Hệ thống STP stand alone và ứng dụng trong mạng viễn thông

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ARD Application Routing Director Điều khiển định tuyến ứng dụng AS Application Server Máy chủ ứng dụng ASP Application Server Process Tiến trình máy chủ ứng dụngCAS Ch

HÖ thèng stp stand alone vµ øng dông

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG BÁO HIỆU TRUYỀN THỐNGError! Bookmark not def 1.1 Tổng quan về mạng báo hiệu truyền thống Error! Bookmark not defined

1.1.1 Định nghĩa về báo hiệu Error! Bookmark not defined

1.1.2 Chức năng của hệ thống báo hiệu .Error! Bookmark not defined

1.1.3 Các yêu cầu của hệ thống báo hiệu .Error! Bookmark not defined

1.1.4 Các loại báo hiệu .Error! Bookmark not defined

1.1.4.1 Báo hiệu kênh riêng CAS Error! Bookmark not defined

1.1.4.2 Báo hiệu kênh chung CCS Error! Bookmark not defined

1.1.5 Tổng quan về kiến trúc mạng báo hiệu số 7 Error! Bookmark not defined

1.1.5.1 Điểm báo hiệu-SP Error! Bookmark not defined

1.1.5.2 Điểm chuyển tiếp báo hiệu-STP Error! Bookmark not defined

1.1.5.3 Điểm chuyển mạch dịch vụ-SSP Error! Bookmark not defined

1.1.5.4 Điểm điều khiển dịch vụ-SCP Error! Bookmark not defined

1.1.5.5 Kênh báo hiệu và chùm kênh báo hiệu Error! Bookmark not defined

1.1.5.6 Các phương thức báo hiệu Error! Bookmark not defined

1.1.5.7 Phân cấp mạng báo hiệu .Error! Bookmark not defined

1.2 Mô hình phân lớp của SS7 Error! Bookmark not defined

1.2.1 So sánh với mô hình OSI .Error! Bookmark not defined

1.2.2 Các lớp của SS7 .Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BÁO HIỆU TẬP TRUNG Error! Bookmark not defined

2.1 Sự ra đời hệ thống STP độc lập .Error! Bookmark not defined

2.2 Tổng quan về SIGTRAN Error! Bookmark not defined

2.2.1 Giới thiệu chung về SIGTRAN Error! Bookmark not defined

2.2.2 Sự cần thiết của SCTP và các lớp thích ứng Error! Bookmark not defined

2.2.3 Kiến trúc của SIGTRAN Error! Bookmark not defined

2.3 Các lớp của SIGTRAN .24

2.3.1 Giao thức truyền điều khiển luồng SCTP .24

2.3.1.1 Các chức năng của SCTP .24

2.3.2 Các lớp thích ứng người dùng-xUA Error! Bookmark not defined

2.3.2.1 Lớp thích ứng M2PA Error! Bookmark not defined

2.3.2.2 Lớp thích ứng M2UA .Error! Bookmark not defined

2.3.2.3 Lớp thích ứng M3UA .Error! Bookmark not defined

2.3.2.4 Lớp thích ứng SUA .Error! Bookmark not defined

2.3.2.5 Lớp thích ứng IUA .Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 3: THỰC TRẠNG MẠNG BÁO HIỆU VÀ MỘT SỐ ĐỀ XUẤT VỀ

DỊCH VỤ BÁO HIỆU CỦA VNPT Error! Bookmark not defined

3.1 Hiện trạng mạng báo hiệu của VNPT .Error! Bookmark not defined

3.1.1 Mạng báo hiệu quốc gia .Error! Bookmark not defined

3.1.1.1 Kết nối báo hiệu Error! Bookmark not defined

3.1.2.3 Dịch vụ báo hiệu Error! Bookmark not defined

3.1.2.4 Mạng báo hiệu cho dịch vụ chuyển vùng di động quốc tế của các đối

tác quốc tế Error! Bookmark not defined

3.1.3 Ưu và nhược điểm của mạng báo hiệu hiện tại.Error! Bookmark not defined

3.1.4 Đề xuất về quy hoạch mạng báo hiệu quốc tế cho dịch vụ chuyển vùng di

động của VNPT Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP CỦA CISCO, TEKELEC Error! Bookmark not defined

VÀ VIỆC TRIỂN KHAI HỆ THỐNG STP-STAND ALONE TẠI VNPTError! Bookmark not def 4.1 Giải pháp STP của Cisco Error! Bookmark not defined

4.1.1 Thiết bị Cisco ITP sử dụng cho mạng lõi báo hiệu STP.Error! Bookmark not defined 4.1.2 Cisco ITP thực hiện chức năng của một gateway báo hiệu.Error! Bookmark not defined 4.1.3 Giải pháp STP của cisco cho VNPT .Error! Bookmark not defined

4.2 Giải pháp của Tekelec Error! Bookmark not defined

4.2.1 Giới thiệu về thiết bị STP EAGLE 5 ISS Error! Bookmark not defined

4.2.2 Giải pháp mà Tekelec đề xuất đối với mạng báo hiệu của VNPT.Error! Bookmark not de 4.3 Triển khai hệ thống “STP-STAND ALONE” tại VNPT.Error! Bookmark not defined

4.3.1 Sự cần thiết phải nâng cấp, mục tiêu và qui mô xây dựng hệ thống.Error! Bookmark not de 4.3.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với phân lớp 1 .Error! Bookmark not defined

4.3.3 Yêu cầu kỹ thuật đối với phân lớp 2 Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARD Application Routing Director Điều khiển định tuyến ứng

dụng

AS Application Server Máy chủ ứng dụng

ASP Application Server Process Tiến trình máy chủ ứng dụngCAS Channel Associated Signalling Báo hiệu kênh riêng

CCITT International Consultative Committee on

Telegraphy and Telephony

CCS Common Channel Signaling Báo hiệu kênh chung

CIC Circuit Identification Code Mã nhận dạng mạch điện DPC Destination Point Code Mã điểm báo hiệu đích

GS Gateway screening

GTT Global title translation

HSL High speed link Kết nối tốc độ cao

IETF Internet Engineering Task Force

IN The Intelligent Network Mạng thông minh

INAP Intelligent Network Application Part Phần ứng dụng mạng thông

minh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN The Intergrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụISUP ISDN User Part Người dùng ISDN

ITP IP Transfer point Điểm chuyển tiếp IP

ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc

tế IUA ISDN User Adaptation (Lớp) thích ứng người dùng

ISDN LIM Link Interface Modules Module giao diện kết nối LSC Link State Control Bộ điều khiển trạng thái liên

kết LSL Low speed link Kết nối tốc độ thấp

LSSU Link Status Signal Unit Đơn vị báo hiệu trạng thái

kênh M2PA MTP2 Peer Adaptation (Lớp) thích ứng ngang hàng

MTP2 M2UA MTP2 User Adaptation (Lớp) thích ứng người dùng

MTP2 M3UA MTP3 User Adaptation (Lớp) thích ứng người dùng

MTP3 MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MCU Multipoint Control Unit Đơn vị điều khiển đa điểm

MDM Message Distribution Module Module phân phối bản tin MFC Multifrequency Code Mã đa tần

MFP MutiFrequency Pulse Xung đa tần

MG Media Gateway Cổng truyền thông

MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng truyền

thông

MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng

truyền thông MLR Multilayer Routing Định tuyến đa lớp

MNP Mobile number portability Chuyển dịch thuê bao di

động

MS Media Server Máy chủ truyền thông MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di

động MSU Message Signaling Unit Đơn vị báo hiệu bản tin MTP Message Transfer Part Phần chuyển giao bản tin MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn lớn nhất MWTM Mobile Wireless Terminal Management Hệ thống quản lý kết cuối

không dây di động NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới

NIF Nodal Interworking Function

OPC Originating Point Code Mã điểm báo hiệu nguồn OSI Open System Interconnection Hệ thống giao tiếp mở PDD Post Dialling Delay Độ trễ quay số

PLMN The Public Land Mobile Network Mạng thông tin di động công

cộng PSDN The Public Switched Data Network Mạng chuyển mạch số công

cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại

công cộng RAS Registration, Authentication and Status

protocol

RK Routing Key Khóa định tuyến

RTCP Real Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời

gian thực RTP Real Time Protocol Giao thức vận chuyển thời

gian thực SAPI Service Access Point Identifier Mã nhận dạng điểm truy cập

dịch vụ SCCP Signaling Connection Control Part Phần điều khiển ghép nối

báo báo hiệu

SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ SCTP Stream Control Transport Protocol Giao thức vận chuyển điều

khiển luồng SEP Signaling end poind Điểm đầu cuối báo hiệu

SG Signaling Gateway Cổng báo hiệu

SL Signaling Link Liên kết báo hiệu

SLS Signaling Linkset Chùm kênh báo hiệu

SLS Signalling Link Selection Mã lựa chọn đường báo hiệuSMS Short massage service Dịch vụ tin nhắn

SP Signaling Point Điểm báo hiệu

SPC Signaling Point Code Mã điểm báo hiệu

SR Signaling Route Tuyến báo hiệu

SRS Signaling Routeset Chùm tuyến báo hiệu SSN Stream Sequence Number Số tuần tự luồng

SSP Service Switching Point Điểm chuyển mạch dịch vụ STP Signaling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệu

SU Signaling Unit Đơn vị báo hiệu

SUA SCCP User Adaptation (Lớp) thích ứng người dùng

SCTP TCAP Transaction Capabilities Application Part Phần ứng dụng khả năng

phiên dịch TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyềnTEI Terminal Endpoint Identifier Mã nhận dạng đầu cuối TUP Telephony User Part Người dùng thoại

UA User Adaptation (Lớp) thích ứng người dùngUDP User Datagram Protocol

UP User Part Phần người sử dụng

VF Voice-Frequency Tần số thoại

XDR Extension data record Bộ ghi dữ liệu mở rộng

LỜI MỞ ĐẦU

Báo hiệu là một thành phần không thể thiếu của mạng viễn thông, có nhiệm vụ thiết lập, duy trì, giải phóng cuộc gọi, điều khiển chức năng chuyển mạch và truyền tải các bản tin tới hệ thống mạng thông minh (IN) cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng cho người dùng Hệ thống báo hiệu truyền thống trong các hệ thống tổng đài

sử dụng mô hình báo hiệu số 7 trên nền TDM, hỗ trợ kênh báo hiệu số tốc độ 64 kbps cho các dịch vụ thoại, các dịch vụ phi thoại (data, tin nhắn và các dịch vụ giá trị gia tăng khác) và thông tin quản lý mạng Hệ thống báo hiệu SS7 được coi là hệ thống cơ bản được áp dụng rộng rãi trong hầu hết các mạng viễn thông bởi độ tin cậy cao, thời gian thiết lập cuộc gọi thấp và chất lượng dịch vụ ổn định Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm như giá thành khá cao, khả năng mở rộng hạn chế trong khi lưu lượng càng ngày càng tăng cao, không tương thích với xu hướng mạng 3G, 4G trong tương lai sử dụng cấu trúc all-IP Bộ giao thức SIGTRAN phát triển bởi IETF ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của báo hiệu TDM thuần túy, có khả năng truyền tải trong suốt các bản tin báo hiệu SS7 ở các lớp trên qua mạng IP nhờ giao thức truyền tải luồng SCTP và các lớp tương thích người dùng xUA (M2UA, M2PA, M3UA, IUA, SUA) SIGTRAN được sử dụng rộng rãi trong các mạng thế hệ mới (NGN), các mạng di động 3G, 4G và hệ thống mạng thông minh Trước đây, hệ thống báo hiệu thường tích hợp trong các hệ thống tổng đài, vừa thực hiện chức năng chuyển mạch, vừa đóng vai trò làm các điểm báo hiệu (SP), điểm chuyển tiếp báo hiệu (STP) và các cổng báo hiệu (SG) Trong thời gian gần đây, nhu cầu thông tin nhất là di động và dữ liệu ngày càng tăng, các dịch vụ giá trị giá tăng phát triển trên nền tảng mạng thông minh (IN) ngày càng nhiều Các hệ thống tổng đài với dung lượng và tính năng báo hiệu hạn chế không đủ đáp ứng lưu lượng báo hiệu ngày càng lớn Hơn nữa, việc gắn liền báo hiệu với chuyển mạch sẽ làm cho sơ đồ định tuyến báo hiệu trở nên phức tạp với quá nhiều điểm báo hiệu, quản lý không tập trung, gây nhiều khó khăn trong khai thác vận hành mạng lưới

Do đó, ngoài việc nghiên cứu lý thuyết về báo hiệu số 7 trên nền TDM và IP (SIGTRAN), đồ án còn đi sâu vào nghiên cứu mô hình mạng báo hiệu độc lập STP

Mô hình này ra đời đã khắc phục được những khó khăn của hệ thống báo hiệu

cũ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai thêm các dịch vụ giá trị gia tăng mà không bị hạn chế bởi năng lực của hệ thống tổng đài, mô hình mạng báo hiệu đơn giản hơn, dễ dàng trong đấu nối, khai báo, giám sát các kênh báo hiệu Mô hình này

đã được triển khai ở rất nhiều operator lớn trên thế giới Ở Việt Nam hiện nay, tập đoàn bưu chính Viễn thông (VNPT) là một trong những đơn vị đi đầu trong việc triển khai mạng báo hiệu độc lập STP Luận văn cũng trình bày mô hình triển khai thực tế tại VTI và VTN với hai giải pháp của hai nhà cung cấp thiết bị là Tekelec và Cisco

Về mặt bố cục, luận văn được trình bày theo 04 mục lớn như sau:

Chương I: Tổng quan về mạng báo hiệu truyền thống Chương này trình bày sơ lược về các loại báo hiệu truyền thống, mô hình và các thành phần chính của mạng báo hiệu số 7

Chương II: Hệ thống báo hiệu tập trung bao gồm các lý thuyết cơ bản nhất về hệ thống báo hiệu độc lập STP, bộ giao thức SIGTRAN truyền tải báo hiệu số 7 trên nền IP

Chương III: Trình bày thực trạng mạng báo hiệu của VNPT/VTI và một số đề xuất kiến nghị cho dịch vụ báo hiệu của VTI

Chương IV: Đưa ra giải pháp triển khai mạng báo hiệu độc lập của Tekelec và Cisco và lựa chọn giải pháp của VNPT

ABSTRACT

Signaling is one of the indispensable parts to Telecommunication networks, handling all functions relating to call setup and release, switching and transporting messages to the Intelligent Network (IN) which provides value-added services to users Traditional signaling systems integrated in switching nodes use Signaling System No.7 (SS7) over TDM network, providing 64 kbps signaling channels for all kinds of services such as voice, data, SMS and other value-added services as well as network management information SS7 is widely used in all Telecommunication networks due to its high reliability, short call setup time and stable Quality of Service In other hand, it also has some disadvantages such as high cost, limited capacity while traffic is more and more considerable, thus not adaptive

to all-IP architecture in most of Third Generation (3G) and Forth Generation (4G) networks SIGTRAN protocol set by IETF emerged, overcoming those disadvantages of TDM signaling, transparently transporting high layer SS7 messages over IP networks using Stream Control Transmission Protocol (SCTP) and user adapation layers (M2UA, M2PA, M3UA, IUA, SUA) SIGTRAN is widely used in Next Generation Networks (NGN), 3G, 4G mobile networks as well

as Intelligent Networks

Signaling was integrated in switching system in traditional network, thus one node acted as a switching node as well as a Signaling Point (SP), Signaling Transfer Point (STP) or Signaling Gateway (SG) at the same time Nowadays, traffic demand, especially mobile and data traffic is growing tremendously with more and more valued-added services Traditional switching systems with limited signaling capacity and functionality are difficult to meet higher signaling traffic Moreover, signaling node built in each switching node makes the routing scheme more complex with non-centralized signaling management, thus causing problems in network operation and maintenance Accordingly, in addition to SS7 over TDM and

IP network, Stand-Alone signaling scheme using STP nodes is one of the most important parts in my thesis Independent signaling system has eliminated the

difficulty of traditional ones, smoothly deploy enhanced services without being restricted by the switching node capacity, reducing network complexity, hence make it easier to install, manage and supervise signaling links This scheme has been widely used in many large operators all over the world In Vietnam, VNPT is one of the first companies building Stand-Alone STP network Real network deployment in VNPT/VTI will be discussed in the last chapter of this thesis

To sum up, the outline of this document consists of 04 following chapters:

Chapter I: Overview of traditional signaling networks This chapter presents traditional kinds of signaling, network diagram and elements of SS7

Chapter II: Centralized signaling system This chapter includes basic knowledge about Stand-Alone STP, SIGTRAN protocol set transporting SS7 messages over IP networks

Chapter III: Gives the status quo of VNPT/VTI signaling network and some suggestions for VTI signaling

Chapter IV: Describes the solutions for VNPT stand-alone signaling network from

02 Vendors, Tekelec and Cisco

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG BÁO HIỆU

TRUYỀN THỐNG

1.1 Tổng quan về mạng báo hiệu truyền thống

1.1.1 Định nghĩa về báo hiệu

Báo hiệu là một trong những chức năng quan trọng nhất của mạng chuyển mạch, nó phối hợp và điều khiển các chức năng của các bộ phận trong mạng viễn thông nhờ khả năng chuyển thông tin (không phải thoại) từ điểm này đến điểm khác Các thông tin này sẽ được sử dụng để quản lý mạng, để thiết lập, duy trì, giải phóng cuộc gọi và các điều khiển khác cho cuộc gọi và những dịch vụ khác

1.1.2 Chức năng của hệ thống báo hiệu

Hệ thống báo hiệu thực hiện 3 chức năng chính là:

• Chức năng giám sát: Các tín hiệu giám sát được dùng để nhận biết các trạng thái đường dây thuê bao và trung kế nhằm quyết định thực hiện thiết lập, duy trì và giải phóng cuộc gọi Các trạng thái đó là sự đóng mở của mạch vòng thuê bao, đường dây bận/rỗi, bình thường/không bình thường

• Chức năng tìm chọn: Hệ thống báo hiệu phải có khả năng nhận biết, xác định vị trí vật lý và địa chỉ logic của các thiết bị trên mạng và kết nối các thiết bị đó Ví dụ khi thuê bao A gọi cho thuê bao B, số điện thoại mà A nhấn (Số điện thoại của B) là địa chỉ logic, mạng phải có khả năng nhận biết

và kết nối tới máy điện thoại B cũng là vị trí vật lý của B

• Chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng Trong khi chức năng giám sát và chức năng tìm chọn liên quan trực tiếp đến quá trình xử lý cuộc gọi liên đài thì chức năng quản lý mạng phục vụ cho việc khai thác và duy trì sự hoạt động của mạng Ví dụ như các chức năng quản lý lỗi, quản lý tắc nghẽn, thông báo trạng thái các thiết bị đang bảo dưỡng hay đang hoạt động bình thường, cung cấp thông tin về cước phí

1.1.3 Các yêu cầu của hệ thống báo hiệu

Yêu cầu tổng quát của hệ thống báo hiệu là các tổng đài phải hiểu được các bản tin (các thông tin báo hiệu) giữa chúng và có tốc độ xử lý nhanh

Các yêu cầu cụ thể:

• Tốc độ báo hiệu nhanh để giảm được thời gian thiết lập cuộc gọi hay độ trễ quay số (PDD - Post Dialling Delay)

• Tránh không ảnh hưởng hay giao thoa giữa tiếng nói và báo hiệu

• Có độ tin cậy cao, rung chuông đúng thuê bao, không lạc địa chỉ

• Thời gian cung cấp các tín hiệu phải nhanh nhất

• Thời gian chuyển các con số địa chỉ giữa các tổng đài phải nhanh nhất

• Thời gian quay số nhanh nhất (tùy thuộc kỹ thuật máy điện thoại)

1.1.4 Các loại báo hiệu

Khi một thuê bao muốn thực hiện một cuộc gọi cần phải có tín hiệu thông báo để tổng đài chuẩn bị, đó là khi thuê bao nhấc ống nghe đã đóng mạch vòng thuê bao và đó là tín hiệu khởi tạo để thông báo cho tổng đài biết thuê bao muốn sử dụng dịch vụ Tổng đài sẽ xác nhận bằng việc gửi âm hiệu mời quay số Thuê bao sẽ nhập các chữ số địa chỉ của đối tượng cần gọi và các chữ số này sẽ được chuyển thành tín hiệu và gửi đến tổng đài Cho đến đây mới chỉ là giao tiếp giữa thuê bao với tổng đài mà nó trực thuộc và các tín hiệu báo hiệu này được xếp vào nhóm báo hiệu thuê bao Để rõ hơn chúng ta theo dõi sơ đồ báo hiệu của một cuộc gọi thông thường như hình 1.1

Thông thường, người ta chia các tín hiệu báo hiệu thành hai nhóm là báo hiệu thuê bao và báo hiệu liên đài

• Báo hiệu thuê bao là báo hiệu giữa đầu cuối và tổng đài nội hạt, như tín hiệu mời quay số, tín hiệu chuông, tín hiệu báo bận

• Báo hiệu liên đài là báo hiệu giữa các tổng đài với nhau, nó mang các thông tin tương tự như báo hiệu thuê bao Các tín hiệu trong báo hiệu liên đài được phân làm 2 nhóm:

Hình 1.1: Sơ đồ báo hiệu cuộc gọi thông thường

¾ Các tín hiệu thanh ghi (Register Signal) được sử dụng trong thời gian thiết lập cuộc gọi để chuyển giao địa chỉ và thông tin về thuê bao, dịch vụ

¾ Các tín hiệu đường dây (Line Signal) được sử dụng trong suốt thời gian cuộc gọi để giám sát trạng thái đường dây

Phương pháp chuyển báo hiệu liên đài lại được phân thành phương pháp báo hiệu kênh riêng (CAS - Channel Associated Signaling) và báo hiệu kênh chung (CCS - Common Channel Signaling)

Hình 1.2: Phân loại báo hiệu

1.1.4.1 Báo hiệu kênh riêng-CAS

Báo hiệu kênh riêng là phương pháp báo hiệu mà tín hiệu báo hiệu được chuyển đi trên cùng mạch với tín hiệu thoại, một số hệ thống CAS là:

• 1VF (Voice-Frequency) một tần số thoại (Xung thập phân)

• 2VF hai tần số thoại (CCITT số 4)

• MFP (MultiFrequency Pulse) xung đa tần (CCITT số 5, R1)

• MFC (MultiFrequency Code) mã đa tần (R2)

Ở các hệ thống này, tín hiệu báo hiệu thường ở dạng xung hoặc tone được phát trực tiếp trên đường thông thoại hay trên một kênh liên kết Ví dụ: Báo hiệu R2-MFC phát các tín hiệu thanh ghi dưới dạng tone trực tiếp trên kênh thoại còn các tín hiệu đường dây được chuyển giao dưới dạng xung trên khe thời gian 16 (TS: Time Slot) của luồng E1 tương ứng

Các hệ thống báo hiệu kênh riêng có nhược điểm chung như: Tốc độ chậm, dung lượng thấp, hiệu suất thấp, hỗ trợ ít dịch vụ, không đáp ứng được nhu cầu phát triển và mở rộng dịch vụ

1.1.4.2 Báo hiệu kênh chung CCS

Vào những năm 1960 khi những tổng đài được điều khiển bằng chương trình lưu trữ sẵn (SPC: Stored Program Control) được đưa vào sử dụng trong mạng điện thoại thì một phương pháp báo hiệu mới ra đời có nhiều tính năng ưu việt so với phương pháp truyền thống Trong phương pháp mới này thì một số đường truyền tốc độ cao được dành riêng để truyền các tín hiệu báo hiệu cho nhiều kênh thoại và không nhất thiết kênh báo hiệu và kênh thoại phải đi chung với nhau Kiểu báo hiệu

này gọi là báo hiệu kênh chung Trong báo hiệu kênh chung các thông tin báo hiệu được chuyển đi dưới dạng gói

Có hai loại báo hiệu kênh chung được CCITT tiền thân của ITU (International Telecommunication Union: Liên minh viễn thông quốc tế) chuẩn hóa:

• Hệ thống báo hiệu kênh chung số 6 (CCSS#6: Common channel signalling System no.6) được ra đời vào năm 1968 sử dụng cho các đường dây analog

và cho lưu thoại quốc tế

• Hệ thống báo hiệu kênh chung số 7 (CCSS#7, CCS7, CSS7, C7: Common channel signalling System no.7) ra đời vào những năm 1979-1980 dành cho mạng chuyển mạch số trong nước và quốc tế Nó hỗ trợ kênh truyền dẫn số 64kbps và cả đường dây analog, có thể coi CSS7 như mạng truyền số liệu dạng gói độc lập với mạng thoại, chuyên dùng để truyền các thông tin báo hiệu phục vụ cho việc cung cấp các dịch vụ thoại, dịch vụ phi thoại và các thông tin quản lý mạng

Hệ thống SS7 có nhiều ưu điểm nổi bật so với các mạng báo hiệu khác là:

• Nhanh: Phần lớn các trường hợp, thời gian thiết lập cuộc gọi giảm dưới 1 giây

• Dung lượng cao: Mỗi kênh báo hiệu có thể xử lý tín hiệu báo hiệu cho vài ngàn cuộc gọi cùng lúc

• Kinh tế: Cần ít thiết bị hơn so với các hệ thống báo hiệu truyền thống Đơn giản hơn trong việc nâng cấp ví dụ khi cần thêm vào các dịch vụ mới chỉ cần nạp lại chương trình do SS7 hoạt động trên tổng đài điều khiển bằng chương trình lưu trữ sẵn

• Độ tin cậy cao: Nhờ sử dụng các tuyến báo hiệu linh động, uyển chuyển Nó cũng có khả năng cung cấp báo hiệu giữa các thành phần mạng không có kết nối báo hiệu trực tiếp đi kèm với kết nối thoại

• Linh hoạt: Hệ thống có thể mang thông tin của nhiều loại tín hiệu khác nhau, cung cấp nhiều dịch vụ cả thoại và phi thoại, có khả năng phát triển thêm các dịch vụ mới và đáp ứng được nhiều loại mạng được ra đời sau như:

¾ PSDN - The Public Switched Data Network: Mạng chuyển mạch số công cộng

¾ ISDN - The Intergrated Services Digital Network: Mạng số tích hợp

đa dịch vụ

¾ IN - The Intelligent Network: Mạng thông minh

¾ PLMN - The Public Land Mobile Network: Mạng thông tin di động công cộng

1.1.5 Tổng quan về kiến trúc mạng báo hiệu số 7

1.1.5.1 Điểm báo hiệu-SP

Điểm báo hiệu (SP: Signaling Point) là một nút chuyển mạch hoặc một nút

xử lý trong mạng báo hiệu được cài đặt chức năng báo hiệu số 7 Một tổng đài điện thoại hoạt động như một nút báo hiệu phải là một tổng đài SPC và báo hiệu số 7 là dạng thông tin số liệu giữa các bộ vi xử lý Chức năng chính của nó là định tuyến cho các báo hiệu

Hình 1.3: Các điểm báo hiệu Các gói báo hiệu được chuyển đi trong mạng và được xử lý độc lập với nhau,

do đó để các gói được chuyển đến đúng đích đến, các phần tử của mạng phải có danh định và thông tin đó được chứa trong nhãn của mỗi gói cho mục đích định tuyến Mỗi SP sẽ được đặt cho một số danh định gọi là mã điểm báo hiệu SPC, số này là duy nhất trên mạng và có giá trị từ 0 đến 214-1

Mạng SS7 gồm có 3 loại điểm báo hiệu cơ bản: SSP, STP, SCP

1.1.5.2 Điểm chuyển tiếp báo hiệu-STP

STP giám sát đích đến của bản tin mà nó quản lý, tra cứu bảng định tuyến và gửi bản tin theo đường kết nối đã được chọn từ bảng định tuyến mà không xử lý nội dung của bản tin Nói cách khác, STP thực hiện chức năng như một trung tâm chuyển mạch gói gồm: Định tuyến, giao diện với hệ thống quản lý, bảo dưỡng, hỗ trợ và khai thác mạng

1.1.5.3 Điểm chuyển mạch dịch vụ- SSP

SSP điều khiển việc thiết lập cuộc gọi, đồng thời có khả năng dừng tiến trình gọi, yêu cầu những dữ liệu không biết và đưa ra những phản ứng phù hợp với câu trả lời Trong thực tế các STP thường bao gồm 2 chức năng STP và SSP Chúng có thể thu, phát và chuyển tiếp bản tin báo hiệu

1.1.5.4 Điểm điều khiển dịch vụ- SCP

SCP quản lý và cung cấp dữ liệu, các dịch vụ số trong mạng SS7 Những dịch vụ đó có thể nằm trong chính SCP hoặc SCP làm cổng để truy cập dịch vụ ở một nơi khác Mặc dù có hai dạng như vậy nhưng nói chung SCP là điểm có thể điều khiển nhiều dịch vụ khác nhau

1.1.5.5 Kênh báo hiệu và chùm kênh báo hiệu

Các điểm báo hiệu liên lạc với nhau thông qua kênh báo hiệu Signaling Link

Về mặt vật lý, kênh báo hiệu bao gồm kết cuối báo hiệu ở 2 đầu và môi trường truyền dẫn đấu nối 2 đầu báo hiệu Môi trường truyền dẫn báo hiệu thường là khe thời gian 16 (TS16) trong luồng PCM 30 có tốc độ 64Kbps Đôi khi báo hiệu SS7 được truyền trong liên kết tốc độ thấp 4.8Kbps hay đường dây analog

Giữa 2 điểm báo hiệu thường có từ 2 ->16 SL song song nhau tạo thành 1 chùm kênh báo hiệu (SLS: Signaling Linkset)

Hình 1.4: Kết nối báo hiệu

Tuyến báo hiệu (SR: Signaling Route) là con đường chuyển giao báo hiệu giữa 2 SP, nó có thể chỉ là 1 SL nhưng cũng có thể là tập hợp nhiều SL và STP

Chùm tuyến báo hiệu (SRS: Signaling Routeset) là tập hợp tất cả các tuyến báo hiệu giữa 2 SP Từ SP A đến SP B trong hình 1.4 có 2 kênh báo hiệu và có 5 chùm kênh báo hiệu

Hình 1.5: Các loại kênh báo hiệu

Có 6 loại kênh báo hiệu:

• Loại A: Liên kết STP và điểm cuối báo hiệu (SCP, SSP) đang được sử dụng

• Loại B: Liên kết giữa 2 STP khác cấp hay khác mạng

• Loại C: Liên kết 1 STP tới STP dự phòng của nó trong trường hợp nó không thể chuyển giao bản tin tới đích (một SP khác) vì liên kết bị hư

• Loại D: Liên kết 2 STP cùng cấp trong một mạng

• Loại E: Liên kết dự phòng cho A

• Loại F: Liên kết giữa 2 SSP

1.1.5.6 Các phương thức báo hiệu

Phương thức báo hiệu là sự kết hợp giữa đường truyền tín hiệu báo hiệu và đường thoại (hoặc loại dữ liệu khác) tương ứng

Phương thức báo hiệu kết hợp là kênh truyền thoại và kênh truyền báo hiệu

đi chung một đường Trong hình 1.6 là trường hợp giữa STP với SSP A và SSP B

Phương thức báo hiệu bán kết hợp là trường hợp đường truyền thoại và đường truyền báo hiệu không đi chung nhau Ví dụ trong hình là liên kết giữa SSP

A và SSP B chỉ có kênh thoại, các tín hiệu báo hiệu giữa chúng phải chuyển tiếp qua STP

Hình 1.6: Các phương thức báo hiệu

1.1.5.7 Phân cấp mạng báo hiệu

Về lý thuyết ta có thể tổ chức một vài kiểu cấu trúc mạng có khả năng đáp ứng các yêu cầu báo hiệu giữa các tổng đài đấu nối với nhau Chẳng hạn, một cấu trúc mà tất cả các tổng đài trong mạng đều có chức năng làm STP Một cấu trúc khác có hình sao với một tổng đài làm chức năng STP để chuyển thông tin báo hiệu tới các tổng đài chỉ có chức năng SP Trên thực tế, người ta sử dụng một kiểu cấu trúc kết hợp cả hai cấu trúc trên

Hình 1.7: Phân cấp mạng SS7 Mạng này sử dụng một số tổng đài làm STP Việc trao đổi thông tin giữa các tổng đài sẽ thông qua các STP, như vậy hình thành một mạng báo hiệu đường trục Khi đó, chúng ta có cấu trúc gồm 3 mức: Mức điểm báo hiệu SP, mức STP vùng và mức STP quốc gia Bên trong mức STP vùng có thể chia thêm mức tùy nhu cầu mỗi nước

STP quốc gia còn có nhiệm vụ kết nối quốc tế, vì thế nó có thể thuộc nhiều mạng khác nhau Một STP có thể nằm trong 2 vùng quốc gia và 2 vùng quốc tế Một quốc gia có tối đa 8 STP quốc tế

1.2 Mô hình phân lớp của SS7

1.2.1 So sánh với mô hình OSI

Khi CCITT công bố sách vàng năm 1980 thì tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO: International Standards Organization) cũng giới thiệu mô hình kham khảo OSI (Open System Interconnection), mô hình mở cho các hệ thống truyền thông tin trong mạng máy tính Hai mô hình có cùng cấu trúc module phân lớp, các lớp có các chức năng riêng và độc lập với các lớp khác, sự thay đổi trong 1 lớp sẽ không dẫn đến sự thay đổi của lớp khác Mục đích là để tạo tính tương thích mở giữa các thiết bị của các hãng khác nhau, chỉ cần chúng bảo đảm đúng chức năng mỗi lớp thì

sẽ hoạt động được với nhau

Hình 1.8: Mô hình phân lớp OSI và SS7

Mô hình phân lớp của SS7 khá giống với mô hình OSI ở 3 lớp dưới và được gọi là thành phần chuyển giao bản tin (MTP: Message Transfer Part), tuy nhiên mức 4 của SS7 là thành phần người dùng (UP: User Part) tương ứng với 4 lớp trên cùng của OSI Hai mô hình này không thực sự tương thích với nhau Lớp 4, lớp vận chuyển trong mô hình OSI mô tả 2 phương thức truyền số liệu: Hướng kết nối (Connection-oriented) và không kết nối (Connectionless) trong khi MTP thì chỉ hỗ trợ truyền không kết nối MTP chỉ chuyển giao số liệu với số lượng nhỏ và tốc độ nhanh

Để khắc phục điều này, năm 1984 trong sách đỏ do CCITT công bố (CCITT No7 Red Book) đã đưa thêm vào thành phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP nhằm đáp ứng nhu cầu mở rộng cho các ứng dụng cần thiết SCCP có khả năng hỗ trợ 2 phương thức truyền kể trên và tương đương với lớp 4 của mô hình OSI nên các ứng dụng tương ứng với lớp 5 trở lên trong mô hình OSI sẽ tương thích với nó Khi đó, SCCP sẽ sử dụng MTP như một phương tiện truyền dẫn tương ứng với lớp

1, 2, 3 của mô hình OSI

1.2.2 Các lớp của SS7

Mô hình phân lớp của SS7 gồm 4 lớp, mỗi lớp đảm trách chức năng riêng:

• Lớp 1: Các chức năng liên kết báo hiệu mức vật lý

• Lớp 2: Các chức năng điều khiển liên kết

• Lớp 3: Các chức năng quản lý mạng

• Lớp 4: Các chức năng thành phần người dùng

Lớp 4 gồm thành phần điều khiển kết nối và nhiều thành phần người dùng

UP khác nhau Cần lưu ý rằng user ở đây không có nghĩa là người sử dụng mà là network user ví dụ như: cơ sở dữ liệu hay bộ xử lý của tổng đài

Các thông tin báo hiệu được tạo và tách ghép tại lớp 4 của các user tương ứng Các bản tin được truyền đi bởi các lớp thấp hơn Thông tin trong các bản tin bao gồm thông tin phục vụ hoạt động của các user, loại và định dạng của bản tin

Nó cũng bao gồm các thông tin phục vụ cho việc định tuyến ở lớp 3 Khi qua STP các thông tin ở lớp 4 được giữ nguyên

Hình 1.9: Sơ đồ chức năng của SS7

Lớp 1 đến lớp 3 được gọi chung là thành phần chuyển giao bản tin MTP MTP thực hiện các chức năng chung cho tất cả các bản tin nhằm cung cấp khả năng vận chuyển trong suốt, chính xác và tin cậy bản tin giữa các UP của mạng

Thông tin báo hiệu do UP tạo ra sẽ được đưa xuống MTP để chuyển tới đúng nơi nhận MTP phía đầu nhận sẽ chuyển lên đúng UP cần nhận

TÓM TẮT CHƯƠNG 1:

Trong chương 1, luận văn đã trình bày các khái niệm về báo hiệu, các chức năng chính của mạng báo hiệu, lý thuyết báo hiệu số 7 với các nội dung: Định nghĩa các thành phần trong mạng SS7, các phương thức và phân cấp trong mạng báo hiệu,

mô hình phân lớp của SS7, so sánh với mô hình OSI,

Nội dung của chương này là cơ sở lý thuyết để có thể hiểu được các vấn đề

sẽ được trình bày trong chương 2: Hệ thống báo hiệu tập trung

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BÁO HIỆU TẬP TRUNG

2.1 Sự ra đời hệ thống STP độc lập

Hệ thống báo hiệu hiện nay:

Cấu trúc: Hệ thống có cấu trúc hình mesh dẫn đến số lượng kênh báo hiệu

quá nhiều, không tối ưu

Công nghệ: Hệ thống báo hiệu được tích hợp trong tổng đài, trong khi tổng

đài đó quá cũ, không có khả năng mở rộng hay nâng cấp các tính năng mới như chuyển tiếp báo hiệu theo định tuyến động; lọc và thống kê các bản tin báo hiệu, SMS; chuyển đổi ITU/ANSI; hỗ trợ INP…

Năng lực hệ thống: Năng lực hệ thống báo hiệu hiện nay chỉ thích hợp với

các dịch vụ truyền thống

Quản lý, khai thác và giám sát: Việc quản lý, khai thác và giám sát được

thực hiện theo mô hình phân tán là không tối ưu đối với hệ thống mạng báo hiệu cũ quá nhiều (vài trăm) điểm báo hiệu

Như vậy chúng ta có thể nhận thấy các hệ thống báo hiệu số 7 truyền thống được tích hợp trong hệ thống chuyển mạch chỉ thích hợp với mạng thế hệ 2 (2G), từ năm 2000 trở về trước khi lưu lượng và các dịch vụ gia tăng trên báo hiệu không nhiều Tuy nhiên, trong giai đoạn từ năm 2000 tới nay, mạng viễn thông đang có xu hướng IP hoá một cách nhanh chóng, vì vậy SIGTRAN cũng ngày càng phổ biến và được áp dụng triển khai rộng rãi hơn, rất thích hợp với mạng thế hệ thứ 3 (3G) Thực tế trên thế giới cho thấy với nhu cầu phát triển mạng và dịch vụ như hiện nay, các dịch vụ giá trị gia tăng đều dựa trên cơ sở hệ thống báo hiệu, nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn trên thế giới như France Telecom, Reach, VSNL/Teleglobe, VzB, Qwest, Vodafone, Orange… đó và đang có xu hướng triển khai các hệ thống báo hiệu độc lập, tách khỏi mạng chuyển mạch thoại truyền thống Trong tương lai khi mạng viễn thông chuyển sang mạng thế hệ mới (3G+) với xu hướng sử dụng báo hiệu SIP, việc tách mạng báo hiệu khỏi mạng chuyển

mạch thoại truyền thống càng được khẳng định là định hướng hết sức đúng đắn và

cần được triển khai sớm

2.2 Tổng quan về SIGTRAN

2.2.1 Giới thiệu chung về SIGTRAN

Sigtran hay còn gọi là “SS7 Over IP” là 1 nhóm làm việc của IETF, được thành lập vào năm 1999 với nhiệm vụ xây dựng kiến trúc cho việc vận chuyển dữ liệu báo hiệu thời gian thực qua mạng IP Kết quả là họ không chỉ xây dựng kiến trúc mà còn định nghĩa một bộ giao thức mới cho việc vận chuyển bản tin SS7 và ISDN qua mạng IP

Bộ giao thức này bao gồm một lớp vận chuyển mới là Giao thức vận chuyển điều khiển luồng SCTP và các lớp thích ứng người dùng UAL (hay còn gọi là các lớp thích ứng bản tin báo hiệu) có khả năng thay thế các chức năng của các lớp thấp của SS7 và ISDN trong môi trường mạng IP

Sigtran hoạt động giữa SG và các thiết bị trong môi trường IP Cơ chế hoạt động của nó là sử dụng các UA để tạo thành đường ngầm trên SCTP để chuyển báo hiệu đi Việc sử dụng đường ngầm khiến mạng IP trở nên trong suốt đối với các bản tin báo hiệu SS7 còn việc sử dụng SCTP sẽ bảo đảm các yêu cầu về truyền dẫn như:

Độ tin cậy và tốc độ truyền dẫn

Việc triển khai được Sigtran trong NGN sẽ mang lại nhiều lợi ích:

• Giảm giá thành thiết bị do không cần phải có những khoản đầu tư đắt đỏ trong mạng truyền thống

• Tăng hiệu suất, do tận dụng được ưu thế về công nghệ tiên tiến trong mạng NGN với băng thông, khả năng thông suốt và tính mềm dẻo cao hơn hẳn

• Các dịch vụ cộng thêm: Việc phát triển trên nền NGN cho phép thực hiện đa giải pháp và việc triển khai các dịch vụ mới đơn giản và nhanh chóng hơn

2.2.2 Sự cần thiết của SCTP và các lớp thích ứng

Giải pháp của Sigtran là xây dựng các đường hầm để vận chuyển các bản tin của SS7 qua mạng IP, nó sử dụng các lớp thay thế bên dưới để các User SS7 bên

trên vẫn hoạt động bình thường còn các lớp này sẽ đóng các bản tin SS7 vào chiếc

vỏ thích hợp và vận chuyển qua mạng IP

Trong mạng IP hiện nay 2 giao thức phổ biến nhất của lớp 4 là TCP và UDP, nhưng thực tế do yêu cầu của báo hiệu là phải nhanh đồng thời bảo đảm độ tin cậy nên cả hai giao thức này đều không phù hợp để vận chuyển dữ liệu báo hiệu

và bảo đảm nó được phân phối đúng theo thứ tự byte, vì thế nó thích hợp cho các loại dữ liệu lớn và không có cấu trúc như tập tin hay email

TCP tương đối nhạy cảm với độ trễ vì các lỗi mạng: Mất gói hay sự xáo trộn thứ tự các gói nhận được Khi gặp lỗi như vậy, TCP sẽ giữ lại các gói trong bộ đệm

và chờ cho đến khi nhận đủ các gói để có thể xếp cho đúng thứ tự Lưu ý là hoàn toàn không thích hợp để truyền các bản tin SS7 Nếu chỉ 1 luồng TCP truyền đi các báo hiệu ISUP cho nhiều kết nối, thì chỉ cần bị mất 1 gói thuộc về 1 cuộc gọi nào đó thì sẽ gây lên hậu quả là trễ toàn bộ các bản tin ISUP khác

Một vấn đề khác nữa là chu kỳ của các bộ đếm thời gian TCP, có trường hợp quy định thời gian kết nối, giữ kết nối và định thời truyền lại quá lớn và vượt quá độ

trễ quy định trong viễn thông khi thiết lập cuộc gọi, nhận biết mất kết nối và truyền lại

UDP

UDP là giao thức dựa trên bản tin và cung cấp dịch vụ không kết nối nhanh

Về tốc độ nó thích hợp cho việc truyền các bản tin báo hiệu nhạy cảm với độ trễ thời gian Tuy nhiên UDP lại chỉ cung cấp dịch vụ datagram không tin cậy Chức năng điều khiển lỗi, ví dụ thứ tự bản tin, phát hiện trùng lặp hay yêu cầu truyền lại bản tin bị lỗi nếu cần sẽ được thực hiện bởi lớp ứng dụng

SCTP

Nhóm làm việc Sigtran của IETF đã định nghĩa ra giao thức SCTP có thể khắc phục các nhược điểm này của TCP và UDP SCTP là một giao thức vận chuyển mới, được thiết kế với yêu cầu nhạy cảm về thời gian của dữ liệu báo hiệu

Nó phải đủ linh hoạt cho việc sử dụng chung

• Nó có khả năng thích ứng tốc độ, tự điều chỉnh theo tình trạng mạng

• Nó hỗ trợ đa địa chỉ (multi-homing) tức là mỗi điểm cuối SCTP có thể có nhiều địa chỉ IP, các địa chỉ này có thể thuộc các giao diện kết nối độc lập Định tuyến đến một địa chỉ sẽ độc lập với những địa chỉ khác và khi 1 tuyến

bị lỗi thì tuyến khác sẽ được sử dụng Tính năng này giúp SCTP hạn chế rất nhiều ảnh hưởng của các lỗi bị hư đường truyền hay tắc nghẽn mạng

• Nó dùng thủ tục nhận thực và khởi tạo dựa trên cookie để ngăn chặn tấn công từ chối dịch vụ (denial-of-service attack)

• Nhiều bản tin báo hiệu có thể được gom lại trong 1 gói SCTP duy nhất (Bundling) và một bản tin báo hiệu cũng có thể được chia nhỏ thành nhiều phần (Fragmentation) để truyền đi trong các gói SCTP khác nhau

• SCTP là giao thức hướng bản tin, tức là bản tin có cấu trúc khung tường minh còn TCP và UDP sử dụng bản tin không cấu trúc và truyền theo luồng byte Việc định nghĩa cấu trúc của gói SCTP cũng hỗ trợ cho khả năng Fragmentation và Bundling

• Một đặc điểm nổi bật nữa của SCTP so với TCP là nó hỗ trợ đa luồng: Dữ liệu được chia thành nhiều luồng, mỗi luồng phân phối dữ liệu theo trình tự độc lập Tính năng này cho phép các user chia một kết nối IP giữa 2 điểm đầu cuối thành vài luồng dữ liệu, mỗi luồng được gán cho 1 ứng dụng hay tài nguyên riêng Nếu xảy ra 1 lỗi hay trễ trên 1 luồng sẽ không làm ảnh hưởng đến sự hoạt động của luồng khác

Lấy 1 ví dụ về ưu điểm này của SCTP so với TCP, giả sử TUP trong 1 tổng đài đang quản lý 3 cuộc gọi kết nối Nếu các bản tin TUP được truyền đi bằng TCP thì giống như chúng đi qua 1 cái ống theo tuần tự Giả sử 2 cuộc gọi được giải phóng cùng lúc, nhưng bản tin giải tỏa cuộc gọi 1 bị mất thì cả bản tin giải tỏa cho cuộc gọi 2 cũng bị giữ lại và chờ cho đến khi TCP nhận ra, yêu cầu truyền lại, nhận

và sắp xếp theo thứ tự Độ trễ trong quá trình này lên tới cả chục giây, độ trễ này vượt quá tiêu chuẩn của PSTN

Hình 2.2: Nghẽn đầu dòng trong TCP Còn nếu bản tin TUP được truyền đi bằng SCTP:

Trong trường hợp này, bản tin của cuộc gọi 1 bị mất sẽ chỉ ảnh hưởng đến luồng dữ liệu của chính nó, báo hiệu của 2 cuộc gọi còn lại vẫn hoạt động bình thường

Hình 2.3: Giải quyết nghẽn đầu dòng trong SCTP

2.2.3 Kiến trúc của SIGTRAN

Hình 2.4: Chồng giao thức của Sigtran Các lớp được định nghĩa bởi IETF là lớp vận chuyển SCTP và các lớp thích ứng xUA (M2UA, M2PA, M3UA, IUA, SUA) Các lớp UA được đặt tên theo lớp dịch vụ trong mô hình SS7 mà nó thay thế Ví dụ M3UA là lớp thay thế cho MTP3,

nó có khả năng cung cấp các dịch vụ mà MTP3 cung cấp (M3UA không thật sự thay thế hoàn toàn các đặc điểm và hoạt động của MTP3), các user của nó sẽ cảm giác như đang được cung cấp dịch vụ bởi lớp MTP3 thực

Các lớp thích ứng của Sigtran đều đáp ứng một số mục đích chung:

• Vận chuyển một cách tin cậy các giao thức báo hiệu lớp cao hơn qua mạng IP

• Cung cấp cùng lớp dịch vụ được yêu cầu bởi PSTN

• Tính trong suốt: Các user lớp trên sẽ không nhận biết được sự thay thế của các lớp thích ứng đối với các lớp nguyên thủy của SS7

• Thay thế càng nhiều lớp dưới của SS7 càng tốt Hiện tại có 6 lớp thích ứng được đã được định nghĩa (cấu trúc Sigtran cũng cho phép việc bổ sung các lớp thích ứng mới khi cần)

• M2UA: Hỗ trợ việc truyền bản tin báo hiệu số 7 lớp MTP3 qua mạng IP trong kết nối dạng chủ - tớ Ví dụ kết nối giữa SG và MGC M2UA có chức năng tương tự như MTP2, tức là quản lý liên kết và cho phép truyền bản tin lớp 3 lên mạng

• M2PA: M2UA tương tự như M2UA, M2PA cũng được sử dụng để truyền bản tin lớp MTP3 nhưng trong kết nối có quan hệ ngang hàng, ví

dụ kết nối giữa 2 SG

• M3UA: M3UA tương đương với MTP3, dùng để truyền bản tin của User (như bản tin của ISUP, SCCP) trong cả 2 loại kết nối chủ - tớ và kết nối ngang hàng Lớp này cung cấp cho ISUP và SCCP các dịch vụ của MTP3 như quản lý mạng, định tuyến bản tin

• SUA: SUA cung cấp các dịch vụ của SCCP trong kiến trúc ngang hàng,

ví dụ như kết nối giữa SG và SCP (SCP này nằm trong mạng IP).User của nó có thể là TCAP, MAP

• IUA cung cấp dịch vụ của lớp liên kết dữ liệu của ISDN (LAPD) User của nó có thể là lớp 3 của ISDN (Q.931)

• V5UA cung cấp các dịch vụ của giao thức V5.2

2.3 Các lớp của SIGTRAN

2.3.1 Giao thức truyền điều khiển luồng SCTP

2.3.1.1 Các chức năng của SCTP

Dịch vụ vận chuyển SCTP có thể được chia thành một số chức năng như hình 2.5 ở dưới

Hình 2.5: Các chức năng của SCTP

Khởi tạo và Kết thúc kết nối

Khởi tạo kết nối được thực hiện theo yêu cầu của User (User hay SCTP User

là chỉ các ứng dụng lớp trên của SCTP) SCTP là phương thức truyền unicast hướng kết nối nên nó sẽ thiết lập kết nối giữa 2 điểm cuối xác định trước khi thực hiện việc truyền dữ liệu người dùng Kết nối SCTP được xác định bởi địa chỉ IP và số thứ tự cổng Có 2 cơ chế kết thúc một kết nối Kết thúc cứng theo yêu cầu của User hoặc

do lỗi được phát hiện trong lớp SCTP Kết thúc mềm được thực hiện theo yêu cầu của User, nó cho phép phát nốt số dữ liệu User còn trong hàng đợi khi nhận được yêu cầu kết thúc trước khi chính thức ngắt kết nối

Truyền tuần tự bên trong luồng

Thuật ngữ luồng trong SCTP là chỉ một chuỗi các bản tin User được chuyển giao giữa các User theo thứ tự trong cùng một luồng Có thể coi mỗi luồng là một kênh logic một chiều độc lập với nhau Số luồng trong một kết nối sẽ được định rõ khi khởi tạo kết nối Các bản tin User được liên kết với các luồng: Bản tin sẽ được

đặt bên trong một luồng của nó và được gán một Số tuần tự luồng (SSN: Stream Sequence Number) Bên trong luồng các bản tin sẽ được chuyển đến User theo thứ

tự dựa vào SSN Tuy nhiên SCTP cũng cung cấp cơ chế cho phép bỏ qua SSN, khi

đó bản tin sẽ được đưa lên cho User ngay khi nó được nhận

Phân mảnh và tập hợp bản tin User

Khi cần SCTP sẽ chia nhỏ bản tin User thành nhiều phần và truyền trên các gói SCTP khác nhau sao cho kích thước gói tin phù hợp với kích thước gói tối đa cho phép của lớp dưới (Path MTU: Maximum Transmission Unit) Ở đầu thu, các mảnh sẽ được ráp lại thành bản tin trọn vẹn trước khi chuyển lên cho User

Công nhận gói

Trong phần mào đầu của gói SCTP có thẻ xác nhận (32bit) và trường kiểm tra tổng (32bit) Thẻ xác nhận được chọn bởi mỗi đầu cuối khi khởi tạo kết nối Gói được nhận mà thẻ xác nhận không đúng sẽ bị loại bỏ, đây là 1 phương thức chống lại kiểu tấn công giả dạng, đồng thời loại bỏ các gói của kết nối cũ Trường kiểm tra tổng được tạo bởi đầu nhận để chống lại việc hư hỏng dữ liệu khi truyền qua mạng

Ở thu, nếu có một gói SCTP có trường kiểm tra tổng không chính xác sẽ bị loại bỏ

Quản lý đường truyền

Chức năng quản lý đường truyền của SCTP sẽ chọn địa chỉ truyền tải thích hợp cho mỗi gói dựa theo chỉ thị của User và trạng thái hiện tại của các địa chỉ này

Nó giám sát khả năng liên lạc tới đích thông qua các xung khi các lưu lượng gói khác không đủ để cung cấp thông tin Chức năng này cũng sẽ thông báo cho User khi có sự thay đổi về khả năng liên lạc tới các đích Trong quá trình khởi tạo kết nối, chức năng quản lý đường truyền có nhiệm vụ thông báo các địa chỉ thích hợp cho phía đối tác đồng thời nhận thông báo của đối tác về các địa chỉ của nó rồi chuyển tới cho User

2.3.2 Các lớp thích ứng người dùng-xUA

2.3.2.1 Lớp thích ứng M2PA

M2PA là giao thức truyền các bản tin báo hiệu lớp MTP3 qua mạng IP sử dụng giao thức truyền dẫn SCTP M2PA tương đương với M2UA Tuy nhiên, nó không chỉ là cung cấp kết nối giữa 2 lớp MTP2 và MTP3 cách xa nhau mà nó có thể thay thế hoàn toàn lớp MTP2 bên dưới lớp MTP3 Người dùng của M2PA là lớp MTP3 ở cả 2 đầu kết nối (với M2UA, người dùng một đầu là MTP3, đầu còn lại là

SG NIF)

M2PA cho phép các lớp MTP3 ngang hàng của các SG có thể liên lạc trực tiếp với nhau Thực chất, nó mở rộng mạng SS7 sang mạng IP

Hình 2.6: Mô hình kiến trúc của M2PA

Mô hình này được áp dụng chủ yếu cho các kết nối giữa SG với SG, sử dụng như cầu nối giữa 2 mạng SS7, trong trường hợp này mỗi SG có thể kết nối tới nhiều

SG khác mà không cần phải quan tâm tới lớp trên mà nó phải hỗ trợ vì đã có lớp MTP3 rồi Lớp MTP3 tại mỗi SG sẽ cung cấp chức năng định tuyến và quản lý các link MTP2/M2PA Vì có lớp MTP3 cho nên mỗi SG phải có một mã điểm báo hiệu tương ứng M2PA cũng có thể thay thế link MTP2 trong trường hợp kết nối giữa

SG với IP SCP bên phía mạng IP

Điểm khác biệt giữa M2PA và M2UA chính là M2PA tự nó có khả năng cung cấp các dịch vụ của lớp MTP2 còn M2UA thì cung cấp dịch vụ bằng cách tạo một giao diện ảo để sử dụng các dịch vụ của MTP2 ở xa

M2PA có các chức năng sau:

• Duy trì hoạt động liên tục giữa các thực thể ngang hàng MTP3 giao tiếp với nhau qua mạng IP

• Thực hiện kích hoạt và ngưng các liên kết theo yêu cầu của MTP3

• Điều hành các thông tin trạng thái liên kết, quản lý việc truyền tuần tự và

bộ đệm truyền lại

Bản tin của M2PA có dạng như sau:

Hình 2.7: Cấu trúc bản tin M2PA

• M2PA chỉ có 1 lớp bản tin là lớp 11 Với Loại bản tin bằng 1, đây là bản tin chứa dữ liệu User, nếu loại bản tin bằng 2, đây là bản tin chứa trạng thái liên kết

• Phần Header riêng của bản tin chứa số tuần tự hướng đi và số tuần tự hướng về

2.3.2.2 Lớp thích ứng M2UA

M2UA được sử dụng như đường trục truyền các bản tin báo hiệu lớp người

sử dụng MTP2 (ví dụ như MTP3) qua mạng IP sử dụng giao thức SCTP M2UA cung cấp các dịch vụ cho lớp người sử dụng của nó tương tự như các dịch vụ do MTP2 cung cấp cho MTP3 M2UA thường được dùng trong kết nối giữa SG và SGC, khi đó SG nhận bản tin báo hiệu SS7 từ giao diện mạng SS7 tiêu chuẩn và chuyển đến cho SGC Đứng từ phía mạng SS7 sẽ thấy SG đóng vai trò của một kết cuối liên kết báo hiệu

Trong mô hình trên ta thấy MTP3 ở MGC là User của lớp MTP2 ở SG, nhưng cả 2 đều không nhận ra được chúng đang hoạt động trên 2 thiết bị riêng rẽ M2UA được sử dụng cho các mục đích sau:

• Cung cấp một cơ chế cho phép truyền bản tin báo hiệu User của MTP2 qua mạng IP sử dụng giao thức SCTP

Hình 2.8: Liên kết hoạt động SS7 IP sử dụng M2UA

Hình 2.9: Tính trong suốt của SG đối với lớp mạng SS7 khi sử dụng M2UA

• Tập trung lưu lượng SS7 từ các link SS7 cách xa nhau về một điểm tập trung trên mạng

• Bằng việc sử dụng M2UA, một vài điểm báo hiệu có thể hợp nhất thành một điểm báo hiệu tập trung Ta biết là mỗi điểm báo hiệu có lớp MTP3 phải có một mã điểm báo hiệu nhất định Trong trường hợp này, nếu mỗi SG sử dụng lớp MTP3 thì mỗi SG sẽ phải có một mã điểm báo hiệu riêng đối với mạng SS7 Điều này sẽ dẫn đến sự lãng phí địa chỉ SS7 Bằng việc sử dụng lớp

M2UA, sẽ chỉ cần cấp phát một mã điểm báo hiệu cho MGC còn các SG thì không cần Khi đó các bản tin lớp MTP2 mà SG nhận được sẽ được chuyển đến lớp MTP3 ở MGC để xử lý và định tuyến tới phía đích Đứng từ phía mỗi mạng SS7 mà các SG kết nối tới sẽ thấy các liên kết nối tới SG là các liên kết của một MGC

2.3.2.3 Lớp thích ứng M3UA

M3UA là giao thức hỗ trợ cho việc truyền dẫn các bản tin báo hiệu của MTP3-User (ví dụ như ISUP, SCCP) qua mạng IP sử dụng giao thức SCTP M3UA tương tự như M2UA về cả chức năng và cách thức hoạt động Giao thức này cũng hoạt động theo mô hình Chủ - tớ, nó thường được sử dụng ở giao tiếp giữa SG và MGC hay các IP SCP bên phía mạng IP SG có giao diện kết nối tới mạng SS7, nó nhận các báo hiệu SS7 ở trên lớp MTP3 ví dụ như ISUP, SCCP và các MTP3-User khác rồi chuyển tới MGC thông qua các kết nối SCTP M3UA giúp cung cấp dịch

vụ lớp MTP3 cho User SS7 của MGC, do vậy nó mở rộng mạng báo hiệu SS7 sang phía mạng IP

Hình 2.10: Mô hình kiến trúc M3UA Trong trường hợp này, MTP3 tại SG sẽ không nhận biết được là lớp người dùng ISUP của MGC đặt ở xa Tương tự, lớp ISUP bên phía MGC cũng không biết

được là nó đang được phục vụ bởi lớp MTP3 của SG cục bộ Do vậy các bản tin báo hiệu số 7 sẽ được truyền một cách trong suốt từ SG tới MGC qua mạng IP

Trong mô hình sử dụng M3UA, MTP3 kết thúc tại SG nên định tuyến thông qua mã điểm báo hiệu SS7 được kết thúc tại SG, do đó SG sẽ được cấp phát một mã điểm báo hiệu chứ không phải là MGC, tuy nhiên để phục vụ cho việc định tuyến khi có nhiều MGC trong mạng IP, một hay một nhóm các MGC được cấp phát một

mã điểm báo hiệu Việc định tuyến tiếp trong mạng IP được thực hiện dựa vào các khóa định tuyến (RK: Routing Key) Khóa định tuyến là 1 nhóm các tham số SS7 (Ví dụ: DPC) và giá trị của nó được ánh xạ tới một hay một nhóm địa chỉ đích trong mạng IP

Lấy ví dụ về RK trong hình, với MGC-A và MGC-B là được gom chung lại tạo thành 1 Cluster và được gán cho RK-1 Khi STP-A chuyển một bản tin ISUP với DPC 1.1.1 tới SG SG sẽ tìm trong bảng định tuyến của nó và tìm thấy 2 giá trị phù hợp tương ứng với địa chỉ IP của MGC-A và MGC-B Theo mặc định nó sẽ định tuyến bản tin đến MGC-A Nếu MGC-A gặp sự cố hoặc đường truyền bị nghẽn thì SG sẽ chuyển các bản tin đến MGC-B

STP-B

STP-A

MGC-B 6.6.6.6

MGC-A 5.5.5.5

MGC-C 7.7.7.7

5.5.5.5 7.7.7.7 1.1.2 RK-2

6.6.6.6 DPC RK IP

Cluster

RK-1

RK-2

IP PSTN

Bảng định tuyến

Hình 2.11: Định tuyến trong mạng IP bằng Routing Key Như vậy RK sẽ giúp định tuyến các bản tin SS7 trong mạng IP và kỹ thuật sử dụng cluster sẽ giúp tăng độ an toàn và chia tải giữa các MGC

2.3.2.4 Lớp thích ứng SUA

SUA là giao thức hỗ trợ truyền dẫn các bản tin của SCCP-User qua mạng IP

sử dụng giao thức SCTP Nó cho phép truy nhập tới các lớp ứng dụng (ví dụ như TCAP) tại IP SCP thông qua SG Kiến trúc mạng sử dụng SUA cho phép một SG

có thể kết nối đến nhiều IP SCP Lớp MTP3 nằm ở SG nên SG được cấp một mã điểm báo hiệu còn các IP SCP không cần phải có lớp MTP3 cục bộ, do vậy không đòi hỏi phải có mã điểm báo hiệu riêng

Hình 2.12: Mô hình kiến trúc SUA SUA hỗ trợ các chức năng sau:

• Truyền dẫn các bản tin SCCP (TCAP, MAP, INAP )

• Hỗ trợ dịch vụ không kết nối và hướng kết nối của SCCP

• Quản lý các kết nối truyền tải SCTP giữa SG và một hay nhiều nút báo hiệu phía mạng IP, bảo đảm hoạt động liên tục của các User

• Hỗ trợ các nút báo hiệu phân tán phía mạng IP

• Thông báo về các thay đổi trạng thái phục vụ cho mục đích quản lý

2.3.2.5 Lớp thích ứng IUA

IUA được sử dụng để mang bản tin Q.931 qua mạng IP trong liên kết giữa

SG và MGC

Hình 2.13: Liên kết hoạt động ISDN IP sử dụng IUA

Cũng giống như M2UA, M3UA hay SUA, nguyên tắc hoạt động của IUA là tạo ra một giao diện ảo cho phép Q931 sử dụng các dịch vụ của Q921 từ xa IUA cung cấp các khả năng sau:

• Ánh xạ: Một MGC có thể quản lý nhiều SG, một SG có thể có nhiều giao diện kết nối đến ISDN như T1, E1, và cả khe thời gian TDM IUA sẽ gán các

mã nhận dạng giao diện cho các giao diện vật lý này và dựa vào nó để quản

lý trạng thái của các mã nhận dạng đầu cuối TEI và mã nhận dạng điểm truy cập dịch vụ SAPI Lưu ý là việc gán này được thực hiện, thay đổi và xóa bỏ theo yêu cầu của các tiến trình máy chủ ứng dụng ASP

• Trạng thái của ASP: Lớp IUA trên SG duy trì trạng thái của ASP mà nó hỗ trợ Trạng thái của ASP thay đổi bởi việc nhận các bản tin ngang hàng hay nhận các tín hiệu từ kết nối SCTP cục bộ

• Quản lý luồng SCTP: SCTP cho phép User (trong trường hợp này là IUA) xác định số luồng cần mở khi khởi tạo kết nối và lựa chọn đường truyền trong kết nối IUA cũng ánh xạ mã nhận diện giao diện với kết nối và luồng SCTP Thông thường mỗi luồng SCTP được dùng cho một kênh D để có độ trễ phù hợp trong quá trình lưu trong bộ đệm và truyền đi

• Quản lý sự liên tục của mạng: Ví dụ một kết nối SCTP bị hỏng, lớp IUA của

SG và ASP sẽ tạo yêu cầu giải tỏa kết nối

• Quản lý nghẽn: nếu lớp IUA bị nghẽn (không xử lý kịp các bản tin SCTP đưa lên, nó sẽ ngừng đọc từ kết nối SCTP để điều khiển luồng phía phát