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
- Xem thêm -