Hệ thống báo hiệu số 7 là cốt lõi của mạng chuyển mạch điện thoại công công PSTN. Bên cạnh các chức năng điều khiển và báo hiệu cho các cuộc gọi, SS7 còn đƣợc sử dụng cho các dịch vụ mạng thông minh IN cho các ứng dụng dữ liệu. Các địa chỉ node trong SS7 đƣợc gọi là các mã điểm (point code), chúng là các địa chỉ logic và đƣợc nhận dạng tại lớp 3 của chồng giao thức SS7. Có hai dạng mã điểm đƣợc sử dụng trên thế giới hiện nay tuân theo chuẩn của ANSI và ITU đƣợc mô tả trên hình 2.7.
(a)
(b) Hình 2.7: Mã điểm theo tiêu chuẩn ANSI và ITU
Mã điểm báo hiệu theo tiêu chuẩn của ANSI có độ dài 24 bit và đƣợc chia thành 3 trƣờng chức năng 8 bit gồm: Số hiệu mạng, nhóm và thành viên. Cách đánh địa chỉ theo ANSI tƣơng tự nhƣ cách đánh địa chỉ IP. Trƣờng 8 bit đầu tiên nhận dạng bởi nhà cung cấp mạng SS7, trƣờng thứ hai nhận dạng điểm mã báo hiệu SSP và
trƣờng chức năng thứ 3 chỉ ra các thành viên kết nối tới điểm mã báo hiệu. Mã điểm báo hiệu theo ITU có độ dài 14 bit và chia thành 3 trƣờng chức năng: trƣờng thứ nhất gồm 3 bit để nhận dạng vùng, trƣờng thứ hai gồm 8 bit để nhận dạng mạng và trƣờng thứ 3 gồm 3 bit là nhận dạng điểm báo hiệu SSP.
Hình 2.8: Cấu hình nút và liên kết mạng SS7
Hình 2.8 mô tả một mạng SS7 điển hình gồm các kiểu node trong mạng SS7 nhƣ: Điểm chuyển mạch dịch vụ SSP, Điểm chuyển tiếp dịch vụ STP và điểm điều khiển dịch vụ SCP. Sáu dạng liên kết đƣợc định nghĩa trong mạng SS7 gồm:
o Liên kết truy nhập (A-link) kết nối các SSP tới STP, hoặc SCP tới STP. o Liên kết cầu nối (B-link) kết nối các STP không cùng lớp.
o Liên kết chéo (C-link) kết nối chéo các STP cùng lớp.
o Liên kết trực giao (D-link) kết nối các SSP tới các STP của vùng khác.
o Liên kết mở rộng (E-link) sử dụng để kết nối một SSP tới STP của vùng khác.
o Liên kết đủ (F-link) sử dụng để kết nối trực tiếp hai nhóm SSP.
Định tuyến các bản tin báo hiệu trong mạng SS7 đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp từng chặng (hop-by-hop) và dựa trên một tập luật định tuyến dƣới đây:
o Một bản tin phát ra từ SSP tới một SSP kết nối trực tiếp sẽ chọn đƣờng F- link trƣớc. Nếu F-link không tồn tại, bản tin sẽ chọn A-link là tuyến đƣờng dẫn cho bản tin.
o Một bản tin từ một SSP tới một SSP khác đƣợc phục vụ bởi một cặp STP đƣợc định tuyến theo đƣờng A-link tới STP của vùng sau đó mới đƣợc chuyển tiếp.
o Một bản tin đã tới STP của vùng đích lựa chọn A-link để kết nối tới SSP đích, nếu A-link không tồn tại, bản tin theo đƣờng C-link tới STP cùng cặp để kết nối tới SSP đích.
o Một bản tin đã tới STP của vùng đích có thể chọn E-link tới SSP đích, nếu E- link không tồn tại, bản tin đƣợc định tuyến tới STP của vùng nguồn theo B- link. Lựa chọn tiếp theo là sử dụng B-link tới vùng đích thứ hai của SSP hoặc sử dụng C-link tới các vùng khác có kết nối tới SSP đích.
o Một bản tin từ một SSP tới một SCP thực hiện định tuyến trên F-link nếu F- link tồn tại, nếu F-link không tồn tại, bản tin sẽ đƣợc định tuyến tới STP nguồn trên đƣờng A-link để kết nối tới SCP.
Dựa trên các luật trên, mạng báo hiệu SS7 xây dựng một cấu trúc dự phòng cho phép định tuyến đa đƣờng giữa hai node SS7. Một tuyến trong mạng SS7 là một tập liên kết tuần tự định nghĩa con đƣờng từ SSP nguồn tới SSP đích, một tập hợp tuyến gồm nhiều tuyến từ nguồn tới đích có ít nhất hai tuyến: một tuyến sơ cấp và một tuyến thứ cấp, điều này cho phép cung cấp tùy chọn luân phiên tại mỗi nút.
Hình 2.9: Trường thông tin lớp 3 của bản tin báo hiệu
Việc định tuyến bản tin báo hiệu đƣợc dựa trên chức năng xử lý bản tin báo hiệu của một User nào đó tại điểm báo hiệu nguồn đƣợc gửi đến đúng User thích hợp tại điểm báo hiệu đích. Chức năng này đƣợc thực hiện dựa vào các bit trong các trƣờng thông tin dịch vụ SIO (Service Information Octet) và nhãn định tuyến trong trƣờng
thông tin báo hiệu SIF (Signalling Information Field) của bản tin báo hiệu nhƣ chỉ ra trên hình 2.9.
Trƣờng SIO trong đơn vị báo hiệu MSU chứa dữ liệu chỉ thị dịch vụ SI (Service Indicatior)) và trƣờng dịch vụ con SSF (Sub Service Field). Chỉ thị dịch vụ SI để thực hiện việc phân phối bản tin theo dịch vụ định sẵn và trƣờng dịch vụ con SSF chứa các bit chỉ thị mã quốc gia, bit dự phòng phục vụ cho định tuyến bản tin.
Nhãn định tuyến tiêu chuẩn có độ dài 32 bit và đƣợc đặt ở đầu trƣờng thông tin báo hiệu SIF. Nhãn chứa toàn bộ thông tin cần thiết để định tuyến bản tin tới đích cuối cùng. Mã điểm báo hiệu đích DPC (Destination Point Code) xác định điểm đích của bản tin. Mã điểm báo hiệu nguồn OPC (Original Point Code) xác định điểm xuất phát của bản tin. Các mã này thuần tuý ở dạng nhị phân. Trƣờng chọn kênh báo hiệu SLS (Signaling Link Selection) đƣợc sử dụng khi cần thiết, để thực hiện nhiệm vụ chia tải.
Chức năng định tuyến bản tin chủ yếu dựa trên thông tin DPC và SLS chứa trong nhãn định tuyến. Tuy nhiên, trong một số trƣờng hợp định tuyến sử dụng cả trƣờng SI cho từng dịch vụ. Mỗi điểm báo hiệu SSP đều có bảng định tuyến cho phép SSP xác định kênh báo hiệu để gửi bản tin trên cơ sở DPC và trƣờng SLS. Nhằm chia tải, định tuyến cho phép truyền trên kênh khác hay chùm kênh khác theo nhiều đƣờng dẫn khác nhau.
Thủ tục thiết lập cuộc gọi trong mạng PSTN có thể chia thành hai kiểu cuộc gọi: cuộc gọi thoại và cuộc gọi ISDN. Trƣớc khi mô tả thủ tục cuộc gọi, ta xem xét một số bản tin thƣờng đƣợc sử dụng. Thủ tục thiết lập báo hiệu cho một cuộc gọi thông thƣờng đƣợc thực hiện qua các bản tin báo hiệu chính sau:
o Bản tin địa chỉ khởi tạo IAM (Initial Adress Message): IAM là bản tin đƣợc gửi trƣớc tiên trên hƣớng đi trong quá trình thiết lập cuộc gọi. IAM chứa thông tin địa chỉ và một số thông tin phụ trợ liên quan đến việc định tuyến và xử lý cuộc gọi. Trƣờng chức năng SIF chứa nhãn định tuyến và các thông tin nhƣ: địa chỉ thuê bao, chỉ thị bản tin và kiểu thuê bao...
o Bản tin địa chỉ khởi tạo với thông tin phụ trợ IAI (Initial address signal with additional information): Tƣơng tự nhƣ bản tin IAM nhƣng bổ sung thêm các thông tin phụ trợ về thuê bao chủ gọi nhƣ loại thuê bao hay phƣơng pháp tính cƣớc.
o Bản tin địa chỉ kế tiếp SAM (Subsequent Address Message): Là bản tin hƣớng đi để truyền các con số địa chỉ theo phƣơng thức từng bƣớc. Phƣơng thức gửi trọn số của thuê bao đƣợc xử lý bởi bản tin IAM hoặc IAI.
o Bản tin địa chỉ kế tiếp một tín hiệu địa chỉ SAO (Subsequent Address Message With One Signal): SAO cho phép việc sử dụng linh động phƣơng pháp truyền nếu mỗi bản tin chỉ chứa theo một chữ số (4 bit).
o Bản tin kết thúc nhận địa chỉ ACM (Address Complete Message): ACM là bản tin trả lời xác nhận đƣợc sử dụng trong các cuộc thoại và cả các cuộc gọi ISDN. Bản tin này chứa thông tin báo hiệu rằng tất cả các tín hiệu cần thiết để định tuyến cuộc gọi đến thuê bao bị gọi đã đƣợc nhận đầy đủ.
o Bản tin báo hiệu trả lời, tính cƣớc ACN (Answer, Charge): ACN đƣợc gửi trên hƣớng về để biểu thị rằng cuộc gọi đã đƣợc trả lời và xác định thời điểm tính cƣớc.
o Bản tin giải phóng hƣớng về CBK (Clear - Back): CBK là bản tin hƣớng về để chỉ thị kết thúc cuộc gọi.
o Bản tin giải phóng hƣớng đi CLF (Clear-forward): CLF là bản tin gửi trên hƣớng đi để để kết thúc cuộc gọi và giải phóng kênh đang chiếm dụng.
o Bản tin giải phóng hoàn toàn (Release Guard): Là bản tin trả lời của bản tin CLF để xác nhận kênh đƣợc dùng trƣớc đó trở về trạng thái rỗi.
Các bƣớc báo hiệu để thiết lập và giải phóng cuộc gọi thông thƣờng gồm:
1) Khi bên chủ gọi nhấc máy, tổng đài nhận đƣợc yêu cầu thiết lập cuộc gọi và gửi âm mời quay số.
2) Khi nhận và xử lý xong số thuê bao bị gọi, tổng đài sẽ chiếm dùng một kênh thoại ngõ ra đồng thời gửi đi bản tin IAM hoặc IAI tuỳ theo bản tin gửi đi có kèm theo thông tin phụ trợ hay không. Đồng thời lúc bản tin IAM hoặc IAI
đƣợc gửi, nếu cần kiểm tra tính liên tục của đƣờng thoại (Continuity Checking) thì bộ phận gửi và nhận các âm hiệu kiểm tra đƣợc điều khiển kết nối vào.
3) Khi nhận đƣợc bản tin IAM hoặc IAI, tổng đài kết cuối phải xác định rằng có cần phải thực hiện việc kiểm tra tính liên tục của đƣờng thoại hay không bằng cách xem xét nội dung thông tin trong bản tin IAM hoặc IAI. Tổng đài bên bị gọi bắt đầu phân tích các chữ số địa chỉ nhận đƣợc trong bản tin IAM hay IAI.
4) Kiểm tra tính liên tục thành công để đảm bảo mạch thoại tốt gồm: Bộ phận gửi âm hiệu kiểm tra đƣợc giải toả, và bản tin báo hiệu tính liên tục đƣợc gửi đi đến tổng đài bên bị gọi.
5) Khi tổng đài kết cuối cuộc gọi nhận đƣợc bản tin báo hiệu tính liên tục của đƣờng truyền (Continuity signal) điều này biểu thị rằng việc kiểm tra tính liên tục của đƣờng thông thoại đã thành công. Tổng đài sẽ giải toả việc nối mạch cho việc kiểm tra này.
6) Nhận đƣợc thêm các con số khi thuê bao sử dụng phƣơng thức quay số overlap thì các con số tiếp theo đƣợc gửi trong bản tin SAM hay SAO. 7) Khi tổng đài bên bị gọi đã hoàn tất việc phân tích số và thiết lập cuộc nối thì
sẽ gửi bản tin ACM để thông báo hoàn thành việc nhận địa chỉ. Bản tin ACM chứa thông tin về cƣớc (tính cƣớc, không tính cƣớc và dạng coin-box) cũng nhƣ trạng thái thuê bao bị gọi (rỗi, chƣa xác định).
8) Khi nhận đƣợc bản tin ACM, tổng đài bên chủ thực hiện nối thông đƣờng thoại cho tín hiệu hồi âm chuông từ phía tổng đài bị gọi tới thuê bao chủ gọi. 9) Khi thuê bao bị gọi nhấc máy, bản tin trả lời ANM sẽ đƣợc gửi đi kèm theo
thông tin tính cƣớc (có, không).
10) Khi nhận đƣợc bản tin ANM, tổng đài chủ gọi thực hiện việc tính cƣớc. 11) Khi thuê bao bị gọi đặt máy kết thúc cuộc gọi, bản tin giải toả cuộc gọi theo
12) Khi nhận đƣợc bản tin CBK, tổng đài chủ gọi sẽ báo cho thuê bao gọi bằng âm hiệu báo gác máy. Khi thuê bao gọi gác máy, bản tin giải toả cuộc gọi theo hƣớng đi (CLF) sẽ đƣợc gửi đi.
13) Khi tổng đài kết cuối nhận đƣợc bản tin CLF, mạch thoại sẽ đƣợc giải toả và trở về trạng thái rỗi. Bản tin RLG sẽ đƣợc gửi đến tổng đài xuất phát cuộc gọi để kết thúc.
14) Nhận đƣợc bản tin RLG tổng đài kết thúc cuộc nối.
Bên cạnh các bản tin sử dụng để thiết lập cuộc gọi tƣơng tự nhƣ cho cuộc gọi thông thƣờng, cuộc gọi ISDN đƣợc bổ sung bởi một số bản tin để quản lý và giải phóng kênh gồm: Bản tin giải phóng cuộc nối REL (release) để giải phóng kênh nối kể cả kết nối không thành công; bản tin giải phóng hoàn toàn REC (realease complete) để xác nhận kênh hoàn toàn rỗi để sử dụng cho các kết nối khác.
Các bƣớc thủ tục chính trong quá trình thiết lập, quản lý và giải phóng cuộc gọi ISDN chỉ ra trên hình 2.16 gồm:
1) Khi thuê bao ISDN bắt đầu cuộc gọi, bản tin SETUP đƣợc truyền từ thiết bị đầu cuối đến mạch DSLC sử dụng kênh D.
2) Tổng đài xuất phát cuộc gọi chuyển đổi bản tin SETUP nhận đƣợc thành bản tin ISUP IAM rồi gửi tới tổng đài bên bị gọi.
3) Khi tổng đài bên bị gọi nhận đƣợc bản tin IAM, tổng đài gửi bản tin SETUP tới thiết bị đầu cuối thuê bao bị gọi.
4) Thiết bị đầu cuối bên bị gọi thông báo cho thuê bao bên đó nhu cầu liên lạc. Đồng thời thiết bị đầu cuối gửi bản tin ALERT tới tổng đài bên đó để báo rằng thuê bao đang bị gọi.
5) Khi tổng đài bên bị gọi nhận đƣợc bản tin ALERT, tổng đài gửi bản tin ISUP ACM (địa chỉ hoàn thành) cho tổng đài bên gọi.
6) Khi thuê bao bên bị gọi trả lời, thiết bị đầu cuối bên đó gửi bản tin CONN tới tổng đài bên bị gọi mà ở đó bản tin chuyển đổi thành bản tin ANM (trả lời) rồi gửi tới tổng đài bên gọi.
Kết thúc cuộc gọi từ phía chủ gọi hoặc bị gọi. Khi phía chủ gọi hoặc bị gọi đặt máy, cuộc đàm thoại kết thúc, thiết bị đầu cuối gửi bản tin DISC tới tổng đài. Khi tổng đài nhận đƣợc bản tin này, tổng đài gửi bản tin REL cho tổng đài bên kia.
Hình 2.10: Lưu đồ báo hiệu cho cuộc gọi ISDN