Kiến trúc của NGN là kiến trúc phân tán vì thế mà các chức năng báo hiệu và điều khiển chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi đƣợc thực hiện bởi các phần tử nằm phân tán trong cấu hình mạng. Để có thể tạo ra kết nối giữa các thiết bị đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển với nhau. Cách thức trao đổi thông tin báo hiệu và điều khiển đó đƣợc quy định trong các giao thức báo hiệu và giao thức điều khiển. Trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển cơ bản sau:
H323 SIP BICC SIGTRAN
MGCP, MEGACO/H248
Các giao thức này đƣợc hai tổ chức khác nhau xây dựng và phát triển là IETF (Internet Engineering Task Force) và ITU (International Telecom Union). Có thể phân các giao thức trên thành hai loại là: giao thức ngang cấp (H.323, SIP) và giao thức chủ tớ (MGCP, Megaco). Từng giao thức có vai trò khác nhau trong việc thiết lập cuộc nối, chúng cũng có những thế mạnh và điểm yếu khác nhau.
Giao thức ngang cấp H323, SIP đƣợc sử dụng để trao đổi thông tin báo hiệu giữa các MGC, giữa MGC và các Server.
Giao thức chủ tớ MGCP, Megaco là giao thức báo hiệu điều khiển giữa MGC và các Gateway (trong đó MGC điều khiển Gateway).
SIGTRAN là giao thức báo hiệu giữa MGC và Signaling Gateway.
BICC là giao thức đảm bảo truyền thông giữa các server (hay MGC). Mỗi giao thức sẽ định nghĩa các thiết bị phần cứng, ngăn xếp giao thức, các loại bản tin, lệnh cũng nhƣ thủ tục thiết lập, duy trì và giải phóng kết nối khác nhau.
26
Hình 1.4 Cấu trúc và các giao thức điều khiển, báo hiệu trong NGN 7. Hoạt động của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm
Với chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi, softswitch là thành phần chính trong mạng thếhệsau NGN. Một cách đơn giản, chúng ta có thểhiểu softswitch là hệ thống chuyển mạch dựa trên phần mềm, thực hiện đƣợc đầy đủ các chức năng của các tổng đài điện tử truyền thống. Ngoài ra, softswitch còn cho phép liên kết giữa các mạng IP, Mobile và PSTN truyền thống, điều khiển và chuyển mạch lƣu lƣợng hỗn hợp thoại-dữ liệu-video. Softswitch là hệ thống mềm dẻo, tích hợp đƣợc cả chức năng của tổng đài nội hạt hoặc tandem với chức năng tổng đài doanh nghiệp (PBX). Tuy nhiên, khác với mạng chuyển mạch kênh dựa trên các tổng đài điện tử, lƣu lƣợng cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm không đi qua softswitch, các đầu cuối trao đổi dữ liệu với nhau thông qua các thiết bị của lớp truyền thông.
7.1 Mô hình hệ thống
Mô hình tối thiểu của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm cho ở trên hình 1.5 Từ hình vẽ có thể thấy các khối cơ bản của hệ thống bao gồm: chuyển mạch mềm (softswitch hay MGC - Media Gateway Controller), cổng kết nối SS7/IP, các cổng phƣơng tiện MG (Media Gateway), khối tính cƣớc, hệ thống quản lí, các máy chủ ứng dụng và thành phần cuối cùng không thể thiếu là mạng lõi chuyển mạch gói.
27
Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý đƣợc thực hiện bởi cổng phƣơng tiện Media Gateway (MG), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng phƣơng tiện Media Gateway Controller (MGC).
Hình 1.5 Mô hình của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm
Nhƣ trên hình vẽ ta cũng thấy rõ trong chuyển mạch mềm các thành phần cơ bản của hệ thống là các module riêng biệt nhau, phần mềm xử lý điều khiển cuộc gọi không phụ thuộc vào phần cứng chuyển mạch vật lý cũng nhƣ môi trƣờng lõi truyền thông tin. Còn đối với mạng truyền thống thì tất cả các thành phần đều tích hợp trong một thiết bị phần cứng. Nhƣ vậy, mạng chuyển mạch mềm là mạng xử lý tập trung về mặt logic nhƣng tài nguyên phân tán, chuyển mạch cuộc gọi đƣợc thực hiện trên nền mạng chuyển mạch gói và tạo ra nhiều ƣu thế vƣợt trội so với mạng truyền thống.
Các ƣu điểm cơ bản của mạng chuyển mạch mềm có thể kể đến nhƣ sau:
Thứ nhất, chuyển mạch mềm cho phép có một giải pháp phần mềm chung đối với việc xử lý cuộc gọi. Phần mềm này đƣợc cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng gói (áp dụng đƣợc với các dạng gói và môi trƣờng truyền dẫn khác nhau).
Thứ hai, do phần mềm điều khiển có thể chạy trên các hệ điều hành và môi trƣờng máy tính chuẩn, cho phép tiết kiệm một cách đáng kể chi phí trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi.
Thứ ba, chuyển mạch mềm cho phép các phần mềm thông minh của nhà cung cấp dịch vụ có thể điều khiển từ xa thiết bịchuyển mạch đặt tại trụ sở của khách
28
hàng. Đây là một yếu tốquan trọng trong việc khai thác tiềm năng của mạng trong tƣơng lai.
7.2 Chức năng MGC
MGC hay Softswitch là trung tâm của mạng NGN. Nó có nhiệm vụ tạo cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau bao gồm PSTN, SS7 và IP. Khác với tổng đài truyền thống, trong MGC tất cả các chức năng điều khiển hay chuyển mạch đều do phần mềm đảm nhiệm. Các chức năng chính của MGC đƣợc thể hiện trên hình 1.6.
Chức năng liên mạng IW-F Bộ quản lý phiên kết nối MGC-F Bộ quản lý phiên truy nhập R-F/A-F Bộ quản lý giữa các MGC
Báo hiệu và điều khiển cuộc gọi CA-F
Server phƣơng tiện MS-F Server ứng dụng AS-F Cổng báo hiệu SG-F Cổng phƣơng tiện MG-F Bộ điều khiển cổng phƣơng tiện Hình 1.6 Các chức năng chính của MGC
Nhiệm vụ của từng thực thể chức năng cụ thể nhƣ sau:
AS-F (Application Server Function) là thực thể thi hành các ứng dụng, có nhiệm vụ chính là cung cấp các logic dịch vụ và thi hành một hay nhiều ứng dụng/dịch vụ.
MS-F (Media Server Function) cung cấp các dịch vụ tăng cƣờng cho xử lý cuộc gọi. Nó hoạt động nhƣ một server để xử lý các yêu cầu từ AS-F hoặc MGC-F. MGC-F (Media Gateway Control Function) cung cấp logic cuộc gọi và tín hiệu
báo hiệu xử lý cuộc gọi cho một hay nhiều Media Gateway.
CA-F (Call Agent Function) là một phần chức năng của MGC-F. Thực thể này đƣợc kích hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi.
IW-F (Interworking Function) cũng là một phần chức năng của MGC-F. Nó đƣợc kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau. R-F (Routing Function) cung cấp thông tin định tuyến cho MGC-F.
29
A-F (Accounting Function) cung cấp thông tin dùng cho việc tính cƣớc.
SG-F (Signaling Gateway Function) dùng để chuyển các thông tin báo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP.
MG-F (Media Gateway Function) dùng để chuyển thông tin từ dạng truyền dẫn này sang dạng truyền dẫn khác.
Chú ý rằng CA-F và IW-F là hai chức năng con của MGC-F. Riêng thực thể Inter-operator Manager có nhiệm vụ liên lạc, trao đổi thông tin giữa các MGC với nhau.
Từ ý nghĩa của các thực thể chức năng có thểthấy MGC đảm nhiệm các công việc sau đây:
Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một Media Gateway;
Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của Media Gateway, Signaling Gateway; Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F;
Xử lý bản tin SS7 (khi sử dụng SIGTRAN); Xử lý bản tin liên quan QoS;
Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu;
Định tuyến (bao gồm bảng định tuyến, phân tích sốvà dịch số);
Tƣơng tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho ngƣời sửdụng; Có thể quản lý các tài nguyên mạng (port, băng tần, …).
Trên đây chỉ là những chức năng cơ bản nhất. Ngoài ra, tùy thuộc vào nhu cầu thực tế mà MGC còn có thể đƣợc bổ sung thêm những chức năng khác nữa.
7.3 Quá trình xử lý cuộc gọi
Để hiểu rõ hơn hoạt động của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm, sau đây trình bày khái quát các bƣớc xử lí cuộc gọi trong trƣờng hợp thuê bao gọi đi là thuộc mạng điện thoại truyền thống PSTN. Các trƣờng hợp khác thì hoạt động của chuyển mạch mềm cũng sẽ tƣơng tự.
Cụ thể các bƣớc xử lí cuộc gọi đƣợc thực hiện nhƣ sau:
B1: Khi có một thuê bao (thuộc PSTN) nhấc máy và chuẩn bị thực hiện cuộc gọi thì tổng đài nội hạt quản lý thuê bao đó sẽ nhận biết trạng thái nhấc máy của thuê bao. SG nối với tổng đài này thông qua mạng SS7 cũng nhận biết đƣợc trạng thái mới của thuê bao.
B2: SG báo cho MGC trực tiếp quản lý mình thông qua CA-F, đồng thời cung cấp tín hiệu mời quay số cho thuê bao. Ta gọi MGC này là MGC chủ gọi.
30
B3:MGC chủ gọi gửi yêu cầu tạo kết nối đến MG nối với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F.
B4: Các con số quay số của thuê bao sẽ đƣợc SG thu và chuyển tới MGC chủ gọi.
B5: MGC chủ gọi sử dụng những số này để quyết định công việc tiếp theo sẽ thực hiện. Cụ thể là các số này sẽ đƣợc chuyển tới chức năng R-F và R-F sẽ sử dụng thông tin lƣu trữ của các máy chủ để định tuyến cuộc gọi.
Trƣờng hợp đầu cuối đích cùng loại với đầu cuối gọi (đều là thuê bao PSTN): Nếu thuê bao bị gọi cùng thuộc MGC chủ gọi, tiến trình thực hiện tiếp bƣớc (7),
Còn nếu thuê bao bị gọi thuộc sự quản lý của một MGC khác, tiến trình thực hiện theo bƣớc (6).
B6: MGC chủ gọi sẽ gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến một MGC khác. Nếu MGC đó chƣa phải là của thuê bao bị gọi (ta gọi là MGC trung gian) thì nó tiếp tục chuyển yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến MGC khác nữa cho đến khi đến đúng MGC bị gọi. Trong quá trình này, các MGC trung gian luôn phản hồi lại MGC đã gửi yêu cầu đến nó. Các công việc này đƣợc thực hiện bởi CA-F.
B7: MGC bịgọi gửi yêu cầu tạo kết nối với MG nối với tổng đài nội hạt của thuê bao bị gọi (MG trung gian).
B8: Đồng thời MGC bịgọi gửi thông tin đến SG trung gian, thông qua mạng SS7 để xác định trạng thái của thuê bao bịgọi.
B9: Khi SG trung gian nhận đƣợc bản tin thông báo trạng thái của thuê bao bịgọi (giả sử là rỗi) thì nó sẽ gửi ngƣợc thông tin này trở về MGC bị gọi.
B10: MGC bị gọi gửi phản hồi về MGC chủ gọi để thông báo tiến trình cuộc gọi. B11: MGC bịgọi gửi thông tin đểcung cấp tín hiệu hồi âm chuông cho MGC chủ gọi, qua SG chủ gọi đến thuê bao chủ gọi.
B12: Khi thuê bao bị gọi nhấc máy thì quá trình thông báo tƣơng tự nhƣ các bƣớc trên: qua nút báo hiệu số7, qua SG trung gian đến MGC bị gọi, rồi đến MGC chủ gọi, qua SG chủ gọi đến thuê bao thực hiện cuộc gọi.
B13: Kết nối giữa thuê bao chủ gọi và thuê bao bị gọi đƣợc hình thành thông qua MG chủ gọi và MG trung gian.
31
Hình1.7 Lƣu đồ xử lý cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm
Có thể nhận thấy, cũng giống nhƣ trong chuyển mạch kênh, chuyển mạch mềm phải thiết lập kết nối trƣớc khi thực hiện đàm thoại. Trong chuyển mạch kênh, kênh báo hiệu và kênh thoại là hai kênh khác nhau nhƣng cùng truyền đến một điểm xử lý trên cùng kết nối vật lý (kênh báo hiệu đƣợc thiết lập trƣớc, sau đó kênh thoại mới đƣợc thiết lập). Còn đối với chuyển mạch mềm thì hai kênh này không chỉ là riêng biệt mà chúng còn đƣợc truyền trên hai kết nối khác nhau: thông tin báo hiệu đƣợc truyền qua SG và thông tin thoại đƣợc truyền qua MG.
32
CHƢƠNG II: IMS
Trong những năm gần đây, lĩnh vực viễn thông phát triển mạnh mẽ, nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông của con ngƣời ngày càng tăng. Yêu cầu các dịch vụ có QoS cao, đảm bảo tính thời gian thực. Sự hội tụ giữa di động và cố định là tất yếu.
Những vấn đề đó đặt ra yêu cầu cho kiến trúc hạ tầng mạng viễn thông. Trong bối cảnh đó, hệ thống con đa phƣơng tiện IP IMS đƣợc xem nhƣ một giải pháp hứa hẹn để thoả mãn các yêu cầu về hội tụ, tích hợp các dịch vụ trên một kết nối.
Hệ thống con đa phƣơng tiện IP (IMS) là phần mạng đƣợc xây dựng bổ sung cho các mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện cho khách hàng đầu cuối. IMS là một phần của kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp đƣợc cấu thành và phát triển bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phƣơng tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy cập.
I, Khảo sát IMS
1, Phân tích nhu cầu của các đối tƣợng khác nhau về IMS
Trong lĩnh vực viễn thông có các tác nhân chính: ngƣời dùng, nhà khai thác mạng, và các nhà cung cấp khác (nhà sản xuất thiết bị), nhà phát triển dịch vụ,...). Những nhu cầu của họ là động lực để phát triển mạng lƣới viễn thông.Một số tác nhân đƣợc hƣởng lợi từ kiến trúc mạng so với các mạng hiện tại:
Người dùng:
Đối với các thuê bao riêng lẻ hoặc các thuê bao doanh nghiệp cũng có các lợi ích chính từ sự phát triển của kiến trúc IMS. Lợi ích có thể thấy rõ nhất là sự mềm dẻo trong sự kết hợp các loại dịch vụ đa phƣơng tiện trong cùng một call hoặc cùng một session.
Ngày nay, các dịch vụ multimedia có thể đƣợc cung cấp bởi các công nghệ hiện tại, thêm vào đó IMS tăng cƣờng sự tích hợp và tƣơng tác dịch vụ. Ngƣời dùng có thể cùng một lúc quản lý nhiều sessions với các tƣơng tác phong phú hơn và mức độ cá nhân hoá cao hơn. Các khách hàng doanh nghiệp có thể đƣa ra các dịch vụ multimedia tới nhân viên ở xa công sở hoặc làm việc trong môi trƣờng đi lại để cải thiện hiệu quả trong sản xuất và giảm giá thành.
Ngƣời dùng có thể dễ dàng mở rộng các truyền thông point-to-point thành các sessions multi-point bởi việc khả năng invite thêm các thành phần tham gia. Bởi vì thông tin presence có thể đƣợc chia sẻ, các ngƣời dùng có thể tạo ra đƣợc cuộc gọi hội nghị bằng cách sử dụng sự kết hợp của các dịch vụ voice, data, video. Sự
33
thay đổi các đặc tính của session, khi mà thêm các thành phần tham gia hoặc thêm các dịch vụ thì không kết thúc hoặc thiết lập lại session.
Tính đa nhiệm cũng đƣợc đƣa một mức mới, khi ngƣời dùng có thể tham gia nhiều sessions sử dụng các media khác nhau cùng một lúc. Cho ví dụ, ngƣời dùng có thể có cuộc gọi videophones trong khi trả lời e-mail hoặc có thể ngay khi send files hoặc video clips trong khi đang đàm thoại hoặc tham gia vào các cuộc hội nghị truyền hình (videconference).
Việc truyền thông sẽ đơn giản và thuân tiện hơn cho ngƣời dùng, ngƣời dùng có thể xác định đƣợc các phƣơng tiện truyền thông mà họ thích, block calls, lựa chọn chia sẽ thông tin presence/location. Ngƣời dùng có thể truy nhập dịch vụ thông qua PCs, Phones, PDAs, hoặc các phƣơng tiện truyền thông khác.
Nhà cung cấp dịch vụ:
Tất cả nhà cung cấp dịch vụ đều có một yêu cầu chung là cần có một nền tảng mềm dẻo để hỗ trợ các dịch vụ ứng dụng. Mô hình IMS đƣa ra một nền tảng cho các dịch vụ phát triển trên mạng thế hệ mới, nó trở thành một nền tảng cho sự lựa chọn phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng trên các mạng đã tồn tại. Những thuận lợi đối với các nhà cung cấp dịch vụ OSPs (Operator Service Providers) nhƣ sau:
Các nhân viên (agents) làm việc trong kiến trúc mạng IMS có thể log-in/log- out từ bất cứ máy nào nếu cần. Các agents có thể là thành viên của nhiều nhóm không phân biệt về mặt vật lý.
Kiến trúc IMS phân ra các chức năng của mạng lõi nhƣ quản lý và cƣớc dịch vụ, vì thế các hệ thống phía cuối chỉ cần đƣợc tích hợp với các bộ phận thiết bị phụ của IMS mà không cần các dịch vụ riêng lẻ.
Cung cấp đa dịch vụ cho khách hàng: Các dịch vụ nhƣ voice, text, data, video sẵn sàng đƣợc cung cấp tới ngƣời dùng bất chấp kết nối mạng của ngƣời dùng, chỉ bị giới hạn bởi khả năng của thiết bị đầu cuối. IMS đƣa ra một dịch vụ