Giao thức báo hiệu trong mạng thế hệ sau

LỜI NÓI ĐẦU Trong một vài năm gần đây nhu cầu về các dịch vụ viễn thông tăng mạnh đã mang lại nhiều lợi ích cho các nhà khai thác viễn thông cũng như các nhà cung cấp thiết bị viễn thông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Giáo viên hướng dẫn: KS DƯƠNG ĐÌNH TÚ

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HỮU CÔNG DANH

Lớp: 47K-ĐTVT

Vinh,05/2011

LỜI NÓI ĐẦU

Trong một vài năm gần đây nhu cầu về các dịch vụ viễn thông tăng mạnh đã mang lại nhiều lợi ích cho các nhà khai thác viễn thông cũng như các nhà cung cấp thiết bị viễn thông, bên cạnh đó sự ra đời của nhiều công nghệ mới với các ưu điểm nổi trội đã mở ra cơ hội lớn cho cả người sử dụng lẫn nhà cung cấp

Mạng thế hệ mới (The Next Generation Network) ra đời nhằm đem lại một cấu trúc mạng mới với chức năng đáp ứng được hầu hết các nhu cầu và đồng thời sẽ là nền tảng kiến tạo cho các dịch vụ viễn thông tiên tiến trong tương lai Đối với Việt Nam, việc triển khai mạng thế hệ mới không chỉ đem lại cho nhà khai thác những lợi ích kinh tế dồi dào mà còn là một bước nhảy vọt giúp cho chúng ta tiến gần hơn đến với thế giới

Chúng ta đều biết rằng quá trình báo hiệu là một quá trình không thể thiếu trong hoạt động của mạng viễn thông để giúp các thành phần trong mạng có thể trao đổi thông tin với nhau.Với ham muốn nắm bắt công nghệ về

NGN em đã quyết định lựa chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là “Giao thức báo

hiệu trong mạng thế hệ sau” đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của

mạng NGN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giảng dạy trong khoa Điện tử viễn thông, đặc biệt là các thầy cô bộ môn viễn thông đã chỉ dạy cho em nhiều kiến thức bổ ích trong quá trình học tại ghế nhà trường

Em xin chân thành cảm ơn KS Dương Đình Tú đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

Nghệ An, tháng 5 năm 2011

Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Đã từ lâu, mạng chuyển mạch kênh ghép phân kênh theo thời gian PSTN

đã có một vai trò vô cùng quan trọng với sự phát triển của xã hội Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng dịch vụ tốt, vùng dịch vụ rộng lớn trên khắp mọi lãnh thổ,… thì mạng PSTN cũng bộc lộ nhiều hạn chế như số lượng các dịch vụ hạn chế, sử dụng tài nguyên đường truyền không tối ưu, giá thành cao

Mạng thế hệ mới (NGN) ra đời và ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu đặt ra như chất lượng dịch vụ, giá thành, số lượng tích hợp các dịch vụ thoại lẫn phi thoại Cũng như các công nghệ ra đời trong thời gian gần đây, thì vấn đề Giao thức là đặc biệt quan trọng Việc nắm chắc Giao thức là chìa khóa thành công của việc triển khai mỗi một công nghệ mới vào thực tế Chính vì vậy, trong nội dung của đồ án tốt nghiệp này, em xin được giới thiệu

về “Giao thức báo hiệu trong mạng NGN” Cuốn đồ án gồm ba chương trình bày các nội dung chính như sau:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ mới NGN, đưa ra khái niệm, đặc điểm, kiến trúc của mạng đồng thời chỉ ra các công nghệ sử dụng trong mạng, các thành phần mạng chính và chức năng

Chương 2: Trình bày về các giao thức báo hiệu trong mạng NGN như giao thức báo hiệu cuộc gọi H.323, SIP, giao thức báo hiệu giữa MGC - MG Chương 3: Trình bày kĩ hơn về giao thức báo hiệu cuộc gọi H323 về thành phần của H323, các giao thức cuộc gọi, các thủ tục báo hiệu cuộc gọi

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 7

Chương 1 MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU 10

1.1 Tổng quan về mạng NGN 11

1.1.1 Sự hình thành khái niệm về mạng NGN 11

1.1.2 Đặc điểm của mạng NGN 11

1.1.3 Kiến trúc của mạng NGN 12

1.2 Các công nghệ sử dụng trong NGN 13

1.2.1 Công nghệ chuyển mạch 13

1.2.2 Công nghệ mạng truy nhập 16

1.2.3 Công nghệ truyền dẫn 17

1.3 Các thành phần chính trong cấu trúc mạng NGN 19

1.3.1 Media Gateway 19

1.3.2 Media Gateway Controller 21

1.3.3 Signalling Gateway 23

1.3.4 Media Server 24

1.3.5 Application Server/ Feature Server 25

Chương 2 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG MẠNG NGN 27

2.1 Giao thức báo hiệu cuộc gọi 27

2.1.1 H.323 27

2.1.2 SIP 31

2.2 Giao thức báo hiệu giữa MGC - MG 37

2.2.1 MGCP 37

2.2.2 Megaco/ H.248 40

2.3 SIGTRAN - giải pháp truyền báo hiệu SS7 qua mạng IP 42

2.3.1 Tổng quan về SIGTRAN 42

2.3.2 SCTP (Stream Control Transport Protocol) 43

2.3.3 Các giao thức thích ứng 45

Chương 3 BÁO HIỆU CUỘC GỌI H.323 47

3.1 Tổng quan về báo hiệu H.323 47

3.2 Các thành phần của H.323 47

3.2.1 Terminal 48

3.2.2 Gateway 49

3.2.3 Gatekeeper 51

32.4 Multipoint Control Unit 53

3.3 Các giao thức thuộc H.323 54

3.3.1 Giao thức báo hiệu RAS (H.225.0) 54

3.3.2 Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225 57

3.3.3 Giao thức báo hiệu điều khiển H.245 58

3.4 Các thủ tục báo hiệu cuộc gọi 60

3.4.1 Pha A: Thiết lập cuộc gọi 60

3.4.2 Pha B: Khởi tạo kênh điều khiển và trao đổi khả năng 75

3.4.3 Pha C: Thiết lập kênh truyền thông 76

3.4.4 Pha D: Các dịch vụ cuộc gọi 79

3.4.5 Pha E: Kết thúc cuộc gọi 84

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Kiến trúc logic mạng thế hệ mới 14

Hình 1.2 So sánh giao thức TCP/ IP với mô hình OSI 15

Hình 1.3 Các thành phần chính của mạng NGN 20

Hình 1.4 Cấu trúc của MG 21

Hình 1.5 Chức năng của Media Gateway Controller 23

Hình 1.6 Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng NGN 23

Hình 1.7 Cấu trúc Server ứng dụng 27

Hình 2.1 Mạng H.323 30

Hình 2.2 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói 33

và mạng PSTN 33

Hình 2.3 Cấu trúc SIP 35

Hình 2.4 Thiết lập và giải phóng cuộc gọi MGCP (virtual trunking) 41

Hình 2.5 Mô hình chức năng của SIGTRAN 45

Hình 2.6 Chức năng của SCTP 46

Hình 2.7 Cấu trúc của gói SCTP 47

Hình 2.8 Định dạng của header chung của gói SCTP 47

Hình 3.1 Mô hình mạng H.323 đơn giản 50

Hình 3.2 Các giao thức thuộc H.323 50

Hình 3.3 Chồng giao thức tại đầu cuối H.323 51

Hình 3.4 Cấu tạo của gateway 52

Hình 3.5 Chồng giao thức của một Gateway 53

Hình 3.6 Chức năng của một Gatekeeper 54

Hình 3.7 Cấu tạo của Multipoint Control Unit 56

Hình 3.8 Quá trình báo hiệu cuộc gọi cơ bản sử dụng H.225 60

Hình 3.9 Thiết lập cuộc gọi cơ bản không có Gatekeeper 64

Hình 3.10 Hai điểm cuối đăng ký - Gatekeeper định tuyến báo hiệu 65

Hình 3.11 Hai điểm cuối đăng ký với Gatekeeper - Báo hiệu cuộc gọi trực tiếp 66

Hình 3.12 Chủ gọi đăng ký với Gatekeeper - định tuyến báo hiệu cuộc gọi 68 Hình 3.13 Chủ gọi đăng ký với Gatekeeper - báo hiệu cuộc gọi trực tiếp 68

Hình 3.14 Điểm đầu cuối bị gọi đăng ký - báo hiệu cuộc gọi trực tiếp 69

Hình 3.15 Điểm đầu cuối bị gọi đăng ký - định tuyến báo hiệu cuộc gọi 70

Hình 3.16 Hai điểm cuối đăng ký - báo hiệu cuộc gọi trực tiếp 72

Hình 3.17 Hai điểm đầu cuối đăng ký - báo hiệu trực tiếp / định tuyến 73

Hình 3.18 Hai điểm đầu cuối đăng ký - báo hiệu định tuyến/ trựctiếp 74

Hình 3.19 Hai điểm đầu cuối đăng ký - cả hai đinh tuyến cuội gọi 75

Hình 3.20 Yêu cầu thay đổi độ rộng băng tần - thay đổi bộ truyền dẫn 83

Hình 3.21 Yêu cầu thay đổi độ rộng băng tần - thay đổi máy thu 84

Hình 3.22 Điểm đầu cuối khởi tạo - xóa cuộc gọi (thủ tục B) 88

Hình 3.23 Điểm cuối khởi tạo xóa cuộc gọi 89

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

API Application Program Interface Giao diện mở ứng dụng

ATM Asynchonous Tranfer Mode Phương thức truyền không

đồng bộ

ETSI European Telecommunications

Standards Institute

Viện chuẩn hoá viễn thông châu Âu

GII Global Infomation Infrastructure Cấu trúc hạ tầng thông tin toàn

cầu HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

ISDN Intergrated Service Digital

Network

Mạng số dịch vụ tích hợp

ITU International

Telecommunication Union

Tổ chức viễn thông quốc tế

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân tán nhãn

LGP Logical Gateway Function Chức năng cổng logic

MFS MultiService Switching Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch

vụ MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng

phương tiện

thức

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất

POTS Plain Old Telephony System Hệ thống điện thoại truyền

thống PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyền mạch công cộng

SCF Service Control Function Chức năng điều khiển dịch vụ

SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SML Service Management Layer Lớp quản lý dịch vụ

TCP Tranmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

dẫn TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời

gian TINA Telecommunication Information

VoIP Voice Over Internet Protocol Truyền thoại qua giao thức

Internet WDM Wavelength Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

WLAN Wireless Local Areal Network Mạng nội vùng không dây

MIME MultiPurpose Internet Protocol Giao thức thư điện tử

Chương 1 Mạng viễn thông thế hệ sau

Mở đầu

Ngày nay chúng ta đang chứng kiến sự thay đổi mang tính cách mạng trong thị trường dịch vụ thông tin Sự thay đổi này không chỉ liên quan đến các nhà sản xuất thiết bị, các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà nghiên cứu thị trường viễn thông mà còn cho tới nhiều người trong nhiều lĩnh vực khác nhau của xã hội Phương thức mà con người trao đổi thông tin với nhau, giao tiếp với nhau và kinh doanh các dịch vụ viễn thông cũng đang dần dần thay đổi theo cùng nền công nghiệp viễn thông Các kênh thông tin trong mạng viễn thông hiện đại không chỉ còn mang thông tin thoại truyền thống mà còn truyền tải cả số liệu, video, tin nhắn Thông tin thoại, số liệu, fax, video và các dịch vụ khác đang được cung cấp tới các thiết bị đầu cuối là điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân và hàng loạt các thiết bị khác Lưu lượng thông tin số liệu ngày nay đã vượt xa lưu lượng thông tin thoại và vẫn không ngừng tăng với tốc độ gấp nhiều lần tốc độ gia tăng của lưu lượng thông tin thoại truyền thống Chuyển mạch kênh, vốn là đặc trưng của mạng PSTN truyền thống đã không còn thích hợp nữa và đang nhường bước cho hệ thống chuyển mạch mới trong mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) Tuy nhiên, vì các lý do kỹ thuật và kinh tế mà hạ tầng mạng PSTN truyền thống không thể bị thay thế một cách tức thì, vì thế mạng NGN phải được tính đến sự tương thích với môi trường của các mạng có sẵn Trong quá trình phát triển, vốn đầu tư sẽ dần dịch chuyển từ hạ tầng mạng chuyển mạch kênh hiện nay sang hạ tầng mạng thế hệ sau

Chương đầu tiên của cuốn đồ án này sẽ đề cập đến một số vấn đề tổng quan về mạng NGN như: khái niệm, đặc điểm, kiến trúc mạng, các thành phần cơ bản của mạng NGN Tiếp đó là các công nghệ sử dụng trong mạng

NGN như: công nghệ chuyển mạch, công nghệ truyền dẫn, công nghệ truy nhập mạng

1.1 Tổng quan về mạng NGN

Đã có rất nhiều tổ chức quốc tế thực hiện nghiên cứu về NGN để có thể đưa ra một chuẩn thống nhất, cho đến thời điểm hiện tại còn tồn tại rất nhiều quan điểm khác nhau giữa các tổ chức quốc tế và giữa họ với các nhà sản xuất thiết bị viễn thông Tuy còn có nhiều vấn đề vẫn cần phải nghiên cứu, thảo luận và thử nghiệm nhưng các nhà nghiên cứu đều có chung quan điểm cho rằng: NGN được xem như là mạng tích hợp IP hay mạng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, đây sẽ là nền tảng hội tụ các loại hình dịch vụ cũng như công nghệ mạng NGN không chỉ mang đầy đủ các đặc tính của mạng mà còn

có các đặc tính dịch vụ nhờ đó cung cấp các cơ hội mới cho các nhà khai thác mạng, các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà sản xuất thiết bị và người dùng Nhóm nghiên cứu ITU-T SG13 định nghĩa NGN trong Khuyến nghị Y.2001 [1] như sau: “Mạng NGN là một mạng có nền tảng chuyển mạch gói cho phép cung cấp các dịch vụ liên lạc viễn thông và có khả năng sử dụng nhiều loại hình băng rộng, các công nghệ truyền tải đảm bảo chất lượng dịch

vụ (QoS), trên đó các chức năng liên quan tới dịch vụ độc lập với các công nghệ truyền tải lớp dưới Nó cho phép người dùng truy nhập tự do tới các mạng, các nhà cung cấp dịch vụ và/ hoặc các dịch vụ theo ý muốn của họ Nó

hỗ trợ tính năng di động, khả năng cung cấp dịch vụ ổn định, mọi lúc mọi nơi”

Mạng NGN có 4 đặc điểm chính là:

- Nền tảng là hệ thống mạng mở: giao diện và giao thức giữa các phần tử mạng phải dựa theo chuẩn mở Hơn nữa, khác với các tổng đài truyền thống, các khối chức năng trong các tổng đài mạng thế hệ mới được tách thành các

- Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới Điều này có nghĩa là mạng NGN đã hội tụ tất cả các mạng hiện có làm một, phục vụ được tất cả các dịch vụ của các mạng riêng lẻ trước đây, đồng thời phát triển thêm các loại hình dịch vụ mới;

- Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất Thực tế giao thức IP đã trở thành giao thức vạn năng, có mặt ở mọi nơi,

hạ tầng cơ sở cho ip đã có sẵn Theo lý thuyết IP ở thế bất lợi so với các chuyển mạch kênh trong việc hỗ trợ cho các dịch vụ thoại thời gian thực và truyền số liệu chất lượng cao Tuy nhiên, với việc phát triển không ngừng của công nghệ truyền dẫn băng rộng như hiện nay thì IP đã khắc phục được nhược điểm của mình để trở thành giao thức thống nhất trong mạng NGN;

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

1.1.3 Kiến trúc của mạng NGN

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

- Lớp ứng dụng và dịch vụ: được tổ chức thành một lớp duy nhất cho toàn mạng nhằm đảm bảo cung cấp dịch vụ đến tận nhà thuê bao một cách thống nhất Số lượng nút ứng dụng và dịch vụ phụ thuộc vào lưu lượng dịch

vụ cũng như số lượng và loại hình dịch vụ, được tổ chức phân tán theo dịch

vụ đảm bảo an toàn hệ thống Lớp này được liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở;

- Lớp điều khiển: được tổ chức thành 1 cấp thay vì 3 - 4 cấp như cấu trúc mạng PSTN truyền thống nhằm giảm tối đa cấp mạng và tận dụng năng lực

xử lý cuộc gọi rất lớn của thiết bị điều khiển thế hệ mới, giảm chi phí đầu tư trên mạng Lớp điều khiển có chức năng điều khiển lớp chuyển tải và lớp truy nhập cung cấp các dịch vụ mạng NGN gồm nhiều modun như modun điều khiển kết nối ATM, MPLS, điều khiển định tuyến IP, điều khiển kết nối thoại,

xử lý các báo hiệu mạng bao gồm SS7, SIP, MEGACO;

- Lớp truyền tải: Lớp chuyển tải phải có khả năng chuyển tải các loại lưu lượng như ATM, IP Lớp chuyển tải được tổ chức thành hai cấp: đường trục quốc gia và vùng thay vì 3 - 4 cấp như trong mạng PSTN hiện nay;

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

đó qua các nút chuyển mạch nội vùng;

Ngoài các lớp cơ bản nêu trên, trong kiến trúc mạng NGN cũng như các mạng nói chung còn có lớp chức năng quan trọng nữa là lớp quản lý mạng Lớp quản lý mạng là phần thiết bị quản lý mạng tập trung xuyên suốt tất cả các lớp khác Lớp này thực hiện các chức năng quản lý như tính cước, hỗ trợ vận hành, các xử lý liên quan tới thuê bao hay cung cấp dịch vụ tới khách hàng Lớp quản lý mạng có thể tương tác với các lớp khác thông qua các giao diện chuẩn hay giao diện lập trình ứng dụng mở API

Hình 1.1 Kiến trúc logic mạng thế hệ mới

lý

Lớp ứng dụng/ dịch vụ Lớp điều khiển Lớp truyền tải Lớp truy nhập

Các công nghệ chuyển mạch truyền thống trước kia không thoả mãn được đa phương tiện cũng như nhu cầu đa dịch vụ băng rộng trong tương lai trong khi đó việc ra đời các công nghệ chuyển mạch mới như IP, ATM (Asynchronous Tranfer Mode) hay chuyển mạch quang đang và sẽ tạo lên một triển vọng to lớn trong công nghệ chuyển mạch

Công nghệ IP: TCP/ IP là họ giao thức cung cấp các phương tiện liên kết các mạng nhỏ với nhau để tạo ra mạng lớn hơn gọi là liên mạng (Internetwork)

Hình 1.2 So sánh giao thức TCP/ IP với mô hình OSI Giao thức IP thực hiện truyền thông tin dưới dạng các đơn vị dữ liệu gọi

là Datagram Có hai loại khuôn dạng gói tin đó là IPv4 và IPv6, trong khi IPv4 đang trở lên lỗi thời và bộc lộ nhiều hạn chế thì sự ra đời của IPv6 là một bước phát triển tiếp theo trong công nghệ IP để có thể đáp ứng cho các yêu cầu mới

Công nghệ ATM: ATM là một hệ thống truyền dẫn thông tin dạng gói

đặc biệt sử dụng kiểu ghép kênh không đồng bộ Công nghệ ATM xuất hiện với mạng diện rộng, đa dịch vụ băng rộng, tốc độ cao ATM cũng chấp nhận loại dịch vụ kết nối trong đó kênh ảo được tạo ra để truyền các thông tin dịch

Phiên Trình diễn

Giao vận Mạng Ứng dụng

Liên kết Vật lý

Ứng dụng và dịch vụ

IP Liên kết dữ liệu và

vật lý

vụ ID kết nối được chỉ định khi thiết lập kênh và ID được giải phóng khi kết thúc kết nối

Về cơ bản, ATM được xem như kiểu chuyển giao thông tin dạng gói hay còn gọi là tế bào ATM Tế bào này luôn có cấu trúc cố định là 53 byte trong

đó có 5 bytes mào đầu và 48 bytes thông tin Việc thiết lập các kết nối (gồm các đường ảo và kênh ảo) đối với mạng ATM cũng giống như mạng chuyển mạch theo khe thời gian Khi nhận được yêu cầu nối, mạng ATM cần phải xác định rằng nó có thể thiết lập kết nối được không và ngoài ra những kết nối nào đã được chấp nhận thiết lập trên mạng

Công nghệ ATM có một ưu điểm hết sức nổi trội đó là chất lượng dịch

vụ, điều này đã được thể hiện ở các sản phẩm ứng dụng công nghệ này mang lại Tương phản với các giao thức định tuyến của công nghệ IP giao thức định tuyến ATM yêu cầu một chất lượng dịch vụ cao và nó thường được sử dụng khi xây dựng một tuyến truyền dẫn

Công nghệ MPLS: MPLS là công nghệ mới trong liên lạc IP, là sự cải

tiến của công nghệ IPoA (IP over ATM) truyền thống MPLS sử dụng chế độ tích hợp bởi vậy nó có các ưu điểm của ATM như tốc độ cao, chất lượng dịch

vụ (Quality of Service) đảm bảo,điều khiển luồng mềm dẻo cũng như độ mềm dẻo khả năng mở rộng của IP MPLS không những giải quyết được nhiều vấn

đề của mạng hiện tại mà còn hỗ trợ được nhiều chức năng mới, do đó có thể nói rằng MPLS là công nghệ mạng IP xương sống lý tưởng

Bằng cách áp dụng nhãn lớp 2 vào khung IP và đưa nó vào rìa MPLS - phần mạng nhận dạng, nhãn này tương ứng với việc thiết lập một tuyến đường qua mạng, MPLS tạo ra khả năng chuyển lưu lượng qua các định tuyến

IP mà trước đây gặp khó khăn tại mỗi phần đầu của IP trước khi chuyển sang chặng khác Bên cạnh đó tại thời điểm nhãn được đưa vào, các tham số kỹ thuật về lưu lượng được xác định trước có thể được lập trình vào phần cứng nhằm đảm bảo các mức của băng thông lưu lượng, điều khiển tắc nghẽn

Các công nghệ chuyển mạch cho mạng thế hệ mới có thể là IP, ATM, IP/ ATM hay MPLS, điều này tuỳ thuộc vào xu hướng triển khai của các nhà khai thác viễn thông Tuy nhiên nói chung là dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép thích ứng với nhiều tốc độ và loại hình dịch vụ khác nhau Song song với các công nghệ chuyển mạch trên, chuyển mạch quang đang trong giai đoạn nghiên cứu và trong tương lai sẽ có các chuyển mạch quang làm việc theo nguyên lý sau: Chuyển mạch quang phân chia theo không gian, chuyển mạch quang phân chia theo thời gian, chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

1.2.2 Công nghệ mạng truy nhập

Với nhu cầu truy nhập các dịch vụ tiên tiến yêu cầu chất lượng cao, thời gian đáp ứng dịch vụ tối ưu chi phí vận hành kinh tế thì quan điểm truyền thống về đường dây thuê bao đã có nhiều thay đổi Bên cạnh các phương pháp truy nhập đa kênh như TDM, FDMA, CDMA, SDMA người ta có thể kết hợp

sử dụng thêm các kỹ thuật khác

Trong xu hướng phát triển của mình, NGN sẽ tích hợp nhiều loại hình mạng truy nhập vào một môi trường truyền dẫn chung Điều đó sẽ tạo ra khả năng truy nhập hiệu quả nhờ các công nghệ tiên tiến:

Mạng truy nhập quang: Mạng đa truy nhập sử dụng kỹ thuật ghép bước sóng là mạng sử dụng bước sóng một cách hiệu quả bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang ở các bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang Mạng đa truy nhập sử dụng kỹ thuật ghép bước sóng (WDMA) được chia làm hai loại chính là: mạng WDMA đơn bước (hay gọi là mạng toàn quang) và WDM đa bước Trong khi đó các mạng đa truy nhập phân chia theo sóng mạng phụ (SCMA) được chia thành hai loại là mạng SCMA đơn kênh và mạng SCMA đa kênh

Mạng truy nhập vô tuyến: Những loại hình thông tin vô tuyến phát triển mạnh nhất hiện nay là thông tin vô tuyến cố định (WLL - Wireless Local Loop) và thông tin vô tuyến cố định

Các phương thức truy nhập cáp đồng xDSL (Digital Subcriber Line) điển hình là HDSL, ADSL

Xu hướng phát triển mạng truy nhập băng rộng: Trong mạng truy nhập băng rộng thì mục tiêu là các dịch vụ băng hẹp sẽ được kết hợp vào cùng một đường truy nhập các dịch vụ băng rộng, nhưng trong quá trình phát triển các dịch vụ này có thể được truy nhập riêng biệt

Truy nhập riêng biệt cho băng rộng: Theo phương pháp này các dịch vụ băng rộng được đưa tới khách hàng qua qua đường truy nhập riêng biệt tới tổng đài nội hạt ATM Như vậy sẽ không có sự ảnh hưởng nào đến các dịch

vụ mạng hiện tại

Hệ thống truy nhập kiểu ghép kênh: Phương pháp này sử dụng một luồng truy nhập băng rộng đơn nhất tới khách hàng để truyền tải đồng thời các dịch vụ băng hẹp và băng rộng Với kỹ thuật ghép kênh ATM tất cả các dịch vụ được truyền trên kênh ảo và mạch ảo ATM sau đó khi tới thuê bao thì các dịch vụ băng hẹp được tách ra

Truy nhập mục tiêu: Phương pháp này giúp cho khách hàng sử dụng đầy

đủ nhất thiết bị ATM của mình bằng cách tạo khả năng truy nhập ATM đầy

đủ vào một tổng đài ATM

1.2.3 Công nghệ truyền dẫn

Trong mạng thế hệ mới NGN công nghệ truy nhập được sử dụng ở đây

là SDH và WDM (Wavelength Division Multiplexing) nhờ các ưu điểm như khả năng hoạt động mềm dẻo, linh hoạt, thuận tiện cho khai thác và điều hành quản lý của chúng

Công nghệ SDH đã và đang được sử dụng rất rộng rãi và các tuyến truyền dẫn SDH vẫn đang được tiếp tục thiết lập theo đúng xu hướng của cấu trúc mạng mới do đó việc sử dụng các tuyến này sẽ giúp cho việc triển khai NGN có nhiều thuận lợi

Công nghệ WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách kết hợp một số tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài bước sóng khác nhau.Nhờ đó khả năng truyền dẫn của các tuyến trên mạng sẽ được tăng lên đáng kể, đáp ứng đầy đủ về mặt dung lượng cho mạng

Như vậy cần phát triển các hệ thống truyền dẫn công nghệ SDH và WDM, hạn chế sử dụng công nghệ PDH Đồng thời cần nghiên cứu phát triển các phương tiện truyền dẫn tin cậy, có như vậy việc hội tụ các mạng trên nền công nghệ gói mới có thể thực hiện được

 Các phương tiện truyền dẫn sử dụng trong NGN:

 Cáp quang:

- Sử dụng công nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo nên đường truyền dẫn tốc độ cao (n*155Mb/ s) Công nghệ này đã được sử dụng rộng rãi

ở nhiều nước cũng như ở Việt Nam

- Công nghệ WDM thực sự trở thành bước đột phá trong công nghệ truyền dẫn trên mạng quang với khả năng tốc độ lên tới 5Gb/ s, 10Gb/ s và 20Gb/ s

 Vô tuyến:

- Vi ba: trong hệ thống vi ba công nghệ SDH cũng được phát triển tuy nhiên do nhiều hạn chế về môi trường truyền sóng mà tốc độ không được cao

so với công nghệ truyền dẫn quang

- Vệ tinh: Nhờ sự phát triển của thông tin vệ tinh trong những năm gần đây mà các dịch vụ trên đó rất phát triển với đa dạng các loại hình: DTH tương tác, truy nhập Internet, các dịch vụ băng rộng…Ngoài các ứng dụng

phổ biến với nhu cầu thông tin quảng bá, viễn thông nông thôn, với sự kết hợp sử dụng công nghệ CDMA giúp tăng số lượng kênh truyền, thông tin vệ tinh sẽ đặc biệt phát triển trong những năm tới trong lĩnh vực thông tin di động, thông tin cá nhân, định vị…

 Cáp đồng:

- Đây là phương tiện truyền dẫn cơ bản trong mạng truy nhập, do những hạn chế của mình mà cáp đồng ngày nay ít được chú ý Với những công nghệ truy nhập mới ra đời như xDSL đã giúp khắc phục phần nào về tốc độ truyền dẫn nhưng lại hạn chế về khoảng cách truyền dẫn do vậy trong tương lai cáp đồng chỉ còn sử dụng trong những phạm vi nhỏ trong những vùng mạng truy nhập

1.3 Các thành phần chính trong cấu trúc mạng NGN

AXE

DX EWSD

WGW

SIP Terminals

SIP H.323

Web IVR AAA Directory

AXE

DX EWSD

WGW

SIP Terminals

SIP H.323

Web IVR AAA Directory

Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan tâm, nhƣng ở đây ta chỉ xem xét những thành phần chính thể hiện rõ nét sự tiên tiến của NGN so với mạng viễn thông truyền thống Đó chính là:

bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng: Chuyển đổi AD (Analog to Digital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hoá, tái tạo tín hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF

API DSP

Array

API DSP

Array

API DSP

Aggregator

Network Aggregator

Up Stream ( Packet Domain)

Media Gateway

Unit

API API

API DSP

Aggregator

Down Stream ( PSTN Domain )

Host CPU

API DSP

Array

API DSP

Array

API DSP

Array

API DSP

Array

API DSP

Aggregator

API DSP

Aggregator

Network Aggregator

Network Aggregator

Up Stream ( Packet Domain)

Media Gateway

Unit

API API

API DSP

Aggregator

API DSP

Aggregator

Down Stream ( PSTN Domain )

Host CPU

Hình 1.4 Cấu trúc của MG

 Media Gateway có các chức năng sau:

- Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP;

- Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP) duới

sự điều khiển của Media Gateway Controller (MG) Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho các dịch vụ này;

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

- Cung cấp khả năng thay nóng các Card T1 hay DSP;

- Có phần mềm Media Gateway dự phòng;

- Cho phép khả năng mở rộng Media Gateway về: Cổng (port), Card, các nút mà không làm thay đổi các thành phần

 Một Media Gateway có các đặc tính sau:

- Là một thiết bị vào ra đặc hiệu (I/ O);

- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các bản tin MGCP, thư viện DSP…

- Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (login);

- Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP), mở rộng một vài giao diện T1/ E1 với mạng TDM;

- Mật độ khoảng 120 port (DSO’s);

- Sử dụng Bus H.110 để đảm bảo tính linh động cho hệ thống nội bộ

1.3.2 Media Gateway Controller

MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch Nó 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 do chức năng điều khiển các bản tin

Hình 1.5 Chức năng của Media Gateway Controller

Hình 1.6 Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng NGN

Access session Manager K-F/A-F Media Server MS-F Application Server AS-F

Signalling Gateway

SG-F

Media Gateway MG-F

Media Gateway Conntroller

MGCP

MediaGateway controller

MediaGateway controller

Signalling Gateway

SS7

PSTN TDM/ATM

Non IP Network

Media Gateway

IP network

SIP ENUM/TRIP

SIP MGCP

MGCP

- Trao đổi các bản tin cơ bản giữa hai MG-F;

- Xử lý bản tin SS7 (khi sử dụng SIGTRAN);

- Xử lý bản tin liên quan đến QoS;

- Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu;

- Định tuyến (bao gồm bảng định tuyến, phân tích số và dịch số);

- Tương tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho người sử dụng;

- Có thể quản lý các tài nguyên mạng (port, băng tần,…);

- Có thể sử dụng các giao thức báo hiệu: H.323, SIP, MGCP, Megaco/ H.248, SIGTRAN, RTP, RTCP

 Các chức năng của Signalling Gateway:

- Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu;

- Truyền thông tin báo hiệu giữa Media Gateway Controller và Signalling Gateway thông qua mạng IP;

- Cung cấp đường dẫn truyền dẫn cho thoại, dữ liệu và các dạng dữ liệu khác (Thực hiện truyền dữ liệu là nhiệm vụ của Media Gateway);

- Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn thông

 Đặc tính hệ thống:

- Là một thiết bị vào ra I/ O;

- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các lộ trình;

- Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (logging), do

đó không yêu cầu dung lượng lớn;

- Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP);

- Để tăng hiệu xuất và tính linh động người ta sử dụng bus H.110 hoặc H.100;

- Yêu cầu độ sẵn sàng cao: nhiều SG, nhiều liên kết báo hiệu…

1.3.4 Media Server

Media Server là thành phần lựa chọn của Softswich, được sử dụng để xử

lý các thông tin đặc biệt Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu xuất cao nhất

 Các chức năng của một Media Server:

- Chức năng Voicemail cơ bản;

- Hộp thư Fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các bản tin ghi âm trước;

- Khả năng nhận dạng tiếng nói (nếu có);

- Khả năng hội nghị truyền hình (video conference);

- Khả năng chuyển thoại sang văn bản (Speech to text)

 Đặc tính hệ thống:

- Là một CPU, có khả năng quản lý lưu lượng bản tin MGCP;

- Lưu trữ các phương pháp thực hiện liên kết với DSP nội bộ hay lân cận;

- Cần dung lượng bộ nhớ lớn để lưu trữ các cơ sở dữ liệu, bộ nhớ đệm, thư viện;

- Dung lượng đĩa tương đối nhỏ;

- Quản lý hầu hết các lưu lượng IP nếu tất cả tài nguyên IP được sử dụng

để xử lý thoại;

- Sử dụng Bus H110 để tương thích với card DSP và MG;

- Độ sẵn sàng cao

1.3.5 Application Server/ Feature Server

Server đặc tính là một server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp Chính vì vậy mà ta còn gọi là Server ứng dụng thương mại

Vì hầu hết các Server này đều quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswitch về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng

Các dịch vụ cộng thêm có thể thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực hiện một cách độc lập Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các giao thức như SIP, H.323… Chúng thường độc lập với phần cứng Chức năng của Feature Server: xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông

 Một số ví dụ về các dịch vụ đặc tính:

- Hệ thống tính cước: Call Agent sử dụng các bộ CDR (Call Detail Record) Chương trình CDR có rất nhiều đặc tính, chẳng hạn khả năng ứng dụng tốc độ dựa trên loại đường truyền, thời điểm trong ngày…Dịch vụ này cho phép các khách hàng truy nhập vào bản tin tính cước của họ thông qua cuộc gọi thoại hay yêu cầu trang Web;

- H.323 Gatekeeper: Dịch vụ này hỗ trợ định tuyến thông qua các miền khác nhau Mỗi miền có thể đăng ký một số điện thoại và số truy nhập trung

kế với Gatekeeper thông qua giao thức H.323 Gatekeeper sẽ cung cấp dịch

vụ định tuyến cuộc gọi (và chuyển dịch sang dạng số) cho mỗi đầu cuối H.323 Gatekeeper còn có thể cung cấp điều khiển tính cước và quản lý băng thông cho Softswitch;

- VPN: Dịch vụ này sẽ thiết lập mạng riêng ảo cho khách hàng với các đặc tính: băng thông xác định (thông qua mạng thuê riêng tốc độ cao), đảm bảo QoS, nhiều tính năng riêng theo chuẩn, kế hoạch quay số riêng, bảo mật các mã thoại được truyền dẫn

Secondary Blade App

In Memory Data

Primary Blade App

In Memory Data

Secondary Blade App

In Memory Data

Primary Blade App

In Memory Data

Hot Standby Data Distribution

C-Plane Redundant Blades

Secondary Blade App

In Memory Data

Primary Blade App

In Memory Data

Secondary Blade App

In Memory Data

Primary Blade App

In Memory Data

Secondary Blade App

In Memory Data

Primary Blade App

In Memory Data

Primary Blade App

In Memory Data

Secondary Blade App

In Memory Data

Secondary Blade App

In Memory Data

Primary Blade App

In Memory Data

Primary Blade App

In Memory Data

Hot Standby Data Distribution

C-Plane Redundant Blades

Hình 1.7 Cấu trúc Server ứng dụng

- Đặt một vài cơ sở dữ liệu trong Server;

- Dung lƣợng đĩa lớn, tuỳ thuộc vào đặc tính của từng ứng dụng Ví dụ nhƣ dung lƣợng 100GB cho ngân hàng Voicemail;

- Giao diện Ethernet (với mạng IP) đƣợc thực hiện với đầy đủ khả năng

dự phòng

Chương 2 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG MẠNG NGN

Có thể nói chức năng điều khiển và báo hiệu cuộc gọi là phần cốt lõi của Softswitch Các chức năng này được thực hiện thông qua một loại các giao thức báo hiệu Trong mạng thế hệ sau NGN có các loại báo hiệu sau đây:

- Báo hiệu cuộc gọi: H.323, SIP;

- Báo hiệu giữa MGC - MG hay giữa MGC - Server: MGCP, Megaco/ H.248;

- Báo hiệu cho PSTN: SIGTRAN

Công nghệ truyền thoại trên mạng nền mạng IP (VoIP) phát triển mạnh

mẽ trong những năm gần đây Các chuẩn và mô hình báo hiệu khác nhau trong mạng VoIP lần lượt được sử dụng bắt đầu từ H.323 đến SIP và MGCP Mạng NGN kế thừa, tiếp tục sử dụng các chuẩn này Trong mạng NGN các cuộc gọi thoại đều là các cuộc gọi VoIP Các ứng dụng liên quan tới video cũng có thể sử dụng các chuẩn này

2.1 Giao thức báo hiệu cuộc gọi

2.1.1 H323

Khi đề cập đến điện thoại IP, tiêu chuẩn quốc tế thường được đề cập đến

là H.323 Được ban hành lần đầu tiên vào năm 1996 và gần đây nhất là vào 02/ 1998, khuyến nghị này hiện đang là một bản chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản về các sản phẩm thoại qua IP Tuy nhiên khuyến nghị H.323 rất chung chung nên

ít được coi là tiêu chuẩn cụ thể Trong thực tế, hoàn toàn có thể thiết kế một

hệ thống hoàn toàn thoại tuân thủ H.323 mà không cần đến IP Khuyến nghị này chỉ đưa ra yêu cầu về “giao diện mạng gói” tại thiết bị đầu cuối Có một chút đặc biệt là H.323 dự định giành cho X.25, sau đó là ATM, nhưng giờ đây lại là Internet và TCP/ IP

Theo tiêu đề của ITU-T cho H.323: “Hệ thống truyền thông đa phương tiện dựa trên công nghệ gói”, H.323 thực tế đã mô tả cách thức của hệ thống kết nối là những hệ thống có nhiều khả năng hơn ngoài khả năng truyền và nhận tín hiệu audio thoại Người ta hi vọng rằng các hệ thống truyền thông đa phương tiện này có thể hỗ trợ cho ngành viến thông và có thể hỗ trợ cho các ứng dụng video như Teleconferencing và Data-conferencing hoặc truyền file Mặc dù H.323 có nhiều công dụng hơn nhưng trọng tâm chính của thị trường đối với khuyến nghị này là khả năng audio để thực hiện thoại IP

2.1.1.1 Cấu trúc của H.323

Vì VoIP chỉ sử dụng một phần cấu trúc H.323 nên sẽ rất tốt nếu ta xem xét cấu trúc H.323 một cách hoàn chỉnh trước khi khai thác một phần của H.323 được sử dụng trong mạng VoIP Cấu trúc H.323 có thể được sử dụng ở LAN hoặc ở mạng gói diện rộng Bất kỳ một mạng gói không đủ tin cậy (không có đảm bảo về chất lượng dịch vụ), hoặc có độ trễ cao đều có thể sử dụng H.323

User Agent

Circuit Switching Network

Control Unit

Gateway Packet Based Network

Hình 2.1 Mạng H.323

H.323 định nghĩa 4 thành phần chính trong hệ thống giao tiếp: Terminal, Gateway, Gatekeeper và MCU (bộ điều khiển đa điểm)

Terminal (đầu cuối): Là các điểm đầu cuối trong mạng LAN Terminal đơn thuần là máy tính cá nhân hoặc một thiết bị độc lập nào đó hỗ trợ giao tiếp hai chiều thời gian thực với các máy trạm khác qua thoại và dữ liệu Mỗi Termial phải đảm bảo tính tương thích với các loại mạng khác nhau;

Gateway (cổng truyền thông): Một Gateway cung cấp khả năng kết nối giữa một mạng H.323 với các mạng khác Ví dụ như: Một gateway có thể kết nối liên lạc giữa một đầu cuối H.323 với các mạng SCN (SCN gồm các mạng chuyển mạch thoại như kiểu PSTN) Khả năng kết nối các mạng khác nhau này được thực hiện bởi việc phiên dịch giao thức cho việc thiết lập và giải phóng cuộc gọi bằng việc chuyển đổi các định dạng truyền thông giữa các mạng khác nhau và bằng việc trao đổi thông tin giữa các mạng mà kết nối bởi Gateway Tuy nhiên việc kết nối giữa các đầu cuối H.323 sẽ không đòi hỏi sự

có mặt của một Gateway;

Gatekeeper (giám sát cổng truyển thông):Một miền H.323 (zone) trên cơ

sở mạng IP là tập hợp của tất cả các đầu cuối Trong đó, mỗi đầu cuối được gán với một bí danh Mỗi miền được quản trị bởi một Gatekeeper duy nhất, là trung tâm đầu não, đóng vai trò giám sát mọi hoạt động trong miền đó Đây là thành phần tuỳ chọn trong hệ thống VoIP theo chuẩn H.323 Tuy nhiên nếu có mặt GateKeeper trong mạng thì các đầu cuối H.323 và các Gateway phải hoạt động theo các dịch vụ của Gatekeeper đó Mọi thông tin trao đổi của Gatekeeper đều được định nghĩa trong RAS Mỗi người dùng tại đầu cuối được Gatekeeper gán cho một mức ưu tiên duy nhất Mức ưu tiên này rất cần thiết cho cơ chế báo hiệu cuộc gọi mà cùng một lúc nhiều người sử dụng H.323 định nghĩa cả những tính chất bắt buộc tối thiểu phải có cho Gatekeeper và các đặc tính tùy chọn

Gatekeeper hoạt động ở hai chế độ:

- Chế độ trực tiếp: Gatekeeper chỉ có nhiệm vụ cung cấp địa chỉ đích mà không tham gia vào các hoạt động kết nối khác;

- Chế độ chọn đường: Gatekeeper là thành phần trung gian, chuyển tiếp mọi thông tin trao đổi giữa các bên

MCU (đơn vị điều khiển đa điểm-Multipoint Control Unit): Cung cấp chức năng hội thoại với số bên tham gia lớn hơn 3 Nó phối hợp các phương thức giao tiếp của các bên tham gia bà cung cấp các đặc trưng thuộc âm thanh

và hình ảnh (nếu cần) cho các Terminal

MCU bao gồm hai thành phần:

- Bộ điều khiển đa điểm (Multipoint Controller- MC) có nhiệm vụ thiết lập và quản lý hội thoại nhiều bên qua H.245 MC có thể được đặt trong Gatekeeper, Gateway, Terminal hoặc MCU;

- Bộ xử lý đa điểm (Multipoint Processor-MP): đóng vai trò tín hiệu, phân kênh và lưu chuyển dòng bit quá trình giao tiếp giữa các bên tham gia hội thoại

Đối với MCU tập trung thì có đầy đủ MC và MP Đối với MCU phân quyền thì chỉ còn các chức năng của MC Sự khác biệt là ở chỗ trong hội thoại phân quyền các bên trao đổi trực tiếp với nhau mà không cần thông qua MCU Ngoài ra, người ta có thể kết hợp giữa hai loại này tạo thành MCU lai ghép

2.1.1.2 Thiết lập và hủy cuộc gọi H.323

Báo hiệu trong H.323 là một quá trình thực sự phức tạp Nếu xem xét một cách chi tiết thì cuộc gọi giữa hai đầu cuối H.323 được thiết lập như sau:

- Trước hết cả hai phải đã được đăng ký tại Gatekeeper;

- Đầu cuối A gửi yêu cầu tới Gatekeeper đề nghị thiết lập cuộc gọi;

- Đầu cuối A gửi bản tin SETUP tới đầu cuối B;

- Đầu cuối B trả lời bằng bản tin Call Proceeding và đồng thời liên lạc với Gatekeeper để xác nhận quyền thiết lập cuộc gọi;

- Đầu cuối B gửi bản tin Alerting và Connect;

- Hai đầu cuối trao đổi một số bản tin H.245 để xác định chủ tớ, khả năng xử lý của đầu cuối và thiết lập kết nối RTP;

H.245 messages over call control channel

H225 RAS Messages over RAS channel

H.225/Q.931 ( optional )

H.245 messages ( optional ) H.245 messages ( optional )

H.245 messages over call control channel

H225 RAS Messages over RAS channel

H.225/Q.931 ( optional )

H.245 messages ( optional ) H.245 messages ( optional )

Hình 2.2 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói

và mạng PSTN Đây là trường hợp cuộc gọi điểm - điểm đơn giản nhất, khi mà báo hiệu cuộc gọi không được định tuyến tới Gatekeeper H.323 còn hỗ trợ nhiều kịch bản thiết lập cuộc gọi phức tạp khác

2.1.2 SIP

ITU-T không phải là tổ chức tiêu chuẩn duy nhẩt đưa ra kế hoạch thiết lập kết nối thoại IP và đóng gói audio Hơn hẳn bất kỳ một tổ chức quản lý các chuẩn mực Internet, IETF (Internet Engineering Task Force) cũng có những yêu cầu của mình đối với hệ thống VoIP và gọi đó là “Giao thức điều khiển phiên” - SIP (Session Initiation Protocol)

SIP là giao thức báo hiệu tầng ứng dụng cho việc khởi tạo, thay đổi và kết thúc các phiên media, bao gồm các cuộc gọi thoại internet và hội nghị đa phương tiện Cũng như H.323, nó dựa trên kiến trúc phân tán

SIP trên ý tưởng và cấu trúc của HTTP (Hypertext Tranfer Protocol), giao thức trao đổi thông tin của World Wide Web Nó được định nghĩa như một giao thức Client-Server, trong đó các yêu cầu được bên gọi (Client) đưa

ra và bên bị gọi (Server) trả lời SIP sử dụng một số kiểu bản tin và một số trường mào đầu vủa HTTP, xác định nội dung luồng thông tin kiểu mào đầu thực thể và cho phép xác nhận các phương pháp sử dụng giống nhau được sử dụng trên Web SIP định nghĩa các bản tin INVITE và ACK giống như bản tin Setup và Connect trong H.225, trong đó cả hai đều định nghĩa quá trình

mở một kênh đáng tin cậy mà thông qua đó cuộc gọi có thể đi qua Tuy nhiên khác với H.225, độ tin cậy của kênh này không phụ thuộc vào TCP Các nhà

đề xuất SIP kiến nghị rằng việc tích hợp độ tin cậy vào lớp ứng dụng này cho phép kết hợp một cách chặt chẽ các giá trị điều chỉnh để ứng dụng, có thể tối

ưu hoá VoIP hơn là phụ thuộc vào những giá trị chung chung của TCP Cuối cùng SIP dựa vào giao thức mô tả phiên SDP, một tiêu chuẩn khác của IETF,

để thực hiện sự sắp xếp tương tự như cơ cấu chuyển đổi dung lượng của H.245 SDP được dùng để nhận dạng mã tổng đài hay sử dụng để chuyển các phần tử thông tin của các giao thức báo hiệu thời gian thực RTSP để sắp xếp các tham số hội nghị đa điểm và định nghĩa khuôn dạng chung cho nhiều loại thông tin khi được chuyển trong SIP

Theo định nghĩa của IETF, SIP là giao thức báo hiệu lớp ứng dụng mô tả việc khởi tạo thay đổi và huỷ các phiên kết nối tương tác đa phương tiện giữa những người sử dụng SIP có thể sử dụng cho rất nhiều dịch vụ khác nhau trong mạng IP như dịch vụ thông điệp, thoại, hội nghị truyền thoại, e-mail, giáo dục từ xa, quảng bá (MPEG, MP3 ) truy nhập HTM, XML, hội nghị

là một máy điện thoại SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP Proxy Server là phẩn mềm trung gian hoạt động cả như Server và Client

để thực hiện các yêu cầu thay mặt các đầu cuối khác Tất cả các yêu cầu được

xử lý tại chỗ bởi Proxy Server nếu có thể, hoặc được chuyển cho các máy chủ khác Trong các trường hợp Proxy Server không trực tiếp đáp ứng các yêu cầu này thì Proxy Server sẽ thực hiện khâu chuyển đổi hoặc dịch sang các khuôn dạng thích hợp trước khi chuyển đi

Location Server là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp các thông tin về những vị trí có thể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy Server và Redirect Server,

Redirect Server là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ IP sang một số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Không giống như Proxy Server, Redirect Server không bao giờ hoạt động như một đầu cuối, tức là

không gửi đi bất kỳ một yêu cầu nào Redirect Server cũng không nhận hoặc huỷ cuộc gọi

Registrar Server là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký REGISTER Trong nhiều trường hợp Registrar Server được cài đặt cùng với Proxy hoặc Redirect Server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao Mỗi lần đầu cuối được bật lên (thí dụ như là máy ĐT hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng

kí với Server Nếu đầu cuối cần thông báo cho Server về địa điểm của mình thì bản tin REGISTER cũng được gửi đi Nói chung các đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ

 Giao thức SIP được thiết kế với những tiêu chí sau:

- Tích hợp với các giao thức đã có của IETF: RSVP (Resource Reservation Protocol) giao thức lưu trữ tài nguyên mạng, RTP (Realtime Tranfer Protocol) giao thức giao vận dữ liệu thời gian thực, RTSP (Real Time Streaming Protocol) giao thức kiểm soát luồng dữ liệu, SAP (Session Advantisement Protocol) giao thức quảng cáo trong phiên kết nối, SDP (Session DescrIPtion Protocol) Giao thức mô tả phiên kết nối đa phương tiện, MIME (Multipurpose Internet Protocol) giao thức thư điện tử, HTTP (Hypertext Transfer Protocol) giao thức truyển tải siêu văn bản;

- Đơn giản và có khả năng mở rộng: SIP có rất ít bản tin, không có các chức năng thừa nhưng SIP có thể sử dụng thiết lập những phiên kết nối phức tạp như hội nghị Đơn giản, gọn nhẹ, dựa trên khuôn dạng text, SIP là giao thức ra đời sau và đã khắc phục được điểm yếu của nhiều giao thức trước đây, Các phần mềm Proxy Server, Registrả Server, Redirect Server, Location Server…có thể chạy trên các máy chủ khác nhau và việc cài đặt thêm máy chủ hoàn toàn không ảnh hưởng đến các máy chủ đã có Chính vì thế hệ thống chuyển mạch SIP có thể dễ dàng nâng cấp;

- Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối: Do có Proxy Server, Registrar Server, Redirect Server hệ thống luôn nắm được địa điểm chính xác của các

thể nhận đƣợc cuộc gọi hay thông điệp ở bất cứ địa điểm nào qua bất cứ đầu cuối nào nhƣ máy tính để bàn, máy tính xách tay, điện thoại SIP…Với SIP rất nhiều dịch vụ di động mới đƣợc hỗ trợ nhƣ presence (biết trạng thái của đầu cuối) và call forking;

- Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và các dịch vụ mới: Là giao thức khởi tạo phiên trong mạng chuyển mạch gói, SIP cho phép tạo ra những tính năng mới hay dịch vụ mới một cách nhanh chóng Call Processing Language (CPL) và Common Gateway Interface (CGI) là một số công cụ để thực hiện điều này SIP hỗ trợ các dịch vụ thoại nhƣ waiting, call forwarding,

call blocking…, hỗ trợ thông điệp thống nhất…

2.1.2.2 Thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP

Các bản tin SIP, mào đầu và đánh số:

INVITE - Bắt đầu thiết lập cuộc gọi bằng cách gửi bản tin mời đầu cuối khác tham gia

ACK - Bản tin này khẳng định Client đã nhận đƣợc bản tin trả lời bản tin INVITE

BYE - Bắt đầu kết thúc cuộc gọi

CANCEL - Huỷ yêu cầu đang nằm trong hàng đợi

REGISTER - Đầu cuối SIP sử dụng bản tin này để đăng ký với Registar Server

OPTION - Sử dụng để xác định năng lực của Server

INFO - Sử dụng để tải các thông tin nhƣ tone DTMF

Giao thức SIP có nhiều đặc điểm trùng hợp với giao thức HTTP Các bản tin trả lời các bản tin SIP nêu trên gồm có:

5xx - Sự cố của Server

6xx - Sự cố toàn mạng

Các bản tin SIP đều có khuôn dạng text, tương tự như HTTP Mào đầu của bản tin SIP cũng tương tự như HTTP và SIP cũng hỗ trợ MIME (một số chuẩn về e-mail) Sau đây là thí dụ về mào đầu của bản tin SIP:

-

SIP Header

-

INVITE SIP:5120@192.168.36.180 SIP/ 2.0

Via: SIP/ 2.0/ UDP 192.168.6.21:5060

- Đăng ký, khởi tạo và định vị đầu cuối;

- Xác định Media của cuộc gọi, tức là mô tả phiên mà đầu cuối được mời tham dự;

- Xác nhận mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay không Phía bị gọi phải gửi bản tin xác nhận chấp thuận cuộc gọi hoặc từ chối;

- Thay đổi hay điều khiển cuộc gọi (thí dụ như chuyển cuộc gọi);

- Huỷ cuộc gọi

2.2 Giao thức báo hiệu giữa MGC - MG

Giao thức MGCP được sử dụng để điều khiển các Gateway thoại từ thiết

bị điều khiển cuộc gọi bên ngoài được gọi là Media Gateway Controller hay Call Agent Gateway thoại là phần tử mạng thực hiện sự chuyển đổi tín hiệu audio trong các kênh thoại thành các gói dữ liệu (thường là các gói IP trong mạng IP)

Trunking Gateway là giao diện giữa mạng thoại thông thường và mạng VoIP Loại Gateway này có khả năng kết nối với một số lượng lớn các kênh thoại

MGCP là giao thức trong đó “sự thông minh” trong việc điều khiển cuộc gọi nằm bên ngoài các Gateway, nó là giao thức kiểu master/ slave trong đó các Gateway phải có trách nhiệm thực thi các lệnh từ Call Agent

2.2.1.2 Thiết lập và hủy cuộc gọi trong MGCP

Việc thiết lập và giải tỏa cuộc gọi MGCP thông thường giữa 2 thuê bao PSTN kết nối với các tổng đài sử dụng CCS7 để báo hiệu được mô tả trong hình 2.4, như sau:

- Thuê bao PSTN bên A (chủ gọi) nhấc máy, quay số rồi gửi các chữ số địa chỉ thuê bao bị gọi này tới tổng đài (bên chủ gọi - bên A);

- Tổng đài bên A sau khi nhận song địa chỉ thuê bao bị gọi (bên B), tạo

ra bản tin ISUP IAM (Initial address message) để gửi cho Signaling Media

Gateway Controller / Media Gateway Controller (MGC) để chính thức đặt vấn đề kết nối với thuê bao bị gọi (1);

- MGC gửi cho Media Gateway (MG) bên A bản tin MGCP CRCX -

“Createconnection” (2);

- MG bên A trả lời bằng bản Resp - “Response” (3);

- MGC gửi cho tổng đài bên B (bị gọi) bản tin ISUP IAM (4);

- MGC gửi tiếp bản tin MGCP CRCX cho MG bên B (5);

- MG bên B trả lời bằng bản tin Resp (6);

- MGC gửi cho MG bên A bản tin MGCP MDCX - “Modifyconnection” (7);

- MG bên A trả lời bằng bản Resp (8);

- MGC gửi cho MG bên B bản tin ISUP COT (Continuity message) để báo cáo kết quả kiểm tra tính liên tục (được yêu cầu trong bản tin IAM) trên một mạch (kênh B được chọn) (9);

- Tổng đài bên B gửi cho MGC bản tin ISUP ACM (hoàn tất việc nhận địa chỉ) đồng thời rung chuông cho thuê bao B (10);

- MGC chuyển cho tổng đài bên A bản tin ISUP ACM này (11);

- Sau khi thuê bao B nhấc máy, tổng đài bên B gửi cho MGC bản tin ISUP ANM (Answer message) thông báo việc nhấc náy này (12);

- Bản tin ANM này lại được MGC chuyển cho tổng đài bên A và hai bên thuê bao A và B có thể bắt đầu đàm thoại (13);

 Dưới đây là thủ tục giải tỏa cuộc nối MGCP giữa 2 thuê bao A và B khi một trong hai bên giả sử bên B đặt máy;

- Tổng đài bên B gửi bản tin ISUP REL cho MGC yêu cầu giải tỏa cuộc nối (1);

- MGC sau đó gửi bản tin REL này cho tổng đài bên A (2);

- MGC gửi bản tin MGCP DLCX “Deleteconnection”cho MG bên B để thông báo yêu cầu MG giải tỏa cuộc nối (3);

- MG bên B gửi trả lại bản tin MGCP Resp (4);