Công nghệ chuyển mạch mềm và ứng dụng trong mạng viettel mobile

Công nghệ chuyển mạch mềm và ứng dụng trong mạng Viettel MobileTổng quan về mạng NGN. Công nghệ chuyển mạch mềm. Kiến trúc và các thành phần chính của Softswitch. Sản phẩm và giải pháp Sortswitch. Đánh giá phương án triển khải công nghệ chuyển mạch mềm trong mạng Viettel Mobile.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN VŨ SƠN

HÀ NỘI 2006

T HUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A

B

C

Part

Phần ứng dụng mạng thông minh

Union

Liên đoàn viễn thông quốc tế

Standardization Sector

chuẩn viễn thông ITU

MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm

động

N

O

P

nguyên mạng

S

Part

Phần điều khiển kết nối báo hiệu

Protocol

T

Application Part

Phần ứng dụng khả năng truyền dẫn

U

BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1 Hình 1.1 Mô hình mạng thế hệ sau……….……11

2 Hình 1.2 - So sánh sự tăng trưởng băng thông trong mạng gói và mạng TDM… 14

3 Hình 1.3 - Cấu trúc mạng và báo hiệu của mạng PSTN……….16

4 Hình 2.1 – Cấu trúc mạng thế hệ sau……… …23

5 Hình 2.2 – Softswitch trong mạng viễn thông thế hệ sau………25

6 Hình 2.3 - Vị trí của Softswitch trong kiến trúc phân lớp của NGN……… 26

7 Hình 2.4 - Kết nối MGC với các thành phần khác trong mạng NGN……….27

8 Hình 2.5 - Các thành phần chức năng của MGC……….31

9 Hình 2.6 - Các giao thức sử dụng giữa các thành phần……… 32

10 Hình 2.7 - Kiến trúc PSTN và NGN 35

11 Hình 2.8 - Cấu trúc chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm……… 38

12 Hình 2.9 - Quá trình thực hiện cuộc gọi khi sử dụng chuyển mạch kênh………… 42

13 Hình 2.11 - Quá trình thực hiện cuộc gọi khi sử dụng chuyển mạch mềm ……… 42

14 Hình 3.1 – Hoạt động của một hệ thống chuyển mạch mềm……….43

15 Hình 3.2 – Mô hình kiến trúc mạng NGN……… 45

16 Hình 3.3 – Quan hệ giữa các giao thức trong mạng……… 48

17 Hình 3.4 - Mô hình mạng H.323 đơn giản……….49

18 Hình 3.5 - Mạng H.323……… 49

19 Hình 3.6 - Các giao thức thuộc H.323 49

20 Hình 3.7 - Chồng giao thức tại đầu cuối H.323……… 51

21 Hình 3.8 - Cấu tạo của gateway……… 52

22 Hình 3.9 - Chồng giao thức của một Gateway……… 52

23 Hình 3.10 - Chức năng của một Gatekeeper……… 53

24 Hình 3.11 - Cấu tạo của Multipoint Control Unit……… 54

25 Hình 3.12 – Báo hiệu trực tiếp-Cùng gatekeeper……… 61

26 Hình 3.13 – Các thành phần trong báo hiệu SIP………63

27 Hình 3.14 – Thiết lập và chấm dứt cuộc gọi trong SIP……… 65

28 Hình 3.15 - Vị trí của các giao thức……… ….69

29 Hình 3.16 – Cấu trúc mạng SS7……….71

30 Hình 3.17 - Cấu trúc các giao thức của báo hiệu SS7……… … 72

31 Hình 3.18 – MG và SG kết nối với PSTN……… 74

32 Hình 3.19 – Mô hình chức năng của SIGTRAN……… 76

33 Hình 4.1 Mô hình tổng quan của giải pháp Surpass……… ….….81

34 Hình 4.2 Surpass HiQ……….…82

35 Hình 4.3 Các mức giao diện lập trình ứng dụng của hiQ 4000……… 83

36 Hình 4.4 Cấu trúc hiQ 9200……… … 84

37 Hình 4.5 Sơ đồ mô hình đầy đủ mạng NGN Alcatel……… 87

38 Hình 4.6 Kiến trúc 3 lớp của Commworks 88

39 Hình 5.1 Dự kiến phát triển của mạng Viettel Mobile 95

40 Hình 5.2 Cấu trúc mạng phân lớp 96

41 HÌnh 5.3 :Đề xuất mạng viettelMoble 98

42 Hình 5.4 Xây dựng cấu trúc mạng chuyển từ SS7oTDM sang Sigtran/SS7oIP 105

43 Hình 5.5 Lưu lượng các hướng nội, ngoại mạng trên nền IP core 105

44 Hình 5.6 Kiến trúc mạng phân lớp……… … 106

CHƯƠNG I

T ỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN

1.1.Mạng viễn thông hiện tại

Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng

có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng

Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối

Thiết bị chuyển mạch :gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang Các thuê

bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt được nối vào tổng đài quá giang Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế

Thiết bị truyền dẫn : dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay giữa các tổng

đài để thực hiện việc truyền đưa các tín hiệu điện Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn cáp quang Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường là cáp kim loại, tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang hoặc vô tuyến

Môi trường truyền : bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến Truyền hữu tuyến

bao gồm cáp kim loại, cáp quang Truyền vô tuyến bao gồm vi ba, vệ tinh

Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy Fax,

máy tính, tổng đài PABX

1.1.1 Các đặc điểm của mạng viễn thông

Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục

vụ dịch vụ đó

Xét về góc độ dịch vụ thì gồm các mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu

Xét về góc độ kỹ thuật bao gồm các mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ

PSTN (Public Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN phục vụ thoại và bao gồm hai loại tổng đài: tổng đài nội hạt (cấp 5), và tổng đài tandem (tổng đài quá giang nội hạt, cấp 4) Tổng đài tandem được nối vào các tổng đài Toll để giảm mức phân cấp Phương pháp nâng cấp các tandem là bổ sung cho mỗi nút một ATM core Các ATM core sẽ cung cấp dịch vụ băng rộng cho thuê bao, đồng thời hợp nhất các mạng số liệu hiện nay vào mạng chung ISDN Các tổng đài cấp 4 và cấp 5

là các tổng đài loại lớn Các tổng đài này có kiến trúc tập trung, cấu trúc phần mềm và phần cứng độc quyền

ISDN (Integrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp dịch vụ ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng và xây dựng giao tiếp người sử dụng - mạng đa dịch vụ bằng một số giới hạn các kết nối ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm các kết nối chuyển mạch và không chuyển mạch Các kết nối chuyển mạch của ISDN bao gồm nhiều chuyển mạch thực, chuyển mạch gói và sự kết hợp của chúng Các dịch vụ mới phải tương hợp với các kết nối chuyển mạch số 64 kbit/s ISDN phải chứa sự thông minh để cung cấp cho các dịch vụ, bảo dưỡng và các chức năng quản lý mạng, tuy nhiên tính thông minh này có thể không đủ để cho một vài dịch vụ mới và cần được tăng cường từ mạng hoặc từ sự thông minh thích ứng trong các thiết bị đầu cuối của người sử dụng Sử dụng kiến trúc phân lớp làm đặc trưng của truy xuất ISDN Truy xuất của người sử dụng đến nguồn ISDN có thể khác nhau tùy thuộc vào dịch vụ yêu cầu và tình trạng ISDN của từng quốc gia

PSDN (Public Switching Data Network) là mạng chuyển mạch số liệu công cộng PSDN chủ yếu cung cấp các dịch vụ số liệu Mạng PSDN bao gồm các PoP (Point

of Presence) và các thiết bị truy nhập từ xa Hiện nay PSDN đang phát triển với tốc độ rất nhanh do sự bùng nổ của dịch vụ Internet và các mạng riêng ảo (Virtual Private Network)

Mạng di động GSM (Global System for Mobile Telecom) là mạng cung cấp

dịch vụ thoại tương tự như PSTN nhưng qua đường truy nhập vô tuyến Mạng này chuyển mạch dựa trên công nghệ ghép kênh phân thời gian và công nghệ ghép kênh phân tần số Các thành phần cơ bản của mạng này là: BSC (Base Station Controller), BTS

(Base Transfer Station), HLR (Home Location Register), VLR ( Visitor Location Register) và MS ( Mobile Subscriber)

1.1.2.Nh ững hạn chế của mạng Viễn thông hiện tại

Như ở trên có rất nhiều loại mạng khác nhau, mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết

kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau Như vậy hệ thống mạng viễn thông hiện tại

có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng nhất là:

độ truyền tín hiệu Ngoài ra, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau Ta dễ dàng nhận thấy mạng hiện tại sẽ rất khó thích nghi với những đòi hỏi này

nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng

Đứng trước tình hình phát triển của mạng viễn thông hiện nay, các nhà khai thác viễn thông nhận thấy rằng "sự hội tụ giữa mạng PSTN và mạng PSDN" là chắc chắn xảy

ra Họ cần có một cơ sở hạ tầng duy nhất cung cấp cho mọi dịch vụ (tương tự - số, băng hẹp - băng rộng, cơ bản -đa phương tiện,…) để việc quản lý tập trung, giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay

từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền

dẫn băng rộng, mạng thông tin thế hệ mới (NGN) ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một

cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và

Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội

tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động Vấn đề chủ đạo ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này Một vấn

đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một khối lượng lớn dịch

vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn trong đó là không được trù liệu khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay

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

4 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

Trước hết, do áp dụng cơ cấu mở mà :

-Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng, và phát triển một cách độc lập

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

Tiếp đến, mạng NGN là mạng dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm của:

-Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi

-Chia tách cuộc gọi với truyền tải

Mục tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng, thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao

Thứ ba, NGN là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi là "dung hợp ba mạng" Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia (NII)

Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn ở thế bất lợi so với các chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này

Hình 1.1 Mô hình mạng thế hệ sau

1.2.3.Nh ững vấn đề cần quan tâm khi phát triển NGN

Trước hết các nhà cung cấp dịch vụ chính thống phải xem xét cơ sở TDM mà họ

đã lắp đặt và do vậy phải đối đầu với quyết định khó khăn về việc nâng cấp hệ thống này, nên đầu tư vốn cho thiết bị chuyển mạch kênh và xây dựng một mạng NGN xếp chồng, hay thậm chí nên thay thế các tổng đài truyền thống bằng những chuyển mạch công nghệ mới sau này Họ cũng phải xem xét ảnh hưởng của sự gia tăng lưu lượng Internet quay số trực tiếp với thời gian giữ máy ngắn hơn nhiều Để duy trì cạnh tranh các nhà khai thác này cần tìm ra phương pháp cung cấp các dịch vụ mới cho các khách hàng của họ trong thời kỳ quá độ trước khi các mạng của họ tiến triển sang NGN một cách đầy đủ

Vấn đề lớn nhất cần cân nhắc khi sắp tới cần hỗ trợ dịch vụ thoại qua IP và hàng loạt các dịch vụ giá trị gia tăng khác là cơ chế "best effort" phân phối các gói tin không còn đủ đáp ứng nữa Một thách thức căn bản ở nay là mở rộng mạng IP theo nhiều hướng, khả năng cung cấp đa dịch vụ trong khi vẫn giữ được ưu thế của mạng IP Để đảm bảo QoS cần thiết, các nhà khai thác sẽ phải có khả năng cam kết cung cấp các thỏa thuận về mức dịch vụ (SLA), các yêu cầu về băng tần và các tham số chất lượng

Một khía cạnh khác bảo đảm chất lượng là quy mô mạng phải đủ lớn để cung cấp cho khách hàng nhằm chống lại hiện tượng nghẽn cổ chai trong lưu lượng của mạng lõi Một trong những đặc trưng của NGN chính là khả năng tăng số lượng của các giao diện

mở, nhưng điều đó cũng hàm chứa các nguy cơ đe dọa an ninh của mạng Do đó, đảm bảo

an toàn thông tin trở thành vấn đề sống còn của các nhà khai thác nhằm bảo vệ mạng chống lại sự tấn công từ phía các tin tặc Các công cụ an ninh và mật mã hóa phải luôn luôn sẵn sàng

Trong vòng hai thập kỷ vừa qua, công nghệ quang đã chứng minh được là một phương tiện truyền tải thông tin hiệu quả trên khoảng cách lớn, và hiện nay nó là công nghệ chủ đạo trong truyền dẫn trên mạng lõi Với các cải tiến hiện nay, như công nghệ ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng DWDM, nâng cao đáng kể hiệu quả kinh tế

về truyền tải trên mạng cáp quang Ngày nay, IP theo dự kiến sẽ trở thành giao diện hoàn thiện thực sự cho các mạng lõi NGN Vấn đề quan trọng ở đây là mạng cáp quang phải tối

ưu cho điều khiển lưu lượng IP Một giải pháp có tính thuyết phục hiện nay là hội tụ các

lớp dữ liệu và các lớp quang trong mạng lõi Việc hội tụ này mang lại một số lợi thế như cung cấp các dịch vụ tốc độ cao, bảo vệ dòng thông tin liên tục cho mạng quang với chuyển mạch nhãn đa giao thức chung MPLS

Một vấn đề không kém phần quan trọng là vấn đề về các giải pháp quản lý thích hợp cho mạng NGN Trong khi mong muốn xây dựng một mạng quản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ còn mang tính logic, tuy vậy nó vẫn bộc lộ nay là điểm rất cần lưu ý Mặc dù còn phải mất nhiều thời gian và công sức trước khi hệ thống quản lý mạng được triển khai, nhưng mục tiêu này vẫn có giá trị thuyết phục và sẽ mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí khai thác, dịch vụ đa dạng

Tất cả những yếu tố trên nay dường như làm cho NGN mang đậm sự phức tạp Tuy nhiên nên nhìn mạng NGN trong mạng thông tin toàn cầu ngày nay, trong đó các mạng chuyển mạch kênh truyền thống và chuyển mạch gói song song tồn tại, các mạng di động

và cố định không đơn giản trong việc cùng khai thác, và thậm chí các thành phần mạng khác nhau trên mạng cũng yêu cầu phần quản lý riêng biệt Trên quan điểm đó, NGN hướng về một cái gì đó hết sức phức tạp, nhưng sẽ cho phép tiết kiệm chi phí khai thác một cách thích đáng

1.3 X u hướng ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm

1.3.1 S ự phát triển của nhu cầu dịch vụ dữ liệu

Sự phát triển của nhu cầu dịch vụ dữ liệu được phản ánh trong sự tăng trưởng trong băng thông và lưu lượng dữ liệu Lưu lượng dữ liệu bao gồm dữ liệu thuần tuý (data) và các loại lưu lượng dạng khác như thông điệp, âm thanh, hình ảnh được truyền bằng các công nghệ dữ liệu (chuyển mạch gói) đang phát triển rất nhanh Lưu lượng dữ liệu tăng trưởng cùng với sự phát triển của Internet và các loại dịch vụ trên đó Đồng thời là quá trình toàn cầu hoá diễn ra nhanh chóng làm cho môi trường kinh doanh, cùng với đó là môi trường tính toán mạng trải rộng ra tất cả các châu lục Hiện nay các mạng số liệu và mạng thoại đang song song tồn tại với lưu lượng gần tương đương nhau Tuy nhiên mức

độ phát triển về lưu lượng của mạng số liệu gấp 10 đến 15 lần so với mạng thoại Nguyên nhân không chỉ là do sự bùng nổ các loại hình dịch vụ trên Internet mà còn các loại lưu lượng trên mạng chuyển mạch kênh như thoại và fax đang được truyền ngày càng nhiều trên các mạng dữ liệu Mạng chuyển mạch gói toàn cầu dựa trên công nghệ TCP/IP vươn tới các thiết bị đầu cuối không chỉ là điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân, các

máy trò chơi, thiết bị đo, các máy móc tự động và hàng loạt các thiết bị khác như máy ảnh, máy quay phim, các thiết bị gia dụng tạo ra động lực tăng trưởng to lớn trong nhiều năm tới của lưu lượng dữ liệu gói Mặc dù trong một hai năm qua, lĩnh vực công nghệ thông tin đã chịu những suy giảm do sự phát triển quá mức trước đó.

Hình 1.2 - So sánh sự tăng trưởng băng thông trong mạng gói và mạng TDM

Bảng trên minh hoạ sự tăng trưởng của băng thông của lưu lượng dữ liệu chuyển mạch

gói cùng với sự chững lại của công nghệ TDM truyền thống

1.3.2 Nh ững hạn chế của công nghệ tổng đài điện tử chuyển mạch kênh

Hiện nay cơ sở hạ tầng chuyển mạch viễn thông công cộng bao gồm rất nhiều mạng, công nghệ và các hệ thống khác nhau, trong đó hệ thống chuyển mạch kênh sử dụng công nghệ

ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM-Time Division Multiplex) đã phát triển khá toàn

đáp ứng được rất tốt nhu cầu dịch vụ thoại của khách hàng Tuy nhiên trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ thoại còn có nhiều vấn đề chưa được giải quyết một các thực sự thoả đáng, chưa nói đến những dịch vụ mới khác

Trong mạng chuyển mạch kênh ngày nay, chỉ có các khách hàng cỡ vừa và lớn được hưởng lợi từ sự cạnh tranh trong thị trường dịch vụ viễn thông, họ có thể thuê một số luồng E1 để đáp ứng nhu cầu của mình Các khách hàng doanh nghiệp nhỏ, cỡ 16 line trở

nhuận khá lớn cho các nhà khai thác dịch vụ Các nhà khai thác vẫn thu được rất nhiều từ các cuộc gọi nội hạt thời gian ngắn, từ các cuộc gọi đường dài, và từ các dịch vụ tuỳ chọn khác như Voicemail Hiện nay, tất cả các dịch vụ thoại nội hạt đều được cung cấp thông qua các tổng đài nội hạt theo công nghệ chuyển mạch kênh, đơn giản bởi vì chẳng có giải pháp nào khác Chính điều này là cản trở đối với sự phát triển của dịch vụ, bởi những nguyên nhân chính sau đây:

1.3.2.1 Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt

Thị trường thiết bị chuyển mạch nội hạt do một số nhà sản xuất lớn kiểm soát và họ thu lợi nhuận lớn từ thị trường này Các tổng đài nội hạt của các nhà sản xuất này được thiết kế để phục vụ hàng chục ngàn, thậm chí hàng trăm ngàn thuê bao Trong khi khả năng mở rộng của các chuyển mạch này không có gì phải nghi ngờ, nhưng chúng lại hoàn toàn không thích hợp để triển khai phục vụ cho vài ngàn người, bởi vì giá thành thiết bị cao Mức thấp nhất của một tổng đài nội hạt thường ở khoảng vài triệu USD, một con số

có thể làm nản lòng các nhà cung cấp dịch vụ, buộc họ chỉ dám tham gia vào các thị trường lớn nhất

Nếu có những giải pháp cho tổng đài nội hạt chỉ đòi hỏi chi phí thấp hơn nhiều so với tổng đài chuyển mạch kênh thì tính cạnh tranh trong thị trường này sẽ được kích thích, người được hưởng lợi tất nhiên sẽ là khách hàng với nhiều sự lựa chọn hơn và giá cước thấp hơn

1.3 2.2 Không có sự phân biệt dịch vụ

Các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt cung cấp cùng một tập tính năng cho các dịch vụ tuỳ chọn, như đợi cuộc gọi đến, chuyển cuộc gọi, xác định số chủ gọi, hạn chế cuộc gọi… Hầu hết các dịch vụ này đều đã tồn tại từ nhiều năm qua, các dịch vụ hoàn toàn mới tương đối hiếm Thứ nhất bởi vì sẽ rất tốn kém khi phát triển và thử nghiệm các dịch vụ mới, thứ hai cũng bởi vì tập các dịch vụ hiện có đã bao hàm hầu hết các khả năng

mà một khách hàng có thể thực hiện trên các nút bấm điện thoại của mình

1.3.2.3 Những giới hạn trong phát triển mạng

Các tổng đài chuyển mạch nội hạt đều sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh Trong

hệ thống chuyển mạch, thông tin thoại tồn tại dưới dạng các luồng số 64Kbps, tại các cổng vào và ra của chuyển mạch, các luồng số 64Kbps này được ghép/tách kênh phân

chia theo thời gian vào các luồng số tốc độ cao Quá trình định tuyến và điều khiển cuộc gọi được gắn liền với cơ cấu chuyển mạch

Những lợi ích về mặt kinh tế của thoại gói đang thúc đẩy sự phát triển của cả mạng truy nhập và mạng đường trục từ chuyển mạch kênh sang gói Và bởi vì thoại gói đang dần được chấp nhận rộng rãi trong cả mạng truy nhập và mạng đường trục, các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt truyền thống đóng vai trò cầu nối của cả hai mạng gói này Việc chuyển đổi gói sang kênh phải được thực hiện tại cả hai đầu vào ra của chuyển mạch kênh, làm phát sinh những chi phí phụ không mong muốn và tăng thêm trễ truyền dẫn cho thông tin, đặc biệt ảnh hưởng tới những thông tin nhạy cảm với trễ đường truyền như tín hiệu thoại

Nếu tồn tại một giải pháp mà trong đó các tổng đài nội hạt có thể cung cấp dịch vụ thoại và các dịch vụ tuỳ chọn khác ngay trên thiết bị chuyển mạch gói, thì sẽ không phải thực hiện các chuyển đổi không cần thiết nữa Điều này mang lại lợi ích kép là làm giảm chi phí và tăng chất lượng dịch vụ (giảm trễ đường truyền), và đó cũng là một bước quan trọng tiến gần tới cái đích cuối cùng, mạng NGN

Hình 1.3 - Cấu trúc mạng và báo hiệu của mạng PSTN

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

trên trung kế nối trực tiếp giữa hai tổng đài, nếu đường nối trực tiếp đã sử dụng hết, cuộc gọi có thể được định tuyến thông qua tổng đài chuyển tiếp Một số cuộc gọi (ví dụ như truy nhập hộp thư thoại hay quay số bằng giọng nói ) lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng các tài nguyên tập trung phục vụ cho các dịch vụ cao cấp Kiến trúc này đã được sử dụng nhiều năm nay, và cũng đã được cải tiến rất nhiều nhằm phục vụ các ứng dụng thoại, tuy nhiên vẫn có một số giới hạn:

cấp mạng lưới phải tiến hành liên tục nhằm để tránh bị nghẽn mạng, hơn nữa luôn phải thiết lập mạng lớn hơn nhu cầu thực tế cho các tổng đài chuyển tiếp Ví dụ, khi một tổng đài nội hạt được thêm vào mạng lưới, phải xây dựng các nhóm trung

kế từ tổng đài đó tới tổng đài chuyển tiếp và tới một số tổng đài nội hạt khác

để hoạt động được trong những giờ cao điểm, và những giờ cao điểm này lại khác nhau trong các vùng của mạng (ví dụ ở thành phố là ban ngày còn ở ngoại ô lại là buổi đêm)

nhóm các tổng đài nội hạt, cuộc gọi có thể phải chuyển qua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyên mạng (như trong trường hợp dịch vụ hộp thư thoại)

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

1.3.2.4 Khó khăn trong triển khai dịch vụ

Các dòng tổng đài phục vụ mạng công cộng đều do một số hãng lớn phát triển một cách độc lập, xây dựng từ nền tảng phần cứng tới các mô đun phần mềm Mặc dù các hãng đều cam kết tuân theo các chuẩn của ITU nhưng trên thực tế khả năng để một hãng thứ ba kết thừa phát triển các thành quả của nhà cung cấp thiết bị là không có Do đó, việc phát triển các dịch vụ mới cho nhà khai thác hoàn toàn phụ thuộc vào hãng cung cấp thiết

bị Quá trình triển khai, cài đặt, thử nghiệm và đưa vào hoạt động các dịch vụ mới thường tốn nhiều thời gian, chi phí của cả hai bên.

1.3.3 Môi trường cạnh tranh trong lĩnh vực viễn thông

Trước đây việc cung cấp các dịch vụ viễn thông công cộng đều do các công ty độc quyền nắm giữ, các công ty này đều nằm dưới sự kiểm soát của chính phủ Nhận thức được tầm quan trọng của lĩnh vực viễn thông đối với nền toàn bộ kinh tế và cả xã hội, các quốc gia đều bằng những cách thức khác nhau dần tạo ra một thị trường viễn thông cạnh tranh Lợi nhuận cao đã dẫn đến việc ra đời hàng loạt các nhà khai thác viễn thông mới Riêng đối với các nước đang phát triển, quá trình mở của hội nhập tạo ra cạnh tranh không chỉ từ bên trong mà còn từ bên ngoài Bước sang thế kỉ 21, quá trình cạnh tranh sẽ diễn ra càng quyết liệt

Các nhà khai thác mới ra đời có lợi thế là đi thẳng vào công nghệ mới nhất Ngược lại, đối với những nhà khai thác mạng truyền thống, họ cần phải cân nhắc kỹ lưỡng trong việc đầu tư nâng cấp hệ thống cơ sở hạ tầng trên nền công nghệ TDM để đáp ứng các nhu cầu trong tương lai hay thay thế hoàn toàn các thiết bị của công nghệ cũ với các cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới trên nền công nghệ của tương lai Họ cần phải xem xét đến việc lưu lượng trên mạng Internet sẽ bùng nổ nay mai trong khi vẫn còn có các “cổ chai” trên phần mạng PSTN truyền thống Để duy trì được tính cạnh tranh của mình, tất cả các nhà khai thác sẽ phải đưa ra các dịch vụ mới kể cả trong quá trình quá độ lên mạng thế hệ tiếp sau NGN

Khoảng 10 năm trước đây các công ty viễn thông khá giống nhau, ngày nay do sự cạnh tranh khốc liệt, các nhà cung cấp dịch vụ phải tạo ra hướng đi cho riêng mình, vì thế

sẽ tạo ra sự khác biệt Một số sẽ tập trung vào dịch vụ truyền số liệu trong khi một số khác tập trung vào dịch vụ thoaị Một số tập trung vào khách hàng trong khi một số khác lại tập trung vào việc kinh doanh mua bán lưu lượng

Sự tăng nhanh của lưu lượng IP buộc các nhà cung cấp dịch vụ phải xem xét lại chiến lược của họ và kết quả là nhiều trong số họ đã đưa ra những kết luận khá giống nhau IP sẽ trở thành yếu tố cốt lõi ở tất cả các mạng Bất kì ứng dụng nào cũng có thể hoạt động trên cơ sở hạ tầng này Với các lợi thế của IP, giá của các ứng dụng tại đầu cuối

sẽ giảm xuống Vì rằng nhiều cấu trúc mạng thế hệ sau có thể được triển khai, nên cước phí dịch vụ giảm xuống là điều không tránh khỏi

Điều này đặc biệt đúng với dịch vụ điện thoại Lợi nhuận trực tiếp từ dịch vụ này của các nhà cung cấp dịch vụ hiện thời sẽ không tăng mà thậm chí còn giảm đi trong vài năm tới Thậm chí các nhà cung cấp dịch vụ mạng không dây cũng không tránh khỏi sự ảnh hưởng: mạng không dây chỉ không dây ở phần truy nhập và sự cạnh tranh (trực tiếp

từ các nhà cung cấp dịch vụ không dây khác và gián tiếp từ các nhà cung cấp dịch vụ mạng cố định) sẽ đẩy mức giá xuống thấp Đối với họ, việc duy trì hoặc gia tăng doanh thu trung bình/1 người dùng trở thành động lực chính cho sự đổi mới chiến lược Điều đó chỉ được thực hiện bằng cách đưa ra các dịch vụ giá trị gia tăng

Tình trạng cũng tương tự cho các mạng truyền hình cáp, phương pháp gia tăng doanh thu trên đầu người nhờ đổi mới công nghệ và dịch vụ sẽ là nền tảng cho chiến lược phát triển mạng

Có một cách để các nhà cung cấp dịch vụ có thể giải quyết khó khăn này là mở rộng

về mặt địa lí - xây dựng các mạng truy nhập ở cả thị trường hiện tại và ở cả thị trường mới Sự mong muốn vươn ra các thị trường mới sẽ làm gia tăng hơn nữa mức độ cạnh tranh Vì thế, việc triển khai cơ sở hạ tầng để hỗ trợ sự đổi mới các ứng dụng và dịch vụ trở thành một vấn đề quan trọng đối với các nhà khai thác mạng

Giải pháp thứ hai để giải quyết vấn đề giảm cước phí là làm tăng giá trị của các dịch

vụ thông thường Bằng cách này có thể tránh được sự cạnh tranh giá cả và tạo ra nền tảng cho sự khác biệt

Nói chung, dù mục tiêu chiến lược khác nhau, nhưng dưới những áp lực này, tất cả các nhà cung cấp dịch vụ đều có xu hướng tập trung ở một mô hình đa dịch vụ sử dụng cơ

sở hạ tầng mạng tích hợp để cung cấp càng nhiều loại dịch vụ và càng cho nhiều khách hàng càng tốt Liệu họ có thành công hay không, điều này phụ thuộc vào khả năng đổi mới liên tục và có hiệu quả của các nhà cung cấp đa dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ truyền thống, lớn sẽ phải đương đầu với những khó khăn từ các nhà cung cấp mới, sử dụng các công nghệ mới để đánh vào các điểm yếu của họ Mạng đa dịch vụ được triển khai phải cho phép sự đổi mới liên tục các ứng dụng và dịch vụ thì mới giải quyết được những khó khăn này

1.3.4 S ự ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm

Như chúng ta đã biết, công nghệ cơ bản liên quan đến tổng đài chuyển mạch kênh hiện nay đã phát triển quá chậm chạm so với tốc độ thay đổi và tốc độ chấp nhận liên

quan đến công nghiệp máy tính Chuyển mạch kênh là các phần tử có độ tin cậy cao trong kiến trúc PSTN Tuy nhiên, chúng không bao giờ là tối ưu đối với chuyển mạch gói, đó là xét về mặt kỹ thuật Còn khi xem xét ở khía cạnh kinh doanh thu lợi nhuận thì :

cùng phụ thuộc vào một tập hữu hạn các sản phẩm tổng đài điện thoại nội hạt, chính điều đó buộc họ phải cung cấp các dịch vụ giống nhau Và khi đã cung cấp các dịch vụ giống nhau thì chỉ có một con đường duy nhất để thu hút khách hàng

đó là chính sách giá cả, muốn có một lượng khách hàng lớn thì phải giảm giá cước Nhưng chỉ tạo sự chênh lệch về mặt giá cả vốn đã không phải là một chiến lược kinh doanh lâu dài tốt trong lĩnh vực viễn thông Nếu có giải pháp nào đó mà cho phép tạo ra các dịch vụ thật sự mới và hấp dẫn thì các nhà khai thác sẽ có cơ hội tạo sự khác biệt về mặt dịch vụ chứ không chỉ về giá cước

khi có ý định đầu tư vào việc xây dựng mạng, thì yếu tố quan trọng đầu tiên mang tính quyết định đó là thời gian đầu tư và hoàn vốn, mà động lực của nó là tỷ lệ giữa

sự đổi mới và kết quả dự báo về kinh tế của công nghệ lõi được chọn trong mạng

Do thời gian phát triển nhanh và chi phí vận hành cũng như bảo dưỡng các mạng chuyển mạch gói thấp hơn nhiều so với chuyển mạch kênh, nên các nhà điều hành mạng ngày nay tập trung chú ý đến công nghệ chuyển mạch gói IP

Do vậy, khi càng ngày càng nhiều lưu lượng dữ liệu chảy vào mạng qua Internet, thì hiển nhiên là cần phải có một giải pháp mới, đặt trọng tâm vào dữ liệu, cho việc thiết kế chuyển mạch của tương lai dựa trên công nghệ gói để chuyển tải chung cả thoại và dữ liệu Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ đã và đang cố gắng hướng tới việc

thoại, số liệu, đa phương tiện trên một mạng duy nhất - sử dụng công nghệ chuyển mạch gói trên mạng xương sống (Backbone Network) Đây là mạng của các ứng dụng mới và các khả năng mang lại lợi nhuận mà chỉ đòi hỏi giá thành thấp Và đó không chỉ là mạng phục vụ thông tin thoại, cũng không chỉ là mạng phục vụ tryền số liệu mà đó là một mạng thống nhất, mạng hội tụ đem lại ngày càng nhiều các dịch vụ tiên tiến đáp ứng nhu cầu ngày một tăng, và khắt khe hơn từ phía khách hàng

Chúng ta cũng cần phải nhấn mạnh một điều rằng, mạng thế hệ sau NGN không

hướng tất yếu Hạ tầng cơ sở mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế trong một sớm một chiều, vì thế NGN phải tương thích tốt với môi trường mạng sẵn có và phải kết nối hiệu quả với mạng PSTN

Những vấn đề mà mạng thế hệ mới cần giải quyết gồm :

tụ thông tin thoại, fax, số liệu, đa phương tiện

phần báo hiệu (mạng SS7)

chuyển mạch mềm

C HƯƠNG II CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM

2.1 Gi ới thiệu chung

Trong quá trình hoạt động, chuyển mạch kênh đã bộc lộ những yếu điểm của mình khi mà nhu cầu về chất lượng và dịch vụ viễn thông ngày càng cao và mức độ cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ và cơ sở hạ tầng mạng viễn thông ngày càng gay gắt Sau đây là những nhược điểm chính của chuyển mạch kênh:

chi phí cao cho vùng có vài ngàn thuê bao là không kinh tế do đó các tổng đài thường được lắp đặt cho vùng có số lượng thuê bao lớn Ngoài ra nhà cung cấp dịch vụ còn phải xem xét đến chi phí truyền dẫn và chi phí trên một đường dây thuê bao và việc lắp đặt tổng đài tại nơi đó có kinh tế, đem lại lợi nhuận hay không

Đó là do các tổng đài chuyển mạch truyền thống cung cấp cùng một tập các tính năng của dịch vụ cho các khách hàng khác nhau Hơn thế nữa việc phát triển và triển khai một dịch

vụ mới phụ thuộc nhiều vào nhà sản xuất, rất tốn kém và mất một thời gian dài

cơ cấu chuyển mạch, thông tin thoại đều tồn tại dưới dạng các dòng 64kbps nên không thể đáp ứng cho các dịch vụ mới có dung lượng lớn hơn Và do trong chuyển mạch kênh đầu vào và đầu ra được nối cố định với nhau nên việc định tuyến cuộc gọi và xử lý đặc tính của cuộc gọi có mối liên kết chặt chẽ với phần cứng chuyển mạch Hay nói cách khác phần mềm điều khiển trong chuyển mạch kênh phụ thuộc rất nhiều vào phần cứng

khi mở rộng dung lượng nhiều khi đòi hỏi đến việc phải tăng số cấp chuyển mạch, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc đồng bộ, báo hiệu cùng nhiều vấn đề phức tạp khác

Tuy hiện nay mạng PSTN và mạng thông tin di động vẫn hoạt động tốt và dịch vụ

do nó cung cấp khá tin cậy (99,999%) Nhưng theo xu hướng phát triển của thị trường

của khách hàng dựa trên nền tảng là mạng chuyển mạch kênh truyền thống là rất khó khăn

và tốn kém

Trong tương lai, mạng thế hệ sau sẽ hoàn toàn dựa trên cơ sở hạ tầng là mạng gói

Do đó việc chuyển từ mạng viễn thông hiện tại lên mạng thế hệ mới phải trải qua nhiều giai đoạn

Ưu điểm của chuyển mạch gói, cấu hình mạng NGN bao gồm chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói được thể hiện như trong hình sau:

Hình 2.1 – Cấu trúc mạng thế hệ sau

Như đã biết, phần phức tạp nhất trong những tổng đài chính là phần mềm dùng để điều khiển quá trình xử lý cuộc gọi Phần mềm này chạy trên một bộ xử lý chuyên dụng được tích hợp sẵn với phần cứng vật lý chuyển mạch kênh Hay nói cách khác phần mềm

sử dụng trong các tổng phụ thuộc vào phần cứng của tổng đài Điều này gây khó khăn cho việc tích hợp mạng và mạng chuyển mạch gói khi xây dựng NGN là mạng dựa trên cơ sở mạng gói

Một giải pháp có thể thực thi là tạo ra một thiết bị có thể chuyển mạch thoại ở cả dạng kênh và gói với sự tích hợp của phần mềm xử lý cuộc gọi Điều này được thực hiện bằng cách tách riêng chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức năng chuyển mạch vật lý

Thiết bị đó chính là Media Gateway Controller (MGC) sử dụng chuyển mạch mềm Softswitch Hay chuyển mạch mềm Softswitch chính là thiết bị thực hiện việc xử lý cuộc gọi trong mạng NGN

2.2.Công ngh ệ chuyển mạch mềm

2 2.1 Định nghĩa Softswitch

Từ Softswitch (chuyển mạch mềm) bắt nguồn từ việc ghép hai từ tiếng Anh là Switching (chuyển mạch) và Software (phần mềm) Như vậy có thể hiểu Softswitch là thực hiện chuyển mạch bằng phần mềm Tuy nhiên, điều này không có nghĩa đơn giản là bất cứ phần mềm nào thực hiện chức năng chuyển mạch đều là Softswitch Khái niệm này hiện vẫn đang là vấn đề gây tranh cãi giữa các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới Dưới đây, ta xem xét định nghĩa của một số nhà phát triền khác nhau:

Theo Nortel, Softswitch là một thành phần quan trọng nhất của mạng tương lai

(NGN - Next Generation Network) Softswitch là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và

có những tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống Chuyển mạch mềm cho phép khả năng tích hợp thoại, số liệu và Video, nó cũng có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau ví dụ như mạng vô tuyến và mạng cáp

Theo Mobile IN, Softswitch là ý tưởng tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm

mạng Trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm không độc lập với nhau Mạng chuyển mạch kênh dựa trên những thiết bị chuyên dụng cho việc kết nối và được thiết kế với mục đích phục vụ thông tin thoại Những mạng chuyển mạch gói hiệu quả hơn thì sử dụng giao thức Internet (IP) để định tuyến thông tin thoại và số liệu qua các con đường khác nhau và qua các thiết bị được chia sẻ

Theo Copper Com, Softswitch là tên gọi dùng cho một phương pháp tiếp cận mới

trong chuyển mạch thoại có thể giúp giải quyết được các thiếu sót của các chuyển mạch trong tổng đài nội hạt truyền thống Công nghệ Softswitch có thể làm giảm giá thành của các chuyển mạch nội hạt, và cho ta một công cụ hữu hiệu để tạo ra sự khác biệt về dịch vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và đơn giản hoá quá trình dịch chuyển từ mạng truyền thống sang mạng hỗ trợ thoại gói từ đầu cuối đến đầu cuối (end - to - end) trong tương lai

Hình 2.2 – Softswitch trong mạng viễn thông thế hệ sau

Như vậy có thể nói rằng, mỗi nhà phát triển nhìn Softswitch dưới con mắt khác nhau Các nhà cung cấp nhỏ thường chỉ nhắc tới vai trò của Softswitch trong việc thay thế tổng đài nội hạt Đối với các hãng lớn, Softswitch còn được quan tâm nhiều tới với vai trò của một tổng đài chuyển tiếp

Tuy nhiên, thực chất của Chuyển mạch mềm là phần mềm thực hiện chức năng xử lý

cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau Chức năng xử lý cuộc gọi bao gồm định tuyến cuộc gọi và quản lý, xác định và thực thi các đặc tính cuộc gọi

Với công nghệ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng phương tiện Media Gateway (MG), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng phương tiện Media Gateway Controller (MGC)

Lý do của việc tách hai chức năng chuyển mạch vật lý và xử lý cuộc gọi là vì:

mềm này được cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng gói

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

thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách hàng, một yếu tố quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của mạng trong tương lai

2.2.2 Vị trí của chuyển mạch mềm trong NGN

Do có chức năng là xử lý cuộc gọi nên vị trí tương ứng của Softswitch trong mô hình phân lớp chức năng của NGN là lớp điều khiển cuộc gọi (Call Control) và báo hiệu (Signaling Layer)

Hình 2.3 - Vị trí của Softswitch trong kiến trúc phân lớp của NGN

2.2.3 Các thành phần chính của Softswitch

Thành phần chính của chuyển mạch mềm Softswitch là bộ điều khiển cổng thiết bị Media Gateway Controller (MGC) Bên cạnh đó còn có các thành phần khác hỗ trợ hoạt động như: Signaling Gateway (SG), Media Gateway (MG), Media Server (MS), Application Server (AS)/Feature Server (FS)

Trong đó:

- Media Gateway là thành phần nằm trên lớp Media Layer

- Signaling Gateway là thành phần ở trên cùng lớp với MGC

- Media Server và Application Server/Feature Server nằm trên lớp Application and Service Layer

Hình 2.4 - Kết nối MGC với các thành phần khác trong mạng NGN

Một Media Gateway Controller có thể quản lý nhiều Media Gateway, với Media Gateway thì có nhiều loại khác nhau để có thể kết nối với nhiều loại mạng khác nhau Như kết nối với mạng PSTN thì dùng Trunking Gateway, kết nối với mạng báo hiệu SS7 thì dùng Signaling Gateway

2.2.3.1 Signaling Gateway - SG

Signalling Gateway (SG) tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu số 7 với mạng IP dưới sự điều khiển của MGC SG làm cho một Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu số 7 Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu

Các chức năng chính của SG:

Các đặc tính hệ thống của SG:

- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, v.v

này sang dạng dữ liệu của mạng kia, nói cách khác Media Gateway cung cấp khuôn dạng

từ môi trường mạng truy nhập đến khuôn dạng môi trường mạng gói của NGN và ngược lại

Thực tế chức năng của các gateway cũng giống như chức năng của các thiết bị đa phương tiện đơn giản, chúng không có khả năng xử lý trí tuệ mạng mà chỉ có khả năng để điều khiển thoại và điều khiển các dịch vụ đã được chuyển đổi

Nhiệm vụ chủ yếu của Media Gateway là chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng truyền dẫn khác Việc chuyển đổi có thể là chuyển đổi phương tiện hay chuyển đổi giao thức đóng khung được cung cấp trong kiểu mạng thành khuôn dạng yêu cầu ở một kiểu mạng khác, thông thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (Packet) và ngược lại

Khi một cuộc gọi đến Media Gateway, Gateway sẽ không xử lý gì thêm các con số cũng như không tìm xem đầu ra của cuộc gọi là ở đâu Đây là công việc của MGC, MGC điều khiển Media Gateway thông qua giao thức MGCP/MEGACO, MGC đóng vai trò điều khiển hoàn toàn còn Media Gateway chỉ thuần tuý thực hiện lệnh Giao thức MGCP/MEGACO điều khiển Media Gateway kết nối các đường lưu lượng đến từ bên ngoài chuyển mạch gói thành các luồng lưu lượng dạng mạch gói như RTP Ngoài ra các MGC gửi các lệnh đến để yêu cầu Media Gateway tạo ra tín hiệu tone hay thay đổi thông tin cấu hình

Chức năng của Media Gateway

Media Gateway là phần tử giao diện then chốt giữa mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói và phải cung cấp các chức năng điều khiển đa phương tiện: chức

năng xử lý báo hiệu như mã hoá, giải mã, nén dữ liệu thoại, chuyển mã, chuyển đổi Fax, chèn phương tiện , lọc và chuyển đổi modem tương tự

Một số chức năng chính của Media Gateway:

của MGC Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này

thay đổi các thành phần khác

+ Biên dịch giữa khuôn dạng tín hiệu truyền âm thanh, hình ảnh, dòng số liệu (Ví

dụ từ H.225 tới H.221 và ngược lại chuyển đổi các kênh mạng từ phía PSTN thành các dòng RTP…)

+ Biên dịch giữa các thủ tục truyền thông (Ví dụ từ H.245 đến H.242 và ngược lại), thiết lập cuộc gọi và giải phóng thủ tục cung cấp cho PSTN

dịch vụ có thể tích hợp các chức năng thoại với các dạng dữ liệu khác nhau và các sản phẩm lớp 3 Điều này giúp đỡ một cách đáng kể trong việc xây dựng các MS

Các chức năng:

bằng việc sử dụng đầu vào thoại

qua H.323 hay SIP

gian thực

2.2.3.4 Application Server (AS)/Feature Server (FS)

Cung cấp tất cả các tính năng và các dịch vụ tạo ra doanh thu như tính cước, hội nghị đa điểm FS sử dụng các tài nguyên và các dịch vụ có liên quan nằm trong các thành phần khác của Softswitch Nó được định nghĩa như một máy chủ ở lớp ứng dụng thực hiện chức năng tập hợp các dịch vụ kinh doanh

Các dịch vụ giá trị gia tăng này có thể là một phần của Call Agent, hoặc cũng có thể được triển khai riêng biệt Các ứng dụng liên lạc với Call Agent thông qua các giao thức như SIP, H.323 và một số giao thức khác Các ứng dụng này thường độc lập với phần cứng nhưng chúng cũng có thể đòi hỏi truy nhập cơ sở dữ liệu phạm vi rộng

2.2.4 Media Gateway Controller

MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch Trong các tổng đài thông tin di động thì MGC còn goi là MSC server MGC đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG

và SG sẽ thực hiện các quy luật đó Nó điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi

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 Nó còn được gọi là Call Agent

Hình 2.5 - Các thành phần chức năng của MGC

CA-F và IW-F là 2 chức năng con của MGC-F CA-F được kích hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi Và IW-F được kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau Riêng thực thể chức năng Inter-operator Manager có nhiệm vụ liên lạc, trao đổi thông tin giữa các MGC với nhau Còn R-F/A-F

có nhiệm vụ cung cấp các thông tin định tuyến và thông tin cho việc tính cước

Các chức năng chính của MGC đó là:

Các giao thức Media Gateway Controller có thể sử dụng:

Hình 2.6 - Các giao thức sử dụng giữa các thành phần

2.2.5 Hoạt động của chuyển mạch mềm

Xét trường hợp thuê bao gọi đi là một thuê bao thuộc mạng cung cấp dịch vụ thoại truyền thống PSTN

đài nội hạt quản lý thuê bao đó sẽ nhận biết trạng thái off-hook của thuê bao Và Signaling Gateway (SG) nối với tổng đài này thông qua mạng SS7 cũng nhận biết được trạng thái mới của thuê bao

2) SG sẽ báo cho Media Gateway Controller (MGC) trực tiếp quản lý mình thông qua CA-F đồng thời cung cấp tín hiệu dial-tone cho thuê bao Ta gọi MGC này là caller-MGC

3) Caller-MGC gửi yêu cầu tạo kết nối đến Media Gateway (MG) nối với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F

5) Caller-MGC sử dụng những số này để quyết định công việc tiếp theo sẽ thực hiện Các

số này sẽ được chuyển tới chức năng R-F và R-F sử dụng thông tin lưu trữ của các server để có thể định tuyến cuộc gọi Trường hợp đầu cuối đích cùng loại với đầu cuối gọi đi (nghĩa là cũng là một thuê bao của mạng PSTN): nếu thuê bao bị gọi cũng thuộc

sự quản lý của caller-MGC thì thực hiện bước (7) Nếu thuê bao này thuộc sự quản lý của một MGC khác thì thực hiện bước (6) Còn nếu thuê bao này là một đầu cuối khác loại thì MGC sẽ đồng thời kích hoạt chức năng IW-F để khởi động bộ điều khiển tương ứng và chuyển cuộc gọi đi Lúc này thông tin báo hiệu sẽ được một loại Gateway khác xử lý Và quá trình truyền thông tin sẽ diễn ra tương tự như kết nối giữa

2 thuê bao thoại thông thường

6) Caller-MGC sẽ gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến một MGC khác Nếu chưa đến đúng MGC của thuê bao bị gọi (ta gọi là callee-MGC) thì MGC này sẽ tiếp tục chuyển yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến MGC khác cho đến khi đến đúng callee-MGC Trong quá trình này, các MGC trung gian luôn phản hồi lại MGC đã gửi yêu cầu đến nó Các công việc này được thực hiện bởi CA-F

7) Caller-MGC gửi yêu cầu tạo kết nối với MG nối với tổng đài nội hạt của thuê bao bị gọi (callee-MG)

chuông thuê bao bị gọi

9) Khi callee-SG nhận được bản tin báo trạng thái của thuê bao bị gọi (giả sử là rỗi) thì

nó sẽ gửi ngược thông tin này trở về callee-MGC

10) Và callee-MGC sẽ phản hồi về caller-MGC để báo mình đang liên lạc với người được gọi

11) Callee-MGC gửi thông tin để cung cấp tín hiệu ring back tone cho caller-MGC, qua caller-SG đến người gọi

12) Khi thuê bao bị gọi nhấc máy thì quá trình thông báo tương tự các bước trên xảy ra: qua nút báo hiệu số 7, thông tin nhấc máy qua callee-SG đến callee-MGC, rồi đến caller-MGC, qua caller-SG rồi đến thuê bao thực hiện cuộc gọi

và callee-MG

2.2.6 Ưu điểm của Softswitch

Chuyển mạch mềm có một số ưu điểm sau đây:

hơn so với các dịch vụ thoại truyền thống

thể dễ dàng, nhanh chóng triển khai các dịch vụ mới

thời cho phép họ tự lựa chọn và kiểm soát các dịch vụ mình sử dụng

tư lớn như chi phí cho các cơ cầu phần cứng do đó chi phí xây dựng giảm đáng kể

những tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân lực điều hành Các chuyển mạch giờ đây sẽ là các máy chủ phân tán trên mạng và được điều khiển bởi các giao diện thân thiện với người dùng GUI

tận dụng được băng thông một cách hiệu quả

mạng theo thời gian thực đồng thời có thể nâng cấp cấu hình mạng từ xa

cấp một cách nhanh chóng và giá thành hạ

chuyển mạch mềm tiết kiệm được không gian đặt thiêt bị một cách đáng kể

- An toàn vốn đầu tư: do hoạt động trên hạ tầng cơ sở có sẵn nên các nhà khai thác vừa thu hồi được vốn đầu tư vào mạng cũ vừa thu được lợi nhuận từ dịch vụ do mạng mới cung cấp

2.3 So sánh Chuy ển mạch mềm và Chuyển mạch kênh

Việc so sánh giữa chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh dựa trên một số tiêu trí

cơ bản sau đây: đặc tính chuyển mạch (về phần cứng và phần mềm), cấu trúc chuyển mạch (các thành phần cơ bản và sự liên hệ giữa chúng)

2 3.1 Đặc tính chuyển mạch

Đặc tính hai mạng có sự khác biệt lớn, được thể hiện trên hinh vẽ:

Hình 2.7 - Kiến trúc PSTN và NGN

Hình 2.8 cho thấy trong chuyển mạch mềm, các thành phần cơ bản của hệ thống

chuyển mạch là các module riêng biệt nhau, phần mềm xử lý điều khiển cuộc gọi không phụ thuộc vào phần cứng chuyển mạch vật lý cũng như môi trường lõi truyền thông tin Thiết bị Softswitch có thể thực hiện được chức năng của các tổng đài điện tử truyền thống, tích hợp được cả chức năng của tổng đài nội hạt hoặc Tandem với chức năng tổng đài doanh nghiệp (PBX) Hơn nữa Softswitch tạo ra sự liên kết giữa mạng IP và mạng truyền thống, điều khiển và chuyển mạch lưu lượng hỗn hợp thoại - dữ liệu - video

phần cứng

Để hiểu rõ về sự khác nhau giữa đặc tính của chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh, chúng ta so sánh theo một số tiêu trí như sau:

• Phương thức chuyển mạch cơ bản

Như tên gọi của nó, chuyển mạch mềm là việc thực hiện chuyển mạch dựa trên phần mềm Thiết bị chuyển mạch mềm chỉ thực hiện chuyển mạch giữa các kênh ảo, trong đó mỗi kênh ảo tương ứng với một kênh mang Các kênh mang thoại không đi qua Softswitch mà chỉ đi qua các Media Gateway rồi vào mạng gói Khi Softswitch thực hiện chuyển mạch giữa hai kênh ảo nào đó, nó sẽ báo cho Media Gateway biết qua giao thức MGCP để chỉ ra đường đã định tuyến cho các kênh mang

Đối với mạng mạch kênh, kênh mang thoại sẽ được định tuyến qua tổng đài và được chuyển mạch theo phương thức điện tử tại tổng đài

• Báo hiệu

Trong chuyển mạch mềm, hai kênh báo hiệu và thoại không chỉ là hai kênh riêng biệt mà chúng còn được truyền trên hai kênh kết nối khác nhau Thông tin báo hiệu được truyền qua Signalling Gateway, thông tin thoại được truyền qua Media Gateway

Còn trong chuyển mạch kênh, kênh báo hiệu và kênh thoại là hai kênh khác nhau nhưng cùng truyền đến một điểm xử lý trên cùng đường dây, hay nói cách khác là trên cùng kết nối vật lý Kênh báo hiệu được thiết lập trước sau đó kênh thoại mới được thiết lập

• Sự phụ thuộc giữa phần mềm và phần cứng

Do trong chuyển mạch kênh, kênh đầu vào và đầu ra được nối cố định với nhau nên việc định tuyến cuộc gọi và xử lý đặc tính của cuộc gọi có mối liên hệ chặt chẽ với phần cứng của chuyển mạch Nói cách khác, phần mềm điều khiển trong chuyển mạch kênh phụ thuộc rất nhiều vào phần cứng

Trong chuyển mạch mềm, tổng đài có kết cấu module, các chương trình phần mềm được xây dựng theo các chuẩn mở do đó có tính mềm dẻo và linh hoạt cao, dễ dàng khai thác những dịch vụ mới

• Giá thành

Sự ra đời của chuyển mạch mềm đã tạo ra khả năng giảm chi phí xây dựng và điều hành mạng vì thế mà giá thành cho cuộc gọi giảm đi đáng kể

Chi phí xây dựng cho các hệ thống sử dụng chuyển mạch mềm là chi phí cho phần mềm, không theo kiểu chi phí cho các cơ cấu chuyển mạch kênh trước đây Do đó không đòi hỏi phải có vốn đầu tư ban đầu lớn mà chi phí xây dựng sẽ tăng tuyến tính theo nhu cầu và số lượng khách hàng Các nhà khai thác có thể khởi đầu phục vụ cho một số lượng nhỏ khách hàng nhưng vẫn cung cấp đầy đủ các dịch vụ thông qua các nhà khai thác lớn hơn Đây là điểm khác biệt vì chuyển mạch truyền thống luôn được thiết kế với tập tính năng và qui mô lớn hơn nhiều so với số lượng khách hàng và nhu cầu dịch vụ thực tế Chi phí điều hành mạng được giảm đi một phần do phần mềm chuyển mạch thế hệ mới Softswitch cho phép khách hàng tự lựa chọn, kiểm soát quá trình sử dụng dịch vụ của mình, giúp giảm công việc của nhà điều hành mạng Hơn nữa khi sử dụng chuyển mạch mềm sẽ không còn các tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân lực điều hành Các chuyển mạch giờ đây sẽ là các máy chủ đặt phân tán trong mạng được điều khiển với các giao diện thân thiện với người dùng

Kiến trúc tổng đài độc quyền làm cho các nhà khai thác gần như phụ thuộc hoàn toàn vào các nhà cung cấp tổng đài Điều này không những làm giảm sức cạnh tranh cho các nhà khai thác, đặc biệt là những nhà khai thác nhỏ, mà còn tốn nhiều thời gian và tiền bạc khi muốn nâng cấp và ứng dụng các phần mềm mới

• Tương thích với đầu vào

Trong chuyển mạch kênh, các nhà cung cấp đưa ra tất cả các giải pháp trong: một khối chuyển mạch duy nhất: phần cứng, phần mềm và trình ứng dụng Do đó, khách hàng

sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp: không có đổi mới, chi phí vận hành và bảo dưỡng cao Người ta lắp đặt một tổng đài để phục vụ một số lượng lớn khách hàng nhưng lại không thích hợp khi chỉ cần phục vụ vài nghìn thuê bao vì chi phí quá tốn kém

Khắc phục vấn đề này, trong chuyển mạch mềm, các giải pháp được đưa ra từ nhiều nhà cung cấp, ở nhiều mức độ khác nhau với nhiều sản phẩm nguồn mở theo chuẩn Khách hàng của chuyển mạch kênh có thể tự do lựa chọn những sản phẩm tốt nhất để xây dựng từng lớp mạng trong hệ thống Các chuẩn mở cho phép mở rộng và giảm chi phí

• Khả năng sử dụng đa phương tiện

Với hệ thống truyền thống, việc thực hiện đa dịch vụ là rất khó khăn và phải đồng thời triển khai trên các hệ thống khác nhau tại cùng một điểm Ngoài ra, việc tiến sâu hơn

trong việc cung cấp đa dịch vụ theo nhu cầu của hiện tại và tương lai là điều không thể thực hiện được

Khả năng sử dụng đa phương tiện là một trong những mục tiêu chính của việc xây dựng mạng thế hệ sau, vì vậy kiến trúc Module và phần mềm được xây dựng theo chuẩn

mở đã cung cấp các dịch vụ đa phương tiện một cách đa dạng, linh hoạt và nhanh chóng

• Lưu lượng

Khi lưu lượng truyền dữ liệu bắt đầu bằng và vượt quá lưu lượng thoại trên mạng viễn thông, sẽ kinh tế hơn nếu chúng ta cũng truyền thoại trên mạng chuyển mạch gói Sự hội tụ này sẽ giúp giảm chi phí hoạt động và bảo dưỡng những mạng riêng rẽ Tuy nhiên cũng có nhiều vấn đề gắn với việc duy trì mạng chuyển mạch kênh là những mức độ dịch

vụ có thể cung cấp thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói, vì trên mạng chuyển mạch gói không phải lúc nào cũng đủ dung lượng để duy trì khả năng truyền dữ liệu đáp ứng thời gian thực Trong mạng chuyển mạch gói có thể xảy ra một số trường hợp như: gói dữ liệu bị mất, bị trễ, khi xảy ra tình trạng nghẽn mạch, những trường hợp này không được mong muốn trong quá trình truyền thoại

Trong mạng chuyển mạch kênh, những kênh lưu lượng được thiết lập giữa những người sử dụng sau khi một số được quay và kênh này được duy trì cho cuộc gọi đó cho đên khi một người dùng nào đó giải phóng cuộc gọi Đây là dịch vụ thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu (connection oriented) cung cấp cho người sử dụng với đảm bảo là lưu lượng thoại sẽ không bị đứt quãng

• Các loại dữ liệu hỗ trợ

Softswitch hỗ trợ tất cả các dịch vụ thoại, fax truyền thống, ngoài ra còn có thể cung cấp nhiều dịch vụ khác như các dịch vụ dữ liệu, dịch vụ thoại, thoại video và hội nghị qua IP

• Độ dài cuộc gọi

Nếu như trong chuyển mạch kênh, cuộc gọi thoại chỉ thực hiện được trong khoảng thời gian tương đối ngắn thì cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm độ dài cuộc gọi được

hỗ trợ thực hiện trong khoảng thời gian không giới hạn

• Đặc tính phần cứng

Đối với hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống, trong cấu trúc phần cứng của tổng

phần này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau nên tổng đài chuyển mạch kênh rất cồng kềnh

Softswitch cho phép các ứng dụng được thi hành tại bất cứ khu vực nào trên mạng Mạng có thể được sắp xếp sao cho các máy chủ được bố trí gần những nơi mà nó thực sự

là tài nguyên quan trọng Các ứng dụng và tài nguyên có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ

và tính năng mới không nhất thiết phải đặt tại cùng một nơi trên mạng Hơn thế nũa, các thành phần của mạng NGN, đặc biệt là các MGC sử dụng chuyển mạch mềm Softswitch

có kích thước nhỏ và có tính phân tán nên có kích thước nhỏ và không gian đặt thiết bị cũng gọn hơn

2 3.2 Cấu trúc chuyển mạch

Các hệ thống viễn thông truyền thống chưa có được tính năng mở cho môi trường multi-vendor, chẳng hạn như chưa có được các giao diện lập trình mở (API) hay chưa thể làm việc trong môi trường đa giao thức Đây là một nhược điểm rất lớn gây không ít khó khăn cho nhà vận hành mạng

Ngoài ra, nếu như chuyển mạch kênh mang tính độc quyền, riêng biệt của từng nhà sản xuất thì chuyển mạch mềm đã phá vỡ thế độc quyền của các nhà sản xuất tổng đài điện tử dung lượng lớn Sự ra đời của chuyển mạch mềm tạo cơ hội cho các công ty khác tham gia thị trường bởi toàn bộ hệ thống sử dụng các giao thức chuẩn, hoạt động trên nền các hệ thống máy chủ có kiến trúc mở

Sự tương ứng giữa chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh được thể hiện trên hình

vẽ dưới đây: