TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM docx

Một chuyển mạch mềm kết hợp tính năng của các chuyểnmạch thoại cấp 4 và cấp 5 với các cổng VOIP, trong khi vẫn hoạt động trênmôi trường máy tính mở chuẩn.. Những mạng dựa trên chuyển mạc

TỔNG CÔNG TY BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

TRUNG TÂM ĐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIÊN THÔNG I

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian gần đây nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông của con người đặc biệt phát triển với nhiều loại hình khác nhau Trong hoàn cảnh đó mạng viễn thông thế hệ sau (NGN) đã ra đời Mạng NGN là một mạng có tính kiến trúc đồng nhất dựa trên nền chuyển mạch gói.

Được xây dựng trên tiêu chí mở, các giao thức chuẩn và giao diện thân thiện, NGN đáp ứng được hầu hết các nhu cầu của nhiều đối tượng sử dụng: doanh nghiệp, văn phòng, kết nối giữa các mạng máy tính v.v Với tính thông minh, mạng NGN cũng tạo tiền đề cho các bước phát triển của công nghệ mạng, các dịch

vụ mới trong tương lai và là chìa khoá giải mã cho công nghệ truyền thông tương lai, đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu kinh doanh

Hệ thống chuyển mạch thế hệ sau ra đời với công nghệ dựa trên chuyển mạch mềm ( Softswitch ) sẽ dần thay thế hệ thống chuyển mạch hiện tại Chuyển mạch mềm là hệ thống mở hiện đại, nó sử dụng giao thức mới thích hợp Quá trình thực hiện chuyển mạch mềm gặp một thách thức lớn đó là việc có rất nhiều giao thức khác nhau được đưa ra cho hệ thống Vì thế việc lựa chọn các giao thức thích hợp để triển khai là một vấn đề rất quan trọng

Chuyên đề này bao gồm 4 chương:

- Chương I :Tìm hiểu về công nghệ chuyển mạch mềm.

- Chương II: Các ưu điểm của chuyển mạch mềm.

- Chương III: Các vấn đề bảo mật cho chuyển mạch mềm.

- Chương IV: Kết luận.

MỤC LỤC

L I NÓI U Ờ ĐẦ 2

M C L C Ụ Ụ 3

DANH M C HÌNH V Ụ Ẽ 4

DANH M C B NG BI U Ụ Ả Ể 5

T VI T T T Ừ Ế Ắ 6

I T NG QUAN V CÔNG NGH CHUY N M CH M M Ổ Ề Ệ Ể Ạ Ề 8

1 M ng NGN và công ngh chuy n m ch m m ạ ệ ể ạ ề 8

2 V trí c a chuy n m ch m m trong m ng NGN ị ủ ể ạ ề ạ 11

3 Thành ph n chính c a chuy n m ch m m ầ ủ ể ạ ề 12

II U I M C A CHUY N M CH M M Ư ĐỂ Ủ Ể Ạ Ề 15

1 L i ích c a chuy n m ch m m ợ ủ ể ạ ề 15

2 So sánh chuy nm ch m m và chuy n m ch kênh truy n ể ạ ề ể ạ ề th ng ố 20

III V N B O M T Ấ ĐỀ Ả Ậ 23

1 Gi i thi u ớ ệ 23

2 Các yêu c u b o m t ầ ả ậ 25

3 Các v n c n b o m t ấ đề ầ ả ậ 26

4 Các gi i pháp t m th i ả ạ ờ 26

5 K t lu n ế ậ 28

IV T NG K T Ổ Ế 28

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả 29

DANH MỤC HÌNH VẼ

- Hình 1.1: Vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp NGN 12

- Hình 1.2: Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng NGN… 12

- Hình 1.3: Chức năng của MGC ……… 12

- Hình 1.4: Giao thức sử dụng giữa các thành phần……….

15

- Hình 2.1: Sơ đồ chức năng hệ thống chuyển mạch mềm……… 21

- Hình 2.2: Sơ đồ chức năng hệ thống chuyển mạch kênh……… 22

- Hình 3.1: Nguy cơ đối với server và các thành phần mạng ………… 24

- Hình 3.2: Mô hình bảo mật ……… 27

DANH MỤC BẢNG BIỂU

- Bảng 1: Đặc tính của chuyển mạch ……… 21

IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi ngược Fourier rời rạc

IP Internet Protocol Giao thức Internet

L

LAN Local Area Network Mạng vựng cục bộ

M

MG Media Gateway Cổng phương tiện

MGC Media Gateway Controller Cổng điều khiển phương tiện

I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM.

1 Mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm.

Các khái niệm chuyển mạch và phần mềm đều đã trở nên quá quenthuộc với chúng ta Phải chăng bất cứ phần mềm nào thực hiện một số chứcnăng chuyển mạch đều được gọi là chuyển mạch mềm? Mọi chuyện khôngchỉ đơn giản như vậy, thậm chí ý nghĩa thực của khái niệm này lại là vấn đềgây tranh cãi đối với các nhà nghiên cứu về tương lai của mạng viễn thông,một phần cũng chính bởi sự mơ hồ của nó

Mới được nhắc tới nhiều kể từ năm 1999, chuyển mạch mềm là mộtkhái niệm mang tính marketing nhiều hơn, những tranh luận nhằm đạt tới mộtđịnh nghĩa kỹ thuật thống nhất, chính xác về chuyển mạch mềm vẫn chưa đếnhồi kết Nhưng nói vậy không có nghĩa là không thể định nghĩa được chuyểnmạch mềm Sau đây là định nghĩa của một số nhà phát triển khác nhau:

Theo Nortel, chuyển mạch mềm là một thành tố quan trọng nhất của

mạng tương lai (NGN – Next Generation Network) Nortel định nghĩa:chuyển mạch mềm là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện đượcnhững chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và cónhững tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống Chuyểnmạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video, nó có thể phiêndịch giao thức giữa các mạng khác nhau ví dụ như giữa mạng vô tuyến vàmạng cáp Chuyển mạch mềm cũng cho phép triển khai các dịch vụ VOIPmang lại lợi nhuận Một chuyển mạch mềm kết hợp tính năng của các chuyểnmạch thoại cấp 4 và cấp 5 với các cổng VOIP, trong khi vẫn hoạt động trênmôi trường máy tính mở chuẩn Các hệ thống máy tính kiến trúc mở sử dụngcác thành phần đã được chuẩn hoá và sử dụng rộng rãi của nhiều nhà cungcấp khác nhau Hệ thống máy tính có thể là một máy tính cỡ nhỏ cho tớinhững server cỡ lớn như Netra của Sun Microsystem

Theo MobileIN, chuyển mạch mềm là ý tưởng về việc tách phần cứng

mạng ra khỏi phần mềm mạng Trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống,phần cứng và phần mềm không độc lập với nhau Mạng chuyển mạch kênhdựa trên những thiết bị chuyên dụng cho việc kết nối và được thiết kế với mục

đích phục vụ thông tin thoại Những mạng dựa trên chuyển mạch gói hiệuquả hơn thì sử dụng giao thức Internet (IP) để định tuyến thông tin thoại và sốliệu qua các con đường khác nhau và qua các thiết bị được chia sẻ.

Còn theo CopperCom, chuyển mạch mềm là tên gọi dùng cho một

phương pháp tiếp cận mới trong chuyển mạch thoại có thể giúp giải quyếtđược các thiếu sót của các chuyển mạch trong tổng đài nội hạt truyền thống.Công nghệ chuyển mạch mềm có thể làm giảm giá thành của các chuyểnmạch nội hạt, và cho ta một công cụ hữu hiệu để tạo ra sự khác biệt về dịch

vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và đơn giản hoá quá trình dịch chuyển từmạng truyền thống sang mạng hỗ trợ thoại gói từ đầu cuối đến đầu cuối (end -

to - end) trong tương lai

Có thể nói rằng, mỗi nhà phát triển nhìn chuyển mạch mềm theo quanđiểm khác nhau Các nhà cung cấp nhỏ thường chỉ nhắc tới vai trò của chuyểnmạch mềm trong việc thay thế tổng đài nội hạt Đúng là chuyển mạch mềmthể hiện rất rõ ưu điểm của mình trong ứng dụng làm tổng đài nội hạt nhưchúng ta sẽ nói đến dưới đây, nhưng không chỉ có vậy Các nhà cung cấp lớnhơn (như Nortel, Alcatel, Cisco ) đã đưa ra các giải pháp chuyển mạch mềmhoàn chỉnh cho cả tổng đài nội hạt và tổng đài chuyển tiếp Trong tài liệu vềcác thế hệ thiết bị chuyển mạch mềm mới nhất của mình, hầu hết các nhà sảnxuất hiện nay đều công bố khả năng của chúng trong việc làm tổng đàichuyển tiếp Chúng ta sẽ lần lượt phân tích vai trò của chuyển mạch mềmtrong của hai lĩnh vực ứng dụng này

Trước hết ta xét tới chuyển mạch mềm trong vai trò thay thế tổng đàinội hạt Cho tới nay, phần phức tạp nhất của một tổng đài nội hạt chính làphần mềm điều khiển quá trình xử lý cuộc gọi Phần mềm này phải đưa ra cácquyết định về tuyến và thực thi các chức năng xử lý cuộc gọi cho hàng trămloại dịch vụ khác nhau

Hiện tại, các tổng đài chạy các phần mềm này trên các bộ xử lý đượcthiết kế có quan hệ chặt chẽ với cơ cấu chuyển mạch Trong tương lai chúng

ta muốn triển khai điện thoại nội hạt trên nền mạng thuần tuý chuyển mạchgói, mặc dù quá trình chuyển đổi đòi hỏi chúng ta phải làm việc với mộtmạng lai xử lý cả thông tin thoại kênh và gói trong nhiều năm tới

Tuy nhiên, việc các tổng đài nội hạt không thể làm việc trực tiếp vớithông tin dạng gói là trở ngại chính trong quá trình chuyển đổi.

Một giải pháp cho vấn đề này, mà chúng ta có thể hình dung ra, là cácthiết bị lai có thể chuyển mạch được cả thông tin dạng kênh và dạng gói, cùngvới những phần mềm cần thiết để xử lý cuộc gọi được cài đặt trong nó Trongkhi phương pháp tiếp cận này có thể giúp ta giải quyết vấn đề trong thời kỳchuyển đổi, nó vẫn không giúp được ta giảm giá thành cũng như không manglại khả năng tạo sự khác biệt về dịch vụ

Trong thuật ngữ của chuyển mạch mềm, chức năng chuyển mạch ởphần vật lý do MG (Media Gateway) đảm nhiệm, còn phần điều khiển cuộcgọi thuộc về bộ MGC (Media Gateway Controller) Có một số lý do chính màdựa vào đó người ta tin rằng phân chia hai chức năng là giải pháp tốt nhất:

- Tạo cơ hội cho một số công ty nhỏ và linh hoạt vốn vẫn chỉ tậptrung vào các phần mềm xử lý cuộc gọi, phần mềm chuyển mạchgói gây được ảnh hưởng trong ngành công nghiệp viễn thông giốngnhư các nhà cung cấp lớn từ trước tới nay vẫn kiểm soát thị trường

- Cho phép có một giải pháp phần mềm chung cho xử lý cuộc gọi càiđặt trên rất nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyểnmạch kênh và mạng gói sử dụng các khuôn dạng gói và phươngthức truyền dẫn khác nhau

- Là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn,tiết kiệm đáng kể trong việc phát triển phát triển và ứng dụng cácphần mềm xử lý cuộc gọi

- Cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dịch vụđiều khiển từ xa các thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của kháchhàng, một yếu tố quan trọng trong việc khai thác hết tiềm năng củamạng trong tương lai

Ngoài ứng dụng trong tổng đài nội hạt, chuyển mạch mềm còn hướngvào các tổng đài chuyển mạch kênh cấp cao hơn (Tandem/Transit) Giải phápchuyển mạch TDM hiện nay đang bộc lộ dần nhược điểm trước nhu cầu ngàycàng tăng của các dịch vụ mới, đặc biệt là các dịch vụ dữ liệu

Mô hình thường thấy hiện nay là: một mạng tổng đài TDM cấp thấpnhất (cấp 5, tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động ) được nối với nhaubằng một mạng lưới trung kế điểm-điểm khá phức tạp và nối tới tổng đàichuyển tiếp cấp cao hơn Khi một cuộc gọi diễn ra giữa hai tổng đài cấp thấp,thông tin sẽ đi trên trung kế nối trực tiếp giữa hai tổng đài, nếu đường nối trựctiếp đã sử dụng hết, cuộc gọi có thể được định tuyến thông qua tổng đàichuyển tiếp Một số cuộc gọi (ví dụ như truy nhập hộp thư thoại hay quay sốbằng giọng nói ) lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sửdụng các tài nguyên tập trung phục vụ cho các dịch vụ cao cấp Kiến trúc này

đã được sử dụng nhiều năm nay, và cũng đã được cải tiến rất nhiều nhằmphục vụ các ứng dụng thoại, tuy nhiên vẫn có một số giới hạn:

- Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao, mất thời gian, việc định lại cấuhình và nâng cấp mạng lưới phải tiến hành liên tục nhằm để tránh bịnghẽn mạng, hơn nữa luôn phải thiết lập mạng lớn hơn nhu cầu thực

tế cho các tổng đài chuyển tiếp Ví dụ, khi một tổng đài nội hạt đượcthêm vào mạng lưới, phải xây dựng các nhóm trung kế từ tổng đài

đó tới tổng đài chuyển tiếp và tới một số tổng đài nội hạt khác

- Các trung kế điểm-điểm hoạt động với hiệu suất không cao vì chúngđược thiết kế để hoạt động được trong những giờ cao điểm, vànhững giờ cao điểm này lại khác nhau trong các vùng của mạng (ví

dụ ở thành phố là ban ngày còn ở ngoại ô lại là buổi đêm)

- Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó lạinối với một nhóm các tổng đài nội hạt, cuộc gọi có thể phải chuyểnqua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyênmạng (như trong trường hợp dịch vụ hộp thư thoại)

2 Vị trí của chuyển mạch mềm trong mạng NGN.

Do có chức năng là xử lý cuộc gọi (Call control ) nên vị trí tương ứngcủa chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng của NGN là lớpĐiều khiển cuộc gọi và báo hiệu (Call Control and Signaling Layer) Và cácthực thể chức năng của chuyển mạch mềm là MGC-F, CA-F, IW-F, R-F, vàA-F

Hình 1.1: Vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp NGN

Kết nối các thành phần trên được thể hiện trên hình sau:

Hình 1.2: Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng NGN

Một MGC có thể quản lý nhiều MG Hình 1.4 chỉ minh hoạ MGC quản

lý MG, MG có thể nối đến nhiều loại mạng khác nhau

Media Gateway Controller.

MGC thường được gọi là chuyển mạch mềm hay Call Agent Các chứcnăng chính của MGC được thể hiện trong hình 1.5:

CA-F và IW-F là 2 chức năng con của MGC-F, CA-F được kích hoạtkhi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi Và IW-F được kích hoạt khiMGC-F thực hiện báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau Riêng thực thểchức năng Inter-operator Manager có nhiệm vụ liên lạc, trao đổi thông tingiữa các MGC với nhau

- Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của MG, SG

- Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F

- Xử lý bản tin liên quan QoS.

- Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu

- Định tuyến ( bao gồm bảng định tuyến, phân tích số và dịch số )

- Tương tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho người sửdụng

- Có thể quản lý các tài nguyên mạng (port, băng tần,…)

Các giao thức MGC có thể sử dụng :

- H.323, SIP (Session Initiation Protocol): giao thức khởi tạo phiên

- MGCP, Megaco/H.248 (Media Gateway Controller Protocol): giaothức điều khiển cổng phương tiện

- SIGTRAN (Signalling Transport Protocol): giao thức truyền tảI báohiệu

- RTP (Real Time Transport Protocol): giao thức truyền tải thời gianthực

- RTCP (Real Time Transport Control Protocol): giao thức điều khiểntruyền tải thời gian thực

Các thành phần mạng của NGN liên lạc với nhau qua các giao thứcđược thể hiện trong hình 1.6:

Hình 1.4: Giao thức sử dụng giữa các thành phần

Trong đó:

- SIGTRAN: giao thức truyền tải báo hiệu

- SIP: giao thức khởi tạo phiên

- MGCP, MEGACO: giao thức điều khiển cổng phương tiện

- ENUM: E.164 Number (IETF)

- TRIP (Telephony Routing over IP): định tuyến cuộc gọi trên mạnggói

II ƯU ĐIỂM CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM.

1 Lợi ích của chuyển mạch mềm.

Những cơ hội mới về doanh thu.

Công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch thế hệ mới cho ra đờinhững dịch vụ giá trị gia tăng hoàn toàn mới, hội tụ ứng dụng thoại, số liệu vàvideo Các dịch vụ mới này hứa hẹn sẽ đem lại doanh thu và lợi nhuận caohơn nhiều so với các dịch vụ thoại truyền thống

Các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) có thể sử dụng Chuyển mạchmềm để cung cấp nhiều dịch vụ có tính năng thoại Cấu trúc phân tán vốnthuộc về bản chất của chuyển mạch mềm sẽ vẫn cho phép mạng thoại pháttriển vì các nhà cung cấp vẫn có thể thêm các dịch vụ khi nào và tại đâu họmuốn.

Thời gian tiếp cận thị trường ngắn.

Không chỉ có việc triển khai dịch vụ mới được nhanh chóng hơn, mà cảviệc cung cấp các dịch vụ sau đó hay nâng cấp dịch vụ cũng trở nên nhanhchóng không kém, do các dịch vụ được cung cấp thông qua các phần mềm

mở Ngày nay là thời kỳ của việc nâng cấp chỉ với một thao tác bấm nút

Trong thế giới của điện thoại truyền thống, thời gian tiếp cận thị trường

là rất quan trọng Những công ty mới gia nhập thị trường chỉ có thể trôngmong chiếm được 30% thị phần Trong mạng NGN, các nhà khai thác mớivẫn có cơ hội chiếm giữ tới 80% thị phần, tất nhiên nếu họ đủ khả năng

Khả năng thu hút khách hàng.

Công việc kinh doanh cũng như cuộc sống của các khách hàng sẽ đượctrợ giúp rất nhiều bởi mạng thế hệ sau, chính vì vậy các khách hàng đó sẽ lệthuộc nhiều hơn vào các nhà cung cấp dịch vụ, điều đó làm giảm bớt nguy cơbiến động trong kinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp

có thể sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm để cho phép các khách hàng tựlựa chọn và kiểm soát các dịch vụ thông tin mình sử dụng Viễn cảnh hấp dẫnnày sẽ làm khách hàng trở nên “ trung thành ” với nhà cung cấp dịch vụ

Giảm chi phí xây dựng mạng.

Các hệ thống chuyển mạch mềm sẽ thay thế cho các tổng đài trongmạng chuyển mạch kênh truyền thống Vì giải pháp mới này về căn bản ít tốnkém hơn nhiều nên trở ngại đối với các nhà khai thác mới muốn gia nhập thịtrường không còn lớn như trước nữa Chi phí cho các hệ thống chuyển mạchmềm sẽ theo dạng chi phí cho phần mềm chứ không còn theo kiểu chi phí chocác cơ cấu chuyển mạch kênh như trước nữa, và do đó đầu tư vào chuyểnmạch mềm sẽ tăng gần như tuyến tính theo số lượng khách hàng mà khôngphải là một khoản đầu tư ban đầu rất lớn như trước đây