Tổng quan
Báo hiệu từ mạng PSTN gửi sang mạng NGN, để tạo lập liên kết giữa các đầu
cuối của hai mạng, nhận được ở Signalling Gateway hoặc Media Gateway. Với báo hiệu MFC R2 hay các cuộc gọi ISDN từ PSTN (sử dụng Q.931), các gateway sẽ nhận các bản tin báo hiệu và ánh xạ các thông tin cuộc gọi vào các trường của bản tin báo hiệu trong mạng NGN (H.323, MGCP) và gửi tới phần điều khiển tương ứng của Softswitch.
Với báo hiệu kênh riêng SS7, kênh báo hiệu SS7 (Data Link) được kết cuối tại
Signalling Gateway ở đây có hai trường hợp:
Signalling Gateway có cùng vị trí với Softswitch và được nối với Softswitch
thông qua mạng truyền thống bên trong của hệ thống, lúc này SG thực hiện việc chuyển thông tin người sử dụng lớp trên MTP3 cho Softswitch thông qua mạng truyền thông bên trong nó.
Signalling Gateway kết nối với Softswitch qua mạng IP. Lúc này nó sẽ kết cuối link SS7 hoặc chuyển đổi và chuyển tiếp qua môi trường IP tới Call Agent hay các phần xử lý cuộc gọi tương ứng của hệ thống Softswitch (SS7 over IP) qua giao thức SIGTRAN.
Giao thức SIGTRAN là giao thức tin cậy để truyền tải các bản tin SS7 qua mạng
IP. Cấu trúc gồm hai thành phần: giao thức truyền tải chung cho các lớp giao thức SS7
và modun tương thích để giả lập các lớp thập hơn của giao thức. Ví dụ nếu modun xử
lý SS7 trong Softswitch xử lý bản tin MTP lớp 3 thì giao thức SIGTRAN cung cấp các
chức năng tương đương với các chức năng của MTP lớp 2. Nếu nó xử lý ở mức ISUP
và SCCP thì giao thức SIGTRAN cung cấp chức năng giống như MTP lớp 2 và lớp 3.
Tương tự đối với TCAP. Do đó SIGTRAN là một tập các giao thức để giả lập SS7 trong mạng IP.
Giao thức SIGTRAN cung cấp tất cả các chức năng cần thiết để hỗ trợ cho báo
hiệu SS7 qua mạng IP, bao gồm:
Điều khiển luồng.
Phân phối tuần tự các bản tin trong các luồng điều khiển độc lập.
Phát hiện lỗi, truyền lại và các thủ tục sửa sai khác.
Khôi phục lại các thành phần nằm trong đường chuyển tiếp.
Điều khiển tránh tắc nghẽn trên Internet.
Xác định trạng thái của các thực thể trên mạng (đang phục vụ, ngừng phục vụ).
Hỗ trợ cơ chế bảo mật để bảo vệ thông tin báo hiệu.
Mở rộng khả năng hỗ trợ về bảo mật và các yêu cầu phát triển về sau.
Kiến trúc giao thức SIGTRAN
Hình A.16: Mô hình kiến trúc SIGTRAN
Như trên hình A, kiến trúc SIGTRAN gồm ba phần tử:
Giao thức IP.
Giao thức truyền vận báo hiệu chung: đây là một giao thức hỗ trợ tập trung
các chức năng truyền vận chi truyền vận báo hiệu.
Một lớp tương thích hỗ trợ các dịch vụ cơ bản, được yêu cầu bởi các giao thức ứng dụng báo hiệu cụ thể. Có rất nhiều giao thức lớp tương thích được định nghĩa bởi IETF: M2PA, M2UA, M3UA, SUA và IUA. Nhưng chỉ có một giao thức được thực hiện tại một thời điểm.
Tập giao thức SIGTRAN dựa vào giao thức truyền vận SCTP. SCTP (Stream
Control Transmission Protocol) là giao thức truyền vận trong tập giao thức SIGTRAN,
SCCP giống TCP nhưng có thêm một số tính năng như đa luồng và đa tuyến (Multi Streaming, Multi Homing) để tạo cấu hình dự phòng, phục hồi (Redundant, Failover) hay message framing (đóng gói và truyền theo bản tin, không truyền theo một nhóm byte như TCP). Các giao thức trong SIGTRAN đều sử dụng SCTP ở mức truyền tải.
Nếu như không có các biện pháp hỗ trợ, bản chất ban đầu của mạng IP là không đảm bảo và không tin cậy, trong khi các mạng SS7 lại có những tiêu chuẩn rất chặt chẽ về chất lượng, độ tin cậy và độ khả dụng. ITU-T đưa ra các tiêu chuẩn để đảm bảo truyền các bản tin SS7 qua mạng IP như sau:
Các thủ tục báo hiệu peer-to-peer yêu cầu khoảng thời gian đáp ứng từ 0,5s
tới 1,2s.
Không được có qúa 1 bản tin bị mất trong 10triệu bản tin do lỗi truyền dẫn.
Không được có quá 1 bản tin sai tuần tự trong 10tỷ bản tin do lỗi truyền dẫn.
Không được có quá một bản tin chứa lỗi mà không xác định được bởi giao thức chuyển tải hoặc một bản tin trong 1 tỷ bản tin theo chuẩn ANSI.
Mức độ khả dụng của tập hợp các tuyến báo hiệu (là toàn bộ tập hợp các đường báo hiệu từ một điểm báo hiệu tới một đích xác định) là 99,9998% hoặc hơn.
Độ dài bản tin (ngoại trừ payload) là 272 bytes với SS7 băng hẹp và 4091 bytes với SS7 băng rộng.
Để có thể thực hiện được những chức năng và yêu cầu truyền tải MTP, IETF khuyến nghị 3 giao thức mới ở lớp giao thức tương thích: M2UA, M2PA, M3UA.
SIGTRAN cho phép các hãng linh động khi đưa ra các giải pháp thực hiện SS7 over
IP.
M2UA
M2UA là một giao thức được IETF định nghĩa cho việc truyền tải các bản tin
báo hiệu thuê bao của MTP2 trên IP sử dụng SCTP. M2UA cung cấp tập các dịch vụ
tương đương cho các user của nó như MTP2 cung cấp cho MTP3. M2UA được sử dụng giữa Gateway báo hiệu và MGC trong mạng VoIP. Gateway báo hiệu nhận bản
tin SS7 trên giao diện MTP1 và MTP2 từ một điểm cuối báo hiệu hay điểm chuyển tiếp
truyền MTP3 và các lớp trên cho MGC hay các điểm báo hiệu IP sử dụng M2UA trên nền SCTP/IP.
Hình A.17: Mô hình M2UA M2PA
M2PA định nghĩa một giao thức hỗ trợ việc truyền tải các bản tin MTP3 qua mạng IP sử dụng SCTP. M2PA hỗ trợ đầy đủ việc quản lý các bản tin MTP3 và quản lý mạng giữa hai điểm báo hiệu số 7 qua mạng IP. Điểm báo hiệu IP có chức năng giống như một điểm SS7 truyền thống sử dụng mạng IP thay cho mạng SS7. M2PA hỗ trợ đầy đủ các dịch vụ cơ bản mà MTP2 cung cấp cho MTP3.
M2PA có thể được sử dụng giữa một gateway và một bộ điều khiển gateway truyền thống, giữa một gateway báo hiệu và một điểm báo hiệu IP, và giữa hai điểm
báo hiệu IP. Gateway báo hiệu có thể sử dụng M2PA chạy trên IP hay MTP2 trên các
link SS7 truyền thống để gửi và nhận bản tin MTP3.
M2PA thúc đẩy sự tích hợp SS7 và mạng IP bằng việc cho phép các nút trong mạng chuyển mạch kênh có thể truy nhập vào cơ sở dữ liệu điện thoại IP và các nút
khác trong mạng IP sử dụng báo hiệu SS7. Ngược lại,M2PA cho phép các ứng dụng
của điện thoại IP truy nhập vào cơ sở dữ liệu SS7, như LNP và cơ sở dữ liệu thuê bao di động.
Hình A.18: Mô hình M2PA M3UA
M3UA được dùng để truyền tải các bản tin báo hiệu các user của MTP3 như ISUP, TUP, SCCP trên nền IP sử dụng SCTP. Các bản tin TCAP hay RANAP cũng như các giao thức lớp trên của SCCP có thể truyền bằng SCCP sử dụng M3UA hay một giao thức SIGTRAN khác gọi là SUA.
M2UA được sử dụng giữa Gateway báo hiệu và MGC hay cơ sở dữ liệu điện
thoai IP. Gateway báo hiệu sẽ kết cuối MTP2, MTP3 và phân phối ISUP, TUP, SCCP
hay các bản tin lớp trên của MTP3 khác, cũng như các sự kiện quản lý mạng MTP trên
Các lớp ISUP hay SCCP ở điểm báo hiệu IP không nhận thấy các dịch vụ MTP3 không được cung cấp ở tại điểm báo hiệu IP, mà bởi Gateway báo hiệu ở xa. Tương tự
MTP3, ở Gateway báo hiệu không nhận thấy giao thức người sử dụng ở trên nó thực
chất là phần giao thức ở xa trên lớp M3UA. Từ đất ta thấy bản chất của M3UA là M3UA mở rộng truy cập các dịch vụ của GW báo hiệu cho điểm báo hiệu IP. Nếu điểm cuối IP được kết nối với nhiều hơn một GW báo hiệu thì M3UA ở điểm cuối IP sẽ giám sát trạng thái của các điểm báo hiệu đích và định tuyến bản tin dựa theo độ sẵn
sàng và trạng thái nghẽn của router tới những đích đó qua từng GW báo hiệu.
M3UA không bị giới hạn bởi trường thông tin báo hiệu 272octet được chỉ định
bởi bản tin SS7 MTP lớp 2. Các khối thông tin lớn hơn được điều khiển trực tiếp bởi
M3UA/SCTP mà không cần các thủ tục phân đoạn và tái hợp nhất ở các lớp cao hơn
theo tiêu chuẩn SCCP và ISUP. Tuy nhiên, SG có giới hạn cực đại là 272octet khi kết
nối tới mạng báo hiệu SS7 không hỗ trợ truyền các khối thông tin có kích thước lớn hơn tới địch. Đối với mạng MTP băng rộng, SG sẽ phân mảnh các bản tin ISUP và
SCCP lớn hơn 272octet như yêu cầu.
Tại SG, lớp M3UA cung cấp liên kết nối với các chức năng quản lý MTP lớp 3 để hỗ trợ các hoạt động báo hiệu không liên kết giữa mạng SS7 và mạng IP. Ví dụ SG hiển thị MTP-3 người dùng ở xa tại điểm báo hiệu IP khi điểm báo hiệu đó có thể tới được hoặc không thể tới được hoặc khi xảy ra hiện tượng nghẽn mạng hoặc bị ngăn chặn. Lớp M3UA tại điểm báo hiệu IP giữ trạng thái của các tuyến để tới được các nút SS7 ở xa và có thể yêu cầu trạng thái của các nút SS7 ở xa từ lớp M3UA tại SG. Lớp
M3UA tại điểm báo hiệu IP cũng có thể chỉ ra SG mà tại đó M3UA bị nghẽn.
Truyền tải SCCP qua mạng IP
SUA (SCCP User Adaptation Layer) là giao thức được định nghĩa bởi IETF để
truyền tải các bản tin báo hiệu SS7 SCCP phần người dùng qua mạng IP sử dụng giao thức SCTP. SUA được sử dụng giữa SG và các IP đầu cuối. SUA cũng hỗ trợ cả các dịch vụ không kết nối tuần tự và không tuần tự, các dịch vụ hướng kết nối hai chiều có và không có điều khiển luồng, phát hiện mất bản tin hoặc các lỗi không tuần tự.
Để phân phối tới các điểm báo hiệu SS7, các bản tin SS7 được định tuyến tới SG dựa trên mã điểm báo hiệu và số SCCP. SG định tuyến các bản tin SCCP tới các đầu cuối IP ở xa.
Nếu tồn tại một điểm cuối IP dự phòng, SG có thể chia sẻ tải giữa các điểm cuối IP đang kích hoạt sử dụng giải pháp quay vòng Round-Ronbin. Chú ý chia sẻ tải của
các bản tin TCAP chỉ xuất hiện trong bản tin đầu tiên trong hỏi đáp TCAP; thức tự các bản tin TCAP trong cùng khoảng thời gian hỏi đáp luôn luôn gửi tới đầu cuối IP đã lựa chọn cho bản tin đầu tiên, trừ khi các đầu cuối chia sẻ trạng thái thông tin và SG hiểu được bản tin cấp phát chính sách của các đầu cuối IP. SG cũng có thể thực hiện được chức năng chuyển dịch nhãn toàn cầu (Global Title Translation) để chỉ ra đích của bản tin SCCP. SG định tuyến trên nhãn, các chữ số xuất hiện trong bản tin đầu vào như số bị gọi hoặc số định danh thuê bao di động.
Để chuyển tải các dịch vụ hướng kết nối, SCCP và SUA giao tiếp tại SG để liên kết hai phiên kết nối cần cho truyền dữ liệu hướng kết nối giữa điểm báo hiệu SS7 và đầu cuối IP. Bản tin được định tuyến bởi SG tới điểm báo hiệu dựa trên mã điểm báo hiệu (trong trường địa chỉ MTP-3) và đầu cuối IP dựa trên địa chỉ IP (trong mào đầu
SCTP). SUA cũng có thể được sử dụng để chuyển tải thông tin về người dùng SCCP
trực tiếp giữa các đầu cuối IP hơn là qua SG. SG chỉ cần để kết nối với báo hiệu SS7
trong mạng chuyển mạch kênh.
Hình A.20: Mô hình truyền tải SCCP qua mạng IP
Nếu các ứng dụng trong IP được kết nối tới nhiều SG, có nhiều tuyến tới đích trong mạng SS7. Trong trường hợp này đầu cuối IP giám sát trạng thái của SG ở xa trước khi khởi tạo quá trình truyền bản tin.