2. Khái niệm về softswitch
2.2 Vị trí của softswitch trong NGN
Do có chức năng là xử lý cuộc gọi (Call control ) nên vị trí tơng ứng của Softswitch trong mô hình phân lớp chức năng của NGN là lớp Điều khiển cuộc gọi và báo hiệu (Call Control and Signaling Layer) . Và các thực thể chức năng của Softswitch là MGC-F, CA-F, IW-F, R-F, và A-F.
Hình 1.3: Vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng của NGN
2.3 Thành phần chính của chuyển mạch mềm.
Thành phần chính của chuyển mạch mềm là bộ điều khiển cổng thiết bị Media Gateway Controller (MGC). Bên cạnh đó còn có các thành phần khác hỗ trợ hoạt động nh : Signaling Gateway (SG), Media Gateway (MG), Media Server (MS), Application Server(AS)/Feature Server(FS).
Trong đó Media Gateway là thành phần nằm trên lớp Media Layer, Signaling Gateway là thành phần ở trên cùng lớp với MGC, Media Server và Application Server/ Feature Server nằm trên lớp Application and Service Layer.
Cách kết nối các thành phần trên đợc thể hiện trên hình sau:
Một MGC có thể quản lý nhiều MG. Hình trên chỉ minh hoạ 1 MGC quản lý 1 MG, và một MG có thể nối đến nhiều loại mạng khác nhau.
Media Gateway Controller.
MGC chính là thành phần của chuyển mạch mềm , và cũng thờng đợc gọi là Softswitch hay Call Agent. Các chức năng chính của MGC đợc thể hiện trong hình sau :
Hình 1.4: Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng thế hệ sau NGN
CA-F và IW-F là 2 chức năng con của MGC-F, CA-F đợc kích hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiiển cuộc gọi. Và IW-F đợc kích hoạt khi MGC-F thực hiện báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau. Riêng thực thể chức năng Inter-operator Manager có nhiệm vụ liên lạc , trao đổi thông tin giữa các MGC với nhau.
MGC có nhiệm vụ tạo cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau bao gồm PSTN, SS7, IP.
Các chức năng chính của MGC:
- 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 liên quan QoS.
- Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu.
- Định tuyến (bao gồm bảng định tuyến , phân tích số và dịch số).
- Tơng tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho ngời sử dụng.
- Có thể quản lý các tài nguyên mạng (port, băng tần, )…
Các giao thức MGC có thể sử dụng :
- Để thiết lập cuộc gọi : H.323, SIP.
- Điều khiển Media Gateway: MGCP, Megaco/H.248.
- Điều khiển Signaling Gateway : SIGTRAN (SS7).
- Để truyền thông tin : RTP, RTCP.
Các thành phần mạng của NGN liên lạc với nhau qua các giao thức đợc thể hiện trong hình sau :
Trong đó: SIP: Session Initiation Protocol.
SIGTRAN: Signaling Transport Protocol. MGCP: Media Gateway Controller Protocol. Megaco: Media Gateway Controller Protocol. ENUM: E.164 Number (IETF).
TRIP: Telephony Routing over IP (IETF).
Hình 1.6: Giao thức sử dụng cho các thành phần
Một ví dụ về việc sử dụng MGC:
Trong đó RTP : Real Time Transport Protocol. RTCP: Realtime Control Protocol. SPS-F: SIP Proxy Server Function.
Trong ví dụ này , vì sử dụng giao thức SIP để khởi tạo kết nối nên MGC sẽ có thêm chức năng SPS-F, SPS-F hỗ trợ cho R-F trong quá trình định tuyến.
Ta thấy trong mạng này không chỉ hỗ trợ các mạng cung cấp dịch vụ truyền thống mà còn có các mạng cung cấp dịch vụ mới (H.323, SIP, IP Phone, ).…
2.4 Các giao thức báo hiệu sử dụng trong Chuyển mạch mềm.
Các giao thức báo hiệu chính sử dụng trong các hệ thống chuyển mạch mềm là
• H.323
• SIP (Session Initiation Protocol)
• MGCP (Media Gateway Control Protocol)
• Megaco
Hình 1.8 Quan hệ giữa các giao thức trong mạng VoIP
Giao thức H.323 phiên bản 1 và 2 hỗ trợ H.245 trên nền TCP, Q.931 trên nền TCP và RAS trên nền UDP. Các phiên bản 3 và 4 của H.323 hỗ trợ thêm H.245 và Q.931 trên nền UDP. Giao thức SIP hỗ trợ cả TCP và UDP.
Trong mạng NGN các cuộc gọi thoại đều là các cuộc gọi VoIP. Chính vì thế chúng tôi sẽ đề cập đến các giao thức báo hiệu trọng mạng VoIP một cách chi tiết hơn.
2.4.1 Giao thức H.323
Khi đề cập đến thoại IP, tiêu chuẩn quốc tế thờng đợc đề cập đến là H.323. Đợc ban hành lần đầu tiên vào năm 1996 và gần đây nhất vào 2/1998, khuyến nghị này hiện đang là một bản chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản về các sản phẩm thoại qua IP. Tuy nhiên khuyến nghị H.323 rất chung chung nên ít đợc coi là tiêu chuẩn cụ thể. Trong thực tế, hoàn toàn có thể thiết kế một hệ thống hoàn toàn thoại tuân thủ H.323 mà không cần đến IP. Khuyến nghị này chỉ đa ra yêu cầu về "giao diện mạng gói" tại thiết bị kết cuối. Có một chút đặc biệt là H.323 dự định giành cho X.25, sau đó là ATM, nhng giờ đây lại là Internet và TCP/IP, trong khi đó có rất ít H.323 đợc vận hành trên mạng X.25 và ATM.
Theo tiêu đề của ITU-T cho H.323:"Hệ thống truyền thông đa phơng tiện dựa trên công nghệ gói", H.323 thực tế đã mô tả cách thức của hệ thống kết nối là những hệ thống có nhiều khả năng hơn ngoài các khả năng truyền và nhận tín hiệu audio thoại. Ngời ta hy vọng rằng các hệ thống truyền thông đa
phơng tiện này có thể hỗ trợ cho ngành viễn thông và có thể hỗ trợ các ứng dụng video nh teleconferencing và data-conferencing hoặc truyền file. Mặc dù H.323 có nhiều công dụng nhng trọng tâm chính của thị trờng đối với khuyến nghị này là khả năng audio để thực hiện thoại IP. Có thêm một điều châm biếm nữa của H.323 là đặc tính đa phơng tiện toàn diện đợc sử dụng nh một trong những ứng dụng audio cơ bản nhất - đó là thoại. Có lẽ có nhiều phơng pháp hỗ trợ VoIP tốt hơn H.323, đó cũng là mục đích trong chơng này.
Cấu trúc H.323
Vì VoIP chỉ sử dụng một phần cấu trúc H.323 nên sẽ rất tốt nếu ta xem xét cấu trúc H.323 một cách hoàn chỉnh trớc khi tiến hành khai thác một phần của H323 đợc sử dụng trong mạng VoIP. Cấu trúc H.323 có thể đợc sử dụng một cách thông dụng ở mạng LAN hoặc mạng gói diện rộng. Bất kỳ một mạng gói không đủ tin cậy (không có đảm bảo về về chất lợng dịch vụ), hoặc có độ trễ cao đều có thể đợc sử dụng cho H.323. Theo hình vẽ, mạng LAN đợc chỉ ra với 4 loại thiết bị H.323 chính. Những ngời sử dụng đều phải có thiết bị đầu cuối H.323, là những PC đa phơng tiện điển hình có thể tận dụng đợc mọi u điểm của H.323, bao gồm hội nghị video đa điểm. Mọi thiết bị truyền thông đa điểm sử dụng khối điều khiển đa điểm H.323 - MCU . Tất nhiên các khả năng của H.323 có thể mở rộng cho mạng WAN nếu các kết nối đợc thiết lập giữa các thiết bị H.323. Đây là chức năng chính của các thiết bị Gatekeeper H.323, các thiết bị này là tuỳ chọn ở H.323. Nếu không có các gatekeeper, tất cả các thiết bị phải có khả năng tự đa ra các bản tin báo hiệu trực tiếp. Mọi kết nối WAN đều đợc xử lý bằng một hoặc nhiều các gateway H.323. Về mặt kỹ thuật, bất kể thiết bị nào nằm ngoài gateway H.323 đều không đợc đề cập trong khuyến nghị H.323, nhng các gateway H.323 có thể phối hợp hoạt động với các loại thiết bị khác nhau trong các cấu trúc mạng khác nhau.
H.323 có thể đợc sử dụng với PSTN toàn cầu, N-ISDN (mạng chạy với tốc độ dới 1,5 hoặc 2 Mb/s), mạng B-ISDN sử dụng ATM (mạng chạy có tốc độ lớn hơn 1,5 hoặc 2 Mb/s). Thậm chí là một điện thoại hoặc một đầu cuối cũng có thể tham gia vào hội nghị H.323 nhng chỉ với khả năng audio. Thiết bị kết cuối V.70 có nhiều chức năng khác nhau, những kết cuối hỗ trợ cho cả thoại số hoá và dữ liệu qua một mạng điện thoại "bình thờng" và những kết cuối H.324 (Kết cuối H.324 có thể truyền thời gian thực cả thoại, dữ liệu, video hoặc bất kỳ sự kết hợp nào chẳng hạn nh thoại video, thông qua modem chạy với tốc độ 33,6kb/s). Thông thờng, kết cuối H.324 chỉ là một PC với một vài chơng trình phần mềm đặc biệt.
Khi H.323 đợc sử dụng với N-ISDN, điện thoại ISDN hoặc các kết cuối H.320 cũng đợc sử dụng. H.320 mô tả một sự sắp xếp các kết cuối đối với hệ thống điện thoại N-ISDN. Các thiết bị này thờng đợc sử dụng cho các dịch vụ videoconference và videophone. Nếu có một mạng LAN đợc gắn liền với
H.322 là đầu cuối gắn liền với mạng trong đó đờng truyền bao gồm 1 hoặc nhiều mạng LAN, mỗi mạng LAN đợc cấu tạo để cung cấp một chất lợng dịch vụ Q0S tơng xứng với chất lợng của N-ISDN. H.322 vận hành trên phạm vi Ethernet mở rộng đợc gọi là Ethernet đẳng thời, hoặc isoethernet, là cấu trúc Ethernet cơ bản đợc ghép thêm một số kênh 64kb/s. Tuy nhiên vì một số lý do, isoethernet không đợc sử dụng.
Cuối cùng, những mạng B-ISDN dựa trên ATM có thể dùng các kết cuối H.321 video/audio. H.321 áp dụng khái niệm kết cuối H.320 vào B-ISDN. B- ISDN cũng có thể sử dụng cấu hình gọi là Cấu hình kết cuối H.310 hoạt động trong H.321. Các kết cuối H.310 là một kiểu kết cuối "super" audio/visual tận dụng đợc B-ISDN và ATM về mặt dịch vụ và báo hiệu.
Tóm lại, H.320 đợc dùng để xác định 4 loại kết cuối (thiết bị sử dụng). Các kết cuối H.321 cho B-ISDN và ATM, kết cuối H.322 cho QoS các mạng LAN, kết cuối H.323 cho hội nghị, và H.324 dành cho các kết nối kiểu quay thoại 33,6kb/s. Khi đợc sử dụng cho thoại IP, H.323 bao gồm cả các cuộc gọi VoIP đợc thực hiện giữa các kết cuối H.323 hoặc giữa kết cuối H.323 và gateway H.323. Không có các quy định sử dụng VoIP đối với các thành phần không thuộc họ H.320, mà chỉ tập trung vào việc VoIP trên các dạng kết cuối H.323.
H.323 cho IP Telephony
Cấu trúc H.323 là quá mức cần thiết đối với VoIP và thậm chí là cả đối với mạng thoại IP hoàn chỉnh. Chỉ có một tập hợp con của H.323 là cần thiết để vận hành các kết cuối audio (các PC hoặc điện thoại) qua mạng IP. Do đó khi áp dụng cho thoại IP, chỉ sử dụng một phần trong H.323 nh trong hình sau:
Hình ảnh
Video âm thanh Điều khiển Dữ liệu
H.261 H.263 (mã hoá video) G.711 G.722 G.723 G.728 G.729 H.225 Terminal to gatekeep er signaling H.225 Tín hiệu cuộc gọi H.24 5 T.120 (Chuyển tiếp dữ liệu đa điểm RTP RTCP RTP RTC P
Chuyển tải không tin cậy (UDP) Chuyển tải tin cậy (TCP) Hình 1.9: H.323 cho thoại IP
Thoại IP chỉ sử dụng thành phần audio và điều khiển của H.323 . Thành phần audio xử lý toàn bộ chức năng VoIP và tiêu chuẩn audio mà H.323 yêu cầu là G.711 (64kb/s). Tất nhiên ở hầu hết các cấu hình của VoIP, có lẽ G.728 (16kb/s) sẽ có ý nghĩa hơn khi thực hiện thoại số hoá có tốc độ thấp, đặc biệt là G.723 (5,3 hoặc 6,4 kb/s) hoặc G.729 (kb/s). H.323 chỉ ra rằng các mào đầu của giao thức truyền tải thời gian thực RTP sẽ đợc bổ sung vào dữ liệu UDP. Để kiểm soát chất lợng của thoại trên mạng, một số giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực RTCP đợc thực hiện. Trong phần sau sẽ trình bày chi tiết hơn về hoạt động của RTP và RTCP.
Phần điều khiển của H.323 cũng có thể sử dụng các UDP để nhanh chóng thiết lập các kết nối giữa thiết bị đầu cuối H.323 và gatekeeper H.323. Gatekeeper H.323 về mặt cơ bản là một server truy cập từ xa RAS của mạng H.323. H.225 cũng đợc sử dụng để điều khiển cuộc gọi với TCP để thiết lập, duy trì những kết nối VoIP. H.245 sử dụng với mọi kết cuối H.320 cũng có thể đợc sử dụng với TCP. Phần tiếp theo sẽ làm sáng tỏ các phần phức tạp trong các khuyến nghị H này.
Hình 1.10: Các chức năng giao thức của hệ thống VoIP
Trong khi một số các nhà sản xuất thiết bị và phần mềm VoIP tuỳ thuộc vào các thành phần và giao thức độc quyền, hầu hết họ đã sử dụng khuyến nghị H.323 và cố gắng tuân thủ nó một cách đầy đủ để cố gắng có thể phối hợp hoạt động với nhiều nhà khai thác khác. Thực tế đó làm cho H.323 trở thành mô hình tốt đối với các hệ thống VoIP. Hình trên chỉ ra cho thấy các chức năng chính của hệ thống VoIP tuân thủ H.323. Để đơn giản, trong phần này chỉ đa các chức năng mà cần thiết cho hoạt động của VoIP.
Các giao thức và thủ tục khi đợc trình bày sẽ đợc so sánh với mô hình này và sử dụng mô hình đó nh một khung để có thể phác thảo ra các chức năng, đặc tính và khả năng của chúng.
Audio In/Out
Mã Audio Chuyển tải Chuyển đổi IP Điều khiển hệ thống Mạng IP (Internet) Chức năng của H.323
Định hớng quan trọng nhất về H.323 là nó làm cái gì và không bao gồm cái gì. Nh đã chỉ ra trong hình vẽ, H.323 không định nghĩa cơ chế đa các tín hiệu thoại vào hệ thống VoIP. H.323 không định nghĩa các đặc tính của mạng mà qua đó thoại đã đợc đóng gói sẽ truyền đi, cũng không định nghĩa các giao diện giữa các kết cuối thoại và mạng đó. H.323 chỉ định nghĩa rất rõ vai trò của kết cuối và gateway H.323. Hình vẽ đã mô tả hầu hết chức năng của H.323 và các sản phẩm VoIP.
Các kết cuối và gateway VoIP.
Trong một số chức năng khác, H.323 xác định vai trò của các thành phần trong các loại hệ thống VoIP. Có lẽ quan trọng nhất trong số các thành phần này là các kết cuối và gateway đợc hiểu nh những điểm cuối. Hai loại thiết bị này cùng thực thi một nhiệm vụ: Đánh dấu khởi đầu và kết thúc các thành phần IP trong cuộc gọi thoại. Khi hai ngời sử dụng PC đa phơng tiện gọi cho nhau với một phần mềm ứng dụng có sẵn trong máy tính, sử dụng
microphone và speaker đợc tích hợp trong PC, toàn bộ cuộc gọi có thể đợc tiến hành thông qua mạng IP giữa 2 điểm cuối H.323. Trong trờng hợp cuộc gọi đ- ờng dài từ điện thoại này đến điện thoại khác thông qua nhà khai thác VoIP, thoại sẽ đi từ PSTN sang gói rồi trở lại PSTN với sự chuyển đổi từ PSTN sang gói đợc diễn ra tại các kết cuối H.323. Các kết cuối H.323 hình thành các điểm cuối cuộc gọi VoIP. Trong các trờng hợp khác , các chức năng cơ bản của thiết bị vẫn giữ nguyên - mỗi chức năng mô tả một điểm mà tại đó thoại đợc đa vào hoặc đa ra khỏi một loạt các gói IP. H.323 đề cập đến một loạt các gói nh một luồng thông tin. Thành phần cơ bản của luồng thông tin VoIP là thoại, và H.323 cho phép các luồng thông tin đó đợc tạo ra theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ để tuân thủ chỉ tiêu kỹ thuật này, tất cả các kết cuối H.323 và các gateway sẽ phải có khả năng mã hoá audio bằng cách sử dụng mã ITU-T G.711 (mã hoá và giải mã), một trong những phơng pháp từ lâu để chuyển audio analog sang dữ liệu số. Tóm lại, G.711 sử dụng PCM nh một kỹ thuật để số hoá tín hiệu thoại, tạo ra luồng thông tin 64kb/s trong một giây. Kỹ thuật này tơng tự với kỹ thuật đã đợc các công ty thoại sử dụng đối với các kênh số hoá trong nhiều năm.
Ngoài G.711, H.323 xác định một số phơng pháp mã hoá bao gồm:
G.728. Chỉ tiêu kỹ thuật của ITU-T cho mã hoá 16 kb/s sử dụng thuật toán LD-ACELP. (low-delay algebraic - code - excited linear prediction)
G.729. Mã hoá 8kb/s sử dụng thuật toán CS-ACELP (conjugate - structure algebraic - code - excited linear prediction).
G.723.1. Mã hoá 2 tốc độ 5,3 và 6,4 kb/s, cả hai đều đợc hỗ trợ bởi tất cả mã vì giao thức yêu cầu khả năng chuyển mạch trong khoảng 30ms