Mạng NGN, giao thức báo hiệu và điều khiển SIP, megaco

Thực tế này đã đặt các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trước một thách thức rất lớn là làm sao có thể đáp ứng được nhu cầu của các vị khách hàng khó tính với chi phí đầu tư thấp nhất.. N

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- NGUYỄN VĂN QUÝ

MẠNG NGN, GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Mạng NGN, giao thức báo hiệu và điều khiển SIP, Megaco” do em nghiên cứu và làm dưới sự hướng dẫn của thầy giáo

TS Đặng Quang Hiếu Các số liệu và công thức đưa ra hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 29 tháng 10 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Quý

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC BẢNG vii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii

Lời nói đầu 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 3

1.1 SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGN 3

1.1.1 Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN 3

1.1.2 Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN 4

1.2 KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN 6

1.2.1 Khái niệm 6

1.2.2 Các đặc điểm của mạng NGN 7

1.3 KIẾN TRÚC MẠNG NGN 7

1.3.1 Kiến trúc chức năng của mạng NGN 7

1.3.2 Cấu trúc vật lý 11

1.4 CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG NGN 12

1.4.1 Media Gateway (MG) 12

1.4.2 Media Gateway Controller (MGC) 13

1.4.3 Signalling Gateway (SG) 15

1.4.4 Hệ thống thiết bị truyền tải 16

1.4.5 Hệ thống thiết bị truy nhập 16

Kết luận chương 1: 16

Chương 2 GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN MẠNG NGN 18

2.1 Các giao thức điều khiển chủ tớ 19

2.1.1 Giao thức MGCP 19

2.1.1.1 Giới thiệu chung 19

2.1.1.2 Thiết lập cuộc gọi 20

2.1.1.3 Mô hình cấu trúc hoạt động giao thức MGCP 20

2.1.2 Giao thức Megaco/H248 22

2.2 Giao thức điều khiển ngang hàng 26

2.2.1 Giao thức H.323 26

2.2.1.1 Giới thiệu 26

2.2.1.2 Cấu trúc H.323 27

2.2.1.3 Thiết lập và huỷ cuộc gọi H.323 28

2.2.2 SIP 30

2.2.2.1 Giới thiệu 30

2.2.2.2 Các thành phần mạng 30

2.2.2.3 Chức năng của SIP 31

2.3 Giao thức BICC 34

2.4 Giao thức báo hiệu SIGTRAN 35

2.5 Hệ thống báo hiệu số 7 36

2.5.1 Vai trò và vị trí của hệ thống báo hiệu số 7 36

2.5.2 Cấu trúc của hệ thống báo hiệu số 7 38

2.5.3 Các khái niệm cơ bản của hệ thống báo hiệu số 7 39

2.5.4 Mối tương quan giữa CCS No.7 và OSI 41

Kết luận Chương 2 42

Chương 3 Giao thức Sip 44

3.1 Giới thiệu 44

3.2 Khái quát về hoạt động của SIP 45

3.2.1 Địa chỉ SIP 47

3.2.2 Giao dịch SIP 47

3.2.3 Lời mời SIP 48

3.2.4 Định vị người dùng 49

3.2.5 Thay đổi một phiên hiện tại 50

3.2.6 Các loại bản tin SIP 50

3.2.6.1 Bản tin Request 51

3.2.6.2 Bản tin Respones 55

3.3 Thân bản tin SIP ( SIP Message Body ) 56

3.3.1 Body Inclusion 56

3.3.2 Kiểu thân bản tin ( Message Body Type ) 56

3.3.3 Độ dài thân bản tin ( Message Body Length ) 56

3.3.4 Khuôn dạng thoả thuận ( Comfact From ) 56

3.4.1 Định nghĩa các trường tiêu đề 57

3.4.1.1 Khuôn dạng trường tiêu đề 57

3.4.1.2 Các trường tiêu đề chung 57

3.4.1.3 Các trường tiêu đề thực thể 63

3.4.1.4 Các trường tiêu đề yêu cầu 65

3.4.2 Các trường tiêu đề đáp ứng 67

3.4.2 Mã trạng thái 68

3.4.2.1 Informational 1xx 68

3.4.2.2 Successful 2xx 68

3.4.2.3 Redirection 3xx 69

3.4.2.4 Request Failure 4xx 69

3.4.2.5 Server Failure 5xx 69

3.4.2.6 Global Farlures 6xx 69

3.5 Hoạt động của SIP Client và SIP Server 69

SIP có thể sử dụng cả giao thức UDP ( User Datagram Protocol ) và TCP (

Transmission Control Protocol ) như những giao thức truyền 69

3.5.1 Yêu cầu 69

3.5.2 Đáp ứng 70

3.6 Địa chỉ nguồn, địa chỉ đích và các kết nối 70

3.6.1 Unicast UDP 70

3.6.3 Kết nối TCP 71

3.7 Hoạt động của UA ( User - Agent ) 72

3.7.3 Phía gọi nhận được đáp ứng ban đầu 73

3.7.4 Phía gọi hay bị gọi phát ra yêu cầu tiếp theo 73

3.7.5 Nhận các yêu cầu tiếp theo 73

3.8 Hoạt động của SIP Proxy và Redirect Server 74

3.8.1 Redirect Server 74

3.8.2 UAS 74

3.8.3 Proxy Server 74

3.8.3.1 Proxy Request 74

3.8.3.2 Proxy Respone 75

3.8.4 Forking Proxy 76

3.9 Liên vận SIP-PSTN 77

3.9.1 Cách tiếp cận 77

Kết luận Chương 3 82

Chương 4 Giao thức Megaco 84

4.1 Giới thiệu 84

4.2 Mô hình kết nối 84

4.3 Các loại ngữ cảnh 85

4.3.1 Các thuộc tính và các bộ mô tả ngữ cảnh 86

4.3.2 Tạo mới, xóa bỏ và sửa đổi các ngữ cảnh 86

4.4 Các kết cuối 87

4.4.1 Kết cuối động (Termination dynamics) 89

4.4.2 Các định danh kết cuối (TerminationIDs) 89

4.4.3 Các gói (Packages) 90

4.4.4 Các thuộc tính và các bộ mô tả kết cuối 90

4.4.5 Kết cuối gốc (Root Termination) 92

4.5 Các lệnh (Commands) 92

Kết luận chương 4 95

KẾT LUẬN 96

Tài liệu tham khảo 97

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Mạng hợp nhất 7

Hình 1 2 Cấu trúc mạng NGN (góc độ mạng) 8

Hình 1 3 Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ) 9

Hình 1 4 Cấu trúc chức năng của NGN 10

Hình 1 5 Cấu trúc hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ 11

Hình 1 6 Cấu trúc vật lý của NGN 11

Hình 1 7 Kiến trúc tổng thể cho mạng NGN 12

Hình 1 8 Cấu trúc của MG 13

Hình 1 9 Các chức năng của MGC 14

Hình 1 10 Ví dụ sử dụng MGC 15

Hình 2 1 Mô hình tổng quan giao thức báo hiệu và điều khiển NGN 18

Hình 2 2 Mô hình hoạt động của Megaco 19

Hình 2 3 Thiết lập cuộc gọi A-B 20

Hình 2 4 Tham khảo báo hiệu MGCP/Megaco 21

Hình 2 5 Các thành phần mạng H.323 27

Hình 2 6 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN 28

Hình 2 7 Thiết lập cuộc gọi H.323 29

Hình 2 8 Cấu trúc của một hệ thống SIP 30

Hình 2 9 Mô tả kiến trúc mạng BICC 35

Hình 2 10 Kiến trúc giao thức SIGTRAN 36

Hình 2 11 Cấu trúc cơ bản của hệ thống báo hiệu số 7 38

Hình 2 12 Mối tương quan giữa CCS no 7 và OSI 42

Hình 3 1 Cơ chế hoạt động của giao thức SIP 45

Hình 3 2 Sử dụng SIP-T cho báo hiệu liên MGC 79

Hình 3 3 Chuyển đổi báo hiệu trong cuộc gọi cơ bản 80

Hình 3 4 Tương tác các profile của SIP 82

Hình 4 1 Ví dụ về mô hình kết nối Tiêu chuẩn 85

Hình 4 2 Ghép kết cuối trường hợp – Circuit to Packet 88

Hình 4 3 Ghép kết cuối trường hợp – Circuit to Circuit 88

Hình 4 4 Ghép kết cuối hợp – Single to Multiple Terminations 89

Hình 4 5 Cấu trúc khuôn dạng bản tin 94

DANH MỤC BẢNG Bảng 2 1 So sánh giữa MEGACO và MGCP 23

Bảng 2 2 So sánh SIP và H.323 31

Bảng 3 1 Ánh xạ một số bản tin cơ bản giữa ISUP và SIP_T 81

Bảng 4 1 Mô tả các lệnh 91

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Control

Giao thức điều khiển độc lập kênh

mang

GK Gatekeeper Giám sát cổng phương tiện

GW Gateway Cổng phương tiện

ITU T

International Telecommunication Union

Telephone

Liên minh viễn thông thế giới về

thoại

MEGACO Media Gateway Control Giao thức điều khiển cổng phương

tiện

mặt đất

Network

Application Part

Phần ứng dụng mạng truy nhập vô

tuyến

Protocol

Giao thức điều khiển truyền tải thời

gian thực

Protocol

Giao thức điều khiển truyền tải

luồng

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

UDP User Datagam Protocol Giao thức gói tin người dùng

Telecommunication System

Hệ thống thông tin di động toàn

cầu

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, khi mà đời sống xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu trao đổi thông tin của con người cũng tăng lên rất nhiều cả về mức độ phong phú lẫn chất lượng của của loại hình dịch vụ Hiện nay, những nhu cầu đó không chỉ còn tập trung vào loại hình dịch vụ thoại truyền thống như trước đây nữa

mà còn cả các dịch vụ thoại có hình ảnh, hội nghị đa phương, cầu truyền thông, không thể đáp ứng được trên cơ sở hạ tầng của mạng viễn thông trước đây Thực tế này đã đặt các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trước một thách thức rất lớn là làm sao có thể đáp ứng được nhu cầu của các vị khách hàng khó tính với chi phí đầu tư thấp nhất

Bên cạnh đó là sự ra đời của các công nghệ, kỹ thuật mới, sự bùng nổ của Internet đã trở thành động lực thúc đẩy sự ra đời của một mạng viễn thông thế hệ mới – Next Generation Network (NGN) NGN không phải là một mạng có cơ sở hạ tầng được xây dựng hoàn toàn mới mà nó được hình thành và phát triển trên nền tảng của các mạng thế hệ trước đó kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch gói theo giao thức IP Nhờ được xây dựng và phát triển trên cơ sở hạ tầng của các mạng thế hệ trước mà các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không cần phải bỏ vốn đầu tư ban đầu nhiều mà vẫn có khả năng thu lại lợi nhuận cao Nhờ kỹ thuật chuyển mạch gói

mà NGN là một mạng có khả năng cung cấp không chỉ các dịch vụ thoại thông thường mà còn có khả năng cung cấp cả các dịch vụ số liệu, thoại và số liệu tích hợp,các ứng dụng multimedia một cách mềm dẻo và linh hoạt

NGN đã có sự thay đổi hoàn toàn về mặt kiến trúc, kiến trúc phân tán đã được xây dựng thay cho kiến trúc tập trung như trong mạng chuyển mạch kênh trước đây Trong kiến trúc mới này, khả năng thông minh (Intelligent) không phải được tập trung mà được phân tán cho các thiết bị nằm rải rác trong toàn kiến trúc mạng Kiến trúc phân tán và sự kết hợp giữa mạng thế hệ cũ và mạng thế hệ mới đã đặt ra cho các giao thức báo hiệu và điều khiển một vai trò hết sức quan trọng

trong việc phối hợp hoạt giữa các thiết bị trong mạng thế hệ mới và giữa các thiết

bị trong mạng thế hệ cũ với các thiết bị trong mạng thế hệ mới

Báo hiệu trong mạng NGN gồm có 2 phần chính là các giao thức báo hiệu ngang hàng và chủ tớ Trong đó các giao thức Sip và Megaco là các giao thức ra đời sau nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng dịch vụ cho các giao thức báo hiệu

ra đời trước chúng Đây cũng chính là lý do em lựa chọn đề tài GIAO THỨC BÁO HIÊU ĐIỀU KHIỂN SIP, MEGACO Nội dung của đề tài này gồm các phần sau: Chương 1 Tổng quan về mạng thế hệ sau NGN

Chương 2 Các giao thức báo hiệu và điều khiển

Chương 3 Giao thức SIP

Chương 4 Giao thức Megaco

Do còn rất nhiều hạn chế về trình độ và thời gian nên đề tài này sẽ không tránh khỏi các sai sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô

và các bạn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 1.1 SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGN

1.1.1 Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN

Có một điều rõ ràng là thị trường thông tin đang thay đổi một cách nhanh chóng Sự thay đổi này không chỉ liên quan đến các nhà sản xuất, các nhà nghiên cứu thị trường viễn thông mà còn tới nhiều đối tượng trong các lĩnh vực khác nhau của xã hội Phương thức mà con người trao đổi thông tin, giao tiếp với nhau, kinh doanh với nhau đang dần dần được thay đổi cùng với những thay đổi của nền công nghiệp viễn thông Các đường dây điện thoại không chỉ còn mang thông tin thoại

mà còn truyền cả số liệu và video Thông tin thoại, số liệu, fax, video và các dịch vụ khác đang được cung cấp tới các đầu cuối là máy điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân, các máy móc tự động…với các yêu cầu về chất lượng dịch vụ từ phía người sử dụng ngày càng cao Lưu lượng thông tin số liệu đã vượt xa lưu lượng thông tin thoại và vẫn tăng không ngừng với tốc độ gấp 10 lần tốc độ tăng của lưu lượng thông tin thoại Chuyển mạch kênh, vốn là đặc trưng của mạng PSTN truyền thống trong suốt thế kỷ qua đang nhường bước cho chuyển mạch gói trong mạng thế hệ sau vì không còn thích hợp nữa và tỏ ra có nhiều nhược điểm đối với các dịch vụ phi thoại:

ƒ Sử dụng băng tần không linh hoạt

ƒ Lãng phí tài nguyên hệ thống

ƒ Không có cơ chế phát hiện và sửa lỗi

ƒ Hiệu năng sử dụng không cao

Để thoả mãn nhu cầu của khách hàng, đồng nghĩa với việc gia tăng lợi nhuận, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông yêu cầu những giải pháp công nghệ mới thay thế (hoặc bổ sung) cho mạng PSTN Cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách hàng, công nghệ chuyển mạch gói cũng góp phần đưa ngành công nghiệp viễn thông

chuyển sang một thời kỳ mới Công nghệ chuyển mạch gói đưa ra các giải pháp chuyển giao thông tin dưới dạng các gói tin theo phương thức hướng kết nối hay phi kết nối trên các kênh ảo Mạng chuyển mạch gói có thể được xây dựng theo các giao thức khác nhau: X25, IP, trong đó giao thức IP là giao thức đang được quan tâm nhiều nhất Mạng chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP được coi là giải pháp công nghệ đáp ứng được sự gia tăng nhu cầu của khách hàng Với khả năng của mình, các dạng lưu lượng khác nhau được xử lý hoàn toàn trong suốt trong mạng

IP, điều này cho phép mạng IP có khả năng cung cấp các loại dịch vụ phong phú và

đa dạng, bao gồm cả các dịch vụ đa phương tiện chứ không riêng gì các dịch vụ thoại

Như vậy, để dáp ứng các yêu cầu đặt ra, các nhà quản trị mạng có 2 sự lựa chọn, hoặc là xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới cho mạng IP hoặc là xây dựng một mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên hạ tầng mạng PSTN hiện có Hạ tầng mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế chỉ trong một sớm, một chiều và vì thế phương án thứ hai là sự lựa chọn đúng đắn – đó

là mạng thế hệ sau NGN – Next Generation Network Như vậy mạng thế hệ sau (NGN: Next Generation Network) đã được hình thành, đó không phải là một cuộc cách mạng mà là một bước phát triển

1.1.2 Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN

Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển theo hàm số mũ của nhu cầu truyền dẫn

dữ liệu và các dịch vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ Các hệ thống mạng công cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, truyền dữ liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng lấn, tách rời được triển khai để đáp ứng những yêu cầu của chúng Do vậy, một sự chuyển đổi sang hệ thống mạng chuyển mạch gói tập trung là không thể tránh khỏi khi mà dữ liệu thay thế vị trí của thoại và trở thành nguồn tạo ra lợi nhuận chính Cùng với sự bùng nổ Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả năng mạng thế hệ mới sẽ

dựa trên giao thức IP Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ quan trọng và do đó, những thay đổi này dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lượng cao qua IP

Ngoài những động lực về mặt kỹ thuật thì trong khía cạnh kinh doanh cũng có các động lực dẫn tới sự ra đời của mạng NGN:

a Cải thiện chi phí đầu tư

Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống được cải tiến chậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính Các chuyển mạch kênh này hiện đang chiếm phần lớn trong cơ sở hạ tầng PSTN Tuy nhiên chúng chưa thật sự tối ưu cho mạng truyền số liệu Kết quả là ngày càng có nhiều dòng lưu lượng số liệu trên mạng PSTN đến mạng Internet và sẽ xuất hiện một giải pháp với định hướng số liệu làm trọng tâm để thiết kế mạng chuyển mạch tương lai, nền tảng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu

Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhà khai thác lựa chọn nhà cung cấp có hiệu quả nhất cho từng lớp mạng của họ

b Xu thế đổi mới viễn thông

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

c Các nguồn doanh thu mới

Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và xuất hiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại Kết

quả là phần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh của họ dưới ánh sáng của các dự báo này

Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các dịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video

1.2 KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN

1.2.1 Khái niệm

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

ƒ Mạng đa dịch vụ : cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau

ƒ Mạng hội tụ : hỗ trợ dịch vụ thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ

ƒ Mạng phân phối : phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng

ƒ Mạng nhiều lớp : tổ chức nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau

Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN Song vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho mạng NGN

Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạng thế hệ mới nhưng là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN

Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách

đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM

và mạng chuyển mạch gói dựa trên kỹ thuật IP/ATM

Hình 1 1 Mạng hợp nhất

Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời có thể cung cấp cho mạng IP một lượng lưu lượng dữ liệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng PSTN 1.2.2 Các đặc điểm của mạng NGN

Mạng NGN có bốn đặc điểm chính:

ƒ Nền tảng là hệ thống mạng mở

ƒ Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới

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

ƒ Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

1.3 KIẾN TRÚC MẠNG NGN

1.3.1 Kiến trúc chức năng của mạng NGN

Hiện nay chưa có một khuyến nghị chính thức nào của ITU-T về kiến trúc NGN Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình kiến trúc NGN như Alcatel,

Siemens, NEC, Lucent, Ericsson,…và kèm theo là các giải pháp mạng cùng các sản phẩm thiết bị mới Từ các mô hình này, kiến trúc NGN có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau:

ƒ Lớp kết nối (truy nhập, truyền tải/lõi)

ƒ Lớp trung gian (truyền thông)

ƒ Lớp điều khiển

ƒ Lớp quản lý

Trong các lớp trên, lớp điều khiển là phức tạp nhất với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang được các nhà khai thác quan tâm

Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN:

Hình 1 2 Cấu trúc mạng NGN (góc độ mạng)

Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ, mô hình cấu trúc NGN còn có thêm lớp ứng dụng/dịch vụ Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng/dịch vụ

Hình 1 3 Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ)

Phân tích:

Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho thoại và dữ liệu Các khối trong tổng đài hiện nay được phân chia thành các lớp mạng riêng lẻ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn

Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch PSTN thực chất

đã được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch Sự thông minh đó nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm (softswitch) hay bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (Media Gateway Controller) hay tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mới

Tại lớp trung gian (truyền thông), các cổng phương tiện (MG) được đưa vào sử dụng để thích ứng thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói Các

MG này được sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RG – Residential Gateway), hoặc với các mạng truy nhập (AG – Access Gateway), hoặc với mạng PSTN (TGW – Trunk Gateway) Các máy chủ phương tiện đặc biệt thực hiện nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như cung cấp các âm quay số hoặc bản tin thông báo Ngoài ra, chúng còn có các chức năng tiên tiến hơn như: trả lời bằng tiếng nói tương tác và biến đổi văn bản sang tiếng nói hoặc ngược lại

Hình 1 4 Cấu trúc chức năng của NGN

Các giao diện mở của kiến trúc cho phép các dịch vụ mới được triển khai nhanh chóng Đồng thời tạo thuận lợi cho việc triển khai các phương thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giá trị truyền thống hiện tại thành nhiều dịch

vụ có thể do các hãng khác nhau cung cấp

Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay, đó là: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyền tải Các giao diện

mở có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng, dễ dàng Đồng thời nhà khai thác có thể chọn lựa nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN

Hình 1 5 Cấu trúc hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ

1.3.2 Cấu trúc vật lý

Hình 1 6 Cấu trúc vật lý của NGN

NGN cần được hiểu rõ là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải là mạng hoàn toàn mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN, người ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối

MG có các chức năng sau:

ƒ Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức thời gian thực (RTP – Real Time Protocol)

ƒ Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP) dưới sự điều khiển của MGC Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này

ƒ Hỗ trợ các giao thức đã có như loop – start, ground – start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1

ƒ Quản lý tài nguyên và kết nối T1

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

ƒ Có phần mềm MG dự phòng

ƒ Cho phép khả năng mở rộng MG về: cổng (port), cards, các nút, mà không làm thay đổi các thành phần khác

Hình 1 8. Cấu trúc của MG

1.4.2 Media Gateway Controller (MGC)

ƒ MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm, và cũng thường được gọi là Call Agent hay Bộ điều khiển cổng (Gateway Controller),hay chuyển mạch mềm Hình 1.9 trình bày kết nối của MGC với các thành phần khác của mạng NGN

ƒ MGC điều khiển xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện truyền thông MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi Ngoài ra còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS

ƒ MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN, SS7, mạng IP Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau

ƒ Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho chuyển mạch mềm

a Các chức năng của MGC (Hình 1.9)

Hình 1 9 Các chức năng của MGC

ƒ Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một MG

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

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

ƒ Xử lý bản tin báo hiệu SS7 (khi sử dụng SIGTRAN)

ƒ Xử lý các bản tin liên quan QoS như RTCP

ƒ Thực hiện định tuyến cuộc gọi (bao gồm bảng định tuyến và biên dịch)

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

ƒ Điều khiển quản lý băng thông

b Các giao thức MGC có thể sử dụng

Hình 1 10 Ví dụ sử dụng MGC

ƒ Giao thức thiết lập cuộc gọi: H.323, SIP

ƒ Giao thức điều khiển MG: MGCP, MEGACO/H.248

ƒ Giao thức điều khiển SG: SIGTRAN (SS7)

ƒ Giao thức truyền thông tin: RTP, RCTP

1.4.3 Signalling Gateway (SG)

SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được quản

lý bởi chuyển mạch mềm trong mạng IP SG làm cho chuyển mạch mềm giống như

một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7 Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu SG có các chức năng sau:

ƒ Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu

ƒ Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP

ƒ Cung cấp đường thoại, dữ liệu và các dạng thông tin khác

1.4.4 Hệ thống thiết bị truyền tải

ƒ Nút chuyển mạch IP – ATM tốc độ cao lớp trên (ATM Switch, IP Switch,…)

ƒ Thiết bị định tuyến lõi, biên (Router, LSR,…)

ƒ Thiết bị truyền dẫn quang dung lượng lớn lớp dưới (SDH, DWDM, SONET)

1.4.5 Hệ thống thiết bị truy nhập

ƒ Hỗ trợ toàn bộ các giao diện truy nhập phía xa như VoDSL, ADSL/SDSL, ISDN – BA,.v.v…và tách riêng các ứng dụng thoại và truyền số liệu đưa vào các mạng đường trục riêng biệt (mạng TDM và mạng lõi NGN)

ƒ Cung cấp các loại cổng truy nhập khác nhau như: POTS, VoIP, IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động,…

Kết luận chương 1:

- Như vậy qua phân tích chương 1 ta thấy

o NGN là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùng một cơ sở hạ tầng dựa trên nền tảng IP, làm việc trên cả hai phương tiện truyền thông vô tuyến và hữu tuyến Theo tình hình thực tiễn phát triển của mạng viễn thông hiện nay thì NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với cấu trúc mạng đa dịch vụ dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất các hệ thống quản lý và điều khiển Các ứng dụng cơ bản

bao gồm thoại, hội nghị truyền hình và nhắn tin hợp nhất (unified messaging) như voice mail, email và fax mail, cùng nhiều dịch vụ tiềm năng khác.

o Kiến trúc NGN có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau:

ƒ Lớp kết nối (truy nhập, truyền tải/lõi)

ƒ Lớp trung gian (truyền thông)

ƒ Lớp điều khiển

ƒ Lớp quản lý

o Thiết bị quan trọng nhất của NGN là MGC nằm ở tâm của mạng trục (còn hay gọi là mạng lõi) MGC điều khiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức Các giao thức này sẽ được xem xét kỹ ở chương sau

Chương 2 GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN MẠNG NGN Kiến trúc của mạng NGN là kiến trúc phân tán vì thế mà các chức năng báo hiệu và xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi,…được thực hiện bởi các thiết bị nằm phân tán trong cấu hình mạng Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo hiệu và diều khiển được với nhau Cách thức trao đổi các thông tin báo hiệu và điều khiển

đó được quy định trong các giao thức báo hiệu và điều khiển được sử dụng trong mạng

Hình 2 1 Mô hình tổng quan giao thức báo hiệu và điều khiển NGN

Về cơ bản, trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển sau:

- Giao thức điều khiển chủ tớ

o MGCP và Megaco

- Giao thức điều khiển ngang hàng

o H323 và Sip

- Giao thức liên quan khác: BICC, Sigtran và SS7

2.1 Các giao thức điều khiển chủ tớ

2.1.1 Giao thức MGCP

2.1.1.1 Giới thiệu chung

ƒ “Media Gateway Control Protocol ( MGCP ) là giao thức sử dụng để điều khiển các gateway thoại từ các thiết bị điều khiển cuộc gọi, được gọi là Media Gateway Controller hoặc Call Agent.” Đây là định nghĩa về MGCP trích từ IETF RFC 2705 Media Gateway Control Protocol

ƒ MGCP do IETF xây dựng, đóng vai trò then chốt trong các hoạt động phân giải chất lượng cao cho các dịch vụ điện thoại qua diện rộng, bao gồm sự quản lý các endpoint ở xa và các cửa khẩu ( gateway ) trên mạng trục chính nối đến mạng PSTN và các mạng thuộc loại khác

ƒ

ƒ

Hình 2 2 Mô hình hoạt động của Megaco

ƒ MGCP là giao thức sử dụng để điều khiển các MG từ các thiết bị MGC Mỗi lệnh gửi bởi thực thể báo hiệu ( MGC hay GW ) yêu cầu thông báo thành công hay thất bại trong một mã trả về Đáp ứng chỉ chứa mã báo nhận, được gửi tới MGC, là nơi gửi các lệnh này, hoặc đến địa chỉ vận chuyển được nhận dạng bởi tham số Notified Entity, nếu nó được bao hàm trong lệnh đang được báo nhận

Media Gateway ( MG )

Media Gateway

( MG )

SIP H323

2.1.1.2 Thiết lập cuộc gọi

Trình tự thiết lập cuộc gọi cơ sở như sau:

Hình 2 3 Thiết lập cuộc gọi A-B

™ Khi máy A được nhấc lên gateway A gửi bản tin cho MGC

™ Gateway A tạo âm mời quay số và nhận số bị gọi

™ Số bị gọi được gửi cho MGC

™ MGC xác định định tuyến cuộc gọi như thế nào

™ MGC gửi lệnh cho gateway B

™ Gateway B đổ chuông ở máy B

™ MGC gửi lệnh cho gateway A và B tạo phiên kết nối RTP/RTCP

2.1.1.3 Mô hình cấu trúc hoạt động giao thức MGCP

Mô hình dưới đây trình bày các loại endpoint chính mà chúng ta hầu như đều tìm thấy trong một mạng của nhà cung cấp dịch vụ

Hình 2 4 Tham khảo báo hiệu MGCP/Megaco

Trong mô hình MGCP, các Gateway chịu trách nhiệm biên dịch tín hiệu âm

thanh từ dạng Analog hay Digital sang một vài dạng nén kĩ thuật số nào đó, trong

khi Softswitch đóng vai trò như một đại diện báo hiệu và bộ xử lý cuộc gọi

Với MGCP, bộ chuyển mạch mềm cũng có thể dò tìm topo bố trí endpoint của

nó và hướng dẫn endpoint thông qua sự cấu hình và báo hiệu gọi với phân giải cao

Giao thức này không cố gắng cung cấp phương tiện cho các endpoint dò tìm linh

động bộ chuyển mạch mềm khi các cổng truyền thông ( media gateways ) được lập

trình trước một thực thể báo hiệu MGC

Một connection dưới MGCP được tạo ra theo một vài bước đơn giản:

Modem

Firewall Signaling

Các trung kế TDM đến các nhà cung cấp dịch vụ

Access Gateway (1) ATM

Trunk Side

Mạng gói bên ngoài Domain không được ủy quyền

RTP Media

RTP Media

RTP Media

RTP Media

RTP Media

DS0 Channels IVR

Telephone

Media Gateway IAD Cable Modem

PSTN Gateway (2)

1 Softswitch yêu cầu gateway đầu tiên tạo ra một connection trên endpoint đầu tiên Gateway phân phối tài nguyên cho connection này và đáp ứng lệnh thông qua cung cấp một mô tả phiên dưới dạng các thông số được

mã hóa theo SDP Mô tả phiên này chứa thông tin cần thiết cho thành phần thứ ba chuyển các gói, chẳng hạn như địa chỉ IP, UDP port, và các thông số đóng gói, đi qua kết nối vừa mới tạo ra

2 Sau đó softswitch yêu cầu gateway thứ hai tạo ra một connection trên endpoint thứ hai Lệnh này mang mô tả phiên được cung cấp bởi gateway thứ nhất Gateway này phân phối tài nguyên cho cầu nối này, và đáp ứng lệnh bằng cách mô tả phiên của nó

3 Softswitch dùng một lệnh sửa đổi kết nối để cung cấp mô tả phiên thứ hai cho endpoint thứ nhất Một khi điều này được thực hiện, truyền tin có thể được xúc tiến theo cả hai hướng

2.1.2 Giao thức Megaco/H248

Bên cạnh MGCP do IETF xây dựng nên thì ITU - T cũng xây dựng một giao thức MDCP ( Media Device Control Protocol ) Sau đó, hai tổ chức này đã thoả thuận và đi đến thống nhất một giao thức duy nhất là Megaco ( hay H248, theo cách đặt tên của ITU - T )

IETF và ITU - T đã hợp nhất thỏa thuận để định nghĩa một giao thức điều khiển cổng truyền thông là hậu duệ của MGCP và các đặc trưng cho cú pháp dạng text và cả cú pháp dạng nhị phân Các gateway đều có thể hỗ trợ một trong hai giao thức, nhưng các MGC ( các softwitch ) thì phải hỗ trợ cả hai loại cú pháp

Điểm tương đồng thực sự giữa MGCP và H.248 là chúng cùng hoạt động theo

mô hình master - slaver, request - respone, không có khả năng báo hiệu trên từng

đoạn, do đó một tổng đài chuyển mạch mềm dẫn dắt một IAD và các endpoint của

nó thông qua cấp nguồn, các yêu cầu thông cáo sự kiện, thiết đặt các tín hiệu được

sử dụng tại endpoint, và báo hiệu thiết lập cũng như kết thúc cuộc gọi ( được thực

hiện bằng cách tạo và hủy bỏ các kết nối luận lý giữa các endpoint )

Mặc dù có nhiều sự tương đồng trong phần cốt lõi của hai giao thức nhưng vẵn

có sự khác biệt về cú pháp lệnh và đáp ứng giữa MGCP và Megaco Ngoài ra mã

hóa và sự ước lượng các sự kiện, tín hiệu cũng khác nhau

Mô hình kết nối của Megaco sử dụng các khái niệm trừu tượng termination và

context Chúng ta có thể xem termination như là một thực thể luận lý bên trong một

MG/IAD mà có khả năng làm nguồn phát hay là đích đến cho các luồng đa truyền

thông, rất giống như một MGCP endpoint Mặt khác, một context là một liên hệ

luận lý của các termination - hay ví dụ, tất cả các termination đều tham gia vào

trong một hội nghị tạo ra một context đơn Như vậy, một context là một sự trừu

tượng mức cao hơn connection của MGCP và bao hàm vài nhận thức về khái niệm

của một cuộc gọi

Có một loại context đặc biệt khác, đó là null context Mặc nhiên chứa tất cả các

termination không liên hệ gì đến bất kì termination nào khác

IETF, 1998 ( RFC 2705 )

Sự tiêu chuẩn hoá • Thực sự là một chuẩn mở

• Đưa ra để xem xét và thoả hiệp Subject to review and

compromise

• Được chuẩn hoá quốc tế bởi

cả IETF và ITU

• Đóng (được sử dụng bởi các hãng riêng)

• Không đưa ra để xem xét rộng rãi và thoả hiệp

Khả năng thực thi • Đã được xem xét triệt để và • Xác định chưa đầy đủ và

Mô hình kết nối • Hoàn toàn mềm dẻo với mô

hình termination-context, hỗ trợ tất cả các kiểu mạng

• Kịch bản kết nối phức tạp được vận dụng có hiệu quả ( hội nghị, hội thảo, ),kết hợp nhiều loại media,

• Có thể áp dụng tới tất cả các kiểu mạng gói, thiết kế phục vụ tốt cho cả IP và ATM

• Cho phép hỗ trợ ngăn chặn hợp pháp(CALEA) một cách

đơn giản

• Mô hình kết nối ít mềm

dẻo hơn

• Thiếu khả năng hỗ trợ được cho hội nghị và các kịch bản kết nối phức tạp

• Thực hiện đầy đủ các dịch

vụ khác cho IP và ATM, độ phức tạp tăng và khó hơn cho việc phân phối và triển

khai

• Ngăn chặn hợp pháp (CALEA) hỗ trợ không rõ

• Tài nguyên vật lý được tách

ra khỏi kết nối gói

• Kết hợp giữa tài nguyên vật lý và kết nối gói

• Cho phép điều khiển có hiệu

quả các dịch vụ phức tạp như announcements, call hold, và

• Thời gian đưa ra thị trường các ứng dụng mới ngắn, tăng

cơ hội cho sự đổi mới

tại

Cơ chế Profile • Cho phép xác định và implicit

MGC-MG thoả thuận trên ứng dụng-thừa nhận liên kết hoạt

động cụ thể

• Giảm bớt tính phức tạp và tăng hiệu quả trong cả MG và

MGC

• Cải tiến khả năng thực thi cho

• Không sẵn sàng

các ứng dụng cụ thể Thực hiện Sự thực hiện thống nhất cho tất

cả các kiểu mạng chuyển tải

dưới dạng gói

Sự thực hiện xảy ra khác nhau đối với mạng IP và

ATM Khả năng Có khả năng tích hợp với các

chức năng mới

Dựa trên một số nhất định các chức năng đã đưa ra

2.2 Giao thức điều khiển ngang hàng

2.2.1 Giao thức H.323

2.2.1.1 Giới thiệu

Khi đề cập đến thoại IP, tiêu chuẩn quốc tế thường được đề cập đến là H.323 Được ban hành lần đầu tiên vào năm 1996, khuyến nghị này hiện đang là một bản chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản về các sản phẩm thoại qua IP Trong thực tế, hoàn toàn có thể thiết kế một hệ thống hoàn toàn thoại tuân thủ H.323 mà không cần đến IP

Khuyến nghị này chỉ đưa ra yêu cầu về “giao diện mạng gói” tại thiết bị kết cuối

Có một chút đặc biệt là H.323 dự định dành cho X.25, sau đó là ATM, nhưng giờ đây lại là Internet và TCP/IP, trong khi đó có rất ít H.323 được vận hành trên mạng X.25 và ATM

Mặc dù H.323 có nhiều công dụng nhưng trọng tâm chính của thị trường đối với khuyến nghị này là khả năng audio để thực hiện thoại IP Chuẩn này mô tả việc điều khiển các phiên đa phương tiện liên quan đến điện thoại trong kết nối điểm - điểm giữa các điểm cuối thông minh Nó bao gồm các cơ chế cho định tuyến cuộc gọi, báo hiệu cuộc gọi, điều khiển media,

™ H.323 có vai trò như giao thức ô che ( umbrella protocol ), có liên quan đến vài loại báo hiệu khác trong các ứng dụng đa phương tiện và điện thoại, như:

™ H.225 cho báo hiệu cuộc gọi và gói hoá các dòng media cho các hệ thống truyền thông đa phương tiện dựa trên công nghệ gói