Do có chức năng là xử lý cuộc gọi (Call Control) nên vị trí tương 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 2.15: Vị trí của softswitch trong mô hình phân lớp chức năng của NGN
CHƯƠNG 3. KIẾN TRÚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA SOFTWITCH
Lớp truy nhập và truyền dẫn Lớp phương tiện Lớp điều khiển Lớp dịch vụ Softswitch
Call Control & Signalling Plane
Bearer Signalling MGCP, H.248, SIP
Service & Application Plane
Transport Plane Management
Plane
Application / Feature Servers (SCP, Service logic, LDAP service)
Subscriber & Service Províioning, Network Management Operational Support Billing Support Application Signalling (SIP)
Call Agents, MGC, Softswitch, GK
Signalling
(ISUP, MAP, RANAP, MGCP, H.248, SIP)
IN/AIN
Open APLs & Protocols (JAIN, Parlay, CAMEL, SIP, AIN/INAP)
IP Transport Domain:
IP Backbone, Routers, Switches, BGs QoS Mechanisms (RSVP, Diffserv, MPLS…), MS (Bearer Portion)
Interworking Domain: TG (MG), SG, Interworking Gataway
Non-IP Access Domain:
Wireline Access (AG, Access Proxles) Mobile Access (RAN AG)
Broadband Access (IADs, MTAs)
IP Phones (H.323, SIP, MGCP…) IP Terminals IP PBXs PSTN/SS7/ ATM Networks Inter- Network Switch Other VoIP Network Non-IP Terminals/Mobile Networrk IP SS7:TD M/ATM 3.1 Kiến trúc chuyển mạch mềm.
Kiến trúc chuyển mạch mềm có thể được chia thành các mặt bằng phần mềm như sau (Hình 3.1). Các mặt bằng này thể hiện sự phân chia giữa các thực thể chức năng trong mạng VoIP. Có 4 mặt bằng chức năng riêng biệt được thực hiện bởi chuyển mạch mềm để mô tả chức năng của mạng VoIP đâu cuối tới đầu cuối :
- Mặt bằng truyền tải.
- Mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. - Mặt bằng dịch vụ và ứng dụng.
- Mặt bằng quản lý.
Hình 3.1: Kiến trúc của chuyển mạch mềm
Thực hiện xử lý và truyền tải các bản tin báo hiệu cuộc gọi, cuộc gọi và thiết lập phương tiện qua mạng VoIP. Cơ chế truyền tải được sử dụng dựa trên bất kỳ công nghệ nào phù hợp với các tiêu chuẩn như SS7, ANSI hoặc ITU. Nhìn từ mạng ngoài, mặt bằng này giống như lớp truy nhập có thể vào để sử dụng các dịch vụ điều khiển cuộc gọi. Các thiết bị và các chức năng của mặt bằng này được điều khiển bởi các chức năng trong mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu.
Mặt bằng truyền tải có thể được chia làm 3 miền : - Miền truyền tải IP.
- Miền tương tác (Interworking). - Miền truy nhập không IP.
a. Miền truyền tải IP
Miền này bao gồm:
- Mạng đường trục truyền tải và định tuyến/trường chuyển mạch. - Các thiết bị như: các bộ định tuyến và các chuyển mạch.
- Các thiết bị cung cấp các cơ chế chất lượng dịch vụ (QoS) và các chính sách truyền tải thuộc về miền này.
b. Miền tương tác
Gồm có các thiết bị thực hiện biến đổi báo hiệu hoặc phương tiện nhận được từ các mạng ngoài và có thể gửi đến cho các thực thể trong mạng VoIP.Chẳng hạn như, cổng báo hiệu SG (biến đổi báo hiệu truyền tải giữa các lớp truyền tải khác nhau), cổng phương tiện MG ( biến đổi phương tiện giữa các mạng truyền tải và phương tiện khác nhau), và các cổng tương tác IWG (Interworking Gateway) (tương tác báo hiệu trên cùng một lớp truyền tải nhưng giao thức khác nhau).
c. Miền truy nhập không IP
Ứng dụng cơ bản đối với các thiết bị đầu cuối không IP và các mạng vô tuyến truy nhập tới mạng VoIP. Gồm có: các cổng truy nhập AG hoặc các cổng thường trú RG cho các thiết bị hoặc máy điện thoại không IP, các thiết bị ISDN, các thiết bị truy nhập tích hợp (IAD) cho các mạng DSL, modem cáp/bộ tương thích thiết bị đa phương tiện (MTA) cho các mạng HFC, và các cổng phương tiện cho mạng truy nhập vô tuyến di động GSM/3G.
3.1.2 Mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu
Thực hiện điều khiển các thành phần cơ bản của mạng VoIP, đặc biệt là các thành phần trong mặt bằng truyền tải. Mặt bằng này là trái tim của hệ thống, thực hiện xử lý cuộc gọi và báo hiệu, cụ thể như: xử lý các yêu cầu của thuê bao để thiết lập và giải phóng kênh thoại, thực hiện điều khiển cuộc gọi dựa trên cơ sở các bản tin báo hiệu nhận được, điều khiển các thành phần trong mặt bằng truyền tải, đảm bảo việc biên dịch số và định tuyến theo các con số danh bạ,…
Mặt bằng này gồm có các thiết bị như: Bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (hay Call Agent hoặc Bộ điều khiển cuộc gọi), Gatekeeper và các máy chủ LDAP.
3.1.3 Mặt bằng dịch vụ và ứng dụng.
Cung cấp việc điều khiển chức năng và thực thi của máy chủ đặc tính và các ứng dụng khác như các mạng thông minh, tức là cung cấp các dịch vụ khác nhau tới thuê bao. Các thiết bị trong mặt bằng này điều khiển luồng cuộc gọi dựa trên chức năng thực thi dịch vụ và đạt được điều này nhờ việc trao đổi thông tin với các thiết bị khác trong mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. Ngoài ra, mặt bằng cũng thực hiện việc điều khiển các thành phần mang đặc biệt như các máy chủ phương tiện, thực hiện các chức năng: hội nghị, IVR, xử lý âm báo.
Mặt bằng này bao gồm các thiết bị như: các máy chủ ứng dụng và các máy chủ đặc tính.
3.1.4 Mặt bằng quản lý.
Cung cấp các chức năng hỗ trợ vận hành, tính hoá đơn cước và các công việc quản lý mạng khác. Mặt bằng này có thể tương tác với bất kỳ mặt bằng nào trong ba mặt bằng trên thông qua các tiêu chuẩn hoặc các giao thức thích hợp và các API. Điều đó có nghĩa là mặt bằng trên tạo ra một vùng vận hành và bảo dưỡng.
3.2 Các thành phần của chuyển mạch mềm.
Thành phần chính của chuyển mạch mềm là bộ điều khiển thiết bị Media Gateway Controller (MGC). Bên cạnh đó còn có các thành phần hỗ trợ hoạt động như: Signalling 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, Signalling Gateway là thành phần ở trên cùng lớp với MGC; Media Server và Application Server/Feature Server nằm trên lớp Application và Service Layer.
Cách kết nối các thành phần trên được thể hiện ở hình sau:
Hình 3.2: Các thành phần của chuyển mạch mềm
Một Media Gateway Controller có thể quản lý nhiều Media Gateway. Hình trên chỉ minh hoạ 1 MGC quản lý 1 MG. Và một Media Gateway có thể nối đến nhiều loại mạng khác nhau.
3.2.1 Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC).
MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm, và cũng thường được gọi là Call Agent hay bộ điều khiển cổng (Gateway Controller), hay chuyển mạch mềm. Hình trình bày kết nối của MGC với các thành phần khác của mạng NGN.
MGC điều khiển xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện truyền thông. MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS.
MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau.
Các chức năng của MGC
Hình 3.3: Các chức năng 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 báo hiệu SS7 (khi sử dụng SIGTRAN). - Xử lý các bản tin liên quan QoS như RTCP.
- Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu.
- Thực hiện định tuyến cuộc gọi (bao gồm bảng định tuyến và biên dịch). - Tương tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho người sử dụng.
- Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call Detail Record). - Quản lý các tài nguyên mạng (port, băng tần…).
Các giao thức Media Gateway Controller có thể sử dụng
- Điều khiển Media Gateway: MGCP, Megaco/H.248. - Điều khiển Signalling Gateway: SIGTRAN (SS7). - Để truyền thông tin: RTP, RTCP.
Các thành phần của mạng NGN liên lạc với nhau qua các giao thức được thể hiện trong hình sau:
Hình 3.4: Các giao thức sử dụng giữa các thành phần
Đặc tính hệ thống
- Là một CPU đặc hiệu, yêu cầu hê thống đa xử lý.
- Cần bộ nhớ lớn để lưu trữ cơ sở dữ liệu. Điều này cũng rất cần thiết cho các quá trình đa xử lý.
- Chủ yếu làm việc với lưu lượng IP, do đó yêu cầu các kết nối tốc độ cao. - Hỗ trợ nhiều loại giao thức.
- Độ sẵn sàng cao.
Hình 3.5: Ví dụ sử dụng MGC
Trong ví dụ này, giao thức SIP được sử dụng để khởi tạo kết nối nên MGC có thêm chức năng SPS-F (SIP Proxy Server-Function). SPS-F hỗ trợ R-F trong quá trình định tuyến.
Nhận thấy ở mạng trên không chỉ hỗ trợ các mạng cung cấp dịch vụ truyền thống mà còn có các mạng cung cấp các dịch vụ mới (H.323, SIP, IP Phone…).
3.2.2 Cổng báo hiệu (SG)
SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được quản lý bởi chuyển mạch mềm trong mạng IP. SG làm cho chuyển mạch mềm giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu.
Các chức năng của SG
- Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu.
- Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP. - Cung cấp đường thoại, dữ liệu và các dạng thông tin khác.
- Là thiết bị vào/ra.
- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo để lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, lộ trình...
- Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập, do đó không yêu cầu dung lượng lớn.
- Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP).
- Giao diện với mạng SS7 bằng cách sử dụng một luống E1/T1 với 2 đến 16 kênh D.
- Sử dụng bus H.110 hoặc H.100 để tăng hiệu suất và tính linh hoạt - Yêu cầu độ sẵn sàng cao: nhiều SG, nhiều liên kết báo hiệu…
3.2.3 Cổng phương tiện (MG)
MG cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng: chuyển đổi AD (analog to digital), nén mã thoại/audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tính hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF…
Các chức năng của một MG
- Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức thời gian thực (RTP - Real Time Protocol).
- Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal Processing) dưới sự điều khiển của MGC. Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này.
- Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1.
- Quản lý tài nguyên và kết nối T1.
- Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP. - Có phần mềm MG dự phòng.
- Cho phép khả năng mở rộng MG về: cổng (ports), cards, các nút, mà không làm thay đổi các thành phần khác.
Đặc tính hệ thống
Một MG có các đặc tính sau:
- Là một thiết bị vào/ra đặc hiệu (I/O).
- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các bản tin MGCP, thư viện DSP…
- Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (logging).
- Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP), mở rộng một vài giao diện T1/E1 với mạng TDM.
- Mật độ khoảng 120 cổng.
- Sử dụng bus H.110 để đảm bảo tính linh động cho hệ thống nội bộ.
3.2.4 Máy chủ phương tiện (MS)
MS là thành phần tuỳ chọn của chuyển mạch mềm, được sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt. Một MS phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất.
Các chức năng của một MS
- Chức năng thư thoại.
- Hộp thư fax tích hợp, hay các thông báo có thể sử dụng thư điện tử, hay các bản tin ghi âm trước (pre-recorded message).
- Khả năng nhận dạng tiếng nói (nếu có).
- Khả năng hội nghị truyền hình (video conference). - Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text).
Đặc tính hệ thống
- Là một CPU, có khả năng quản lý lưu lượng bản tin MGCP.
- Lưu trữ các phương pháp thực hiện liên kết với DSP nội bộ hay lân cận.
- Cần dung lượng bộ nhớ lớn để lưu trữ các cơ sở dữ liệu, bộ nhớ đệm, thư viện… - Dung lượng đĩa tương đối nhỏ.
- Quản lý hầu hết lưu lượng IP nếu tất cả tài nguyên IP được sử dụng để xử lý thoại.
- Sử dụng bus H.110 để tương thích với DSP và MG. - Độ sẵn sàng cao.
3.2.5 Máy chủ ứng dụng/ máy chủ đặc tính (AS/FS)
Máy chủ đặc tính là một máy chủ ở mức ứng dụng, chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là máy chủ ứng dụng thương mại. Do hầu hết các máy chủ tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với chuyển mạch mềm về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng.
Các dịch vụ bổ sung có thể trực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các giao thức như: SIP, H.323,… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng.
Chức năng của máy chủ đặc tính
Xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thường cho hệ thống đa chuyển mạch. Một vài ví dụ về các dịch vụ đặc tính :
Hệ thống tính cước - Call Agents sử dụng các bản ghi chi tiết cuộc gọi (CDR). Chương trình CDR có rất nhiều đặc tính, chẳng hạn khả năng ứng dụng tốc độ dựa trên loại đường truyền, thời điểm trong ngày… Dịch vụ này cho phép khách hàng truy nhập vào bản tin tính cước của họ thông qua cuộc gọi thoại hay yêu cầu trang Web.
H.323 Gatekeeper - dịch vụ này hỗ trợ định tuyến thông qua các miền khác nhau (các mạng khác nhau). Mỗi miền có thể đăng ký số điện thoại và số truy nhập trung kế với Gatekeeper thông qua giao thức H.323. Gatekeeper sẽ cung cấp dịch vụ định tuyến cuộc gọi (và chuyển dịch sang dạng số) cho mỗi đầu cuối H.323. Gatekeeper còn có thể điều khiển tính cước và quản lý băng thông cho chuyển mạch mềm.
VPN - Dịch vụ này sẽ thiết lập mạng riêng ảo cho khách hàng với các đặc tính sau : - Băng thông xác định ( thông qua mạng thuê riêng tốc độ cao)
- Đảm bảo QoS.
- Kế hoạch quay số riêng.
- Bảo mật các mã thoại được truyền dẫn.
Đặc tính hệ thống
- Yêu cầu CPU tiện ích cao ( phụ thuộc vào các ứng dụng). - Bộ nhớ lớn với độ trễ thấp.
- CPU có khả năng mở rộng để đáp ứng cho việc nâng cấp dịch vụ và lưu lượng. - Đặt một vài cơ sở dữ liệu trong máy chủ.
- Dung lượng đĩa lớn, tùy thuộc vào đặc tính của ứng dụng. Chẳng hạn như dung lượng 100GB- 2TB cho ngân hàng thư thoại.
CHƯƠNG 4. CÁC GIAO THỨC TRONG CHUYỂN MẠCH MỀM
Trong mạng điện thoại công cộng hiện nay có hai hệ thống báo hiệu đang được sử dụng, đó là báo hiệu kênh liên kết và báo hiệu kênh chung SS7. Mạng thế hệ mới ngoài các dịch vụ truyền thống như thoại/fax còn cung cấp các dịch vụ dữ liệu, do đó đòi hỏi phải có