay là 1 thiết bò độc lập có các ứng dụng đa phương tiện H.323. Ngoài ra nó còn tương thích với đầu cuối H.324 của mạng chuyển mạch kênh và mạng di động, đầu cuối H.310 của B-ISDN, đầu cuối H.320 của ISDN, v.v. Một đầu cuối H.323 phải hỗ trợ các đặc tính sau: − H.245 cho việc trao đổi khả năng của đầu cuối và để tạo các kênh thông tin. − H.225 cho quá trình báo hiệu và thiết lập cuộc gọi. − RAS cho việc đăng ký và điều khiển các hoạt động quản lý khác với GK. − RTP/RTCP được sử dụng cho việc truyền các gói thông tin thoại và hình. − G.711 cho quá trình mã hóa và giải mã tiếng nói, T.120 cho hội thảo dữ liệu và hỗ trợ khả năng tương tự của MCU. Hình sau minh họa các giao thức mà một đầu cuối H.323 phải hỗ trợ: Audio applications Video applications Quản lý cuộc gọi tại đầu cuối G.711 G.729 G.723.1 H.261 H.263 RTP RTCP H.225.0 RAS H.225.0 Call signaling H.245 Control signaling T.120 Data Các giao thức truyền tải và giao diện mạng Hình 4.4: Chồng giao thức tại đầu cuối H.323 BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 102 - 2.2 Gateway GW là thành phần dùng để kết nối 2 mạng khác loại nhau. Một cổng H.323 dùng để liên kết mạng H.323 với mạng không phải là mạng chuẩn H.323. Việc kết nối giữa 2 mạng khác loại nhau thực hiện được nhờ việc dòch các giao thức (protocol translation) khác nhau cho quá trình thiết lập và giải tỏa cuộc gọi, việc chuyển đổi dạng thông tin giữa các mạng khác nhau và việc truyền thông tin giữa các mạng kết nối với GW. Tuy nhiên một GW sẽ không cần thiết cho việc liên lạc giữa các đầu cuối thuộc cùng mạng H.323. Cấu tạo của một gateway bao gồm một Media Gateway Controller (MGC), Media Gateway (MG) và Signaling Gateway (SG) được minh họa trong hình vẽ sau: SS7 PSTN Media GatewayMedia Gateway Controller SS7 link TDM Media Gateway Gatekeeper H.323 Terminal SIGTRAN MGCP/ Megaco RTP H.245 RAS Hình 4.5: Cấu tạo của gateway Chức năng của MGC, MG, SG được trình bày trong chương 1, phần Cấu trúc vật lý của mạng NGN. Các đặc tính cơ bản của một gateway: − Một GW phải hỗ trợ các giao thức hoạt động trong mạng H.323 và mạng sử dụng chuyển mạch kênh (SCN – Switched Circuit Network). − Về phía H.323, GW phải hỗ trợ báo hiệu điều khiển H.245 cho quá trình trao đổi khả năng hoạt động của terminal cũng như của GW, báo hiệu cuộc gọi H.225, báo hiệu RAS. BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 103 - − Về phía SCN, GW phải hỗ trợ các giao thức hoạt động trong mạng chuyển mạch kênh (như SS7 sử dụng trong PSTN). Các giao thức mà một GW phải hỗ trợ được minh họa trong hình sau: Dòch vụ tính cước Điều khiển cuộc gọi liên mạng (2 mạng khác loại) Bộ quản lý cuộc gọi GW H.245 Báo hiệu điều khiển H.225.0 Báo hiệu cuộc gọi H.225.0 RAS (client) RTCPRTP Lớp điều khiển cuộc gọi báo hiệu SCN Lớp điều khiển kết nối báo hiệu Giao diện vật lý báo hiệu SCN Các giao thức lớp truyền tải và giao diện mạng Hình 4.6: Chồng giao thức của một Gateway 2.3 Gatekeeper Một GK được xem là bộ não của mạng H.323, nó chính là điểm trung tâm cho mọi cuộc gọi trong mạng H.323. Mặc dù là thành phần tùy chọn nhưng GK cung cấp các dòch vụ quan trọng như việc dòch đòa chỉ, sự ban quyền và nhận thực cho đầu cuối terminal và GW, quản lý băng thông, thu thập số liệu và tính cước. Ngoài ra nó cũng cung cấp dòch vụ đònh tuyến cuộc gọi. Đây là một chức năng có rất nhiều ưu điểm vì quá trình giám sát cuộc gọi cũng như đònh tuyến qua GK sẽ cung cấp hoạt động mạng tốt hơn. Điều này là do việc GK đưa ra quyết đònh đònh tuyến dựa trên rất nhiều yếu tố, ví dụ như yếu tố cân bằng tải giữa các GW. BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 104 - Bộ quản lý Gatekeeper H.225.0 RAS (server) H.225.0 Báo hiệu cuộc gọi H.245 Báo hiệu điều khiển Dòch vụ tính cước Dòch vụ thư mục Dòch vụ bảo mật Quản lý cuộc gọi/ chính sách Các giao thức truyền tải và giao diện mạng Hình 4.7: Chức năng của một Gatekeeper Các chức năng cần thiết của một GK: − Dòch đòa chỉ (Address Translation): một cuộc gọi đi trong mạng H.323 có thể dùng bí danh (alias) để chỉ đòa chỉ của đầu cuối đích (destination terminal). Do đó ta cần phải sử dụng chức năng này để dòch bí danh sang đòa chỉ H.323. − Quản lý việc thu nhận điểm cuối (Admission Control): GK sử dụng báo hiệu RAS để quản lý việc tham gia vào mạng H.323 để có thể tham gia vào một kết nối nào đó của các điểm cuối dựa vào một số tiêu chuẩn như băng thông còn trống, sự cho phép hay một số tiêu chuẩn khác mà một số yêu cầu đặc biệt khác đòi hỏi đáp ứng. − Điều khiển băng thông (Bandwidth Control): GK điều khiển băng thông bằng báo hiệu RAS. Ví dụ nếu người điều hành mạng đã xác đònh số cuộc gọi tối đa được thực hiện cùng lúc thì mạng có quyền từ chối bất cứ cuộc gọi nào khi số cuộc gọi tại thời điểm đó đã đạt đến ngưỡng này. − Quản lý vùng hoạt động (Zone management): GK chỉ có thể thực hiện các chức năng trên đối với các terminal, GW và MCU thuộc vùng quản lý của nó. Hay nói cách khác BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 105 - GK đònh nghóa các điểm cuối (endpoint) nó quản lý. Vùng hoạt động sẽ được đònh nghóa ở phần tiếp sau. Các chức năng tùy chọn của GK: − Báo hiệu điều khiển cuộc gọi (Call Control Signaling). − Chấp nhận cuộc gọi (Call Authorization): GK có quyền quyết đònh cho một điểm cuối (endpoint) có thể thực hiện một cuộc gọi hay không. − Quản lý cuộc gọi (Call Management): chức năng này cho phép GK lưu trữ tất cả các thông tin về các cuộc gọi mà nó xử lý (các cuộc gọi xuất phát từ vùng hoạt động của nó). 2.4 Multipoint Control Unit Multipoint Control Unit (MCU) là thành phần hỗ trợ trong dòch vụ hội nghò đa điểm có sự tham gia của từ 2 terminal H.323 trở lên. Mọi terminal tham gia vào hội nghò đều phải thiết lập một kết nối với MCU. Và MCU quản lý tài nguyên phục vụ cho hội nghò, thương lượng giữa các terminal để xác đònh loại codec (Coder/ Decoder) nào cho tiếng và hình được sử dụng đồng thời xử lý dòng thông tin truyền. Một MCU bao gồm 2 thành phần con: bộ điều khiển đa điểm (Multipoint Controller – MC) và thành phần tùy chọn bộ xử lý đa điểm (Multipoint Processor – MP). BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 106 - H.245 Báo hiệu cuộc gọi Multipoint Controller Multipoint Processor Multipoint Control Unit RTP Các giao thức truyền tải và giao diện mạng Hình 4.8: Cấu tạo của Multipoint Control Unit MC có chức năng quản lý báo hiệu cuộc gọi. Trong lúc đó, MP xử lý việc trộn và chuyển mạch các dòng thông tin cũng như các quá trình xử lý thông tin khác. 3. Vùng hoạt động Một vùng hoạt động H.323 là tập hợp tất cả các đầu cuối, các GW và các MCU chòu sự quản lý duy nhất của một GK. Vùng hoạt động này độc lập với topo của mạng thực tế và có thể bao gồm nhiều đoạn mạng (segment) nối với nhau qua router hay các thiết bò khác. Mô hình về một vùng hoạt động đơn giản được minh họa trong hình sau: MCU GK GW T Vùng hoạt động H.323 Hình 4.9: Một vùng hoạt động BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 107 - 4. Các giao thức thuộc H.323 4.1 Các giao thức mã hóa, giải mã cho tín hiệu thoại và hình Các giao thức mã hóa và giải mã cho thoại gồm có: G.711 (64kbps), G.722 (64, 56 và 48kbps), G.723.1 (5.3 và 6.3kbps) và G.729 (8kbps). Các giao thức mã hóa và giải mã cho tín hiệu hình bao gồm: h.261 và H.263. Các giao thức này đề nghò SV tự nghiên cứu và tìm hiểu thêm (lưu ý về các kỹ thuật mã hóa và giải mã cũng như ưu nhược điểm của từng loại). 4.2 Giao thức báo hiệu RAS (H.225.0) Giao thức RAS (Registration, Admission and Status) là giao thức được sử dụng để thực hiện việc đăng ký, quản lý việc tham gia của các điểm cuối, thay đổi băng thông, trao đổi trạng thái và loại bỏ đăng ký giữa các điểm cuối với GK. Các bản tin RAS sẽ được trao đổi qua kênh báo hiệu RAS và kênh báo hiệu này sẽ được thiết lập đầu tiên trước khi các kênh khác được thiết lập. Ngoài ra, các bản tin RAS được truyền qua giao thức UDP không tin cậy nên việc trao đổi các bản tin này có thể bò timeout và dẫn đến việc chúng sẽ được phát lại. Các bản tin RAS truyền qua UDP nhờ các cổng 1718 (cho multicast) và 1719 (cho unicast – có nghóa là chỉ truyền đến 1 nơi nhận). Ghi chú: các endpoint ở đây có thể là GW hay terminal. Phần lớn các bản tin RAS có 3 loại: yêu cầu (request, thường được viết tắt xRQ), xác nhận (confirm, viết ngắn gọn là xCF) và từ chối (reject, viết gọn là xRJ). Một số trường hợp đặc biệt sẽ được đề cập sau. Báo hiệu RAS có các chức năng cơ bản như sau: − Khám phá GK hay xác đònh GK (Gatekeeper discovery): cho phép một endpoint xác đònh GK điều khiển nó. Quá trình này có thể được thực hiện động hay tónh. Đối với quá trình xác đònh tónh thì điểm cuối đã biết trước đòa chỉ truyền tải (transport address) hay đòa chỉ mạng của GK quản lý nó. Đối với quá trình xác đònh động thì điểm cuối sẽ phát đi bản tin multicast GRQ (Gatekeeper discovery [...]... dụng giao thức báo hiệu H.225: - 110 - BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu SETUP CALL PROCEEDING PROGRESS G W ALERTING G W CONNECT Trao đổi thông tin RELEASE COMPLETE Hình 4.10: Quá trình báo hiệu cuộc gọi cơ bản sử dụng H.225 4.4 Giao thức báo hiệu điều khiển H.245 Báo hiệu điều khiển H.245 giống báo hiệu điều khiển Q.931 nhưng không phải tất cả các bản tin có trong Q.931 đều được sử dụng trong H.245 mà... khác được sử dụng trong các trường hợp đặc - 109 - BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu biệt là “Unknown Message Response” và “Non-standard Message” 4.3 Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225 Đây là giao thức hỗ trực các chức năng báo hiệu cho một cuộc gọi, được sử dụng để thiết lập kênh kết nối giữa các endpoint Quá trình trao đổi các bản tin báo hiệu cuộc gọi H.225 được thực hiện qua kênh báo hiệu cuộc gọi,... thúc cuộc gọi: lần lượt sử dụng báo hiệu H.245, H.225 và RAS Các hình sau sẽ minh họa các giai đoạn báo hiệu của quá trình thực hiện 1 cuộc gọi trong mạng H.323 Ở đây không xét đến quá trình phát hiện Gatekeeper cũng như quá trình đăng ký (giả sử các quá trình này đã được thực hiện trong giai đoạn đầu mới thiết lập mạng) Trong các minh họa sau ta sẽ xét đến quá trình báo hiệu giữa 2 terminal có thông... H.245 H.225 RAS Hình 4. 14: Quá trình kết thúc cuộc gọi III KẾT LUẬN Sau khi tìm hiểu báo hiệu H.323 ta thấy giao thức báo hiệu này phức tạp hơn giao thức báo hiệu SIP Nhưng giao thức H.323 cho phép quản lý các thành phần tham gia vào mạng một cách khá chặt chẽ Vì vậy tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của mạng ta sẽ có lựa chọn giao thức báo hiệu thích hợp - 115 - ... trình thực hiện 1 cuộc gọi tiêu biểu trong H.323 bao gồm các giai đoạn sau: − Khám phá GK và đăng ký: sử dụng báo hiệu RAS − Thiết lập cuộc gọi: lần lượt sử dụng báo hiệu RAS (có thể trong giai đoạn này xảy ra quá trình xác đònh điểm cuối thông qua bí danh alias) và H.225 − Quá trình thương thảo các thông số cuộc gọi và xác đònh khả năng của điểm cuối: sử dụng báo hiệu H.245 − Quá trình trao đổi thông... tin yêu cầu cần phải được đi kèm theo sau là một bản tin đáp ứng, trong khi đó bản tin lệnh thì không nhất thiết cần có bản tin đáp ứng Các chức năng chính của H.245 là − Trao đổi khả năng (Terminal Capability Exchange) − Báo hiệu kênh luận lý (Logical Channel Signaling) − Xác đònh Master/ Slave (Master/ Slave Determination) - 111 - BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu − Điều khiển hội nghò (Conference... tin từ chối của bản tin TerminalCapabilitySet − TerminalCapabilitySetRelease: là bản tin loại chỉ đònh nhằm thông báo nó (bên chủ gọi) đã phát đi bản tin TerminalCapabilitySet nhưng chưa nhận được đáp ứng trong một thời gian cho trước nào đó - 112 - BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu * Báo hiệu kênh luận lý Một điểm cuối có thể yêu cầu thiết lập một kênh luận lý bằng cách gởi bản tin openLogicalChannel... Để có thể đóng 1 kênh báo hiệu điều khiển H.245 thì điểm cuối trước hết phải đóng tất cả các kênh luận lý và chờ tất cả bản tin đáp ứng cho yêu cầu đóng các kênh luận lý đó Sau đó nó sẽ gởi một lệnh (command) endSession cho điểm cuối bò gọi và đợi đến lúc nhận được đáp ứng endSession từ phía bên kia thì nó mới có thể đóng kênh báo hiệu điều khiển H.245 5 Quá trình thực hiện báo hiệu Quá trình thực hiện... GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu Terminal Gatekeeper Terminal ARQ ACF SETUP CALL PROCEEDING ARQ ACF ALERTING CONNECT RAS H.225 Hình 4.11: Quá trình thiết lập cuộc gọi Terminal Gatekeeper Terminal TerminalCapabilitySet TerminalCapabilitySetAck TerminalCapabilitySet TerminalCapablitySetAck openLogicalChannel openLogicalChannelAck openLogicalChannel openLogicalChannelAck H.245 Hình 4.12: Quá trình báo hiệu. .. dụng giao thức TCP Các bản tin H.225 được trao đổi trực tiếp giữa các endpoint nếu không có GK trong mạng H.323 Nếu trong mạng có GK, các bản tin này có thể được truyền trực tiếp giữa các endpoint hay được truyền thông qua GK để tới các endpoint Cách thức truyền sẽ được xác đònh trong quá trình thực hiện báo hiệu RAS, qua bản tin tham gia cuộc gọi Các bản tin cơ bản bao gồm: − Bản tin SETUP: được sử . BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 98 - CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU NGN ----WX---- I. GIỚI THIỆU VỀ BÁO HIỆU Quá trình báo hiệu là một quá. thiếu trong hoạt động của mạng viễn thông để giúp các thành phần trong mạng có thể trao đổi thông tin với nhau. Trong mạng thế hệ sau NGN có các loại báo hiệu