2.2.1 Định nghĩa chuyển mạch mềm (Softswitch)
qua mạng xây dựng trên nền công nghệ chuyển mạch gói thưòng là IP (Internet Protocol). Những dịch vụ đó bao gồm thoại, fax, video, dữ liệu và các dịch vụ mớicó thể được phát triển trong tương lai. Những thiết bị đầu cuối truy nhập bao gồm điện thoại truyền thống, điện thoại IP, máy tính, PDAs, máy nhắn tin (pager)...Một sản phẩm Softswitch có thể bao gồm một hoặc nhiều phần chức năng, các chức năng có thể cùng nằm trên một hệ thống hoặc phân tán trên những hệ thống thiết bị khác nhau.
Nhìn chung softswitch cung cấp các chức năng giống như các chức năng của hệ thống chuyển mạch kênh, nó chỉ khác là được thiết kế cho mạng chuyển mạch gói và có khả năng liên kết với mạng PSTN. Các tính chất khác biệt của một hệ thống chuyển mạch mềm bao gồm:
- Là hệ thống có khả năng lập trình để xử lý cuộc gọi và hỗ trợ các giao thức của mạng PSTN, ATM, và IP.
- Hoạt động trên nền các máy tính và các hệ điều hành thương mại
- Điều khiển các Gateway trung kế ngoài ( External Trunking Gateway ), Gateway truy nhập(Access Gateway) và các Server truy nhập từ xa RAS(Remote Access Server)
- Nó tái sử dụng các dịch vụ Internet thông qua giao diện danh bạ mở, mềm dẻo.
- Cung cấp các giao diện lập trình ứng dụng mở API cho các nhà phát triển thứ 3 nhằm tạo ra các dịch vụ thế hệ sau.
- Nó có chức năng lập trình cho các hệ thống Back office
- Có hệ thống quản lý tiên tiến trên cơ sở máy chủ (policy-Server-based) cho tất các module phần mềm.
Một đặc điểm nữa của Softswitch là Softswitch không phải làm nhiệm vụ cung cấp kênh kết nối như tổng đài vì liên kết thông tin đã được cơ sở hạ tầng mạng NGN thực hiện theo các công nghệ chuyển mạch gói. Tức là công nghệ Chuyển mạch mềm không thực hiện bất cứ “chuyển mạch” gì. Tất cả các công việc của Softswitch được thực hiện với một hệ thống các mô đun phần mềm điều khiển và giao tiếp với các phần khác của mạng NGN, chạy trên một hệ thống máy chủ có hiệu năng, độ tin cậy và độ sẵn sàng ở cấp độ nhà cung cấp dịch vụ (Carrier -Class)
* một số khái niệm về chuyển mạch mềm của các hãng:
Theo hãng Mobile IN, Softswitch là ý tưởng về việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng.
Theo hãng Nortel, Softswitch chính là thành phần quan trọng nhất của mạng thế hệ tiếp sau. Softswitch là một phần mềm theo mô hình mở, có thể thực hiện được
những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và có chức năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video. Và nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau.
Theo CopperCom, Softswitch là tên gọi dùng cho một phương pháp tiếp cận mới trong chuyển mạch thoại có thể giúp giải quyết được các thiếu sót của các chuyển mạch trong các tổng đài nội hạt truyền thống.
Thực chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau. ( Ghi chú: chức năng xử lý cuộc gọi bao gồm định tuyến cuộc gọi và quản lý, xác định và thực thi các đặc tính cuộc gọi ).
Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng phương tiện Media Gateway (MG), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng phương tiện Media Gateway Controller (MGC).
2.2.2 Vị trí của chuyển mạch mềm trong mạng NGN
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 – Hình 2.3). Và các thực thể chức năng của Softswitch là MGC-F, CA-F, IW-F, R-F và A-F.
Hình 2.3 Vị trí của chuyển mạch mềm trong mạng NGN
2.2.3 Thành phần chính của chuyển mạch mềm Sortwitch
Thành phần chính của chuyển mạch mềm Softswitch là bộ điều khiển cổng thiết bị Media Gateway Controller (MGC). Bên cạnh đó còn có các thành phần khác hỗ trợ hoạt động như: Signaling Gateway (SG), Media Gateway (MG), Media Server (MS), Application Server (AS)/Feature Server (FS). Trong đó Media Gateway là
lớp với MGC; Media Server và Application Server/Feature Server nằm trên lớp Application and Service Layer.
Hình 2.4 Kết nối MGC với các thành phần của mạng NGN
Một Media Gateway Controller có thể quản lý nhiều Media Gateway. Hình2.4 trên chỉ minh họa 1 MGC quản lý 1 MG. Và một Media Gateway có thể nối đến nhiều loại mạng khác nhau.
* Media Gateway Controller :
MGC chính là thành phần chính của chuyển mạch mềm, và cũng thường được gọi là Softswitch, hay Call Agent. Các chức năng chính của MGC được thể hiện trong hình sau:
Hình 2.5 Chức năng của Media Getway Controller
Media Gateway Controller có nhiệm vụ tạo cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau bao gồm PSTN, SS7, IP.
Các chức năng chính của Media Gateway Controller: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- 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 số và dịch số).
- Tương tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho người sử dụng.
- Có thể quản lý các tài nguyên mạng ( port, băng tần,…). Các giao thức Media Gateway Controller có thể sử dụng:
- Để thiết lập cuộc gọi: H.323, SIP.
- Điều khiển Media Gateway: MGCP, Megaco/H.248.
- Điều khiển Signaling Gateway: SIGTRAN (SS7).
Các thành phần mạng của NGN liên lạc với nhau qua các giao thức được thể hiện trong hình2.6 sau:
Hình 2.6 Giao thức sử dụng giữa các thành phần trong Sortwitch
2.2.4 Khái quát hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch
Ở đây chỉ xét trường hợp thuê bao gọi đi là một thuê bao thuộc mạng cung cấp dịch vụ thoại truyền thống PSTN. Các trường hợp khác thì hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch cũng sẽ tương tự. Hoạt động của phần mềm này bao gồm các bước sau:
(1) Khi có một thuê bao nhấc máy (thuộc PSTN) và chuẩn bị thực hiện cuộc gọi thì tổng đài nội hạt quản lý thuê bao đó sẽ nhận biết trạng thái off-hook của thuê bao. Và Signaling Gateway (SG) nối với tổng đài này thông qua mạng SS7 cũng nhận biết được trạng thái mới của thuê bao.
(2) SG sẽ báo cho Media Gateway Controller (MGC) trực tiếp quản lý mình thông qua CA-F đồng thời cung cấp tín hiệu dial-tone cho thuê bao. Ta gọi MGC này là caller-MGC.
(3) Caller-MGC gởi yêu cầu tạo kết nối đến Media Gateway (MG) nối với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F.
(4) Các số do thuê bao nhấn sẽ được SG thu thập và chuyển tới caller-MGC. (5) Caller-MGC sử dụng những số này để quyết định công việc tiếp
theo sẽ thực hiện. Các số này sẽ được chuyển tới chức năng R-F và R-F sử dụng thông tin lưu trữ của các server để có thể định tuyến cuộc gọi. Trường hợp đầu cuối
đích cùng loại với đầu cuối gọi đi (nghĩa là cũng là một thuê bao của mạng PSTN): nếu thuê bao bị gọi cũng thuộc sự quản lý của caller-MGC thì thực hiện bước (7).
Nếu thuê bao này thuộc sự quản lý của một MGC khác thì thực hiện bước (6). Còn nếu thuê bao này là một đầu cuối khác loại thì MGC sẽ đồng thời kích hoạt chức năng IW-F để khởi động bộ điều khiển tương ứng và chuyển cuộc gọi đi. Lúc này thông tin báo hiệu sẽ được một loại Gateway khác xử lý. Và quá trình truyền thông tin sẽ diễn ra tương tự như kết nối giữa 2 thuê bao thoại thông thường.
(6) Caller-MGC sẽ gởi yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến một MGC khác. Nếu chưa đến đúng MGC của thuê bao bị gọi (ta gọi là callee-MGC) thì MGC này sẽ tiếp tục chuyển yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến MGC khác cho đến khi đến đúng callee-MGC. Trong quá trình này, các MGC trung gian luôn phản hồi lại MGC đã gởi yêu cầu đến nó. Các công việc này được thực hiện bởi CA-F.
(7) Callee-MGC gởi yêu cầu tạo kết nối với MG nối với tổng đài nội hạt của thuê bao bị gọi (callee-MG).
(8) Đồng thời callee-MGC gửi thông tin đến callee-SG, thông qua mạng SS7 sẽ làm rung chuông thuê bao bị gọi.
(9) Khi callee-SG nhận được bản tin báo trạng thái của thuê bao bị gọi (giả sử là rỗi) thì nó sẽ gởi ngược thông tin này trở về callee-MGC.
(10) Và callee-MGC sẽ phản hồi về caller-MGC để báo mình đang liên lạc với người được gọi.
(12) Callee-MGC gởi thông tin để cung cấp tín hiệu ring back tone cho caller- MGC, qua caller-SG đến người gọi.
(13) Khi thuê bao bị gọi nhấc máy thì quá trình thông báo tương tự các bước trên xảy ra: qua nút báo hiệu số 7, thông tin nhấc máy qua callee-SG đến callee- MGC, rồi đến caller-MGC, qua caller-SG rồi đến thuê bao thực hiện cuộc gọi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(14) Kết nối giữa thuê bao gọi đi và thuê bao bị gọi được hình thành thông qua caller-MG và callee-MG.
(15) Khi chấm dứt cuộc gọi thì quá trình sẽ diễn ra tương tự như lúc thiết lập.
2.2.5 Ưu điểm và ứng dụng của chuyển mạch mềma. Ưu điểm a. Ưu điểm
- Cho cơ hội mới về doanh thu:
Với công nghệ mạng cho phép hội tụ các ứng dụng thoại, số liệu, video cùng công nghệ chuyển mạch mới, nhiều dịch vụ giá trị
gia tăng hoàn toàn mới được ra đời. Các dịch vụ này hứa hẹn sẽ đem lại doanh thu cao hơn so với các dịch vụ thoại truyền thống.
Do sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm, có tính chất phân tán, các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp dịch vụ cho một nhóm nhỏ khách hàng, hay bất cứ nơi nào và khi nào mà họ muốn.
- Thời gian tiếp cận thị trường ngắn:
Do công nghệ chuyển mạch mới dựa trên phần mềm nên các dịch vụ mới ra đời cũng dựa trên phần mềm. Điều này làm cho việc triển khai các dịch vụ mới cũng như nâng cấp dịch vụ đang cung cấp trở nên nhanh chóng hơn. Ngoài ra nhà khai thác mạng có thể mua một dịch vụ mới từ nhà cung cấp thứ ba để triển khai nhanh chóng dịch vụ khách hàng yêu cầu. Đây chính là một trong những đặc điểm khác biệt của mạng thế hệ sau NGN mà các mạng hiện tại không có.
- Khả năng thu hút khách hàng:
Cùng với việc đưa vào sử dụng mạng thế hệ mới, việc đưa vào sử dụng chuyển mạch mềm còn giới thiệu với khách hàng nhiều dịch vụ mới hấp dẫn đồng thời cho phép họ tự lựa chọn và kiểm soát các dịch vụ thông tin do mình sử dụng.
- Giảm chi phí xây dựng mạng:
Chi phí xây dựng cho các hệ thống sử dụng chuyển mạch mềm là chi phí cho phần mềm, không theo kiểu chi phí cho các cơ cấu chuyển mạch kênh trước đây. Do đó không đòi hỏi phải có vốn đầu tư ban đầu lớn mà chi phí xây dựng sẽ tăng tuyến tính theo nhu cầu và số lượng khách hàng.Các nhà khai thác có thể khởi đầu phục vụ cho một số lượng nhỏ khách hàng nhưng vẫn cung cấp đầy đủ các dịch vụ thông qua các nhà khai thác lớn hơn. Đây là điểm khác biệt vì chuyển mạch truyền thống luôn được thiết kế với tập tính năng và qui mô lớn hơn nhiều so với số lượng khách hàng và nhu cầu dịch vụ thực tế.
- Giảm chi phí điều hành mạng:
Do phần mềm chuyển mạch thế hệ mới Softswitch cho phép khách hàng tự lựa chọn và kiểm soát quá trình sử dụng dịch vụ của mình nên đã giúp cho công việc của các nhà điều hành mạng được giảm đi một phần. Hơn thế nữa, khi sử dụng chuyển mạch mềm sẽ không còn các tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân lực điều hành. Các chuyển mạch giờ đây sẽ là các máy chủ đặt phân tán trongmạng và được điều khiển bởi các giao diện thân thiện với người dùng GUI.
- Sử dụng băng thông một cách hiệu quả:
Với mô hình truyền thống, hệ thống chuyển mạch sẽ thiết lập một kênh dành riêng cho người gọi và người được gọi trong cuộc gọi thông thường. Và kênh này sẽ không được sử dụng cho mục đích nào khác trong suốt quá trình kết nối. Tuy TDM cho phép truyền nhiều kênh trên một trung kế nhưng kênh dành riêng vẫn sử dụng tài nguyên mạng nhiều hơn mức yêu cầu thực tế vì tồn tại những khoảng lặng trong quá
trình đàm thoại. Khi đưa mạng thế hệ mới vào sử dụng, do mạng IP được sử dụng nên đã tận dụng được ưu điểm sử dụng băng thông hiệu quả.
- Quản lý mạng hiệu quả:
Đó là do Softswitch cho phép giám sát và điều chỉnh hoạt động mạng theo thời gian thực đồng thời có thể nâng cấp hay thay đổi cấu hình mạng từ xa. Điều này giúp cho các nhà điều hành quản lý mạng hiệu quả hơn.
- Cải thiện dịch vụ:
Với khả năng cung cấp dịch vụ một cách dễ dàng đã giúp cho Softswitch nhanh chóng được chấp nhận. Bằng cách lắp đặt thêm một máy chủ ứng dụng riêng mới (còn gọi là nâng cấp phần mềm chuyển mạch Softswitch) hay triển khai thêm một module của nhà cung cấp thứ 3, các nhà khai thác có thể cung cấp các dịch vụ mới nhanh chóng hơn và giá thấp hơn so với chuyển mạch truyền thống. Ngoài ra chuyển mạch mềm còn hỗ trợ nhiều tính năng giúp nhà khai thác phân biệt dịch vụ cho từng khách hàng riêng lẻ.
- Tiết kiệm không gian đặt thiết bị:
Softswitch cho phép các ứng dụng được thi hành tại bất cứ khu vực nào trên mạng. Mạng có thể được sắp xếp sao cho các máy chủ được bố trí gần những nơi mà nó thật sự là tài nguyên quan trọng. Các ứng dụng và tài nguyên có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ và tính năng mới không nhất thiết phải đặt tại cùng một nơi trên mạng. Hơn thế nữa các thành phần của mạng NGN, đặc biệt là các MGC sử dụng chuyển mạch mềm Softswitch có kích thước nhỏ và có tính phân tán nên không gian đặt thiết bị cũng gọn hơn.
- Cung cấp môi trường tạo lập dịch vụ mềm dẻo:
Do dịch vụ được tạo ra nhờ phần mềm nên môi trường tạo lập dịch vụ mới rất linh hoạt.
- An toàn vốn đầu tư:
Do mạng NGN hoạt động trên nền hạ tầng cơ sở có sẵn nên các nhà khai thác vẫn tiếp tục sử dụng mạng truyền thống đồng thời triển khai những dịch vụ mới. Điều này giúp nhà khai thác vừa thu hồi vốn đầu tư vào mạng cũ vừa thu lợi nhuận từ dịch vụ do mạng mới cung cấp.
b. Ứng dụng
Chuyển mạch mềm Softswitch hiện nay, khi vẫn tận dụng mạng PSTN, được sử dụng trong mạng công cộng để thay thế cho tổng đài cấp 4 (tandem switch) và trong mạng riêng. Và phần mềm điều khiển chuyển mạch lúc này chỉ có nhiệm vụ đơn giản là thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Trong tương lai khi tiến lên mạng NGN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi đó chuyển mạch mềm Softswitch không chỉ thiết lập và xóa cuộc gọi mà sẽ thực hiện cả các chức năng phức tạp khác của một tổng đài lớp 5.
2.2.6 Các giao thức hoạt động của chuyển mạch mềm Sortwitch
Các thành phần trong MGC có thể sử dụng nhiều giao thức cho các hoạt động của mình. Trong khuôn khổ phần các giao thức chuyển mạch mềm của chương này chỉ đề cập đến các giao thức sau: SIP ( Session Initiation Protocol ), MGCP ( Media Gateway Control Protocol ), và SIGTRAN ( Signaling Transport ) và RTP ( Real Time Transport Protocol ).
a. SIP (Session Initiation Protocol)
SIP, được xây dựng bởi IETF, là một giao thức báo hiệu điều khiển thuộc lớp ứng dụng dùng để thiết lập, điều chỉnh và kết thúc phiên làm việc của một hay nhiều người tham gia. SIP là một giao thức đơn giản, dựa trên văn bản ( text-based ) được