Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chuyên mạch mềm ( Softswitch ) trên mạng NGN Việt Nam

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AS Application Server Máy chủ ứng dụng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển giao không đồng bộ IN Intelligent Network Mạng thông minh INAP IN Application

BÙI ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM (SOFTSWITCH) TRÊN MẠNG NGN

VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2006

BÙI ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM (SOFTSWITCH) TRÊN MẠNG NGN

MỤC LỤC

Danh mục các từ viết tắt i

Danh mục các hình vẽ iii

Mở đầu iv

Chương 1 Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN) 1

1.1 Tổng quan về mạng viễn thông 1

1.1.1 Mạng viễn thông hiện tại - Mạng PSTN 1

1.1.2 Các nhược điểm của mạng viễn thông hiện nay 3

1.2 Khái niệm về mạng viễn thông thế hệ mới (NGN) 5

1.3 Đặc điểm của NGN 6

1.4 Cấu trúc của NGN 6

1.4.1 Cấu trúc chức năng 6

1.4.2 Các thành phần NGN 10

1.5 Nút mạng NGN 15

1.6 Kết luận 16

Chương 2 Chuyển mạch mềm (softswitch) trong mạng thế hệ mới 18

2.1 Tổng quan về chuyển mạch mềm 18

2.2 Khái niệm về chuyển mạch mềm 19

2.3 Thành phần chính 20

2.3.1 MGC-F 22

2.3.2 SG-F 23

2.3.3 MG-F 23

2.3.4 MS-F 24

2.3.5 AS-F 25

2.4 Hoạt động của chuyển mạch mềm 26

2.5 Các tiêu chí kỹ thuật đối với chuyển mạch mềm 27

2.6 Các giao thức cơ bản của chuyển mạch mềm 28

2.6.1 SIP (Session Initiation Protocol) 30

2.6.2 MGCP (Media Gateway Controller Protocol) 34

2.6.3 SIGTRAN (Signaling Transport Protocol) 38

2.6.4 SCTP (Stream Control Transport Protocol) 41

2.7 Ưu điểm của chuyển mạch mềm 53

2.8 So sánh chuyển mạch mềm với chuyển mạch kênh 56

2.8.1 Về kiến trúc hệ thống chuyển mạch 56

2.8.2 Về phương thức xử lý cuộc gọi 58

2.8.3 Về thuộc tính 59

2.9 Kết luận 61

Chương 3 Chuyển mạch mềm trong mạng NGN Việt Nam 62

3.1 Tình hình chuyển mạch mềm trên thế giới 62

3.2 Tình hình chuyển mạch mềm tại Việt Nam 70

3.2.1 ứng dụng chuyển mạch mềm tại Việt Nam 71

3.2.2 Một số tổng đài chuyển mạch mềm đang được sử dụng tại Việt Nam 77

Kết luận 84

Tài liệu tham khảo 86

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AS Application Server Máy chủ ứng dụng

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển giao không đồng bộ

IN Intelligent Network Mạng thông minh

INAP IN Application Protocol Giao thức ứng dụng mạng IN

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Integrated Service Digital

Network

Mạng số liên kết đa dịch vụ

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU, ITU-T International

Telecommunication Union, ITU -Telecom Sector

Liên minh Viễn thông Quốc tế, bộ phận tiêu chuẩn hóa viễn thông của ITU

IW-F Interworking- Function Chức năng liên kết mạng

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

M2UA MTP level 2 User Adaptaion Tương thích với người dùng mức 2 MEGACO MEdia GAteway COntroller Giao thức điều khiển cổng phương

tiện

MGC Media Gateway Controler Bộ điều khiển cổng phương tiện

Từ viết tắt Từ gốc Nghĩa tiếng Việt

PBX Private Branch eXchange Tổng đài nhánh

PRI Primary Rate Interface Giao diện tốc độ sơ cấp

PSDN Public Switched Data

R-F Routing- Function Chức năng định tuyến

RTCP Real Time Transport Control

SG Signalling Gateway Cổng báo hiệu

SIP Session Intiation Protocol Giao thức khởi đầu phiên

SIP-T Session Intiation Protocol for

Telephony

Phần mở rộng giao thức SIP dành cho thoại

SNMP Simple Network Management

Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản

SS7 Signaling System No7 Hệ thống báo hiệu số 7

SUA SCCP User Adatation Thích ứng người dùng SCCP

TCP Transmission Control

Protocol

Giao thức điều khiển truyền tải

TDM Time Division Mutiplexing Ghép kênh theo thời gian

UDP User Datagram Protocol Giao thức gói tin người dùng

WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

WDM Wavelenght Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1: Các thành phần chính của mạng viễn thông 1

Hình 2: Cấu hình mạng cơ bản 2

Hình 3: Cấu trúc mạng phân cấp 2

Hình 4: Cấu trúc chức năng của NGN 7

Hình 5: Nút mạng NGN 16

Hình 6: Nút mạng NGN trong mạng NGN tổng thể 16

Hình 7: Mối quan hệ của Softswitch với các phần tử khác của NGN 20

Hình 8: Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng thế hệ sau NGN 21

Hình 9: Giao thức sử dụng giữa các thành phần 21

Hình 10: Chức năng của Media Gateway Controller 22

Hình 11: Phân loại giao thức báo hiệu trong chuyển mạch mềm 29

Hình 12: Các giao thức báo hiệu trong mạng chuyển mạch mềm 30

Hình 13: Giao thức SIP trong mô hình phân lớp hệ thống 31

Hình 14: Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP 34

Hình 15: Kiến trúc giao thức SIGTRAN 39

Hình 16: Bộ giao thức SIGTRAN 40

Hình 17: Các chức năng của SCTP 42

Hình 18: Cấu trúc của một gói tin SCTP 44

Hình 19: M2UA 47

Hình 20: M2PA 48

Hình 21: M3UA 50

Hình 22: SUA 52

Hình 23: Mô hình các hệ thống chuyển mạch 57

Hình 24: Hoạt động chuyển mạch kênh truyền thống 58

Hình 25: Hoạt động của chuyển mạch mềm 59

Hình 26: Chuyển mạch mềm trong hệ thống MetaSwitch's IP Multimedia Subsystem 64 Hình 27: Các thành phần của tổng đài Cisco BTS 10200 66

Hình 28: ứng dụng Softswitch thay thế tổng đài cấp 5 72

Hình 29: ứng dụng Softswitch thay thế tổng đài cấp 4 73

Hình 30: ứng dụng làm SS7 PRI Gateway của chuyển mạch mềm 74

Hình 31: Kiến trúc mạng VoIP 76

Hình 32: Cấu trúc của tổng đài HiQ 9200 Softswitch Siemens 78

Hình 33: Mô hình thử nghiệm tổng đài Softswitch của CDIT trên mạng NGN 81

Hình 34: Thử nghiệm tổng đài SoftSwitch làm tổng đài cấp 4 82

Hình 35: Thử nghiệm tổng đài Softswitch làm tổng đài cấp 5 83

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, các công nghệ mới trong ngành bưu chính, viễn thông xuất hiện ngày càng nhiều hơn nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng Ngày nay nhu cầu khách hàng viễn thông không chỉ dừng lại ở dịch vụ thoại thông thường, mà còn

có nhiều nhu cầu khác như số liệu, video, truyền hình chất lượng cao, dịch vụ về chuyển khoản, quản lý kinh tế, quản lý nhân sự… Bên cạnh đó, sự tiến bộ vượt bậc

về công nghệ trong lĩnh vực phần mềm, giao vận, liên kết đã tạo tiền đề cho các nhà cung cấp dịch vụ liên kết với nhau và tạo ra các dịch vụ có thể gọi là các dịch vụ hội

tụ Các dịch vụ khác nhau như thoại nội hạt, di động, đường dài với các dịch vụ nhắn tin, truy nhập Intenet ngày nay có thể thống nhất lại trong các dịch vụ khách hàng, nhà cung cấp phải chuyển sang thế hệ mạng mới có thể tích hợp dịch vụ và cung cấp dịch vụ chất lượng cao

Trong khi đó, mạng chuyển mạch kênh truyền thống chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, không có khả năng để đáp ứng các nhu cầu trên của khách hàng Vì vậy, mạng thế hệ sau (Next General Network - NGN) ra đời nhằm thỏa mãn những nhu cầu trên

Khi mạng thế hệ sau được xây dựng, ngoài những tính năng vượt trội về dịch

vụ, công nghệ chuyển mạch cũng có bước thay đổi lớn Công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống chỉ cho phép thực hiện các dịch vụ riêng biệt, khó phát triển các dịch vụ mới và phụ thuộc nhiều vào phần cứng đi kèm Còn công nghệ chuyển mạch mới được sử dụng trong mạng thế hệ sau đã tách riêng được sự phụ thuộc của phần mềm vào phần cứng, tạo sự linh hoạt trong quá trình điều khiển, từ đó mở ra một cơ hội trong việc thỏa mãn mong muốn tạo ra các dịch vụ hội tụ Trong mạng NGN thì chuyển mạch mềm là linh hồn của lớp điều khiển

Mạng NGN cũng như công nghệ chuyển mạch mềm đã xuất hiện và hiện nay đang được áp dụng và sẽ phát triển mạnh tại Việt Nam, vì vậy cần phải nghiên cứu

để tiến tới làm chủ các công nghệ mới này, và đây chính là mục tiêu của luận văn Luận văn được chia thành các phần chính sau:

Chương 1 : Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN)

Chương 2 : Chuyển mạch mềm trong mạng NGN

Chương 3 : Chuyển mạch mềm trong mạng NGN Việt Nam

Luận văn đã được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của PGS TS Nguyễn Cảnh Tuấn - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Tôi xin chân thành cám

ơn thầy Nguyễn Cảnh Tuấn và các thầy cô khoa Điện tử viễn thông, trường Đại học công nghệ đã dìu dắt, dạy dỗ tôi trong quá trình học tập

Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự phê bình góp ý của các thầy cô giáo và những người có quan tâm để luận văn được hoàn thiện hơn

Ch-¬ng 1 MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI (NGN)

1.1 Tổng quan về mạng viễn thông

1.1.1 Mạng viễn thông hiện tại - Mạng PSTN

Mạng viễn thông là phương tiện đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng

có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng

Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối

H×nh 1: Các thành phần chính của mạng viễn thông

 Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt (local exchange) và tổng đài trung kế (trunk exchange) Các thuê bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt được nối vào tổng đài trung kế Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế

 Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay giữa các tổng đài với nhau để thực hiện việc truyền đưa các tín hiệu điện

 Môi trường truyền bao gồm môi trường hữu tuyến và môi trường vô tuyến Môi trường truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại, cáp quang Môi trường truyền vô tuyến bao gồm vi ba, vệ tinh

 Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy Fax, máy tính, tổng đài PABX

Mạng viễn thông hiện nay được chia thành nhiều loại: mạng mắc lưới (mesh network), mạng sao (star networks) và mạng hỗn hợp (composite network) bao gồm

cả loại sao và mắt lưới Các loại mạng này có các ưu điểm và nhược điểm khác

M«i tr-êng truyÒn dÉn

ThiÕt bÞ chuyÓn m¹ch

ThiÕt

bÞ truyÒn dÉn

nhau để phự hợp với cỏc đặc điểm của từng vựng địa lý (trung tõm, hải đảo, biờn giới…) hay vựng lưu lượng (lưu thoại cao, thấp…)

Hình 2: Cấu hỡnh mạng cơ bản Mạng viễn thụng hiện nay được phõn cấp như sau:

`

Hình 3: Cấu trỳc mạng phõn cấp

GW : Tổng đài quốc tế (Gateway)

TE : Tổng đài chuyển tiếp quốc gia (Transit Exchange)

HLE : Tổng đài nội hạt (Host Local Exchange)

RLE : Tổng đài xa (Vệ tinh - Remote Local Exchange)

Sub : Thuê bao (Subcriber)

Sub Sub

Sub Sub

1.1.2 Các nhược điểm của mạng viễn thông hiện nay

Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt

- Mạng truyền số liệu: bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21

Mỗi mạng trên lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau Điều này dẫn đến hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm, trong đó quan trọng nhất là:

- Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng

- Thiếu mềm dẻo: Sự ra đời của các công nghệ mới ảnh hưởng mạnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Ngoài ra, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc

độ truyền khác nhau, vì vậy mạng hiện tại sẽ rất khó thích nghi với những đòi hỏi này

- Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như sử dụng tài nguyên Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng

Mặt khác, mạng viễn thông hiện nay được thiết kế nhằm mục đích khai thác dịch vụ thoại là chủ yếu Do đó, đứng ở góc độ này, mạng đã phát triển tới một mức gần như giới hạn về sự cồng kềnh và mạng tồn tại một số khuyết điểm cần khắc phục

- Kiến trúc tổng đài độc quyền làm cho các nhà khai thác gần như phụ thuộc hoàn toàn vào các nhà cung cấp tổng đài Điều này không những làm giảm sức cạnh tranh cho các nhà khai thác, đặc biệt là những nhà khai thác nhỏ,

mà còn tốn nhiều thời gian và tiền bạc khi muốn nâng cấp và ứng dụng các phần mềm mới

- Các tổng đài chuyển mạch kênh đã khai thác hết năng lực và trở nên lạc hậu đối với nhu cầu của khách hàng Các tổng đài chuyển mạch cấp 5 đang tồn tại làm hạn chế khả năng sáng tạo và triển khai các dịch vụ mới, từ đó dẫn đến việc làm giảm lợi nhuận của các nhà khai thác

- Kiến trúc hạ tầng mạng PSTN dựa trên cơ sở công nghệ TDM và chuyển mạch kênh không mềm dẻo và không hiệu quả cho việc truyền số liệu và các dịch vụ đa phương tiện

Đứng trước tình hình phát triển của mạng viễn thông hiện nay, các nhà khai thác nhận thấy rằng “sự hội tụ giữa mạng PSTN và mạng PSDN” là chắc chắn xảy

ra Họ cần có một cơ sở hạ tầng duy nhất cung cấp cho mọi dịch vụ (tương tự - số, băng hẹp - băng rộng, cơ bản - đa phương tiện,…) để việc quản lý tập trung, giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay

Để thỏa mãn nhu cầu của khách hàng, đồng nghĩa với việc gia tăng lợi nhuận, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông yêu cầu những giải pháp công nghệ mới thay thế (hay bổ sung) cho mạng PSTN Cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách hàng, công nghệ chuyển mạch gói cũng góp phần đưa ngành công nghiệp viễn thông chuyển sang thời kỳ mới Công nghệ chuyển mạch gói đưa ra giải pháp chuyển giao thông tin dưới dạng các gói tin theo phương thức hướng kết nối (connection oriented) hay không kết nối (connectionless) trên các kênh ảo (chỉ thực sự chiếm dụng tài nguyên khi có lưu lượng trên nó) Mạng chuyển mạch gói có thể được xây dựng trên các giao thức khác nhau: X25, IP trong đó giao thức IP đang là giao thức được quan tâm nhiều nhất Mạng chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP được coi là giải pháp công nghệ đáp ứng sự gia tăng nhu cầu của khách hàng Với khả năng của mình, các dạng lưu lượng khác nhau được xử lý hoàn toàn trong suốt trong mạng IP, điều này cho phép mạng IP có khả năng cung cấp các loại dịch vụ đa dạng, phong phú bao gồm cả dịch vụ đa phương tiện chứ không riêng gì dịch vụ

thoại Điều này rất có ý nghĩa khi trong tương lai, thông tin thoại chỉ còn tồn tại như dịch vụ giá trị gia tăng

Như vậy, để đáp ứng nhu cầu khách hàng các nhà quản trị mạng có hai sự lựa chọn: hoặc xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới cho mạng IP hoặc xây dựng một mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên cơ sở mạng PSTN hiện có

Trên quan điểm kinh tế, rõ ràng phương án hai là sự lựa chọn đúng đắn, nghĩa

là cần phải giải quyết nhiệm vụ chuyển đổi một cách hợp lý quá trình chuyển đổi từ mạng PSTN truyền thống trên cơ sở công nghệ TDM và chuyển mạch kênh sang một mạng thế hệ mới trên cơ sở chuyển mạch gói và công nghệ IP Và điều này đã thúc đẩy mạng NGN ra đời

1.2 Khái niệm về mạng viễn thông thế hệ mới (NGN)

Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn [5]:

- Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau);

- Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ);

- Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng);

- Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM) Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và cung các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể và chính xác nào cho mạng NGN Do đó định nghĩa mạng NGN ở đây không bao hàm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ mới, nhưng nó có thể tương đối là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN

Trong giai đoạn quá độ, mạng thông tin thế hệ mới có sự tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên kỹ thuật IP/ATM Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng

có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN

Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn

là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động Vấn đề chủ đạo ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội

tụ này Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một khối lượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn trong đó là không được trù liệu khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay

1.3 Đặc điểm của NGN

Mạng NGN có các đặc điểm chính sau:

1 Là hệ thống mạng mở: Các khối chức năng của mạng truyền thống được

chia thành các phần tử mạng độc lập - các phần tử được phân theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập Từ đó, giao diện và giao thức giữa các bộ phận dựa trên các tiêu chuẩn độc lập và tuân theo các tiêu

chuẩn sẵn có

2 Là mạng chuyển mạch gói: Mạng NGN sử dụng công nghệ chuyển mạch

gói, là công nghệ có nhiều ưu điểm so với công nghệ chuyển mạch kênh trong mạng truyền thống, cho phép mạng hoạt động với nhiều tốc độ và

dịch vụ khác nhau

3 Lớp điều khiển được tách độc lập với lớp chuyển tải: Mục tiêu chính của

việc tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng, thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính mềm dẻo, linh hoạt cao, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của việc ứng dụng công nghệ mới

1.4 Cấu trúc của NGN

1.4.1 Cấu trúc chức năng

Mạng NGN bao gồm các lớp chức năng sau [5]:

- Lớp truy nhập (Access);

- Lớp chuyển tải (Transport);

- Lớp điều khiển (Control);

- Lớp ứng dụng (Application);

- Lớp quản lý (Management)

Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại giao thức, và các nhà khai thác đang rất quan tâm tới khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng khác nhau

H×nh 4: Cấu trúc chức năng của NGN

 Thành phần:

Líp øng dông

Líp ®iÒu khiÓn

Líp chuyÓn t¶i

Líp truy nhËp

- Các thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến; các thiết bị truy nhập tích hợp IAD Qua các thiết bị này, thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập (tương tự, số, TDM, ATM, IP…) để truy nhập vào mạng dịch vụ NGN

- Các nút chuyển mạch/Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch PLM nhưng ở mạng đường trục Kỹ thuật chuyển tải chính là IP hay IP/ATM Ngoài ra còn có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi

1.4.1.2 Lớp chuyển tải:

 Chức năng: Chuyển đổi các loại môi trường (chẳng hạn như PSTN,

FrameRelay, LAN, vô tuyến ) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại Lớp chuyển tải có khả năng tương thích các kỹ thuật truy nhập khác với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đường trục Nhờ đó, các nút chuyển mạch (ATM + IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển

 Thành phần: Là các cổng truyền thông (MG - Media Gateway) bao gồm:

- Các cổng truy nhập: AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng truy nhập, RG (Residental gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà

- Các cổng giao tiếp : TG (Trunking Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di động,

- Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện cổng

- Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối (hay mỗi luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS

- Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp media Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng thời thực hiện các cảnh báo

- Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển

- Quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển Thiết lập và quản lý hoạt động của các luồng yêu cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng Báo hiệu với các thành phần ngang cấp

- Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng

 Thành phần: Gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch

được kết nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP như: SGW (Signaling Gateway), MS (Media Sever), FS (Feature Server), AS (Application Server)

1.4.1.4 Lớp ứng dụng:

 Chức năng: Cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau ở nhiều mức độ

(như dịch vụ thoại, VPN, VoD, multimedia, e-commerce, realtime games ) Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển (như dịch vụ thoại truyền thống…) Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể

phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng

 Thành phần: Lớp ứng dụng gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service

Excution Node), thực chất là các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách

hàng thông qua lớp truyền tải

1.4.1.5 Lớp quản lý:

Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ lớp kết nối cho đến lớp ứng dụng Tại lớp này, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động Tuy nhiên cần phân biệt các chức năng quản lý với các chức năng điều khiển Vì căn bản NGN sẽ dựa trên các giao diện mở và cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ

1.4.2 Các thành phần NGN

Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan tâm, nhưng ở đây ta chỉ nghiên cứu những thành phần chính thể hiện rõ nét sự tiên tiến của NGN so với mạng viễn thông truyền thống Cụ thể là [5]:

Media Gateway có các chức năng:

- Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP (Real Time Protocol)

- Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal Processing) dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC) Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này

- Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG

và ISDN qua T1

- Quản lý tài nguyên và kết nối T1

- Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP

- Có phần mềm Media Gateway dự phòng

- Cho phép khả năng mở rộng Media Gateway về: cổng(ports), cards, các nút

mà không làm thay đổi các thành phần khác

Đặc tính của Media Gateway:

- Là một thiết bị vào/ra đặc hiệu (I/O)

- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các bản tin MGCP, thư viện DSP…

- Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (logging)

- Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP), mở rộng một vài giao diện T1/E1 với mạng TDM

- Mật độ khoảng 120 port (DSO’s)

- Sử dụng bus H.110 để đảm bảo tính linh động cho hệ thống nội bộ

các mạng khác nhau Bên cạnh đó, Softswitch có chức năng điều khiển các bản tin,

vì vậy còn được gọi là Call Agent

Softswitch có các chức năng:

- Quản lý cuộc gọi;

- Cung cấp các giao thức:

o Thiết lập cuộc gọi thoại : H.323, SIP;

o Điều khiển truyền thông: MGCP, Megaco, H.248;

o Quản lý SS7: SIGTRAN (SS7 over IP)

- Quản lý lớp dịch vụ và chất lượng dịch vụ;

- Xử lý báo hiệu SS7;

- Quản lý các bản tin liên quan QoS như RTCP;

- Thực hiện định tuyến cuộc gọi;

- Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR - Call Detail Record);

- Điều khiển quản lý băng thông;

- Đối với MG:

o Xác định và cấu hình thời gian thực cho các DSP;

o Phân bổ kênh DS0;

o Truyền dẫn thoại (mã hóa, nén, đóng gói)

- Đối với SG, Softswitch cung cấp:

- Là một CPU chuyên biệt, yêu cầu là hệ thống đa xử lý, có khả năng mở rộng theo chiều ngang;

- Cần bộ nhớ lớn để lưu trữ cơ sở dữ liệu Điều này cũng rất cần thiết cho các quá trình đa xử lý;

- Chủ yếu làm việc với lưu lượng IP, do đó yêu cầu các kết nối tốc độ cao;

- Hỗ trợ nhiều loại giao thức;

Các chức năng của Signaling Gateway (SG):

- Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu;

- Truyền thông tin báo hiệu giữa Softswitch và SG thông qua mạng IP;

- Cung cấp đường dẫn truyền dẫn cho thoại, dữ liệu và các dạng dữ liệu khác;

- Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn thông

Đặc tính của SG:

- Là một thiết bị vào ra I/O;

- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các lộ trình…;

- Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập, do đó không yêu cầu dung lượng lớn;

- Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP);

- Giao diện với mạng SS7 bằng cách sử dụng một luồng EE/T1, tối thiểu 2 kênh D, tối đa 16 kênh D;

- Để tăng hiệu suất và tính linh động người ta sử dụng bus H.110 hay H.100;

- Yêu cầu độ sẵn sàng cao: nhiều SG, nhiều liên kết báo hiệu…

d) Media Server (MS):

Media Server là thành phần lựa chọn của Softswitch, được sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt Một MS phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất

Các chức năng của một Media Server:

- Chức năng voicemail cơ bản;

- Hộp thư fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các bản tin ghi âm trước (pre-recorded message);

- Khả năng nhận tiếng nói (nếu có);

- Khả năng hội nghị truyền hình (video conference);

- Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text)

Đặc tính của MS:

- Là một CPU, có khả năng quản lý lưu lượng bản tin MGCP;

- Lưu trữ các phương pháp thực hiện liên kết với DSP nội bộ hay lân cận;

- Cần dung lượng bộ nhớ lớn để lưu trữ các cơ sở dữ liệu, bộ nhớ đệm, thư viện…;

- Dung lượng đĩa tương đối nhỏ;

- Quản lý hầu hết lưu lượng IP nếu tất cả tài nguyên IP được sử dụng để xử

lý thoại;

- Sử dụng bus H.110 để tương thích với card DSP và MG;

- Độ sẵn sàng cao

e) Application Server (AS):

Application Server là một server ở lớp ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp Chính vì vậy nó còn được gọi là Server ứng dụng thương mại Vì hầu

hết các Server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswitch về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng

Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc Softswitch, hoặc cũng có thể thực hiện một cách độc lập Những ứng dụng này giao tiếp với Softswitch thông qua các giao thức như SIP, H.323… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng

Chức năng của AS: Xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông

thường cho hệ thống đa chuyển mạch

- Đặt một vài cơ sở dữ liệu trong Server;

- Dung lượng đĩa lớn, tùy thuộc vào đặc tính của ứng dụng;

- Giao diện Ethernet (với mạng IP) được thực hiện với đầy đủ khả năng dự phòng

1.5 Nút mạng NGN

Líp øng dông Líp ®iÒu khiÓn Líp chuyÓn t¶i

Líp truy nhËp

Giao thøc b¸o hiÖu liªn m¹ng

ChuyÓn t¶i liªn m¹ng (TDM/IP)

Nót m¹ng NGN

H×nh 5: Nút mạng NGN

H×nh 6: Nút mạng NGN trong mạng NGN tổng thể

Một nút mạng NGN là một phần của mạng NGN tổng thể trong đó có đủ các thành phần Truy nhập, Chuyển tải, Điều khiển, Dịch vụ và Quản lý mạng Một nút mạng NGN có thể thực hiện các yêu cầu về các giao dịch giữa các kết cuối của nút mạng đó Một nút mạng NGN độc lập có thể đóng vai trò như một tổng đài, giống với các tổng đài TDM khác trong mạng PSTN nhưng có thêm các tuyến trung kế IP [2]

Nút mạng NGN trong mạng NGN hoàn chỉnh thể hiện vai trò điều khiển các giao dịch trong vùng lưu lượng mà nó quản lý (hình 6)

Một nút mạng có thể được điều khiển bởi một vài Softswitch tùy theo lưu lượng mà nó kiểm soát

1.6 Kết luận

Như vậy, mạng thế hệ sau ra đời đã không những đã khắc phục được các nhược điểm của mạng viễn thông truyền thống mà còn nâng cao được khả năng phục vụ khách hàng, là yếu tố rất quan trọng trong thời kỳ kinh tế hội nhập Để có

Control node 1

Vïng l-u l-îng 2

Control node 2

Service node 1

B¸o hiÖu gi÷a c¸c nót

ChuyÓn t¶i gi÷a c¸c nót

thể hiểu sâu hơn về cấu trúc của mạng thế hệ sau và hiểu tại sao mạng thế hệ sau có những tính năng vượt trội như vậy, Chương II sẽ đề cập đến thành phần chính tạo nên những ưu điểm của mạng thế hệ sau, đó là Chuyển mạch mềm (Softswitch)

Ch-¬ng 2 CHUYỂN MẠCH MỀM (SOFTSWITCH) TRONG MẠNG

THẾ HỆ MỚI

2.1 Tổng quan về chuyển mạch mềm

Mạng PSTN sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh để có thể truyền thông tin

từ thiết bị đầu cuối này đến thiết bị đầu cuối khác Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động, chuyển mạch kênh đã bộc lộ nhiều yếu điểm như:

- Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt cao: Việc đầu tư một tổng đài nội hạt lớn với chi phí khá cao bên cạnh các chi phí đầu tư đáng kể cho môi trường truyền dẫn (đường dây, trạm phát sóng…)

- Dịch vụ không đa dạng, không có sự phân biệt dịch vụ cho các khách

hàng khác nhau: Các tổng đài của mạng PSTN cung cấp cùng một tập các

dịch vụ cho các khách hàng khác nhau, vì vậy rất khó phân biệt dịch vụ Hơn nữa, việc phát triển và triển khai một dịch vụ mới phụ thuộc nhiều vào nhà sản xuất, rất tốn kém và mất thời gian

- Hạn chế về kiến trúc mạng, do đó khó khăn trong việc phát triển mạng: Trong cơ cấu chuyển mạch kênh áp dụng trong mạng PSTN, thông tin thoại đều tồn tại dưới dạng các dòng 64kbps nên không thể đáp ứng cho các dịch

vụ mới có dung lượng lớn hơn Và do trong chuyển mạch kênh đầu vào và đầu ra được nối cố định với nhau nên việc định tuyến cuộc gọi và xử lý đặc tính của cuộc gọi có mối liên kết chặt chẽ với phần cứng chuyển mạch Hay nói cách khác phần mềm điều khiển trong chuyển mạch kênh phụ thuộc rất nhiều vào phần cứng Ngoài ra khi một tổng đài được sản xuất thì dung lượng của nó là không đổi Do đó khi mở rộng dung lượng nhiều khi đòi hỏi đến việc phải tăng số cấp chuyển mạch, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc đồng

bộ, báo hiệu cùng nhiều vấn đề phức tạp khác

Để khắc phục những nhược điểm trên, công nghệ chuyển mạch gói được áp dụng trong quá trình chuyển mạch Mạng PSTN hiện tại vẫn hoạt động tốt, cung cấp các dịch vụ có độ tin cậy cao nên để tận dụng điều này trong quá trình xây dựng mạng NGN, các nhà viễn thông sử dụng cả công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển

mạch gói Tuy nhiên, trong tổng đài cấp 5 (tổng đài nội hạt), phần mềm để điều khiển quá trình xử lý cuộc gọi lại phụ thuộc vào phần cứng của tổng đài Điều này gây khó khăn cho việc tích hợp mạng PSTN và mạng chuyển mạch gói

Giải pháp được đưa ra là sử dụng một thiết bị lai (hybrid device) có thể chuyển mạch ở cả dạng kênh và gói với sự tích hợp của phần mềm xử lý cuộc gọi Thiết bị đó chính là MGC sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch, thực hiện việc xử lý cuộc gọi trong mạng NGN bằng cách tách riêng chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức năng chuyển mạch vật lý [5]

2.2 Khái niệm về chuyển mạch mềm

Hiện nay có nhiều khái niệm về chuyển mạch mềm, tùy thuộc vào từng hãng viễn thông khác nhau

- Theo hãng Mobile IN, Softswitch là ý tưởng về việc tách phần cứng mạng ra

khỏi phần mềm mạng

- Theo hãng Nortel, Softswitch chính là thành phần quan trọng nhất của mạng

thế hệ tiếp sau Softswitch là một phần mềm theo mô hình mở, có thể thực

hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính

mở và có chức năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống Softswitch có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video Và nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau

- Theo CopperCom, Softswitch là tên gọi dùng cho một phương pháp tiếp cận

mới trong chuyển mạch thoại có thể giúp giải quyết được các thiếu sót của các chuyển mạch trong các tổng đài nội hạt truyền thống

Thực chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi (bao gồm định tuyến cuộc gọi và quản lý, xác định và thực thi các đặc tính cuộc gọi) trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau [5]

2.3 Thành phần chính

Thành phần chính của chuyển mạch mềm Softswitch là bộ điều khiển cổng truyền thông - Media Gateway Controller (MGC) MGC có nhiệm vụ tạo cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau bao gồm PSTN, SS7, IP

Thành phần này sẽ hỗ trợ hoạt động các thành phần khác của mạng NGN như: Signaling Gateway (SG), Media Gateway (MG), Media Server (MS), Application Server (AS)/Feature Server (FS) [5]

Trong đó Media Gateway là thành phần nằm ở lớp truy nhập, Signaling Gateway là thành phần ở trên cùng lớp với MGC (lớp điều khiển); Media Server và Application Server/Feature Server nằm ở lớp ứng dụng

1 2 3

H×nh 7: Mối quan hệ của Softswitch với các phần tử khác của NGN

Cách kết nối các thành phần trên được thể hiện ở hình sau [5]:

Media

Gateway

Controller

Media Gateway Controller

Media Gateway Controller

Application Server/

Feature Server

Media Server

Signaling Gatewa

y

Media Gatewa

IP netwo

Signaling Gatewa

y Media

Gatewa

y

Media Server

Featur

e Server Media

Gateway Controller

M¹ng

IP

Líp truy nhËp

Líp ®iÒu khiÓn Líp øng dông

H×nh 8: Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng thế hệ sau NGN Một Media Gateway Controller có thể quản lý nhiều Media Gateway Hình trên chỉ minh họa 1 MGC quản lý 1 MG Và một Media Gateway có thể nối đến nhiều loại mạng khác nhau [5]

Các thành phần mạng của mạng NGN liên lạc với Softswitch (MGC) qua các giao thức được thể hiện trong hình sau [5]:

H×nh 9: Giao thức sử dụng giữa các thành phần Các chức năng chính của MGC được thể hiện trên hình sau, bao gồm [1,5]:

Media Server MS-F

Media Gateway Controller MGC-F

Access session manager R-F/A-F

Application Server AS-F

Interworking IW-F

Operator Manager

Inter-Call control

& Sinaling CA-F MGC-F

Media Gateway Controller

Media Gateway Controller

Media Gateway Controller

Application Server/

Feature Server

Media Server

Signaling Gatewa

y

Media Gatewa

o SIGTRAN

H×nh 10: Chức năng của Media Gateway Controller

2.3.1 MGC-F

Chức năng này thường được thực hiện bởi thực thể vật lý MGC (Media Gateway Controller) Chức năng MGC-F cung cấp logic dịch vụ và báo hiệu điều khiển cuộc gọi cho MG MGC-F có các đặc điểm [1]:

- Duy trì trạng thái cuộc gọi đối với mọi cuộc gọi MG;

- Điều khiển giao tiếp giữa các MG cũng như giữa MG với các thiết bị đầu cuối;

- Đóng vai trò là trung gian thoả thuận các tham số kết nối giữa các đầu cuối thuộc các MG;

- Tiếp nhận và khởi tạo các bản tin báo hiệu đi và tới các điểm kết cuối và các mạng bên ngoài;

- Tương tác với máy chủ ứng dụng nhằm cung cấp các dịch vụ tới khách hàng;

- Quản lý một số tài nguyên mạng như: các cổng MG, băng thông ;

- Giao tiếp với các chức năng định tuyến và tính cước để hỗ trợ cho việc tính cước, nhận thực và định tuyến;

- Có thể tham gia vào nhiệm vụ quản lý trong môi trường mạng di động;

- Chức năng này gồm các giao thức ứng dụng Megaco/H.248 và MGCP; Chức năng Call control & Sinaling (CA-F) và Internetworking (IW-F) là 2 chức năng con của MGC-F CA-F được kích hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi Và IW-F được kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa

các mạng báo hiệu khác nhau Riêng thực thể chức năng Inter-operator Manager có

nhiệm vụ liên lạc, trao đổi thông tin giữa các MGC với nhau

2.3.2 SG-F

SG-F cung cấp cổng phương tiện cho việc báo hiệu giữa mạng IP và PLMN, PSTN (thường là báo hiệu số 7) Vai trò chính của SG-F là đóng gói và truyền các bản tin báo hiệu số 7 của PSTN (ISUP hoặc INAP) hay PLMN (MAP hoặc CAP) qua mạng IP [5]

Vai trò cơ bản của MG-F: Chuyển lưu lượng từ một khung dạng truyền dẫn

này sang một khung dạng truyền dẫn khác, thường là giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, giữa gói ATM và gói IP, hoặc giữa các kênh tương tự/ ISDN và các gói giống như trong cổng phương tiện nội hạt

Các đặc điểm chính của MG-F:

- Luôn luôn có mối quan hệ chủ/tớ với MGC-F thông qua giao thức MGCP hay MEGACO/H.248;

- Có thể thực hiện các chức năng xử lý lưu lượng như chuyển mã, đóng gói, loại bỏ tiếng vọng, giám sát hiện tượng rung pha (Jitter), đưa ra các xử lý khi bị mất gói tin

- Có thể thực hiện các chức năng chèn lưu lượng như tạo âm báo tiến trình cuộc gọi, tạo âm DTMF, tạo tạp âm xen

- Thực hiện chức năng báo hiệu và phát hiện sự thay đổi trạng thái của các thiết bị đầu cuối như: phát hiện DTMF, phát hiện sự kiện on/off-hook (đặt/nhấc máy), phát hiện tín hiệu thoại tích cực

- Quản lý và phân bổ tài nguyên cho các chức năng trên;

- Phân tích các con số nhận được từ thiết bị đầu cuối dựa trên kế hoạch đánh

số và quay số do MGC gửi tới;

- Cung cấp cơ chế cho chức năng MGC-F để kiểm tra sự thay đổi trạng thái

và năng lực của các điểm kết cuối MG-F không yêu cầu khả năng quản lý trạng thái các cuộc gọi MG-F chỉ quản lý trạng thái kết nối của các cuộc gọi mà nó hỗ trợ;

- Máy điện thoại SIP phone kết hợp MG-F và MGC-F trong một thiết bị

- Cổng ứng dụng SIP kết hợp MG-F và MGC-F trong một thiết bị

- Hỗ trợ nhiều bộ mã và chuyển đổi mã;

- Hỗ trợ cho việc điều khiển bởi nhiều AS-F hay MGC-F;

- Hỗ trợ cho nhiều tính năng đồng thời gồm:

o Phát hiện số

o Tạo dòng âm báo và thông báo

o Tạo âm báo

o Ghi, lưu trữ dòng đa phương tiện

o Nhận dạng tiếng nói

o Tạo tiếng nói từ văn bản

o Hỗ trợ tính năng cuộc gọi Hội nghị

o Xử lý Fax

o Phát hiện thoại tích cực và khoảng trống

Các giao thức MS-F có thể sử dụng: SIP, H248, MGCP

2.3.5 AS-F

Chức năng chính của AS-F là cung cấp các dịch vụ ứng dụng [1]

Các đặc điểm của AS-F:

- Có thể yêu cầu MGC kết thúc cuộc gọi hay phiên liên lạc để phục vụ cho một ứng dụng nào đó, ví dụ như thư thoại, lập cầu hội nghị

- Có thể yêu cầu MGC khởi tạo lại các đặc trưng cuộc gọi ví dụ như tính năng chuyển cuộc gọi, chứng thực thẻ gọi trả trước

- Có thể thay đổi các mô tả lưu lượng thông qua giao thức SDP

- Có thể điều khiển MS-F nhằm chức năng xử lý lưu lượng

- Có thể kết nối tới các ứng dụng Web và có các giao diện Web

- Có giao diện lập trình ứng dụng cho việc tạo các dịch vụ mới

- Giao tiếp với MGC-F hay MS-F

- Có thể sử dụng các dịch vụ của MGC-F để điều khiển các nguồn tài nguyên bên ngoài

Các giao thức AS-F có thể sử dụng: SIP, MGCP, MEGACO/H248, LDAP,

HTTP, CPL, XML

2.4 Hoạt động của chuyển mạch mềm

Ở đây chỉ xét trường hợp thuê bao gọi đi là một thuê bao thuộc mạng cung cấp dịch vụ thoại truyền thống PSTN Các trường hợp khác thì hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch cũng sẽ tương tự Hoạt động của phần mềm này bao gồm các bước sau [5]:

(1) Khi có một thuê bao nhấc máy (thuộc PSTN) và chuẩn bị thực hiện cuộc gọi thì tổng đài nội hạt quản lý thuê bao đó sẽ nhận biết trạng thái off-hook của thuê bao Và Signaling Gateway (SG) nối với tổng đài này thông qua mạng SS7 cũng nhận biết được trạng thái mới của thuê bao

(2) SG sẽ báo cho MGC trực tiếp quản lý mình thông qua CA-F đồng thời cung cấp tín hiệu dial-tone cho thuê bao MGC này được gọi là Caller-MGC

(3) Caller-MGC gởi yêu cầu tạo kết nối đến Media Gateway (MG) nối với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F

(4) Các số do thuê bao nhấn sẽ được SG thu thập và chuyển tới Caller- MGC (5) Caller-MGC sử dụng những số này để quyết định công việc tiếp theo sẽ thực hiện Các số này sẽ được chuyển tới chức năng R-F và R-F sử dụng thông tin lưu trữ của các server để có thể định tuyến cuộc gọi Trường hợp đầu cuối đích cùng loại với đầu cuối gọi đi (nghĩa là cũng là một thuê bao của mạng PSTN): nếu thuê bao bị gọi cũng thuộc sự quản lý của Caller-MGC thì thực hiện bước (7) Nếu thuê bao này thuộc sự quản lý của một MGC khác thì thực hiện bước (6) Còn nếu thuê bao này là một đầu cuối khác loại thì MGC sẽ đồng thời kích hoạt chức năng IW-F

để khởi động bộ điều khiển tương ứng và chuyển cuộc gọi đi Lúc này thông tin báo hiệu sẽ được một loại Gateway khác xử lý Và quá trình truyền thông tin sẽ diễn ra tương tự như kết nối giữa 2 thuê bao thoại thông thường

(6) Caller-MGC sẽ gởi yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến một MGC khác Nếu chưa đến đúng MGC của thuê bao bị gọi (ta gọi là Callee-MGC) thì MGC này sẽ tiếp tục chuyển yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến MGC khác cho đến khi đến đúng Callee-MGC Trong quá trình này, các MGC trung gian luôn phản hồi lại MGC đã gởi yêu cầu đến nó Các công việc này được thực hiện bởi CA-F

(7) Callee-MGC gởi yêu cầu tạo kết nối với MG nối với tổng đài nội hạt của thuê bao bị gọi (Callee-MG)

(8) Đồng thời Callee-MGC gởi thông tin đến Callee-SG, thông qua mạng SS7

sẽ làm rung chuông thuê bao bị gọi

(9) Khi Callee-SG nhận được bản tin báo trạng thái của thuê bao bị gọi (giả sử

là rỗi) thì nó sẽ gởi ngược thông tin này trở về Callee-MGC

(10) Và Callee-MGC sẽ phản hồi về Caller-MGC để báo mình đang liên lạc với người được gọi

(12) Callee-MGC gởi thông tin để cung cấp tín hiệu ring back tone cho MGC, qua Caller-SG đến người gọi

Caller-(13) Khi thuê bao bị gọi nhấc máy thì quá trình thông báo tương tự các bước trên xảy ra: qua nút báo hiệu số 7, thông tin nhấc máy qua Callee-SG đến Callee-MGC, rồi đến Caller-MGC, qua Caller-SG rồi đến thuê bao thực hiện cuộc gọi (14) Kết nối giữa thuê bao gọi đi và thuê bao bị gọi được hình thành thông qua Caller-MG và Callee-MG

(15) Khi chấm dứt cuộc gọi thì quá trình sẽ diễn ra tương tự như lúc thiết lập

2.5 Các tiêu chí kỹ thuật đối với chuyển mạch mềm

Nhằm đáp ứng được các đối tượng sử dụng khác nhau, như ứng dụng trung gian, người dùng cuối hay ứng dụng doanh nghiệp, hệ thống chuyển mạch mềm cần đáp ứng được các tiêu chí kỹ thuật đối với từng đối tượng sử dụng đó Nhìn chung, một hệ thống chuyển mạch mềm có 4 tiêu chí kỹ thuật sau [2]:

 Tính tương thích: Thể hiện ở các điểm

- Có đầy đủ chức năng của một hệ thống chuyển mạch mềm

- Có khả năng thay thế các hệ thống chuyển mạch mềm của các hãng khác

- Hỗ trợ nhiều giao thức

 Năng lực hệ thống: Thể hiện ở khả năng thực hiện số cuộc gọi trong một đơn vị thời gian, được đánh giá qua thông số BHCA (Busy Hour Call Attempt)

 Khả năng mở rộng của hệ thống: Khả năng mở rộng thể hiện khả năng tăng năng lực xử lý khi có sự bổ sung về tài nguyên (điển hình là tài nguyên phần cứng) Khả năng mở rộng được nhìn nhận trên 3 phương diện:

- Mở về tải (Load scalability): Một hệ thống phân tán sẽ dễ dàng cho mở rộng khả năng gánh tải khi có sự thay đổi về tải của cả hệ thống

- Mở về mặt địa lý (Geographic scalability): Là hệ thống có khả năng quản lý một cách hiệu quả và đồng nhất các tài nguyên mà không phụ thuộc vào khoảng cách địa lý của các thực thể tài nguyên

- Mở về mặt quản trị (Administrative scalability): Hệ thống phân tán có khả năng quản trị bởi nhiều yếu tố quản lý khác nhau một cách dễ dàng giống như họ quản trị các hệ thống riêng

Hệ thống chuyển mạch mềm, cũng như các thiết bị viễn thông khác, sau một thời gian sử dụng thường có nhu cầu mở rộng dung lượng, đồng nghĩa với việc nâng cấp hệ thống cũ để đáp ứng được nhu cầu sử dụng cũng như triển khai được các dịch vụ mới

 Độ tin cậy: Thể hiện ở tính liên tục của dịch vụ, phản ứng của hệ thống trong trường hợp quá tải và khả năng phục hồi sau lỗi Các thiết bị viễn thông được yêu cầu có thời gian ngừng hoạt động trong một năm là rất nhỏ,

do đó hệ thống phải có khả năng kiểm soát tình hình trong tình trạng quá tải

để duy trì chất lượng dịch vụ cũng như khả năng thiết lập thành công của dịch vụ

2.6 Các giao thức cơ bản của chuyển mạch mềm

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 phân tán trong cấu hình mạng Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ cho người dùng 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 cơ bản trong hệ thống chuyển mạch mềm bao gồm [1]:

- H.323

- Giao thức ngang cấp H.323, SIP được sử dụng để trao đổi thông tin báo hiệu và điều khiển giữa các MGC, giữa MGC và các máy chủ

- Giao thức chủ tớ MGCP, MEGACO/H.248 là giao thức báo hiệu điều khiển giữa MGC và các cổng kết nối (trong đó MGC điều khiển cổng kết nối)

- Giao thức SIGTRAN là giao thức báo hiệu giữa MGC và cổng báo hiệu Chức năng của giao thức này là chuyển đổi báo hiệu SS7 và IP

§ iÖn tho¹ i IP

Call Agent

Bé ®iÒu khiÓn cæng truy nhËp

§ iÖn tho¹ i IP

§ Çu cuèi t- ¬ng tù

vµ sè

Cæng ph- ¬ng tiÖn trung kÕ

ATM trung kÕ ph- ¬ng tiÖnCæng

®- êng d©y PSTN

Bé ®iÒu khiÓn cæng ph- ¬ng tiÖn

Bé ®iÒu khiÓn cæng ph- ¬ng tiÖn

Cæng ph- ¬ng tiÖn (Media Gateway)

RTP MG

H×nh 12: Các giao thức báo hiệu trong mạng chuyển mạch mềm

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 chủ), thực thể này sẽ giao tiếp (điều khiển) với nhiều thực thể khác qua các giao thức chủ-tớ nhằm cung cấp dịch

vụ Mạng thực tế thường kết hợp cả hai loại giao thức báo hiệu nêu trên

Chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết hơn về mỗi giao thức trong các phần dưới đây :

2.6.1 SIP (Session Initiation Protocol)

Giao thức SIP do nhóm làm việc MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) của IETF phát triển, là một giao thức báo hiệu điều khiển thuộc lớp ứng dụng dùng để thiết lập, điều chỉnh và kết thúc phiên làm việc của một hay nhiều người tham gia [1.5.8]

SIP là một giao thức đơn giản, dựa trên văn bản (text-based) được sử dụng để

hỗ trợ trong việc cung cấp các dịch vụ thoại tăng cường qua mạng Internet

H×nh 13: Giao thức SIP trong mô hình phân lớp hệ thống

2.6.1.1 Các chức năng của SIP

SIP có các chức năng chính sau:

- Xác định vị trí của người sử dụng (user location): Hay còn gọi là chức năng dịch tên (name translation) và xác định người được gọi Dùng để đảm bảo cuộc gọi đến được người nhận dù họ ở đâu

- Xác định khả năng của người sử dụng: Còn gọi là chức năng thương lượng đặc tính cuộc gọi (feature negotiation) Dùng để xác định loại thông tin và các loại thông số liên quan đến thông tin sẽ được sử dụng

- Xác định sự sẵn sàng của người sử dụng: Dùng để xác định người được gọi

có muốn tham gia vào kết nối hay không

- Thiết lập cuộc gọi: Chức năng này thực hiện việc rung chuông, thiết lập các thông số cuộc gọi của các bên tham gia kết nối

- Xử lý cuộc gọi: Bao gồm chuyển và kết thúc cuộc gọi, quản lý những người tham gia cuộc gọi, thay đổi đặc tính cuộc gọi

2.6.1.2 Các thành phần của SIP

Các thành phần chính của SIP bao gồm các Agent và các Server:

- User Agent Client (UAC): Còn được gọi là Calling User Agent Là một ứng dụng khách (client) có chức năng khởi tạo một yêu cầu SIP