Chuyển mạch mềm và giải pháp nâng cấp mạng thông tin hữu tuyến của bộ công an

Danh mục các từ viết tắt ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển giao không đồng bộ INAP IN Application Protocol Giao thức ứng dụng mạng IN IP Internet Protocol Giao thức Internet I

LuËn v¨n th¹c sü khoa häc

CHUYỂN MẠCH MỀM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN HỮU TUYẾN CỦA BỘ CÔNG AN

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS HOÀNG MẠNH THẮNG

häc viªn : NGUYỄN VĂN TÀI

Hµ néi - 2010

Mục lục TRANG PHụ BìA

LờI CAM ĐOAN

MụC LụC

DANH MụC CáC Từ VIếT TắT

DANH MụC CáC BảNG BIểU

DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị

Mở đầu .1

Chương 1.Mạng thế hệ sau và Công nghệ chuyển mạch mềm 5

1.1 Mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm 6

1.2 Lợi ích của Softswitch đối với các nhà khai thác và người sử dụng .10

1.3 Các ứng dụng chính 15

1.3.1 ứng dụng làm SS7 PRI Gateway 15

1.3.2 ứng dụng tổng đài packet tandem 17

1.3.3 ứng dụng tổng đài nội hạt 20

1.4 Báo hiệu trong hệ thống chuyển mạch mềm 23

1.4.1 Cấu trúc H.323 23

1.4.1.1 Cấu hình mạng H.323 25

1.4.1.2 Thiết lập và huỷ cuộc gọi H.323 26

1.4.2 Giao thức điều khiển phiên SIP 27

1.4.2.1 Phần mềm chuyển mạch cuộc gọi SIP 28

1.4.2.2 Các bản tin SIP, mào đầu và đánh số 30

1.4.2.3 Thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP 31

1.4.2.4 Tính năng của SIP 32

1.4.2 MGCP (Media Gateway Control Protocol) 33

1.4.3.1 Thiết lập cuộc gọi 34

1.4.3.2 Các lệnh MGCP 35

1.4.3.3 MGCP, SIP và H.323 35

Kết luận 37

Chương 2.giải pháp chuyển mạch mềm của các hãng 38

2.1 Giải pháp của Cisco 38

2.1.1 VSC 3000 (Virtual Switch Controller) 38

2.1.2 Cisco BTS 10200 Softswitch 45

2.1.2.1 Cấu trúc của Cisco BTS 10200 Softswitch 46

2.1.2.2 Các giao diện của Cisco BTS 10200 Softswitch 48

2.1.2.3 Nền tảng phần cứng của BTS 10200 49

2.1.3 Hướng tiếp cận phát triển sản phẩm softswitch của Cisco 49

2.2 Giải pháp của h∙ng Verso 50

2.2.1 Hệ thống Soft-switch 50

2.2.1.1 Kiến trúc hệ thống 50

2.2.1.2 Lớp mạng thông minh 51

2.2.1.3 Lớp điều khiển cuộc gọi (báo hiệu) 56

2.2.1.4 Lớp truyền tải 58

2.2.2 Một số thiết bị sử dụng trong giảI pháp 60

2.2.2.1 Thiết bị cổng truy nhập đa dịch vụ MSAG (Multi Service Access Gateway) 60

2.2.2.2 Thiết bị truyền tải trung tâm 63

2.2.2.3 Hệ thống điều khiển, quản lý mạng HP Open view 68

Chương 3: Mạng thông tin bca và giải pháp nâng cấp mạng 70

3.1 Thực trạng cơ sở hạ tầng mạng viễn thông ngành Công an 70

3.1.1 Mạng truyền dẫn chuyên dùng CAND 70

3.1.2 Mạng thông tin điện thoại chuyên dùng CAND 71

3.2 Định hướng phát triển mạng viễn thông ngành Công an 72

3.2.1 Mục tiêu phát triển 72

3.2.2 Định hướng phát triển mạng viễn thông chuyên dùng CAND 74

3.2.2.1 Yêu cầu phát triển mạng truyền dẫn chuyên dùng CAND 74

3.2.2.2 Yêu cầu phát triển mạng điện thoại chuyên dùng CAND 74

3.3 Tổ chức và quản lý mạng Viễn thông CAND 75

3.4 Giải phỏp nõng cấp mạng thụng tin cho Bộ Cụng an 75

3.4.1 Mạng lõi 75

3.4.1.1 Hệ thống truyền dẫn IP 77

3.4.1.2 Hệ thống chuyển mạch mềm (Soft-switch) 77

3.4.2 Lớp mạng biên và lớp mạng mạng truy cập 78

3.4.2.1 Thiết bị định tuyến lớp biên 78

3.4.2.2 Thiết bị Media gateway 80

3.4.3 Phương án nâng cấp mạng của Công an Thành Phố Hồ Chí Minh 80

3.4.3.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với mạng thế hệ mới của Công an TP HCM 80

3.4.3.2 Giai đoạn 1 81

3.4.3.3 Giai đoạn 2 91

Kết luận 93

Tài liệu tham khảo 94

Danh mục các từ viết tắt

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển giao không đồng

bộ

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

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

MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

PBX Private Branch eXchange Tổng đài nhánh

PRI Primary Rate Interface Giao diện tốc độ sơ cấp

PSDN Public Switched Data Network Mạng dữ liệu chuyển mạch công

R-F Routing- Function Chức năng định tuyến

RTCP Real Time Transport Control

Protocol

Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực

RTP Real Time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực

SPC Stored Programme Control Điều khiển theo chương trình lưu

trữ

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

Tõ viÕt t¾t Tõ gèc NghÜa tiÕng ViÖt

UDP User Datagram Protocol Giao thøc gãi tin ng−êi dïng

WDM Wavelenght Division

Multiplexing

GhÐp kªnh ph©n chia theo b−íc sãng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1-1 Mạng thế hệ mới 6

Hình 1-2 ứng dụng làm SS7 PRI gateway của softswitch 16

Hình 1-3 ứng dụng packet tandem 18

Hình 1-4 Sử dụng Softswitch để cung cấp thoại đường dài 20

Hình 1-5 Mạng thế hệ mới và thuê bao doanh nghiệp 21

Hình 1-6 Mạng thế hệ mới và thuê bao tư nhân 22

Hình 1-8 Mạng H.323 25

Hình 1-9 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN 26

Hình 1-10 Thiết lập cuộc gọi H.323 27

Hình 1-11 Cấu trúc SIP 29

Hình 1-13 MG và MGC 34

Hình 1-14 Thiết lập cuộc gọi A-B 34

Hình 1-15 H.323 Gateway và MGC+MG 36

Hình 1-16 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP 36

Hình 2-1: Ví dụ về ứng dụng VSC 40

Hình 2-2 Một nút VSC 41

Hình 2-3 Cấu trúc logic của BTS 10200 47

Hình 2-4 Giao diện với mạng SS7 48

Hình 2-5 Kiến trúc mạng Verso 51

Hình 2-6 Class 5 Call Manager C5CM 57

Hình 2-7 Cổng truy nhập đa dịch vụ MSAG 60

Hình 2-8 Hệ thống định tuyến lõi Juniper network M10i 64

Hình 2-9 Thiết bị truyền tải trung tâm (Core Switch) Nortel Ethernet Routing Switch 5530-24TFD 66

Hình 2-10 Giao diện Phần mềm HP Open View NNM 69

Hình 2-11 HP Open View Route Analytics management System AMS 69

Hình 3-1 Tổng thể mạng NGN toàn ngành Công an 76

Hình 3-2 Sơ đồ tổng cấu trúc mạng NGN tại mỗi vùng 78

Hình 3-3 Sơ đồ cấu trúc mạng NGN tại mỗi Tỉnh/Thành phố 79

Hình 3-4 Sơ đồ tổng thể của giải pháp tại giai đoạn 1 81

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua TCT Bưu chính Viễn thông Việt nam đã phát triển không ngừng với tốc độ tăng trưởng rất cao Nắm bắt được xu thế phát triển của mạng viễn thông trên thế giới TCT BCVT đã đề ra chiến lược phát triển đúng đắn, tiến tới thiết lập mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) là cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia duy nhất Cùng với sự phát triển của các công nghệ mạng, công nghệ chuyển mạch cũng tiến thêm một bước, đó là sự ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm softswitch

Đất nước ta trong giai đoạn cách mạng mới, đang đứng trước những vận hội tạo thuận lợi to lớn cho sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá và phát triển kinh tế đất nước; Bên cạnh đó cũng đặt chúng ta trước những nguy cơ và thách thức to lớn, đặc biệt là công tác bảo vệ an ninh quốc gia

Trước những tình mới của đất nước, đặt ra cho lực lượng CAND yêu cầu nhiệm vụ ngày càng nặng nề trong nhiệm vụ giữ vững An ninh chính trị và bảo đảm trật tự an toàn xã hội, yêu cầu lực lượng CAND phải thường xuyên nắm vững tình hình, chuẩn

bị sẵn sàng các phương án tác chiến, các điều kiện để đối phó nhằm giành thắng lợi trong mọi tình huống xảy ra, đấu tranh làm thất bại mọi âm mưu và hoạt động "diễn biến hoà bình" của các thế lực thù địch, làm thất bại mọi âm mưu và hoạt động của các loại tình báo, gián điệp, giữ vững ổn định chính trị, bảo vệ an toàn các mục tiêu trọng điểm, chủ động ngăn ngừa, không để xảy ra đột xuất bất ngờ, xảy ra bạo loạn chính trị, bạo loạn vũ trang, không để hình thành các tổ chức chính trị chống đối, giữ vững an toàn và trật tự xã hội, kiềm chế sự gia tăng tội phạm, đẩy lùi tội phạm có nguy hiểm có tổ chức, tôi phạm ma tuý và các tệ nạn xã hội khác Để thực hiện và hoàn thành trọng trách năng nề đó, lực lượng CAND phải không ngừng củng cố đội ngũ, xây dựng và phát triển lực lượng tiến lên chính quy hiện đại; trong đó nhiệm vụ tăng cường tiềm lực Khoa học kỹ thuật, hiện đại hoá các trang thiết bị, phương tiện nghiệp vụ và cơ sở hạ tầng Viễn thông hiện đại là một nhiệm vụ cực kỳ quan trọng Riêng đối với mạng Viễn thông tin học ngành Công an hiện nay, về cơ bản đã đáp ứng được các yêu cầu về thông tin nói chung Tuy nhiên, để đạt được yêu cầu hội tụ,

khai thác tối đa để sử dụng chung hạ tầng sẵn có, cũng như các thiết bị đã được trang bị thì việc nghiên cứu đầu tư mạng NGN là thực sự cần thiết và cấp bách

Đề tài “Chuyển mạch mềm và giải pháp nâng cấp mạng thông tin hữu tuyến của Bộ Công an” sẽ đáp ứng được nhu cầu thiết thực trong phát triển mạng thông tin hữu tuyến ngành Công an, phục vụ đắc lực công tác chỉ huy chỉ đạo của lãnh đạo các cấp

đồng thời tiến kịp với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thông trong nước nói riêng và trên thế giới nói chung

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch mềm

- Tìm hiểu về mô hình tổ chức mạng thông tin hữu tuyến của Bộ Công an

- ứng dụng công nghệ chuyển mạch mềm để nâng cấp mạng thông tin hữu tuyến Bộ Công an

- Đưa ra phương án triển khai nâng cấp, hiện đại hóa mạng thông tin hữu tuyến Bộ Công an

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a, Đối tượng nghiên cứu

- Mạng thông tin hữu tuyến Bộ Công an

- Công nghệ chuyển mạch mềm

- Sản phẩm , giải pháp của các hãng

b, Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan, các giao thức báo hiệu trong chuyển mạch mềm

- Nghiên cứu hiện trạng mô hình tổ chức mạng của Bộ Công an, khả năng và giải pháp nâng cấp, hiện đại hóa mạng

- Qua nghiên cứu, tìm hiểu đưa ra giải pháp nâng cấp và phương án triển khai

- Khảo sát mô hình tổ chức mạng của Bộ Công an, nhu cầu sử dụng thông tin để đưa

ra giải pháp nâng cấp, hiện đại hóa mạng thông tin hữu tuyến Bộ Công an

5 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Công nghệ chuyển mạch mềm cũng như các mô hình mạng sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm đã được nghiên cứu và chuẩn hóa rộng rãi trên toàn thế giới Tuy nhiên việc áp dụng vào thực tế tại mỗi quốc gia, ứng với mỗi nhà khai thác lại không thể áp dụng theo một lộ trình cứng nhắc nào, điều đó tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể vào điều kiện phát triển của thị trường và thị phần của nhà khai thác đó Đối với mạng thông tin hữu tuyến Bộ Công an, do nhu cầu sử dụng ngày càng tăng cả về số lượng và nhu cầu dịch vụ, việc áp dụng các giải pháp để triển khai nâng cấp hiện đại hóa mạng thông tin Bộ Công an cũng cần có các nghiên cứu và đánh giá dựa trên

đặc điểm cụ thể của mạng, đề tài này chính là một trong những nghiên cứu đánh giá công nghệ chuyển mạch và thực trạng mạng Bộ Công an hiện tại, nhằm triển khai xây dựng giải pháp nâng cấp mạng vào thực tế một cách bài bản, hiệu quả, không chỉ đáp ứng nhu cầu trước mắt mà còn là nhu cầu phát triển lâu dài theo lộ trình và

định hướng nhất định Kết quả của đề tài chính là một đề án chi tiết nhằm triển khai nâng cấp hiện đại hóa mạng thông tin hữu tuyến Bộ Công an sát với thực tế của mạng Bộ hiện tại, do đó mang tính thực tiễn cao

6 Kết cấu của đề tài

Đề tài bao gồm 3 chương, với nội dung tóm tắt như sau:

Chương 1: Mạng thế hệ sau và công nghệ chuyển mạch mềm Chương này sẽ giới thiệu và nghiên cứu về công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch như: Lợi ích của Softswitch đối với nhà khai thác và người sử sụng, các ứng dụng chính của chuyển mạch mềm Đặc biệt nghiên cứu kỹ về các giao thức báo hiệu trong chuyển mạch mềm bao gồm giao thức H323, SIP, MGCP…

Chương 2: Tổng đài chuyển mạch mềm của các h∙ng

Chương này sẽ giới thiệu giải pháp ứng dụng công nghệ chuyển mạch mềm của các hãng nổi tiếng như giải pháp của Cisco, Verso đồng thời nghiên cứu đặc điểm, tính năng các sản phẩm chuyển mạch mềm để ứng dụng thiết kế nâng cấp mạng thông tin hữu tuyến Bộ Công an

Ch−¬ng 3: m¹ng th«ng tin bé c«ng an vµ gi¶i ph¸p n©ng cÊp

Chương 1 Mạng thế hệ sau và Công nghệ chuyển mạch mềm

Mạng thế hệ sau (NGN) đang dần được định hình, đó không phải là một cuộc cách mạng mà là một bước phát triển Hạ tầng mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế chỉ trong một sớm một chiều, vì thế NGN phải tương thích được với môi trường mạng có sẵn Trong quá trình phát triển, vốn đầu tư sẽ dần dịch chuyển từ hạ tầng mạng chuyển mạch kênh hiện nay sang hạ tầng mạng thế hệ sau

Có nhiều yếu tố góp phần tạo nên sự nổi trội của công nghệ mạng thế hệ sau Môi trường kinh doanh toàn cầu đang thay đổi Trong phần lớn thế kỷ 20, hầu hết các mạng thông tin do các nhà độc quyền điều hành Trong nhiều trường hợp, các nhà

độc quyền này thuộc sở hữu của chính phủ Giờ đây, trong thế kỷ 21 này, các nhà cung cấp thuộc nhà nước đang được cổ phần hoá, thế độc quyền cũng biến mất nhường chỗ cho cạnh tranh Trong khi đó, nhu cầu của khách hàng về kết nối, về băng thông và các dịch vụ chất lượng cao đang tăng lên theo cấp số nhân Khả năng lựa chọn dịch vụ của khách hàng cũng đang được mở rộng

Mạng thế hệ sau là mạng của các ứng dụng mới và các khả năng mang lại lợi nhuận

mà chỉ đòi hỏi giá thành thấp Đó không chỉ là mạng phục vụ thông tin thoại Đó không chỉ là mạng phục vụ tryền số liệu Đó là một mạng thống nhất mang lại những ứng dụng cao cấp cho đời sống xã hội

Những lợi ích về mặt kinh tế của thoại gói đang thúc đẩy sự phát triển của cả mạng truy nhập và mạng đường trục từ chuyển mạch kênh sang gói Và bởi vì thoại gói

đang dần được chấp nhận rộng rãi trong cả mạng truy nhập và mạng đường trục, các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt truyền thống đóng vai trò cầu nối của cả hai mạng gói này Việc chuyển đổi gói sang kênh phải được thực hiện tại cả hai đầu vào

ra của chuyển mạch kênh, làm phát sinh những chi phí phụ không mong muốn và tăng thêm trễ truyền dẫn cho thông tin, đặc biệt ảnh hưởng tới những thông tin nhạy cảm với trễ đường truyền như tín hiệu thoại

Nếu tồn tại một giải pháp mà trong đó các tổng đài nội hạt có thể cung cấp dịch vụ thoại và các dịch vụ tuỳ chọn khác ngay trên thiết bị chuyển mạch gói, thì sẽ không phải thực hiện các chuyển đổi không cần thiết nữa Điều này mang lại lợi ích kép là

làm giảm chi phí và tăng chất lượng dịch vụ (giảm trễ đường truyền), và đó cũng là một bước quan trọng tiến gần tới cái đích cuối cùng, mạng NGN

1.1 Mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm

Sự khác biệt cơ bản giữa PSTN chúng ta đã biết và NGN là hai tầng trên cùng của NGN, tầng ứng dụng và tầng điều khiển thiết bị, đã được tách thành các môi trường tính toán mở, ví dụ như môi trường JAVA 2, cho phép cung cấp các ứng dụng chất lượng cao và đa dạng

Điều quan trọng là các lớp này có khả năng cung cấp các ứng dụng số liệu và các dịch vụ mới tới tận bàn làm việc của khách hàng, nơi đặt các thiết bị điện thoại, thiết

bị cầm tay và các hệ thống máy tính Như thế có nghĩa là các khách hàng có thể kiểm soát và sử dụng tài nguyên mạng tùy theo họ muốn, làm giảm đáng kể chi phí

điều hành và quản lý mạng

Hình 1-1 Mạng thế hệ mới Hình 1-1 minh hoạ một số thành phần hợp thành nên mạng, qua đó thể hiện hai điều cơ bản:

• Cấu hình mạng sẽ bao gồm một mạng lõi cáp quang, tích hợp với các công nghệ truy nhập khác nhau như cáp quang, cáp đồng, vô tuyến và cáp đồng trục

• Các dịch vụ được cung cấp do một số máy chủ (Server) trong một mạng mô hình mở tuân thủ chuẩn công nghiệp, thí dụ như công nghệ JAVA

Cũng như công nghệ phân tán, tuân theo chuẩn công nghiệp và cấu hình dựa trên các máy chủ như vậy đang dẫn đường cho Internet và thương mại điện tử, như công nghệ JAVA 2, sẽ cho phép các nhà cung cấp tạo ra các dịch vụ mới và kết hợp nó với các dịch vụ hiện có Cần có một giải pháp mới để giải quyết vấn đề thống nhất thông tin thoại, số liệu, fax, video trong mạng NGN Giải pháp đó chính là

Softswitch

Theo Nortel, Softswitch là một thành tố quan trọng nhất của mạng tương lai (NGN

– Next Generation Network) 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 Các hệ thống máy tính kiến trúc mở sử dụng các thành phần đã được chuẩn hoá và sử dụng rộng rãi của nhiều nhà cung cấp khác nhau ở đây, hệ thống máy tính có thể là một máy tính cỡ nhỏ cho tới những server

cỡ lớn như Netra của Sun Microsystem Sử dụng các hệ thống máy tính mở cho phép các nhà khai thác phát triển dịch vụ một cách độc lập với phần cứng và hưởng lợi ích

từ định luật Moore trong ngành công nghiệp máy tính

Theo MobileIN, 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 chuyên dụng cho việc kết nối và được thiết kế với mục đích phục vụ thông tin thoại Những mạng dựa trên chuyển mạch gói hiệu quả hơn thì sử dụng giao thức Internet (IP) để

định tuyến thông tin thoại và số liệu qua các con đường khác nhau và qua các thiết

bị được chia sẻ

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 chuyển mạch nội hạt, và cho ta một công cụ hữu hiệu để tạo

ra sự khác biệt về dịch vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và đơn giản hoá quá trình dịch chuyển từ mạng truyền thống sang mạng hỗ trợ thoại gói từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to- end) trong tương lai

Có thể nói rằng, mỗi nhà phát triển nhìn Softswitch dưới con mắt khác nhau Các nhà cung cấp nhỏ thường chỉ nhắc tới vai trò của Softswitch trong việc thay thế tổng

đài nội hạt Đúng là Softswitch thể hiện rất rõ ưu điểm của mình trong ứng dụng làm tổng đài nội hạt như chúng ta sẽ nói đến dưới đây, nhưng không chỉ có vậy Các nhà cung cấp lớn hơn (như Nortel, Alcatel, Cisco ) đã đưa ra các giải pháp Softswitch hoàn chỉnh cho cả tổng đài nội hạt (local exchange) và tổng đài chuyển tiếp (tandem/transit)

Softswitch trong vai trò thay thế tổng đài nột hạt: Cho 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 phải đưa ra các quyết định về tuyến và thực thi các chức năng xử lý cuộc gọi cho hàng trăm loại dịch vụ khác nhau

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

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

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

Một giải pháp cho vấn đề này, mà chúng ta có thể hình dung ra, là các thiết bị lai có thể chuyển mạch được cả thông tin dạng kênh và dạng gói, cùng với những phần mềm cần thiết để xử lý cuộc gọi được cài đặt trong nó Trong khi phương pháp tiếp cận này có thể giúp ta giải quyết vấn đề trong thời kỳ chuyển đổi, nó vẫn không

giúp được ta giảm giá thành cũng như không mang lại khả năng tạo sự khác biệt về dịch vụ

Ngành công nghiệp viễn thông dường như đã đạt được một sự nhất trí rằng câu trả lời tốt nhất là tách chức năng xử lý cuộc gọi ra khỏi thiết bị chuyển mạch vật lý, và kết nối hai thành phần này với nhau thông qua một giao thức chuẩn Trong thuật ngữ của Softswitch, chức năng chuyển mạch ở phần vật lý do MG-Media Gateway đảm nhiệm, còn phần điều khiển cuộc gọi thuộc về bộ MGC–Media Gateway Controller

Có một số lý do chính mà dựa vào đó người ta tin rằng phân chia hai chức năng là giải pháp tốt nhất:

• Tạo cơ hội cho một số công ty nhỏ và linh hoạt vốn vẫn chỉ tập trung vào các phần mềm xử lý cuộc gọi hoặc vào phần mềm chuyển mạch gói gây được ảnh hưởng trong ngành công nghiệp viễn thông giống như các nhà cung cấp lớn

từ trước tới nay vẫn kiểm soát thị trường

• Cho phép có một giải pháp phần mềm chung cho xử lý cuộc gọi cài đặt trên rất nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng gói sử dụng các khuôn dạng gói và phương thức truyền dẫn khác nhau

• Là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn, tiết kiệm

đáng kể trong việc phát triển phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi

• 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 hết tiềm năng của mạng trong tương lai

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

Mô hình thường thấy hiện nay là: một mạng tổng đài TDM cấp thấp nhất (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động ) được nối với nhau bằng một mạng lưới trung kế điểm-điểm khá phức tạp và nối tới tổng đài chuyển tiếp cấp cao hơn (lớp 3, 4) 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:

• Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao, mất thời gian; việc định lại cấu hình và nâng cấp mạng lưới phải tiến hành liên tục nhằm để 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 thành phố là ban ngày còn ở ngoại ô lại là buổi đêm)

• Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó 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)

Trong mạng NGN các tổng đài TDM sẽ được thay thế bằng các tổng đài chuyển mạch mềm Kết nối các softswitch là mạng chuyển mạch gói đa dịch vụ IP/ATM/MPLS Phần tiếp cận thuê bao của mạng NGN là các BAN (Broadband Access Node) và IAD (Integrated 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 như mạng PSTN và mạng di động qua các Media Gateway

1.2 Lợi ích của Softswitch đối với các 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 những dịch vụ giá trị gia tăng hoàn toàn mới, hội tụ ứng dụng 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, và lợi nhuận cao hơn đáng kể

Hội thảo IP cũng như IP-Centrex là các dịch vụ cao cấp mới mô phỏng các tính năng của điện thoại truyền thống bằng công nghệ IP Các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) có thể sử dụng Softswitch để xây dựng nhiều dịch vụ có tính năng thoại Cấu trúc phân tán vốn thuộc về bản chất của Softswitch sẽ vẫn cho phép mạng thoại phát triển vì các nhà cung cấp vẫn có thể thêm các dịch vụ khi nào và tại đâu họ muốn

• Thời gian tiếp cận thị trường ngắn

Không chỉ có việc triển khai dịch vụ mới được nhanh chóng hơn, mà cả việc cung cấp các dịch vụ sau đó hay nâng cấp dịch vụ cũng trở nên nhanh chóng không kém,

do các dịch vụ được cung cấp thông qua các phần mềm Ngày nay là thời kỳ của việc nâng cấp chỉ với một thao tác bấm nút

Trong thế giới của điện thoại truyền thống, thời gian tiếp cận thị trường là rất quan trọng Những công ty mới gia nhập thị trường chỉ có thể trông mong chiếm được 30% thị phần Trong mạng NGN, các nhà khai thác mới vẫn có cơ hội chiếm giữ tới 80% thị phần, tất nhiên nếu họ đủ khả năng

• Khả năng thu hút khách hàng

Công việc kinh doanh cũng như cuộc sống của các khách hàng sẽ được trợ giúp rất nhiều bởi mạng thế hệ sau, chính vì vậy các khách hàng đó sẽ lệ thuộc nhiều hơn vào các nhà cung cấp dịch vụ, điều đó làm giảm bớt nguy cơ biến động trong kinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp có thể sử dụng công nghệ Softswitch để cho phép các khách hàng tự lựa chọn và kiểm soát các dịch vụ thông tin do mình sử dụng Viễn cảnh hấp dẫn này sẽ làm khách hàng trở nên “trung thành” với nhà cung cấp dịch vụ

• Giảm chi phí xây dựng mạng

Các hệ thống chuyển mạch mềm sẽ thay thế cho các tổng đài trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống, và bởi vì giải pháp mới này về căn bản ít tốn kém hơn nhiều nên trở ngại đối với các nhà khai thác mới muốn gia nhập thị trường không còn lớn như trước nữa Chi phí cho các hệ thống Softswitch sẽ theo dạng chi phí cho phần mềm chứ không còn theo kiểu chi phí cho các cơ cấu chuyển mạch kênh như

trước nữa, và do đó đầu tư vào Softswitch sẽ tăng gần như tuyến tính theo số lượng khách hàng mà không phải là một khoản đầu tư ban đầu rất lớn như trước đây

Các nhà khai thác mới chỉ cần mua các tính năng mà họ thấy cần thiết, khởi đầu với vài trăm khách hàng và thêm dần tính năng khi qui mô khách hàng được mở rộng

Và mặc dù chỉ khởi đầu với số lượng khách hàng nhỏ, các nhà khai thác này vẫn có thể cung cấp đầy đủ các dịch vụ cho khách hàng thông qua như các nhà khai thác lớn hơn Đây là điểm khác biệt vì chuyển mạch truyền thống luôn được thiết kế với tập tính năng và qui mô lớn hơn nhiều số lượng khách hàng và nhu cầu dịch vụ thực

tế

• Giảm chi phí điều hành mạng và chi phí hoạt động trung bình

Như đã nói ở trên, Softswitch cho phép khách hàng tự lựa chọn và kiểm soát quá trình sử dụng dịch vụ của mình, điều đó giúp giảm thiểu công việc cho các nhà điều hành mạng Giảm chi phí hoạt động trong thời gian dài cũng là điều hiển nhiên vì với Softswitch sẽ không còn các tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân lực điều hành, chuyển mạch giờ đây sẽ là các máy chủ đặt phân tán trong mạng,

được điều khiển bởi các giao diện thân thiện người sử dụng (GUI)

• Sử dụng băng thông một cách hiệu quả

Trong mô hình hiện nay, hệ thống điện thoại thiết lập một kênh dành riêng giữa người gọi và người được gọi trong một cuộc gọi bình thường Đường truyền này sẽ không sử dụng được cho bất kỳ một mục đích nào khác trong suốt quá trình đàm thoại Kỹ thuật TDM cho phép hệ thống truyền nhiều cuộc gọi trên một đường trung

kế, tuy nhiên kênh dành riêng vẫn sử dụng tài nguyên mạng nhiều hơn mức thực tế yêu cầu, đặc biệt tại những khoảng lặng trong quá trình đàm thoại của bất bỳ một cuộc hội thoại trên mạng

• Quản lý mạng hiệu quả hơn

Softswitch cũng cho phép các công ty quản lý mạng của mình một cách hiệu quả hơn Bên cạnh việc có thể giám sát và điều chỉnh hoạt động của mạng theo thời gian thực, khả năng truy nhập từ xa giúp cho việc nâng cấp cũng như thay đổi cấu hình mạng được thực hiện từ một trạm trung tâm, không nhất thiết phải đến tận nơi đặt thiết bị chuyển mạch

• Cải thiện dịch vụ

Khả năng nâng cấp một cách dễ dàng là một trong những nguyên nhân làm cho Softswitch sẽ được nhanh chóng chấp nhận trong thế giới viễn thông Bằng cách thêm những dịch vụ mới thông qua một máy chủ ứng dụng riêng biệt mới (nâng cấp Softswitch ), hay bằng cách triển khai thêm một module của nhà cung cấp thứ 3 ( third-party vendors) các nhà khai thác có thể cung cấp những dịch vụ mới nhanh chóng hơn và với giá thành thấp nhiều so với trong chuyển mạch truyền thống Các dịch vụ giá trị gia tăng hay các dịch vụ tổng hợp và một phương pháp tuyệt vời giúp các nhà khai thác tạo sự khác biệt với nhau cũng như chứng tỏ tính vượt trội của mình trong thị trường cạnh tranh Softswitch hỗ trợ nhiều tính năng giúp cho các công ty viễn thông có một cấu hình nền tảng mạnh cho phép họ phân biệt dịch vụ cho từng khách hàng đơn lẻ

• Tiết kiệm không gian đặt thiết bị

Softswitch cho phép các ứng dụng được chạy tại bất cứ khu vực nào trong mạng Mạng có thể có cấu trúc sao cho các máy chủ được bố trí gần những nơi mà nó thật

sự là tài nguyên quan trọng Các ứng dụng và tài nguyên có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ và tính năng mới không nhất thiết phải đặt tại cùng một nơi trong mạng Các nhà khai thác có thể sử dụng diện tích của mình một cách hiệu quả hơn vì NGN vốn bản chất là mạng phân tán, hơn nữa các thành phần cấu thành nên mạng thế hệ sau cũng có kích thước nhỏ hơn so với các chuyển mạch truyền thống

Đặt các máy chủ ở nhiều nơi trong mạng, đồng nghĩa với việc sẽ không còn những

điểm “nút” lưu lượng mạng, cũng sẽ làm mạng trở nên đáng tin cậy hơn

• Một môi trường tạo lập dịch vụ mềm dẻo

Một môi trường tạo lập dịch vụ linh hoạt hơn cho phép các nhà khai thác triển khai các dịch vụ mới mà không vấp phải những trở ngại của việc nâng cấp phần cứng (nói chung là giá thành cao) và các chi phí kèm theo khác như về nhân công, chuyên chở

• An toàn đối với vốn đầu tư

Mạng NGN hoạt động song song với hạ tầng mạng sẵn có, vì vậy các nhà khai thác vẫn thu hồi được vốn đã đầu tư vào thiết bị mạng truyền thống, cùng lúc đó vẫn triển

khai được những dịch vụ mới hoạt động tốt trên môi trường mạng có kiến trúc phức tạp, không đồng nhất

Softswitch phát triển các cơ sở dữ liệu mạng đã có, cho phép các dịch vụ mới tương tác với cơ sở dữ liệu được kế thừa Chức năng phiên dịch giao thức đảm bảo cho tính tương thích giữa rất nhiều hệ thống báo hiệu khác nhau như SS7, H.248/Megaco, IP, SIP, H.323, Q.931 v.v và giữa các mạng riêng biệt như giữa hệ thống vô tuyến và hệ thống mạng cáp

Điều đáng nói là Softswitch hoạt động một cách “trong suốt ” đối với người sử dụng, cho phép họ hưởng thụ chất lượng dịch vụ của thông tin thoại, số liệu, video qua

đường dây điện thoại vốn có của mình (cùng với một chiếc PC) mà chẳng cần quan tâm tới 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 các ứng dụng đa phương tiện Người sử dụng hoàn toàn không biết bằng cách nào cuộc gọi của mình đến được đích hay làm thế nào các dịch vụ đó tới được bàn làm việc của mình, bởi vì họ vẫn sử dụng những giao diện quen thuộc, ví dụ là chiếc điện thoại với những phím bấm quen thuộc phục vụ cho đàm thoại, fax hay những dịch vụ thoại khác

Bên cạnh việc lặp 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 của hai hệ thống trả sau hay trả trước Bằng cách sử dụng các giao diện lập trình mở (API) 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 (Caller 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

• Thông điệp hợp nhất

• IP Centrex

• Hỗ trợ đa phương tiện

• ứng dụng làm SS7 PRI Gateway

• ứng dụng trong tổng đài chuyển tiếp chuyển mạch gói (packet tandem)

• ứng dụng tổng đài nội hạt

1.3.1 ứng dụng làm SS7 PRI Gateway

ứng dụng này nhắm vào các nhà khai thác dịch vụ thoại cạnh tranh, những doanh nghiệp đang tìm kiếm một giải pháp giá thành thấp thay cho chuyển mạch kênh truyền thống để cung cấp giao diện PRI cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) phục vụ các đường truy nhập dial-up

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 cạn 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 làm cạn kiệt 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 khoảng 3 phút, nên khoảng thời gian trung bình tăng thêm do truy cập Internet, vào cỡ 35 phút, có

xu hướng làm suy kiệt tài nguyên tổng đài, tăng số lượng cuộc gọi không thành công Và 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: mua 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

Phần bên trái trong Hình 1-2 minh hoạ mô hình mạng hiện nay của các nhà khai thác tổng đài nội hạt, nó cho thấy các kênh PRI phục vụ thông tin thoại thông thường và phục vụ các ISP là như nhau và bởi vì phần lớn thuê bao Internet nằm ở phía thiết bị của nhà khai thác cấp cao hơn nên phần lớn lưu lượng số liệu từ modem

sẽ đi qua các kênh kết nối giữa thiết bị của nhà khai thác cấp cao và nhà khai thác cạnh tranh, hơn nữa không có sự phân biệt giữa lưu lượng thoại và lưu lượng số liệu Internet, điều đó dẫn đến tình trạng chuyển mạch của nhà khai thác cạnh tranh trở thành một “nút cổ chai” trên mạng

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 1-2 ứng dụng làm SS7 PRI gateway của softswitch

ứng dụng softswitch làm SS7 PRI gateway là một trong những giải pháp trong tình huống này Như phần bên phải của hình trên cho thấy, softswitch và media gateway

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

1.3.2 ứng dụng tổng đài packet tandem

a) 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 1-3 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, mất 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)

Softswitch Softswitch

Hình 1-3 ứng dụng packet tandem

Tất nhiên là sẽ có giải pháp cho vấn đề này Softswitch là một trong những giải pháp như vậy Trong Hình 1-3, phía bên phải cho thấy Softswitch cùng với các MG thay thế chức năng của các tổng đài chuyển tiếp chuyển mạch kênh trước đây, các tổng

đài nội hạt kết nối tới các Media Gateway bằng giao diện chuẩn TDM thông thường

và với Softswitch bằng báo hiệu số 7

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

b) 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

Softswitch Softswitch

Hình 1-4 Sử dụng Softswitch để cung cấp thoại đường dài

Hình 1-4 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

số 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)

1.3.3 ứng dụng tổng đài nội hạt

Các nhà cung cấp dịch vụ nội hạt có thể triển khai mạng thế hệ sau bằng cách sử dụng softswitch và các media gateway Ngoài những chức năng như SS7 PRI gateway hay packet tandem mà chúng ta đã đề cập đến ở phần trên softswitch có thể

đảm nhiệm chức năng của tổng đài nội hạt, cung cấp các dịch vụ thoại, gói và Internet

a) 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

Hình 1-5 Mạng thế hệ mới và thuê bao doanh nghiệp

Trên Hình 1-5 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 sát 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

b) Cung cấp dịch vụ cho tư nhân

Dĩ nhiên 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 1-6 Mạng thế hệ mới và thuê bao tư nhân

và hội nghị qua IP

♦ 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

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 và báo hiệu kênh chung SS7 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)

• Megaco

Hình 1-7 Quan hệ giữa các giao thức trong mạng VoIP

Giao thức H.323 phiên bản 1 và 2 hỗ trợ H.245 trên nền TCP, Q.931 trên nền TCP và RAS trên nền UDP Các phiên bản 3 và 4 của H.323 hỗ trợ thêm H.245 và Q.931 trên nền UDP Giao thức SIP hỗ trợ cả TCP và UDP

Trong mạng NGN các cuộc gọi thoại đều là các cuộc gọi VoIP Chính vì thế chúng tôi sẽ đề cập đến các giao thức báo hiệu trọng mạng VoIP một cách chi tiết hơn

1.4.1 Cấu trúc H.323

Vì VoIP chỉ sử dụng một phần cấu trúc H.323 nên sẽ rất tốt nếu ta xem xét cấu trúc H.323 một cách hoàn chỉnh trước khi tiến hành khai thác một phần của H323 được

sử dụng trong mạng VoIP Cấu trúc H.323 có thể được sử dụng một cách thông dụng

ở mạng LAN hoặc mạng gói diện rộng Bất kỳ một mạng gói không đủ tin cậy (không có đảm bảo về về chất lượng dịch vụ), hoặc có độ trễ cao đều có thể được sử

chính Những người sử dụng đều phải có thiết bị đầu cuối H.323, 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 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 Nếu không

có các gatekeeper, tất cả các thiết bị phải có khả năng tự đưa ra các bản tin báo hiệu trực tiếp Mọi kết nối WAN đều được xử lý bằng một hoặc nhiều các gateway H.323 Về mặt kỹ thuật, bất kể thiết bị nào nằm ngoài gateway H.323 đều không

được đề cập trong khuyến nghị H.323, nhưng các gateway H.323 có thể phối hợp hoạt động với các loại thiết bị khác nhau trong các cấu trúc mạng khác nhau

H.323 có thể được sử dụng với PSTN toàn cầu, N-ISDN (mạng chạy với tốc độ dưới 1,5 hoặc 2 Mb/s), mạng B-ISDN sử dụng ATM (mạng chạy 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 Thiết bị kết cuối V.70 có nhiều chức năng khác nhau, những kết cuối hỗ trợ cho cả thoại số hoá và dữ liệu qua một mạng điện thoại "bình thường" và những kết cuối H.324 (Kết cuối H.324 có thể truyền thời gian thực cả thoại, dữ liệu, video hoặc bất kỳ sự kết hợp nào chẳng hạn như thoại video, thông qua modem chạy với tốc độ 33,6kb/s) Thông thường, kết cuối H.324 chỉ là một PC với một vài chương trình phần mềm đặc biệt

Khi H.323 được sử dụng với N-ISDN, điện thoại ISDN hoặc các kết cuối H.320 cũng được sử dụng H.320 mô tả một sự sắp xếp các kết 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 1 hoặc nhiều mạng LAN, mỗi mạng LAN được cấu tạo để cung cấp một chất lượng dịch vụ Q0S tương xứng với chất lượng của N-ISDN H.322 vận hành trên phạm vi Ethernet mở rộng được

gọi là Ethernet đẳng thời, hoặc isoethernet, là cấu trúc Ethernet cơ bản được ghép

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 đ−ợc B-ISDN và ATM

về mặt dịch vụ và báo hiệu

Tóm lại, H.320 đ−ợc 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

đ−ợc sử dụng cho thoại IP, H.323 bao gồm cả các cuộc gọi VoIP đ−ợc thực hiện giữa các kết cuối H.323 hoặc giữa kết cuối H.323 và gateway H.323 Không có các quy

định sử dụng VoIP đối với các thành phần không thuộc họ H.320, mà chỉ tập trung vào việc VoIP trên các dạng kết cuối H.323

1.4.1.1 Cấu hình mạng H.323

Hình 1-8 Mạng H.323 Hình 1-8 là cấu trúc của mạng H.323 Mạng bao gồm các thành phần sau:

Đầu cuối: đầu cuối H.323 bắt buộc phải hỗ trợ

- báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225

- báo hiệu điều khiển kênh H.245

- giao thức RTP/RTCP cho dữ liệu

- các codec thoại

Gateway đảm nhiệm chức năng chuyển đổi giữa hai mạng, thí dụ giữa mạng chuyển mạch gói và mạng PSTN

Gatekeeper có chức năng chính là chuyển đổi địa chỉ và điều khiển băng thông 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

H.323 MCU hỗ trợ hội nghị của 3 hay nhiều hơn đầu cuối Trong MCU có hai module: MC (Multipoint Controller) có chức năng điều khiển và MP (Multipoint Processor) nhận và xử lý các luồng dữ liệu thoại, video hoặc dữ liệu khác

1.4.1.2 Thiết lập và huỷ cuộc gọi H.323

Báo hiệu H.323 là một quá trình thực sự phức tạp Tương tác giữa các phần tử trong mạng H.323 trong quá trình báo hiệu được mô tả trong hình sau:

Hình 1-9 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN Nếu xem xét một cách chi tiết thì cuộc gọi giữa hai đầu cuối H.323 được thiết lập như sau (xem Hình 1-10):

- Trước hết cả 2 phải đã được đăng ký tại gatekeeper

- Đầu cuối A gửi yêu cầu tới gatekeeper đề nghị thiết lập cuộc gọi

- Gatekeeper gửi cho đầu cuối A thông tin cần thiết về đầu cuối B

- Đầu cuối A gửi bản tin SETUP tới đầu cuối B

- Đầu cuối B trả lời bằng bản tin Call Proceeding và đồng thời liên lạc với gatekeeper để xác nhận quyền thiết lập cuộc gọi

- Hai đầu cuối trao đổi một số bản tin H.245 để xác định chủ/ tớ, khả năng xử lý của đầu cuối và thiết lập kế nối RTP

Đây là trường hợp cuộc gọi điểm-điểm đơn giản nhất, khi mà báo hiệu cuộc gọi không được định tuyến tới gatekeeper H.323 hỗ trợ nhiều kịch bản thiết lập cuộc gọi phức tạp khác

Hình 1-10 Thiết lập cuộc gọi H.323

1.4.2 Giao thức điều khiển phiên SIP

SIP dựa trên ý tưởng và cấu trúc của HTTP (Hypertext Transfer Protocol), giao thức trao đổi thông tin của World Wide Web Nó được định nghĩa như một giao thức Client-Server, trong đó các yêu cầu được bên gọi (client) đưa ra và bên bị gọi (server) trả lời SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trường mào đầu của HTTP, xác định nội dung luồng thông tin theo mào đầu thực thể (mô tả nội dụng-kiểu loại)

và cho phép xác nhận các phương pháp sử dụng giống nhau được sử dụng trên Web

trong H.225, trong đó cả hai đều định nghĩa quá trình mở 1 kênh đáng tin cậy mà thông qua đó cuộc gọi có thể đi qua Tuy nhiên khác với H.225, độ tin cậy của kênh này không phụ thuộc vào TCP Các nhà đề xuất SIP kiến nghị rằng việc tích hợp độ tin cậy vào lớp ứng dụng này cho phép kết hợp một cách chặt chẽ các giá trị điều chỉnh để ứng dụng, có thể tối ưu hoá VoIP hơn là phụ thuộc vào những giá trị "mục

đích chung chung" của TCP

Cuối cùng, SIP dựa vào giao thức mô tả phiên SDP, một tiêu chuẩn khác của IETF,

để thực hiện sự sắp xếp tương tự theo cơ cấu chuyển đổi dung lượng của H.245 SDP

được dùng để nhận dạng mã tổng đài trong những cuộc gọi sử dụng một mô tả nguyên bản đơn SDP cũng được sử dụng để chuyển các phần tử thông tin của giao thức báo hiệu thời gian thực RTSP để sắp xếp các tham số hội nghị đa điểm và định nghĩa khuôn dạng chung cho nhiều loại thông tin khi được chuyển trong SIP

Cuộc tranh luận liệu chuẩn H.323/H.225 hay SIP phù hợp cho thoại Internet mang tính chất học thuật Cả hai cách đều có những thuận lợi và bất lợi Trong khi H.323

có thuận lợi rất lớn trong thị trường thì SIP có lợi thế của IETF là một trong số các tổ chức tiêu chuẩn hoạt động tích cực Với mục đích nghiên cứu các giao thức và giải pháp vấn đề VoIP, tốt nhất là lưu ý đến cả H.323 và SIP

Theo định nghĩa của IETF, SIP là “giao thức báo hiệu lớp ứng dụng mô tả việc khởi tạo, thay đổi và huỷ các phiên kết nối tương tác đa phương tiện giữa những người sử dụng” SIP có thể sử dụng cho rất nhiều dịch vụ khác nhau trong mạng IP như dịch

vụ thông điệp, thoại, hội nghị thoại, e-mail, dạy học từ xa, quảng bá (MPEG, MP3 ), truy nhập HTML, XML, hội nghị video

1.4.2.1 Phần mềm chuyển mạch cuộc gọi SIP

Phần mềm chuyển cuộc gọi SIP có cấu trúc như sau

Hình 1-11 Cấu trúc SIP Trong hình trên User Agent là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là một máy

điện thoại SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP

Proxy Server (PrS) là phần mềm trung gian hoạt động cả như server và client để thực hiện các yêu cầu thay mặt các đầu cuối khác Tất cả các yêu cầu được xử lý tại chỗ bởi PrS nếu có thể, hoặc được chuyển cho các máy chủ khác Trong trường hợp Proxy Server không trực tiếp đáp ứng các yêu cầu này thì Proxy Server sẽ thực hiện khâu chuyển đổi hoặc dịch sang khuôn dạng thích hợp trước khi chuyển đi

Location Server là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về những vị trí có thể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy Server và Redirect Server

Redirect Server là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một

số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Không giống như Proxy Server, Redirect Server không bao giờ hoạt động như một đầu cuối, tức là không gửi đi bất cứ yêu cầu nào Redirect Server cũng không nhận hoặc huỷ cuộc gọi

Registrar Server là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký REGISTER Trong nhiều trường hợp Registrar Server đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng Thông thường Registrar Server được cài đặt cùng với proxy hoặc redirect server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao Mỗi lần đầu cuối được bật lên (thí dụ máy ĐT hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký với server Nếu

đầu cuối cần thông báo cho server về địa điểm của mình thì bản tin REGISTER

định kỳ

1.4.2.2 Các bản tin SIP, mào đầu và đánh số

INVITE-Bắt đầu thiết lập cuộc gọi bằng cách gửi bản tin mời đầu cuối khác tham gia

ACK-Bản tin này khẳng định client đã nhận đ−ợc bản tin trả lời bản tin INVITE

BYE-Bắt đầu kết thúc cuộc gọi

CANCEL-Huỷ yêu cầu đang nằm trong hàng đợi

REGISTER-Đầu cuối SIP sử dụng bản tin này để đăng ký với Registrar Server

OPTIONS-Sử dụng để xác định năng lực của server

INFO-Sử dụng để tải các thông tin nh− tone DTMF

Giao thức SIP có nhiều điểm trùng hợp với giao thức HTTP Các bản tin trả lời các bản tin SIP nêu trên gồm có:

1.4.2.3 Thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP

Trong mạng SIP quá trình thiết lập và huỷ một phiên kết nối thường gồm có 6 bước như sau:

1 Đăng ký, khởi tạo và định vị đầu cuối

2 Xác định media của cuộc gọi, tức là mô tả phiên mà đầu cuối được mời tham

dự

3 Xác định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay không Phía bị gọi phải gửi bản tin xác nhận chấp thuận cuộc gọi hoặc từ chối

4 Thiết lập cuộc gọi

5 Thay đổi hay điều khiển cuộc gọi (thí dụ như chuyển cuộc gọi)

6 Huỷ cuộc gọi

Quá trình thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP cơ bản được mô tả trong hình sau

Hình 1-12 Thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP

1.4.2.4 Tính năng của SIP

Giao thức SIP được thiết kế với những tiêu chí sau:

- Tích hợp với các giao thức đã có của IETF

- Đơn giản và có khả năng mở rộng

- Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối

- Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và dịch vụ mới

Tích hợp với các giao thức đ∙ có của IETF

Các giao thức khác của IETF có thể sử dụng để xây dựng những ứng dụng SIP SIP có thể hoạt động cùng với nhiều giao thức như

- RSVP (Resource Reservation Protocol) giao thức lưu trữ tài nguyên mạng

- RTP giao thức giao vận dữ liệu thời gian thực

- RTSP (Real Time Streaming Protocol) giao thức kiểm soát luồng dữ liệu

- SAP (Session Advertisement Protocol) giao thức quảng cáo trong phiên kết nối

- SDP (Session Description Protocol) giao thức mô tả các phiên kết nối

đa phương tiện

- MIME (Multipurpose Internet Mail Extension) giao thức thư điện tử