Các bộ tạo tone và bản tin thông báo

Tổng đài cần phải báo cho thuê bao về trạng thái cuộc gọi cũng như các tiến trình của nó từ khi bắt đầu đến khi kết thúc. Tức là một thuê bao bình thường muốn trao đổi thông tin thì phải được đáp ứng âm xác nhận yêu cầu hoặc yêu cầu không được chấp thuận và nhiều âm

khác nhau trong tiến trình xử lý cuộc gọi như thông báo, trợ giúp... Thông thường, thông tin trạng thái có thể nghe thấy được ở dạng tones hoặc lời thoại thông báo. Do đó, mọi thuê bao cũng như các đường trung kế và các đơn vị khác thuộc tổng đài phải được truy nhập đến các bộ tạo tone và thông báo.

Hình 2.18. Sự định tuyến cho Tone và bản tin thông báo

Để đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cho việc phân phối các âm báo đến từng thuê bao, cần phải phân loại theo chức năng của từng dạng âm mà phân bố vị trí của các bộ tạo âm. Ví dụ: các tình trạng thông thường được báo hiệu bằng các tones, còn các trường hợp đặc biệt thì bằng các bản tin. Trong tổng đài SPC, các bộ âm báo thường được phân bố tại các bộ tập trung thuê bao theo phương pháp 1 đường phân bố tới nhiều đường. Còn bộ lưu trữ bản tin thông báo được phân bố tại khối chuyển mạch chính, vì các bản tin này mang tính chất dịch vụ, ít liên quan đến tiến trình xử lý cuộc gọi.

Việc định tuyến cho các âm báo tới các thuê bao được thực hiện bằng luồng số PCM. Như vậy, tại đầu ra của thiết bị tạo âm là các tín hiệu số, mỗi 1 âm báo khác nhau được chứa trong một TS riêng và nó được qua khối chuyển mạch tập trung thuê bao hay khối chuyển mạch nhóm như quá trình chuyển đại tín hiệu thọai. Sự khác biệt ở đây là tín hiệu từ bộ tạo âm phải đảm bảo về độ lớn để nó thực hiện chuyển mạch tới nhiều đầu ra có yêu cầu cùng lúc.

Với các bản tin thông báo, thông thường nó được truy cập tới khe thời gian trung gian của khối chuyển mạch chính và được thực hiện chuyển mạch như tín hiệu thọai.

b. Các tones xử lý cuộc gọi

Trong tổng đài số, có hai cách tạo tones xử lý cuộc gọi để đưa vào đường dẫn thọai, đó là:

- Phát liên tục các tones ở dạng tương tự, rồi sau đó đưa qua bộ chuyển đổi A/D. - Phát liên lục các tín hiệu số tương ứng với các tones báo hiệu khác nhau.

Phương thức đầu tiên được sử dụng cho các hệ tổng đài trước đây vì nó khai thác thiết bị tạo tones trong tổng đài tương tự mà chưa thay bằng kỹ thuật số được. Sự lai tạp giữa các bộ phát tones cơ-điện tử trong taeng đài điện tử số gây nên sự cồng kềnh về kích thước và kém hiệu quả về mặt kinh tế. Khi kỹ thuật số là phát triển thì phương thức thứ 2 được sử dụng nhiều hơn với các tính năng cao hơn.

Các bộ tạo tones phục vụ cho chuyển mạch tập trung thuê bao được yêu cầu trong thời gian đầu trước thiết lập cuộc gọi, còn bộ tạo tone phục vụ chuyển mạch nhóm dùng để mang đáp ứng của thuê bao trong thời gian thiết lập cuộc gọi.

Dùng kỹ thuật tương tự: Có nhiều loại cấu trúc bộ tạo tone. Với các tổng đài analog thì ta có các bộ tạo tone analog với cấu trúc đơn giản là các bộ tạo dao động với các mạch điều khiển ngắt nhịp khác nhau như rơle hoặc các cổng điện tử. Các tín hiệu báo hiệu này phải được chuyển đổi sang dạng số để chèn vào các khe thời gian trong các tuyến PCM đưa đến các đầu cuối qua trường chuyển mạch. Nhược điểm: Kích thước lớn, cồng kềnh, không kinh tế, không có độ tin cậy cao.

Hình 2.19. Sử dụng kỹ thuật tương tự Dùng kỹ thuật số:

o Tạo tones: Đối với tổng đài SPC hiện nay thì các bộ tạo âm thường là bộ tạo tone số. Các bộ tạo tone này có khả năng cho ra nhiều loại tone khác nhau. Việc phân biệt cho các loại tone này cho tiến trình xử lý cuộc gọi được thực hiện bằng cách thiết lập các độ dài ngắt nhịp khác nhau cho các tone. Cấu trúc này phụ thuộc vào cách quản lý khác nhau. Các phần tử bộ tạo tone số bao gồm: Các bộ nhớ ROM dùng để lưu trữ các loại tone tương ứng bằng các tín hiệu số, mạch điều khiển tone theo chu kỳ, bộ điều khiển đọc ROM và các thiết bị điều khiển khác.

Các bộ nhớ ROM lưu các loại tones tương ứng đã mã hóa vàđọc ra với địa chỉ do bêm chu kỳ xác định. Thời điểm phát tones qua trường chuyển mạch do đơn vị điều khiển điều khiển bộ SELECTOR. Bộ SELECTOR bao gồm các bộ ghép kênh logic số mà chuyển mạch giữa lối vào và lối ra phụ thuộc vào địa chỉ được cung cấp bởi đơn vị điều khiển. Như vậy, các tones khác nhau được số hóa (với tần số lấy mẫu là 8Khz) và nạp vào ROM, sau đó được đọc ra ở thời điểm thích hợp theo yêu cầu của thuê bao. Đối với tín hiệu có chu kỳ thì chỉ cần nạp vào chu kỳ là đủ. Đối với tín hiệu không có chu kỳ thì phải nạp tất cả tín hiệu đó. Điều này làm giảm dung lượng của ROM, do đó, tính kinh tế phương phát này rất cao.

Tạo các bản tin thông báo: Một trong khả năng cung cấp dịch vụ của tổng đài SPC là việc cung cấp các bản tin thông báo với những nội dung mang tính chất thông báo chỉ dẫn… Các bản tin thông báo được lưu trữ trong các thiết bị băng từ, đĩa từ, bộ nhớ …sao cho khả năng truy cập được dễ dàng. Trên thực tế có hai phương pháp lưu trữ sau:

- Phương pháp 1: Tất cả các bản tin được số hóa với từng bit nhị phân và ghi vào thiết bị lưu trữ.

- Phương pháp 2 : Kiểu của bản tin thông báo có dạng các câu, các tổ hợp chữ cái có chung nhất một âm tiết, các từ vựng chung được ghi vào vi mạch ROM, RAM để truy xuất theo một địa chỉ thích hợp.

Phương pháp 1 đơn giản nhưng tốn kém về không gian bộ nhớ, phương pháp 2 kinh tế hơn, nhưng vấn đề điều khiển lại phức tạp hơn rất nhiều. Các bản tin cố định thì có thể lưu vào trong ROM, còn các bản tin có thể thay đổi hoặc các dịch vụ mới thì thường được lưu vào RAM để tăng tính linh họat, thuận tiện trong việc sửa đổi bổ sung.

Chương 3. TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SỐ 7 QUA MẠNG IP– SIGTRAN

3.1. GIỚI THIỆU CHUNG

Công nghiệp truyền thông đang trải qua một giai đoạn bùng nổ theo hướng hội tụ

của các dịch vụ. Dữ liệu đã trở nên có ý nghĩa hơn trong toàn bộ lưu lượng truyền tải

trên mạng so với lưu lượng thoại. Các nhà khai thác đang tìm cách kết hợp giữa lưu

lượng thoại và lưu lượng dữ liệu, giữa các mạng lõi và các dịch vụ. Trong số các giải

pháp công nghệ được lựa chọn, công nghệ IP hiện đang được quan tâm với tư cách là

giải pháp hứa hẹn cho hỗ trợ đa phương tiện để xây dựng các dịch vụ tích hợp mới.

Hiện nay đang diễn ra sự tích hợp giữa mạng chuyển mạch kênh truyền thống với mạng

IP mới. Các nhà khai thác đang thay thế các mạng điện thoại cố định và di động theo

kiến trúc toàn IP và có cả hỗ trợ giao thức báo hiệu số 7. Công nhệ IP cho phép các nhà

khai thác mạng có thể mở rộng mạng và xây dựng các dịch vụ mới một cách có hiệu

quả. Thành phần các dịch vụ bổ sung thông dụng như SMS, … góp phần vào sự phát

triển nhanh chóng của các mạng báo hiệu.

Hình 3.1 Truyền tải báohiệu đơn giản qua môi trường IP

Mạng IP có các ưu điểm nổi bật so với mạng trên cơ sở TDM như sau:

Dễ triển khai: Với việc sử dụng gateway báo hiệu sẽ không cần gỡ bỏ mạng

SS7 hiện có và các tính năng nâng cao trong tương lai là “trong suốt”.

Giá thành thiết bị thấp hơn: Không cần đầu tư nhiều đối với các phần tử báo

hiệu hiện có.

Hiệu quả tốt hơn: Sử dụng SIGTRAN qua IP không yêu cầu các luồng vật lý

E1/T1 qua mạng truyền tải SDH. Sử dụng công nghệ truyền tải IP qua SDH, IP

qua cáp quang, … có thể đạt thông lượng cao hơn nhiều.

Băng thông cao hơn: Thông tin SIGTRAN qua IP không buộc phải có liên kết

nhưtrong SS7 và mạng IP linh động hơn rất nhiều so với mạng TDM.

Các dịch vụ nâng cao: Triển khai mạng lõi IP tạo điều kiện dễ dàng cho sự phát

triển hàng loạt các giải pháp mới và các dịch vụ giá trị gia tăng phong phú.

Các nhà khai thác mạng đang muốn chuyển dần mạng viễn thông tiến đến kiến

trúc mạng IP. Trong khi chưa thể chuyển ngay lên kiến trúc mạng toàn IP thì cả mạng

IP và các mạng chuyển mạch kênh truyền thống đều song song tồn tại và cần phải được

kết hợp lại vào cơ sở hạ tầng mạng thống nhất. Chắc chắn rằng mạch chuyển mạch

kênh sẽ còn tồn tại trong nhiều năm nữa cùng với các dịch vụ IP. Kiến trúc kết hợp có

thể là giải pháp tốt nhất cho hầu hết cácnhà khai thác vì nóđảm bảo mức độ rủi ro thấp

trong quá trình phát triển mạng hiện tại trong khi vẫn cho phép đáp ứng được các dịch

vụ mới. Đây là mục đích của nhiều nhóm nghiên cứu chuẩn hóa mà SIGTRAN của

IETF là một trong số đó. SIGTRAN đưa ra mô hình kiến trúc cho phép mạng phát triển

tiến đến mạng toàn IP. Mô hình kiến trúc này gồm hai thành phần mới: SCTP và một số

các giao thức tầng thích ứng người sử dụng (như M2UA, M2PA, M3UA, SUA) – cho

phép đáp ứng các phương thức yêu cầu để hội tụ hai mạng này.

Hình 3.2. Kiến trúc mạng sử dụng SIGTRAN

3.2. GIỚI THIỆU VỀ SIGTRAN

Sigtran là một nhóm công tác thuộc tổ chức chuẩn hóa quốc tế cho lĩnh vực

Internet– IETF. Mục đích chính của nhóm là đưa ra giải pháp truyền tải báo hiệu dạng

gói trên mạng PSTN qua mạng IP, đảm bảo được các yêu cầu về chức năng và hiệu

năng của báo hiệu PSTN. Nhằm phối hợp được với PSTN, các mạng IP cần truyền tải

các bản tin báo hiệu như báo hiệu đường ISDN (Q.931) hay SS7 (như ISUP, SCCP, …)

giữa các nút IP như gateway báo hiệu (SG), bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC) và

cổng phương tiện (MG) hoặc cơ sở dữ liệu IP. Nhóm công tác Sigtran xác định mục

tiêu là:

Các yêu cầu về chức năng và hiệu năng: Nhóm đưa ra một số các luận điểm

(trong các RFC) xác định các yêu cầu tính năng và hiệu năng để hỗ trợ báo

hiệu qua các mạng IP. Các bản tin báo hiệu (nhất là SS7) có yêu cầu về độ trễ

và mất gói rất cao phải được đảm bảo như trong mạng điện thoại hiện tại.

Các vấn đề về truyền tải: Nhóm công tác đã đưa ra RFC định nghĩa các giao

thức truyền tải báo hiệu được sử dụng và định nghĩa mới các giao thức truyền

tải trên cơ sở các yêu cầu xác định ở trên.

Hình 3.3. Mô hình chồng giao thức SIGTRAN

SIGTRAN là một tập các tiêu chuẩn mới do IETF đưa ra nhằm cung cấp một mô

hình kiến trúc để truyền tải báo hiệu số 7 qua mạng IP. Kiến trúc giao thức SIGTRAN

được định nghĩa gồm ba thành phần chính (Hình 3.3):

Chuẩn IP.

Giao thức truyền tải báo hiệu chung SCTP: Giao thức hỗ trợ một tập chung các

tính năng truyền tải tin cậy cho việc truyền tải báo hiệu. Đặc biệt, SCTP là một

giao thức truyền tải mới do IETF đưa ra.

Các phân lớp thích ứng: Hỗ trợ các hàm nguyên thủy xác định được yêu cầu

bởi một giao thức ứng dụng báo hiệu riêng. Một vài giao thức phân lớp thích

ứng mới được định nghĩa bởi IETF như: M2UA, M2PA, M3UA, SUA.

3.3.ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN GIAO THỨC TRUYỀN TẢI MỚI

Như chúng ta đã biết, giao thức truyền tải dữ liệu tin cậy chính đi kèm giao thức IP

thường là TCP. Tuy nhiên, do TCP ra đời đã khá lâu và được thiết kế theo kiểu giao

thức hướng gói nên TCP cũng gặp một số hạn chế khi sử dụng cho những ứng dụng

mới. Với số lượng ứng dụng mới đang tăng lên ngày càng nhiều hiện nay đã cho thấy

TCP có quá nhiều hạn chế. Các vấn đề giới hạn của TCP thể hiện gồm:

Cơ chế tin cậy: TCP cung cấp cả hai kiểu chuyển giao dữ liệu là cơ chế hỏi đáp

và cơ chế tuần tự. Một vàiứng dụng yêu cầu chuyển giao thông tin tin cậy mà

không cần duy trì thứ tự gói tin, trong khi một số khác lại yêu cầu đáp ứng cả

về thứ tự của gói dữ liệu. Đối với TCP, cả hai trường hợp này đều gặp phải

hiện tượng “nghẽn đầu dòng” gây nên các trễ không cần thiết.

Vấn đề thời gian thực: Cơ chế hỏi đáp trong TCP yêu cầu có một độ trễ để xác

nhận gói tin, điều này làm cho TCP không đáp ứng được các ứng dụng thời

gian thực.

Các vấn đề bảo mật: TCP rất dễ bị tấn công do cơ chế bảo mật trong TCP

không cao.

Những giới hạn đề cập trên đây của TCP là rất đáng phải quan tâm khi muốn

truyền báo hiệu số 7 qua mạng IP và do đó, đây là một động lực trực tiếp cho sự ra đời

của giao thức SCTP – một giao thức truyền tải mới của SIGTRAN. SCTP không chỉ

giải quyết được vấn đề truyền tải báo hiệu trong SIGTRAN mà còn có khả năng đáp

ứng cho nhiều ứng dụng khác.

3.4. GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRUYỀN TẢI– SCTP

SCTP là một giao thức truyền tải qua IP mới, tồn tại đồng mức với TCP và UDP.

SCTP hiện cung cấp các chức năng tầng truyền tải cho nhiều ứng dụng trên cơ sở

Internet. SCTP được IETF đưa ra và đặc tả trong RFC 2960.

3.4.1. Tổng quan về kiến trúc của SCTP

Về kiến trúc, SCTP nằm giữa tầng tương thích người dùng SCTP và tầng mạng

chuyển gói phi kết nối như IP, … Dịch vụ cơ bản của SCTP là chuyển giao tin cậy các

bản tin của người dùng giữa các người dùng SCTP đồng mức. SCTP là giao thức hướng

kết nối vì vậy, SCTP thiết lập kết nối giữa hai điểm đầu cuối (gọi là liên hệ trong phiên

SCTP) trước khi truyền dữ liệu người dùng của nó.

3.4.2. Tổng quan về chức năng của SCTP

Dịch vụ truyền tải SCTP có thể được phân thành một số chức năng. Các chức năng

này được mô tả như sau (Hình 3.5):

Thiết lập và hủy bỏ liên kết: Một liên hệ được tạo ra bởi một yêu cầu từ người

dùng SCTP. Cơ chế cookie được dùng trong quá trình khởi tạo để cung cấp sự

hỗ trợ bảo vệ chống lại sự tấn công.

Phân phối tuần tự theo các luồng: Người dùng SCTP có thể xác định số lượng

các luồng được hỗ trợ trong liên hệ tại thời điểm thiết lập liên hệ đó.

Phân mảnh dữ liệu người dùng: SCTP hỗ trợ phân mảnh và tái hợp các bản tin

dữ liệu người dùng để đảm bảo cho các gói tin SCTP truyền xuống các tầng

thấp hơn phù hợp với MTU.

Phát hiện và tránh tắc nghẽn: SCTP gán cho mỗi bản tin dữ liệu người dùng

(được phân mảnh hoặc không) một số tuần tự truyền dẫn (TSN). Đầu cuối thu

sẽ xác nhận toàn bộ các TSN và ngắt đoạn (nếu có) thu được.

Chunk bundling: Gói tin SCTP được phân phối đến tầng thấp hơn bao gồm hai

thành phần làtiêu đề chung và theo sau là một hoặc nhiều chunk. Hình vẽ sau

đây mô tả kiến trúc chung của một gói SCTP:

Hình 3.4. Cấu trúc gói SCTP

Hợp thức hóa gói tin: Trường Tag là bắt buộc và 32 bit của trường CheckSum

nằm trong tiêu đề của SCTP.

Quản lý tuyến: Chức năng quản lý tuyến SCTP chọn địa chỉ truyền tải đích cho

mỗi gói tin SCTP đầu ra trên cơ sở chỉ dẫn của người dùng SCTP và trạng thái

hiện thời của các địa chỉ đích hiện tại.

Hình 3.5. Các chức năng SCTP