Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch trong mạng NGN với giải pháp u SYS của huawei

mạng tích hợp đa dịch vụ ITU International Telecommunications Union Hiệp hội viễn thông quốc tế MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Lê Phương

Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch trong hệ thống mạng

NGN với giải pháp U-SYS của Huawei

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Lê Phương

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH

TRONG MẠNG NGN VỚI GIẢI PHÁP U-SYS CỦA

HUAWEI

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Văn Tam

Hà Nội – 2009

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NEXT GENERAL NETWORK – NGN 2

1.1 Khái quát chung 2

1.2 Lý do xuất hiện mạng NGN 2

1.2.1 Cải thiện chi phí đầu tư 2

1.2.2 Xu thế đổi mới viễn thông 2

1.2.3 Các nguồn doanh thu mới 3

1.3 Đặc điểm của mạng NGN 3

1.3.1 Đặc điểm chính 3

1.3.2 Nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ mới 4

1.4 Cấu trúc logic mạng NGN 4

1.5.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập 6

1.5.2 Lớp truyền thông 6

1.5.3 Lớp điều khiển 6

1.5.4 Lớp ứng dụng và dịch vụ 7

1.5.5 Lớp quản lý 7

1.6 Cấu trúc vật lý 8

1.7 Các công nghệ được áp dụng cho mạng NGN 9

1.7.1 IP 9

1.7.2 MPLS 10

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM - SOFTSWITCH 12

2.1 Khái quát về công nghệ chuyển mạch mềm 12

2.1.1 Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm 12

2.2 Lợi ích của chuyển mạch mềm 14

2.2.1 Đối với nhà khai thác và người sử dụng 14

2.2.2 So sánh giữa chuyển mạch kênh truyền thống và chuyển mạch mềm 16

2.3 Các ứng dụng chính của chuyển mạch mềm 18

2.3.1 Ứng dụng làm SS7/PRI Gateway 18

2.3.2 Ứng dụng làm Packet Tandem 20

2.2 Đặc điểm kĩ thuật của công nghệ chuyển mạch mềm 24

2.2.1 Mô hình kiến trúc mạng thế hệ sau và các chức năng của Softswitch 24

2.2.2 Các giao thức điều khiển và báo hiệu trong mạng NGN 27

2.3 Liên kết báo hiệu giữa mạng SS7 và Chuyển mạch mềm 51

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP U-SYS CỦA HUAWEI 53

3.1 Mô hình kỹ thuật 53

3.2 Cấu trúc phần mềm 62

3.2.1 Tác vụ (TASK) 63

3.2.2 Hệ điều hành 66

3.2.3 Cấu trúc dữ liệu và cơ sở dữ liệu 67

3.4 Vận hành, quản trị và bảo trì hệ thống U-SYS 70

3.4.1 Mô tả chung 70

3.4.2 Khai thác, bảo trì thiết bị và các công cụ làm việc 70

3.4.3.Đặc tính hệ thống vận hành và bảo trì của U-SYS 71

3.4.4 Khả năng ứng dụng thực tế và kết luận chương : 71

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ CỦA ĐỀ TÀI 73

TỪ VIẾT TẮT 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

AAA Authentication, Authorization,

Accounting

Nhận thực thuê bao, nhận thực dịch vụ, tính cước

ACD Automatic Call Distributor Phân phối cuộc gọi tự động ACM Address Complete Message Bản tin hoàn tất địa chỉ

API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ BCF Bearer Control Function Chức năng điều khiển kênh

mang BHCA Busy Hour Call Attempt Cuộc gọi giờ cao điểm

BICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển cuộc gọi

độc lập với kênh mang BIWF Bearer InterWorking Function Chức năng làm việc liên mạng

kênh mang BNC Backbone Network Connection Kết nối mạng xương sống

CSF Call Service Function Chức năng dịch vụ cuộc gọi DSLAM Digital Subscriber Line Access

ISN Interface Serving Node Điểm phục vụ giao diện ISP Interner Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

mạng tích hợp đa dịch vụ ITU International Telecommunications

Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm

MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm

MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển Gateway

truyền thông MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển thuê bao

M2UA MTP2 User Aption layer Lớp tương thích người sử dụng

MTP2 M3UA MTP3 User Adaption Layer Lớp tương thích người sử dụng

MTP3 M2PA MTP2-User Peer-to-Peer Adaptation

Layer

Lớp tương thích ngang hàng người sử dụng MTP2 MTP Message Transfer Part Phần truyền dẫn bản tin

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OAM&P Operation, Administration,

Maintainance, and Performance

Vận hành, Quản trị, bảo dưỡng

và giám sát hoạt động PBX Private Branch eXchange Tổng đài nhánh dành riêng POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ điện thoại truyền thống PRI Primary Rate Interface Giao diện tốc độ cơ bản

PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại công cộng

RAS Registration, Admision, Status Đăng ký, Cho Phép, Trạng Thái RAS Remote Access Server Máy chủ truy cập từ xa

RTCP Real-Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian

thực RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức truyền vận thời gian

thực SCN Switch Circuit Network Mạng chuyển mạch kênh

SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ

SCCP Signal Connection Control Part Phần ứng dụng điều khiển kết

nối báo hiệu

SCTP Stream Control Transport Protocol Giao thức truyền vận điều khiển

luồng

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SIGTRAN Signalling Transport Truyền vận báo hiệu

SS7 Signalling System 7 Hệ thống báo hiệu số 7

SSP Service Switching Point Điểm chuyển mạch dịch vụ STP Signaling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệu SUA SCCP-User Adaptation Layer Lớp tương thích người sử dụng

SCCP

TCAP Transaction Capabilities Application

Part

Phần ứng dụng khả năng giao dịch

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TSN Transit Serving Node Điểm phục vụ chuyển tiếp UAC User Agent Client Máy khách tác nhân người sử

dụng UAS User Agent Server Bộ phục vụ tác nhân người sử

dụng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.2: Cấu trúc mạng thế hệ mới [1] 5

Hình 1.3: Cấu trúc mạng thế hệ mới (góc độ dịch vụ) 5

Hình 1.4: Các thành phần của Softswitch 7

Hình 1.5: Cấu trúc vật lý mạng NGN 8

Hình 2.1: Thí dụ về hệ thống chuyển mạch kênh 17

Hình 2.2: Các module trong hệ thống chuyển mạch mềm 17

Hình 2.3: So sánh giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm 19

Hình 2.4: Ứng dụng làm packet tandem 21

Hình 2.5: Sử dụng Softswitch để cung cấp thoại đường dài 22

Hình 2.6: Mạng thế hệ mới và thuê bao doanh nghiệp 23

Hình 2.7: Mạng thế hệ mới và thuê bao tư nhân 23

Hình 2.8: Mô hình kiến trúc mạng NGN 25

Hình 2.9: Quan hệ giữa các giao thức trong mạng NGN 28

Hình 2.10: Mô hình mạng H.323 đơn giản 29

Hình 2.12: Các chức năng giao thức của hệ thống VoIP 31

Hình 2.13: Các thành phần trong hệ thống SIP 34

Hình 2.14: Thiết lập và hủy cuộc gọi trong SIP 36

Hình 2.15: H.248 trong media gateway 39

Hình 2.16: Quan hệ giữa MG và MGC 41

Hình 2.17: Thiết lập cuộc gọi giữa A và B 41

Hình 2.18: H.323 Gateway và MGC - MG 42

Hình 2.19: Báo hiệu thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP 42

Hình 2.20: SIGTRAN 44

Hình 2.22: Mô hình của SIGTRANS khi MG và SG kết hợp với nhau 45

Hình 2.23: Vị trí của SCPTP trong SIGTRANS 46

Hình 2.24: Hoạt động của M2UA 47

Hình 2.25: M3UA 48

Hình 2.26: Mô tả về BICC 49

Hình 2.28: MG và SG kết nối với PSTN 51

Hình 2.29: SUA 52

Hình 3.1: Giải pháp U-SYS của Huawei 54

Hình 3.2: Cấu trúc phân lớp của U-SYS 54

Hình 3.3: Cấu trúc hệ thống của AMG5000 55

Hình 3.4: Cấu trúc hệ thống của TMG8010 56

Hình 3.5: Cấu trúc hệ thống của TMG8000 57

Hình 3.6: Cấu trúc hệ thống của Packet terminal 58

Hình 3.7: Cấu trúc của MSR 58

Hình 3.8: Cấu trúc phần cứng của thiết bị SoftX 60

Hình 3.9: Cấu trúc phần mềm của U-SYS 62

Hình 3.10: Phân cấp phần mềm của U-SYS 63

Hình 3.11: Tác vụ liên lạc của U-SYS 63

Hình 3.12: Tác vụ xử lý cuộc gọi 65

Hình 3.13: Tác vụ quản lý cơ sở dữ liệu 66

Hình 3.14: Cấu trúc cơ sở dữ liệu module 68

Cụm từ “mạng thế hệ mới – Next Generation Network” bắt đầu được nhắc tới

từ năm 1998 NGN là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùng một cơ sở hạ tầng trên nền tảng IP, làm việc trên cả hai phương tiện truyền thông vô tuyến và hữu tuyến NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với mạng đa dịch vụ dựa trên cơ sở

hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất các hệ thống quản lí và điều khiển NGN có thể cung cấp nhiều dịch vụ gia tăng chất lượng cao

Mạng thế hệ mới đang là xu hướng ở nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam, vì vậy, yêu cầu hiểu biết về mạng là cần thiết Xuất phát từ ý tưởng đó, bản luận văn này sẽ trình bày về mạng NGN và công nghệ chuyển mạch trong mạng Ngoài ra, luận văn còn mở rộng và đề cập tới giải pháp U-SYS của công ty Huawei, nơi em đang làm việc Giải pháp này có tính ứng dụng cao và được các công ty viễn thông tại Việt Nam áp dụng

Để hoàn thành luận văn này, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ và lời góp ý từ thầy cô giáo và bạn bè Em xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành đến thầy giáo Nguyễn Văn Tam, vì sự hướng dẫn tận tình và những lời khuyên bổ ích của thầy trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo giảng dạy trong trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội đã tận tình dạy dỗ và chỉ bảo em trong ba năm học vừa qua

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NEXT GENERAL NETWORK – NGN 1.1 Khái quát chung

Hiện nay, triển khai mạng NGN là hướng đi chung của các nhà mạng trong nước Điều này phù hợp với xu thế chung của thế giới và sự phát triển của mạng viễn thông

Để tìm hiểu khai quát về mạng NGN, dưới đây là các nội dung:

 Lý do xuất hiện mạng NGN

 Đặc điểm của mạng NGN

 Cấu trúc logic của mạng NGN

1.2 Lý do xuất hiện mạng NGN

1.2.1 Cải thiện chi phí đầu tư

Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống, được cải tiến chậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính Các chuyển mạch kênh này hiện đang chiếm phần lớn trong cơ sở hạ tầng PSTN Tuy nhiên chúng chưa thật sự tối ưu cho mạng truyền số liệu Kết quả là ngày càng có nhiều dòng lưu lượng

số liệu trên mạng PSTN đến mạng Internet và sẽ xuất hiện một giải pháp với định hướng số liệu làm trọng tâm để thiết kế mạng chuyển mạch tương lai, nền tảng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhà khai thác lựa chọn nhà cung cấp có hiệu quả nhất cho từng lớp mạng của họ Truyền tải dựa trên gói cho phép phân bổ băng tần linh hoạt, loại bỏ nhu cầu nhóm trung kế kích thước cố định cho thoại, nhờ đó giúp các nhà khai thác quản lý mạng dễ dàng hơn, nâng cấp một cách hiệu quả phần mềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệ thống

1.2.2 Xu thế đổi mới viễn thông

Khác với khía cạnh kỹ thuật, quá trình giải thể đang ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách thức hoạt động của các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới Xuyên suốt quá trình được gọi là “mạch vòng nội hạt không trọn gói”, các luật lệ của chính phủ trên toàn thế giới đã ép buộc các nhà khai thác lớn phải mở cửa để các công ty mới tham gia thị trường cạnh tranh Trên quan điểm chuyển mạch, các nhà cung cấp thay thế phải có khả năng giành được khách hàng địa phương nhờ đầu tư trực tiếp vào “ những dặm cuối cùng” của đường cáp đồng Điều này dẫn đến việc gia tăng cạnh tranh NGN thực

sự phù hợp để hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình được luật pháp cho phép khai thác

1.2.3 Các nguồn doanh thu mới

Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và xuất hiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ gia tăng mang lại Kết quả là phần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh của họ dưới ánh sáng của các dự báo này Cùng lúc đó, các nhà khai thác mới sẽ tìm kiếm mô hình kinh doanh mới cho phép họ nắm lấy thị phần, mang lại lợi nhuận cao hơn trên thị trường viễn thông Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các dịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video

 Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất

 Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng tăng,

có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

Do áp dụng cơ cấu mở mà các khối chức năng của tổng đài truyền thống 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

Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện nối thông giữa các mạng có cấu hình khác nhau

Mạng NGN là mạng dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm:

 Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi

 Chia tách cuộc gọi với truyền tải

Mục tiêu chính của chia 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 linh hoạt cao

NGN là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất

Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ

tầng thông tin Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn

mà người ta thường gọi là “dung hợp ba mạng” Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy

IP làm cơ sở đều có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ

sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia

Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn ở thế bất lợi so với các chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, mà

nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này

1.3.2 Nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ mới

Các nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ mới:

 Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú và đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện

 Mạng có cấu trúc đơn giản

 Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác, bảo dưỡng

 Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới

 Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh

 Tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lí và nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bàn hành chính như trước đây mà tổ chức theo vùng mạng hay vùng lưu lượng

Xu hướng tổ chức mạng đơn giản, giảm số cấp chuyển mạch và chuyển tiếp truyền dẫn nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác, bảo dưỡng

1.4 Cấu trúc logic mạng NGN

Hiện nay vẫn chưa có một khuyến nghị cụ thể nào của ITU về cấu trúc của NGN

Có nhiều nhà viễn thông lớn trên thế giới đưa ra mô hình NGN như Alcatel, Siemens, Ericsion, Nortel, Lucent…[4]

Từ những mô hình của các hãng, mô hình cấu trúc của NGN được chia ra làm bốn lớp chức năng:

 Lớp truy nhập và truyền dẫn

 Lớp truyền thông

 Lớp điều khiển

 Lớp quản lý

Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng lẽ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn

Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyền dẫn Các giao diện mở có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng,

dễ dàng; những nhà khai thác có thể chọn lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN

Hình 1.2: Cấu trúc mạng thế hệ mới [1]

Nếu xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc của NGN có thêm lớp ứng dụng dịch vụ

Hình 1.3: Cấu trúc mạng thế hệ mới (góc độ dịch vụ)

1.5.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập

Phần truyền dẫn:

Thành phần: Gồm 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 truyền tải chính là IP hay IP/ATM Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi

Chức năng: Bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chuyển mạch Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ nhiều mức QoS khác nhau cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau Nó có khả năng lưu trữ lại” các sự kiện trên mạng (tỷ lệ mất gói, độ trì hoãn…) Lớp ứng dụng sẽ đưa ra yêu cầu truyền tải và lớp truyền dẫn sẽ thực hiện yêu cầu này

Phần truy nhập:

Thành phần: Phần truy nhập gồm các thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc

vô tuyến Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD (Intergrated Access Device)

Chức năng: Lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao và mạng đường trục qua cổng giao tiếp MGW thích hợp Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn như các thiết bị truy nhập đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, di động vô tuyến…

1.5.2 Lớp truyền thông

Thành phần: Thiết bị ở lớp này là các cổng truyền thông 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…

Chức năng: Chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (PSTN, FrameRelay

LAN, vô tuyến…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại Nhờ đó mà các nút chuyển mạch và các hệ thống truyền dẫn có thể 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 của lớp điều khiển

1.5.3 Lớp điều khiển

Thành phần: Bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch

gồm Media Gateway Controller hay Call Agent được kết nối với các thành phần khác (như SGW, MS, FS, AS) để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP

Hình 1.4: Các thành phần của Softswitch

Theo MSF (Mutiservice Switching Forum), lớp điều khiển cần được tổ chức theo kiểu module và bao gồm một số bộ điều khiển độc lập

Chức năng: Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông

suốt từ đầu đến cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển

1.5.4 Lớp ứng dụng và dịch vụ

Thành phần: Bao gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node)

Thực chất đây là các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải

Chức năng: Cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN,

dịch vụ internet…cho khách hàng Lớp này thực hiện cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và các mức chất lượng khác nhau Một số loại dịch vụ sẽ do phía thuê bao tự thực hiện điều khiển logic dịch vụ và truy nhập trực tiếp vào lớp ứng dụng và dịch vụ, một số khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống Lớp ứng dụng và dịch vụ liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện

mở API Nhờ đó các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng

1.5.5 Lớp quản lý

Đây là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp Tại đây, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông như một mạng riêng theo dõi và điều phối

các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động Vì NGN dựa trên các giao diện mở

và cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác và đa dịch vụ

 SG (Signaling Gateway) là một thiết bị vào ra, nó tạo ra một chiếc cầu nối giữa mạng báo hiệu số 7 với mạng IP dưới sự điều khiển của MGC Nhiệm vụ của SG

là xử lý thông tin báo hiệu

 Media server được dùng để xử lý các thông tin đặc biệt Nó thực hiện các chức năng mới:

 Chức năng voicemail cơ bản

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

 Khả năng nhận diện tiếng nói (nếu có)

 Khả năng hội nghị truyền hình (video conference)

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

 Application Server/Feature Server

Server đặc tính là một server ở mức 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 Softswith về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng

1.7 Các công nghệ đƣợc áp dụng cho mạng NGN

1.7.1 IP

IP là giao thức chuyển tiếp gói tin, nó đóng gói và chuyển gói tới đích một cách hiệu quả sử dụng địa chỉ trong phần header của gói IP cung cấp dịch vụ chuyển dữ liệu hướng không kết nối, nó chỉ nỗ lực tối đa để chuyển gói tin tới đích chứ không đảm bảo chất lượng dịch vụ IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói IP chứa địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới đích

Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Do vậy

cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin và nó có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bản chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới đích

Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin để chuyển mạch các gói IP hướng tới đích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một Ở cách này, mỗi nút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập Vì vậy, phương thức này yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới chuyển gói tin sai hướng dẫn đến mất gói tin

Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Ví dụ, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói khả năng mở rộng cao, Tuy nhiên việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng Ngoài ra IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

1.7.2 MPLS

MPLS là phương thức chuyển mạch phối hợp ưu điểm của IP và ATM Trước khi phương thức này ra đời người ta cũng quan tâm tới mô hình IP over ATM của IETF xem IP như một lớp nằm trên lớp ATM Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép

IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng Tuy nhiên cách này không tận dụng được hết khả năng của ATM, không thích hợp với mạng nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt

Công nghệ MPLS sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi giao thức định tuyến của IP Thiết bị CSR của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM

 MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt:

 Chức năng chuyển gói tin: có nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như trong ATM Trong MPLS, nhãn là một số có

độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn thực chất là việc tìm nhãn cho một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của gói đó Các router thực hiện kỹ thuật này gọi là LSR (Label Switch Router)

 Chức năng điều khiển: gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, giao thức phân phối nhãn thiết lập nhãn trong các bảng định tuyến

MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol)

 Một số ưu diểm của MPLS:

 MPLS đảm bảo chất lượng dịch vụ do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng

và cho phép thiết lập tuyến cố định Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting) Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối , khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền cao hơn Trong khi đó các dịch vụ mà MPLS hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới

 Công nghệ MPLS giúp cho việc quản lý mạng được dễ dàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC có thể được xác định bởi một giá trị của nhãn Do vậy trong miền MPLS các thiết

bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin Lưu lượng

đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn(LSP) được giám sát 1 cách dễ dàng dùng RTFM( realtime flow measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng tại các

LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ(ví dụ trễ từ điểm đầu tới điểm cuối của miền MPLS) Việc đo trễ có thể được thực hiện bởi giao thức lớp 2 Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định trước, hệ thống giám sát có thể dùng 1 thiết bị nắn lưu lượng Thiết bị này sẽ cho phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay đổi các tính chất hiện có

Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch có nhiều triển vọng MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống Đồng thời cải thiện thông lượng của mạng một cách đáng kể

Ngoài ra, các công nghệ chuyển mạch mới được phát triển ngày càng cao để đảm bảo nhu cầu phát triển ngày nay của mạng viễn thông

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM - SOFTSWITCH 2.1 Khái quát về công nghệ chuyển mạch mềm

2.1.1 Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm

Sự hình thành mạng thế hệ sau kéo theo sự ra đời của công nghệ chuyển mạch mới Hệ thống chuyển mạch mềm ra đời thay thế hệ thống chuyển mạch kênh còn nhiều nhược điểm Hệ thống chuyển mạch mềm chính là giải pháp để thực hiện mạng thế hệ sau NGN

Theo Nortel, Softswitch là một thành tố quan trọng nhất của mạng thế hệ sau NGN Họ định nghĩa: Softswitch (chuyển mạch mềm) 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 những tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và Video, nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau, ví dụ như giữa mạng vô tuyến và mạng cáp Chuyển mạch mềm cũng cho phép triển khai các dịch vụ VoIP mang lại lợi nhuận Một chuyển mạch mềm kết hợp tính năng của các chuyển mạch thoại lớp 4 và lớp 5 với các cổng VoIP, trong khi vẫn hoạt động trên môi trường máy tính mở chuẩn [7] Còn 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 tổng đài nội hạt truyền thống Công nghệ Softswitch có thể làm giảm giá thành của các tổng đài chuyển mạch nội hạt, cho phép tạo ra sự khác biệt về dịch vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và đơn giản hóa quá trình chuyển đổi từ mạng truyền thống sang mạng hỗ trợ thoại gói từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end) trong tương lai

Theo Acatel, Softswitch 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 kênh dựa trên những thiết bị chủ yếu với mục đích phục vụ thông tin thoại Những mạng dựa trên chuyển mạch gói hiệu quả hơn thì sử dụng giao thức Internet (Internet Protocol) để định tuyến thông tin thoại và

số liệu qua các con đường khác nhau và qua các thiết bị được chia sẻ

Trước hết ta xét Softswitch trong vai trò thay thế tổng đài nội hạt Từ trước tới nay, phần phức tạp nhất của một tổng đài nội hạt chính là phần mềm điều khiển quá trình

xử lý cuộc gọi Phần mềm này làm nhiệm vụ định tuyến và thực hiện các các chức năng xử lý cuộc gọi cho mọi loại hình dịch vụ khác nhau Hiện nay, các tổng đài chạy các phần mềm này trên các bộ xử lý được gắn liền với cơ cấu chuyển mạch Trong

tương lai, chúng ta muốn triển khai điện thoại nội hạt trên nền chuyển mạch gói thay thế chuyển mạch kênh Vì vậy vấn đề đặt ra là việc các tổng đài nội hạt truyền thống không thể làm việc trực tiếp với thông tin dạng gói sẽ cản trở quá trình chuyển đổi này

Một giải pháp cho vấn đề này là thiết kế ra thiết bị mà có thể chuyển mạch được cho cả thông tin dạng kênh và dạng gói, cùng với những phần mềm cần thiết để xử lý cuộc gọi được cài đặt trong thiết bị đó Tuy nhiên giải pháp này cũng dẫn đến việc phải đầu tư rất nhiều tiền của trong khi cũng không mang lại sự khác biệt về dịch vụ

Vì vậy, một giải pháp khác cũng được các nhà nghiên cứu quan tâm và đánh giá là tốt nhất, đó là việc tách chức năng xử lý cuộc gọi ra khỏi thiết bị chuyển mạch vật lý

và đưa ra một giao thức chuẩn để kết nối hai thành phần này với nhau Trong thuật ngữ Softswitch, chức năng chuyển mạch là do MG (Media Gateway) đảm nhiệm, còn chức năng điều khiển cuộc gọi thuộc về MGC (Media Gateway Controller) Các nhà nghiên cứu đã đưa ra sự đánh giá đó dựa vào những lý do sau:

Việc tách chức năng điều khiển và chuyển mạch tạo cơ hội cho các công ty nhỏ vốn chỉ tập trung vào các phần mềm xử lý cuộc gọi hoặc phần mềm chuyển mạch gói

có thể phát triển và cạnh tranh trong thị trường viễn thông vốn từ lâu đã bị các công ty lớn kiểm soát

 Việc bóc tách chức năng này cũng cho phép có một giải pháp phần mềm chung cho việc xử lý cuộc gọi cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau

 Việc bóc tách tạo động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn, tiết kiệm đáng kể trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi

 Việc bóc tách chức năng cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dịch vụ điều khiển từ xa các thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách hàng, một yếu tố quan trọng trong việc khai thác tối đa tiềm năng của mạng trong tương lai

Bên cạnh việc có thể đảm nhận vai trò tổng đài nội hạt, Softswitch còn được ứng dụng làm tổng đài cấp cao hơn (Tandem/Transit) Trước hết ta hãy xét mô hình thường thấy hiện nay: Một mạng tổng đài TDM cấp thấp nhất (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC của tổng đài di động ) được nối với nhau bởi mạng lưới trung kế điểm - điểm phức tạp và nối tới tổng đài chuyển tiếp cấp cao hơn (lớp 3, lớp 4) Khi một cuộc gọi diễn ra giữa hai tổng đài cấp thấp, thông tin sẽ được đi trên trung kế nối trực tiếp giữa hai tổng đài Nếu các đường trung kế nối trực tiếp này đã được sử dụng hết, cuộc gọi có thể được định tuyến thông qua tổng đài chuyển tiếp Hoặc trong một số trường hợp khác, như dịch vụ truy nhập hộp thư thoại hay quay số bằng giọng nói, cuộc gọi lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng các tài nguyên tập trung phục

vụ cho các dịch vụ cao cấp Kiến trúc này đã bộc lộ một số nhược điểm sau:

 Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao Việc định lại cấu hình và nâng cấp mạng lưới phải tiến hành liên tục để tránh hiện tượng nghẽn mạng Hơn nữa, luôn phải nâng cấp dung lượng mạng lớn hơn nhu cầu thực tế Ví dụ, khi xây dựng thêm một tổng đài nội hạt, đồng thời phải xây dựng thêm các nhóm trung kế từ tồng đài đó đến tổng đài chuyển tiếp và tới các tổng đài nội hạt khác

 Các trung kế điểm - điểm hoạt động với hiệu suất không cao vì chúng được thiết

kế để hoạt động trong các giờ cao điểm, trong khi đó những giờ cao điểm này lại khác nhau trong các vùng của mạng

 Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó lại được nối đến nhiều tổng đài nội hạt, thì cuộc gọi có thể phải chuyển qua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyên mạng (như trong trường hợp hộp thư thoại)

Trong mạng NGN, các tổng đài chuyển mạch kênh sẽ được thay thế bằng các tổng đài chuyển mạch mềm Kết nối các tổng đài chuyển mạch mềm là mạng chuyển mạch gói đa dịch vụ IP/ATM/SDH Phần tiếp cận các thuê bao của mạng NGN là các BAN (Broadband Access Node) và IAD (Intergrated Access Device) hỗ trợ các loại đầu cuối như máy tính, máy điện thoại IP, máy điện thoại thông thường, Mạng NGN giao tiếp với các mạng khác thông qua các MG (Media Gateway)

2.2 Lợi ích của chuyển mạch mềm

2.2.1 Đối với nhà khai thác và người sử dụng

Công nghệ chuyển mạch mềm trong mạng NGN giúp cho việc thực hiện, khai thác

và vận hành bảo dưỡng mạng một cách dễ dàng Sau đây, ta sẽ xét một số lợi ích của chuyển mạch mềm đối với nhà khai thác và người sử dụng:

 Những cơ hội mới về doanh thu

Công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch thế hệ mới cho ra đời nhiều dịch vụ gia tăng hoàn toàn mới với nhiều ứng dụng cho thoại, số liệu và Video Các dịch vụ mới này hứa hẹn sẽ đem lại doanh thu cao hơn nhiều so với các dịch vụ thoại truyền thống

Ngoài ra, 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

 Thời gian triển khai ngắn

Công nghệ chuyển mạch mới dựa trên phần mềm nên các dịch vụ mới cũng được xây dựng bằng phần mềm Điều này cho phép việc triển khai dịch vụ mới cũng như nâng cấp dịch vụ trở nên nhanh chóng hơn Hơn nữa, nhà khai thác dịch vụ cũng có

thể mua một dịch vụ mới từ nhà cung cấp thứ ba để có thể nhanh chóng đưa dịch vụ đến khách hàng

 Khả năng thu hút khách hàng

Cùng với việc triển khai mạng thế hệ mới, việc sử dụng chuyển mạch mềm sẽ mang đến cho 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

 Giảm chi phí xây dựng, và điều hành mạng

Chi phí xây dựng cho các hệ thống chuyển mạch mềm là chi phí cho phần mềm, không giống như kiểu chi phí cho các cơ cấu chuyển mạch kênh trước đây Do đó không đòi hỏi phải có vốn đầu tư lớn

Bên cạnh đó, do chuyển mạch mềm cho phép khách hàng tự lựa chọn và kiểm soát quá trình sử dụng dịch vụ của mình nên đã giúp giảm được một phần công việc của nhà điều hành Hơn thế nữa, khi sử dụng chuyển mạch mềm sẽ không còn những tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân lực

 Nâng cao hiệu quả sử dụng băng thông

Trong mô hình truyền thống hiện nay, hệ thống chuyển mạch thiết lập một kênh dành riêng cho mỗi cuộc gọi và kênh này không được sử dụng cho mục đích nào khác trong suốt quá trình đàm thoại Tuy kỹ thuật TDM cho phép truyền nhiều kênh trên một trung kế nhưng kênh giành riêng vẫn sử dụng tài nguyên mạng nhiều hơn nhu cầu thực tế vì luôn tồn tại những khoảng lặng trong quá trình đàm thoại

 Quản lý mạng hiệu quả hơn

Softswitch cho phép giám sát và điều chỉnh hoạt động mạng theo thời gian thực đồng thời có thể nâng cấp hay thay đổi cấu hình mạng từ xa Điều này giúp điều hành quản lý mạng hiệu quả hơn

 Cải thiện dịch vụ

Bằng cách lắp đặt thêm một máy chủ ứng dụng riêng mới (hay còn gọi là nâng cấp phần mềm chuyển mạch) hay triển khai thêm một module của nhà cung cấp thứ ba, các nhà khai thác có thể cung cấp dịch vụ mới một cách nhanh chóng và giá thành thấp hơn so với chuyển mạch truyền thống

 Tiết kiệm không gian đặt thiết bị

Softswitch giúp cho các ứng dụng được thi hành tại bất kì khu vực nào trên mạng Mạng có thể được cấu hình sao cho các máy chủ được bố trí gần những nơi mà nhu cầu đối với nó là lớn 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 thế nữa, các thành phần của mạng NGN (đặc biệt là các MGC - Media Gateway Controller) sử dụng chuyển mạch mềm có kích thước nhỏ và có tính phân tán nên sẽ tiết kiệm được không gian đặt thiết bị

 An toàn vốn đầu tư

Mạng NGN hoạt động trên nền tảng cơ sở hạ tầng sẵn có nên các nhà khai thác vẫn tiếp tục sử dụng mạng truyền thống đồng thời triển khai thêm các dịch vụ mới Điều này giúp nhà khai thác không mất vốn đầu tư vào mạng cũ mà còn thu được lợi nhuận

từ dịch vụ do mạng mới cung cấp

Ngoài những lợi ích kể trên, Softswitch còn cho phép khách hàng có được các dịch

vụ thoại, số liệu và Video qua đường dây điện thoại sẵn có (cùng với một đầu cuối thông minh như PC, ) mà không cần quan tâm đến kiến trúc hạ tầng mạng Các hệ thống Softswitch 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 ứng dụng đa phương tiện

Bên cạnh việc ứng dụng lại các chức năng của điện thoại truyền thống trên một mạng IP chi phí thấp hơn nhiều, Softswitch cho phép các nhà cung cấp xác lập, triển khai và điều hành các dịch vụ mới, tính toán mức độ sử dụng các dịch vụ đó để tính cước khách hàng trong tương lai của hai hệ thống trả trước hay trả sau Bằng cách sử dụng các giao diện lập trình mở (API - Application Programe Interface) trong Softswitch, các nhà phát triển có thể tích hợp dịch vụ mới hay thêm các Server mới dễ dàng Các nhà khai thác cũng có thể truy nhập tới các danh mục có sẵn để hỗ trợ cho các dịch vụ nhận dạng cuộc gọi (Call ID) hay trả lời có chọn lọc (Selective Ringing) Softswitch nói chung gồm có một số những ứng dụng và dịch vụ cơ bản sau:

 Trung tâm cuộc gọi ảo

2.2.2 So sánh giữa chuyển mạch kênh truyền thống và chuyển mạch mềm

Hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống có thể được minh họa như hình sau:

Hình 2.1: Thí dụ về hệ thống chuyển mạch kênh

Tổng đài chuyển mạch kênh là một thiết bị hết sức phức tạp Nó thực hiện việc số hóa tín hiệu thoại của thuê bao (nếu là thuê bao Analog) và thực hiện chuyển mạch, ghép các luồng PCM tín hiệu số Với hệ thống này, các thuê bao được nối trực tiếp đến trung tâm chuyển mạch

Trong các hệ thống chuyển mạch mềm chúng ta có nhiều Module tương tác với nhau:

Hình 2.2: Các module trong hệ thống chuyển mạch mềm

Chúng ta có thể hiểu Softswitch là một hệ thống chuyển mạch dựa trên phần mềm, thực hiện được chức năng của tổng đài điện tử truyền thống Softswitch là hệ thống mềm dẻo, tích hợp được cả chức năng của tổng đài nội hạt hoặc Tandem với chức năng tổng đài doanh nghiệp (PBX) Hơn nữa, Softswitch tạo nên sự liên kết giữa mạng

IP và mạng PSTN truyền thống, điều khiển và chuyển mạch lưu lượng hỗn hợp thoại -

dữ liệu - video

Trong hình trên ta thấy có các module sau: Media Gateway Controller (MGC), SS7/IP Gateway, Media Gateway (MG), khối tính cước và cơ sở dữ liệu MGC còn được gọi là Softswitch, chính là phần lõi của mạng NGN Khác với tổng đài truyền thống, Softswitch chạy trên nền máy tính chuẩn và tất cả chức năng chuyển mạch do phần mềm đảm nhiệm Chúng ta có thể so sánh tổng đài truyền thống và Softswitch như sau:

Chuyển mạch Phần mềm tập trung Phần mềm phân tán Kiến trúc Phân tán, theo các chuẩn mở Tuỳ theo nhà sản xuất Khả năng tích hợp

với ứng dụng của nhà

cung cấp khác

Giá thành Rẻ, khoảng bằng một nửa

Rất cao, tổng đài PSTN không thích hợp cho mạng doanh nghiệp

Truyền thông đa

Lưu lượng Thoại, fax, dữ liệu, video Chủ yếu là thoại và fax

Sự bùng nổ truy cập Internet (qua đường dial-up) và khuynh hướng của các ISP muốn kết nối các Modem Server của họ với các luồng PRI làm cho các nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng hết cổng PRI hiện có Hơn thế nữa, các kênh PRI do các ISP thuê thường mang lại cho nhà khai thác tổng đài lợi nhuận ít hơn so với các kênh PRI khác Bên cạnh việc thiếu các kênh PRI, lưu lượng truy cập Internet qua đường dial-up làm quá tải và tắc nghẽn cho mạng chuyển mạch kênh Bởi vì chuyển mạch kênh vốn được thiết kế để phục vụ các cuộc gọi có độ dài trung bình ngắn, nên khi khoảng thời gian trung bình tăng thêm do truy cập Internet, có xu hướng làm suy giảm tài nguyên tổng đài Để duy trì chất lượng thoại cho các khách hàng sử dụng dịch vụ điện thoại thực sự, các nhà khai thác phải chọn một trong hai phương án: lắp đặt thêm tổng đài hoặc cung cấp cho các ISP các kênh PRI có lưu lượng tải thấp; cả hai phương án này đều tương đương nhau về mặt đầu tư

Modem vẫn sẽ là phương tiện thông dụng nhất để kết nối Internet trong một thời gian nữa, thực tế đó đòi hỏi các nhà khai thác tìm ra một giải pháp kinh tế cung cấp kênh PRI cho các ISP và chuyển các kênh PRI họ đang dùng cho các khách hàng điện thoại truyền thống

Softswitch

Hình 2.3: So sánh giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm

Ứng dụng softswitch làm SS7 PRI gateway là một trong những giải pháp trong tình huống này Như phần bên phải của hình 2.3 cho thấy, softswitch và MG được đặt

ở trung kế liên tổng đài giữa nhà khai thác cấp cao và nhà khai thác cạnh tranh Chuyển mạch kênh kết nối với MG bằng giao diện TDM chuẩn còn liên lạc với softswitch thông qua báo hiệu số 7 Các modem server của ISP vì thế sẽ được chuyển sang kết nối với Media Gateway, giải phóng các luồng PRI cho chuyển mạch kênh TDM truyền thống Khi một cuộc gọi Internet (Dial-up) hướng tới ISP từ phía tổng đài cấp cao, nó sẽ đi qua trung kế tới MG rồi được định hướng trực tiếp tới modem server

mà không qua chuyển mạch kênh như trước Các cuộc gọi thoại vẫn diễn ra như bình thường

Bên cạnh việc cung cấp các kênh PRI giá thành thấp, chịu được các cuộc gọi thời gian trung bình lâu hơn so với trước đây, ứng dụng SS7 PRI Gateway còn có khả năng cung cấp các dịch vụ mới như VoIP

2.3.2 Ứng dụng làm Packet Tandem

2.3.2.1 Giảm tải các tổng đài chuyển tiếp (Tandem/Transit Offload)

Ứng dụng Packet Tandem hướng vào các nhà cung cấp dịch vụ thoại truyền thống với mong muốn giảm vốn đầu tư và chi phí điều hành các tổng đài quá giang chuyển mạch kênh hiện nay, ngoài ra còn cung cấp các dịch vụ mới về số liệu Giải pháp chuyển mạch TDM hiện nay đang bộc lộ dần nhược điểm trước nhu cầu ngày càng tăng nhưng rất thất thường của lưu lượng thông tin thoại nội hạt(phát sinh do truy cập Internet), vô tuyến và đường dài

Phần bên trái của hình 2.4 cho thấy một mạng tổng đài TDM cấp thấp nhất (Lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động .) được nối với nhau và nối tới tổng đài chuyển tiếp cấp cao hơn (Lớp 3, 4) bằng một mạng lưới trung kế điểm-điểm khá phức tạp 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 trực tiếp đã sử dụng hết, cuộc gọi có thể được định tuyến thông qua tổng đài chuyển tiếp Một số cuộc gọi (ví dụ như truy nhập hộp thư thoại hay quay số bằng giọng nói ) lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng 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 nhằm phục vụ các ứng dụng thoại, tuy nhiên vẫn có một số giới hạn như sau:

 Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao, tốn thời gian; việc định lại cấu hình và nâng cấp mạng lưới phải tiến hành liên tục nhằm tránh bị nghẽn 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 được thêm 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 chúng được thiết kế

để hoạt động được trong những giờ cao điểm, và những giờ cao điểm này lại khác nhau trong các vùng của mạng (ví dụ ở khu doanh nghiệp là ban ngày còn ở khu dân

cư lại là buổi đêm)

 Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó lại nối với một nhóm các tổng đài nội hạt, cuộc gọi có thể phải chuyển qua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyên mạng (như trong trường hợp dịch

vụ hộp thư thoại)

Mô hình này mang lại một số lợi ích so với mô hình mạng chuyển mạch kênh:

 Loại bỏ lưới trung kế hoạt động hiệu suất không cao, thay thế chúng bằng các

“siêu xa lộ” trong mạng IP/ATM phục vụ cho các cuộc gọi cần chuyển tiếp, giảm tải cho các tổng đài chuyển tiếp truyền thống hoặc loại bỏ chúng hoàn toàn

 Giảm được chi phí vận hành vì giảm được số tổng đài chuyển tiếp, số trung kế ít hơn (so với một mạng lưới trước đây), và tránh không phải thiết kế các mạch TDM phức tạp

 Giảm được một số lượng các cổng chuyển mạch dùng cho các trung kế giữa các tổng đài nội hạt với nhau

 Truy nhập các tài nguyên tập trung một cách hiệu quả hơn

 Hợp nhất thông tin thoại và số liệu vào một mạng duy nhất, qua đó giảm vốn đầu

tư và chi phí so với các mạng riêng biệt hiện nay cho thoại và số liệu

2.3.2.2 Dịch vụ thoại đường dài

Dịch vụ này hướng tới các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại đường dài đang mong muốn có một giải pháp giá thành thấp hơn so với phương pháp chuyển mạch kênh truyền thống để cung cấp các dịch vụ gọi đường dài trong nước và quốc tế

Hình 2.5 cho thấy giải pháp sử dụng softswitch cùng với MG có thể cung cấp dịch

vụ thoại đường dài một cách hiệu quả Các nhà khai thác nối tổng đài của họ với MG

thông qua giao diện TDM chuẩn, còn nối với softswitch qua giao diện báo hiệu 7 Các tổng đài PBX cũng được nối tới MG thông qua giao diện ISDN PRI

Tuỳ thuộc vào yêu cầu của nhà khai thác, softswitch có thể cung cấp nhiều loại dịch vụ thoại đường dài khác nhau, ví dụ như: bán lại dịch vụ (resale), dịch vụ gọi quốc tế từ tổng đài PBX, dịch vụ thoại giữa các thuê bao trong các tổng đài PBX với nhau (Flat rate On-net Call), hay dịch vụ đường dài cung cấp cho các nhà khai thác cấp thấp hơn (Wholesale Service)

2.3.3.1 Cung cấp dịch vụ cho doanh nghiệp

Một doanh nghiệp vừa hoặc nhỏ thông thường sử dụng 8 đến 16 đường dây thoại

và một kết nối Internet Trong mạng thế hệ mới băng thông sẽ được chia sẻ mềm dẻo giữa các dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu

Trên hình 2.6 ta thấy thuê bao doanh nghiệp có thể sử dụng dịch vụ PBX truyền thống (chỉ cho thoại) hoặc có thể sử dụng một kết nối dữ liệu duy nhất từ Access Gateway tới mạng LAN và sử dụng kết nối này cho cả các dịch vụ thoại và dữ liệu Chú ý rằng có thể sử dụng lại hệ thống cáp đã có sẵn và qua đường dữ liệu này thuê bao có thể kết nối với các mạng LAN khác, với mạng WAN, mạng ATM hoặc mạng

của các nhà cung cấp dịch vụ Internet Do phần lớn các sản phẩm softswitch tách riêng biệt 2 module phần mềm giám soát cuộc gọi và xử lý tính năng nên có thể cung cấp nhiều dịch vụ Centrex như làm việc tại nhà và nhân viên di động Như vậy việc tổ chức một văn phòng ảo là hoàn toàn có thể thực hiện được

Hình 2.6: Mạng thế hệ mới và thuê bao doanh nghiệp

2.3.3.2 Cung cấp dịch vụ cho tƣ nhân

Các thuê bao tư nhân có thể chỉ sử dụng dịch vụ thoại như trước đây Ngoài ra nếu

sử dụng modem cáp hoặc xDSL thì thuê bao có thể sử dụng các dịch vụ dữ liệu:

Hình 2.7: Mạng thế hệ mới và thuê bao tư nhân

Tất cả các loại hình cuộc gọi mà softswitch có thể chuyển mạch đều có kiến trúc gói Mạng chuyển mạch mềm giao tiếp với mạng PSTN qua các gateway

Softswitch phá vỡ thế độc quyền của các nhà sản xuất tổng đài điện tử dung lượng lớn, tạo cơ hội cho các công ty khác tham gia thị trường bởi toàn bộ hệ thống sử dụng các giao thức chuẩn, hoạt động trên nền các hệ thống máy chủ có kiến trúc mở

Softswitch mang lại nhiều lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng

2.2 Đặc điểm kĩ thuật của công nghệ chuyển mạch mềm

2.2.1 Mô hình kiến trúc mạng thế hệ sau và các chức năng của Softswitch

Trên thị trường viễn thông, công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch hiện đang phát triển rất nhanh chóng Mỗi hãng đều đưa ra những dòng sản phẩm với những đặc điểm riêng Tuy nhiên, các chức năng và tập các giao thức hỗ trợ cho việc kết nối vẫn

có những đặc điểm chung và phần lớn tuân theo mô hình mạng NGN của ISC (International Softswitch Consortsium) và MSF (Multiservice Switching Forum), hai diễn đàn chính về công nghệ chuyển mạch mềm và kiến trúc mạng NGN [9]

Như đã đề cập ở phần trên, ý tưởng chủ đạo nhằm thiết kế một hệ thống chuyển mạch mềm là dựa trên việc tạo ra các hệ thống phần mềm phân tán có khả năng mở rộng, độc lập trên nền tảng phần cứng và hệ điều hành có độ ổn định và hiệu năng cao,

và đặc biệt phải hoạt động tốt, tin cậy với sản phẩm, ứng dụng của các nhà phát triển thứ ba Cũng đã có rất nhiều nhà phát triển xây dựng hệ thống Softswitch và gọi dưới các tên khác nhau và bao gồm các thành phần cấu trúc khác nhau Tuy nhiên, có thể xem hệ thống chuyển mạch mềm bao gồm các thành phần sau:

 Media Gateway Controller hay Call Agent: Đây là một trong những đơn vị chức năng chính của Softswitch, trong đó bao hàm các luật, giao thức xử lý cuộc gọi

và nó sử dụng Media Gateway cùng với Signaling Gateway để thực hiện chức năng này Nó có nhiệm vụ của một Signaling Gateway để thực hiện việc thiết lập

và huỷ bỏ cuộc gọi Ngoài ra, Media Gateway Controller còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS

 Signaling Gateway – Cổng báo hiệu SS7 - hoạt động như một cầu nối mạng PSTN và IP, thực hiện chuyển đổi thông tin báo hiệu giữa hai mạng này

 Media Gateway đóng vai trò như một giao diện vật lý giữa mạng chuyển mạch kênh PSTN và mạng chuyển mạch gói IP Nó có nhiệm vụ báo hiệu và nhận tín hiệu đến từ mạng PSTN Nó sẽ nhận số điện thoại, chuyển đổi các số điện thoại

và địa chỉ IP và cuối cùng là quản lý quá trình xử lý cuộc gọi Xử lý cuộc gọi bao gồm việc nhân tín hiệu thoại, nén, gói hoá, triệt tiếng vọng, nén khoảng lặng

 Media Server thực hiện các chức ngoại vi nhằm tăng cường thêm khả năng của Softswitch Nếu cần, nó còn có thể hỗ trợ khả năng xử lý tín hiệu số DSP- Digital signal processing

 Feature Server cung cấp tính năng để cung cấp các dịch vụ (các dịch vụ này có thể được đặt trên những thành phần khác) như tính cước, hội nghị đa điểm, Các hãng có thể định nghĩa phần lõi Call Agent (hoặc Media Gateway Controller) như là một chuyển mạch mềm có chức năng tối thiểu hoặc một hệ thống bao gồm tất

cả các thành phần nêu trên tạo thành một giải pháp Softswitch đầy đủ Thành phần SG

có thể được bao gồm trong Chuyển mạch mềm hoặc tách riêng Một số hãng gộp cả Media Gateway – một thành phần thuộc về cơ sở hạ tầng mạng hơn – vào một giải pháp chung

Xét về mặt kiến trúc thì mạng NGN có thể được chia ra làm bốn lớp chức năng như sau:

 Lớp giao vận ( Trasnport Plane )

 Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane)

 Lớp ứng dụng và dịch vụ (Service and Application Plane )

 Lớp quản lý ( Management Plane)

Điện thoại IP(H.323, SIP, MGCP, ), đầu cuối IP, IP PBX

Báo hiệu (ISUP, MAP, RANAP, MGCP, Megaco, SIP)

PSTN/SS7 /ATM

vụ, logic), phục vụ truyền thông

Mặt bằng điều khiển và báo hiệu

Call Agent, MGC, chuyển mạch mềm

Mặt bằng giao vận

Miền giao vận IP:

Mạng lõi IP, định tuyến, chuyển mạch, BG, QoS ( RSVP, MPLS )

Miền tương tác:

TG (MG), SG, tương tác GW

Miền truy nhập phi IP:

Truy nhập không dây (AG) Truy nhập di động (RAN AG) Truy nhập băng rộng (IAD, MTA)

2.2.1.1 Lớp giao vận (Transport Plane)

Chức năng cơ bản của lớp truyền thông là xử lý, chuyển vận gói tin Lớp này bao gồm các thiết bị đảm nhiệm đóng mở gói, định tuyến, chuyển gói tin dưới sự điều khiển của lớp Điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane) Lớp giao vận được phân chia làm ba miền con (sub-domain):

 Miền truyền tải thông tin theo giao thức IP (IP Trasport Domain)

Miền này bao gồm :

 Mạng truyền thông xương sống (Backbone Network)

 Các thiết bị mạng như : Router, Switch

 Các thiết bị cung cấp cơ chế QoS

 Miền liên kết mạng (Interworking Domain)

Miền liên kết mạng bao gồm các thiết bị với nhiệm vụ chính là nhận các dữ liệu đến và từ nó đi tới các mạng khác, sau đó chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu cho phù hợp

để thông tin có thể truyền thông một cách trong suốt trên toàn bộ mạng Trong miền này là tập hợp các Gateway như Signaling Gateway, Media Gateway và Interworking Gateway, trong đó, Signaling Gateway thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng PSTN

và mạng IP và tiến hành phiên dịch thông tin báo hiệu giữa hai mạng này Media Gateway thực hiện quá trình chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu giữa các môi trường truyền thông khác nhau

 Miền truy nhập không dựa trên giao thức IP (Non-IP Access Domain)

Trong miền này bao gồm các thiết bị truy cập cung cấp các cổng kết nối cho thiết

bị đầu cuối thuê bao Các thiết bị đầu cuối thuê bao có thể là máy điện thoại cố định, các thiết bị truy nhập tích hợp IADs, đầu cuối ISDN, đầu cuối Modem/Multimedia Terminal Adaptor (MTAs) Các thiết bị truy nhập cung cấp các cổng cho các thuê bao như : POST, ISDN-BA, ISDN-PRA, IP, xDSL, WDM, ATM, Frame Relay, Các thiết bị truy nhập này thực hiện chức năng chuyển đổi các loại lưu lượng khác nhau thành dạng tín hiệu gói dưới sự điều khiển của lớp điều khiển và báo hiệu

2.2.1.2 Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane)

Đây là lớp trung tâm của hệ thống thực thi quá trình điều khiển, giám sát và xử lý cuộc gọi nhằm cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end) với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào Thực thi quá trình giám sát các kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thành phần của lớp truyền thông -Transport Plane Quá trình xử lý và báo hiệu cuộc gọi về bản chất có nghĩa là xử lý các yêu cầu của thuê bao về việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi thông qua các bản tin báo hiệu Lớp này còn có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng và dịch vụ (Service and Application Plane).Các chức năng này sẽ được thực thi thông qua các

thiết bị như Media Gateway Controller ( hay Call Agent hay Call Controller ), các SIP Server hay Gatekeeper

2.2.1.3 Lớp ứng dụng và dịch vụ

Lớp ứng dụng và dịch vụ là lớp cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như mạng thông minh IN - Intelligent Networks, các dịch vụ giá trị gia tăng Lớp này liên kết với lớp điều khiển và báo hiệu thông qua các giao diện lập trình mở API - Application Programing Interface Cũng chính nhờ đó mà việc cập nhật, tạo mới và triển khai ứng dụng, dịch vụ mạng trở nên vô cùng nhanh chóng và hiệu quả Trên lớp này sử dụng các thiết bị như Application Server, Feature Server Lớp này cúng có thể thực thi việc điều khiển những thành phần đặc biệt như Media Server, một thiết bị được biết đến với tập các chức năng như conferencing, IVR, xử lý tone

2.2.1.4 Lớp quản lý (Management Plane)

Lớp quản lý mạng có nhiệm vụ cung cấp các chức năng như giám sát các dịch vụ

và khách hàng, tính cước và các tác vụ quản lý mạng khác Nó có thể tương tác với bất

kỳ hoặc cả ba lớp còn lại thông qua các chuẩn công nghiệp ví dụ như SNMP hoặc các chuẩn riêng và các APIs – giao diện lập trình mở

Dựa vào mô hình mạng NGN ở trên, Chuyển mạch mềm Softswitch phải thực hiện các chức năng sau :

 Trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn mạng, quản lí và điều khiển các loại gateway truy nhập mạng, hoạt động theo tất cả các loại giao thức báo hiệu từ H323, SIP đến MGCP/MEGACO

 Giao tiếp với báo hiệu của mạng PSTN (chủ yếu là kết nối với mạng báo hiệu SS7) và liên kết với hệ thống Softswitch khác

 Tạo ra các môi trường lập trình mở để cho phép các hãng thứ ba dễ dàng tích hợp

và phát triển ứng dụng (trên nền IP)và kết nối với các môi trường cung cấp dịch

vụ đã có sẵn (ví dụ IN)

2.2.2 Các giao thức điều khiển và báo hiệu trong mạng NGN

Trong mạng điện thoại công cộng hiện nay có hai hệ thống báo hiệu đang được sử dụng, đó là báo hiệu kênh liên kết CAS và báo hiệu kênh chung CCS Mạng thế hệ mới ngoài các dịch vụ truyền thống như thoại/fax còn cung cấp các dịch vụ dữ liệu, do

đó đòi hỏi phải có các giao thức báo hiệu mới

Các giao thức báo hiệu chính sử dụng trong các hệ thống chuyển mạch mềm là:

 H.323

 SIP (Session Initiation Protocol)

 MGCP (Media Gateway Control Protocol)

 H.248

Hình 2.9: Quan hệ giữa các giao thức trong mạng NGN

Công nghệ VoIP - truyền thoại trên mạng IP - phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây Các chuẩn và mô hình báo hiệu khác nhau trong mạng VoIP lần lượt được sử dụng bắt đầu từ H323 đến SIP và MGCP Mạng NGN kế thừa, tiếp tục sử dụng các chuẩn này Trong mạng NGN các cuộc gọi thoại đều là các cuộc gọi VoIP Các ứng dụng liên quan tới Video cũng có thể sử dụng các chuẩn này

2.2.2.1 Báo hiệu theo giao thức H.323

a, Giới thiệu chung

Khi đề cập đến thoại IP, tiêu chuẩn Quốc tế thường được nhắc tới là H.323 Được ban hành lần đầu tiên vào năm 1996, khuyến nghị này hiện đang là một bản chỉ tiêu kĩ thuật cơ bản cho các sản phẩm thoại qua IP Tuy vậy, khuyến nghị H.323 được đưa ra một cách rất chung chung, vì thế nó ít được coi là tiêu chuẩn cụ thể Khuyến nghị này chỉ đưa ra yêu cầu về “giao diện mạng gói” tại các thiết bị đầu cuối

Theo định nghĩa của ITU-T cho H.323: “Hệ thống truyền thông đa phương tiện dựa trên công nghệ gói” Người ta hy vọng rằng các mô hình truyền thông đa phương tiện này có thể hỗ trợ cho ngành viễn thông trong các ứng dụng video như teleconferencing và data-conferencing hoặc truyền file Mặc dù H.323 có nhiều công dụng, nhưng mối quan tâm chính của mọi người đối với khuyến nghị này là khả năng Audio để thực hiện thoại IP Đặc tính đa phương tiện toàn diện của H.323 hầu như chỉ được sử dụng vào một trong những ứng dụng cơ bản nhất là thoại

b, Cấu trúc H.323

VoIP chỉ sử dụng một phần cấu trúc của H.323, tuy nhiên tốt nhất ta xem xét cấu trúc H.323 một cách hoàn chỉnh trước khi tiến hành phân tích một phần H.323 sử dụng trong mạng VoIP Cấu trúc H.323 có thể được sử dụng một cách thông dụng ở mạng

H.245 Q.931 RAS SIP MGCP RTP RTCP RTSP

Audio/Video

UDP TCP

IP

H.225 H.323

Báo hiệu và điều

khiển cuộc gọi

Báo hiệu và điều khiển cổng

Media

LAN hoặc mạng gói diện rộng Bất kỳ một mạng gói không tin cậy (không có đảm bảo

về chất lượng dịch vụ), hoặc có độ trễ cao đều có thể được sử dụng cho H.323

Hình 2.10: Mô hình mạng H.323 đơn giản

Với mạng LAN sẽ có 4 loại thiết bị H.323 chính Những người sử dụng đều phải

có thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Terminal) Đó là những PC đa phương tiện điển hình có thể tận dụng được mọi ưu điểm của H.323, bao gồm hội nghị Video đa điểm Mọi thiết bị truyền thông đa điểm sử dụng khối điều khiển đa điểm H.323 - MCU (Multipoint Control Unit) Tất nhiên các khả năng của H.323 có thể mở rộng cho mạng WAN nếu các kết nối được thiết lập giữa các thiết bị H.323 Đây là chức năng chính của các thiết bị Gatekeeper H.323, các thiết bị này là tuỳ chọn ở H.323 Gatekeeper có chức năng chính là chuyển đổi địa chỉ và điều khiển băng thông Gatekeeper cung cấp các dịch vụ điều khiển cuộc gọi cho các điểm cuối trong hệ thống H.323 Nó thực hiện chức năng quản lý hoạt động của hệ thống Trong mạng H.323 không nhất thiết phải

có Gatekeeper, tuy nhiên nếu có Gatekeeper thì tất cả các đầu cuối phải đăng ký trước khi thực hiện cuộc gọi Tất cả các điểm cuối H.323 (terminal, gateway, MCU) khi đã đăng ký với Gatekeeper sẽ tạo thành vùng H.323 (H.323 zone) do Gatekeeper đó quản

lý [1]

H.323 có thể được sử dụng với PSTN toàn cầu, N-ISDN (mạng ISDN với tốc độ dưới 1,5 hoặc 2 Mb/s), mạng B-ISDN sử dụng ATM (mạng ISDN có tốc độ lớn hơn 1,5 hoặc 2 Mb/s) Thậm chí là một điện thoại hoặc một đầu cuối cũng có thể tham gia vào hội nghị H.323 nhưng chỉ với khả năng Audio

Khi H.323 được sử dụng với N-ISDN, điện thoại ISDN hoặc các thiết bị đầu cuối ISDN, H.320 cũng được sử dụng H.320 mô tả một sự sắp xếp các đầu cuối đối với hệ thống điện thoại N-ISDN Các thiết bị này thường được sử dụng cho các dịch vụ Videoconference và Videophone Nếu có một mạng LAN được gắn liền với ISDN đảm bảo chất lượng mặc định của các tham số dịch vụ, khi đó kết cuối H.322 là đầu cuối gắn liền với mạng trong đó đường truyền bao gồm một hoặc nhiều mạng LAN, mỗi mạng LAN được cấu tạo để cung cấp một chất lượng dịch vụ QoS tương xứng với

chất lượng của N-ISDN H.323 vận hành trên phạm vi Ethernet mở rộng được gọi là Ethernet đẳng thời, hoặc Isoethernet (là cấu trúc Ethernet cơ bản được ghép thêm một

số kênh 64kb/s) Tuy nhiên vì một số lý do, Isoethernet không được sử dụng

Cuối cùng, những mạng B-ISDN dựa trên ATM có thể dùng các kết cuối H.321 Video/Audio H.321 áp dụng khái niệm kết cuối H.320 vào B-ISDN B-ISDN cũng có thể sử dụng cấu hình gọi là Cấu hình kết cuối H.310 hoạt động trong H.321 Các kết cuối H.310 là một kiểu kết cuối "super" Audio/Visual tận dụng được B-ISDN và ATM

về mặt dịch vụ và báo hiệu

Tóm lại, H.320 được dùng để xác định 4 loại kết cuối (thiết bị sử dụng) Các kết cuối H.321 cho B-ISDN và ATM, kết cuối H.322 cho QoS các mạng LAN, kết cuối H.323 cho hội nghị, và H.324 dành cho các kết nối kiểu quay thoại 33,6kb/s Khi được

sử dụng cho thoại IP, H.323 bao gồm cả các cuộc gọi VoIP được thực hiện giữa các kết cuối H.323 hoặc giữa kết cuối H.323 và Gateway H.323

c, H.323 cho thoại IP

Cấu trúc H.323 là rất quan trọng cho việc thực hiện VoIP nói riêng và với mạng thoại IP hoàn chỉnh nói chung Nhưng chỉ có một phần của H.323 là cần thiết để vận hành các kết cuối Audio (các PC hoặc điện thoại) qua mạng IP Do đó khi áp dụng cho thoại IP, chỉ sử dụng một phần H.323 như trong bảng:

H.225 Terminal tới Gatekeeper signaling

H.225 Tín hiệu cuộc gọi

H 245 T.120 (Chuyển tiếp

dữ liệu đa điểm)

TP RTCP RTP RTCP

Truyền tải không tin cậy (UDP) Truyền tải tin cậy (TCP)

Thoại IP chỉ sử dụng thành phần Audio và điều khiển của H.323 Thành phần Audio xử lý toàn bộ chức năng VoIP và tiêu chuẩn Audio mà H.323 yêu cầu là G.711 (64kb/s) Tất nhiên ở hầu hết các cấu hình của VoIP, thì G.728 (16kb/s) là có ý nghĩa hơn khi thực hiện thoại số hoá có tốc độ thấp, đặc biệt là G.723 (5,3kb/s hoặc 6,4 kb/s) hoặc G.729 (8 kb/s) H.323 chỉ ra rằng các mào đầu của giao thức truyền tải thời gian thực RTP sẽ được bổ sung vào dữ liệu UDP Để kiểm soát chất lượng của thoại trên mạng, một số giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực RTCP được thực hiện Phần điều khiển của H.323 cũng có thể sử dụng các UDP để nhanh chóng thiết lập các kết nối giữa thiết bị đầu cuối H.323 và Gatekeeper H.323 Gatekeeper H.323 về mặt cơ bản là một Server truy cập từ xa RAS của mạng H.323 H.225 cũng được sử

dụng để điều khiển cuộc gọi với TCP để thiết lập, duy trì những kết nối VoIP H.245

sử dụng với mọi kết cuối H.320 cũng có thể được sử dụng với TCP Phần tiếp theo sẽ làm sáng tỏ các phần phức tạp trong các khuyến nghị H.323 này

Trong khi một số các nhà sản xuất thiết bị và phần mềm VoIP tuỳ thuộc vào các thành phần và giao thức độc quyền thì hầu hết họ đã sử dụng khuyến nghị H.323 và cố gắng tuân thủ nó một cách đầy đủ nhất để có thể phối hợp hoạt động với nhiều nhà khai thác khác Thực tế đó làm cho H.323 trở thành mô hình tốt đối với các hệ thống VoIP Hình 4.5 dưới đây chỉ ra cho thấy các chức năng chính của hệ thống VoIP tuân thủ H.323 Để đơn giản, trong phần này chỉ đưa các chức năng mà cần thiết cho hoạt động của VoIP

Hình 2.12: Các chức năng giao thức của hệ thống VoIP

Như đã chỉ ra trong hình 2.12, H.323 không định nghĩa cơ chế đưa các tín hiệu thoại vào hệ thống VoIP H.323 không định nghĩa các đặc tính của mạng mà qua đó thoại đã được đóng gói sẽ truyền đi, cũng không định nghĩa các giao diện giữa các kết cuối thoại và mạng đó H.323 chỉ định nghĩa rất rõ vai trò của kết cuối và Gateway H.323

Các kết cuối và Gateway VoIP: Trong một số chức năng khác, H.323 xác định vai trò của các thành phần trong các loại hệ thống VoIP Có lẽ quan trọng nhất trong số các thành phần này là các kết cuối và Gateway được hiểu như những điểm cuối Hai loại thiết bị này cùng thực thi một nhiệm vụ: đánh dấu khởi đầu và giải phóng các thành phần IP trong cuộc gọi thoại Khi hai người sử dụng PC đa phương tiện gọi cho nhau với một phần mềm ứng dụng có sẵn trong máy tính, sử dụng Microphone và loa được tích hợp trong PC, toàn bộ cuộc gọi có thể được tiến hành thông qua mạng IP giữa 2 điểm cuối H.323 Trong trường hợp cuộc gọi đường dài từ điện thoại này đến điện thoại khác thông qua nhà khai thác VoIP, thoại sẽ đi từ PSTN sang gói rồi trở lại PSTN với sự chuyển đổi từ PSTN sang gói được diễn ra tại các kết cuối H.323 Các kết cuối H.323 hình thành các điểm cuối cuộc gọi VoIP Trong các trường hợp khác, các chức năng cơ bản của thiết bị vẫn giữ nguyên - mỗi chức năng mô tả một điểm mà