Hình 3.15. Media Gateway và Signaling Gateway kết nối với PSTN
Báo hiệu từ mạng PSTN gửi sang mạng NGN để tạo lập liên kết giữa các đầu cuối của hai mạng, nhận được ở Signaling 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 trường của bản tin báo hiệu trong mạng NGN (H323, MGCP, …) và gửi tới phần điều khiển tương ứng của Softswitch.
Với báo hiệu kênh riêng SS7, kênh báo hiệu SS7 (data link) được kết cuối tại Signaling Gateway (một số trường hợp SG được tích hợp trong mạng MG). Signaling Gateway cung cấp việc kết nối báo hiệu trong suốt giữa chuyển mạch kênh và mạng IP. Signaling Gateway có thể kết cuối SS7 hoặc chuyển đổi và chuyển tiếp qua môi trường IP tới Call Agent hay các phần xử lý cuộc gọi tương ứng của hệ thống Softswitch. Mạng VoIP sử dụng báo hiệu SS7 over IP qua giao thức SIGTRAN.
III.1. Giao thức SIGTRAN (SIGnaling TRANsport)
Giao thức SIGTRAN là giao thức tin cậy để truyền tải các bản tin SS7 qua mạng IP. Cấu trúc gồm 2 thành phần: giao thức truyền tải chung cho các lớp giao thức SS7 và Module tương thích để giả lập các lớp thấp hơn của giao thức. Ví dụ nếu Module xử lý SS7 trong Softswitch xử lý bản tin MTP lớp 3, thì giao thức SIGTRAN cung cấp các chức năng tương đương với các chức năng của MTP lớp 2. Nếu nó xử lý
44
ỏ mức ISUP và SCCP, thì giao thức SIGTRAN cung cấp chức năng giống như MTP lớp 2 và lớp 3, tương tựđối 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:
78.Điều khiển luồng.
79.Phân phối tuần tự các bản trin trong các luồng điều khiển độc lập. 80.Chỉ ra điểm báo hiệu nguồn và đích.
81.Chỉ ra kênh thoại.
82.Phát hiện lỗi, truyền lại và các thủ tục sửa sai khác.
83.Khôi phục lại các thành phần nằm trong các đường chuyển tiếp. 84.Điều khiển tránh tắc nghẽn trên Internet.
85.Xác định trạng thái của các thực thể trên mạng (đang hay ngừng phục vụ). 86.Hỗ trợ cơ chế bảo mật để bảo vệ các thông tin báo hiệu.
87.Mở rộng khả năng hỗ trợ về bảo mật và các yêu cầu phát triển về sau.
Hình 3.16. SIGTRAN
IETF cũng định nghĩa SCTP (Stream Control Transmission Protocol), hiện được 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 nhưng có những điểm không phù hợp. SCTP giống TCP nhưng có thêm một số tính năng nhưđa luồng và đa tuyến (multi streaming, multi homing) để tạo cấu hình dự phòng, phục hồi (redundant,
45
failover) hay message framing (đóng gói và truyền theo bản tin, không truyền theo 1 nhóm byte như TCP). Các giao thức trong SIGTRAN đều sử dụng SCTP ở mức truyền tải.
III.2. Các giao thức hỗ trợ truyền bản tin SS7 qua mạng IP trong SIGTRAN
Nếu như 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 chẽ về chất lượng, độ tin cậy và độ khả dụng. ITU-T đưa ra các tiêu chuẩn để đảm bảo truyền các bản tin SS7 qua mạng IP như sau:
88.Các thủ tục báo hiệu peer-to-peer yêu cầu khoảng thời gian đáp ứng từ 0.5 giây (500 ms) tới 1.2 giây (1200 ms).
89.Không được có quá 1 bản tin bị mất trong 10 triệu bản tin do lỗi truyền dẫn. 90.Không được có quá 1 bản tin sai tuần tự trong 10 tỷ bản tin do lỗi truyền dẫn. 91.Không được có quá 1 bản tin chứa lỗi mà không xác định được bởi giao thức chuyển tải hoặc 1 bản tin trong 1 tỷ bản tin theo chuẩn ANSI.
92.Mức độ khả dụng của tập hợp các tuyến báo hiệu (là tòan bộ tập hợp các đường báo hiệu từ một điểm tới một đích xác định) là 99.9998% hoặc hơn (khoảng thời gian downtime xấp xỉ khoảng 10 phút/1 năm).
93.Độ dài bản tin (ngoại trừ payload) là 272 bytes với SS7 băng hẹp và 4091 bytes với SS7 băng rộng.
Để có thể thực hiện được những chức năng và yêu cầu truyền tải MTP, IETF khuyến nghị 3 giao thức mới: M2UA, M2PA và M3UA. SIGTRAN cho phép các hãng linh động khi đưa ra các giải pháp thực hiện SS7 over IP.
III.2.1. 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 tương đương với các dịch vụ mà MTP lớp 2 cung cấp cho MTP lớp 3.
M2UA được 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. Signaling Gateway kết cuối tuyến báo hiệu tại MTP lớp 2 chuyển qua MTP (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
46
Hình 3.17. Hoạt động của M2UA (MTP2 User Adaptation Layer)
III.2.2. Giao thức M2PA (MTTP2 User Peer-to-Peer Adaptation Layer)
Giống như 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 được 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 báo hiệu IP cúng như 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 được 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 nodes trong mạng chuyển mạch kênh truy nhập vào cơ sở dữ liệu của mạng điện thoại IP và các nodes khác trong mạng IP sử dụng báo hiệu SS7. Nói các khác, M2PA cho phép các ứng dụng IP telephone truy nhập vào cơ sở dữ liệu SS7, như dịch vụ local number portability, calling card, freephony và cơ sở dữ liệu thuê bao di động. Ngoài ra, sử dụng M2PA qua mạng IP có nhiều ưu điểm về giá thành nếu như các tuyến liên kết báo hiệu truyền thống được thay thế bằng các kết nối IP.
47
Hình 3.18. Hoạt động của M2PA (MTP2 User Peer-to-peer Adaptation Layer) Tóm lại, M2PA và M2UA khác nhau ở những điểm dưới đây:
M2PA M2UA
Signaling Gateway (SG) là một node SS7 có một mã điểm báo hiệu
Signaling Gateway không phải là một node SS7 và không có mã điểm báo hiệu Kết nối giữa SG và điểm báo hiệu IP lfa một
tuyến liên kết báo hiệu
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 từ SG tới MGC
SG có thể các lớp SS7 cao hơn như SCCP SG không thể các lớp SS7 cao hơn như MTP lớp 3
Tin cậy MTP lớp 3 cho các thủ tục quản lý Sử dụng các thủ tục quản lý M2UA Điểm báo hiệu IP xử lý các primitive MTP lớp
2 và lớp 3
MGC chuyển tải các primitive MTP lớp 2 và lớp 3 tới MTP lớp 2 của SG để xử lý
III.2.3. M3UA (MTP level 3 User Adaptation Layer)
M3UA là giao thức của IETF để chuyển tải các bản tin báo hiệu phần người sử dụng (user part) ở trên lớp 3 (như các bản tin 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 được sử dụng giữa SG và MGC hoặc các cơ sở dữ liệu phục vụ ccs ứng dụng trong mạng IP. SG nhận các báo hiệu SS7 sử dụng MTP để chuyển tải qua tuyến liên kết báo hiệu SS7. SG kết cuối các bản tin MTP lớp 2 và lớp 3, phân phối các bản
48
tin ISUP, TUP và SCCP; hoặc qua liên kết SCTP để tới Media Gateway Controller hoặc các cơ sở dữ liệu
Hình 3.19. M3UA (MTP level 3 User Adaptation Layer)
M3UA cung cấp tập các chức năng tương đương như của MTP3 cho các lớp trên (phần người dùng – user part) tại điểm báo hiệu SS7 trong mạng IP. 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 từng SG.
M3UA không bị giới hạn bởi trường thông tin báo hiệu 272 octet được chỉđịnh bởi bản tin SS7 MTP lớp 2. Các khối thông tin lớn hơn được 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 thước lớn hơn tới đích. Đối với mạng MTP băng rộng, SG sẽ phân mảnh các bản tin ISUP và SCCP lớn hơn 272 như 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, SS7 hiển thị MTP-3 user ở xa tại điểm báo hiệu IP khi điểm báo hiệu đó có thể tới được hoặc không thể tới được hoặc khi xảy ra hiện tượng nghẽn mạng hoạc bị ngăn chặn. Lớp M3UA tại đỉem báo hiệu IP giữ trạng thái của các tuyến để tới được các nodes 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.
49
III.2.4. Truyền tải SCCP qua mạng IP
SUA (SCCP User Adaptation Layer) là giao thức được định nghĩa bởi IETF để chuyển tải các bản tin báo hiệu SS7 SCCP phần user qua mạng IP sử dụng giao thức SCTP. SUA được sử dụng giữa SG và các IP endpoint và giữa IP Signaling endpoint. SUA cũng hỗ trợ cả các dịch vụ không kết nối tuần tự và không tuần tự và các dịch vụ hướng kết nối 2 chiều có và không có điều khiển luồng và phát hiện mất bản tin hoặc các lỗi không tuần tự.
Để phân phối tới các điểm báo hiệu SS7, các bản tin SS7 được 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 sẽ giữa các IP endpoint đang kích hoạt sử dụng giải pháp quay vòng round-robin. Chú ý chia sẻ tải của các bản tin TCAP chỉ xuất hiện trong bản tin đầu tiên trong hỏi đáp TCAP; thứ tự các bản tin TCAP trong cùng một khoảng thời gian đòi hỏi luôn luôn gửi tới IP endpoint đã lựa chọn cho bản tin đầu tiên, trừ phi các endpoint chia sẻ trạng thái thôgn tin và SG hiểu được bản tin cấp phát chính sách của các IP endpoint. SG cũng có thể thực hiện được chức năng chuyển dịch nhãn toàn cầu (Global Title Translation) để chỉ ra đích của bản tin SCCP. SG định tuyến trên nhãn, các chữ số xuất hiện trong bản tin đầu vào, như số bị gọi hoặc sốđịnh danh thuê bao di động. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.20. SUA (SCCP User Adaptation Layer)
Để chuyển tải các dịch vụ hướng kết nối, SCCP và SUA giao tiếp tại SG để liên kết 2 phiên kết nối cần cho truyền dữ liệu hướng kết nối giữa điểm báo hiệu SS7 và IP endpoint. Bản tin được định tuyến bởi SG tới điểm báo hiệu dựa trên mã điểm báo hiệu (trong trường địa chỉ MTP-3) và IP endpoint dựa trên địa chỉ IP (trong mào đầu SCTP).
50
SUA cũng có thểđược sử dụng để chuyển tải thông tin về user SCCP trực tiếp giữa các IP endpoint hơn là qua SG. SG chỉ cần để kết nối với báo hiệu SS7 trong mạng chuyển mạch kênh.
Nếu các ứng dụng trong IP được kết nối tới nhiều SG, có nhiều tuyến tới đích trong mạng SS7. Trong trường hợp này, IP endpoint giám sát trạng thái của SG ở xa trước khi khởi tạo quá trình truyền bản tin.
Ví dụ tiến trình xử lý cuộc gọi giữa mạng PSTN và NGN
Hình 3.21. Một ví dụ kết nối Softswitch với mạng PSTN
51
Hình 3.22. Thiết lập và hủy cuộc gọi từđầu cuối H.323 đến đầu cuối PSTN Trình tự thiết lập cuộc gọi từđầu cuối H.323 đến đầu cuối PSTN
1. Đầu cuối H.323 bắt đầu
2. Đầu cuối gửi bản tin yêu cầu Gatekeeper (GRQ) 3. Gatekeeper đáp lại bằng bản tin thông báo (CGA)
4. Đầu cuối gửi bản tin yêu cầu đăng ký tới Gatekeeper (RRQ)
5. Đầu cuối muốn bắt đầu cuộc gọi nó sử dụng H.225 để gửi bản tin yêu cầu chấp nhận tới GK (ARQ)
6. GK trả lời bằng bản tin xác nhận (ACF) nếu băng thông khả dụng 7. Đầu cuối bắt đầu trao đổi H.225 bằng bản tin thiết lập cuộc gọi “Setup” với GK
8. GK phân tích bản tin Setup và GK chuyển tiếp bản tin Setup tới MGC
9. MGC gửi bản tin IAM tới PSTN và bản tin “Add” tới MG
10.MGC gửi bản tin xử lý tới GK, GK sẽ chuyển tiếp nó tới đầu cuối 11.MGC và đầu cuối trao đổi trên kênh logic H.245
52
13.MGC gửi bản tin “Connect” H.225 tới đầu cuối qua GK. Bản tin kết nối được chuyển đi từ địa chỉ IP và cổng RTP trên GW, được dành cho cuộc gọi
14.MG xóa kênh tiếng được chỉ định bởi bản tin ACM, MGC ra lệnh cho MG Add vào nội dung vừa mới được tạo ra
15.Đầu cuối kết nối tới cổng RTP trên GW
16.MGC thực hiện lệnh Modify để mở rộng một kênh thoại 2 chiều giữa 2 đầu cuối.