2.4. Đặc điểm kỹ thuật của chuyển mạch mềm
2.4.2. Giao tiếp báo hiệu giữa Chuyển mạch mềm với mạng SS7
Mạng PSTN vẫn còn đóng vai trò không thể thay thế trong thời điểm hiện tại, nên việc kết nối liên mạng giữa mạng NGN mới hình thành với mạng PSTN là rất quan trọng. Trớc khi xem xét việc liên kết báo hiệu giữa hai mạng, chúng tôi điểm qua các đặc điểm của mạng SS7.
2.4.2.1. Báo hiệu SS7 trong mạng PSTN
Công nghệ báo hiệu kênh chung, hiện nay đang dùng là SS7, đã đợc triển khai phổ biến trong mạng PSTN. Trong mạng SS7 bao gồm các điểm báo hiệu (Signalling Point) phát và thu các bản tin báo hiệu SS7. Có 3 loại điểm báo hiệu: Điểm chuyển mạch dịch vụ (SSP hay điểm xử lí báo hiệu), điểm chuyển giao báo hiệu (STP) và điểm điều khiển dịch vụ (SCP).
Hình 2-12. Cấu trúc mạng SS7
Trong phần lớn mạng PSTN hiện tại, các bản tin ISUP (Phần ứng dụng ISDN) đợc dùng để thiết lập, quản lý và giải phóng các kênh trung kế chở các kênh thoại giữa các tổng đài với nhau. Bản tin ISUP cũng chứa các thông tin về chủ gọi nh số điện thoại và tên của ngòi gọi. Giao thức TCAP phục vụ cho trao đổi thông tin giữa các điểm báo hiệu, hỗ trợ các dịch vụ nh toll-free (số
điện thoại miễn phí), calling card, local number portability và mobile roaming và dịch vụ chứng thực. Đây là các dịch vụ cần thông tin lu trữ trong các cơ sở dữ liệu. TCAP cũng hỗ trợ các dịch vụ non-circuit liên quan đến thông tin trao
đổi giữa các điểm báo hiệu sử dụng điểm điều khiển kết nối báo hiệu dịch vụ không kết nối.
1) Thực hiện ISUP trong SS7
Hệ thống báo hiệu SS7 truyền thông tin báo hiệu trên kênh dữ liệu riêng biệt với kênh lu lợng thoại. Mạng SS7 là mạng chuyển mạch gói độc lập với mạng thoại chuyển mạch kênh. Hình dới mô tả mô hình chồng SS7 giao thức theo mô hình OSI. Tất cả các thông tin báo hiệu đợc đóng gói qua các lớp MTP (Message Transfer Part). Các giao thức MTP 1-2-3 tạo ra một mạng chuyển mạch gói an toàn, tin cậy, hiệu quả, chuyên dụng và có độ sẵn sàng (availability) cao để truyền các thông tin báo hiệu. Cấu trúc các bản tin MTP rất giống với bản tin của X25.
Hình 2-13. Cấu trúc các giao thức của báo hiệu SS7
2) Các MTP
Phần truyền tải bản tin MTP bao gồm 3 lớp riêng biệt. Lớp thấp nhất MTP1, định nghĩa các đặc tính vật lý của tuyến liên kết báo hiệu. Nó tơng ứng với lớp vật lý của mô hình báo hiệu OSI.
Lớp tiếp theo MTP2, cung cấp các dịch vụ truyền trên từng tuyến liên kết báo hiệu (link) cho lớp mạng (MTP3), MTP2 cũng đồng thời làm các nhiệm vụ kiểm tra, theo dõi, duy trì kênh báo hiệu. MTP2 tơng ứng với lớp
điều khiển liên kết dữ liệu trong mô hình OSI.
Lớp cao nhất là phần chuyển giao bản tin MTP3 cung cấp một số chức năng trong lớp mạng trong mô hình OSI. MTP3 cung cấp khả năng truyền rộng rãi các bản tin trên mạng tới các user của nó, thờng là ISUP và SCCP. Tất cả các thực thể trong mạng báo hiệu đều đợc đánh địa chỉ, các địa chỉ này gọi là mã điểm báo hiệu, sử dụng trong lớp MTP3.
3) Giao thức điều khiển kết nối báo hiệu - SCCP
Phần điều khiển kết nối báo hiệu sử dụng dịch vụ truyền các bản tin tin cậy trên mạng đợc cung cấp bởi lớp MTP3. SCCP tăng cờng cơ chế đánh địa chỉ của mạng SS7 bằng cách cung cấp các bản tin định tuyến tới nhiều user sử
dụng dịch vụ xác định bởi địa chỉ SubSystemNumber. Các dịch vụ SS7 nằm trong các thực thể mạng trong một phân hệ và đợc đánh địa chỉ bằng số SSN (SubSystemNumber) của nó. SCCP cũng tăng cờng cung cấp cơ chế đánh địa chỉ phía trên lớp đánh địa chỉ mã điểm báo hiệu dựa trên địa chỉ đánh theo nhãn toàn cầu (Global Title). Có thể so sánh địa chỉ GT và mã điểm báo hiệu nh là dịch vụ tên miền và địa chỉ số trong mạng IP.
4) Phần ứng dụng khả năng giao dịch - TCAP
Phần ứng dụng khả năng giao dịch là một lớp giao thức, nằm trong lớp phiên, trình diễn và ứng dụng trong mô hình OSI. Nó cung cấp cơ chế hỏi đáp tin cậy và các dịch vụ khai thác từ xa tới các user của chính nó nh INAP, MAP, CAP và các ứng dụng mới. TCAP thông báo cho các user tơng ứng kết quả thực thi thành công hay thất bại. TCAP cũng nằm phía trên SCCP và sử dụng các dịch vụ không kết nối.
5) ISUP - Phần ứng dụng ISDN
ISUP là giao diện giao tiếp mạng với mạng, thực hiện giữa các nút trong mạng điện thoại. Giao thức này đợc ITU định nghĩa (Q76x) gồm nhóm các bản tin và các hoạt động tơng ứng. ISUP xác định cả giao thức và chức năng của các phần tử mạng. Chức năng bao gồm xác định điều khiển cuộc gọi cho các loại tổng đài khác nhau, các thủ tuch duy trì bảo dỡng mạng...
ISUP gồm 2 loại chức năng: liên qua đến cuộc gọi và không liên qua
đến cuộc gọi. Tính năng không liên quan đến cuộc gọi thờng đợc sử dụng trong việc duy trì mạng. Tính năng liên quan đến cuộc gọi cần để thiết lập và giải phóng cuộc gọi. Thêm vào đó, định nghĩa cơ chế chuyển tải dữ liệu liên quan đến cuộc gọi trong suốt cuộc gọi.
2.4.2.2. Liên kết báo hiệu giữa mạng SS7 và Chuyển mạch mềm
Báo hiệu từ mạng PSTN gửi sang mạng NGN, để tạo lập liên kết giữa các đầu cuối của hai mạng, nhận đợc ở Signalling Gateway (SG) hoặc Media Gateway (MG). Với báo hiệu MFC R2 hay các cuộc gọi ISDN từ PSTN (sử dụng Q931), các Gateway sẽ nhận các bản tin báo hiệu và ánh xạ (mapping) các thông tin cuộc gọi vào các trờng của bản tin báo hiệu trong mạng NGN (H323, MGCP… ). Các Call server có một số) và gửi tới phần điều khiển tơng ứng của Softswitch.
Hình 2-13. MG và SG kết nối với PSTN
Với báo hiệu kênh riêng SS7, kênh báo hiệu SS7 (data link) đợc kết cuối tại Signalling Gateway (một số trờng hợp SG đợc tích hợp trong MG). SG (một số trờng hợp SG đợc tích hợp trong MG). Signalling Gateway cung cấp việc kết nối báo hiệu trong suốt giữa chuyển mạch kênh và mạng IP.
Signalling Gateway có thể kết cuối SS7 hoặc chuyển đổi và chuyển tiếp qua môi trờng IP tới Call Agent hay các phần xử lí cuộc gọi tơng ứng của hệ thống Softswitch. Mạng VoIP sử dụng báo hiệu SS7 qua mạng VoIP sử dụng giao thức.
1) Giao thức SIGTRAN (SIGnalling TRANsport)
Giao thức sigtran là giao thức tin cậy để truyển tải các bản tin SS7 qua mạng IP. Cấu trúc gồm 2 thành phần: giao thức truyển tải chung cho các lớp giao thức SS7 và module tơng thích để giả lập các lớp thấp hơn của giao thức.
Ví dụ nếu mô đun xử lí SS7 trong Softswitch xử lí bản tin MTP lớp 3, thì giao thức sigtran cung cấp các chức năng tơng đơng với các chức năng của MTP lớp 2. Nếu nó xử lí ở mức ISUP và SCCP, thì giao thức sigtran cung cấp chức năng giống nh MTP lớp 2 và lớp 3, tơng tự đối với TCAP. Do đó SIGTRAN là một tập các giao thức để giả lập (thực hiện adaptation) SS7 trong mạng IP.
Giao thức Sigtran cung cấp tất cả các chức năng cần thiết để hỗ trợ cho báo hiệu SS7 qua mạng IP, bao gồm:
Điều khiển luồng.
Phân phối tuần tự các bản tin trong các luồng điều khiển độc lập.
Chỉ ra điểm báo hiệu nguồn và đích.
Chỉ ra kênh thoại.
Phát hiện lỗi, truyền lại và các thủ tục sửa sai khác.
Khôi phục lại các thành phần nằm trong các đờng chuyển tiếp.
Điều khiển tránh nghẽn trên Internet.
Xác định trạng thái của các thực thể trên mạng (đang phục vụ, ngừng phôc vô).
Hỗ trợ cơ chế bảo mật để bảo vệ các thông tin báo hiệu.
Mở rộng khả năng hỗ trợ về bảo mật và các yêu cầu phát triền về sau.
H×nh 2-14. SIGTRAN
IETF cũng định nghĩa SCTP (Stream Control Transmission Protocol), hiện đợc rất nhiều hãng hỗ trợ, để thay thế TCP hoặc UDP khi truyền tải các thông tin báo hiệu qua mạng IP. Mặc dù, TCP chuyển giao thông tin tin cậy nhng có những điểm không phù hợp. SCTP giống TCP nhng có thêm một số
tính năng nh đa luồng và đa tuyến (multi streaming, multi homing) để tạo cấu hình dự phòng, phục hồi (redundant, failover) hay message framing (đóng gói và truyền theo bản tin, không truyền theo 1 nhóm byte nh TCP). Các giao thức trong SIGTRAN đều sử dụng SCTP ở mức truyền tải.
2) Các giao thức hỗ trợ truyền bản tin SS7 qua mạng IP trong SIGTRAN Nếu nh không có các biện pháp bổ trợ, bản chất ban đầu của mạng IP là không đảm bảo và không tin cậy, trong khi các mạng SS7 lại có những tiêu chuẩn rất chặt về chất lợng, độ tin cậy và độ khả dụng. ITU - T đa ra các tiêu chuẩn để đảm bảo truyền các bản tin SS7 qua mạng IP nh sau:
Các thủ tục báo hiệu peer-to-peer yêu cầu khoảng thời gian đáp ứng từ 0.5 sec (500 ms) tíi 1.2 seconds (1200 ms).
Không đợc có quá 1 bản tin bị mất trong 10 triệu bản tin do lỗi truyền dÉn.
Không đợc có quá 1 bản tin sai tuần tự trong 10 tỉ bản tin do lỗi truyền dÉn.
Không đợc có quá 1 bản tin chứa lỗi mà không xác định đợc bởi giao thức chuyển tải hoặc 1 bản tin trong 1 tỉ bản tin theo chuẩn ANSI.
Mức độ khả dụng của tập hợp các tuyến báo hiệu (là toàn bộ tập hợp các đờng báo hiệu từ một điểm báo hiệu tới một đích xác định) là 99.9998%
hoặc hơn (khoảng thời gian downtime xấp xỉ khoảng 10 phút/1 năm).
Độ dài bản tin (ngoại trừ payload) là 272 bytes với SS7 băng hẹp và 4091 bytes víi SS7 b¨ng réng.
Để có thể thực hiện đợc những chức năng và yêu cầu truyển tải MTP, IETF khuyến nghị 3 giao thức mới: M2UA, M2PA và M3UA. SIGTRAN cho phép các hãng linh động khi đa ra các giải pháp thực hiện SS7 over IP.
Giao thức M2UA (MTP2 User Adaptation Layer)
M2UA là giao thức của IETF cho việc chuyển tải các bản tin báo hiệu SS7 MTP lớp 2 qua mạng IP sử dụng giao thức chuyển tải SCTP. Lớp giao thức M2UA cung cấp một tập hợp các dịch vụ tơng đơng với các dịch vụ mà MTP líp 2 cung cÊp cho MTP líp 3.
M2UA đợc sử dụng giữa các phần tử SG và Media Gateway Controller trong mạng VoIP. SG nhận các bản tin SS7 qua giao diện MTP lớp 1 và lớp 2
một điểm báo hiệu (SCP và SSP) hoặc điểm chuyển giao báo hiệu (STP) trong mạng chuyển mạch công cộng. Signalling Gateway kết cuối tuyến báo hiệu tại MTP lớp 2 chuyển qua MTP lớp 3 tới MGC hoặc một điểm báo hiệu IP trong mạng sử dụng M2UA qua SCTP/IP.
Hình 2-15. Hoạt động của M2UA
Signalling Gateway duy trì trạng thái khả dụng của tất cả các MGC để quản lý luồng lu lợng báo hiệu qua các liên kết SCTP đang kích hoạt.
Giao thức M2PA (MTP2 User Peer-to-Peer Adaptation Layer)
Giống nh M2UA, M2PA là giao thức Sigtran cho việc chuyển tải các bản tin báo hiệu phần user SS7 MTP lớp 2 qua mạng IP sử dụng SCTP. Không giống M2UA, M2PA đợc sử dụng để hỗ trợ đầy đủ việc quản lý bản tin MTP lớp 3 và quản lý mạng giữa bất kỳ 2 node SS7 nào giao tiếp với nhau qua mạng IP. Chức năng của điểm báo hiệu IP cũng nh các node SS7 truyền thống chỉ sử dụng mạng IP thay cho mạng SS7. Mỗi một điểm chuyển mạch kênh hay điểm báo hiệu IP đều có một mã điểm báo hiệu SS7. Lớp giao thức M2PA cung cấp cùng một tập hợp các dịch vụ mà MTP lớp 2 cung cấp cho MTP lớp 3.
M2PA có thể đợc sử dụng giữa SG và MGC, giữa SG và điểm báo hiệu trong mạng IP, và giữa 2 điểm báo hiệu IP. Điểm báo hiệu có thể sử dụng M2PA qua mạng IP hoặc MTP lớp 2 qua tuyến liên kết báo hiệu SS7 truyền thống để truyền và nhận bản tin báo hiệu MTP lớp 3.
M2PA là công cụ để tích hợp mạng SS7 và mạng IP cho phép các node trong mạng chuyển mạch kênh truy nhập vào cơ sở dữ liệu của mạng điện thoại IP và các node khác trong mạng IP sử dụng báo hiệu SS7. Nói cách khác M2PA cho phép các ứng dụng IP telephone truy nhập vào cơ sở dữ liệu SS7, nh dịch vụ local number portability, calling card, freephony và cơ sở dữ liệu thuê bao di động. Thêm vào đó sử dụng M2PA qua mạng IP có nhiều u điểm về giá thành nếu nh các tuyến liên kết báo hiệu truyền thống đợc thay thế bằng các kết nối IP.
Tóm lại, M2PA và M2UA khác nhau ở những điểm dới đây:
- M2PA: SG là một node SS7 có một mã điểm báo hiệu.
- M2UA: SG không phải là một node SS7 và không có mã điểm báo hiệu.
- M2PA: kết nối giữa SG và điểm báo hiệu IP là một tuyến liên kết báo hiệu.
- M2UA: kết nối giữa SG và Media Gateway Controller không phải là một tuyến liên kết báo hiệu. Hơn nữa nó là phần mở rộng của MTP tõ SG tíi Media Gateway Controller.
- M2PA: SG có thể các lớp SS7 cao hơn nh SCCP.
- M2UA: SG không thể các lớp SS7 cao hơn nh MTP lớp 3.
- M2PA: tin cậy MTP lớp 3 cho các thủ tục quản lý.
- M2UA: sử dụng các thủ tục quản lý M2UA.
- M2PA: điểm báo hiệu IP sử lý các primitive MTP lớp 2 và lớp 3.
- M2UA: Media Gateway Controller chuyển tải các primitive MTP lớp 2 và lớp 3 tới MTP lớp 2 của SG để xử lý.
M3UA (MTP level 3 User Adaptation Layer)
M3UA là giao thức của IETF để chuyển tải các bản tin báo hiệu MTP phần ngời sử dụng lớp 3 (ISUP, TUP và SCCP) qua mạng IP sử dụng giao thức SCTP. Các bản tin TCAP và SCCP, cũng có thể sử dụng M3UA.
M3UA đợc sử dụng giữa SG và MGC hoặc là cơ sở dữ liệu IP telephone. SG nhận đợc báo hiệu SS7 sử dụng MTP để chuyển tải qua tuyến liên kết báo hiệu SS7. SG kết cuối các các bản tin MTP lớp 2 và lớp 3 và phân
phối các bản tin ISUP, TUP và SCCP hoặc bất kỳ một bản tin MTP lớp 3 nào khác, nh một kích hoạt quản lý mạng MTP xác định, qua liên kết SCTP để tới Media Gateway Controller hoặc cơ sở dữ liệu IP telephone.
H×nh 2-16. M3UA
Lớp ISUP hoặc SCCP tại điểm báo hiệu IP không hiểu đợc các dịch vụ MTP lớp 3 đợc cung cấp mà các SG ở xa mới hiểu đợc. Tơng tự lớp MTP 3 tại SG có thể hiểu đợc phần sử dụng các bản tin tại nó thực sự là của các phần ở xa qua giao thức M3UA. Thực sự là M3UA mở rộng truy nhập vào các dịch vụ MTP lớp 3 tại SG tới các điểm báo hiệu IP ở xa. Nếu một điểm báo hiệu IP kết nối tới nhiều SG, thì lớp M3UA sẽ duy trì bản tin về trạng thái cấu hình các tuyến khả dụng tới đích và trạng thái nghẽn của các tuyến tới đích qua tõng SG.
M3UA không bị giới hạn bởi trờng thông tin báo hiệu 272 octet đợc chỉ
định bởi bản tin SS7 MTP lớp 2. Các khối thông tin lớn hơn đợc điều khiển trực tiếp bởi M3UA/SCTP mà không cần các thủ tục phân đoạn và tái hợp nhất các đoạn ở các lớp cao hơn theo các tiêu chuẩn SCCP và ISUP. Tuy nhiên, SG có giới hạn cực đại là 272 octet khi kết nối tới mạng báo hiệu SS7 không hỗ trợ truyền các khối thông tin có kích thớc lớn hơn tới đích. Đối với mạng MTP băng rộng, SG sẽ phân mảnh các bản tin ISUP và SCCP lớn hơn 272 octet nh yêu cầu.
Tại SG, lớp M3UA cung cấp liên kết nối với các chức năng quản lý MTP lớp 3 để hỗ trợ các hoạt động báo hiệu không liên kết giữa mạng SS7 và
mạng IP. Ví dụ SG hiển thị MTP-3 user ở xa tại điểm báo hiệu IP khi điểm báo hiệu đó có thể tới đợc hoặc không thể tới đợc hoặc khi xảy ra hiện tợng nghẽn mạng hoặc bị ngăn chặn. Lớp M3UA tại điểm báo hiệu IP giữ trạng thái của các tuyến để tới đợc các node SS7 ở xa và có thể yêu cầu trạng thái của các nodes SS7 ở xa từ lớp M3UA tại SG. Lớp M3UA tại điểm báo hiệu IP cũng có thể chỉ ra SG mà tại đó M3UA bị nghẽn.
Truyền tải SCCP qua mạng IP
SUA (SCCP User Adaptation Layer) là giao thức đợc định nghĩa bởi IETF để truyển tải các bản tin báo hiệu SS7 SCCP phần user qua mạng IP sử dụng giao thức SCTP. SUA đợc sử dụng giữa SG và các IP endpoints và giữa IP Signalling endpoint. SUA cũng hỗ trợ cả các dịch vụ không kết nối tuần tự và không tuần tự và các dịch vụ hớng kết nối 2 chiều có và không có điều khiển luồng và phát hiện mất bản tin hoặc các lỗi không tuần tự (giao thức SCCP líp 0 tíi líp 3).
H×nh 2-17. SUA
Để chuyển tải các giao thức không kết nối SCCP và SUA giao tiếp với SG. Để phân phối các điểm báo hiệu SS7, SCCP user đợc đặt trên SG. Các bản tin SS7 đợc định tuyến tới SG dựa trên mã điểm báo hiệu và số SCCP. SG định tuyến các bản tin SCCP tới các IP endpoint ở xa. Nếu tồn tại một IP endpoint dự phòng, SG có thể chia sẻ tải giữa các IP endpoints đang kích hoạt sử dụng giải pháp quay vòng round-robin. Chú ý chia sẻ tải của các bản tin TCAP chỉ