1.2.3.1. Các đặc điểm của SIP
Theo định nghĩa của IETF, “Giao thức khởi tạo phiên” SIP (Session Initiation Protocol) là “giao thức báo hiệu lớp ứng dụng mô tả việc khởi tạo, thay đổi và giải phóng các phiên kết nối tương tác đa phương tiện giữa những người sử dụng”. SIP có thể sử dụng cho rất nhiều dịch vụ khác nhau trong mạng IP như dịch vụ thông điệp thoại, hội nghị thoại, E-mail, dạy học từ xa, quảng bá (MPEG, MP3...), truy nhập HTML, XML, hội nghị video...
SIP dựa trên ý tưởng và cấu trúc của HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) - giao thức trao đổi thông tin của World Wide Web. Nó được định nghĩa như một giao thức Client-Server, trong đó các yêu cầu được chủ gọi (Client) đưa ra và bên bị gọi (Server) trả lời. SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trường mào đầu của HTTP, xác định nội dung luồng thông tin theo mào đầu thực thể (mô tả nội dung - kiểu loại) và cho phép xác nhận các phương pháp sử dụng giống nhau được sử dụng trên Web. Kinh nghiệm trong sử dụng các giao thức Internet mail (SMTP) đã cung cấp rất nhiều cho việc phát triển SIP, trong đó tập trung vào khả năng thích ứng của báo hiệu trong tương lai.
SIP định nghĩa các bản tin INVITE và ACK giống như bản tin Setup và Connect trong H.225, trong đó cả hai đều định nghĩa quá trình mở một kênh đáng tin cậy mà thông qua đó cuộc gọi có thể đi qua. Tuy nhiên khác với H.225, độ tin cậy của kênh này không phụ thuộc vào TCP. Việc tích hợp độ tin cậy vào lớp ứng dụng này cho phép kết hợp một cách chặt chẽ các giá trị điều chỉnh để ứng dụng, có thể tối ưu hoá VoIP.
Ngoài ra, SIP dựa vào giao thức mô tả phiên SDP, một tiêu chuẩn khác của IETF, để thực hiện sự sắp xếp tương tự theo cơ cấu chuyển đổi dung lượng của H.245. SDP được dùng để nhận dạng mã tổng đài trong những cuộc gọi sử dụng một mô tả nguyên bản đơn.
SDP cũng được sử dụng để chuyển các phần tử thông tin của giao thức báo hiệu thời gian thực RTSP để sắp xếp các tham số hội nghị đa điểm và định nghĩa khuôn dạng chung cho nhiều loại thông tin khi được chuyển trong SIP.
Giao thức SIP được thiết kế với những tiêu chí hỗ trợ tối đa cho các giao thức khác đã ra đời trước đó. Giao thức SIP nó được tích hợp với các giao thức đã có của tổ chức IETF, nó có khả năng mở rộng, hỗ trợ đầu cuối và với SIP thì việc cung cấp dịch vụ mới trở nên dễ dàng và nhanh chóng khi triển khai. SIP có 5 tính năng sau:
-Tích hợp với các giao thức đã có của IETF. -Đơn giản và có khả năng mở rộng.
-Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối.
-Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và dịch vụ mới. -Khả năng liên kết hoạt động với mạng điện thoại hiện tại.
1.2.3.2. Các chức năng của SIP
SIP là một giao thức điều khiển lớp ứng dụng mà nó có thể thiết lập, sửa đổi và kết thúc các phiên truyền thông đa phương tiện (các hội nghị) hay các cuộc gọi điện thoại qua Internet. SIP có thể mời các thành viên tham gia vào các phiên truyền thông đơn hướng hoặc đa hướng; bên khởi tạo phiên không nhất thiết phải là thành viên của phiên đó. Phương tiện và các thành viên có thể được bổ sung vào một phiên đang tồn tại.
SIP hỗ trợ việc ánh xạ tên và các dịch vụ chuyển tiếp một cách trong suốt, vì thế nó cho phép thực hiện các dịch vụ thuê bao điện thoại của mạng thông minh và mạng ISDN. Những tiện ích này cũng cho phép thực hiện các dịch vụ của các thuê bao di động.
SIP hỗ trợ 5 khía cạnh của việc thiết lập và kết thúc các truyền thông đa phương tiện sau:
Định vị người dùng (User location): xác định hệ thống đầu cuối được sử dụng trong truyền thông.
Các khả năng người dùng (User capabilities): xác định phương tiện và các thông số phương tiện được sử dụng. Tính khả dụng người dùng (User Availability): xác định sự sẵn sàng của bên được gọi để tiến hành truyền thông.
Thiết lập cuộc gọi (Call setup): “đổ chuông”, thiết lập các thông số của cuộc gọi tại cả hai phía bị gọi và chủ gọi.
Xử lý cuộc gọi (Call handling): bao gồm chuyển tải và kết thúc cuộc gọi.
Xét trên quan điểm Client / Server, các thành phần chính của một hệ thống SIP bao gồm (Hình ): -Đầu cuối SIP (UAC/UAS). -Proxy server. -Location server. -Redirect server. -Registrar server.
Hình 1.21: Cấu trúc của hệ thống SIP
User Agent là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, nó có thể là một máy điện thoại SIP hay một máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP. UA có thể khởi tạo, thay đổi hay giải phóng cuộc gọi. Trong đó phân biệt hai loại UA: UAC (User Agent Client) và UAS (User Agent Server). UAC là một thực thể thực hiện việc khởi tạo một cuộc gọi còn UAS là một thực thể thực hiện việc nhận cuộc gọi. Nhưng cả UAC và UAS đều có thể giải phóng cuộc gọi.
Proxy Server là phần mềm trung gian hoạt động cả như Server và cả như Client để thực hiện các yêu cầu thay thế cho các đầu cuối khác. Tất cả các yêu cầu được xử lý tại chỗ bởi Proxy Server (nếu có thể) hoặc nó chuyển đến cho các máy chủ khác. Trong trường hợp Proxy Server không trực tiếp đáp ứng các yêu cầu này thì Proxy Server sẽ thực hiện khâu chuyển đổi hoặc dịch sang khuôn dạng thích hợp trước khi chuyển đi.
Location Server là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về những vị trí có thể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy Server và Redirect Server.
Redirect Server là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại những địa chỉ này cho đầu cuối. Không giống như Proxy Server, Redirect Server không bao giờ hoạt động như một đầu cuối, tức là không gửi đi bất cứ một yêu cầu nào. Redirect Server cũng không thực hiện việc chấp nhận hay huỷ cuộc gọi.
Registrar Server là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký Register. Trong nhiều trường hợp Registrar Server đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng. Thông thường Registrar Server được cài đặt cùng với Proxy hoặc Redirect Server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao. Mỗi lần đầu cuối được bật lên (thí dụ máy điện thoại hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký với Server. Nếu đầu cuối cần thông báo với Server về địa điểm của mình thì bản tin Register được gửi đi. Nói chung các đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ.
1.2.3.4. Khái quát về hoạt động của SIP
Trong hội thoại SIP, mỗi bên tham gia (bên chủ gọi và bên bị gọi) được gắn một địa chỉ SIP hay còn gọi là SIP URL. Người sử dụng phải đăng ký vị trí của họ với SIP Server. Để tạo một cuộc gọi SIP, phía chủ gọi định vị tới máy phục vụ thích ứng và sau đó gửi một yêu cầu SIP. Hoạt động SIP thường xuyên nhất là lời mời các thành viên tham gia hội thoại. Thành phần Register đóng vai trò tiếp nhận các yêu cầu đăng ký từ UA và lưu trữ các thông tin này tại một dịch vụ phi SIP (Non-SIP).
1.2.4. Sự phát triển mạng đến mạng toàn IP
Các nhà khai thác mạng đang muốn chuyển dần mạng viễn thông tiến đến kiến trúc mạng IP. Trong khi chưa thể chuyển ngay lên kiến trúc mạng toàn IP thì cả mạng IP và các mạng chuyển mạch kênh truyền thống đều song song tồn tại và cần phải được kết hợp lại vào cơ sở hạ tầng mạng thống nhất. Chắc chắn rằng mạch chuyển mạch kênh sẽ còn tồn tại trong nhiều năm nữa cùng với các dịch vụ IP. Kiến trúc kết hợp có thể là giải pháp tốt nhất cho hầu hết các nhà khai thác vì nó đảm bảo mức độ rủi ro thấp trong quá trình phát triển mạng hiện tại trong khi vẫn cho phép đáp ứng được các dịch vụ mới.
PHẦN 2 MẠNG BÁO HIỆU TẬP TRUNG 2.1. CÁC CẤU TRÚC MẠNG BÁO HIỆU VIỄN THỐNG
2.1.1. Cấu trúc mạng báo hiệu hình lưới ( MESH ) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với mạng loại này, chức năng STP được tích hợp vào các tổng đài MSC. Các STP này được kết nối từng đôi với nhau theo dạng mắt lưới (Đây là mô hình các mạng Việt Nam đang sử dụng). Chức năng này dẫn đến một số ưu nhược điểm sau:
Hình 2.1: Mạng hình lưới
Nhược điểm:
-Số đường kết nối links báo hiệu lớn tạo thành hình lưới (mesh) trong mạng. Do đó chi phí đầu tư ban đầu lớn. Mặt khác khi đưa thêm phần tử mới vào mạng, sẽ xuất hiện các link kết nối mới đến tất cả các phần tử đang hoạt động khác. Vì vậy việc thêm mới MSC rất phức tạp và tốn kém.
-Quản lý link báo hiệu phức tạp vì có quá nhiều link. -Chi phí vận hành cao.
-Khi thêm các dịch vụ VAS mới dễ bị ảnh hưởng đến năng lực của tổng đài. -Giảm năng lực xử lý cuộc gọi của tổng đài vì MSC phải xử lí thêm vấn đề báo
hiệu. -Dung lượng và hiệu năng hoạt động của các MSC bị giảm thiểu.
Ưu điểm:
-Mạng lưới có cấu hình này có độ tin cậy và dự phòng rất cao. Khi một số STP bị hỏng thì mạng cũng vẫn không sập được. Mạng loại này thích hợp cho các nhà đầu tư lớn và muốn có độ an toàn cao.
2.1.2. Cấu trúc mạng báo hiệu tập trung
Đối với mạng tập trung, chức năng STP được tách rời khỏi tổng đài MSC và các STP trở thành điểm tập trung trong mạng và được gọi là STP Gateway. Lúc này các tuyến báo hiệu từ các Node mạng sử dụng SS7 được kết nối thẳng về STPGateway.
Hình 2.2: Mạng tập trung
Mạng loại này có các ưu nhược điểm như sau:
Ưu điểm:
-Giảm các đường link kết nối trong mạng, quản lý tập trung mạng SS7. -Tăng dung lượng và hiệu năng hoạt động của MSC vì đã tách rời chức năng
của STP ra khỏi MSC. -Tăng khả năng xử lí cuộc gọi của MSC. -Khi mạng phát triển rộng, độ phức tạp của mạng giảm đáng kể. -Chi phí vận hành khai thác giảm. -Các chức năng kiểm tra, vận hành và bảo dưỡng mạng dễ dàng hơn. -Dễ dàng phát triển các dịch vụ VAS mà không ảnh hưởng đến hiệu năng của
tổng đài MSC. -Bảo vệ mạng an toàn cao, không bị ảnh hưởng từ bên ngoài.
Nhược điểm:
-Khi số lượng phần tử tham gia trên mạng lớn thì hệ thống báo hiệu tập trung STP Gateway có độ tin cậy thấp hơn hệ thống báo hiệu MESH.
-Năng lực xử lý báo hiệu của mỗi điểm STP Gateway có giới hạn, vì vậy khi mạng phát triển lớn, số điểm STP Gateway cần phải tăng theo.
Qua phân tích ở trên, ta thấy mạng báo hiệu tập trung STP Gateway có nhiều ưu việt hơn so với mạng báo hiệu có mô hình MESH.
2.1.3. Mô hình mạng báo hiệu tập trung STP
Bằng việc đưa hệ thống STP Gateway vào mạng lưới, nhà khai thác dễ dàng phát triển các ứng dụng trong tương lai. Khi nhà khai thác quyết định đưa thêm các phần tử mới
vào mạng, chỉ cần kết nối các link SS7 của phần tử đó với hệ thống STP Gateway mà không ảnh hưởng đến năng lực xử lý của tổng đài MSC.
Hình dưới đây mô tả cấu trúc của một mô hình báo hiệu tâp trung. Ta lưu ý rằng các điểm STP luôn được bố trí thành cặp để tăng độ tin cậy
Hình 2.3: Mô hình báo hiệu tập trung
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc triển khai hệ thống STP Gateway vào mạng sẽ làm giảm tải việc định tuyến SS7 của MSC và trên thực tế hiệu năng hoạt động của MSC tăng thêm 20%.
Hệ thống STP Gateway này đóng vai trò là trái tim của mạng báo hiệu, các hệ thống khác trong mạng có thể được kết nối link báo hiệu SS7 đến hệ thống này, và chúng còn đóng vai trò là cổng (gateway) báo hiệu kết nối với các nhà khai thác khác kiểm soát đễ dàng các bản tin đi đến trong và ngoài mạng. Tất cả các đường link SS7 này được quản lý tập trung dễ dàng cho công tác quản trị, khai thác do đó nó sẽ giảm thiểu lỗi có thể xảy ra.
Trong hệ thống báo hiệu tập trung, các STP tách khỏi MSC, nhưng chúng vẫn thực hiện toàn bộ các chức năng thông thường của một STP. Ngoài việc tiết kiệm chi phí, giảm độ phức tạp của mạng, tăng hiệu năng của MSC hệ thống báo hiệu tập trung còn có các ưu điểm nổi bật sau :
-Bởi vì tập trung STP Gateway trong mạng, nên có khả năng cung cấp các dịch vụ mới như : free phone, SMS Gateway, GTT, và các dịch vụ data. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Mở đường cho việc phát triển mạng logic.
-Do việc quản trị, giám sát, và bảo dưỡng đều tập trung nên giảm tối thiễu lỗi có thể sinh ra.
-Dễ dàng kết nối với các mạng khác.
-Độ tin cậy của thiết bị cao. Nếu có dự phòng phù hợp thì mạng có độ tin cậy cao hơn nhiều (so với mạng MESH cả về chi phí đầu tư).
-Hỗ trợ các giao thức SIGTRAN.
Tóm lại, ta thấy mạng báo hiệu tập trung STP Gateway giúp cho nhà khai thác thuận lợi rất nhiều trong cạnh tranh. Nó có độ tin cậy cao, linh hoạt, nhiều tính năng. Thông qua hệ thống báo hiệu tập trung, nhà cung cấp có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ giá trị gia tăng phù hợp, đáp ứng các yêu cầu của mạng với một giá cả hợp lý.
Ta xét một mô hình mạng báo hiệu tập trung như sau:
Mạng này có 3 MSC, đây là một mạng có dung lượng trung bình, phục vụ số thuê bao tối đa khoảng 2 triệu thuê bao.
Ta đi tính lợi ích kinh tế mà mạng này đạt được, theo bảng sau:
Chi phí đầu tư (CAPEX)
Mạng Mesh (MSC)
Stand-Alone
STP Tiết kiệm Ghi chú
MSC tăng hiệu năng hoạt động
Giá thành MSC ($) 3,000,000 Giả sử $3M trên một MSC Lợi ích ($) cho một MSC khi triển khai STP. 600,000 Số MSC đang hoạt động 3 Tổng lợi ích ($ CAPEX) 1,800,000 600,000 1,200,000 Giả sử giá thành của 02 STP là $0.6M.
Do đó, khi triển khai STP vào mạng chúng ta có thể tiết kiệm đầu tư được 1.2 triệu USD.
Ta thấy khi triển khai báo hiệu tập trung, không chỉ có các lợi ích về hiệu năng mạng, về dịch vụ… mà lợi ích về chi phí đầu tư ban đầu là rất lớn.
2.2. CÁC TÍNH NĂNG CỦA STP GATEWAY
STP GATEWAY hoạt động theo phương thức chuyển mạch gói và là bộ định tuyến trong mạng báo hiệu SS7. Một STP có thể hoạt động như một bức tường lửa (firewall), bảo vệ các bản tin với các mạng khác. Các STP định tuyến các bản tin SS7 (dựa trên thông tin được chứa đựng trong định dạng bản tin) các kết nối báo hiệu đi ra qua mạng SS7. Chúng có nhiều tác dụng nhất cho tất cả các thực thể SS7 và là một thành phần chính trong mạng.
Có 3 mức của STP:
← • Điểm chuyển giao báo hiệu quốc gia.
← • Điểm chuyển giao báo hiệu quốc tế.
Hình 2.5: Các mức STP
STP quốc gia: Một STP quốc gia tồn tại trong mạng quốc gia (sẽ thay đổi theo từng quốc gia). Nó có thể truyền tải các bản tin sử dụng cùng giao thức chuẩn quốc gia. Các bản tin này có thể được đi qua một STP quốc gia, nhưng có thể không được chuyển đổi bởi STP quốc gia. Các bộ chuyển đổi giao thức thường kết nối một STP quốc gia và một STP quốc tế bằng việc chuyển từ mã ANSI sang ITU- TS.
STP quốc tế: Một STP quốc tế thực hiện chức năng trong một mạng quốc tế. Nó cung cấp cho kết nối SS7 tất cả các nước, sử dụng giao thức chuẩn ITU-TS. Tất cả các nút kết nối tới một STP quốc tế đều phải sử dụng chuẩn giao thức ITU-TS.