2. Vị trí của Softswitch trong mô hình NGN
1.7So sánh chuyển mạch mềm với chuyển mạch kênh truyền thống
1.7.1. Kiến trúc tổng thể
Về kiến trúc tổng thể, hệ thống chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh đều bao gồm:
Phần cứng chuyển mạch
Phần mềm điều khiển
Phần mềm ứng dụng
* Kiến trúc tổng thể của hai hệ thống chuyển mạch
Hình 1.7. Mô hình hệ thống chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm
Trong hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng chuyển mạch luôn đi kèm với phần mềm điều khiển của cùng một nhà cung cấp. Điều này làm tăng tính độc quyền trong việc cung cấp các hệ thống chuyển mạch, làm giới hạn khả năng phát triển các dịch vụ mới và khả năng phát triển mạng của các nhà khai thác.
Trong khi đó, chuyển mạch mềm được xây dựng theo cấu trúc phân tán, tách chức năng điều khiển ra khỏi chức năng chuyển mạch là cho nhiệm vụ chuyển mạch trở nên đơn giản hơn và mạnh mẽ hơn. Hơn nữa chuyển mạch mềm được xây dựng trên cơ sở mạng IP, xử lý thông tin một cách trong suốt, cho phép đáp ứng nhiều loại lưu lượng khác nhau.
Phần cứng chuyển mạch Phần mềm điều khiển Phần mềm ứng dụng Phần cứng chuyển mạch Phần mềm điều khiển Phần mềm ứng dụng Hệ thống chuyển mạch kênh Hệ thống chuyển mạch mềm
Để khắc phục nhược điểm của chuyển mạch kênh, chuyển mạch mềm đưa ra giao diện lập trình ứng dụng mở cho phép phần mềm và phần cứng của các nhà cung cấp khác nhau có thể tương thích với nhau. Do đó sẽ khiến cho việc nâng cấp, thay thế hệ thống dễ dàng hơn, các nhà khai thác có thể lựa chọn những phần cứng và phần mềm tối ưu nhất cho hệ thống của mình, vì thế sẽ làm giảm tính độc quyền của các nhà cung cấp góp phần làm tăng tính cạnh tranh và do đó làm giảm giá thành của hệ thống chuyển mạch mềm.
1.7.2. Phương thức xử lý cuộc gọi
Cuộc gọi trong mạng chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm đều sử dụng báo hiệu SS7. Đối với chuyển mạch mềm, cuộc gọi được thực hiện giữa hai thuê bao thoại trong mạng PSTN với nhau thông qua mạng lõi của mạng thế hệ sau NGN.
Nói chung, cả hai cách thực hiện cuộc gọi, bằng chuyển mạch mềm hay chuyển mạch kênh đều phải thiết lập kết nối trước khi đàm thoại.
* Sơ đồ chuyển mạch kênh:
Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống chuyển mạch kênh
Trong tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống, chức năng xử lý cuộc gọi và chức năng chuyển mạch vật lý luồng lưu lượng đều được tập trung trong tổng đài. Tổng đài vừa làm nhiệm vụ giám sát thuê bao, vừa đưa ra các xử lý theo tiến trình cuộc gọi và đồng thời thực hiện chức năng chuyển mạch các luồng lưu lượng. Ngoài ra, trong chuyển mạch kênh, kênh báo hiệu và kênh thoại là hai kênh khác nhau, nhưng cùng truyền đến một điểm xử lý trên đường dây, hay nói cách khác trên cùng một kết nối vật lý. Kênh báo hiệu được thiết lập, sau đó kênh thoại mới được thiết lập.
Còn trong chuyển mạch mềm chức năng xử lý cuộc gọi và chuyển mạch tách rời nhau. kênh báo hiệu và kênh thoại không chỉ là hai kênh riêng biệt mà chúng còn được truyền trên hai kết nối khác nhau. Thông tin báo hiệu được truyền qua cổng báo hiệu SG, còn thông tin thoại được truyền qua cổng truyền thông MG.
* Sơ đồ mạng chuyển mạch mềm
Hình 1.9 Cấu trúc chuyển mạch mềm
1.8 Ưu điểm của chuyển mạch mềm
1.8.1 Ưu điểm nhìn từ quan điểm của nhà khai thác
1. Cho cơ hội mới về doanh thu
Với công nghệ mạng cho phép hội tụ các ứng dụng thoại, số liệu, video cùng công nghệ chuyển mạch mới, nhiều dịch vụ giá trị gia tăng hoàn toàn mới đã ra đời. Các dịch vụ này hứa hẹn sẽ đem lại doanh thu cao hơn so với các dịch thoại truyền thống. Do sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm, có tính chất phân tán, các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp dịch vụ cho một nhóm nhỏ khách hàng, hay bất cứ nơi nào và khi nào họ muốn
2. Thời gian tiếp cận thị trường ngắn
Do công nghệ chuyển mạch mới dựa trên phần mềm nên các dịch vụ mới ra đời cũng dựa trên phần mềm. Điều này làm cho việc triển khai các dịch vụ mới cũng như nâng cấp các dịch vụ đang cung cấp trở nên nhanh chóng hơn. Ngoài ra các nhà khai thác mạng có thể mua một dịch vụ mới từ nhà cung cấp khác để triển khai nhanh chóng dịch vụ khách hàng yêu cầu
3. Khả năng thu hút khách hàng
Cùng với việc đưa vào sử dụng mạng thế hệ sau NGN, việc đưa vào sử dụng chuyển mạch mềm còn giới thiệu với khách hàng nhiều dịch vụ mới hấp dẫn đồng thời cho phép họ tự lựa chọn và kiểm soát các dịch vụ thông tin do mình sử dụng
4. Giảm chi phí xây dựng mạng
Chi phí xây dựng cho các hệ thống sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm là chi phí cho phần mềm, không theo kiểu chi phí cho các cơ cấu chuyển mạch kênh trước đây. Do đó, không đòi hỏi phải có vốn đầu tư ban đầu lớn mà chi phí xây dựng sẽ tăng tuyến tính theo nhu cầu và số lượng khách hàng Các nhà khai thác có thể khởi đầu phục vụ cho một số lượng nhỏ khách hàng, nhưng vẫn cung cấp đầy đủ các dịch vụ thông qua các nhà khai thác lớn. Trong khi đó chuyển mạch kênh truyền thống luôn được thiết kế với tập tính năng và quy mô lớn hơn nhiều so với số lượng khách hàng và nhu cầu dịch vụ thực tế.
5. Giảm chi phí điều hành mạng
Do phần mềm chuyển mạch thế hệ mới Softswitch cho phép khách hàng tự lựa chọn và kiểm soát quá trình sử dụng dịch vụ của mình nên đã giúp cho công việc của các nhà điều hành mạng được giảm đi một phần. Hơn nữa khi sử dụng chuyển mạch mềm sẽ không còn các tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân lực điều hành. Hệ thống chuyển mạch giờ đây là các máy chủ đặt phân tán trong mạng và được điều khiển bởi giao diện thân thiện với người GUI.
6. Sử dụng băng thông hiệu quả
Với mô hình chuyển mạch kênh truyền thống, hệ thống chuyển mạch sẽ thiết lập một kênh dành riêng dành cho người gọi và người được gọi. Và kênh này sẽ không được sử dụng cho mục đích nào khác trong suốt quá trình đàm thoại. TDM cho phép truyền nhiều kênh trên một trung kế nhưng kênh dành riêng vẫn sử dụng tài nguyên mạng nhiều hơn mức yêu cầu thực tế vì tồn tại những khoảng lặng trong quá trình đàm thoại. Khi đưa mạng thế hệ sau vào sử dụng, do mạng IP được sử dụng nên đã tận dụng được ưu điểm sử dụng băng thông hiệu quả.
7. Quản lý mạng hiệu quả
Đó là do Softswitch cho phép giám sát và điều chỉnh hoạt động của mạng theo thời gian thực đồng thời có thể nâng cấp hay thay đổi cấu hình mạng từ xa. Điều này giúp cho các nhà điều hành quản lý mạng hiệu quả hơn
8. Cải thiện dịch vụ
Với khả năng cung cấp dịch vụ một cách dễ dàng đã giúp cho Softswitch nhanh chóng được chấp nhận. Bằng cách lắp đặt thêm một máy chủ ứng dụng riêng mới (còn gọi là nâng cấp phần mềm chuyển mạch Softwitch ) hay triển khai thêm một số module của nhà cung cấp khác, các nhà khai thác có thể cung cấp các dịch vụ mới nhanh chóng hơn và giá thấp hơn so với chuyển mạch truyền thống. Ngoài ra chuyển mạch mềm còn hỗ trợ nhiều tính năng giúp các nhà khai thác phân biệt dịch vụ cho từng khách hàng riêng lẻ.
9. Tiết kiệm không gian đặt thiết bị
Chuyển mạch mềm cho phép các ứng dụng được thi hành tại bất cứ khu vực nào trên mạng. Mạng có thể được sắp xếp sao cho các máy chủ được bố trí gần những nơi mà nó thật sự là tài nguyên quan trọng. Các ứng dụng và tài nguyên có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ và tính năng mới không nhất thiết phải đặt tại cùng một nơi trên mạng. Hơn nữa các thành phần của mạng NGN, đặc biệt là các MGC sử dụng chuyển mạch mềm có kích thước nhỏ và có tính phân tán nên không gian đặt thiết bị cũng gọn hơn.
10. An toàn vốn đầu tư
Do mạng NGN hoạt động trên nền hạ tầng cơ sở có sẵn nên các nhà khai thác vẫn tiếp tục sử dụng mạng truyền thống đồng thời triển khai những dịch vụ mới. Điều này giúp cho nhà khai thác vừa thu hồi vốn đầu tư từ mạng cũ vừa thu lợi nhuận từ dịch vụ do mạng mới cung cấp.
1.8.2 Ưu điểm theo quan điểm của khách hàng
Nhìn từ phương diện khách hàng, khi triển khai hệ thống chuyển mạch mềm, họ được lợi cả về mặt giá cả và sự đa dạng về dịch vụ. Chuyển mạch mềm còn cho phép khách hàng có được chất lượng dịch vụ của thông tin thoại, số liệu, video qua đường dây điện thoại vốn có của mình (cùng với một đầu cuối thông minh, một chiếc PC chẳng hạn) mà không cần quan tâm tới kiến trúc hạ tầng mạng. Các hệ thống chuyển mạch mềm tích hợp được với các thành phần mạng khác nhằm cung cấp các dịch vụ phức tạp, cao cấp cho phép điều khiển cuộc gọi đa giao thức và hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện.
CHƯƠNG 2-CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU CƠ BẢN TRONG CHUYỂN MẠCH MỀM
2.1 Giới thiệu chung
Hệ thống chuyển mạch mềm có kiến trúc phân tán, các chức năng báo hiệu và xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi…được thực hiện bởi các thiết bị nằm phân tán trong cấu hình mạng. Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo hiệu. Cách thức trao đổi các thông tin báo hiệu được quy định bởi các giao thức báo hiệu.
Các giao thức báo hiệu cơ bản bao gồm :
• H323
• SIP
• SIGTRAN
• MGCP, MEGACO
Các giao thức này có thể phân thành hai loại: giao thức ngang cấp (H323, SIP) và giao thức chủ tớ (MGCP,MEGACO) (minh hoạ trong hình vẽ 2.1). Mỗi loại giao thức có ưu điểm và nhược điểm riêng của mình với các chức năng khác nhau, tồn tại trong mạng ở các cấp khác nhau.
Hình 2.1: Một số giao thức điều khiển và báo hiệu trong chuyển mạch mềm.
Vai trò của từng giao thức :
• Giao thức ngang cấp H323, SIP được sử dụng để trao đổi thông tin báo hiệu giữa các MGC, giữa MGC và các Server.
• Giao thức chủ tớ MGCP, MEGACO là giao thức báo hiệu điều khiển giữa MGC và các Gateway (trong đó MGC điều khiển Gateway).
• Giao thức Sigtran là giao thức báo hiệu giữa MGC và Signaling Gateway. Các giao thức ngang cấp thực hiện chức năng mạng ở cấp cao hơn, quy định cách thức giao tiếp giữa các thực thể cùng cấp để cùng phối hợp thực hiện cuộc gọi hay các ứng dụng khác. Trong khi đó các giao thức chủ tớ là sản phẩm của việc phân bố không đồng đều trí tuệ mạng, phần lớn trí tuệ mạng được tập trung trong các thực thể chức năng điều khiển (đóng vai trò là master), thực thể này sẽ giao tiếp (điều khiển) với nhiều thực thể khác qua các giao thức chủ tớ nhằm cung cấp dịch vụ.
Media Server Application Server
MGC MGC
Signalling Gateway
Trunk Media Gateway Access Gateway SIP Phone Access Network Wireli ne Wirele ss IP Network IN SC P SS7/BI CC TDM/A TM PSTN/IN RTP/RTCP RTP/ RTCP RTP/ RTCP Signalling Media SIP SIP SIP,H.323 SIP,H.323 MGCP,H.248 MGCP,H.248 MGCP,H.248 SS7/ BICC SIGTRAN SIGTRAN
2.2 Giao thức H.323
H.323 là một phần trong họ giao thức H.32x của ITU-T , là giao thức xác định các thành phần, các giao thức cũng như các bước thực hiện để cung cấp dịch vụ đa phương tiện như thoại, dữ liệu và video qua mạng gói. Mạng gói ở đây có thể là mạng Internet, mạng doanh nghiệp, mạng cục bộ LAN, mạng khu vực đô thị MAN hay mạng diện rộng WAN
H.323 có thể cung cấp riêng lẻ một trong ba dịch vụ thoại, dữ liệu hoặc Video cũng như tổ hợp các dịch vụ trên nên nó có thể được ứng dụng ở nhiều nơi như ứng dụng tại nhà khách hàng, doanh nghiệp hay công nghiệp giải trí. Ngoài ra nó có thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ đa phương tiện đa điểm (Multipoint multimedia communications).
2.2.1 Kiến trúc mạng và các thành phần của H.323
Hệ thống H.323 bao gồm bốn thành phần sau:
1. Thiết bị đầu cuối H.323 (Terminal)
Terminal là thành phần dùng trong truyền thông hai chiều đa phương tiện thời gian thực được dùng trong việc kết nối cuộc gọi. Đầu cuối H.323 là các điểm đầu cuối trong mạng LAN có thể là một máy tính, một điện thoại, điện thoại truyền hình, hệ thống voicemail hoặc là một thiết bị độc lập có các ứng dụng đa phương tiện H.323. Ngoài ra nó còn tương thích với đầu cuối H.324 của mạng chuyển mạch kênh và mạng di động, đầu cuối H.310 của B-ISDN, đầu cuối H.320 của ISDN.
Một đầu cuối H.323 phải hỗ trợ :
- H.225 cho quá trình báo hiệu và thiết lập cuộc gọi
- H.245 cho việc trao đổi khả năng của đầu cuối và để tạo các kênh thông tin.
- RAS cho việc đăng ký và điều khiển các hoạt động quản lý khác với GK - RTP/RTCP được sử dụng cho việc truyền các gói thông tin thoại và
hình.
- G.711 cho các codec thoại.
2.Cổng (GW)
Gateway là thành phần dùng để kết nối hai mạng khác loại nhau. Một cổng H.323 dùng để liên kết mạng H.323 với mạng không phải là mạng chuẩn H.323. Việc kết nối giữa hai mạng khác loại nhau thực hiện nhờ dịch các giao thức (protocol translation) khác nhau để phục vụ cho quá trình thiết lập và giải phóng cuộc gọi, và phục vụ cho việc chuyển đổi dạng thông tin giữa các mạng khác nhau và việc truyền thông tin giữa các mạng kết nối với GW. Tuy nhiên một GW sẽ không cần thiết cho việc liên lạc giữa các đầu cuối thuộc cùng mạng H.323.
Cấu tạo của một gateway bao gồm một MGC, MG và SG.
3. Bộ giữ cổng (GK)
Một GK được xem là bộ não của mạng H.323, nó chính là điểm trung tâm cho mọi cuộc gọi trong mạng H.323. Mặc dù là thành phần tùy chọn nhưng GK cung cấp các dịch vụ quan trọng như việc đánh địa chỉ, sự ban quyền và nhận thực cho đầu cuối terminal và GW, quản lý băng thông, thu thập số liệu và tính cước. Ngoài ra nó cũng cung cấp chức năng định tuyến cuộc gọi.
4. Bộ điều khiển đa điểm (MCU)
MCU là thành phần hỗ trợ trong dịch vụ hội nghị đa điểm có sự tham gia của từ hai terminal H.323 trở lên. Mọi terminal tham gia vào hội nghị đều phải thiết lập một kết nối với MCU.
Một MCU bao gồm hai thành phần con: bộ điều khiển đa điểm (MC) và thành phần tùy chọn bộ xử lý đa điểm (MP).
Trong đó, bộ điều khiển đa điểm (MC) có nhiệm vụ thiết lập và quản lý hội thoại nhiều bên qua giao thức H.245. MC có thể được đặt trong GK, GW, đầu cuối hoặc MCU.
Bộ xử lý đa điểm (MP) đóng vai trò trộn tín hiệu, phân kênh và lưu chuyển dòng bit quá trình giao tiếp giữa các bên tham gia hội thoại.
*Cấu hình mạng H.323
Hình 2.2 Cấu hình mạng H.323
Cấu trúc mạng H.323 có thể được sử dụng thông dụng ở mạng LAN hoặc mạng gói diện rộng. Ngoài ra, H.323 cũng có thể mở rộng cho mạng WAN thông qua Gatekeeper H.323 hoặc các thiết bị có khả năng tự đưa ra các bản tin báo hiệu trực tiếp. Mọi kết nối WAN đều được xử lý bằng một hoặc nhiều Gateway H.323. Về mặt kỹ thuật, bất kể thiết bị nào nằm ngoài Gateway đều không được đề cập trong khuyến nghị H.323, nhưng các Gateway H.323 có thể phối hợp hoạt động với các loại thiết bị khác nhau trong các cấu trúc mạng khác nhau. H.323 còn có thể được sử dụng với mạng PSTN, mạng N-ISDN (mạng
ISDN với tốc độ dưới 1.5 hoặc 2 Mb/s) và mạng B-ISDN sử dụng ATM (mạng ISDN có tốc độ lớn hơn 1.5 hoặc 2 Mb/s).