Mạng NGN và vấn đề điều khiển QoS Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Điện tử viễn thông

Mạng NGN và vấn đề điều khiển QoS Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Điện tử viễn thông Mạng NGN và vấn đề điều khiển QoS Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Điện tử viễn thông Mạng NGN và vấn đề điều khiển QoS Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Điện tử viễn thông luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

Các thuật ngữ viết tắt 5

Lời nói đầu 7

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN 8

I.1 Mở đầu 8

I.2 Mục đích của mạng NGN 12

I.3 Kiến trúc mạng NGN 14

I.3.1 Lớp ứng dụng/dịch vụ 15

I.3.2 Lớp điều khiển 15

I.3.3 Lớp truyền thông 15

I.3.4 Lớp truy nhập 16

I.3.5 Lớp quản lý 16

I.4 Các thành phần mạng 16

I.4.1 Thiết bị SW 18

I.4.2 Cổng truyền thông 18

I.4.3 Cổng truy nhập 19

I.4.4 Cổng báo hiệu 19

I.4.5 Mạng trục IP 19

I.5 Các giao thức báo hiệu 20

I.5.1 Megaco/H248 20

I.5.2 BICC 23

I.5.3 SIP 24

I.5.4 H323 35

I.5.5 MGCP 41

CHƯƠNG II DỊCH VỤ VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG NGN 46

II.1 Các dịch vụ thế hệ sau 46

II.1.1 Các đặc trưng của dịch vụ NGN 46

II.1.2 Các dịch vụ NGN cụ thể 48

II.1.2 Kiến trúc dịch vụ thế hệ sau 53

II.2 Chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng NGN 57

II.2.1 Định nghĩa 57

II.2.2 Các tham số đánh giá chất lượng mạng 58

II.2.3 Các chức năng của QoS 59

CHƯƠNG III ĐIỀU KHIỂN QoS 62

III.1 Điều khiển quyền truy nhập 63

III.1.1 Giới hạn quyết định 64

III.1.2 Giới hạn xác suất: băng thông tương đương 65

III.1.3 CAC đối với các dịch vụ tích hợp 68

III.1.3.1 Chất lượng dịch vụ được đảm bảo 70

III.1.3.2 Dịch vụ điều khiển tải 74

III.2 Điều khiển truy nhập lưu lượng 77

III.2.1 Thuật toán điều khiển và thu gọn luồng 78

III.2.1.1 Quy ước luồng 78

III.2.1.2 Định dạng PCR, SCR và PT 79

III.2.1.3 Thuật toán tính toán tốc độ cell tổng quát 80

III.2.2 Các cấu trúc thi hành 82

III.2.2.1 Bộ xử lý định thời 83

III.2.2.2 Thủ tục Write-in 83

III.2.2.3 Thủ tục Read-out 84

III.3 Lập lịch gói tin 84

III.3.1 Tổng quan 85

III.3.2 FIFO 86

III.3.3 Robin tròn 87

III.3.4 Stop-and-go 89

III.3.5 Chia sẻ xử lý chung 91

III.3.6 Hàng đợi công bằng trọng số 94

III.3.7 Đồng hồ ảo 97

III.4 Quản lý bộ đệm 99

III.4.1 Phương pháp bỏ đuôi 100

III.4.2 Phương pháp bỏ khi đầy 101

III.4.3 Phát hiện sớm ngẫu nhiên 101

III.4.4 Bỏ gói phân biệt 107

III.4.5 RED cân đối 110

III.5 Điều khiển luồng và tắc nghẽn 122

III.5.1 Điều khiển luồng dựa vào cửa sổ 113

III.5.2 Điều khiển luồng dựa trên tỷ lệ 114

III.5.3 Cơ chế điều khiển dự báo 115

III.6 Định tuyến QoS 116

III.6.1 Mô hình đồ thị trọng số 118

III.6.2 Các thuật toán lựa chọn đường đi 119

III.6.2.1 Thuật toán đường đi QoS tính toán trước chính xác 119

III.6.2.2 Thuật toán tính toán theo yêu cầu của đường đi QoS 121

III.6.2.3 Thuật toán tính toán đường đi QoS xấp xỉ 123

III.6.3 Tính phức tạp tính toán 125

KẾT LUẬN 127

Tài liệu tham khảo 128

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

BICC Bearer Independent Call Control

DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing

FCFS First Come First Served

FIFO First In First Out

HTML Hyper Text Mark Language

MGCP Media Gateway Control Protocol

MPLS Multi Protocol Label Switching

PSTN Public Switched Telephone Network

SMTP Simple Mail Transfer Protocol

SS7 Signalling System No 7

Lời nói đầu

Xu hướng hội tụ công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin có nhiều ảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải có cấu trúc mở, linh hoạt, cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau cho người sử dụng, hiệu quả khai thác cao, dễ phát triển Để đáp ứng các yêu cầu này, một số nhà sản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình

về cấu trúc mạng thế hệ sau (Next Generation Network – NGN) NGN chỉ mạng thế

hệ tiếp theo chứ không phải là mạng hoàn toàn mới, mạng này là sự kết hợp chặt chẽ giữa hai mạng PSTN và IP NGN dựa trên cơ sở chuyển mạch và truyền dẫn gói của IP và hướng tới là MPLS Cũng như các mạng viễn thông trước đây, chất lượng dịch vụ trong mạng NGN vẫn là vấn đề nổi cộm và cần được tìm hiển, nghiên cứu Do vậy, tôi chọn đề tài “Mạng NGN và vấn đề điều khiển QoS” cho luận văn của mình Mục đích của luận văn là:

• Tìm hiểu về mạng NGN

• Tìm hiều về các dịch vụ trong mạng NGN

• Phân tích các phương pháp điều khiển QoS

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô và bạn bè đã tận tình giúp đỡ tôi trong

suốt quá trình thực hiện luận văn Em xin đặc biệt chân thành cảm ơn thầy giáo TS Phạm Văn Bình đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo để em hoàn thành bản luận

văn này

Học viên thực hiện

Lê Quang Tùng

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN I.1 Mở đầu

Trong những năm gần đây, công nghệ mạng và các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng, trong đó lưu lượng các dịch vụ dữ liệu đã vượt qua lưu lượng thoại Hiện nay, lưu lượng dữ liệu có độ tăng trưởng rất cao, hàng năm thường vượt 100%, trong khi đó lưu lượng thoại chỉ tăng khoảng 10% Xu thế này

sẽ tiếp tục được duy trì trong thời gian sắp tới Sự phát triển nhanh của các dịch vụ

dữ liệu đòi hỏi có một sự chuyển biến trong việc xây dựng, quản lý và khai thác mạng Có thể nói sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN sẽ thoả mãn được yêu cầu tăng trưởng nhanh của lưu lượng dữ liệu và cả lưu lượng thoại trong thời gian tới NGN cũng sẽ là cơ sở hạ tầng đáp ứng xu thế hội tụ viễn thông – tin học đang diễn

ra trên các phương tiện khác nhau như về loại hình dịch vụ, ứng dụng, phương thức truy nhập mạng hay chủng loại thiết bị đầu cuối

Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network-NGN) đang là xu hướng ở nhiều nước trên thế giới do các tính chất tiên tiến của nó như hội tụ các loại tín hiệu, mạng đồng nhất và băng thông rộng Tại Việt Nam, lĩnh vực viễn thông đang phát triển rất mạnh và nhu cầu của người dùng về các loại hình dịch vụ mới ngày càng cao vì vậy việc tiến lên NGN cũng là vấn đề cấp bách

- Điều kiển và quản lý dịch vụ được thực hiện riêng rẽ, độc lập với lớp truyền tải và lớp truy nhập của mạng Phát triển dịch vụ sử dụng công nghệ mở, được thực hiện thông qua cổng giao diện lập trình ứng dụng API

- Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: Mạng truyền dẫn quang với công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (Dense WDM)

- Có khả năng đảm bảo cung cấp chất lượng dịch vụ đối với các loại hình dịch

vụ khác nhau

Những đặc tính làm cho NGN khác biệt so với mạng PSTN và mạng IP (mạng Internet), là hai loại hình mạng viễn thông chính hiện nay Những ưu điểm và hạn chế của hai mạng PSTN và IP là:

+ Ưu điểm: Hiệu quả sử dụng cao; linh hoạt; cung cấp cả dịch vụ băng hẹp

và băng rộng; chi phí thiết lập và khai thác thấp (và ngày càng thấp đi) + Hạn chế : Dịch vụ “best efforts” (cố gắng tốt nhất); không tối ưu cho dịch vụ thoại; độ sẵn sàng không ổn định; chất lượng dịch vụ không bằng PSTN; là công nghệ của những năm 1990

NGN tổng hợp các ưu điểm của cả 2 mạng PSTN và Internet, và là mạng hội

tụ của các dịch vụ IP và dịch vụ điện thoại Mạng NGN có khả năng cung cấp:

- Tính linh hoạt trong việc chuyển tải bất kỳ dạng tín hiệu nào Ngược lại, mạng PSTN chỉ được thiết kế cho dịch vụ thoại; không linh hoạt, không hiệu quả để truyền tín hiệu dữ liệu

- Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các cuộc gọi điện thoại và các ứng dụng truyền dữ liệu “nhạy cảm” Do vậy, NGN có độ tin cậy cao, tương tự như PSTN

- Chi phí thiết lập, quản lý, khai thác thấp, tương tự như Internet, chứ không như PSTN Điều này đặc biệt quan trọng vì lưu lượng thoại và dữ liệu tích hợp lại sẽ cho độ tăng trưởng gấp ba lần sau một năm

Một đặc tính quan trọng nữa của NGN là việc sử dụng truy cập băng rộng Trong mạng NGN, để sử dụng tối đa tiềm năng của mạng, nhằm mang lại hiệu quả cao nhất, khách hàng cần có truy cập băng rộng (tốc độ tối thiểu 0,5 Mbit/s) Truy cập xDSL sẽ là một hình thức truy nhập chính của mạng NGN

Mạng NGN ra đời mang lại cho các nhà cung cấp mạng và khai thác dịch vụ các thuận lợi sau:

- Xây dựng, thiết lập mạng dễ dàng hơn do các thành phần mạng có giá thành thấp hơn so với các thiết bị chuyển mạch kênh; vì vậy chi phí xây dựng mạng thấp hơn Công nghệ chuyển mạch gói phát triển rất nhanh, vì vậy tỉ lệ giá thành/ năng lực xử lý giảm rất nhanh

- Tạo điều kiện giảm chi phí quản lý khai thác NGN là mạng đa dịch vụ Do vậy, các chức năng giám sát và bảo dưỡng mạng được thực hiện tập trung chứ không tách rời như các mạng hiện nay Đồng thời, NGN cho phép thực hiện tự động hoá nhiều công đoạn như quản lý thuê bao, giám sát dịch vụ, giám sát cước

- Tăng doanh thu từ các dịch vụ NGN tạo điều kiện tăng thêm các nguồn thu mới và làm tăng đáng kể doanh thu dịch vụ nhờ việc cung cấp các khả năng sau:

+ Cung cấp các dịch vụ có khả năng tạo nguồn thu cao như thương mại điện tử, phân phối các phần mềm ứng dụng

+ Khả năng cung cấp dịch vụ nhanh chóng và rẻ hơn do điều kiện dịch vụ tập trung, sử dụng giao diện lập trình ứng dụng (API) tập trung và sử dụng ngôn ngữ lập trình chung sẽ làm cho việc tạo ra các dịch vụ nhanh hơn và

rẻ hơn

+ Khả năng tạo ra các dịch vụ tích hợp được tổng hợp từ các chức năng của nhiều dịch vụ; ví dụ như quản lý cuộc gọi và nhắn tin thống nhất, trung tâm xử lý gọi bằng Web, trung tâm hỗ trợ khách hàng qua Web, các cuộc gọi multimedia

- Tăng cường mối quan hệ giữa nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng Quan hệ giữa nhà cung cấp và khách hàng sẽ gần gũi và gắn bó hơn do:

+ Khách hàng có thể dùng Web để yêu cầu cung cấp các dịch vụ mới, thay đổi hồ sơ khách hàng, kiểm tra cước và thanh toán cước

+ Đáp ứng được nhu cầu khác nhau của từng khách hàng

+ Tạo điều kiện để khách hàng tiếp cận và sử dụng các dịch vụ điện tử, thương mại điện tử

Phát triển mạng NGN hiện nay còn phải tiếp tục hoàn chỉnh một số nội dung liên quan về công nghệ Đó là các giải pháp đảm bảo cung cấp chất lượng dịch vụ một cách tin cậy và hiệu quả trong việc truyền tải trên SDH và WDM; các thiết bị NGN hiện nay vẫn chưa có khả năng cung cấp đầy đủ các đặc tính của dịch vụ thoại

mà hiện đang được mạng PSTN cung cấp; năng lực thiết bị NGN vẫn chưa đáp ứng

được nhu cầu của các nhà khai thác lớn, ví dụ số nhà cung cấp thiết bị có năng lực

xử lý một vài triệu BHCA (Busy Hour Call Attempts) còn rất ít Ngoài ra, để đạt được hiệu quả cao nhất trong việc sử dụng các dịch vụ NGN đòi hỏi truy nhập phải

là băng rộng (tốc độ ít nhất 0,5Mbit/s); tuy nhiên, triển khai các mạng truy nhập băng rộng vẫn chưa thực sự rộng rãi

I.2 Mục đích của NGN

I.2.1 Cải thiện chi phí

Công nghệ cơ bản liên quan đến các tổng đài chuyển mạch kênh hiện nay đã phát triển quá chậm chạp so với tốc độ thay đổi và tốc độ chấp nhận liên quan đến công nghiệp máy tính Các chuyển mạch kênh là các phần tử tin cậy cao trong kiến trúc PSPT Tuy vậy, chúng không bao giờ là tối ưu đối với chuyển mạch gói Do vậy, khi càng ngày càng nhiều lưu lượng dữ liệu chảy vào mạng công cộng qua Internet, thì hiển nhiên là cần phải có 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 Giải pháp này đã bóc tách chức năng chuyển mạch khác nhau thành nhiều lớp, phân cách nhau bằng các giao diện tiêu chuẩn

Các giao diện mở tại mỗi lớp mạng cho phép nhà khai thác mạng lựa chọn hãng sản xuất sản phẩm tốt nhất cho mỗi lớp Chuyển tải dựa trên gói cho phép định

cỡ băng thông một cách linh hoạt, xoá bỏ nhu cầu tạo các nhóm trung kế kích thước

cố định cho thoại, do vậy tạo điều kiện dễ dàng hơn cho việc quản lý cấu trúc mạng Trong mạng sẽ có ít các thực thể điều khiển cuộc gọi hơn nhưng mạnh hơn, cho phép nâng cấp phần mềm được hiệu quả hơn trong các nút dùng để điều khiển mạng, từ đó giảm được các chi phí khai thác

Vượt ra ngoài các vấn đề công nghệ, quá trình tự do hoá viễn thông có ảnh hưởng đáng kể đến phương thức hoạt động của một nhà khai thác Thông qua một quá trình gọi là “xé lẻ vòng nội hạt”, các nhà hoạch định chính sách của các chính phủ trên khắp thế giới bắt các nhà khai thác kỳ cựu phải mở rộng các cánh cửa của

mình cho các công ty đối thủ mới Một khi đã có những thay đổi, các công ty mới thay thế này chắc chắn có thể tranh giành được các khách hàng nội hạt bằng việc khống chế “dặm cáp đồng cuối cùng” Điều này dẫn đến tăng cường cạnh tranh giữa các nhà khai thác kỳ cựu, các nhà khai thác hoạt động bên ngoài các khu vực truyền thống của mình và các nhà khai thác mạng mới-những người đều mong muốn giành lấy những khách hàng đáng giá nhất có thể chi tiền nhiều nhất cho các dịch vụ viễn thông Các mạng NGN rất thích hợp với việc hỗ trợ các kiến trúc và các mô hình kinh doanh mạng mà cơ chế phi thể chế hoá cho phép

I.2.2 Nguồn lợi nhuận mới

Ngày nay, các khoản lợi nhuận lớn nhất của các nhà khai thác mạng hiển nhiên do các dịch vụ thoại tạo ra Tuy nhiên, trong vài năm vừa qua, sự gia tăng cạnh tranh đã dẫn đến việc giảm dần lợi nhuận thu được từ các dịch vụ thoại Mặc

dù thu nhập từ các dịch vụ thoại vẫn chiếm ưu thế, nhưng các nhà khai thác đang phải đau đầu với việc cung cấp nhiều phút cuộc gọi hơn mà tiền lãi ít hơn Đặc biệt

là ở các nước có tính thời gian các cuộc gọi nội hạt, các khoản lợi nhuận bị mất này

đã được bù đắp ở một mức độ nào đó, nhờ vào các khoản thu nhập do sử dụng mạnh mẽ mạng PSPT cho truy nhập Internet quay số trực tiếp

Khi lợi nhuận từ thoại có xu hướng tiếp tục giảm, và xu hướng truy nhập Internet giá đồng loạt đạt tới mức phổ biến, các nhà khai thác đang phải xem xét các giải pháp khác để bù đắp các mất mát này Do đó, họ đang tìm kiếm các dịch vụ và các ứng dụng tiên tiến mới cho phép họ giữ nguyên hoặc thậm chí mở rộng các cơ

sở khách hàng của họ và nhờ đó duy trì mức lãi suất của họ luôn luôn cao

Những cơ hội dịch vụ mới đáng chú ý nhất liên quan đến vô số những ứng dụng dùng để tích hợp các dịch vụ thoại, dữ liệu Internet và/hoặc hình ảnh vào một dịch vụ duy nhất Thí dụ, một trong những dịch vụ duy nhất Thí dụ, một trong những dịch vụ mới này có thể bao gồm khả năng khởi tạo một cuộc gọi điện thoại bằng việc “kích chuột” vào một số máy điện thoại theo chuẩn E.164 từ một văn bản

hoặc một tài liệu HTML, tuỳ ý bổ sung Video hoặc chia sẻ dữ liệu “đang trên đường đi”, nếu cả hai bên đều được trang bị phù hợp

Thách thức ở đây là phải tìm được những ứng dụng mới có thẻ bổ sung đủ giá trị và sự tiện lợi để minh chứng thêm về phía thuê bao Sử đụng thí dụ trên, sự tiện lợi do không phái quay số thủ công, do việc không phải tách rời email và file, hoặc

do việc có thêm video sẽ đáng giá bằng bao nhiêu trên cơ sở thuê bao có mục tiêu? Thời gian qua đi, sự lựa chọn đúng đắn để đầu tư cho các dịch vụ mới sẽ rất quan trọng đối với lợi nhuận của các nhà khai thác

I.3 Kiến trúc mạng NGN

Hình 1.1: Kiến trúc mạng NGN

Kiến trúc mạng thế hệ sau sử dụng chuyển mạch gói cho thoại và dữ liệu Nó phân chia các khối vững chắc của các tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng rẽ các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn Sự thông minh của

xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSPN thực chất là được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch Bây giờ, sự thông minh này nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm (Softswitch) cũng dược gọi là một bộ điều khiển cổng truyền thông (Media gateway) hoặc là một tác nhận cuộc gọi (Call agent), đóng vai trò một phần tử điều khiển trong kiến trúc mới Các giao diện mở

Thành phần có

liên quan NGN

Lớp ứng dụng/dịch vụ Giao tiếp chuẩn

Giao tiếp chuẩn

hướng tới các ứng dụng mạng thông minh (Intelligent Network) và các Server ứng dụng mới tạo điều kiện dễ dàng cho việc nhanh chóng cung cấp dịch vụ và bảo đảm đưa ra thị trường trong thời gian ngắn

I.3.1 Lớp ứng dụng/dịch vụ

Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN (Intelligent network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API Nhờ giao diện mở này mà nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên mạng

I.3.2 Lớp điều khiển

Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (ATM+IP) của lớp chuyển tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập Lớp điều khiển có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng/dịch vụ Các chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước

I.3.3 Lớp truyền thông

Bao gồm các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn (SDH, WDM), thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến các cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển Hiện nay đang còn nhiều tranh cãi khi sử dụng ATM hay MPLS cho lớp chuyển tải này

Tại lớp truyền thông (Media), các cổng được đưa vào sử dụng để làm thích ứng thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển gói Các cổng truyền thông được sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị khách hàng đầu cuối, với các mạng

truy nhập hoặc với mạng PSPN Các server phương tiện đặc biệt thực hiện rất nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như cung cấp các âm quay số hoặc các thông báo Các chức năng tiên tiến hơn của các server phương tiện này gồm trả lời bằng tiểng nói tương tác và biến đổi văn bản sang tiếng nói hoặc tiếng nói sang văn bản

I.3.4 Lớp truy nhập

Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc cáp quang, hoặc thông qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập vô tuyến cố định )

Các giao diện mở của kiến trúc mới này cho phép các dịch vụ mới được giới thiệu nhanh chóng Đồng thời chúng cũng tạo thuận tiện cho việc giới thiệu các phương thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giá trị truyền thống hiện tại bằng cách chia tách chuỗi giá trị truyền thống hiện tại thành nhiều dịch vụ có thể do các hãng khác nhau cung cấp

Hình 1.2: Cấu trúc lớp và các thành phần chính Theo hình trên ta nhận thấy, các loại thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truy nhập (Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thông (Media Gateway) nằm ở biên của mạng trục Thiết bị quan trọng nhất của NGN là SW nằm ở tâm của mạng trục (còn hay gọi là mạng lõi) SW điều khiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức Các giao thức này sẽ được xem xét kỹ ở phần sau Hình 1.3 liệt kê chi tiết các thành phần trong mạng NGN cùng với các đặc điểm kết nối của nó đến các mạng công cộng (PSTN)

Hình 1.3: Các thành phần chính trong mạng NGN

I.4.1 Thiết bị SoftSwitch

Thiết bị SW là thiết bị đầu não trong mạng NGN Nó làm nhiệm vụ điều khiển cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng để tạo một cuộc gọi trong mạng NGN hoặc xuyên qua nhiều mạng khác (ví dụ PSTN, ISDN) SW còn được gọi là Call Agent (vì chức năng điều khiển cuộc gọi của nó) hoặc Media Gateway Controller - MGC (vì chức năng điều khiển cổng truyền thông - Media Gateway)

Thiết bị SW có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway) SW điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính:

- Ngang hàng (peer-to-peer): giao tiếp giữa SW và SW, giao thức sử dụng là BICC hay SIP

- Điều khiển truyền thông: giao tiếp giữa SW và Gateway, giao thức sử dụng

là MGCP hay Megaco/H.248

I.4.2 Cổng truyền thông

Nhiệm vụ chủ yếu của cổng truyền thông (MG - Media Gateway) là chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng khác, thông thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet), hoặc từ dạng mạch analog/ISDN sang dạng gói Việc chuyển đổi này được điều khiển bằng SW MG thực hiện việc mã hóa, giải mã và nén dữ liệu thoại

Ngoài ra, MG còn hỗ trợ các giao tiếp với mạng điện thoại truyền thống (PSTN) và các giao thức khác như CAS (Channel Associated Signalling) và ISDN Tóm lại, MG cung cấp một phương tiện truyền thông để truyền tải thoại, dữ liệu, fax và hình ảnh giữa mạng truyền thống PSTN và mạng gói IP

I.4.3 Cổng truy nhập

Cổng truy nhập (AG - Access Gateway) là một dạng của MG Nó có khả năng giao tiếp với máy PC, thuê bao của mạng PSTN, xDSL và giao tiếp với mạng gói IP qua giao tiếp STM Ở mạng hiện nay, lưu lượng thoại từ thuê bao được kết nối đến tổng đài chuyển mạch PSTN khác bằng giao tiếp V5.2 thông qua cổng truy nhập Tuy nhiên, trong mạng NGN, cổng truy nhập được điều khiển từ SW qua giao thức MGCP hay Megaco/H.248 Lúc này, lưu lượng thoại từ các thuê bao sẽ được đóng gói và kết nối vào mạng trục IP

I.4.4 Cổng báo hiệu

Cổng báo hiệu (SG - Signalling Gateway) đóng vai trò như một cổng giao tiếp giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 - Signalling System 7, giao thức được dùng trong PSTN) và các điểm được quản lý bởi thiết bị SW trong mạng IP Cổng SG đòi hỏi một đường kết nối vật lý đến mạng SS7 và phải sử dụng các giao thức phù hợp SG tạo ra một cầu nối giữa mạng SS7 và mạng IP, dưới sự điều khiển của SW SG làm cho SW giống như một điểm nút bình thường trong mạng SS7 Lưu ý rằng SG chỉ điều khiển SS7; còn MG điều khiển các mạch thoại thiết lập bởi cơ chế SS7

I.4.5 Mạng trục IP

Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp công nghệ ATM hoặc MPLS Vấn đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành 2 xu hướng Các dịch vụ và ứng dụng trên mạng NGN được quản lý và cung cấp bởi các máy chủ dịch vụ (server) Các máy chủ này hoạt động trên mạng thông minh (IN - Intelligent Network) và giao tiếp với mạng PSTN thông qua SS7

I.5 Các giao thức báo hiệu

Hình 1.4: Các giao thức báo hiệu trong mạng NGN

I.5.1 Megaco/H.248

Megaco và H.248 giống nhau, đều là giao thức điều khiển MG Megaco được phát triển bởi IETF (đưa ra vào cuối năm 1998), còn H.248 được đưa ra vào tháng 5/1999 bởi ITU-T Sau đó cả IETF và ITU-T cùng hợp tác thống nhất giao thức điều khiển MG, kết quả là vào tháng 6/2000 chuẩn Megaco/H.248 ra đời

Megaco/H.248 là báo hiệu giữa SW/MGC với MG (Trunking Media Gateway, Lines Media Gateway hoặc IP Phone Media Gateway) Megaco/H.248 điều khiển

MG để kết nối các luồng từ ngoài Sơ đồ điều khiển MG của Megaco/H.248 được thể hiện ở hình sau

Hình 1.5: Sơ đồ điều khiển MG của Megaco/H.248 Megaco/H.248 tương tự với MGCP về mặt cấu trúc và mối liên hệ giữa bộ điều khiển và cổng gateway, tuy nhiên Megaco/H248 hỗ trợ đa dạng hơn các loại mạng (ví dụ ATM, NGN)

➢ Gói tin Megaco

Gateway ủng hộ nhiều hoạt động khác nhau từ cuộc gọi nội cùng của điện thoại đến các giao diện ATM Vì vậy Termination sẽ có nhiều đặc tính khác nhau.Megaco ủng hộ các hệ thống khác nhau bằng cách cho phép một termination

có các lựa chọn khác nhau và được nhóm thành một gói

Các lựa chọn tiêu biểu là:

• Property

Định nghĩa đặc tính của termination Sau đây là một ví dụ: tình trạng dịch

vụ của termination: test, in service, out of service… Nó cũng có các thuộc tính quy định cách lưu lượng đi qua termination như: send only, receive only…

Đặc tính của termination còn miêu tả kiểu modem, version iP, response/excution timers, kích thước của bộ đệm jitter, thậm chí cả số lượng tối

đa các termination mà một context có thể có

• Statistic

Nó có chứa các thông tin về lưu lượng của các đầu cuối: octet đã gửi và

đã nhận được, gói đã gửi và đã nhận được, gói tin bị mất,…

• Indentifier ( ID)

Tất cả các lựa chọn trên đều được nhận diện bởi ID tức là các property

ID, Event ID, SignaleID, Statistic ID

➢ Mô hình kết nối:

Mô hình kết nối cho Megaco được mô tả trong các thực thể logic hay các đối tượng trong phạm vi Media gateway được Media gateway controler điều khiển

➢ Các gói Megaco cơ bản

• Generic package: gói này chứa các tin tức phổ biến như: sự kiện lỗi, báo hiệu thông thường, ngắt báo hiệu…

• Base root package: Gói này định các thuộc tính mở rộng gateway Bao gồm, thuộc tính thiết lập một giới hạn tối đa số lượng context và số terminaion tối đa cùng tồn tại của một context tại một thời điểm

• Tone generator package: gói tin này định nghĩa dấu hiệu để tạo ra tín hiệu audio tone

• Tone detection package: gói tin này định nghĩa sự kiện nhận biết tín hiệu audio tone, nó tuỳ thuộc vào quy định của từng quốc gia

• Basic DTMF Genegator package: gói này định nghĩa các tone DTMF cơ bản được tạo ra Các tone DTMF được xác định bằng Signal ID

• DTMF detection Package: định nghĩa nhận biết các tone DTMF cơ bản

• Call progress tones generator package: định nghĩa các tone tiến hành cuộc gọi ví dụ như các báo hiệu (Signal) bao gồm tên signal và signal ID

• Analog line supervision package: định nghĩa các sự kiện và các báo hiệu cho đường dây tương tự (analog) như: on-hook, off- hook, ring…

• Basic continuity Package: định nghĩa các sự kiện và các báo hiệu cho việc kiểm tra

• Network package: định nghĩa các thuộc tính của đầu cuối mạng, nó độ lập với kiểu mạng : bộ đệm jitter, lỗi mạng, cảnh báo chất lượng

• RTP package: định nghĩa cách chuyển giáo các gói RTP Nó chỉ ra: khi nào

có vận chuyển các gói RTP, thống kê các gói đã gửi/ đã nhận được, thống kê tình trạng jitter, tình trạng trễ

I.5.2 BICC

BICC (Bearer Independent Call Control) là giao thức báo hiệu giữa 2 MGC/Call Server, có thể là từ các nhà cung cấp khác nhau, nhằm mục đích đảm bảo lưu lượng thoại dùng kỹ thuật gói (VoP - Voice over Packet) Theo ITU-T, BICC được thiết kế để có thể tích hợp hoàn toàn với các mạng hiện hữu và bất kỳ

hệ thống nào có hỗ trợ việc chuyển tải bản tin nhắn thoại

BICC hỗ trợ các dịch vụ băng hẹp (PSTN, ISDN) một cách độc lập với đường truyền và kỹ thuật chuyển tải bản tin báo hiệu Bản tin BICC chuyên chở cả thông tin điều khiển cuộc gọi và điều khiển đường truyền BICC góp phần đơn giản hóa các báo hiệu sử dụng cho việc giao tiếp hoạt động giữa mạng truyền thống vào

mạng NGN Nói cách khác, mạng NGN với nền tảng mạng chuyển mạch gói có thể cung cấp đầy đủ các dịch vụ băng hẹp thông qua báo hiệu BICC

Trong BICC, giao thức báo hiệu điều khiển đường truyền phụ thuộc vào công nghệ đường truyền lớp dưới như ATM, IP/MPLS

Hình 1.6 mô tả ứng dụng của BICC trong việc liên kết hoạt động giữa mạng truyền thống (PSTN/ISDN) và mạng NGN Hai thuê bao điện thoại truyền thống liên lạc với nhau thông qua sự điều khiển của softswitch theo báo hiệu BICC Báo hiệu SIP sử dụng trong trường hợp 2 thuê bao IP phone hoặc một thuê bao IP phone liên lạc với một thuê bao điện thoại truyền thống

Hình 1.6: Báo hiệu BICC trong mạng liên kết NGN và PSTN

I.5.3 SIP

Đối với sự phát triển của mạng thế hệ mới (NGN), SIP đã và đang trở thành một lực đẩy quan trọng Vốn được thiết kế để phục vụ cho IP phone, nhưng SIP không chỉ đơn giản là một giao thức telephony mà cũng rất phù hợp cho các ứng dụng multimedia, đặc biệt là đối với messaging Các SIP server có thể liên kết với nhau tạo nên môi trường dịch vụ trên phạm vi rộng, có thể phối hợp với các gateway để đạt tới các vùng dịch vụ non-SIP, cũng như có thể cung cấp dịch vụ với các media server, feature server phù hợp

Các bản tin SIP sử dụng định dạng text rất gần gũi với HTTP Định dạng text cho phép dễ dàng mở rộng nội dung của bản tin, dễ theo dõi hoạt động, cũng như tái

sử dụng lại các mô hình đã thành công với HTTP (chẳng hạn mô hình servlets, digest authentication) Tuy nhiên định dạng text cũng gây nhiều khó khăn đối với người phát triển chưa có nhiều kinh nghiệm, vì sự linh hoạt luôn tỷ lệ nghịch với sự chặt chẽ trong cú pháp

Sự linh hoạt của SIP có được là do tính độc lập của nó Bản thân SIP chỉ định nghĩa các thủ tục để thiết lập các phiên kết nối giữa các cặp SIP client (end-to-end), trong khi hoạt động của dịch vụ cũng như đặc điểm media là tùy thuộc vào client và dựa trên các chuẩn khác (chẳng hạn RTP/RSVP, SDP, audio codecs) Nói cách khác, SIP là một chuẩn mở

I.5.3.1 Vị trí trong NGN

Trong kiến trúc NGN, SIP hoạt động ở lớp báo hiệu và điều khiển (Control & Signalling plane) Thành phần chính của một nút mạng NGN là Media Gateway Controller (MGC - softswitch) sẽ trao đổi trực tiếp với SIP server để cung cấp các dịch vụ NGN cho các thuê bao của SIP server (là các đầu cuối IP, còn gọi là SIP client) Trong môi trường NGN, SIP server chỉ làm nhiệm vụ thiết lập các phiên media (cuộc gọi) giữa các client của nó tới MGC, trong khi các chức năng như cung cấp dịch vụ gia tăng hay tính cước sẽ được thực hiện bởi MGC Ngoài ra, các mở rộng của SIP cũng được áp dụng trong một số mắt xích của NGN, ví dụ như SIP-T được sử dụng để báo hiệu giữa các MGC, hay bản thân SIP cũng có thể được sử dụng thay thế Sigtran/SCTP trên kết nối từ MGC tới SS7 Gateway

Các SIP server cũng có thể hoạt động độc lập với NGN để cung cấp các dịch

vụ trên nền IP cho các SIP client, chẳng hạn VoIP Với sự bổ sung các gateway, SIP server cho phép các client kết nối tới nhiều hệ thống khác như PSTN, mail server, SMS, H.323 Khi kết nối với NGN, đứng từ vị trí của SIP server nhìn lên thì MGC được coi như một SIP gateway thông thường

SIP server có thể đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ NGN để phục vụ cho các khách hàng đơn lẻ, các khách hàng này cần sử dụng Access Server của nhà cung cấp để có được kết nối IP tới hệ thống Ngoài ra, các khách hàng ở quy mô lớn hơn

có thể tự trang bị SIP server và đăng ký với nhà cung cấp dịch vụ NGN Có thể tìm

thấy SIP server trong kiến trúc NGN của hầu hết các hãng tên tuổi: Siemens sử

dụng hiQ6200 (SIP server này được mua lại của một hãng khác) trong hệ thống

weSurpass, Alcatel thì tích hợp SIP server vào thành phần IP Telephony (5020 IPT)

trong hệ thống của họ, còn giải pháp của Nortel thì sử dụng SIP làm cơ sở cho hầu

hết các component

Hình 1.7: Vị trí của SIP server trong mô hình NGN

Có thể ứng dụng trực tiếp SIP server trong mạng NGN như hình trên, khi đó

SIP server (và H.323 gatekeeper) sẽ có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ cho các thuê bao

IP của NGN Ngoài ra cũng không nên bỏ qua kiến trúc cho phép các thuê bao

Internet tham gia vào

Softswitch

NGN

SIP server

SIP server

SIP gateway

Internet

PSTN

Signaling Gateway

Internet SIP clients

Media Gateway

SIP SIP

SIP

SIP

SIP

Megaco, MGCP SIP, Sigtran

Signaling Media

NGN SIP clients

Hình 1.8: Kết nối SIP giữa Internet và NGN

I.5.3.2 Các đặc điểm kỹ thuật của giao thức

➢ Chức năng và các thành phần

SIP được thiết kế để tạo ra các phiên (session) media giữa các đầu cuối, qua

đó các đầu cuối có thể trao đổi các loại hình thông tin khác nhau như âm thanh, hình ảnh, văn bản SIP cung cấp các chức năng cho phép các đầu cuối (SIP client) thỏa thuận các đặc điểm của phiên kết nối đang được thiết lập giữa chúng (như giao thức truyền media, địa chỉ ), sửa đổi các tham số phiên trong quá trình trao đổi, và kết thúc phiên

Cũng giống như các giao thức VoIP khác, SIP được thiết kế để địa chỉ hóa chức năng của báo hiệu và quản lý phiên truyền thông trong một mạng thoại gói Các báo hiệu cho phép các thông tin về cuộc gọi có thể được chuyển tới đầu cuối kia Chức năng quản lý báo hiệu tạo ra khả năng điều khiển thuộc tính cuộc đầu cuối đến đầu cuối

SIP cung cấp các khả năng sau:

• Phát hiện vị trí đầu cuối đích – SIP cung cấp địa chỉ phân tích, ánh xạ tên và chuyển hướng cuộc gọi

• Phát hiện khả năng truyền thông của đầu cuối đích – Thông qua một giao thức mô tả (thường là SDP), SIP quyết định mức thấp nhất của dịch vụ chung giữa các đầu cuối Phiên truyền thông được thiết lập chỉ dựa trên khả năng truyền thông sẵn có của các đầu cuối

• Xác định khả năng sẵn sàng của đầu cuối đích – Một cuộc gọi sẽ không hoàn thành, không thực hiện được vì lý do đầu cuối đích không sẵn sàng cho việc truyền thông SIP quyết định xem liệu cuộc gọi được nối đến có thành công hay không hay không có trả lời sau khi chuyển một loạt các bản tin Sau

đó SIP sẽ gửi bản tin thông báo lý do của việc đầu cuối đích không sẵn sàng

• Thiết lập phiên truyền thông giữa đầu cuối bắt đầu và đầu cuối đích – Nếu một cuộc gọi có thể hoàn thành thì SIP sẽ khởi tạo một phiên truyền thông giữa các đầu cuối SIP cũng cung cấp chức năng thay đổi cuộc gọi giữa chừng như thêm một đầu cuối vào trong một cuộc gọi hội nghị hay thay đổi thuộc tính truyền dẫn hoặc codec

• Điều khiển việc chuyển tiếp và kết thúc cuộc gọi – SIP cung cấp chức năng chuyển tiếp cuộc gọi từ đầu cuối này đến đầu cuối khác Trong quá trình chuyển tiếp SIP thiết lập một phiên truyền thông đơn giản giữa chuyển tiếp và đầu cuối mới (được xác định bởi các bên chuyển tiếp) và kết thúc phiên truyền thông giữa người chuyển tiếp và cuộc gọi chuyển tiếp

• Để các client có thể tìm được nhau, và hỗ trợ một số chức năng khác, các

SIP server được sử dụng với vị trí tương tự như gatekeeper trong H.323

Ghi chú: Để có thể kết nối với các mạng khác (non-SIP), các SIP gateway được sử dụng Trong giao thức SIP, các gateway có vị trí tương tự như các SIP client (đều gọi là SIP end-point), nên khi nói SIP client đã bao hàm cả SIP gateway

➢ Các bản tin SIP

Hoạt động của SIP dựa trên việc trao đổi các bản tin SIP giữa các thực thể

Các bản tin SIP có thể là các request từ phần tử client gửi tới phần tử server, hoặc

các đáp ứng trên hướng ngược lại

Cần lưu ý về khái niệm phần tử client và phần tử server khi nghiên cứu RFC3261, chúng khác với SIP client và SIP server SIP client là một chương trình chạy phía người sử dụng, còn SIP server là một chương trình khác phục vụ cho các SIP client SIP client và SIP server đều là những thực thể SIP, trong mỗi thực thể SIP sẽ có phần tử client (UAC) và phần tử server (UAS) Để tránh hiểu lầm, từ đây

về sau chúng tôi quy ước khi khi sử dụng các thuật ngữ client và server là nói đến

các thực thể SIP client và SIP server

Có hai loại bản tin SIP được định nghĩa: bản tin request và bản tin đáp ứng Các bản tin request được phân biệt theo tên (chẳng hạn như INVITE, ACK ), trong khi các bản tin đáp ứng được đánh số (như 100, 401 ) Trong các trao đổi giữa hai thực thể SIP, phần tử gửi request và nhận đáp ứng gọi là UAC (User Agent Client), còn phần tử nhận request và gửi trả đáp ứng gọi là UAS (User Agent Server)

Các bản tin SIP có định dạng text, sử dụng tập ký tự UTF-8 Cấu trúc của các bản tin SIP tuân theo RFC2822 (Internet Message Format), tương tự như HTTP

Các bản tin request

RFC3261 định nghĩa 6 loại request ứng với các Method sau:

• REGISTER: Client sử dụng request này để khởi đầu thủ tục đăng ký với Registrar server Request-URI trong trường hợp này phải là SIP domain, ví dụ

"sip:iptel.org"

• INVITE: Request này được khởi đầu từ một client (chủ gọi), sẽ được chuyển tiếp qua một hoặc một số proxy server để đến được client bị gọi Request-URI trong trường hợp này là địa chỉ SIP của client bị gọi (ví dụ

"sip:huyha@iptel.org") hoặc một contact-name mà bị gọi đã đăng ký

• CANCEL: Được sử dụng để hủy bỏ một request chưa kết thúc (chưa nhận được đáp ứng hoàn thành) Ví dụ sau khi gửi bản tin INVITE, trong khi client

bị gọi chưa trả lời thì client chủ gọi có thể gửi CANCEL để hủy cuộc gọi Bản

tin CANCEL còn được tạo ra bởi proxy server trong trường hợp gọi forking

(nhân bản INVITE tới nhiều client), khi một client trả lời thì gửi CANCEL đến các client còn lại Một số chú ý khi dùng bản tin CANCEL:

- Chỉ nên dùng CANCEL để hủy bỏ INVITE request Các request loại khác sẽ được trả lời ngay lập tức, vì vậy nếu dùng CANCEL dễ gây ra mất đồng bộ (race condition)

- Không gửi CANCEL trước khi nhận được ít nhất một đáp ứng 1xx

- Số thứ tự trong trường CSeq được lấy từ bản tin INVITE

- CANCEL chỉ có ý nghĩa trên từng chặng, không được forward URI của bản tin CANCEL phải trùng với bản tin request cần hủy

Request Đáp ứng cho CANCEL luôn là 200 (Ok)

• ACK: Bản tin ACK được sử dụng trong những chặng UDP, khi một UAC

đã gửi request và đã nhận được đáp ứng hoàn thành UAC này gửi ACK để

báo nhận cho đáp ứng đã nhận được, thông báo cho UAS đối tác không gửi lại đáp ứng nữa Trường hợp đặc biệt là đối với đáp ứng 200 (Ok) cho bản tin INVITE, thì bản tin ACK có thể được gửi trực tiếp từ đầu cuối tới đầu cuối (không thông qua proxy) Một số chú ý:

- Không có đáp ứng cho ACK

- Số thứ tự trong trường CSeq được lấy từ bản tin đáp ứng

• BYE: Request này được sử dụng để kết thúc một phiên media đã được kết nối, thường là gửi trực tiếp từ đầu cuối tới đầu cuối chứ không thông qua proxy server

• OPTIONS: Được sử dụng để truy vấn các khả năng của đầu cuối hoặc của proxy server, các khả năng này gồm có các method được hỗ trợ, các kiểu nội dung (content types), các mở rộng, các kiểu mã hóa (codecs)

Trong số các method trên, cần lưu ý CANCEL và ACK là hai trường hợp đặc

biệt Các method khác đều có nhiệm vụ khởi đầu một transaction, trong khi

CANCEL và ACK được gửi trong ngữ cảnh của một transaction đã tồn tại Ngoài ra RFC3261 cũng "phân biệt đối xử" với INVITE Chi tiết về transaction sẽ được trình bày trong các phần sau

Các mở rộng của SIP sau này định nghĩa thêm một số method mới: REFER, UPDATE, INFO, MESSAGE, SUBSCRIBE, NOTIFY

• 1xx - Thông báo (provisioning): Thông báo đã nhận được request và đang

xử lý

Reason-Phrase Status-Code

• 2xx - Thành công (success): Thông báo request đã được xử lý thành công RFC3261 chỉ định nghĩa một đáp ứng thuộc nhóm này là 200 (Ok)

• 3xx - Chuyển hướng (redirect): Thông báo request cần phải thực hiện lại trên hướng khác

• 4xx - Lỗi client: Bản tin request tương ứng bị lỗi, hoặc request không được chấp nhận

• 5xx - Lỗi server: Thông báo request hợp lệ, nhưng không xử lý được do lỗi tại UAS

• 6xx - Lỗi chung

Trong đó các đáp ứng từ 2xx đến 6xx gọi là đáp ứng hoàn thành Trên các

chặng truyền không tin cậy (UDP), các đáp ứng hoàn thành được điều khiển phát lại

và cần có ACK, trong khi các đáp ứng 1xx thì không

Các trường header

Hầu hết các thông tin điều khiển của SIP được chứa trong các trường header Thông thường thì mỗi trường header nằm trên một dòng của các bản tin SIP, tuy nhiên nếu dòng quá dài thì cũng được phép tách xuống cho dễ nhìn (áp dụng một số quy tắc mở rộng)

Ví trí tương đối của các trường header trong bản tin SIP là không quan trọng, tuy nhiên một số trường header quan trọng đối với xử lý proxy được khuyến nghị là đưa lên đầu, chẳng hạn như Via, Route, Proxy-Require, Max-Forwards, Proxy-Authorization

Giống như trong HTTP, mỗi trường header có cấu trúc gồm phần tên và phần giá trị Giữa hai phần này ngăn cách bởi ký tự hai chấm (":"), xung quanh có thể có các dấu cách hoặc tab Trong phần giá trị có thể có các tham số mở rộng

Phần tên của trường header là một chuỗi ký tự không chứa các ký tự đặc biệt

(thông thường chỉ gồm các chữ cái và dấu gạch nối), không phân biệt chữ hoa hay

chữ thường RFC3261 định nghĩa 46 trường header khác nhau, về sau trong các

nghiên cứu mở rộng SIP xuất hiện thêm một số trường header mới Các trường

header của SIP là độc lập với HTTP, mặc dù có một số trường trùng tên giữa hai giao thức

Một trường header có thể kèm theo các tham số bằng cách sử dụng dấu chấm

phẩy (";") và cú pháp "param-name[=param-value]", tên tham số không phân biệt

hoa - thường Ví dụ:

Via: SIP/2.0/UDP 10.1.1.1:4540;received=68.44.20.1;rport=9988

Nếu giá trị tham số không bao trong cặp nháy kép, thì khi so sánh cũng không phân biệt chữ hoa - chữ thường Ngoài ra cần lưu ý hai bên ";" và "=" cũng có thể

có các dấu cách và/hoặc tab Ý nghĩa giá trị của một trường header cũng như tên và giá trị các tham số hoàn toàn do trường header đó quy định

Một loại trường header có thể xuất hiện nhiều lần trong bản tin SIP, trong trường hợp này thứ tự của chúng là quan trọng Các header hay xuất hiện nhiều lần gồm có: Via, Record-Route, Route Có thể kết hợp các trường header trùng tên làm một, trong đó các phần giá trị sẽ được nối với nhau bằng dấu phẩy (comma) theo thứ tự xuất hiện

Bốn trường điều khiển nhận thực WWW-Authenticate, Authorization, Authenticate và Proxy-Authorization là các trường hợp cần được xử lý đặc biệt vì chúng có định dạng riêng (sử dụng dấu phẩy để phân tách các tham số)

Proxy-Proxy-Authenticate: Digest realm="iptel.org", nonce="3f3c5db8e0bf5bc454d34d9cde"

Cuối cùng, tên một số trường header có dạng viết tắt bằng một chữ cái (compact form), ví dụ như "Call-ID" có tên tắt là "i", "Contact" có tên tắt là "m"

I.5.3.3 Cấu trúc giao thức

➢ SIP stack

SIP là một giao thức phân lớp (layered) Hình dưới đây là các lớp của một thực thể SIP

Transaction user (TU)

và các đáp ứng cho request đó (có thể có 1xx, và ít nhất một đáp ứng hoàn thành?) Thông thường transaction tính cả bản tin ACK, tuy nhiên trong trường hợp request

là INVITE và đáp ứng hoàn thành là 2xx (success) thì ACK có thể không được tính vào transaction này

RFC3261 phân biệt hai loại transaction là Client Transaction và Server Transaction, tương ứng với hoạt động của UAC và UAS Trong mỗi loại lại phân biệt giữa INVITE transaction và non-INVITE transaction

Lớp transaction quản lý các transaction trong một thực thể SIP Các client transaction được tạo ra theo chỉ thị từ TU, trong khi các server transaction được tạo

ra dựa trên các bản tin request nhận được Mỗi transaction hoạt động dưới dạng state-machine, có nhiệm vụ điều khiển việc phát lại các bản tin và chuyển các bản tin chính (hợp lệ) lên các TU để xử lý Các sự kiện khác cũng được gửi lên TU để giám sát và đồng bộ

So với phiên bản SIP/1.0, khái niệm transaction trong SIP/2.0 đã được bổ sung nhiều nội dung, trong đó chủ yếu tạo điều kiện thuận lợi cho việc tương ứng (matching) các bản tin với các transaction (sử dụng tham số branch trong trường Via, với giá trị đặc biệt "z9hG4bK")

I.5.4 H.323

H.323 là giao thức chuẩn cho việc liên lạc bằng thoại, hình và dữ liệu trong hệ thống mạng IP ( bao gồm mạng Internet) H.323 là tập hợp các chuẩn của ITU cho việc truyền thông đa phương tiện và là một trong những chuẩn chính cho VoIP như Megaco hay SIP

H.323 là một sự pha trộn của rất nhiều các nhà máy sản xuất, vay mượn giao thức từ một số hệ thống khác Nó định nghĩa rất nhiều các bản tin và các trường tin cho các bản tin này Họ giao thức H.323 bao gồm các giao thức chủ yếu sau: H.245 cho hoạt động điều khiển, H.323 cho quản lý các cuộc họp lớn với nhiều đầu cuối tham gia, H.225 cho quản lý kết nối, H.235 cho việc hỗ trợ an ninh mạng, T.120 cho dữ liệu, H.246 hỗ trợ cho việc kết nối với mạng chuyển mạch kênh

Để truyền dữ liệu đảm bảo thời gian thực, H.323 sử dụng giao thức RTP để mang các gói tin audio và video sau đó gói vào các gói tin UDP Để đánh giá chất lượng dịch vụ, chất lượng của kết nối cũng như là cung cấp thông tin phản hồi giưa các đầu cuối H.323 sử dụng giao thức RTCP

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu sự hoạt động của mạng H.323 với sự chỉ đạo của gatekeeper

I.5.4.1 Kiến trúc mạng của chuẩn H.323

➢ Cấu trúc của mạng H.323

Hình 1.10: Cấu trúc mạng H.323

H.323 terminal

H.323 terminal

H.323 terminal

H.323 gatekeeper

H.323 gateway

H.323 MCU

Other Network

➢ Kiến trúc của chuẩn H.323 chạy trên nền IP:

Audio/Video

Application Signaling ang control

Data application Video

codec

H.261

H.263

Video codec G.771 G.729

RTCP H.225

Registr

H225 Signaling

H.245 Control T.120 Data RTP

I.5.4.2 Báo hiệu RAS (registration, admintration and status):

Báo hiệu RAS được sử dụng để điều khiển bản tin giữa gatekeeper và các đầu cuối Do các bản tin này đươcj truyền trên các kênh không đáng tin cậy nên các kỹ thuật timeout và retry được áp dụng

RAS được dùng cho các mục đích sau

+ Xác định đầu cuối: được yêu cầu bởi một đầu cuối muốn thực hiện liên lạc hay bởi gatekeeper nhân danh một đầu cuối

Đây là trường hợp biết tên nhưng không biết địa chỉ truyền dẫn Nó sẽ gửi bản tin location request (LRQ) cho một gatekeeper đặc biệt hoặc là một tin quảng ba có địa chỉ 224.0.1.41 Một gatekeeper nhận được sẽ phúc đáp bằng bản tin location confirm (LCF) bao gồm kênh báo hiệu cuộc gọi của đầu cuối và địa chỉ kênh RAS

Hình 1.12: Liên lạc để xác định đầu cuối giữa endpoint và gatekeeper

+ Gatekeeper discovery: giúp cho đầu cuối xác định gatekeeper nào đang phúc đáp cho nó Đầu cuối gửi bản tin gatekeeper request (GRQ) địa chỉ quảng bá 224.0.1.41ở cổng 1718, nó sẽ được trả lời bởi mỗi gatekeeper bằng bản tin gatekeeper confirm (GCF) hoặc gatekeeper reject (GRJ) Khi nhận được GCF, đầu cuối sẽ đăng kí với gatekeeper đó, trong trường hợp nhận được nhiều GCF nó sẽ lựa chọn một gatekeeper

Hình 1.13: Liên lạc xác định gatekeeper

+ Đăng kí đầu cuối: đầu cuối gửi một bản tin registration request (RRQ) đến gatekeeper ở cổng 1719 bao gồm địa chỉ và tên gọi truyền dẫn của nó Ngay khi gatekeeper gửi bản tin registration confirm (RCF) thì đầu cuối sẽ thuộc vùng quản

lý của gatekeeper đó Nếu việc đăng ký không được chấp nhận thì một bản tin registration reject (RRJ) sẽ được phản hồi

Việc đăng ký chỉ có thời gian xác định và việc huỷ bỏ đăng ký được thực hiện bởi cả hai phía thông qua bản tin unregistration message (URQ)

H.323 endpoint Gatekeeper

LRQ LCF

Hình 1.14: Đăng ký đầu cuối

+ Admission: đây là một công việc mà đầu cuối thực hiện trước khi tiến hành một cuộc gọi Một bản tin admission request (ARQ) sẽ được gửi tới gatekeeper bao gồm các thông tin về cuộc gọi, người bị gọi, kiểu cuộc gọi (hai hay nhiều bên), băng thông đòi hỏi của cuộc gọi Nó cũng có thể đề nghị kiểu cuộc gọi giữa hai đầu cuối

là trực tiếp hay thông qua gatekeeper routed

Và gatekeeper sẽ gửi một bản tin xác nhận admission confirm (ACF)

H.323 endpoint Gatekeeper

RRQ RCF URQ UCF

+ Thay đổi băng thông:

Trong quá trình diễn ra cuộc gọi, nếu cần thay đổi băng thông, đầu cuối gửi bản tin bandwidth request (BRQ) đến gatekeeper Và tuỳ vào việc chấp nhận hay không mà gatekeeper phúc đáp bằng một trong hai bản tin bandwidth confirm (BCF) hay bandwidth reject (BRJ)

Nếu BRQ được gửi bởi gatekeeper thì mục đích của nó là thông báo cho đầu cuối biết là băng thông đường truyền đã thay đổi để đầu cuối thay đổi phương thức

mã hoá cho phù hợp

Sự thay đổi băng thông làm ảnh hưởng đến báo hiệu H.245, do đó kênh logic

sẽ được đóng lại rồi mở lại với các tham số mới

+ Status:

Gatekeeper có thể hỏi thông tin về tình trạng của đầu cuối bằng cách gửi bản tin information request (IRQ) Đầu cuối trả lời bằng bản tin information request response (IRR) bao gồm các thông tin: đang kết nối hay không, kiểu cuộc gọi, băng thông sử dụng

Gatekeeper có thể chỉ thị cho đầu cuối gửi báo cáo về tình trạng của nó 10 giây một lần nhờ bản tin ACF

+ Disengage:

Để thông báo cho gatekeeper biết chấm dứt cuộc gọi, đầu cuối gửi bản tin disengage request (DRQ) Thông thường gatekeeper trả lời bằng bản tin disengage confirm (DCF) Thỉnh thoảng nó trả lời bằng bản tin disengage reject (DRJ) nghĩa

là nó không quản lý đầu cuối này

+ Resource availability:

Nó là thông tin trao đổi giữa gateway và gatekeeper Gateway gửi bản tin resource availability indicate (RAI) chứa đựng thông tin về khả năng và băng thông cho mỗi giao thức đã sử dụng Có một thông số almost out of resource được thiết lập khi mạng bị tắc nghẽn

• Release complete: đề nghị xoá bỏ cuộc gọi

Quá trình thông báo giữa hai đầu cuối dùng Q.931

Hình 1.15: Liên lạc giữa hai đầu cuối để tiến hành cuộc gọi

Call Proceeding

Alerting

Connect Connect Ack

Disconnect Release Release Complete Setup

Connection established

I.5.5 MGCP (Media gateway control protocol)

MGCP là giao thức VoIP và là một chuẩn được xác định bởi IETF, được dùng

để điều khiển MG từ MGC/SW MGCP là một giao thức chủ tớ (master/ slave) mà qua đó MG sẽ thực thi các lệnh được gửi từ MGC/SW MG chuyền tải các loại tín hiệu như thoại, dữ liệu, hình ảnh giữa mạng IP và mạng truyền thống (PSTN) Có thể hiểu trong mô hình MGCP các MG chú trọng vào chức năng phiên dịch tín hiệu

âm thanh, trong khi SW đảm nhận chức năng xử lý báo hiệu và cuộc gọi

Giao thức MGCP được nghiên cứu và công bố bởi tổ chức IETF, với tên chuẩn là RFC 3435 Mục đích của MGCP là định nghĩa hoạt động của các telephony gateway, các gateway này được điều khiển bởi một phần tử điều khiển gọi là Call Agent hay còn gọi là Media gateway controller (MGC) Các telephony gateway cung cấp sự chuyển đổi và kết nối hoạt động giữa tín hiệu trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống và mạng gói

Do tồn tại rất nhiều kiểu mạng chuyển mạch như: mạng ATM, PSTN,… nên tồn tại nhiều kiểu gateway tương ứng như: trunking gateway kết nối mạng PSTN và mạng IP, resident gateway kết nối một đầu cuối thoại truyền thống và mạng IP… MGCP là giao thức master/slave, Call Agent hoạt động như một ông chủ đối với gateway Như vậy MGCP khác với các giao thức hoạt động ngang hàng là SIP hay H.323 Nó điều khiển gateway bằng cách gửi các bản tin MGCP đến gateway, các bản tin MGCP sẽ có nội dung là các chỉ thị của call Agent và gateway sau khi nhận được các bản tin MGCP sẽ hoạt động theo sự chỉ đạo đó Một call Agent có thể điều khiển rất nhiều gateway bằng MGCP

MGCP có chín lệnh (create, delete, …) và ba tín hiệu (on hook, off hook, ring) Nhưng nó có ưu điểm là có khả năng định nghĩa các gói (package) mà trong

đó là tập hợp các lệnh và các tham số tín hiệu dùng để hỗ trợ các thiết bị đầu cuối xác định Ví dụ gói DMTF dùng để quay số theo kiểu tone, hoặc gói thông báo cho phép phát ra thông báo bằng tiếng nói tới thuê bao

Các bản tin MGCP sử dụng giao thức miêu tả phiên SDP để chỉ ra các tham số cho gateway như: địa chỉ IP, các đặc tính RTP, UDP port…