Vài trò của các loại báo hiệu trong việc cung cấp dịch viễn thông

Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới Mụclục 1. Giới thiệu. Trong ngành viễn thông thì báo hiệu đóng vai trò hết sức quan trọng. Có thể nói, báo hiệu giống như hệ thống thần kinh, điều khiến toàn bộ cơ thể là các thành phần trong hệ thống viễn thông. Lịch sử về các hệ thống báo hiệu đã trải qua một chặng đường dài từ báo hiệu trong các tổng đài nhân công đến báo hiệu trong các tổng đài số tự động. Từ báo hiệu thô sơ kiểu như hệ thống báo hiệu DC từ DC1 đến DC 11, báo hiệu AC từ AC1-AC17 đến các báo hiệu đa tần (multi frequency systems) MF1 đến MF6. Từ các báo hiệu kênh riêng như báo hiệu số 5 đến các báo hiệu kênh chung hiện đại hơn như báo hiệu số 6, báo hiệu số 7. Từ chỗ báo hiệu chỉ là dành cho các tổng đài trong thoại cố đinh mạng PSTN đến các báo hiệu dành cho VoIP, các báo hiệu cho mạng GSM, UMTS, LTE , báo hiệu cho mạng thông minh và IMS. Bài tiểu luận này sẽ trình bày về khía cạnh khả năng tạo dịch vụ của một số báo hiệu phổ dụng đang được dùng trong mạng viễn thông hiện tại cũng như đưa ra nhận xét về khả năng phát triển của chúng trong tương lai dựa trên các kinh nghiệm thực tế sau một thời gian làm việc trong ngành viễn thông của ngừoi viết. 1 Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới 2. Báo hiệu đường dây thuê bao Báo hiệu đường dây thuê bao là báo hiệu giữa thuê bao và tổng đài nội hạt. Có hai loại báo hiệu là báo hiệu dành cho điện thoại tương tự và báo hiệu dành cho điện thoại số mà chủ yếu là điện thoại ISDN. Ở đây ta chỉ xét đến báo hiệu tương tự, còn báo hiệu ISDN sẽ được nói đến ở phần sau. Để thiết lập cuộc gọi thuê bao “nhấc tổ hợp” máy. Trạng thái “nhấc tổ hợp” được tổng đài phát hiện và nó gửi tín hiệu “mời quay số” đến thuê bao. Lúc này thuê bao có thể quay số của thuê bao cần gọi. Khi quay số xong thuê bao nhận được một số tín hiệu của tổng đài tương ứng với trạng thái như tín hiệu “hồi âm chuông”, tín hiệu “báo bận” hay một số tín hiệu đặc biệt khác. Hình 1: Lưu đồ báo hiệu thuê bao Báo hiệu thuê bao có thể được chia làm các nhóm báo hiệu sau:  Tín hiệu giám sát. Những tín hiệu này cũng được gọi là tín hiệu đường dây. Chúng được gửi bởi thuê bao đến tổng đài nội hạt. Các tín hiệu giám sát được gửi để yêu cầu khởi tạo 2 Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới hay kết thúc một kết nối. Các tín hiệu giám sát được trả về (trả lời, ngắt kế nối của bị gọi) thay đổi tình trạng của cuộc gọi  Tín hiệu địa chỉ. Tín hiệu này xảy ra khi điện thoại được nhấc máy và thuê bao chủ gọi quay số. Có hai loại tín hiệu địa chỉ thường dùng đó là tính xung thập phân DP và tín hiệu đa tần DTMF  Tín hiệu chuông. Được gửi bởi tổng đài tới thuê bao bị gọi để chỉ ra rằng có thuê bao đang gọi đến.  Tone và âm báo. Có những tín hiệu âm tần được gửi cho chủ gọi như tín hiệu mời quay số, báo bận, báo chuông, báo tắc nghẽn… trong quá trình cuộc gọi Các loại báo hiệu trên chủ yếu để dành cho thực hiện cuộc gọi trong mạng PSTN. Tuy vậy ngày nay cũng có các báo hiệu đường dây thuê bao để cung cấp các dịch vụ bổ sung. Khách hàng có thể sử dụng các dịch vụ này bằng cách ấn các mã dịch vụ thường là bắt đầu bởi phím sao * hoặc phím thăng #. Các dịch vụ kiểu này thường là các dịch vụ phổ biến sau:  Cuộc gọi chờ : Nếu một thuê bao đang trong cuộc gọi lại có một cuộc gọi khác gọi đến cho anh ta, tổng đài sẽ gửi tính hiệu đặc biệt cho anh ta. Nếu anh ta muốn nhận cuộc gọi thì nhấn phím flash để đưa cuộc gọi hiện tại vào trạng thái chờ và nhận cuộc gọi thứ hai. Cũng có thể nhấn phím flash để chuyển qua lại giữa hai cuộc gọi.  Dịch vụ chuyển hướng cuộc gọi. (call forwarding). Người dùng có thể dùng dịch vụ này để chuyển các cuộc gọi để nhận trên một máy thứ ba. Tùy thuộc trạng thái cuộc gọi (bận, không trả lời, hay vô điều kiện) mà cuộc gọi được nhận trên một máy thứ ba nào đó. Việc kích họat/hủy kích họat dịch vụ này có thể dùng các mã truy nhập dịch vụ (prefix) bắt đầu bởi phím *, # như *1, #1 hoặc các hậu tố (suffix) như phím flash cộng với mã…trong quá trình cuộc gọi.  Dịch vụ báo thức.  Dịch vụ không làm phiền (Do not disturb).  Đàm thoại hội nghị ba bên.  Nghe xen, nghe trộm.  Caller ID.  Cướp cuộc gọi (pickup call)  …. Nhận xét. Các dịch vụ bổ sung này chỉ có trên nền thoại và và được dùng trong mạng PSTN cũng như các tổng đài nội bộ PBX về cơ bản là được lập trình sẵn không thể thay đổi. Ngoài ra các báo hiệu thuê bao tương tự này được thiết kế chỉ cho thoại nên không thể hỗ trợ các loại hình dịch vụ khác. 3. Báo hiệu kênh liên kết – Báo hiệu kênh riêng. Báo hiệu kênh liên kết hay báo hiệu kênh riêng phổ biến gồm có các kiểu báo hiệu đa tần hệ thống Bell, báo hiệu số 5 (CCITT No5), báo hiệu R1, R2. Do hiện tại báo hiệu R2 vẫn còn được dùng phổ biến trong các tổng đài PBX cũng như kết nối giữa PBX và các host nên chỉ đề cập đến báo hiệu R2 ở đây. Đây là hệ thống báo hiệu kênh liên kết, dùng các tổ hợp mã đa tần 3 Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới MFC để trao đổi thông tin báo hiệu giữa các tổng đài trên mạng viễn thông số liên kết IDN hoặc mạng viễn thông kết hợp số/tương tự. Báo hiệu R2 bao gồm hai báo hiệu cơ bản là báo hiệu đường dây và báo hiệu thanh ghi. Báo hiệu đường dây bao gồm những tín hiệu liên quan đến việc chiếm dụng, giám sát và giải tỏa. Báo hiệu đường dây dùng khe thời gian thứ 16 của hệ thống PCM 30 để truyền tín hiệu đường dây. Sắp xếp tín hiệu báo hiệu đường dây trong khe thời gian thứ 16 của hệ thống PCM 30 tuân theo bảng sau Trong bốn bit tín hiệu báo hiệu đường dây abcd chỉ sử dụng hai bit a và b cho mỗi hướng, bit c lấy giá trị 0, bit d lấy giá trị 1. Các trạng thái mạch trong báo hiệu đường dây không xung tính cước và các mã báo hiệu tương ứng được quy định trong bảng sau: Báo hiệu thanh ghi là báo hiệu mang tính hiệu quay số, loại thuê bao chủ gọi, bị gọi,biểu diễn trang thái của thuê bao chủ gọi, bị gọi. Mỗi tín hiệu báo hiệu thanh ghi được tạo bởi một tổ hợp hai tần số. Trong tín hiệu báo hiệu thanh ghi hướng đi thì các tần số hướng đi được tổ hợp thành tín hiệu nhóm I và nhóm II. Trong tín hiệu báo hiệu thanh ghi hướng về, các tần số hướng về được tổ hợp thành tín hiệu nhóm A và nhóm B. Ý nghĩa các tín hiệu hướng đi nhóm 1 như sau: 4 Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới Các tín hiệu hướng đi nhóm II như sau Tín hiệu hướng về nhóm A 5 Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới Các tín hiệu hướng về nhóm B 6 Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới Nhận xét. Như vậy báo hiệu R2 chỉ có thể đủ sử dụng cho một cuộc gọi thoại cơ bản, không mang dịch vụ gia tăng gì khác ngoại trừ Caller ID. Hơn nữa báo hiệu R2 rất chậm nên thực tế không thể dùng cho các báo hiệu liên đài giữa các host với nhau hoặc với tandem. Nó chỉ có thể sử dụng giữa các PBX với nhau hoặc PBX với host. 4. Báo hiệu trong hệ thống truy nhập V5.x và GR-303. Một hệ thống truy nhập là một hệ thống phục vụ một số thuê bao và kết nối với tổng đài nội hạt thông qua một số đường truyền tải (E1cho V5.x và T1 GR-303). Với hệ thống truy nhập, trách nhiệm điều khiển cuộc gọi luôn nằm trên tổng đài nội hạt và không có chuyển mạch nội bộ được hỗ trợ. Chức năng báo hiệu chính của mạng truy nhập gồm có:  Quản lí TS: Chức năng này gán và/hoặc kích họat các khe thời gian trong một luồng E1/T1 cho việc kết nối đến các thuê bao số hoặc analog sau đó giải phóng và/hoặc bỏ kích họat chúng khi chúng khong còn đường sử dụng nữa.  Điều khiển cuộc gọi cho thuê bao analog. Thực chất tín hiệu mạch vòng thuê bao sẽ được chuyển thành tín hiệu số và chuyển đến cho tổng đài và ngược lại.  Chuyển mạch bảo vệ . Chức năng này giữa AS và LE (tổng đài nội hạt) khi một kết nối E1/T1 bị hỏng.  Điều khiển cuộc gọi cho thuê bao ISDN Các báo hiệu điển hình cho hệ thống truy nhập là GR-303 của Telcordia và V5.1, V5.2 bởi ITU-T và ETSI. Nhận xét. Đứng về mặt dịch vụ thì báo hiệu trong hệ thống truy nhập chỉ phục vụ cho việc truy nhập từ thuê bao vào tổng đài nội hạt mà không tự mình tạo ra được dịch vụ. Tất cả các logic dịch vụ sẽ vẫn nằm trên tổng đài và báo hiệu trong mạng truy nhập chỉ hỗ trợ việc “mang” các dịch vụ này đến với người dùng. 5. Báo hiệu kênh chung Trong hệ thống báo hiệu kênh chung như CCS6, CCS7 thì CCS7 là chính là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất và thành công nhất. Trước hết xin được giới thiệu tổng quan báo hiệu C7 Các thành phần trong mạng báo hiệu CCS7. SSP (Service Switch Point) SSP luôn gắn liền với chức năng chuyển mạch. Do chuyển mạch được phân cấp (sự phân cấp của hệ thống viễn thông) nên các SSP cũng được phân cấp. Một chuyển mạch với chức năng CCS7 sẽ có 2 giao diện: giao diện kết nối chức năng thoại 7 Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới giao diện kết nối cho dữ liệu CCS7 Có thể nói các chuyển mạch đồng nghĩa với SSP. Bởi lẽ, các SSP chuyển báo hiệu cho cuộc gọi thành các bản tin báo hiệu CCS7. Chức năng chính của SSP là xử lý cuộc gọi, quản lý cuộc gọi và giúp định tuyến cuộc gọi tới đích. SCP (Service Control Point) SCP cung cấp các dịch vụ truy cập cơ sở dữ liệu (CSDL) tới mạng điện thoại. Ví dụ dịch vụ của SCP là dịch vụ chuyển đổi số 1-800 (toll-free) hay dịch vụ Local number Portability (LNP) ở Mỹ. SCP hoạt động như là một giao diện tới máy tính có lưu CSDL. STP (Service Tranfer Point) STP được xem như là các router trong mạng CCS7. Chức năng của chúng là định tuyến các bản tin giữa hai SSP hoặc giữa SCP và SSP. Không nhất thiết phải có một STP giữa hai SSP để truyền tin cho nhau nhưng bản tin muốn từ SSP tới SCP thì nhất thiết phải đi qua STP. Thông thường hai STP thường được nối với nhau thành cặp. Trong đó, một STP là STP hoạt động chính còn STP kia để dự phòng. Hình 2 Mạng báo hiệu CCS7 Liên kết trong mạng CCS7 Hình 3:Các liên kết trong mạng CCS7 Liên kết A (Access): Liên kết A nối giữa SSP với STP, hoặc giữa SCP với STP. 8 Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới Liên kết B (Bridge): Nối giữa STP thuộc cặp này với STP thuộc cặp khác. Liên kết này cho phép mở rộng mạng CCS7 để có thể định tuyến bản tin trong mạng. Liên kết C (Cross): Liên kết C nối hai STP thành một cặp. Việc liên kết này giúp cho hai STP hoạt động như là một STP chính và một STP dự phòng trong trường hợp STP chính bị hỏng hoặc tắc nghẽn xảy ra. Liên kết D (Diagonal): Nối giữa các STP thuộc cấp thấp với STP thuộc cấp cao hơn. Ví dụ như nối giữa STP địa phương (local) với STP liên tỉnh (regional) Liên kết E (Extended): Nối trực tiếp một SSP với STP không thuộc chủ của nó. Liên kết F (Full associated): Nối hai SSP trực tiếp với nhau không cần thông qua STP. Giao thức trong mạng CCS7 Hình 4 Giao thức CCS7 Message Transfer Part (MTP) Lớp 1,2,3 cung cấp giao thức giao vận cho cho tất cả các giao thức CCS7 khác. Chức năng của MTP bao gồm đặc tính giao diện mạng, truyền tin tin cậy, xử lý bản tin và định tuyến. Signaling Connection Control Part (SCCP) cung cấp dịch vụ định địa chỉ đầu cuối-đầu cuối và định tuyến bản tin lớp 4 như Transaction Capabilities Application Part (TCAP). Telephone User Part (TUP) là hệ thống báo hiệu link-by-link được sử dụng để kết nối cho cuộc gọi thoại và fax. ISDN User Part (ISUP) là giao thức sử dụng để thiết lập và duy trì kết nối cho cuộc gọi thoại và dữ liệu dựa trên mạng kênh. TCAP cho phép truy cập tới CSDL từ xa, cung cấp các thông tin định truyến và các các đặc trưng khác cho các thành phần mạng ở xa. 9 Tiểu luận môn học nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới Giao thức lớp Lớp vật lý MTP1 Lớp vật lý thiết đặt các đặc tính lý, điện của liên kết báo hiệu. Chức năng của lớp này giống như Lớp vật lý của mô hình OSI, Giao thức lớp Liên kết dữ liệu MTP2 Giao thức MTP2 tạo liên kết điểm-điểm đáng tin cậy giữa hai đầu cuối trong mạng và hoạt động . Giao thức MTP2 sử dụng các gói được gọi là đơn vị báo hiệu để truyền các bản tin CCS7. Các đơn vị báo hiệu này cho phép phát hiện lỗi, chỉ thị trạng thái liên kết và bản tin CCS7 cần truyền. Giao thức Lớp mạng MTP3 Lớp mạng của CCS7 được gọi là MTP3. Giao thức MTP3 định tuyến bản tin CCS7 dựa vào bản tin lớp 2 nhận được. MTP3 cung cấp khởi thủy cho phép truyền tin giữa các giao thức lớp 4 như SCCP, ISUP, TUP, và TCAP cũng như truyền và nhận tin từ MTP2. Hình 5 Cấu trúc bản tin MTP3 Bản tin lớp ứng dụng (Signalling Connection Control Part) SCCP cung cấp dịch vụ mạng ở mức đỉnh của MTP3. Sự kết hợp của hai lớp này được gọi là Network Service Part (NSP) của CCS7. TCAP sử dụng dịch vụ của SCCP để truy cập CSDL trong mạng CCS7. SCCP cung cấp các giao diện dịch vụ tới TCAP và ISUP. Dịch vụ định tuyến SCCP cho phép STP thực hiện Global Title Translation (GTT) bằng các xác định DPC và số hệ thống con trong CSDL đích. Các dịch vụ cung cấp bởi SCCP gồm: Dịch vụ hướng kết nối (Connection-Oriented Services): SCCP hỗ trợ dịch vụ hướng kết nối cho TCAP và ISUP nhưng dịch vụ này hiện nay không còn được sử dụng. 10