Trong chương trước đó trỡnh bày về cấu trỳc mạng và cỏc thiết bị kĩ thuật cấu thành nờn mạng NGN. Nội dung của chương này sẽ giới thiệu cỏc vấn đề liờn quan đến kết nối và điều khiển kết nối trong mạng NGN thụng qua cỏc giao thức khỏc nhau. Để cỏc thiết bị trong mạng cú thể phối hợp hoạt động với nhau cần phải sử dụng rất nhiều giao thức, tuy nhiờn ở đõy sẽ chỉ trỡnh bày những giao thức tiờu biểu liờn quan đến vấn đề bỏo hiệu và điều khiển cỏc thiết bị kĩ thuật đó nờu ở trờn.
3.2.8.1.Vai trũ của điều khiển kết nối trong NGN
Trong cấu trỳc mạng NGN chức năng điều khiển kết nối được tỏch riờng thành một lớp và đẩy lờn nằm trờn lớp truyền tải và dưới lớp ứng dụng/dịch vụ. Lớp điều khiển kết nối được tổ chức thành một cấp cho toàn mạng nhằm giảm số cấp mạng và tận dụng tối đa năng lực xử lý cuộc gọi của cỏc thiết bị thế hệ mới với mục tiờu giảm chi phớ đầu tư. Lớp điều khiển cú nhiệm vụ thống nhất cỏc tiờu chuẩn kết nối giữa cỏc nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp mạng cũng như là giữa cỏc nhà cung cấp mạng thành viờn, nhằm đảm bảo thụng suốt việc cung cấp cỏc dịch vụ viễn thụng đến người sử dụng.
Với cỏc chức năng điều khiển lớp truyền tải, truy nhập và cung cấp cỏc dịch vụ mạng NGN, lớp điều khiển bao gồm nhiều module như: điều khiển kết nối ATM, điều khiển kết nối IP/MPLS, … (hỡnh 3.14). Cỏc thiết bị của lớp truyền tải và truy nhập được điều khiển và kết nối thụng qua giao diện API. Cỏc ứng dụng và dịch vụ cho khỏch hàng được điều khiển bằng cỏc server độc lập với mạng truyền tải. Cỏc bộ điều khiển như IP/MPLS Controller, ATM/SVC Controller, Voice/SS7 Controller được đặt tương ứng với vị trớ của cỏc nỳt Core tại cỏc vựng lưu lượng chớnh.
Hỡnh 3.14: Kết nối và điều khiển cỏc phần tử trong mạng NGN
Việc tổ chức kết nối cỏc mạng hiện thời (PSTN, PLMN, Internet, …) được thực hiện thụng qua cỏc cổng Media Gateway (MG). Giao thức điều khiển sử dụng là MGCP hoặc Megaco/H.248. Cỏc thiết bị Softswitch hay MGC trờn mạng được kết nối với nhau qua kờnh bỏo hiệu BICC hoặc SIP. Trờn hỡnh 3.15 minh họa cấu trỳc lớp điều khiển bỏo hiệu và cỏc giao thức liờn quan trong giải phỏp mạng NGN của Siemens. …… Feature SS7 POTS ISDN xDSL ATM ISDN xDSL ATM COPS NB Mạng lừi ATM/IP/MPLS PSTN NB SS7 BICC or SIP Controllers Controllers Access Gateway Access Router Trunk Gateway SS7 SIP PTS AIN or CS-x
Hỡnh 3.15: Cấu trỳc và cỏc giao thức điều khiển bỏo hiệu trong mạng NGN
3.2.8.2.Hoạt động của hệ thống dựa trờn chuyển mạch mềm
Với chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi, softswitch là thành phần chớnh trong mạng thế hệ sau NGN. Một cỏch đơn giản, chỳng ta cú thể hiểu softswitch là hệ thống chuyển mạch dựa trờn phần mềm, thực hiện được đầy đủ cỏc chức năng của cỏc tổng đài điện tử truyền thống. Ngoài ra, softswitch cũn cho phộp liờn kết giữa cỏc mạng IP, Mobile và PSTN truyền thống, điều khiển và chuyển mạch lưu lượng hỗn hợp thoại-dữ liệu-video. Softswitch là hệ thống mềm dẻo, tớch hợp được cả chức năng của tổng đài nội hạt hoặc tandem với chức năng tổng đài doanh nghiệp (PBX). Tuy nhiờn, khỏc với mạng chuyển mạch kờnh dựa trờn cỏc tổng đài điện tử, lưu lượng cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm khụng đi qua softswitch, cỏc đầu cuối trao đổi dữ liệu với nhau thụng qua cỏc thiết bị của lớp truyền thụng.
Mụ hỡnh hệ thống
Mụ hỡnh tối thiểu của hệ thống dựa trờn chuyển mạch mềm cho ở trờn hỡnh 3.16. Từ hỡnh vẽ cú thể thấy cỏc khối cơ bản của hệ thống bao gồm: chuyển mạch mềm (softswitch hay MGC - Media Gateway Controller), cổng kết nối SS7/IP, cỏc cổng phương tiện MG (Media Gateway), khối tớnh cước, hệ thống quản lớ, cỏc mỏy chủứng dụng và thành phần cuối cựng khụng thể thiếu là mạng lừi chuyển mạch gúi. Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thỡ chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng phương tiện Media Gateway (MG), cũn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộđiều khiển cổng phương tiện Media Gateway Controller (MGC).
PSTN PSTN ATM ISDN xDSL ……… xDSL ……… SS7 link SG Hệthống quản lý mạng Corba, SNMP, API,PINT BICC Sigtran C7/IP Sigtran H.248/Megaco Sigtran MG Softswitch MGC Softswitch MGC H.248/Megaco Sigtran
SS7 link C7/IP Sigtran
ATM ISDN
MG
Kênh Trung kế Kênh Trung kế
Nút truy nhập, MG Nút truy nhập, MG Mạng IP (ATM, MPLS) STP STP SG
Hỡnh 3.16. Mụ hỡnh của hệ thống dựa trờn chuyển mạch mềm
Như trờn hỡnh vẽ ta cũng thấy rừ trong chuyển mạch mềm cỏc thành phần cơ bản của hệ thống là cỏc module riờng biệt nhau, phần mềm xử lý điều khiển cuộc gọi khụng phụ thuộc vào phần cứng chuyển mạch vật lý cũng như mụi trường lừi truyền thụng tin. Cũn đối với mạng truyền thống thỡ tất cả cỏc thành phần đều tớch hợp trong một thiết bị phần cứng. Như vậy, mạng chuyển mạch mềm là mạng xử lý tập trung về mặt logic nhưng tài nguyờn phõn tỏn, chuyển mạch cuộc gọi được thực hiện trờn nền mạng chuyển mạch gúi và tạo ra nhiều ưu thế vượt trội so với mạng truyền thống.
Cỏc ưu điểm cơ bản của mạng chuyển mạch mềm cú thể kểđến như sau.
Thứ nhất, chuyển mạch mềm cho phộp cú một giải phỏp phần mềm chung đối với việc xử lý cuộc gọi. Phần mềm này được cài đặt trờn nhiều loại mạng khỏc nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kờnh và mạng gúi (ỏp dụng được với cỏc dạng gúi và mụi trường truyền dẫn khỏc nhau).
Thứ hai, do phần mềm điều khiển cú thể chạy trờn cỏc hệđiều hành và mụi trường mỏy tớnh chuẩn, cho phộp tiết kiệm một cỏch đỏng kể chi phớ trong việc phỏt triển và ứng dụng cỏc phần mềm xử lý cuộc gọi.
Thứ ba, chuyển mạch mềm cho phộp cỏc phần mềm thụng minh của nhà cung cấp dịch vụ cú thểđiều khiển từ xa thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khỏch hàng. Đõy là một yếu tố quan trọng trong việc khai thỏc tiềm năng của mạng trong tương lai.
Cỏc chức năng MGC
MGC hay Softswitch là trung tõm của mạng NGN. Nú cú nhiệm vụ tạo cầu nối giữa cỏc mạng cú đặc tớnh khỏc nhau bao gồm PSTN, SS7 và IP. Khỏc với tổng đài truyền thống, trong MGC tất cả cỏc chức năng điều khiển hay chuyển mạch đều do phần mềm đảm nhiệm. Cỏc chức năng chớnh của MGC được thể hiện trờn hỡnh 3.17. Hệ thống Tính c−ớc Hệ thống Quản lý Mạng báo hiệu SS7 T D M T D M Chuyển mạch mềm Mạng gói (Packet Network) Media Gateway Media Gateway IP ATM IP ATM Các ứng dụng MGCP Megaco
Hỡnh 3.17. Cỏc chức năng chớnh của MGC
Nhiệm vụ của từng thực thể chức năng cụ thể như sau:
AS-F (Application Server Function) là thực thể thi hành cỏc ứng dụng, cú nhiệm vụ chớnh là cung cấp cỏc logic dịch vụ và thi hành một hay nhiều ứng dụng/dịch vụ.
MS-F (Media Server Function) cung cấp cỏc dịch vụ tăng cường cho xử lý cuộc gọi. Nú hoạt động như một server để xử lý cỏc yờu cầu từ AS-F hoặc MGC-F.
MGC-F (Media Gateway Control Function) cung cấp logic cuộc gọi và tớn hiệu bỏo 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 được kớch hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
IW-F (Interworking Function) cũng là một phần chức năng của MGC-F. Nú được kớch hoạt khi MGC-F thực hiện cỏc bỏo hiệu giữa cỏc mạng bỏo hiệu khỏc nhau.
R-F (Routing Function) cung cấp thụng tin định tuyến cho MGC-F.
A-F (Accounting Function) cung cấp thụng tin dựng cho việc tớnh cước.
SG-F (Signaling Gateway Function) dựng để chuyển cỏc thụng tin bỏo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP.
MG-F (Media Gateway Function) dựng để chuyển thụng tin từ dạng truyền dẫn này sang dạng truyền dẫn khỏc.
Chỳ ý rằng CA-F và IW-F là hai chức năng con của MGC-F. Riờng thực thể Inter-operator Manager cú nhiệm vụ liờn lạc, trao đổi thụng tin giữa cỏc MGC với nhau.
Điều khiển cuộc gọi, duy trỡ trạng thỏi của mỗi cuộc gọi trờn một Media Gateway;
Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của Media Gateway, Signaling Gateway;
Trao đổi cỏc bản tin cơ bản giữa 2 MG-F;
Xử lý bản tin SS7 (khi sử dụng SIGTRAN);
Xử lý bản tin liờn quan QoS;
Phỏt hoặc nhận bản tin bỏo hiệu;
Định tuyến (bao gồm bảng định tuyến, phõn tớch số và dịch số);
Tương tỏc với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tớnh cho người sử dụng;
Cú thể quản lý cỏc tài nguyờn mạng (port, băng tần, …).
Trờn đõy chỉ là những chức năng cơ bản nhất. Ngoài ra, tựy thuộc vào nhu cầu thực tế mà MGC cũn cú thểđược bổ sung thờm những chức năng khỏc nữa.
Quỏ trỡnh xử lý cuộc gọi
Để hiểu rừ hơn hoạt động của hệ thống dựa trờn chuyển mạch mềm, sau đõy trỡnh bày khỏi quỏt cỏc bước xử lớ cuộc gọi trong trường hợp thuờ bao gọi đi là thuộc mạng điện thoại truyền thống PSTN. Cỏc trường hợp khỏc thỡ hoạt động của chuyển mạch mềm cũng sẽ tương tự.
Cụ thể cỏc bước xử lớ cuộc gọi được thực hiện như sau:
(1) Khi cú một thuờ bao (thuộc PSTN) nhấc mỏy và chuẩn bị thực hiện cuộc gọi thỡ tổng đài nội hạt quản lý thuờ bao đú sẽ nhận biết trạng thỏi nhấc mỏy của thuờ bao. SG nối với tổng đài này thụng qua mạng SS7 cũng nhận biết được trạng thỏi mới của thuờ bao.
(2) SG bỏo cho MGC trực tiếp quản lý mỡnh thụng qua CA-F, đồng thời cung cấp tớn hiệu mời quay số cho thuờ bao. Ta gọi MGC này là MGC chủ gọi.
(3) MGC chủ gọi gửi yờu cầu tạo kết nối đến MG nối với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F. (4) Cỏc con số quay số của thuờ bao sẽđược SG thu và chuyển tới MGC chủ gọi.
(5) MGC chủ gọi sử dụng những số này để quyết định cụng việc tiếp theo sẽ thực hiện. Cụ thể là cỏc số này sẽđược chuyển tới chức năng R-F và R-F sẽ sử dụng thụng tin lưu trữ của cỏc mỏy chủđểđịnh tuyến cuộc gọi.
Trường hợp đầu cuối đớch cựng loại với đầu cuối gọi (đều là thuờ bao PSTN):
- Nếu thuờ bao bị gọi cựng thuộc MGC chủ gọi, tiến trỡnh thực hiện tiếp bước (7), - Cũn nếu thuờ bao bị gọi thuộc sự quản lý của một MGC khỏc, tiến trỡnh thực hiện theo
bước (6).
(6) MGC chủ gọi sẽ gửi yờu cầu thiết lập cuộc gọi đến một MGC khỏc. Nếu MGC đú chưa phải là của thuờ bao bị gọi (ta gọi là MGC trung gian) thỡ nú tiếp tục chuyển yờu cầu thiết lập cuộc gọi đến MGC khỏc nữa cho đến khi đến đỳng MGC bị gọi. Trong quỏ trỡnh này, cỏc MGC trung gian luụn phản hồi lại MGC đó gửi yờu cầu đến nú. Cỏc cụng việc này được thực hiện bởi CA-F.
(7) MGC bị gọi gửi yờu cầu tạo kết nối với MG nối với tổng đài nội hạt của thuờ bao bị gọi (MG trung gian).
(8) Đồng thời MGC bị gọi gửi thụng tin đến SG trung gian, thụng qua mạng SS7 để xỏc định trạng thỏi của thuờ bao bị gọi.
(9) Khi SG trung gian nhận được bản tin thụng bỏo trạng thỏi của thuờ bao bị gọi (giả sử là rỗi) thỡ nú sẽ gửi ngược thụng tin này trở về MGC bị gọi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(10) MGC bị gọi gửi phản hồi về MGC chủ gọi để thụng bỏo tiến trỡnh cuộc gọi.
(12) MGC bị gọi gửi thụng tin để cung cấp tớn hiệu hồi õm chuụng cho MGC chủ gọi, qua SG chủ gọi đến thuờ bao chủ gọi.
(13) Khi thuờ bao bị gọi nhấc mỏy thỡ quỏ trỡnh thụng bỏo tương tự như cỏc bước trờn: qua nỳt bỏo hiệu số 7, qua SG trung gian đến MGC bị gọi, rồi đến MGC chủ gọi, qua SG chủ gọi đến thuờ bao thực hiện cuộc gọi.
(14) Kết nối giữa thuờ bao chủ gọi và thuờ bao bị gọi được hỡnh thành thụng qua MG chủ gọi và MG trung gian..
(15) Khi kết thỳc cuộc gọi thỡ quỏ trỡnh sẽ diễn ra tương tự như thiết lập cuộc gọi. Lưu đồ xử lý cuộc gọi được minh họa trờn hỡnh 3.18.
Hỡnh 3.18. Lưu đồ xử lý cuộc gọi trong chuyển mạch mềm
Cú thể nhận thấy, cũng giống như trong chuyển mạch kờnh, chuyển mạch mềm phải thiết lập kết nối trước khi thực hiện đàm thoại. Trong chuyển mạch kờnh, kờnh bỏo hiệu và kờnh thoại là hai kờnh khỏc nhau nhưng cựng truyền đến một điểm xử lý trờn cựng kết nối vật lý (kờnh bỏo hiệu được thiết lập trước, sau đú kờnh thoại mới được thiết lập). Cũn đối với chuyển mạch mềm thỡ hai kờnh này khụng chỉ là riờng biệt mà chỳng cũn được truyền trờn hai kết nối khỏc nhau: thụng tin bỏo hiệu được truyền qua SG và thụng tin thoại được truyền qua MG.
3.2.8.3.Một số giao thức điều khiển bỏo hiệu điển hỡnh
Hệ thống chuyển mạch mềm cú kiến trỳc phõn tỏn. Cỏc chức năng bỏo hiệu và xử lý bỏo hiệu, chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi được thực hiện bởi cỏc thiết bị nằm phõn tỏn trong cấu
Nhấc mỏy, nhấn số Ringback tone Rung chuụng Nhấc mỏy trả lời IAM IAM CRCX OK Invite CRCX OK IAM IAM ACM ACM ACM ACM ANM ANM 183 200 MDCX OK ACK SS7 SIGTRAN MGCP SIP ANM ANM Thụng tin thoại Đàm thoại Đàm thoại
dụng, cỏc thiết bị này phải trao đổi cỏc thụng tin bỏo hiệu với nhau. Cỏch thức trao đổi thụng tin bỏo hiệu được quy định bởi cỏc giao thức bỏo hiệu.
Cỏc giao thức bỏo hiệu và điều khiển chớnh sử dụng trong mạng NGN là: - H.323;
- SIP (Session Initiation Protocol); - SIGTRAN (Signaling Transport);
- MGCP (Media Gateway Control Protocol); - Megaco/H.248;
- BICC (Bearer Independent Call Control).
Cỏc giao thức này được hai tổ chức khỏc nhau xõy dựng và phỏt triển là IETF (Internet Engineering Task Force) và ITU (International Telecom Union). Cú thể phõn cỏc giao thức trờn thành hai loại là: giao thức ngang cấp (H.323, SIP) và giao thức chủ tớ (MGCP, Megaco). Từng giao thức cú vai trũ khỏc nhau trong việc thiết lập cuộc nối, chỳng cũng cú những thế mạnh và điểm yếu khỏc nhau.
Giao thức ngang cấp H323, SIP được sử dụng để trao đổi thụng tin bỏo hiệu giữa cỏc MGC, giữa MGC và cỏc Server. Giao thức chủ tớ MGCP, Megaco là giao thức bỏo hiệu điều khiển giữa MGC và cỏc Gateway (trong đú MGC điều khiển Gateway). SIGTRAN là giao thức bỏo hiệu giữa MGC và Signaling Gateway. BICC là giao thức đảm bảo truyền thụng giữa cỏc server (hay MGC). Mỗi giao thức sẽđịnh nghĩa cỏc thiết bị phần cứng, ngăn xếp giao thức, cỏc loại bản tin, lệnh cũng như thủ tục thiết lập, duy trỡ và giải phúng kết nối khỏc nhau.
Hỡnh 3.19 cho thấy vị trớ và mối quan hệ giữa cỏc giao thức bỏo hiệu và điều khiển trong mạng NGN. Giao thức H.323 phiờn bản 1 và 2 hỗ trợ H.245 trờn nền TCP, Q.931 trờn nền TCP và RAS trờn nền UDP. Cỏc phiờn bản 3 và 4 của H.323 hỗ trợ thờm H.245 và Q.931 trờn nền UDP. Giao thức SIP hỗ trợ cả TCP và UDP. Trong mạng NGN cỏc cuộc gọi thoại đều là cỏc cuộc gọi VoIP.
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Từđầy đủ í nghĩa
AAA Authentication/Authorization/ Accouting Server
Mỏy chủ nhận thực/cho phộp/ thanh toỏn
A/D Analog-Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự-số
ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường dõy thuờ bao số khụng đối xứng
AG Access Gateway Cổng truy nhập AS Application Server Mỏy chủứng dụng
ATM Asynchoronous Transfer Mode Phương thức truyền giao khụng đồng bộ
B-ISDN Broadband-ISDN ISDN băng rộng
BRAS Broadband Remote Access System Hệ thống điều khiển truy nhập băng rộng
BW Bandwidth Băng thụng
CAS Channel Associated Signalling Bỏo hiệu kờnh liờn kết CATV Cable Television Truyền hỡnh cỏp CCS Common Channel Signalling Bỏo hiệu kờnh chung CGI Common Gateway Interface Giao diện cổng chung (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
COPS Common Open Policy Service Dịch vụ chớnh sỏch mở chung CPL Call Processing Language Ngụn ngữ xử lý cuộc gọi CS Call Server Mỏy chủ cuộc gọi DNS Domain Name System Hệ thống tờn miền DSLAM Digital Subcriber Line Access
Multiplex
Bộ ghộp kờnh truy nhập đường dõy thuờ bao số
DTE Data Terminal Equipment Thiết bịđầu cuối số liệu