Như trờn hỡnh vẽ ta thấy 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 kể đến 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 hệ điều 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 thể điều 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.
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
3.2.2 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 3.4.
Máy chủ phương tiện MS-F Máy chủ ứng dụng AS-F Cổng báo hiệu SG-F Cổng phương tiện MG-F Quản lý Inter-Operator Interworking IW-F Quản lý phiên kết nối MGC-F Quản lý phiên truy nhập R-F/A-F
Điều khiển cuộc gọi & báo hiệu
CA-F Điều khiển cổng phương tiện MGC MGC-F Hỡnh 3.4 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 mỏy chủ 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.
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.
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.
Từ ý nghĩa của cỏc thực thể chức năng cú thể thấy MGC đảm nhiệm cỏc cụng việc sau đõy:
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 (cổng, 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 thể được bổ sung thờm những chức năng khỏc nữa.
3.2.3 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.
(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 sẽ được chuyển tới chức năng R-F và R-F sẽ sử dụng thụng tin lưu trữ của cỏc mỏy chủ để định 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 với 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.
(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 3.5.
Hỡnh 3.5 Lưu đồ xử lý cuộc gọi trong hệ thống sử dụng 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, hai kờnh bỏo hiệu và thoại là 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, cũn thụng tin thoại được truyền qua MG.
3.3 MỘT SỐ GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN BÁO HIỆU ĐIỂN HèNH
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
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
phõn tỏn trong cấu hỡnh mạng. Để cú thể tạo ra cỏc kết nối giữa cỏc đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ cho người sử 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 Telecommunications 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/H.248). 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 H.323, 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 MG (trong đú MGC điều khiển MG). 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 sẽ định 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 3.6 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.
M2UA M3UA SUA MTP3 I S U P S C C P SCTP H.450 H.235 H.225.0 H.245 H.225 RAS SIP TCP UDP
Bỏo hiệu cuộc gọi Cổng bỏo hiệu
MGCP H.248 MEGACO UDP Cổng phương tiện RTCP RTP R T S P UDP Truyền thụng tin IP H.323 TCAP
Hỡnh 3.6 Vị trớ và mối quan hệ giữa cỏc giao thức trong mạng NGN
3.3.1 H.323
Cỏc đặc điểm chớnh
Được ban hành lần đầu tiờn vào năm 1996, H.323 được coi là bản chỉ tiờu kỹ thuật cơ bản về cỏc sản phẩm thoại qua IP. Tuy nhiờn, khuyến nghị H.323 rất chung chung nờn ớt được coi là tiờu chuẩn cụ thể. Trờn thực tế, hoàn toàn cú thể thiết kế một hệ thống thoại tuõn thủ H.323 mà khụng cần đến IP. Khuyến nghị này chỉ đưa ra yờu cầu về "giao diện mạng gúi" tại thiết bị kết cuối.
Với tiờu đề "Hệ thống truyền thụng đa phương tiện dựa trờn cụng nghệ gúi" mà ITU-T đưa ra, H.323 thực tế đó mụ tả cỏch thức kết nối những hệ thống với nhiều khả năng trao đổi thụng tin khỏc nhau, chứ khụng đơn thuần chỉ là truyền và nhận tớn hiệu õm thanh hay thoại. Chuẩn H.323 được sử dụng để bỏo hiệu và điều khiển cuộc gọi, điều khiển việc truyền tải thụng tin đa phương tiện, điều khiển băng thụng cho cỏc cuộc nối điểm-điểm và đa điểm. Người ta hy vọng rằng cỏc hệ thống truyền thụng đa phương tiện này cú thể hỗ trợ cho ngành viễn thụng và cho phộp cỏc ứng dụng video thời gian thực như hội nghị truyền hỡnh.
Mặc dự H.323 cú nhiều cụng dụng, đặc biệt là đặc tớnh đa phương tiện toàn diện, nhưng trọng tõm chớnh của thị trường đối với khuyến nghị này là khả năng truyền õm thanh để thực hiện thoại IP. H.323 khụng yờu cầu cao về độ tin cậy hay cỏc tham số chất lượng mạng. Khi sản phẩm của nhà cung cấp nào đú hoàn toàn tuõn theo chuẩn H.323 thỡ sản phẩm đú cú thể kết nối và phối hợp hoạt động với cỏc sản phẩm H.323 của cỏc hóng khỏc trờn thế giới. Họ H.32x bao gồm H.320 cho truyền thụng đa phương tiện trờn mạng ISDN và H.324 cho truyền thụng đa phương tiện trờn mạng thoại thuần tuý (POTS).
Cấu trỳc H.323 và cỏc phần tử
Trờn hỡnh 3.7, hệ thống H.323 được chỉ ra với 4 loại thiết bị chớnh:
Thiết bị đầu cuối H.323, là những PC đa phương tiện điển hỡnh cú thể tận dụng được mọi ưu điểm của H.323, bao gồm cả hội nghị truyền hỡnh đa điểm;
Khối điều khiển đa điểm MCU (Multipoint Control Unit);
Gatekeeper (thiết bị này là tuỳ chọn);
Cỏc Gateway H.323. H.323 MCU Đầu cuối H.323 Đầu cuối H.323 Gateway H.323 Đầu cuối H.323 Gatekeeper H.323 Mạng IP Hệ thống H.323 PSTN ISDN Đầu cuối V.70 Đầu cuối H.324
Đầu cuối âm thanh
Đầu cuối H.320
Đầu cuối âm thanh
Hỡnh 3. 7 Cỏc phần tử kết nối mạng H.323
Về mặt kỹ thuật, bất kể thiết bị nào nằm ngoài Gateway H.323 đều khụng được đề cập trong khuyến nghị H.323. Cỏc Gateway H.323 cú thể phối hợp hoạt động với cỏc loại thiết bị khỏc nhau trong cỏc cấu trỳc mạng khỏc nhau. H.323 cú thể được sử dụng với PSTN, N-ISDN hay B-ISDN sử dụng ATM. Thậm chớ một đầu cuối điện thoại cũng cú thể tham gia vào hội nghị H.323 nhưng chỉ với khả năng thoại.
Bộ giao thức H.323
H.323 dựa trờn cơ sở một số giao thức như trờn hỡnh 3.8. Cỏc giao thức này được hỗ trợ bởi cả phương thức truyền tải tin cậy (TCP) và khụng tin cậy (UDP) qua mạng truyền dữ liệu.
Truyền tải TCP tin cậy Truyền tải UDP không tin cậy H.245 H.225 Dữ liệu, audio, video Điều khiển cuộc gọi RAS RTP/RTCP TCP UDP IP
Lớp giao diện mạng (ATM, PPP, Ethernet)
Bộ giao thức H.323 bao gồm 3 mảng điều khiển bỏo hiệu chớnh:
1.Bỏo hiệu RAS (Registration, Admission and Status – Đăng ký, Chấp nhận và Trạng thỏi): trao đổi thụng tin điều khiển trước khi thiết lập cuộc gọi trong mạng H.323 cú sử dụng Gatekeeper.
2.Bỏo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225: được sử dụng để kết nối, duy trỡ và giải toả cuộc gọi giữa cỏc đầu cuối.
3.Điều khiển và truyền tải thụng tin phương tiện: thực hiện trờn kờnh điều khiển tin cậy H.245 để truyền cỏc bản tin điều khiển. Việc truyền tải thụng tin phương tiện được thực hiện trờn UDP.
3.3.2 SIP
Cỏc đặc điểm chớnh
ITU-T khụng phải là tổ chức tiờu chuẩn duy nhất đưa ra kế hoạch thiết lập kết nối thoại IP và đúng gúi õm thanh. Hơn hẳn bất kỳ một tổ chức quản lý cỏc chuẩn mực Internet nào khỏc, IETF cũng cú những yờu cầu của riờng mỡnh đối với những hệ thống VoIP khi đưa ra giao thức khởi tạo phiờn SIP (Session Initiation Protocol).
Những người đề xuất SIP cho rằng H.323, đang xuất hiện trong bỏo hiệu ATM và ISDN, là khụng thớch hợp cho điều khiển hệ thống VoIP núi chung và trong thoại Internet núi riờng. Thực tế cũng cho thấy là H.323 vốn dĩ rất phức tạp, hỗ trợ cỏc chức năng phần lớn là khụng cần thiết cho thoại IP, do đú đũi hỏi chi phớ cao và khụng hiệu quả.
Giao thức SIP được thiết kế với những tiờu chớ sau:
Tớch hợp với cỏc giao thức đó cú của IETF.
Đơn giản và cú khả năng mở rộng.