Tài liệu Công nghệ chuyển mạch mềm (softswitch) trong mạng thế hệ sau

Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................................. 1  CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................................................. 4  LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................ 7  CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN........................................................................ 9  I.  Mạng viễn thông ngày nay, ưu và nhược điểm. ............................................................. 9  I.1.  Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt .......................................................... 9  I.2.  Không có sự phân biệt dịch vụ ................................................................................. 9  I.3.  Những giới hạn trong phát triển mạng .................................................................. 10  I.4.  Khó khăn trong triển khai dịch vụ.......................................................................... 10  II.  Nhu cầu và xu hướng viễn thông trong giai đoạn hiện nay .......................................... 10  II.1.  Nhu cầu ............................................................................................................... 10  II.2.  Xu hướng phát triển ............................................................................................ 11  III.  Giải pháp thay thế cho mạng PSTN hiện tại. ............................................................. 12  IV.  Sự hình thành mạng NGN – Next Generation Network ............................................ 14  CHƯƠNG II – CẤU TRÚC MẠNG NGN .............................................................................. 17  I.  Mô hình phân lớp và các mặt phẳng trong mạng NGN................................................ 17  I.1.  Mô hình phân lớp ................................................................................................... 17  I.1.1.  Lớp truyền thông (Transport Plane)................................................................ 17  I.1.2.  Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane)...... 18  I.1.3.  Lớp ứng dụng và dịch vụ ................................................................................ 18  I.1.4.  Lớp quản lý (Management Plane) ................................................................... 18  I.2.  Mô hình mặt phẳng của NGN ................................................................................ 19  II.  Các phần tử trong mạng NGN ...................................................................................... 19  II.1.  Thiết bị Softswitch. ............................................................................................. 19  II.2.  Cổng truyền thông (Media Gateway) ................................................................. 20  II.3.  Cổng truy nhập (Access Gateway) ..................................................................... 20  II.4.  Cổng báo hiệu (Signaling Gateway) .................................................................. 20  II.5.  Mạng trục IP....................................................................................................... 21  III.  Softswitch – công nghệ chuyển mạch mềm............................................................... 21  III.1.  Công nghệ Softswitch theo quan điểm của một số nhà phát triển...................... 21  III.2.  Khái niệm Softswitch .......................................................................................... 23  III.3.  Những lợi ích của Softswitch .............................................................................. 24  CHƯƠNG III – ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA CÔNG NGHỆ SOFTSWITCH ................... 27  I.  Mô hình kiến trúc mạng thế hệ sau NGN và các chức năng của Softswitch................ 27  I.1.  Kiến trúc mạng NGN .............................................................................................. 29  I.2.  Các giao thức điều khiển và báo hiệu trong mạng NGN ....................................... 29  I.2.1.  Megaco/H.248................................................................................................. 30  1 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  I.2.2.  BICC ............................................................................................................... 31  I.2.3.  SIP ................................................................................................................... 32  I.2.4.  MGCP: Media Gateway Control Protocol ...................................................... 32  I.2.5.  Chồng giao thức H.323 ................................................................................... 33  II.  Báo hiệu SS7 trong mạng PSTN .................................................................................. 39  II.1.  Các MTP ............................................................................................................. 42  II.2.  ISUP – Phần ứng dụng ISDN ............................................................................. 42  II.3.  Giao thức điều khiển kết nối báo hiệu – SCCP .................................................. 42  II.4.  Phần ứng dụng khả năng giao dịch – TCAP ...................................................... 43  III.  Liên kết báo hiệu giữa mạng SS7 và Chuyển mạch mềm ......................................... 43  III.1.  Giao thức SIGTRAN (SIGnaling TRANsport) .................................................... 43  III.2.  Các giao thức hỗ trợ truyền bản tin SS7 qua mạng IP trong SIGTRAN ............ 45  III.2.1.  Giao thức M2UA (MTP2 User Adaptation Layer) ..................................... 45  III.2.2.  Giao thức M2PA (MTTP2 User Peer-to-Peer Adaptation Layer) .............. 46  III.2.3.  M3UA (MTP level 3 User Adaptation Layer) ............................................ 47  III.2.4.  Truyền tải SCCP qua mạng IP .................................................................... 49  IV.  Các mô hình giao tiếp dịch vụ và phát triển ứng dụng trong hệ thống Chuyển mạch mềm 52  IV.1.  IN trong mạng PSTN .......................................................................................... 53  IV.1.1.  Giới thiệu mạng IN ..................................................................................... 53  IV.1.2.  Kiến trúc IN................................................................................................. 54  IV.2.  Mô hình Parlay và JAIN ..................................................................................... 57  IV.2.1.  Giới thiệu chung về Parlay và JAIN ........................................................... 57  IV.2.2.  Parlay API và JAIN API ............................................................................. 58  IV.2.3.  Nền tảng phát triển dịch vụ viễn thông của Sun Microsystem ................... 61  V.  Giao tiếp dịch vụ qua H323 và SIP .............................................................................. 62  V.1.  SIP với vai trò kết nối dịch vụ ................................................................................ 62  V.2.  Sử dụng SIP cho giao tiếp dịch vụ trong chuyển mạch mềm ................................. 62  CHƯƠNG IV– SẢN PHẨM VÀ GIẢI PHÁP SOFTSWITCH CỦA SIEMENS ................... 66  I.  Giải pháp SURPASS và dòng sản phẩm hiQ của Siemens .......................................... 66  I.1.  hiQ 9200 Softswitch ............................................................................................... 67  I.2.  hiQ 4000 Open Service Platform ........................................................................... 68  I.3.  hiQ 10 Radius Server ............................................................................................. 68  I.4.  hiQ 6200 SIP Server............................................................................................... 69  II.  Softswitch hiQ 9200 ..................................................................................................... 69  II.1.  Call Feature Server – CFS ................................................................................. 69  II.2.  Mạng thông tin bên trong hiQ (Internal Communication Network) .................. 71  II.3.  Packet Manager PM ........................................................................................... 71  II.4.  Cổng báo hiệu (Signaling Gateway – SG) ......................................................... 71  2 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  II.5.  OAM&P Agent (thành phần hỗ trợ khai thác, quản lý, bảo dưỡng, giám sát hệ thống) 72  III.  Một số ứng dụng triển khai trên cơ sở giải pháp SURPASS của Siemens ................ 72  III.1.  Trung kế ảo (Virtual Trunking –VT) .................................................................. 72  III.2.  Chuyển mạch nội hạt (Packet Local Switch) ...................................................... 73  III.3.  Thoại băng rộng (VoBB – Voice over Broadband) ............................................ 74  IV.  Kết luận ...................................................................................................................... 76  KẾT LUẬN .............................................................................................................................. 77  TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 79  3 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AAA Authentication, Accounting Authorization, Xác thực thuê bao, xác thực dịch vụ, tính cước AAL ATM Adaption Layer Lớp tương thích ATM ACM Address Complete Message Bản tin hoàn tất địa chỉ ANM Answer Message Bản tin trả lời API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền đồng bộ BCF Bearer Control Function Chức năng điều khiển kênh mang BICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập với kênh mang BIWF Bearer Inter Working Function Chức năng làm việc liên mạng kênh mang BNC Backbone Network Connection Kết nối mạng xương sống CS Capability Set Tập khả năng CSF Call Service Function Chức năng dịch vụ cuộc gọi DSLAM Digital Subscriber Line Access Bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê Multiplexer bao số GK Gatekeeper GSN Gate Service Node GW Gateway IAD Intergrated Access Device Thiết bị truy nhập tích hợp IAM Initial Address Message Bản tin khởi tạo địa chỉ IN Intelligent Network Mạng thông minh IP Internet Protocol Giao thức Internet ISN Interface Serving Node Điểm phục vụ giao diện ISP Interface Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ISUP ISDN User Part Phần đối tượng người sử dụng mạng tích hợp đa dịch vụ ITU International Telecommunications Hiệp hội viễn thông quốc tế Điểm dịch vụ cổng 4 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  Union LAN Local Area Network Mạng cục bộ LE Local Exchange Tổng đài nội hạt M2PA MTP2-User Adaptation Layer M2UA MTP2-User Adaptation layer Lớp tương thích người sử dụng MTP2 M3UA MTP3-User Adaptation layer Lớp tương thích người sử dụng MTP3 MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển thuê bao MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển Gateway truyền thông MP Multipoint Processor Bộ xử lý đa điểm MTP Message Transfer Part Phần truyền dẫn bản tin NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau OAM&P Operation, Administration, Vận hành, quản trị, bảo dưỡng và giám Maintainance, and Performance sát hoạt động PBX Private Branch eXchange Tổng đài nhánh dành riêng POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ điện thoại truyền thống PRI Primary Rate Interface Giao diện tốc độ cơ bản PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại công cộng QoS Quality of Sevice Chất lượng dịch vụ RAS Registration,Admision,Status Đăng ký, Cho Phép, Trạng Thái RAS Remote Access Server Máy chủ truy cập từ xa RTCP Real-Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thực RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức truyền vận thời gian thực SCCP Signal Connection Control Part Phần ứng dụng điều khiển kết nối báo hiệu SCN Switch Circuit Network Mạng chuyển mạch kênh SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ SCTP Stream Control Peer-to-Peer Lớp tương thích ngang hàng người sử dụng MTP2 Transport Giao thức truyền vận điều khiển luồng 5 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  Protocol SDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên SIGTRAN Signalling Transport Truyền vận báo hiệu SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SS7 Signalling System 7 Hệ thống báo hiệu số 7 SSP Service Switching Point Điểm chuyển mạch dịch vụ STP Signalling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệu SUA SCCP-User Adaptation layer Lớp tương thích người sử dụng SCCP SUS SUSpend Ngừng SWN Switch Node Điểm chuyển mạch TCAP Transaction Application Part TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn ToS Type of Service Kiểu dịch vụ TSN Transit Serving Node Điểm dịch vụ chuyển tiếp UAC User Agent Client Máy khách tác nhân người sử dụng UAS User Agent Server Bộ phục vụ tác nhn người sử dụng VoIP Voice over IP Thoại trên gio thức IP Capabilities Phần ứng dụng khả năng giao dịch 6 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  LỜI NÓI 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, các nhà nghiên cứu thị trường viễn thông mà còn tới nhiều người trong lĩnh vực khác của xã hội. Phương thức mà con người trao đổi thông tin, giao tiếp với nhau, kinh doanh với nhau đang dần thay đổi cùng với nền công nghiệp viễn thông. Các đường điện thoại giờ đây không chỉ còn mang thông tin thoại mà còn truyền cả số liệu và video. Lưu lượng thông tin số liệu hiện đã vượt xa lưu lượng thông tin thoại trên và vẫn tăng không ngừng với tốc độ tăng gấp 10 lần tốc độ tăng lưu lượng thông tin thoại. Chuyển mạch kênh, vốn là đặc trưng của PSTN truyền thống trong suốt thế kỷ qua đã không còn thích hợp nữa và đang nhường bước cho chuyển mạch gói trong mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network). Mạng thế hệ sau là mạng của các ứng dụng mới và các khả năng mang lại lợi nhuận mà chỉ đòi hỏi giá thành thấp. Đó không chỉ là mạng phục vụ truyền số liệu mà là một mạng thống nhất mang lại những ứng dụng cao cấp cho đời sống xã hội. Mạng NGN có nhiều thay đổi về mặt cấu trúc so với mạng viễn thông cũ, trong đó nổi bật là việc tách riêng các dịch vụ với các mạng, cho phép đưa chúng ra một cách riêng biệt và được phát triển độc lập. NGN cho phép cung cấp các dịch vụ cũ và mới không phụ thuộc vào mạng và kiểu truy nhập đang sử dụng. Trái tim của mạng NGN là Softswitch. Softswitch thực hiện việc báo hiệu và điều khiển chứ không thực hiện việc chuyển mạch cho các cuộc gọi. Nó điều khiển các cuộc gọi theo mô hình cuộc hay còn gọi là cuộc gọi logic, tách việc thiết lập và điều khiển cuộc gọi ra khỏi việc truyền dẫn. Nó cung cấp giao diện lập trình cho các mặt phẳng ứng dụng để dễ dàng tạo ra các dịch vụ mới và nó điều khiển mạng truyền dẫn để thực hiện cuộc gọi. Do vai trò quan trọng của Softswitch nên việc tìm hiểu về nó sẽ giúp chúng ta có thể hiểu hơn về mạng NGN – một mạng đang được triển khai mạnh trong thực tế. Trên cơ sở tích lũy được trong thời gian học cao học tại Đại học Mở Hà Nội và được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy PGS-TS Phạm Minh Việt đã giúp em hoàn thành luận văn: “Công nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch) trong mạng thế hệ sau”. Nội dung luận văn bao gồm 4 phần: 1. Chương I: Đặc điểm mạng viễn thông ngày nay, xu hướng phát triển của mạng viễn thông trong tương lai: NGN 2. Chương II: Trình bày mô hình, cấu trúc cơ bản của mạng NGN, các phần tử trong mạng NGN. Chương II cũng đề cập đến khái niệm Softswitch và vai trò của Softswitch trong mạng NGN 7 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  3. Chương III: Đi vào tìm hiểu các đặc điểm của công nghệ Softswitch. Trong chương này tập trung vào vai trò báo hiệu của Softswitch trong mạng NGN. Trong chương này cũng chỉ ra một số mô hình giao tiếp dịch vụ và phát triển ứng dụng trong hệ thống chuyển mạch mềm, xu hướng phát triển. 4. Chương IV: Lựa chọn dòng sản phẩm SURPASS của Siemens làm hướng nghiên cứu chủ đạo, trong đó đi sâu vào nghiên cứu san rphẩm Softswitch hiQ9200. Từ đó chỉ ra các ứng dụng, dịch vụ đã, đang và có thể triển khai trên mạng NGN tại Việt Nam. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS-TS Phạm Minh Việt cùng các thầy cô giáo trong khoa Điện tử viễn tử viễn thông trường Đại học Mở Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này. 8 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN I. Mạng viễn thông ngày nay, ưu và nhược điểm. Hiện nay cơ sở hạ tầng chuyển mạch viễn thông công cộng bao gồm rất nhiều mạng, công nghệ và các hệ thống khác nhau, trong đó hệ thống chuyển mạch kênh sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM – Time Division Multiplex) đã phát triển khá toàn diện về dung lượng, chất lượng và quy mô mạng lưới. Mạng PSTN ngày nay nói chung đáp ứng được rất tốt nhu cầu dịch vụ thoại của khách hàng. Tuy nhiên, trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ thoại còn có nhiều vấn đề chưa được giải quyết một cách thực sự thỏa đáng, chưa nói đến những dịch vụ mới khác. Trong mạng chuyển mạch kênh ngày nay, chỉ có các khách hàng cỡ vừa và lớn được hưởng lợi từ sự cạnh tranh trong thị trường dịch vụ viễn thông, họ có thể thuê một số luồng E1 để đáp ứng nhu cầu của mình. Các khách hàng doanh nghiệp nhỏ, tầm 16 line trở xuống được hưởng rất ít ưu đãi. Trong khi đó thì trường các khách hàng nhỏ mạng lại lợi nhuận khá lớn cho các nhà khai thác dịch vụ. Các nhà khai thác vẫn thu được rất nhiều từ các cuộc gọi nội hạt thời gian ngắn, từ các các cuộc gọi đường dài, và từ các dịch vụ tùy chọn khác như Voicemail… Hiện nay, tất cả các dịch vụ thoại nội hạt đều được cung cấp thông qua các tổng đài nội hạt theo công nghệ chuyển mạch kênh do vẫn chưa có giải pháp nào khác thay thế. Điều này gây cản trở đối với sự phát triển của dịch vụ, bởi những nguyên nhân chính sau đây: I.1. Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt Thị trường thiết bị chuyển mạch nội hạt do một số nhà sản xuất lớn kiểm soát và họ thu lợi nhuận lớn từ thị trường này. Các tổng đài nội hạt của các nhà sản xuất này được thiết kế để phục vụ hàng chục ngàn, thậm chí hàng trăm ngàn thuê bao. Song giá thành thiết bị quá cao (một tổng đài nội hạt thường ở khoảng vài triệu USD) làm nản lòng các nhà cung cấp dịch vụ do khả năng thu hồi vốn rất chậm. Chính vì lẽ đó, họ chỉ dám tham gia vào các thị trường lớn nhất. I.2. Không có sự phân biệt dịch vụ Các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt cung cấp cùng một tập tính năng cho các dịch vụ tùy chọn như đợi cuộc gọi đến, chuyển cuộc gọi, xác định số chủ gọi, hạn chế cuộc gọi … Hầu hết các dịch vụ này đều đã ra đời từ rất lâu, các dịch vụ mới còn quá ít ỏi, không đáp ứng được nhu cầu ngày càng gia tăng của người dùng. Nguyên nhân chính là bởi vì việc phát triển và thử nghiệm các dịch vụ mới rất tốn kém, đồng thời với một máy điện thoại bàn thông thường, khách hàng cũng chỉ có thể thực hiện được số lượng dịch vụ nói trên mà thôi. 9 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  I.3. Những giới hạn trong phát triển mạng Các tổng đài chuyển mạch nội hạt đều sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh. Trong hệ thống chuyển mạch, thông tin thoại tồn tại dưới dạng các luồng số 64Kbps, tại các cổng vào và ra của chuyển mạch, các luồng số 64Kbps này được ghép/tách kênh phân chia theo thời gian vào các luồng số tốc độ cao. Quá trình định tuyến và điều khiển cuộc gọi được gắn liền với cơ cấu chuyển mạch. I.4. Khó khăn trong triển khai dịch vụ Các dòng tổng đài phục vụ mạng công cộng đều do một số hãng lớn phát triển độc lập, xây dựng từ nền tảng phần cứng tới các module phần mềm. Mặc dù các hãng đều cam kết tuân theo các tiêu chuẩn của ITU nhưng trên thực tế khả năng để một hãng thứ ba kế thừa và phát triển các thành quả của nhà cung cấp thiết bị là không có. Do đó, việc phát triển các dịch vụ mới cho nhà khai thác hoàn toàn phụ thuộc vào hãng cung cấp thiết bị. Quá trình triển khai, cài đặt, thử nghiệm và đưa vào hoạt động các dịch vụ mới thường tốn nhiều thời gian, chi phí của cả hai bên. II. Nhu cầu và xu hướng viễn thông trong giai đoạn hiện nay II.1. Nhu cầu Sự phát triển của nhu cầu dịch vụ dữ liệu được phản ánh trong sự tăng trưởng trong băng thông và lưu lượng dữ liệu. Lưu lượng dữ liệu bao gồm dữ liệu thuần túy (data) và các loại lưu lượng dạng khác như thông điệp, âm thanh, hình ảnh được truyền bằng các công nghệ dữ liệu (chuyển mạch gói) đang phát triển rất nhanh. Lưu lượng dữ liệu tăng trưởng cùng với sự phát triển của Internet và các loại dịch vụ trên đó. Hiện nay, các mạng thoại đang song song tồn tại với lưu lượng gần tương đương nhau. Tuy nhiên mức độ phát triển về lưu lượng của mạng số liệu gấp 10 đến 15 lần so với mạng thoại. Nguyên nhân không chỉ là do sự bùng nổ các loại hình dịch vụ trên Internet mà còn các loại lưu lượng trên mạng chuyển mạch kênh như thoại và fax đang được truyền ngày càng nhiều trên các mạng dữ liệu. Mạng chuyển mạch gói tòan cầu dựa trên công nghệ TCP/IP vươn tới các thiết bị đầu cuối không chỉ là điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân, các máy trò chơi, thiết bị đo, các máy móc tự động và hàng loạt các thiết bị khác như máy ảnh, máy quay phim, các thiết bị gia dụng … tạo ra động lực tăng trưởng to lớn trong nhiều năm tới của lưu lượng dữ liệu gói. 10 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  Hình 1.1. So sánh sự tă ng trưởng băng thông trong mạng gói và mạng TDM Hình 1.1 minh họa sự tăng trưởng của băng thông của lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói cùng với sự chững lại của công nghệ TDM truyền thống. II.2. Xu hướng phát triển Sự tăng nhanh của lưu lượng IP buộc các nhà cung cấp dịch vụ phải xem xét lại chiến lược phát triển với trọng tâm là: các mạng hiện nay đang có xu thế phát triển trên nền một giao thức đơn giản, thống nhất mà hiệu quả, đó là IP. Bất kỳ ứng dụng nào cũng có thể hoạt động trên cơ sở hạ tầng này. Với các lợi thế của IP, giá của ứng dụng tại đầu cuối sẽ giảm xuống vì rằng nhiều cấu trúc mạng thế hệ sau có thể được triển khai dựa trên giao thức này. Điều đặc biệt đúng với dịch vụ điện thoại VoIP. Lợi nhuận trực tiếp từ việc này của các nhà cung cấp dịch vụ hiện thời sẽ không tăng mà thậm chí còn giảm đi trong vài năm tới. Thậm chí chính các nhà cung cấp dịch vụ mạng không dây cũng không tránh khỏi sự ảnh hưởng: mạng kôhng dây chỉ không dây ở phần truy nhập và sự cạnh tranh (trực tiếp từ các nhà cung cấp dịch vụ không dây khác và gián tiếp từ các nhà cung cấp dịch vụ mạng cố định) sẽ đẩy mức giá xuống thấp. Đối với họ, việc duy trì hoặc gia tăng doanh thu trung bình/1 người dùng trở thành động lực chính. Điều đó chỉ được thực hiện bằng cách đưa ra các dịch vụ giá trị gia tăng. Một trong những giải pháp để giải quyết vấn đề giảm cước phí là làm tăng giá trị của các dịch vụ thông thường. Bằng cách này có thể tránh được sự cạnh tranh giá cả và tạo ra nền tảng cho sự khác biệt với các nhà cung cấp dịch vụ khác khi mà thị trường đã có quá nhiều nhà cung cấp trong khi thị trường người sử dụng dịch vụ thì có hạn. 11 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  Nói chung, dưới những áp lực này, tất cả các nhà cung cấp dịch vụ đều có xu hướng tập trung ở một mô hình đa dịch vụ sử dụng cơ sở hạ tầng mạng tích hợp để cung cấp càng nhiều loại dịch vụ và càng cho nhiều khách hàng càng tốt. Bí quyết để đi đến thành công là khả năng đổi mới liên tục và có hiệu quả của các nhà cung cấp đa dịch vụ. Các nhà cung cấp dịch vụ truyền thống lớn sẽ phải đương đầu với những khó khăn từ các nhà cung cấp dịch vụ mới, sử dụng các công nghệ mới để đánh vào các điểm yếu của họ vì họ vẫn phải duy trì cơ sở hạ tầng mạng PSTN cũ, không có lý do gì để buộc khách hàng không sử dụng điện thoại thông thường và chuyển sang sử dụng dịch vụ mới. Mạng đa dịch vụ được triển khai phải cho phép sự đổi mới liên tục các ứng dụng và dịch vụ thì mới giải quyết được những khó khăn này. III. Giải pháp thay thế cho mạng PSTN hiện tại. Những lợi ích về mặt kinh tế của thoại gói đang thúc đẩy sự phát triển của cả mạng truy nhập và mạng đường trục từ chuyển mạch kênh sang gói. Và bởi vì thoại gói đang dần được chấp nhận rộng rãi trong cả mạng truy nhập và mạng đường trục, các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt truyền thống đóng vai trò cầu nối của cả hai mạng gói này. Việc chuyển đổi gói sang kênh phải được thực hiện tại cả hai đầu vào ra của chuyển mạch kênh, làm phát sinh những chi phsi phụ thuộc không mong muốn và tăng thêm trễ truyền dẫn cho thông tin, đặc biệt ảnh hưởng tới những thông tin nhạy cảm với trễ đường truyền như tín hiệu thoại. Nếu tồn tại một giải pháp mà trong đó các tổng đài nội hạt có thể cung cấp dịch vụ thoại và các dịch vụ tùy chọn khác ngay trên thiết bị chuyển mạch gói, thì sẽ không phải thực hiện các chuyển đổi không cần thiết nữa. Điều này mang lại lợi ích kép làm giảm chi phí và tăng chất lượng dịch vụ (giảm trễ đường truyền), và đó cũng là một bước quan trọng tiến gần tới các đích cuối cùng – mạng NGN. 12 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  Hình 1.2. Cấu trúc mạng và báo hiệu của mạng PSTN Mô hình tổ chức của mạng viễn thông thường thấy hiện nay là: một mạng tổng đài TDM cấp thấp nhất (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động …) được nối với nhau bằng một mạng lưới trung kế điểm – điểm khá phức tạp và nối tới tổng đài chuyển tiếp cấp cao hơn (lớp 3, 4). Khi một cuộc gọi diễn ra giữa hai tổng đài cấp thấp, thông tin sẽ đi trên trung kế nối trực tiếp giữa hai tổng đài, nếu đường nối trực tiếp đã sử dụng hết, cuộc gọi có thể được định tuyến thông qua tổng đài chuyển tiếp. Một số cuộc gọi (ví dụ như truy nhập hộp thư thoại hay quay số bằng giọng nói …) lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng các tài nguyên tập trung phục vụ cho các dịch vụ cao cấp. Kiến trúc này đã được sử dụng nhiều năm nay và cũng đã được cải tiến rất nhiều nhằm phục vụ các ứng dụng thoại. Tuy nhiên, nó vẫn có một số giới hạn: 5. Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao, mất thời gian; việc định lại cấu hình và nâng cấp mạng lưới phải tiến hành liên tục nhằm tránh bị nghẽn mạng. Hơn nữa, luôn phải thiết lập mạng lớn hơn nhu cầu thực tế cho các tổng đài chuyển tiếp. Ví dụ, khi một tổng đài nội hạt được thêm vào mạng lưới, phải xây dựng các nhóm trung kế từ tổng đài đó tới tổng đài chuyển tiếp và tới một số tổng đài nội hạt khác. 6. Các trung kế điểm – điểm hoạt động với hiệu suất không cao vì chúng được thiết kế để hoạt động được trong những giờ cao điểm, và những giờ cao điểm này lại khác nhau trong các vùng của mạng (ví dụ ở thành phố là ban ngày còn ở ngoại ô lại là buổi đêm). 7. Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó lại nối với một nhóm các tổng đài nội hạt, cuộc gọi có thể phải chuyển qua nhiều tổng đài chuyển 13 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyên mạng (như trong trường hợp dịch vụ hộp thư thoại). Hình 1.3. So sánh kiến trúc của PSTN và NGN Trong mạng NGN, các tổng đài TDM sẽ được thay thế bằng các tổng đài chuyển mạch mềm (Softswitch). Kết nối các Softswitch là mạng chuyển mạch gói đa dịch vụ IP/ATM/MPLS. Phần tiếp cận thuê bao của mạng NGN là các BAN (Broadband Access Node) và IAD (Integrated Access Device) hỗ trợ các loại đầu cuối như máy tính, máy điện thoại IP, máy điện thoại thông thường … Mạng NGN giao tiếp với các mạng khác như mạng PSTN và mạng di động qua các Media Gateway. IV.Sự hình thành mạng NGN – Next Generation Network Như chúng ta đã biết, công nghệ cơ bản liên quan đến 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. Chuyển mạch kênh là các phần tử có độ tin cậy cao trong kiến trúc PSTN. Tuy nhiên, xét về mặt kỹ thuật chúng không bao giờ là tối ưu đối với chuyển mạch gói. Còn khi xem xét ở khía cạnh kinh doanh thu lợi nhuận thì: 8. Thứ nhất, do các nhà khai thác dịch vụ cạnh tranh và các nhà khai thác cấp trên cùng phụ thuộc vào một tập hữu hạn các sản phẩm tổng đài điện thoại nội hạt, chính điều đó buộc họ phải cung cấp các dịch vụ giống nhau. Và khi đã cung cấp các dịch vụ giống nhau thfi chỉ có một con đường duy nhất để thu hút khách hàng đó là chính sách giá cả - muốn có một lượng khách hàng lớn thì phải giảm giá cước dịch vụ. Nếu có giải pháp nào đó mà cho phép tạo ra các dịch vụ thật sự mới và hấp dẫn thì các nhà khai thác sẽ có cơ hội tạo sự khác biệt về mặt dịch vụ chứ không chỉ về giá cước. 9. Thứ hai, khi xét về khía cạnh đầu tư, thì đối với bất kỳ một nhà đầu tư nào trước khi có ý định đầu tư vào việc xây dựng mạng thì yếu tố quan trọng đầu tiên 14 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  mang tính quyết định đó là thời gian triển khai dự án đầu tư và thời gian hoàn vốn. Do thời gian phát triển nhanh và chi phí vận hành cũng như bảo dưỡng các mạng chuyển mạch gói thấp hơn nhiều so với chuyển mạch kênh nên các nhà điều hành mạng ngày nay tập trung chú ý đến công nghệ chuyển mạch gói IP. Do vậy, khi ngày càng nhiều lưu lượng dữ liệu chảy vào mạng qua Internet thì hiển nhiên là cần phải có một giải pháp mới đặt trọng tâm vào dữ liệu cho việc thiết kế chuyển mạch của tương lai dựa trên công nghệ gói để chuyển tải chung cả thoại và dữ liệu. Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ đã và đang cố gắng hướng tới việc xây dựng một mạng thế hệ mới Next Generation Network – NGN trên đó hội tụ các dịch vụ thoại, số liệu, đa phương tiện – sử dụng công nghệ chuyển mạch gói trên mạng xương sống (Backbone Network). Đây là mạng của các ứng dụng mới và có khả năng mang lại lợi nhuận mà chỉ đòi hỏi mức đầu tư ở mức thấp. Đó không chỉ là mạng phục vụ thông tin thoại, cũng không chỉ là mạng phục vụ truyền số liệu mà đó là một mạng thống nhất, mạng hội tụ đem lại ngày càng nhiều các dịch vụ tiên tiến đáp ứng nhu cầu ngày một tăng, và khắt khe hơn từ phía khách hàng. Đứng trên một khía cạnh khác, cần phải thấy được rằng mạng NGN không phải là một cuộc cách mạng về mặt công nghệ mà nó là một bước phát triển tất yếu khi mà cơ sở hạ tầng mạng PSTN không thể thay thế trong một sớm một chiều. Vì thế NGN phải tương thích tốt với môi trường mạng sẵn có và phải kết nối hiệu quả với mạng PSTN. Những vấn đề mà mạng thế hệ mới cần giải quyết gồm: 10. Vấn đề báo hiệu và điều khiển trên nhiều loại giao thức khác nhau cho hội tụ thông tin thoại, fax, số liệu, đa phương tiện. 11. Vấn đề kết nối mạng chuyển mạch kênh hiện hữu, đặc biệt là kết nối phần báo hiệu mạng (SS7). 12. Vấn đề phát triển dịch vụ. Đặc điểm của mạng NGN Một đặc điểm nổi bật của mạng NGN là việc tách riêng các dịch vụ với các mạng; cho phép đưa chúng ra một cách riêng biệt và được phát triển độc lập. Nó phân chia một cách rõ ràng chức năng của dịch vụ và chức năng truyền tải. Một giao diện được mở ra cả hai phía. NGN cho phép cung cấp các dịch vụ cũ và mới không phụ thuộc vào mạng và kiểu truy nhập đang sử dụng. Việc tách riêng ra chức năng cung cấp dịch vụ cho phép tạo ra và triển khai các dịch vụ mới trên mạng NGN mà không cần thay đổi phần cứng của mạng. Với các ưu điểm của mình, mạng NGN là lựa chọn tất yếu của các nhà cung cấp viễn thông; và ở Việt Nam quá trình triển khai mạng NGN đang được tiến hành trên 15 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  diện rộng. Tuy vậy, NGN không phải là không có nhược điểm của nó - đó là chưa có được sự thống nhất hoàn toàn về quan điểm kiến trúc mạng NGN nên tồn tại nhiều mô hình về mạng NGN đã được xây dựng trong thực tế, tùy theo từng giải pháp mà nhà cung cấp khác nhau đã đưa ra. Có nhiều chuẩn tương tự nhau về các dịch vụ cung cấp nhưng khác nhau về cấu tạo nên phải tạo ra nhiều giao diện giữa các mạng. Mặt khác, tuy cùng mạng backbone nhưng các dịch vụ khác nhau vẫn cần các mạng truy nhập riêng biệt mà chưa có một kiểu mạng truy nhập duy nhất có một thiết bị đầu cuối tích hợp được các loại dịch vụ trên nó. 16 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  CHƯƠNG II – CẤU TRÚC MẠNG NGN I. Mô hình phân lớp và các mặt phẳng trong mạng NGN I.1. Mô hình phân lớp Cho đến nay mạng thế hệ sau NGN vẫn chưa có một khuyến nghị chính thức của ITU nên có rất nhiều cấu trúc của mạng NGN được các hãng cung cấp thiết bị đưa ra. Nhưng nhìn chung NGN được phân thành các lớp cơ bản sau: 13. Lớp truyền thông (Transport Plane) 14. Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane) 15. Lớp ứng dụng và dịch vụ (Service and Application Plane) 16. Lớp quản lý (Management Plane) I.1.1. Lớp truyền thông (Transport Plane) Chức năng cơ bản của lớp truyền thông là xử lý, chuyển vận gói tin. Lớp này bao gồm các thiết bị đảm nhiệm đóng mở gói, định tuyến, chuyển gói tin dưới sự điều khiển của lớp Điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane). Lớp truyền thông được phân chia làm ba miền con (Sub-domain): Miền truyền tải thông tin theo giao thức IP (IP Transport Domain) Miền này bao gồm: 17. Mạng truyền thông xương sống (Backbone Network). 18. Các thiết bị mạng như: Router, Switch. 19. Các thiết bị cung cấp cơ chế QoS. Miền liên kết mạng (Interworking Domain) Miền liên kết mạng bao gồm các thiết bị với nhiệm vụ chính là nhận các dữ liệu đến và từ nó đi tới các mạng khác, sau đó chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu cho phù hợp để thông tin có thể truyền thông một cách trong suốt trên toàn bộ mạng. Trong miền này là tập hợp các Gateway như Signaling Gateway, Media Gateway và Interworking Gateway, trong đó, Signaling Gateway thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng PSTN và mạng IP và tiên shành phiên dịch thông tin báo hiệu giữa hai mạng này. Media Gateway thực hiện quá trình chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu giữa các môi trường truyền thông khác nhau. Miền truy nhậpkhông dựa trên giao thức IP (Non-IP Access Domain) Trong miền này bao gồm các thiết bị truy cập cung cấp các cổng kết nối cho thiết bị đầu cuối thuê bao. Các thiết bị đầu cuối thuê bao có thể là máy điện thoại cố định, các thiết bị truy nhập tích hợp IADs, đầu cuối ISDN, đầu cuối Modem/Multimedia Terminal Adaptor (MTAs). Các thiết bị truy nhập cung cấp các 17 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  cổng thuê bao như: POST, ISDN-BA, ISDN-PRA, IP, xDSL, WDM, ATM, Frame Relay … Các thiết bị truy nhập này thực hiện chức năng chuyển đổi các loại lưu lượng khác nhau thành dạng tín hiệu gói dưới sự điều khiển của lớp điều khiển và báo hiệu. I.1.2. Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane) Đây là lớp trung tâm của hệ thống thực thi quá trình điều khiển, giám sát và xử lý cuộc gọi nhằm cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối (end-toend). Với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào. Thực thi quá trình giám sát các kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thôgn qua việc điều khiển các thành phần của lớp truyền thông – Transport Plane. Quá trình xử lý và báo hiệu cuộc gọi về bản chất có nghĩa là xử lý các yêu cầu của thuê bao về việc thiết lập và hủy bỏ cuộc gọi thông qua các bản tin báo hiệu. Lớp này còn có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng và dịch vụ - Service and Application Plane. Các chức năng này sẽ được thực thi thông qua các thiết bị như Media Gateway Controller (hay Call Agent hay Call Controller), các SIP server hay GateKeeper. I.1.3. Lớp ứng dụng và dịch vụ Lớp ứng dụng và dịch vụ là lớp cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như mạng thông minh IN – Intelligent Networks, các dịch vụ giá trị gia tăng … Lớp này liên kết với lớp điều khiển và báo hiệu thông qua các giao diện lập trình mở API – Application Programing Interface. Cũng chính nhờ đó mà việc cập nhật, tạo mới và triển khai ứng dụng, dịch vụ mạng trở nên vô cùng nhanh chóng và hiệu quả. Trên lớp này sử dụng các thiết bị như Application Server, Feature Server. Lớp này cũng có thể thực thi việc điều khiển những thành phần đặc biệt như Media Server, một thiết bị được biết đến với tập các chức năng như Conferencing, IVR, xử lý tone … I.1.4. Lớp quản lý (Management Plane) Lớp quản lý mạng có nhiệm vụ cung cấp các chức năng như giám sát các dịch vụ và khách hàng, tính cước và các tác vụ quản lý mạng khác. Nó có thể tương tác với bất kỳ hoặc cả ba lớp còn lại thông qua các chuẩn công nghiệp ví dụ như SNMP hoặc các chuẩn riêng và các APIs – giao diện lập trình mở. Dựa vào mô hình mạng NGN ở trên, Softswitch phải thực hiện các chức năng sau: 20. Trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn mạng, quản lý và điều khiển các loại gateway truy nhập mạng, hoạt động theo tất cả các loại giao thức báo hiệu từ H323, SIP đến MGCP/MEGACO. 21. Giao tiếp với báo hiệu của mạng PSTN (chủ yếu là kết nối mạng với báo hiệu SS7) và liên kết với hệ thống Softswitch khác. 18 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  22. Tạo ra các môi trường lập trình mở để cho phép các hãng thứ ba dễ dàng tích hợp và phát triển ứng dụng (trên nền IP) và kết nối với môi trường cung cấp dịch vụ đã có sẵn (ví dụ IN). I.2. Mô hình mặt phẳng của NGN Hình 2.1. Mô hình mặt phẳng của NGN II. Các phần tử trong mạng NGN Hình 2.2. Sơ đồ mạng NGN II.1. Thiết bị Softswitch. Là thiết bị đầu não trong mạng NGN. Nó làm nhiệm vụ điều khiển cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng khác để tạo một cuộc gọi trong mạng NGN hoặc xuyên qua 19 Luận văn thạc sỹ                                Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng thế hệ sau  nhiều mạng khác như PSTN, ISDN. Softswitch còn được gọi là Call Agent (vì các chức năng điều khiển cuộc gọi của nó) hoặc Media Gateway Controller – MGC (vì chức năng điều khiển các cổng truyền thông Media Gateway). Softswitch có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các cổng báo hiệu (Signaling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway). Softswitch điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có 2 loại chính: 23. Ngang hàng (peer-to-peer): giao tiếp giữa Softswitch và Softswitch, giao thức sử dụng là BICC hoặc SIP. 24. Điều khiển truyền thông: giao tiếp giữa Softswitch và Gateway, giao thức sử dụng là MGCP hoặc MEGACO/H.248. II.2. Cổng truyền thông (Media Gateway) Nhiệm vụ chủ yếu của Media Gateway là chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng khác, thông thường là từ định dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet) hoặc từ dạng mạch analog/ISDN sang dạng gói. Việc chuyển đổi này được điểu khiển bằng Softswitch. Media Gateway thực hiện việc mã hóa, giải mã và nén dữ liệu thoại. Ngoài ra, Media Gateway còn hỗ trợ các giao tiếp với mạng điện thoại truyền thống và các giao thức khác như CAS (Channel Associated Signaling) và ISDN. Tóm lại, Media Gateway cung cấp một phương tiện truyền thông để truyền tải thoại, dữ liệu, fax và hình ảnh giữa hai mạng PSTN và mạng gói IP. II.3. Cổng truy nhập (Access Gateway) Cổng truy nhập (Access Gateway) là một định dạng của Media Gateway. 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 việc giao tiếp V5.2 thông qua cổng truy nhập. Tuy nhiên, trong mạng NGN, cổng truy nhập được điều khiển từ Softswitch thông qua giao thức MGCP hoặc MEGACO/H.248. Lúc này lưu lượng thoại từ các thuê bao sẽ được dóng gói và kết nối vào mạng trục IP. II.4. Cổng báo hiệu (Signaling Gateway) Cổng báo hiệu (Signaling Gateway) đóng vai trò như một cổng giao tiếp giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 – Signaling System 7, được dùng trong PSTN) và các điểm được quản lý bởi Softswitch trong mạng IP. Cổng Signaling Gateway đòi hỏi một đường kết nối vật lý đến mạng SS7 và phải sử dụng các giao thức phù hợp. Signaling Gateway tạo ra một cầu nối giữa mạng SS7 và mạng IP, dưới sự điều khiển của Softswitch. Signaling Gateway làm cho Softswitch giống như một điểm nút bình 20