2.4. Đặc điểm kỹ thuật của chuyển mạch mềm
2.4.1. Các giao thức điều khiển và báo hiệu trong mạng NGN
2.4.1.1. Báo hiệu theo giao thức H.323
1) Giới thiệu chung
Tập hợp chuẩn ITU-T H.323 "Hệ thống truyền thông đa phơng tiện dựa trên công nghệ gói", hớng tới hệ thống truyền thông đa dịch vụ thời gian thực bao gồm cho cả thoại, video và dữ liệu đi kèm. Ngời ta hy vọng rằng các mô
hình truyền thông đa phơng tiện này có thể hỗ trợ cho ngành viễn thông trong các ứng dụng video nh teleconferencing và data-conferencing hoặc truyền file.
Mặc dù H.323 có nhiều công dụng nhng trọng tâm chính của thị trờng đối với khuyến nghị này là khả năng audio để thực hiện thoại IP. Thực tế, trong giai
đoạn đầu công nghệ VoIP sử dụng chuẩn H.323 làm giao thức báo hiệu cuộc gọi trong mạng và vì thế VoIP chỉ sử dụng một phần cấu trúc H.323. Trong mạng NGN tơng lai, H.323 vẫn sẽ đợc sử dụng để báo hiệu cho các VoIP gateway hay cho đầu cuối đa phơng tiện.
Cấu trúc H.323 có thể đợc sử dụng một cách thông dụng ở mạng LAN hoặc mạng gói diện rộng. Bất kỳ một mạng gói không đủ tin cậy (không có
đảm bảo về chất lợng dịch vụ), hoặc có độ trễ cao đều có thể đợc sử dụng cho H.323. Những ngời sử dụng thiết bị đầu cuối H.323 - là những PC đa phơng tiện - có thể tham gia vào hội nghị video đa điểm. Mọi thiết bị truyền thông đa
điểm phải sử dụng khối điều khiển đa điểm H.323 - MCU.
Tất nhiên các khả năng của H.323 có thể mở rộng cho mạng WAN nếu các kết nối đợc thiết lập giữa các thiết bị H.323. Đây là chức năng chính của các thiết bị Gatekeeper H.323, các thiết bị này là tuỳ chọn ở H.323. Nếu không có các gatekeeper, tất cả các thiết bị phải có khả năng tự đa ra các bản tin báo hiệu trực tiếp. Một hoặc nhiều các gateway H.323 kết nối với mạng bên ngoài.
Hình 2-5. Mô hình các thành phần H.323
H.323 có thể đợc sử dụng với PSTN toàn cầu, N-ISDN hoặc B-ISDN sử dụng ATM. Thậm chí là một điện thoại hoặc một đầu cuối cũng có thể tham gia vào hội nghị H.323 nhng chỉ với khả năng audio. Khi H.323 đợc sử dụng với mạng ISDN, nó có thể làm việc với nhiều loại đầu cuối nh điện thoại ISDN hoặc các kết cuối H.320, các kết cuối H.321 cho B-ISDN và ATM, kết cuối H.322 cho QoS các mạng LAN, kết cuối H.323 cho truyền thông hội nghị và H.324 dành cho các kết nối kiểu quay thoại 33,6kb/s. Nói chung, H323 có mối liên quan chặt chẽ với các chuẩn H32x, là các chuẩn truyền thông video cho mạng ISDN.
Khi đợc sử dụng cho thoại IP, H.323 bao gồm cả các cuộc gọi VoIP đợc thực hiện giữa các kết cuối H.323 hoặc giữa kết cuối H.323 và các gateway H.323.
2) Hoạt động của H.323 trong trờng hợp cụ thể
Trong trờng hợp đơn giản nhất tất cả các cuộc gọi đều đợc tiến hành theo n¨m bíc nh sau:
Thiết lập cuộc gọi.
Khởi tạo liên kết và trao đổi khả năng thông tin.
Thiết lập kênh truyền ảo.
Cung cấp các dịch vụ.
Giải phóng cuộc gọi.
a) Thiết lập cuộc gọi
Trong quá trình thiết lập cuộc gọi, các điểm cuối trao đổi các bản tin để đồng ý tiến hành các thủ tục điều khiển cuộc gọi tiếp theo. Điểm cuối A có thể gửi bản tin Setup đến điểm cuối B. Sau khi gửi bản tin Setup điểm cuối sẽ phải chờ nhận đợc bản tin Alerting trả lời từ phía thuê bao bị gọi trong thời gian chỉ thị với ngời sử dụng có cuộc gọi tới.
Trong trờng hợp thoại liên mạng sử dụng gateway thì gateway sẽ gửi bản tin Alerting khi nó nhận đợc tín hiệu chuông từ phía mạng chuyển mạch kênh SCN.
b) Khởi tạo liên kết và trao đổi khả năng thông tin
Sau khi cả hai điểm cuối thực hiện thủ tục thiết lập cuộc gọi, chúng sẽ thiết lập kênh điều khiển H.245 để có thể trao đổi khả năng và
thiết lập kênh truyền ảo. Trong trờng hợp không nhận đợc bản tin Connect hoặc một thuê bao gửi bản tin Release Complete thì kênh điều khiển H.245 sẽ bị đóng.
Các thông tin về khả năng đợc trao đổi qua bản tin Terminal- Capability-Set. Đây là bản tin đầu tiên đợc gửi để xác định khả năng trao đổi dữ liệu và âm thanh của mỗi điểm cuối. Trớc khi tiến hành cuộc gọi mỗi điểm cuối phải biết đợc khả năng nhận và giải mã tín hiệu của điểm cuối còn lại. Biết đợc khả năng nhận của điểm cuối nhận,
điểm cuối truyền sẽ giới hạn thông tin mà nó truyền đi ngợc lại với khả
năng của điểm cuối truyền nó sẽ cho phép điểm cuối nhận chọn chế độ nhận phù hợp. Tập hợp các khả năng của điểm cuối cho nhiều luồng thông tin có thể đợc truyền đi đồng thời và điểm cuối có thể khai báo lại tập hợp các khả năng của nó bất kỳ lúc nào. Tập hợp các khả năng của mỗi điểm cuối đợc cung cấp trong bản tin Terminal-Capability-Set.
Sau khi trao đổi khả năng hai thuê bao sẽ thực hiện việc quyết
định chủ tớ để xác định vai trò của hai thuê bao trong quá trình liên lạc tránh khả năng xung đột xảy ra khi hai điểm cuối cùng thực hiện đồng thời các công việc giống nhau trong khi chỉ có một sự việc diễn ra tại mét thêi ®iÓm.
c) Thiết lập kênh truyền ảo
Sau khi trao đổi khả năng (tốc độ nhận tối đa, phơng thức mã
hoá...) và xác định chủ tớ, thủ tục điều khiển kênh H.245 sẽ thực hiện việc mở kênh logic để truyền thông tin. Các kênh này là kênh H.225.
Sau khi mở kênh logic để truyền thông tin thì các điểm cuối sẽ gửi đi bản tin h2250Maximum-Skew-Indicaton để xác định thông số truyền.
Trong giai đoạn này các điểm cuối có thể thực hiện thủ tục thay đổi cấu trúc kênh, thay đổi khả năng chế độ truyền cũng nh chế độ nhận.
Việc sử dụng chỉ thị Video-Indicate-Ready-To-Active đợc định nghĩa trong chuẩn H.245 là không bắt buộc nhng thờng đợc sử dụng khi truyền tín hiệu video. Đầu tiên thuê bao chủ gọi sẽ không đợc truyền video cho đến khi thuê bao bị gọi chỉ thị sẵn sàng để truyền video. Thuê bao chủ gọi sẽ truyền bản tin Video-Indicate-Ready-To-Active sau khi kết thúc quá trình trao đổi khả năng, nhng nó sẽ không truyền tín hiệu
video cho đến khi nhận đợc bản tin Video-Indicate-Ready-To-Active hoặc nhận đợc luồng tín hiệu video từ phía thuê bao bị gọi.
Trong chế độ truyền một địa chỉ, một điểm cuối sẽ mở một kênh logic đến một điểm cuối khác hoặc một MCU (khối xử lí đa điểm bao gồm các MC và MP-điều khiển và xử lí đa điểm). Địa chỉ của các kênh chứa trong bản tin Open-Logical-Channel và Open-Logical-Channel- Ack. Trong chế độ truyền theo địa chỉ nhóm địa chỉ nhóm sẽ đợc xác
định bởi MC và đợc truyền đến các điểm cuối trong bản tin Communication-Mode-Command. Một điểm cuối sẽ báo cho MC việc mở một kênh logic với địa chỉ nhóm thông qua bản tin Communication- Mode-Command và MC sẽ truyền bản tin đó tới tất cả các điểm cuối trong nhãm.
d) Cung cấp dịch vụ
Dịch vụ cuộc gọi là những sự thay đổi các tham số cuộc gọi đã đ- ợc thoả thuận trong 3 giai đoạn trên. Các dịch vụ cuộc gọi nh thế bao gồm cả điều chỉnh băng tần mà cuộc gọi đòi hỏi, bổ sung hoặc loại bỏ các thành phần tham gia cuộc gọi hoặc trao đổi trạng thái "keep alive"
giữa gateway và/hoặc đầu cuối.
e) Giải phóng cuộc gọi
Một thiết bị đầu cuối có thể giải phóng cuộc gọi theo các bớc sau:
Bớc 1: Dừng việc truyền tín hiệu video khi kết thúc truyền một
ảnh, sau đó đóng tất cả các kênh logic phục vụ việc truyền video.
Bớc 2: Dừng việc truyền số liệu và đóng tất cả các kênh logic phục vụ việc truyền số liệu.
Bớc 3: Dừng việc truyền tín hiệu thoại và đóng tất cả các kênh logic phục vụ việc truyền thoại.
Bớc 4: Truyền bản tin end-Session-Command trên kênh điều khiển H.245 đến điểm cuối bên kia chỉ thị dừng cuộc gọi và dừng truyền các bản tin H.245.
Bớc 5: Chờ nhận đợc bản tin end-Session-Command từ phía điểm cuối bên kia và sau đó đóng kênh điều khiển H.245.
Bớc 6: Nếu kênh báo hiệu cuộc gọi đang mở thiết bị đầu cuối sẽ gửi bản tin Release-Complete để đóng kênh báo hiệu cuộc gọi.
Bớc 7: Giải phóng cuộc gọi ở các lớp dới.
Trong quá trình giải phóng cuộc gọi phải tiến hành tuần tự các b- ớc từ 1 đến 7, trừ bớc 5 có thể không cần nhận bản tin end-Session- Command phúc đáp từ phía điểm cuối bên kia. Trong một cuộc gọi không có sự tham gia của gatekeeper chỉ cần thực hiện các bớc từ 1
đến 6.
H.225 Yêu cầu kết nạp ARQH.225Khẳng định kết nạp ACF
Mở kênh TCP cho Q931 Q931 Setup
Q931 Call Proceeding H.225 Yêu cầu kết nạp
ARQH.225Khẳng định kết nạp ACF
Q931 Alerting Q931 Connect
Mở kênh TCP cho H245 Trao đổi khả năng
Quyết định chủ tí
Mở kênh logic cho thoại Trao đổi thông tin thoại hai chiÒu
Hình 2-6. Báo hiệu trực tiếp-Cùng gatekeeper A
§Çu cuèi H323
B
§Çu cuèi H323 Gatekeeper H323
3) Các chức năng điều khiển và quản lý trong H.323
H.225
Chuẩn H.225.0 của ITU mô tả phơng thức kết hợp dữ liệu, âm thanh, tín hiệu video và tín hiệu điều khiển, phơng thức mã hoá và đóng gói cho quá
trình truyền tải thông tin giữa hai thành phần của mạng H.323. Chuẩn H.225.0 cũng mô tả các giao thức và định dạng các bản tin cho gateway H.323, qua đó liên quan đến các thiết bị đầu cuối H.320, H.324 hoặc H.310, H.321 trên các mạng N-ISDN cũng nh B-ISDN tơng ứng. Ngoài ra, chuẩn H.225.0 còn mô tả
các giao thức và định dạng các bản tin cho quá trình truyền thông giữa gateway H.323 và gateway H.322 cũng nh các điểm cuối trong mạng H.322 với sự đảm bảo về chất lợng dịch vụ (QoS).
Chuẩn H.225.0 đợc thiết kế để làm việc trên nhiều loại hình mạng khác nhau bao gồm cả IEEE 802.3, Token Ring... Do đó chuẩn H.225.0 đợc định nghĩa nh một lớp nằm bên trên lớp transport nh TCP/UDP/IP. Trọng tâm của chuẩn H.225.0 là sự liên lạc giữa các thành phần trong mạng H.323 mà sử dụng chung một giao thức truyền tải.
Chuẩn H.225.0 sử dụng giao thức RTP và RTCP phục vụ quá trình đóng gói và đồng bộ luồng đa phơng tiện với tất cả các loại mạng sử dụng phơng thức truyền dữ liệu dới dạng gói (việc sử dụng giao thức RTP và RTCP không bao hàm nghĩa gắn chặt với việc sử dụng giao thức TCP/UDP/IP). Chuẩn H.225.0 đa ra mô hình cuộc gọi trong đó báo hiệu ban đầu trên cơ sở một địa chỉ truyền tải non-RTP, đợc sử dụng để thiết lập cuộc gọi và trao đổi khả năng (đợc mô tả đầy đủ trong chuẩn H.323 và chuẩn H.245) và cuộc sẽ đợc thực hiện sau khi một vài kết nối RTP và RTCP đã đợc thiết lập. Chuẩn H.225.0 cũng bao gồm chi tiết việc sử dụng hai giao thức RTP và RTCP.
Chuẩn H.225.0 còn đợc thiết kế để một gateway H.323 có khả năng phối hợp hoạt động với các loại thiết bị đầu cuối H.320 bao gồm cả các loại thiết bị hoạt động theo các phiên bản trớc đây (phiên bản năm 1990, 1993 hay 1996) cũng nh các phiên bản trong tơng lai. Ngoài ra chuẩn H.225.0 còn bảo
đảm chất lợng dịch vụ của thiết bị đầu cuối H.320 có thể đợc thay đổi phù hợp với đặc tính và khả năng của gateway H.323.
Hình 2-7. Chồng giao thức H323
H.245
Chuẩn H.245 của ITU mô tả chi tiết cấu trúc và định nghĩa các bản tin, tóm lợc những thủ tục điều khiển có chức năng thiết lập và giám sát quá trình liên lạc đa phơng tiện (dữ liệu và âm thanh) giữa hai điểm cuối. Các bản tin
điều khiển H.245 kiểm soát hoạt động của các phần trong mạng H.323 bao gòm khả năng trao đổi, đóng mở kênh logic, yêu cầu chế độ u tiên, điều khiển luồng, ra lệnh và chỉ thị. Các bản tin đợc truyền trên kênh điều khiển H.245 t-
ơng ứng với kênh lôgic 0. Mỗi cuộc gọi chỉ có một kênh điều khiển H.245 đợc mở cố định từ giai đoạn thiết lập chức năng điều khiển H.245 đến khi kênh logic 0 đợc giải phóng. Các thủ tục thông thờng phục vù việc đóng mở kênh lôgic sẽ không đợc áp dụng với kênh điều khiển H.245.
Báo hiệu H.245 đợc thiết lập giữa hai điểm cuối, đó có thể là thiết bị
đầu cuối, MC, gateway hoặc gatekeeper. Chuẩn H.245 mô tả các khối giao thức độc lập hỗ trợ quá trình báo hiệu bao gồm:
Quyết định master/slave.
Trao đổi khả năng.
Báo hiệu của kênh logic.
Đóng kênh logic bởi yêu cầu của thiết bị đầu cuối nhận.
Thay đổi cách tiếp cận bảng ghép kênh H.223.
Yêu cầu chế độ dữ liệu và âm thanh.
Quyết định độ trễ vòng.
Duy trì vòng lặp.
Ra lệnh và chỉ thị.
Vai trò của Gatekeeper
Gatekeeper cung cấp các dịch vụ điều khiển cuộc gọi cho các điểm cuối trong hệ thống H.323. Nó thực hiện các chức năng quản lý hoạt động của hệ thống. Khi có mặt gatekeeper trong hệ thống, mọi thành phần trong hệ thống phải thực hiện thủ tục đăng ký với gatekeeper. Tất cả các điểm cuối H.323 (terminal, gateway, MCU) đã đăng ký với gatekeeper tạo thành một vùng H.323 (H.323 zone) do gatekeeper đó quản lý. Mặc dù là thành phần không bắt buộc trên lí thuyết nhng hầu hết các hệ thống H323 trong thực tế đều có gatekeeper do nó cung cấp các chức năng sau:
- Dịch địa chỉ: Dịch từ địa chỉ alias (ví dụ pc@abc.com) hoặc một số điện thoại ảo của một điểm cuối sang địa chỉ IP tơng ứng.
- Điều khiển kết nạp (Admission Control): Điều khiển việc cho phép hoạt động của các điểm cuối.
- Điều khiển băng thông (Bandwidth Control): Điều khiển cấp hoặc từ chối cấp một phần băng thông cho các cuộc gọi của các thiết bị trong hệ thống.
- Quản lý vùng (Zone Management): Thực hiện các chức năng trên với các điểm cuối H.323 đã đăng ký với gatekeeper (một vùng H.323).
Ngoài ra, Gatekeeper có thể cung cấp các chức năng tuỳ chọn sau:
- Báo hiệu điều khiển cuộc gọi (Call Control Signalling): Đây gọi là chế độ báo hiệu cuộc gọi gián tiếp qua gatekeeper để phân biệt với báo hiệu trực tiếp.
- Điều khiển cho phép cuộc gọi (Call Authorization): Gatekeeper có thể từ chối thực hiện cuộc gọi từ một thiết bị đầu cuối này tới một thiết bị đầu cuối khác. Lí do của việc này có thể là sự giới hạn truy nhập đến một thiết bị đầu cuối hay gateway hoặc là giới hạn truy nhập trong một khoảng thời gian.
- Quản lý băng thông (Bandwidth Management): Chức năng này cho phép gatekeeper điều khiển lợng băng thông cấp cho một cuộc gọi của một điểm cuối trong hệ thống. Việc điều khiển này có thể thực hiện ngay trong khi cuộc gọi đang tiến hành. Chức năng này bao gồm cả chức năng điều khiển việc cung cấp băng thông cho các cuộc gọi.
- Quản lý cuộc gọi (Call Management): Gatekeeper có thể duy trì
một danh sách của các cuộc gọi đang đợc tiến hành, nhờ đó biết đợc thiết bị nào đang bận hoặc cung cấp thông tin cho chức năng quản lý băng thông.
- Tính cớc (Billing): Mọi cuộc gọi trong hệ thống có mặt gatekeeper đều phải thông qua sự quản lý của gatekeeper, do vậy sẽ rất thuận tiện nếu nh gatekeeper đảm nhận chức năng tính cớc dịch vụ.
Để làm việc đợc với các hệ thống H.323, Chuyển mạch mềm phải có thành phần thực hiện chức năng gatekeeper.