Nghiên cứu xây dựng giải pháp mạng báo hiệu tập trung STP gateway cho mạng di động beeline

Chức năng báo hiệu của mạng đang được tích hợp trong các MSC, khi số lượng thuê bao tăng lên, các dịch dụ được sử dụng ngày càng nhiều dẫn tới các MSC sẽ không đủ khả năng xử lý các luồn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 3 

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5 

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 6 

LỜI MỞ ĐẦU 10 

CHƯƠNG 1  XU THẾ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VIỄN THÔNG 13 

1.1  YÊU CẦU THỊ TRƯỜNG 13 

1.1.1  Nhu cầu của khách hàng 13 

1.1.2  Nhu cầu của doanh nghiệp 13 

1.1.3  Yêu cầu đối với nhà khai thác 14 

1.2  XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG 14 

1.3  KẾT LUẬN 18 

CHƯƠNG 2  XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG BÁO HIỆU 19 

2.1  GIỚI THIỆU CHUNG 19 

2.1.1  Hệ thống báo hiệu số 7 truyền thống 19 

2.1.2  Giới thiệu chung về báo hiệu và hệ thống báo hiệu số 7 20 

2.2  CẤU TRÚC HỆ THỐNG MẠNG BÁO HIỆU SỐ 7 21 

2.2.1  Các thành phần chính của mạng báo hiệu số 7 21 

2.2.1.1  Điểm báo hiệu (Signalling Points) 21 

2.2.1.2  Các kiểu tuyến báo hiệu 23 

2.2.2  Các kiểu kiến trúc báo hiệu 24 

2.2.2.1  Các bản tin báo hiệu trong mạng báo hiệu số 7 25 

2.3  CHỒNG GIAO THỨC BÁO HIỆU SỐ 7 28 

2.3.1  Phần truyền bản tin MTP 30 

2.3.1.1  MTP mức 1 30 

2.3.1.2  MTP mức 2 30 

2.3.1.3  MTP mức 3 30 

2.3.2  SIGTRAN 32 

2.3.2.1  Giới thiệu khái quát về SIGTRAN 33 

2.3.2.2  Các kiến trúc sử dụng SIGTRAN 34 

2.3.2.3  Phối hợp SS7 cho điều khiển kết nối 35 

2.3.2.4  Kiến trúc để truy cập cơ sở dữ liệu 37 

2.3.3  Kiến trúc giao thức SIGTRAN 38 

CHƯƠNG 3  MẠNG BÁO HIỆU TẬP TRUNG 39 

3.1  CÁC CẤU TRÚC MẠNG BÁO HIỆU 39 

3.1.1  Cấu trúc mạng báo hiệu hình lưới ( MESH ) 39 

3.1.2  Cấu trúc mạng báo hiệu tập trung 40 

3.1.3  Mô hình mạng báo hiệu tập trung STP 41 

3.2  CÁC TÍNH NĂNG CỦA STP GATEWAY 44 

3.2.1  Chức năng MTP – SCCP .46 

3.2.1.3  Các khả năng MTP nâng cao 51 

3.2.1.4  Gateway Screening - GWS 53 

3.2.1.5  Bảo vệ MAP GSM 54 

3.2.2  Chức năng Gateway 54 

3.2.2.1  Gateway MTP 54 

3.2.2.2  Tính năng Gateway X.25/SS7 56 

3.3  HỆ THỐNG BÁO HIỆU TẬP TRUNG HỖ TRỢ CÁC DỊCH VỤ 57 

3.3.1  Giải pháp bảo vệ truy cập từ bên ngoài (Access Screening) 57 

3.3.2  Định tuyến nâng cao với chi phí thấp nhất 57 

3.3.3  Phân tích tính cước 58 

3.3.4  Thông tin thương mại 58 

3.3.5  Định tuyến cuộc gọi đến cuộc gọi (call by call) 59 

3.3.6  Phân phát tên cuộc gọi 59 

3.3.7  Quản lý gian lận 60 

3.3.8  Khả năng chuyển số nội hạt (Local Number Portability) 60 

3.3.9  Các mã cấp phép theo khoảng cách xa: (Long Distance Authorization Codes) 61  3.3.10  Quản lý chuyển vùng (roaming) 61 

3.3.11  Dịch vụ báo cuộc gọi nhỡ 61 

3.3.12  Chuyển vùng mạng không dây 62 

3.3.13  Các âm chuông báo cá nhân 62 

3.3.14  Sự dịch số 63 

CHƯƠNG 4  ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BÁO HIỆU TẬP TRUNG (STP GATEWAY) CHO MẠNG DI ĐỘNG BEELINE MOBILE 64 

4.1  ĐẶT VẤN ĐỀ 64 

4.1.1  Sơ đồ mạng 64 

4.1.2  Đánh giá về cấu trúc mạng báo hiệu hiện tại 64 

4.2  GIẢI PHÁP CHO MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG BEELINE 66 

4.2.1  Sự cần thiết STP Gateway trong mạng di động Beeline 66 

4.2.2  Yêu cầu các tính năng STP Gateway khi triển khai vào mạng di động Beeline 68  4.3  CÁC BƯỚC TRIỂN KHAI 68 

4.3.1  Giai đoạn 1: Thử nghiệm 68 

4.3.2  Giai đoạn 2: Đưa vào hoạt động chính thức 71 

4.3.3  Giai đoạn 3: Giải pháp báo hiệu tập trung trong mạng NGN-Mobile 72 

CHƯƠNG 5  KẾT QUẢ TRIỂN KHAI 72 

5.1  ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA HỆ THỐNG STP 73 

5.1.1  Trường hợp thử nghiệm 1 75 

5.1.2  Trường hợp thử nghiệm 2 79 

5.2  CÁC DỊCH VỤ TRIỂN KHAI 82 

5.2.1  Dịch vụ MC (Message Center Service) 82 

5.2.2  Dịch vụ CRBT (customized ring back tone) 85 

5.2.3  Dịch vụ Called SMR (Short Message Routing) 89 

KẾT LUẬN 93 

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 95 

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Kiến trúc logic mạng NGN 16 

Hình 2-1: Các thành phần của mạng báo hiệu số 7 21 

Hình 2-2: Các tuyến báo hiệu trong mạng số 7 24 

Hình 2-3: Khuôn dạng các bản tin SS7 26 

Hình 2-4: Kiến trúc chồng giao thức báo hiệu số 7 28 

Hình 2-5: Kiến trúc chồng giao thức báo hiệu số 7 trong tương quan với mô hình OSI 29 

Hình 2-6:Kiến trúc chức năng của SIGTRAN 34 

Hình 2-7: Các ví dụ thực thi SIGTRAN 36 

Hình 2-8: Trường hợp nhiều Signaling Gateway 36 

Hình 2-9: Báo hiệu TCAP over IP 37 

Hình 2-10: Kiến trúc giao thức SIGTRAN 38 

Hình 3-1: Mạng hình lưới 39 

Hình 3-2: Mạng tập trung 40 

Hình 3-3: Mô hình báo hiệu tập trung 42 

Hình 3-4: Ví dụ về mô hình về mạng báo hiệu tập trung 43 

Hình 3-5: Các mức STP 45 

Hình 3-6: Mô hình STP Gateway giữa các mạng AINSI và ITU 56 

Hình 4-1: Sơ đồ mạng hiện tại của Beeline Mobile 65 

Hình 4-2: So sánh hai mô hình mạng 67 

Hình 4-3: Mô hình báo hiệu tập trung STP Gateway 68 

Hình 4-6: Kiến trúc hệ thống báo hiệu của mạng 3G Beeline 72 

Hình 5-1: Trễ khởi tạo tại 10% tải 79 

Hình 5-2: Trễ khởi tạo tạo 20 % tải 79 

Hình 5-3: Trễ qua STP của SSP1 và SSP2 81 

Hình 5-4: Trễ qua STP của SSP5 và SSP6 81 

Hình 5-5: Cấu trúc mạng của dịch vụ MC 83 

Hình 5-6: Các bản dữ liệu dịch vụ MC 84 

Hình 5-7: Cấu trúc mạng của dịch vụ CRBT 86 

Hình 5-8: Luồng dịch vụ CRBT 87 

Hình 5-9: Cấu trúc mạng dịch vụ Called SMR 90 

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 5-1: Thời gian xử lý tại STP 73 

Bảng 5-2: Trễ liên kết đầu ra và trễ qua STP 75 

Bảng 5-3: Hiệu suất 78 

Bảng 5-4: Tập hợp dữ liệu dịch vụ MC 84 

Bảng 5-5: Tập hợp dữ liệu dịch vụ CRBT 88 

Bảng 5-6: Tập hợp dữ liệu dịch vụ SMR 91 

Bảng 5-7: Bảng thu thập dữ liệu dịch vụ GT 91 

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

ACF Admission Confirmation

Acknowledgement

Xác nhận chấp nhận đăng nhập

ACM Address Complete Message Bản tin hoàn thành địa chỉ (SS7)

API Application Programming Interface Giao diện chương trình ứng dụng

APM Application Transport Mechanism Cơ chế truyền dẫn ứng dụng

ASP Application Server Process Tiến trình server ứng dụng

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ

BICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập

kênh mang

DPE Distributed Processing Environment Môi trường xử lý phân tán

DTMF Dual Tone Multiple Frequency Xung đa tần

ETSI European Telecommunications

Standard Institute

Viện chuẩn hoá viễn thông châu Âu

GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS cổng

IAM Initial Address Message Bản tin khởi tạo địa chỉ (SS7)

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm kỹ thuật Internet

INAP Intelligent Network Application Part Phần ứng dụng của mạng thông minh

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp

ISUP ISDN User Part Phần người dùng ISDN

ITU International Telecommunications

Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

MGC Media Gateway Controller Thiết bị điều khiển cổng phương tiện

MGCP Media Gateway Controller Protocol Giao thức điều khiển cổng phương tiện

MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

OAM Operation Administration and

Maintenance

Vận hành khai thác và bảo dưỡng

POTS Plain Old Telephone System Hệ thống điện thoại truyền thống

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng thoại chuyển mạch công cộng

RAS Registration, Admission and Status Đăng ký, chấp nhận và trạng thái

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

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SRF Specialised Resource Function Chức năng tài nguyên đặc biệt

SS7 Signalling System number 7 Hệ thống báo hiệu số 7

TCAP Transaction Capabilities Application

Part

Phần ứng dụng khả năng phiên

TCP Transfer Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng thông tin di động đã phát triển nhanh chóng và rộng khắp trên toàn thế giới, trong mười năm qua với khả năng cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ Tuy nhiên, khi đời sống xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu trao đổi thông tin của con người cũng tăng lên Hiện nay, những nhu cầu đó không chỉ còn tập trung vào loại hình dịch vụ thoại truyền thống như trước đây mà còn cả các dịch vụ thoại có hình ảnh, hội nghị đa phương, cầu truyền thông Thực tế này đòi hỏi mạng viễn thông nói chung và mạng thông tin di động nói riêng phải phát triển theo một cấu trúc mới tiên tiến hơn dựa trên nền IP, có khả năng cung cấp các dịch vụ thông tin đa phương tiện

Song song với sự phát triển của dịch vụ và cấu trúc mạng, mạng báo hiệu cũng đặt ra những thách thức mới để giúp các thành phần trong mạng trao đổi thông tin với nhau tốt hơn Với các nhu cầu dịch vụ ngày càng ra tăng và phức tạp đòi hỏi lưu lượng báo hiệu tăng lên đáng kể, mạng báo hiệu thay đổi không ngừng, từ mạng báo hiệu kênh riêng phát triển lên mạng báo hiệu kênh chung, từ cách thức truyền báo hiệu số 7 trên các đường TDM chuyển sang truyền báo hiệu số 7 trên nền IP – mà điển hình là giao thức SIGTRAN

Mạng báo hiệu tập trung STP Gateway cho phép tập trung các tuyến báo hiệu và định tuyến các bản tin báo hiệu đến các điểm dịch vụ tương ứng Nó cho phép linh hoạt khi thay đổi bổ sung các dịch vụ mới, khi thêm một dịch vụ mới chỉ cần khai báo tại điểm cung cấp dịch vụ và tại STP Gateway mà không phải thay đổi các thành phần khác trong mạng Trong giải pháp mạng báo hiệu tập trung, STP hoạt động như một Gateway đối với một mạng báo hiệu, quản lý

và điều khiển tất cả lưu lượng, an ninh và bảo vệ mạng khỏi các truy nhập trái phép, ngăn chặn DoS (Denial of Services ) hoặc các tấn công mạng ác ý Ngoài

ra STP Gateway cho phép đa kết nối tới nhiều nhà cung cấp dịch vụ, do đó chúng ta có thể lựa chọn nhà cung cấp với chi phí cạnh tranh nhất và linh hoạt đưa ra các dịch vụ mới trong mạng của nhà cung cấp đó

Với những ưu thế đó, xu thế tất yếu là phải tách báo hiệu thành một Module độc lập để xử lý báo hiệu tập trung Với cách nhìn nhận mới này

Module báo hiệu đóng vai trò như một Gateway, định tuyến, xử lý báo hiệu từ các thành phần, các mạng khác nhau Bên cạnh đó báo hiệu tập trung sẽ nâng cao độ an toàn, tin cậy của hệ thống, tạo tiền đề thuận lợi cho cho nhà khai thác khi chuyển sang mạng IP nhờ tính năng xử lý báo hiệu qua mạng IP

Mạng di động Beeline hoàn thành và đi vào kinh doanh từ tháng 7 năm

2009, hiện nay mạng này đã có tổng cộng hơn 2 triệu thuê bao Beeline sử dụng

hệ thống báo hiệu số 7, tuy nhiên chưa có hệ thống báo hiệu tập trung Chức năng báo hiệu của mạng đang được tích hợp trong các MSC, khi số lượng thuê bao tăng lên, các dịch dụ được sử dụng ngày càng nhiều dẫn tới các MSC sẽ không đủ khả năng xử lý các luồng bản tin báo hiệu

Nhằm khắc phục những hạn chế của mạng báo hiệu đang tồn tại và đáp ứng nhu cầu phát triển mạng trong tương lai, đề tài “Nghiên cứu xây dựng giải pháp báo hiệu tập trung STP Gateway cho mạng di động Beeline” được tôi xây dựng và thử nghiệm trên mạng Beeline, là giải pháp tối ưu cho mạng báo hiệu, làm tăng hiệu suất xử lý các bản tin, thuận lợi cho việc mở rộng mạng lưới, dễ dàng phát triển các dịch vụ thông minh và là tiền đề để tiến đến mạng NGN

Luận văn gồm 5 chương:

Chương1 : Trình bày tổng quan về xu thế phát triển công nghệ viễn

thông, về yêu cầu thị trường, nhu cầu của khách hàng, của doanh nghiệp, của các nhà khai thác và xu thế phát triển mạng di động tiến tới mạng NGN (Net Generation Network )

Chương 2: Trình bày xu thế phát triển của mạng báo hiệu số 7 về khái

niệm, kiến trúc, các giao thức Chương này còn trình bày về giao thức SIGTRAN, là giao thức quan trọng, truyền tải báo hiệu số 7 trên nền IP, những

ưu điểm của nó so với báo hiệu số 7 truyền thống

Chương 3: Trình bày về các kiểu mạng báo hiệu, nhấn mạnh vào mạng

báo hiệu tập trung sử dụng STP Gateway, vai trò, tính năng và các dịch vụ cung cấp của STP Gateway

động Beeline và các giai đoạn triển khai

Chương 5: Trình bày các kết quả triển khai giải pháp mạng báo hiệu tập

trung STP Gateway, nhấn mạnh vào quá trình kiểm tra hiệu suất của hệ thống

và các dịch vụ triển khai

Tôi xin trân trọng cám ơn TS.Trần Đỗ Đạt đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này!

CHƯƠNG 1 XU THẾ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VIỄN

THÔNG 1.1 YÊU CẦU THỊ TRƯỜNG

Nhu cầu về các dịch vụ đa phương tiện của khách hàng sẽ định hướng con đường phát triển cho các nhà khai thác dịch vụ viễn thông Hiện nay nhu cầu của khách hàng không chỉ dừng lại ở dịch vụ thoại mà họ còn mong muốn được sử dụng những dịch dữ liệu Điểm thu hút khách hàng là họ có thể truy nhập các dịch vụ giải trí, thông tin liên lạc phong phú trong một môi trường thân thiện và hiệu quả Khách hàng cũng mong muốn có thể truy nhập dịch vụ

từ bất cứ đâu, bất kỳ khi nào dưới bất kỳ hình thức nào

Các kỹ thuật truy nhập băng rộng mới: VoIP, WLAN, WiFi đã phần nào xoá đi rào cản đối với các nhà cung cấp dịch vụ mới trong ngành công nghiệp viễn thông di động và cố định Do vậy, hầu hết nhà khai thác hiện nay đều cần giải pháp để đưa dịch vụ tiếp cận đến khách hàng đồng thời duy trì mối quan hệ với khách hàng và nâng cao nguồn doanh thu

1.1.1 Nhu cầu của khách hàng

Yêu cầu của khách hàng viễn thông hiện nay ngày càng cao Họ nhận thức tốt hơn trước và sẵn sàng đón nhận các dịch vụ thu hút sự quan tâm và phục vụ yêu cầu thực tiễn của mình Hơn nữa các dịch vụ tiên tiến và hấp dẫn sẽ đóng vai trò quan trọng tạo nên cảm nhận mới về phương tiện truyền thông, điển hình là dịch vụ tương tác Cơ chế thông tin và thiết bị đầu cuối hiện đại sẽ góp phần hỗ trợ người sử dụng và che giấu yếu tố kỹ thuật phức tạp

1.1.2 Nhu cầu của doanh nghiệp

Các doanh nghiệp luôn mong muốn điều hành hoạt động kinh doanh hiệu quả và giảm thiểu những chi phí, để tăng lợi nhuận Như vậy họ cần quản lý và giải quyết thông tin linh hoạt ví dụ như di chuyển, thêm, thay đổi thông tin khách hàng

Công nghệ mới cho phép làm việc hiệu quả hơn, ví dụ như điều hành, quản lý quá trình sản xuất kinh doanh từ xa - một hình ảnh, phương thức hoạt động khá mới mẻ nhưng sẽ trở nên phổ biến trong thời gian tới Làm việc ở nhà, tại sân bay, trên đường đều rất thuận tiện khi bạn truy nhập đến cùng một dịch vụ như tại cơ quan bao gồm danh sách người thân, thông tin lưu trữ Cùng với xu hướng làm việc bên ngoài công ty đang gia tăng, một yêu cầu thiết yếu từ khách hàng là an ninh mạng Khách hàng cần truy nhập an toàn đến các chức năng trong môi trường mạng từ thiết bị di động cá nhân, quản lý và giám sát các ứng dụng an toàn, hiệu quả

1.1.3 Yêu cầu đối với nhà khai thác

Thông thường nhà khai thác luôn tìm kiếm giải pháp nhanh, linh hoạt nhằm nắm bắt các cơ hội thương mại mới Khi khách hàng chuyển từ các dịch

vụ thoại truyền thống sang dịch vụ đa phương tiện, nhà khai thác phải có khả năng cung cấp liên tục và đáp ứng nhu cầu khách hàng bất cứ khi nào, bằng bất

kỳ cách nào truy nhập đến dịch vụ

1.2 XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG

Mạng thông tin di động đã phát triển mạnh mẽ và rộng khắp trên toàn thế giới trong mười năm vừa qua với khả năng cung cấp đa dạng các loại hình dịch

vụ Hiện nay, nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu ngày càng tăng cao, các dịch vụ

dữ liệu chiếm một tỉ trọng đáng kể trong tổng doanh thu của nhà khai thác mạng thông tin di động

Trong vài năm tới các dịch vụ thông tin đa phương tiện dựa trên nền IP, sẽ

là nguồn doanh thu chính khi doanh thu từ các dịch vụ thoại đang trở nên bão hoà Theo các nhà phân tích công nghệ dự đoán dữ liệu sẽ chiếm 90% của dòng lưu lượng của các mạng công cộng trong khoảng từ 5 đến 10 năm nữa Các ứng dụng mới như thương mại điện tử, duyệt web không dây, hội nghị đa phương tiện sẽ còn làm tăng hơn nữa tốc độ dữ liệu Mặt khác do việc mở cửa thị trường viễn thông bãi bỏ các quy định, rào cản đang trở thành hiện tượng trên toàn cầu Nên giữa các nhà cung cấp dịch vụ sẽ có sự cạnh tranh gay gắt đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ phải có sự cân nhắc đáng kể về: Cấu trúc và phương

thức hoạt động của mạng… Điều này cũng mang đến cơ hội cho nhà cung cấp dịch vụ để thúc đẩy họ đầu tư, tăng thêm các ứng dụng và dịch vụ mới, giảm giá thành các dịch vụ đang có

Các xu hướng này đòi hỏi mạng thông tin di động phải phát triển theo một cấu trúc mới tiên tiến hơn, cấu trúc dựa trên nguyên tắc của mạng NGN (Next Generation Network), với các tiêu chí cơ bản:

-Mạng hội tụ thoại và dữ liệu

-Mạng phân tách lớp điều khiển khỏi lớp truyền tải Khái niệm cấu trúc mạng NGN xuất phát từ mạng thông tin cố định Theo khuyến nghị của Liên minh Viễn thông thế giới (ITU), mạng thế hệ mới - Next Generation Network (NGN) được coi là mạng gói có khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông, sử dụng băng tần rộng và các công nghệ truyền tải hỗ trợ QoS trong đó các chức năng liên quan đến dịch vụ không phụ thuộc vào công nghệ truyền tải Hệ thống hỗ trợ tính di động linh hoạt cho phép cung cấp dịch vụ cho thuê bao một cách ổn định mọi lúc, mọi nơi

NGN được hiểu là mạng dựa trên mạng chuyển mạch gói trong đó các phần tử thực hiện chức năng chuyển mạch định tuyến và các phần tử điều khiển được phân tách một cách logic và vật lý theo khả năng thông minh điều khiển dịch vụ hoặc cuộc gọi Mạng NGN hỗ trợ rất đa dạng các loại hình dịch vụ dựa trên một cơ sở hạ tầng truyền dẫn chung, bao gồm từ các dịch vụ thoại cơ bản cho đến các dịch vụ số liệu, video, đa phương tiện, dịch vụ băng thông rộng, và các ứng dụng quản lý mạng thông minh

Kiến trúc của mạng NGN được chia thành 4 lớp chức năng cơ bản là:

- Lớp ứng dụng và dịch vụ

- Lớp điều khiển

- Lớp truyền tải

- Lớp truy nhập

Ngoài các lớp cơ bản nêu trên, trong kiến trúc mạng NGN cũng như các mạng nói chung còn có lớp chức năng quan trọng nữa là lớp quản lý mạng

số lượng và loại hình dịch vụ, được tổ chức phân tán theo dịch vụ đảm bảo an toàn

hệ thống Lớp này được liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở

- Lớp điều khiển

Lớp điều khiển được tổ chức thành 1 cấp thay vì 3 – 4 cấp như cấu trúc mạng PSTN truyền thống nhằm giảm tối đa cấp mạng và tận dụng năng lực xử lý cuộc gọi rất lớn của thiết bị điều khiển thế hệ mới, giảm chi phí đầu tư trên mạng

Lớp điều khiển có chức năng điều khiển lớp chuyển tải và lớp truy nhập cung cấp các dịch vụ mạng NGN gồm nhiều modun như modun điều khiển kết nối ATM, MPLS, điều khiển định tuyến IP, điều khiển kết nối thoại, xử lý các báo hiệu mạng bao gồm SS7, SIP, MEGACO

- Lớp chuyển tải

Lớp chuyển tải phải có khả năng chuyển tải các loại lưu lượng như ATM, IP Lớp chuyển tải được tổ chức thành hai cấp: đường trục quốc gia và vùng thay

vì 3-4 cấp như trong mạng PSTN hiện nay

- Lớp truy nhập

Lớp truy nhập gồm toàn bộ các nút truy nhập được tổ chức không phụ thuộc theo địa giới hành chính Các nút truy nhập của các vùng lưu lượng chỉ được kết nối đến nút chuyển mạch đường trục của vùng đó qua các nút chuyển mạch nội vùng

- Lớp quản lý

Lớp quản lý mạng là phần thiết bị quản lý mạng tập trung xuyên suốt tất cả các lớp khác Lớp này thực hiện các chức năng quản lý như tính cước, hỗ trợ vận hành, các xử lý liên quan tới thuê bao hay cung cấp dịch vụ tới khách hàng Lớp quản lý mạng có thể tương tác với các lớp khác thông qua các giao diện chuẩn hay giao diện lập trình ứng dụng mở API

Hình 1.2: Cấu trúc của mạng NGN

Với yêu cầu cung cấp các dịch vụ số liệu, đặc biệt là dịch vụ truyền thông

đa phương tiện, mạng thông tin di động hiện nay cũng đang phát triển theo cấu

yếu trong việc xây dựng kiến trúc mạng NGN-Mobile cho các hệ thống thông tin di động dựa trên mạng lõi GSM và CDMA Xu hướng phát triển theo cấu trúc NGN của mạng lõi 3GPP bắt đầu từ Release 4 (R4), sau đó được hoàn thiện bởi Release 5 (R5) và Release 6 (R6) với khả năng hỗ trợ các dịch vụ thông tin đa phương tiện Về nguyên tắc, có thể xây dựng mạng thông tin di động NGN-Mobile dựa trên các cấu trúc: mạng lõi R4 hoặc cấu trúc mạng lõi R5&R6

Việc lựa chọn giải pháp nâng cấp mạng của mỗi nhà khai thác cụ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, như hiện trạng mạng hiện tại; chiến lược phát triển mạng/dịch vụ; chi phí đầu tư Điều này cho phép nhà khai thác lựa chọn phương án triển khai mạng phù hợp

1.3 KẾT LUẬN

Để duy trì các khách hàng hiện có và thu hút khách hàng mới, nhà cung cấp dịch vụ cần tạo một hình ảnh hấp dẫn về các dịch vụ đa phương tiện Việc triển khai thành công các công nghệ chuyển mạch, báo hiệu, cơ sở hạ tầng ứng dụng bản chất là tạo tiền đề và mở ra cơ hội cho các dịch vụ thế hệ tiếp theo Nhà cung cấp mà phân phối các dịch vụ tiên tiến, có giá trị sẽ chiếm thị phầm

và thu nhiều lợi nhuận Giải pháp NGN-Mobile đã thực sự hoà nhập dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực nên nhà khai thác mạng có thể đẩy nhanh thời gian tiếp cận thị trường

CHƯƠNG 2 XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG BÁO HIỆU 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1 Hệ thống báo hiệu số 7 truyền thống

Ngày nay, hệ thống báo hiệu số 7 được xác định như là một kỹ thuật cơ bản và rất quan trọng để truyền tải thông tin báo hiệu giữa các mạng thoại di động và cố định, các mạng gói cũng như là giữa các mạng thông minh Chồng giao thức báo hiệu số 7 được chuẩn hoá bởi ITU-T và ANSI cho phép kết nối bất kỳ nhà cung cấp nào trên bất cứ mạng nào Được phát triển và ứng dụng từ những năm 80 của thế kỷ 20, hệ thống báo hiệu số 7 với nhiều ưu điểm nổi bật của mình đã đem lại cho người sử dụng nhiều tiện ích như nâng cao chất lượng dịch vụ, độ tin cậy và các dịch vụ mới…, cũng như đã và đang đem đến cho các nhà khai thác và quản lý mạng những khoản lợi nhuận khổng lồ

Gần đây, IP đã nổi lên như là một sự thay thế hiệu quả và chi phí thấp cho hệ thống SS7 trong việc truyền tải thông tin báo hiệu trong mạng thế hệ mới NGN, cho phép các nhà khai thác mạng quản lý sự tăng trưởng và giảm chi phí trong khi vẫn thỏa mãn các nhu cầu về các dịch vụ mới của khách hàng Sử dụng IP như là một cơ chế truyền tải báo hiệu cho phép hệ thống mạng đáp ứng được với sự bùng nổ nhu cầu về băng thông tạo ra bởi ứng dụng mới Tại cùng một thời điểm, IP là một sự lựa chọn hiệu quả hơn báo hiệu số 7 truyền thống, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ tối đa hoá lợi nhuận của họ

Tuy nhiên, như đã đề cập ở chương trước, trong quá trình phát triển lên mạng NGN, vì nhiều lý do kỹ thuật và kinh tế mà chúng ta không thể ngay lập tức thay thế và loại bỏ cơ sở hạ tầng mạng hiện tại Triển khai mạng NGN, chúng ta phải tiến hành từng bước, và phải tính đến việc tương thích với mạng hiện tại Điều đó cũng có nghĩa là chúng ta không thể thay thế ngay báo hiệu SS7 bằng công nghệ IP mà phải tính đến một giải pháp cho phép truyền tải báo hiệu số 7 trên nền mạng mới – trên nền IP

Trước khi xem xét kỹ vấn đề truyền tải báo hiệu số 7 qua mạng NGN, chương này được dành để tìm hiểu những vấn đề tổng quan và cơ bản nhất của hệ thống báo hiệu số

7

2.1.2 Giới thiệu chung về báo hiệu và hệ thống báo hiệu số 7

Trong mạng viễn thông, báo hiệu được coi là một phương tiện để chuyển thông tin

và các lệnh từ điểm này đến điểm khác Các thông tin và các lệnh này có liên quan đến quá trình thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi

Thông thường báo hiệu được chia làm hai loại : Báo hiệu đường thuê bao và báo hiệu liên tổng đài Báo hiệu đường thuê bao là báo hiệu giữa các máy đầu cuối tức là giữa máy điện thoại và tổng đài nội hạt Báo hiệu liên tổng đài là báo hiệu giữa các tổng đài với nhau

Báo hiệu liên tổng đài gồm hai loại: Báo hiệu kênh riêng CAS (Channel Associated Signalling) và báo hiệu kênh chung CCS (Common Channel Signalling)

Báo hiệu kênh riêng là hệ thống báo hiệu trong đó báo hiệu nằm trong kênh tiếng hoặc trong một số kênh có liên quan chặt chẽ với kênh tiếng Hệ thống báo hiệu này có nhược điểm là tốc độ thấp, dung lượng thông tin bị hạn chế, chính vì vậy mà không đáp ứng được yêu cầu của các dịch vụ mới

Báo hiệu kênh chung là hệ thống báo hiệu trong đó báo hiệu nằm trong một kênh tách biệt với các kênh tiếng và kênh báo hiệu này được sử dụng chung cho một số lượng lớn các

quốc tế (CCITT, nay là ITU – T) đưa ra những năm 79/80, được thiết kế tối ưu cho mạng quốc gia và quốc tế sử dụng trung kế số Tốc độ của đường báo hiệu đạt 64kbps Trong thời gian này, mô hình tham chiếu các hệ thống mở OSI cũng đã được phát triển tương đối kênh tiếng Trong báo hiệu CCS, thông tin báo hiệu cần truyền được tạo thành các đơn vị tín hiệu gọi là các gói số liệu Ngoài các thông tin về báo hiệu, trong đơn vị báo hiệu còn có các chỉ thị về kênh tiếng và các thông tin địa chỉ, thông tin điều khiển lỗi, thông tin quản trị và vận hành mạng

Hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7 hay SS7) là một hệ thống báo hiệu kênh chung được Hội đồng tư vấn về Điện báo và Điện thoại hoàn chỉnh và được áp dụng cho báo hiệu số 7

Hệ thống báo hiệu số 7 được thiết kế không những chỉ cho điều khiển thiết lập, giám sát các cuộc gọi điện thoại mà cả các dịch vụ phi thoại, với các ưu điểm sau đây :

Tốc độ cao : thời gian thiết lập gọi giảm đến nhỏ hơn 1s trong hầu hết các trường hợp

Dung lượng lớn : mỗi đường báo hiệu có thể mang báo hiệu cho đến vài trăm cuộc gọi đồng thời

Độ tin cậy cao : bằng cách sử dụng các tuyến dự phòng, mạng báo hiệu có thể hoạt động với độ tin cậy cao

Tính kinh tế : so với hệ thống báo hiệu truyền thống, hệ thống báo hiệu số 7 cần rất ít thiết bị báo hiệu

Tính mềm dẻo : hệ thống gồm rất nhiều tín hiệu, do vậy có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, đáp ứng được với sự phát triển của mạng trong tương lai

2.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG MẠNG BÁO HIỆU SỐ 7

2.2.1 Các thành phần chính của mạng báo hiệu số 7

2.2.1.1 Điểm báo hiệu (Signalling Points)

Mạng báo hiệu số 7 hoạt động song song với mạng truyền tải Kiến trúc mạng báo hiệu số 7 định nghĩa ba tập các node gọi là các điểm báo hiệu (SPs), được kết nối với nhau bởi các tuyến báo hiệu Mỗi một điểm báo hiệu SP được phân biệt với nhau bởi một

mã điểm báo hiệu nhị phân duy nhất Tuỳ theo vị trí của nó có thể là mã điểm gốc OPC (Originating Point Code) hay mã điểm đích DPC (Destination Point Code)

Hình 2-1: Các thành phần của mạng báo hiệu số 7

SSP được kết hợp với các node chuyển mạch của mạng truyền tải và là giao diện giữa mạng báo hiệu số 7 và mạng truyền tải Trong mạng truyền tải được điều khiển bởi báo hiệu số 7, tất cả các tổng đài, kể cả tổng đài trung tâm và quá giang, đều được kết nối tới mạng báo hiệu số 7 thông qua các SSP Một SSP chỉ kết nối trực tiếp với các nốt gần

kề và việc liên lạc với các điểm báo hiệu xa phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng đánh địa chỉ và định tuyến của mạng Về mặt vật lý, SSP là một máy tính tạo ra các bản tin để gửi đến các thành phần khác của mạng báo hiệu số 7 và nhận các bản tin trả lời.(SSP nhận các bản tin từ chuyển mạch thoại, chuyển thành các bản tin SS7 rồi gửi tới các điểm báo hiệu khác trong mạng)

- Điểm chuyển tiếp báo hiệu (Signal Transfer Point)

STP là các node chuyển mạch có thêm chức năng biên dịch nhãn định tuyến và định tuyến lưu lượng mạng SS7 giữa các SP không kề nhau STP cũng định tuyến các bản tin SS7 đến các Điểm điều khiển dịch vụ (Service Control Point – SCP) mà tại đó lưu giữ cơ sở dữ liệu Toàn bộ quá trình thông tin trong mạng SS7 đều được thực hiện qua STP ngay cả đối với các node kề nhau Cuối cùng, STP cung cấp các dịch vụ gateway, phân phối và nhận các cuộc gọi SS7 từ các mạng khác, bao gồm cả các nhà cung cấp dịch

vụ quốc tế và vô tuyến mà có thể triển khai SS7 một cách khác nhau Trong thực tế, STP thường được triển khai theo từng cặp để nâng cao hiệu năng hệ thống và độ tin cậy của mạng

- Điểm điều khiển dịch vụ (Service Control Point)

SCP cho phép truy nhập vào cơ sở dữ liệu thông tin cần thiết cho quá trình hoạt động của mạng, thường là biên dịch số và chỉ dẫn ứng dụng, nhưng cũng bao gồm ngày càng nhiều các dữ liệu cần thiết cho các dịch vụ vô tuyến và thông minh Các STP có thể truy nhập những dữ liệu này thông qua các tuyến không phải là của SS7, ví dụ như X.25,

và trả lại thông tin cho định tuyến cuộc gọi giữa các SSP, kết hợp số quay với đích đến thực tế, cung cấp hướng dẫn để chuyển tiếp cuộc gọi v.v SCP cũng cho phép kết nối tới các thành phần mạng thông minh như Hệ thống quản lý dịch vụ và Ngoại vi thông minh SCP thường được dự phòng kép để nâng cao hiệu năng hệ thống và độ tin cậy của mạng

- Điểm điều khiển dịch vụ (Service Control Point)

SCP cho phép truy nhập vào cơ sở dữ liệu thông tin cần thiết cho quá trình hoạt động của mạng, thường là biên dịch số và chỉ dẫn ứng dụng, nhưng cũng bao gồm ngày càng nhiều các dữ liệu cần thiết cho các dịch vụ vô tuyến và thông minh Các STP có thể truy nhập những dữ liệu này thông qua các tuyến không phải là của SS7, ví dụ như X.25,

và trả lại thông tin cho định tuyến cuộc gọi giữa các SSP, kết hợp số quay với đích đến thực tế, cung cấp hướng dẫn để chuyển tiếp cuộc gọi v.v SCP cũng cho phép kết nối tới các thành phần mạng thông minh như Hệ thống quản lý dịch vụ và Ngoại vi thông minh SCP thường được dự phòng kép để nâng cao hiệu năng hệ thống và độ tin cậy của mạng

2.2.1.2 Các kiểu tuyến báo hiệu

Các tuyến báo hiệu trong mạng báo hiệu số 7 được phân chia phụ thuộc vào ứng dụng của chúng trong mạng báo hiệu Thực tế chúng không có gì khác nhau về mặt vật

lý, đều là các tuyến dữ liệu song hướng 56kbps hoặc 64kbps Các tuyến báo hiệu này được phân loại như sau:

- Tuyến A (Access): kết nối giữa một STP và một SSP hay một SCP Tuyến A được sử dụng cho mục đích duy nhất là phân phát báo hiệu xuất phát từ hay đến các điểm cuối báo hiệu (SSP hay SCP)

- Tuyến C (Cross): kết nối các STP với nhau Chúng được sử dụng để tăng độ tin cậy của mạng báo hiệu trong trường hợp một hay vài tuyến báo hiệu gặp sự cố

- Tuyến E (Extend): trong khi một SSP được kết nối với STP “nhà” của nó bằng một số các tuyến A thỡ cú thể tăng độ tin cậy bằng cách triển khai thêm một số các tuyến nối tới một cặp STP thứ hai Những tuyến này được gọi là tuyến E, thực chất là các tuyến kết nối dự phũng trong trường hợp không thể kết nối được với SSP “nhà” qua các tuyến

A Tuyến E có thể được triển khai hay không hoàn toàn phụ thuộc vào nhà cung cấp mạng

- Tuyến F (Fully associated): đây là các tuyến mà kết nối trực tiếp hai điểm báo hiệu với nhau Các tuyến F chỉ được cho phép thực hiện trong kiến trúc mạng báo hiệu kiểu kết hợp và việc có triển khai các tuyến F hay không là phụ thuộc vào nhà cung cấp mạng

Ngoài các tuyến báo hiệu trên còn có một số tuyến báo hiệu khác như: tuyến B (Bridge), tuyến D (Diagonal) Dù tên có khác nhau nhưng chức năng chung của chúng đều là truyền tải các bản tin báo hiệu từ điểm khởi đầu vào mạng đến đúng địa chỉ đích

Hình 2-2: Các tuyến báo hiệu trong mạng số 7

2.2.2 Các kiểu kiến trúc báo hiệu

Trong thuật ngữ của CCS No.7, khi hai nút báo hiệu có khả năng trao đổi các bản tin báo hiệu với nhau thông qua mạng báo hiệu ta nói giữa chúng tồn tại một liên kết báo hiệu Các mạng báo hiệu có thể sử dụng 3 kiểu báo hiệu khác nhau, trong đó ta hiểu

“kiểu” là mối quan hệ giữa đường đi của bản tin báo hiệu và đường tiếng có liên quan

- Kiểu kết hợp: Trong kiểu kết hợp các bản tin báo hiệu và các đường tiếng giữa

hai điểm được truyền trên một tập hợp đường đấu nối trực tiếp giữa hai điểm này với nhau

- Kiểu không kết hợp: Trong kiểu này các bản tin báo hiệu có liên quan đến các

đường tiếng giữa hai điểm báo hiệu được truyền trên một hoặc nhiều tập hợp đường quá giang, qua một hoặc nhiều điểm chuyển tiếp báo hiệu

- Kiểu tựa kết hợp: Kiểu báo hiệu này là trường hợp đặc biệt của kiểu báo hiệu

không kết hợp, trong đó các đường đi của bản tin báo hiệu được xác định trước và cố định, trừ trường hợp định tuyến lại vì có lỗi

2.2.2.1 Các bản tin báo hiệu trong mạng báo hiệu số 7

Trong mạng báo hiệu số 7, các node thông tin với nhau bằng các bản tin dưới dạng gói gọi là các đơn vị báo hiệu (Signal unit – SU) Có ba kiểu bản tin báo hiệu được phân biệt với nhau bởi trường chỉ thị độ dài (LI – Length Indicator), đó là:

Đơn vị tín hiệu bản tin MSU: đây là bản tin quan trọng và phức tạp nhất trong ba loại bản tin Không giống như FISU và LSSU chỉ có thể được đánh địa chỉ tới node lân cận và do đó chỉ hỗ trợ những lớp thấp nhất trong chồng giao thức SS7, MSU chứa nhãn định tuyến và trường thông tin báo hiệu Do đó chúng cung cấp phương tiện để mang thông tin điều khiển kênh và bản tin thực hiện sử dụng bởi các lớp cao hơn của chồng giao thức SS7 Các trường thông tin của MSU cũng có thể mang thông tin bảo dưỡng và quản lý mạng

Đơn vị tín hiệu trạng thái đường LSSU: LSSU được sử dụng để cung cấp các chỉ thị về trạng thái đường tới đầu kia của đường số liệu Các thông tin về trạng thái đường có thể là: bình thường, không hoạt động, mất tín hiệu đồng chỉnh, trạng thái khẩn , trong đó

có thủ tục đồng chỉnh ban đầu, được sử dụng khi khởi tạo lần đầu các đường báo hiệu và khôi phục lại sau sự cố

Đơn vị tín hiệu thay thế FISU: FISU được truyền khi trên đường truyền số liệu không truyền các bản tin MSU và LSSU, mục đích là để nhận các thông báo tức thời về

sự cố của đường báo hiệu

Hình 2-3: Khuôn dạng các bản tin SS7

Các trường trong đơn vị báo hiệu:

- F (Cờ): Mẫu riêng biệt 8 bit này được sử dụng để bắt đầu và kết thúc một đơn vị

báo hiệu và được gọi là cờ Nó không xuất hiện ở bất cứ nơi nào khác trong đơn vị báo

hiệu Người ta phải đưa ra các phương pháp đo lường, kiểm tra để tránh cờ giả xuất hiện

trong đơn vị báo hiệu Cờ được đặc trưng bằng từ mã 01111110

- CK (mã kiểm tra dư vòng): CK là một con số tổng (ChechSum) được truyền

trong từng đơn vị báo hiệu Nếu tại điểm báo hiệu thu nhận được Checksum không phù

hợp thì đơn vị báo hiệu đó được coi là có lỗi và phải loại bỏ

- SIF (Trường thông tin báo hiệu): Trường này chỉ tồn tại trong bản tin MSU Nó

gồm các thông tin về định tuyến và thông tin thực về báo hiệu của bản tin

Cấu trúc của SIF gồm có 2 phần: nhãn định tuyến (mức 3) và thông tin người sử

dụng (mức 4)

- Nhãn định tuyến: điểm đích của một đơn vị tín hiệu được xác định trong một

nhãn định tuyến Nhãn định tuyến trong một đơn vị tín hiệu bản tin bao gồm các trường

mã điểm đích (DPC), mã điểm gốc (OPC) và lựa chọn tuyến báo hiệu (SLS)

Một mã được gán cho mỗi điểm báo hiệu trong mạng báo hiệu phụ thuộc vào một

kế hoạch đánh số Phần truyền bản tin sử dụng mã để định tuyến bản tin DPC xác định

điểm báo hiệu mà bản tin được truyền đến đó OPC xác định điểm báo hiệu mà từ đó bản tin được truyền

Nội dung của trường SLS xác định tuyến báo hiệu mà theo đó bản tin được truyền Bằng cách này, trường SLS được sử dụng để chia tải trong các tuyến báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu

- Thông tin người sử dụng: thông tin người sử dụng chứa dữ liệu được tạo ra bởi

phần ngưởi sử dụng ở điểm gốc và dữ liệu được ước lượng của phần người sử dụng ở điểm đích

- SIO (Octet thông tin dịch vụ): Trường này chỉ tồn tại trong bản tin LSSU Octet

này gồm chỉ thị dịch vụ và phần chỉ thị mạng

Chỉ thị dịch vụ được sử dụng để phối hợp bản tin báo hiệu với một User riêng biệt của MTP tại một điểm báo hiệu, có nghĩa là các chức năng lớp 3 phân phối bản tin tới các phần người sử dụng tương ứng, với sự trợ giúp của chỉ thị dịch vụ

Trường chỉ thị mạng gồm chỉ thị về mạng được sử dụng để phân biệt giữa các cuộc gọi trong mạng quốc gia và quốc tế hoặc giữa các sơ đồ định tuyến khác nhau trong một mạng Chỉ thị mạng cũng xác định mạng tương ứng trong đó có nơi gửi và nhận bản tin

NAT0 = mạng chủ

NAT1 = mạng báo hiệu chung với các nhà cung cấp mạng trong nước khác

INAT0 = mạng báo hiệu chung với các nhà cung cấp mạng quốc tế khác

INAT1 = không sử dụng

- ERROR CORRECTION được dùng để kiểm tra lỗi tuần tự và yêu cầu truyền

lại, nó gồm:

+ BSN (Số thứ tự hướng về): Trường BSN được sử dụng để công nhận các đơn vị

báo hiệu mà đầu cuối của đường báo hiệu phía đối phương nhận được BSN là số thứ tự đơn vị báo hiệu được công nhận (7 bits)

+ FSN (Số thứ tự hướng đi): FSN là con số thứ tự hướng đi của đơn vị báo hiệu

mang nó (7 bits)

+ FIB (Bít chỉ thị hướng đi): FIB được sử dụng để khôi phục lại các bản tin khi có

lỗi (1 bit)

+ LI (Chỉ thị độ dài): Trường LI chỉ ra số lượng Octet có trong một đơn vị báo

hiệu tính từ sau trường LI đến trước trường CK

Trong đó: LI = 0 : Đơn vị báo hiệu thay thế (FISU)

LI = 1 hoặc 2 : Đơn vị báo hiệu trạng thái đường (LSSU)

LI thuộc (2;63) : Đơn vị báo hiệu bản tin (MSU)

2.3 CHỒNG GIAO THỨC BÁO HIỆU SỐ 7

Chồng giao thức báo hiệu số 7 có 4 mức : 3 mức của phần truyền bản tin MTP – cung cấp một hệ thống truyền dẫn tin cậy cho tất cả người sử dụng ; và mức thứ tư bao gồm các người sử dụng của MTP (MTP User) Có hai MTP User : thứ nhất, là phần người sử dụng ISDN (ISDN User Part) cung cấp báo hiệu điều khiển cuộc gọi chuyển mạch kênh cơ bản và hỗ trợ các dịch vụ phụ của ISDN MTP User thứ hai là Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, cung cấp các dịch vụ định tuyến và đánh địa chỉ mạng không phải là chuyển mạch kênh

Kiến trúc chồng giao thức báo hiệu này được chỉ ra ở hình sau :

MTP Level 1MTP Level 2MTP Level 3

TC

SCCPISUP

User Application

Hình 2-4: Kiến trúc chồng giao thức báo hiệu số 7

Mặc dù ITU – T định nghĩa chồng giao thức SS7 trước khi ISO/OSI mô tả mô hình bảy lớp, nhưng nó cũng có thể được so sánh đại thể với mô hình OSI bảy lớp như được chỉ ra ở hình sau :

Sự kết hợp của MTP và các khả năng đánh địa chỉ của SCCP tạo nên Phần dịch vụ mạng SS7 (SS7 Network Service Part) – cung cấp các dịch vụ định tuyến và đánh địa chỉ lớp 3 của mô hình OSI cho các ứng ụng

Các lớp từ 4 đến 6 của mô hình OSI ứng với Phần dịch vụ người sử dụng của SS7 (Application Service Part) nhưng hiện thời chưa được định nghĩa Độ tin cậy mà những giao thức hướng kết nối trong mô hình OSI này cung cấp được thực hiện bằng các phương thức khác trong các giao thức của phần Các khả năng biên dịch TC

Mặc dù ISUP thường được biểu diễn mở rộng từ lớp 3 đến lớp 7 nhưng điều đó không có nghĩa là tất cả các lớp ở giữa đã được xác định Thực tế, nó chỉ cho thấy là ISUP liên quan đến việc biên dịch các tín hiệu thiết lập cuộc gọi ban đầu của người sử dụng thành các giao thức báo hiệu thiết lập cuộc gọi SS7, và cũng tương tác với các giao thức truyền bản tin mức thấp hơn của MTP

Hình 2-5: Kiến trúc chồng giao thức báo hiệu số 7 trong tương quan với mô hình OSI

2.3.1 Phần truyền bản tin MTP

2.3.1.1 MTP mức 1

Mức một trong phần chuyển bản tin MTP gọi là đường số liệu báo hiệu, nó tương đương với mức vật lý trong mô hình OSI Đường số liệu báo hiệu là một đường truyền dẫn số liệu hai chiều Nó bao gồm hai kênh số liệu hoạt động đồng thời trên hai hướng ngược nhau với cùng một tốc độ

Đường số liệu báo hiệu có thể là đường tín hiệu số hoặc tương tự Đường số liệu báo hiệu số được xây dựng trên kênh truyền dẫn số (64 Kb/s) và tổng đài chuyển mạch

số Đường số liệu báo hiệu tương tự được xây dựng trên kênh truyền dẫn tương tự tần số thoại (4Khz ) và Modem

Giao thức mức 1 định nghĩa các đặc tính vật lý, các đặc tính điện và các đặc tính chức năng của các đường báo hiệu đấu nối với các thành phần CCS N07 Các đặc tính này được mô tả chi tiết trong khuyến nghị CCITT G703, G732 và G734

Các tốc độ của MTP mức 1 có thể là 1 (1.544Mbps), 0 (64kbps) và 0A (56kbps) theo chuẩn Bắc Mỹ hay theo các giao diện chuẩn của thế giới như V.35 (64kbps)

DS-2.3.1.2 MTP mức 2

MTP mức 2 tương đương với lớp 2 trong mô hình phân lớp OSI Nó thực hiện chức năng đường báo hiệu, cùng với đường số liệu báo hiệu (MTP mức 1) cung cấp một đường số liệu cho chuyển giao tin cậy các bản tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu được đấu nối trực tiếp

MTP mức 2 định nghĩa các giao thức cần thiết để xác định mất và huỷ gói tin trên các đường dữ liệu riêng biệt và để sắp thứ tự các gói dữ liệu đựơc phân phát MTP mức 2

sử dụng các bản tin FISU để xác định và sửa lỗi và sử dụng các bản tin LSSU để điều khiển khôi phục đường số liệu MTP mức 2 thực hiện chức năng này mà không làm ảnh hưởng đến các lớp cao hơn

2.3.1.3 MTP mức 3

MTP mức 3 có thể được coi như tương đương với lớp mạng trong mô hình OSI

Nó chịu trách nhiệm xử lý bản tin và quản trị mạng MTP mức 3 sẽ thực hiện các chức

năng phân biệt, định tuyến, và phân phối các bản tin qua các đường số liệu được tạo bởi các giao thức mức 2

Mức 3 phân tích địa chỉ của các bản tin đến và từ đó phân biệt các bản tin có địa chỉ là địa chỉ node hiện tại với các bản tin có địa chỉ là node khác

Các bản tin có địa chỉ là node hiện tại được chuyển tới các quá trình tiếp theo xác định bởi trường SIO trong bản tin

Nếu địa chỉ của bản tin đến không phải là địa chỉ node hiện tại, mức 3 sẽ chuyển tiếp từ chức năng phân loại sang chức năng định tuyến Chức năng này sẽ kiểm tra bảng định tuyến, định tuyến bản tin một cách thích hợp và phân phát nó trở về cho các giao thức mức 2 để truyền đi

MTP mức 3 thực hiện chức năng định tuyến của nó dựa trên mã điểm (Point Codes) được ghi trong địa chỉ bản tin Mã điểm này xác định duy nhất vị trí của điểm khởi đầu và kết thúc của đường số liệu Tuy nhiên MTP chỉ có thể định tuyến theo kiểu theo từng đường một (link – by – link) Đây không phải là vấn đề đối với báo hiệu chuyển mạch kênh

Tuy nhiên MTP chỉ có thể định tuyến theo kiểu theo từng đường một (link – by – link) Đây không phải là vấn đề đối với báo hiệu chuyển mạch kênh Tuy nhiên, với báo hiệu không phải là chuyển mạch kênh tới các cơ sở dữ liệu và các ứng dụng có thể ở khắp nơi trên mạng, MTP mức 3 tại các tổng đài chuyển mạch có thể không có bảng định tuyến yêu cầu Do đó, nó lấp đầy các trường chưa biết với số 0 và chuyển tiếp nó đến STP – nơi có bảng định tuyến tập trung Các giao thức lớp trên tại STP sẽ thực hiện chức năng biên dịch tiêu đề chung (Global Title Translation), thêm vào dữ liệu định tuyến cần thiết

và trả bản tin lại cho MTP mức 3 để tiếp tục truyền đi

Bên cạnh chức năng phân biệt, phân phát và định tuyến bản tin, MTP mức 3 cũng thực hiện một số chức năng quản lý Nó điều khiển việc sử dụng LSSU cho quản lý đường số liệu mức 2 Quan sát trạng thái đường mức 3 bao gồm cả điều kiện của điểm cuối, chẳng hạn như các card giao diện mạng, sao cho một đường số liệu có thể hoạt động

ở mức 2 nhưng không cung cấp dịch vụ mức 3 Chức năng quản lý đường mức 3 thường đưa những đường số liệu lỗi này sang trạng thái không phục vụ, thực hiện xác định lỗi và

tuyến bản tin sử dụng các bản tin MSU được xác định để quản lý Khi một node bị nghẽn hay không phục vụ được vì một lý do nào đó, mức 3 có thể giảm lưu lượng qua node hay định tuyến lại lưu lượng Trong cả hai trường hợp đều thông báo cho các node lân cận trên mạng Mức 3 cũng cung cấp thông tin bảo dưỡng cho các trung tâm OA&M để nhà quản lý có thể can thiệp

2.3.2 SIGTRAN

Mở đầu

Như đã đề cập ở các chương trước, chúng ta thấy rằng hiện nay ngành công nghiệp viễn thông đang trải qua thời kỳ của những sự thay đổi lớn lao, định hướng và cho phép sự hội tụ của các dịch vụ Các dịch vụ dữ liệu đang ngày càng trở chiếm một tỷ lệ lớn so với thoại truyền thống Các nhà khai thác mạng đang tìm kiếm những phương thức

để thống nhất lưu lượng thoại và dữ liệu, các nền tảng mạng, và các dịch vụ để giảm chi phí ban đầu, bảo dưỡng, điều hành mạng Đó là một trong những nguyên nhân thúc đẩy

sự ra đời của mạng thế hệ mới NGN Trong một số các giải pháp kỹ thuật, hiện nay IP được coi là phương tiện hứa hẹn nhất để từ đó xây dựng các dịch vụ tích hợp mới IP cung cấp một phương thức hiệu quả để truyền tải dữ liệu người sử dụng và cho phép các nhà khai thác mạng mở rộng mạng của hộ cũng như xây dựng các dịch vụ mới

Chúng ta cũng nhận thấy rằng các mạng viễn thông hiện đại đang phụ thuộc rất nhiều vào việc trao đổi thông tin báo hiệu và điều khiển một cách nhanh chóng và hiệu quả Việc báo hiệu giữa các thực thể mạng khác nhau không chỉ hỗ trợ các dịch vụ viễn thông cơ bản mà còn cho phép cung cấp các dịch vụ mạng gia tăng, ví dụ như các dịch vụ mạng thông minh hay di động Các giới hạn về chất lượng dịch vụ bị ảnh hưởng mạnh

mẽ bởi hệ thống báo hiệu Qua hai thập kỷ trở lại đây, hệ thống báo hiệu số 7 đã được coi như là một hệ thống thống trị trong việc mang thông tin báo hiệu trong mạng viễn thông Các ứng dụng và dịch vụ hiện tại phụ thuộc nhiều vào hiệu năng cao của SS7 Hiệu năng cao này có được chủ yếu là do các cơ chế điều khiển lỗi hiệu quả ở lớp 2 cũng như các thủ tục quản lý mạng lớp 3 Tuy nhiên, về mặt logic thì mạng báo hiệu SS7 là một mạng tách biệt, yêu cầu hạ tầng mạng riêng và chia sẻ rất ít nguồn tài nguồn vật lý với mặt phẳng người sử dụng

Chính vì vậy, trong quá trình xây dựng mạng NGN với xu thế tích hợp giữa mạng chuyển mạch kênh hiện tại với mạng IP, việc kết hợp giữa mạng báo hiệu SS7 hiện tại và mạng trên cơ sở giao thức IP, sử dụng IP để truyền tải các bản tin báo hiệu số 7 ngày càng trở nên quan trọng Triển khai được một kiến trúc kết hợp như vậy sẽ cho phép các nhà khai thác mạng lợi dụng được những ưu điểm của các thiết bị IP trong môi trường của SS7, tránh được việc thay thế mạng báo hiệu hiện tại cũng như giảm chi phí đầu tư mới, đồng thời cũng giải quyết được các vấn đề đang xuất hiện cùng với sự gia tăng rất nhanh của các mạng SS7 như dung lượng kênh và chia tải

Việc chuẩn hoá một bộ giao thức để truyền tải báo hiệu SS7 qua mạng IP đã được nhóm làm việc SIGTRAN của IETF triển khai Để việc truyền tải báo hiệu số 7 qua mạng

IP (SS7oIP) được thành công thì một vấn đề rất quan trọng là SIGTRAN phải cho phép báo hiệu tin cậy và với hiệu năng cao hơn mạng SS7 hiện tại

2.3.2.1 Giới thiệu khái quát về SIGTRAN

SIGTRAN là một nhóm công tác thuộc tổ chức chuẩn hoá quốc tế cho lĩnh vực Internet – IETF Mục đích chính của nhóm là đưa ra giải pháp truyền tải báo hiệu dạng gói trên mạng chuyển mạch kênh qua mạng IP, đảm bảo được các yêu cầu về chức năng

và hiệu năng của báo hiệu chuyển mạch kênh Nhằm phối hợp được với mạng chuyển mạch kênh, các mạng IP cần truyền tải các bản tin báo hiệu như báo hiệu đường ISDN (Q.931) hay SS7 (như ISUP, SCCP ) giữa các node IP như gateway báo hiệu (STP GATEWAY), MGC và MG hoặc cơ sở dữ liệu IP Trong khuôn khổ đồ án này, chúng ta chỉ giới hạn ở các vấn để liên quan đến việc truyền tải SS7

Nhóm công tác xác định các mục tiêu là:

Các yêu cầu về chức năng và hiệu năng: nhóm đưa ra một số RFC, xác định các yêu cầu về mặt chức năng và hiệu năng để hỗ trợ báo hiệu qua mạng IP Các bản tin báo hiệu (nhất là SS7) có yêu cầu về độ trễ và mất gói rất cao phải được đảm bảo như trong mạng thoại hiện tại

Các vấn đề về truyền tải: nhóm công tác đã đưa ra một RFC "đường chuẩn" (standard track) định nghĩa việc truyền tải các giao thức báo hiệu sử dụng các giao thức

SIGTRAN xác định các phương tiện mà qua đó các bản tin SS7 có thể được truyền dẫn một cách tin cậy qua mạng IP Kiến trúc này định nghĩa 2 thành phần: một giao thức truyền tải chung để mang các lớp SS7, và một module thích ứng để thực hiện chức năng các lớp thấp hơn của giao thức Ví dụ như: nếu giao thức ban đầu là MTP 3 thì SIGTRAN cung cấp các chức năng tương đương MTP 2; nếu giao thức ban đầu là TCAP thì SIGTRAN cung cấp các chức năng của SCTP (các lớp không kết nối) và MTP 2 và 3

2.3.2.2 Các kiến trúc sử dụng SIGTRAN

Hình 3.1 cho thấy một mô hình chức năng chung nhất tách biệt các chức năng của STP GATEWAY, MGC và MG Mô hình này có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau, với các chức năng được thực hiện ở các thiết bị riêng biệt hay được kết hợp trong một thực thể vật lý đơn

Ở những nơi có sự tách biệt về mặt vật lý giữa các thực thể chức năng, SIGTRAN có thể được áp dụng để đảm bảo rằng thông tin báo hiệu chuyển mạch kênh được truyền với hiệu năng và chức năng như yêu cầu

Hình 2-6:Kiến trúc chức năng của SIGTRAN

Như chúng ta thấy ở hình vẽ, các giao diện liên quan đến SIGTRAN bao gồm STP GATEWAY tới MGC, STP GATEWAY với STP GATEWAY SIGTRAN cũng có thể

có khả năng được sử dụng cho giao diện giữa các MGC hoặc giữa MG và MGC, phụ thuộc vào yêu cầu truyền tải các giao thức báo hiệu kết hợp

2.3.2.3 Phối hợp SS7 cho điều khiển kết nối

Hình 2.9 cho thấy một số ví dụ thực thi những chức năng trên ở các thực thể vật lý được sử dụng để phối hợp hoạt động của SS7 và mạng IP cho VoIP, VoATM Có thể có rất nhiều các ví dụ khác, và việc sử dụng SIGTRAN là phụ thuộc vào các ứng dụng khác nhau

Để phối hợp hoạt động của mạng chuyển mạch kênh được điều khiển bởi SS7, STP GATEWAY kết cuối các tuyến báo hiệu SS7 và truyền thông tin báo hiệu tới MGC

sử dụng SIGTRAN MG kết cuối các trung kế liên đài và điều khiển trung kế dựa trên các thông tin báo hiệu điều khiển nó nhận được từ MGC Như được chỉ ra trong hình a) dưới đây, STP GATEWAY, MG, MGC có thể là các thực thể vật lý khác nhau hay như trong trường hợp b), MGC và MG được kết hợp trong cùng một thực thể vật lý Trong trường hợp c), tuyến báo hiệu SS7 kết hợp được kết cuối bởi cùng một thiết bị (đó là MGU) có chức năng kết cuối trung kế Trong trường hợp này, chức năng STP GATEWAY được đặt cùng với chức năng MG, và SIGTRAN được dùng để "backhaul" báo hiệu điều khiển tới MGCU "Backhaul" ở đây hiểu là việc truyền báo hiệu từ điểm giao diện của luồng dữ liệu kết hợp (chức năng STP GATEWAY trong MGU) trở lại điểm xử lý cuộc gọi (MGU)

Hình 2-7: Các ví dụ thực thi SIGTRAN

Trong một số trường hợp, chức năng của STP GATEWAY có thể được phân chia trong nhiều thực thể vật lý để hỗ trợ phân cấp, cho phép quản lý mạng báo hiệu và các vấn đề liên quan đến đánh địa chỉ Do đó, SIGTRAN có thể được sử dụng giữa các STP GATEWAY cũng như là từ STP GATEWAY tới MGC Điều này được minh hoạ trong hình vẽ dưới đây

Hình 2-8: Trường hợp nhiều Signaling Gateway

Trong cấu hình này, có nhiều MGU cùng xử lý dữ liệu kết hợp với báo hiệu (không chỉ có một MGU chứa chức năng STP GATEWAY của chính nó) và chỉ có một STP GATEWAYU Do đó có thể truyền tải một lớp SS7 giữa các STP GATEWAY1 và STP GATEWAY2, và lớp SS7 khác giữa STP GATEWAY2 và MGC Ví dụ, STP GATEWAY1 có thể truyền tải MTP3 tới STP GATEWAY2, và STP GATEWAY2 có thể hỗ trợ ISUP tới MGC

2.3.2.4 Kiến trúc để truy cập cơ sở dữ liệu

TCAP là phần ứng dụng trong SS7 được sử dụng cho báo hiệu không phải là

chuyển mạch kênh

Báo hiệu TCAP trong mạng IP có thể được sử dụng cho truy nhập chéo giữa các

thực thể trong mạng SS7 và mạng IP, chẳng hạn như:

- truy nhập từ mạng SS7 tới SCP trong IP

- truy nhập từ mạng SS7 tới một MGC

- truy nhập từ một MGC tới một phần tử mạng SS7

- truy nhập từ một IP SCP tới một phần tử mạng SS7

Mô hình chức năng cơ bản của báo hiệu TCAP trong IP như sau:

Hình 2-9: Báo hiệu TCAP over IP

2.3.3 Kiến trúc giao thức SIGTRAN

Kiến trúc này được định nghĩa gồm 3 thành phần chính:

Một giao thức IP tiêu chuẩn

Một giao thức truyền tải báo hiệu chung: giao thức này đưa ra để hỗ trợ một bộ chung các chức năng vận chuyển tin cậy để truyền báo hiệu SCTP là một giao thức truyền tải mới, được định nghĩa bởi IETF

Một phân lớp thích ứng mà hỗ trợ các hàm nguyên thủy xác định, chẳng hạn như chỉ thị quản lý, được yêu cầu bởi một giao thức thích ứng báo hiệu riêng biệt Một số giao thức phân lớp thích ứng mới được định nghĩa bởi IETF như: M2PA, M2UA, M3UA, SUA và IUA Chỉ một giao thức được thực hiện tại một thời điểm xác định

Hình 2-10: Kiến trúc giao thức SIGTRAN

CHƯƠNG 3 MẠNG BÁO HIỆU TẬP TRUNG

3.1 CÁC CẤU TRÚC MẠNG BÁO HIỆU

3.1.1 Cấu trúc mạng báo hiệu hình lưới ( MESH )

Đối với mạng loại này, chức năng STP được tích hợp vào các tổng đài MSC Các STP này được kết nối từng đôi với nhau theo dạng mắt lưới (Đây là mô hình các mạng Việt Nam đang sử dụng) Chức năng này dẫn đến một số ưu nhược điểm sau:

Hình 3-1: Mạng hình lưới

Nhược điểm:

-Số đường kết nối links báo hiệu lớn tạo thành hình lưới (mesh) trong mạng Do đó chi phí đầu tư ban đầu lớn Mặt khác khi đưa thêm phần tử mới vào mạng, sẽ xuất hiện các link kết nối mới đến tất cả các phần tử đang hoạt động khác Vì vậy việc

và muốn có độ an toàn cao

3.1.2 Cấu trúc mạng báo hiệu tập trung

Đối với mạng tập trung, chức năng STP được tách rời khỏi tổng đài MSC và các STP trở thành điểm tập trung trong mạng và được gọi là STP Gateway Lúc này các tuyến báo hiệu từ các Node mạng sử dụng SS7 được kết nối thẳng về STPGateway `

Hình 3-2: Mạng tập trung

Mạng loại này có các ưu nhược điểm như sau:

Ưu điểm:

-Giảm các đường link kết nối trong mạng, quản lý tập trung mạng SS7

- Tăng dung lượng và hiệu năng hoạt động của MSC vì đã tách rời chức năng của STP ra khỏi MSC

- Tăng khả năng xử lí cuộc gọi của MSC