Các giao thức báo hiệu trong mạng NGN

Chương II Các giao thức báo hiệu trong mạng NGN Cùng với sự cạnh tranh và các quy định ngày càng bớt phức tạp trong giao dịch viễn thông, ngày nay mạng đang được phân chia thành các phần: phần truy nhập, phần lõi và phần ứng dụng/dịch vụ. Mỗi thành phần này có thể phát triển độc lập, tuy nhiên các hệ thống báo hiệu và điều khiển cung cấp các đặc điểm cần thiết để các thành phần mạng này hoạt động được với nhau và tạo thành một mạng tổng hợp. Trong mạng điện thoại công cộng hiện nay có hai hệ thống báo hiệu đang được sử dụng, đó là báo hiệu kênh liên kết CAS và báo hiệu kênh chung CCS. Mạng thế hệ mới ngoài các dịch vụ truyền thống như thoại / fax còn cung cấp các dịch vụ dữ liệu, do đó đòi hỏi phải có các giao thức báo hiệu mới. Các chức năng báo hiệu và điều khiển là khác nhau đối với các ứng dụng và dịch vụ trong các mạng khác nhau. Ví dụ, ứng dụng điện thoại truyền thống PSTN thì dùng báo hiệu SS7, trong mạng ATM thì có thể sử dụng B-ISUP được lớp SAAL hỗ trợ. Còn trong mạng internet thì sử dụng giao thức TCP/IP. Các giao thức báo hiệu chính sử dụng trong mạng NGN là: MGCP ( Media Gateway Control Protocol ): Giao thức điều khiển cổng thiết bị Megaco/ H.248 ( Media Gateway Control ): Giao thức điều khiển cổng thiết bị BICC ( Bearer Independent Call Control Protocol ): Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập tải tin SIGTRAN ( Signaling Transport ): Truyền tải báo hiệu SS7 ( Signaling System No7 ): Hệ thống báo hiệu số 7 H.323 SIP ( Session Initiation Protocol ): Giao thức khởi tạo phiên 2.1 Giao thức MGCP “Media Gateway Control Protocol ( MGCP ) là giao thức sử dụng để điều khiển các gateway thoại từ các thiết bị điều khiển cuộc gọi, được gọi là Media Gateway Controller hoặc Call Agent.” Đây là định nghĩa về MGCP trích từ IETF RFC 2705 Media Gateway Control Protocol. MGCP do IETF xây dựng, đóng vai trò then chốt trong các hoạt động phân giải chất lượng cao cho các dịch vụ điện thoại qua diện rộng, bao gồm sự quản lý các endpoint ở xa và các cửa khẩu ( gateway ) trên mạng trục chính nối đến mạng PSTN và các mạng thuộc loại khác. MGCP là giao thức sử dụng để điều khiển các MG từ các thiết bị MGC. Mỗi lệnh gửi bởi thực thể báo hiệu ( MGC hay GW ) yêu cầu thông báo thành công hay thất bại trong một mã trả về. Đáp ứng chỉ chứa mã báo nhận, được gửi tới MGC, là nơi gửi các lệnh này, hoặc đến địa chỉ vận chuyển được nhận dạng bởi tham số Notified Entity, nếu nó được bao hàm trong lệnh đang được báo nhận. Media Gateway ( MG ) Media Gateway ( MG ) SIP H323 MGCP MGCP Call Agent or Media Gateway Controller (MGC) Call Agent or Media Gateway Controller (MGC) Hình 2.1 MG và MGC 2.1.1 Thiết lập cuộc gọi Trình tự thiết lập cuộc gọi cơ sở như sau: Hình 2. 2 Thiết lập cuộc gọi A-B Khi máy A được nhấc lên gateway A gửi bản tin cho MGC Gateway A tạo âm mời quay số và nhận số bị gọi Số bị gọi được gửi cho MGC MGC xác định định tuyến cuộc gọi như thế nào MGC gửi lệnh cho gateway B Gateway B đổ chuông ở máy B MGC gửi lệnh cho gateway A và B tạo phiên kết nối RTP/RTCP. 2.1.2 Mô hình cấu trúc hoạt động giao thức MGCP Mô hình dưới đây trình bày các loại endpoint chính mà chúng ta hầu như đều tìm thấy trong một mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Mạng gói bên ngoài Domain không được ủy quyền Access Gateway (1) Firewall Signaling RTP Media ATM Trunk Side Media Gateway IDA Cable Modem Modem Media Gateway IAD Cable Modem Telephone RTP Media RTP Media Telephone PSTN Gateway (2) IVR DS0 Channels RTP Media RTP Media Wiretap Access Point Các trung kế TDM đến các nhà cung cấp dịch vụ Announcement Server Hình 2.3 Tham khảo báo hiệu MGCP/Megaco Trong mô hình MGCP, các Gateway chịu trách nhiệm biên dịch tín hiệu âm thanh từ dạng Analog hay Digital sang một vài dạng nén kĩ thuật số nào đó, trong khi Softswitch đóng vai trò như một đại diện báo hiệu và bộ xử lý cuộc gọi. Với MGCP, bộ chuyển mạch mềm cũng có thể dò tìm topo bố trí endpoint của nó và hướng dẫn endpoint thông qua sự cấu hình và báo hiệu gọi với phân giải cao. Giao thức này không cố gắng cung cấp phương tiện cho các endpoint dò tìm linh động bộ chuyển mạch mềm khi các cổng truyền thông ( media gateways ) được lập trình trước một thực thể báo hiệu MGC. Một connection dưới MGCP được tạo ra theo một vài bước đơn giản: Softswitch yêu cầu gateway đầu tiên tạo ra một connection trên endpoint đầu tiên. Gateway phân phối tài nguyên cho connection này và đáp ứng lệnh thông qua cung cấp một mô tả phiên dưới dạng các thông số được mã hóa theo SDP. Mô tả phiên này chứa thông tin cần thiết cho thành phần thứ ba chuyển các gói, chẳng hạn như địa chỉ IP, UDP port, và các thông số đóng gói, đi qua kết nối vừa mới tạo ra. Sau đó softswitch yêu cầu gateway thứ hai tạo ra một connection trên endpoint thứ hai. Lệnh này mang mô tả phiên được cung cấp bởi gateway thứ nhất. Gateway này phân phối tài nguyên cho cầu nối này, và đáp ứng lệnh bằng cách mô tả phiên của nó. Softswitch dùng một lệnh sửa đổi kết nối để cung cấp mô tả phiên thứ hai cho endpoint thứ nhất. Một khi điều này được thực hiện, truyền tin có thể được xúc tiến theo cả hai hướng. 2.2 Giao thức Megaco/H248 Bên cạnh MGCP do IETF xây dựng nên thì ITU - T cũng xây dựng một giao thức MDCP ( Media Device Control Protocol ). Sau đó, hai tổ chức này đã thoả thuận và đi đến thống nhất một giao thức duy nhất là Megaco ( hay H248, theo cách đặt tên của ITU - T ). IETF và ITU - T đã hợp nhất thỏa thuận để định nghĩa một giao thức điều khiển cổng truyền thông là hậu duệ của MGCP và các đặc trưng cho cú pháp dạng text và cả cú pháp dạng nhị phân. Các gateway đều có thể hỗ trợ một trong hai giao thức, nhưng các MGC ( các softwitch ) thì phải hỗ trợ cả hai loại cú pháp. Điểm tương đồng thực sự giữa MGCP và H.248 là chúng cùng hoạt động theo mô hình master - slaver, request - respone, không có khả năng báo hiệu trên từng đoạn, do đó một tổng đài chuyển mạch mềm dẫn dắt một IAD và các endpoint của nó thông qua cấp nguồn, các yêu cầu thông cáo sự kiện, thiết đặt các tín hiệu được sử dụng tại endpoint, và báo hiệu thiết lập cũng như kết thúc cuộc gọi ( được thực hiện bằng cách tạo và hủy bỏ các kết nối luận lý giữa các endpoint ). Mặc dù có nhiều sự tương đồng trong phần cốt lõi của hai giao thức nhưng vẵn có sự khác biệt về cú pháp lệnh và đáp ứng giữa MGCP và Megaco. Ngoài ra mã hóa và sự ước lượng các sự kiện, tín hiệu cũng khác nhau. Mô hình kết nối của Megaco sử dụng các khái niệm trừu tượng termination và context. Chúng ta có thể xem termination như là một thực thể luận lý bên trong một MG/IAD mà có khả năng làm nguồn phát hay là đích đến cho các luồng đa truyền thông, rất giống như một MGCP endpoint. Mặt khác, một context là một liên hệ luận lý của các termination - hay ví dụ, tất cả các termination đều tham gia vào trong một hội nghị tạo ra một context đơn. Như vậy, một context là một sự trừu tượng mức cao hơn connection của MGCP và bao hàm vài nhận thức về khái niệm của một cuộc gọi. Có một loại context đặc biệt khác, đó là null context. Mặc nhiên chứa tất cả các termination không liên hệ gì đến bất kì termination nào khác. 2.3 Giao thức BICC Do ITU - T phát triển từ năm 1999. Mục đích của nó là để xác định một giao thức cho truyền thông giữa các server ( hay MGC ), độc lập với các loại tải tin, và vì vậy nó cho phép các nhà vận hành mạng chuyển được các dịch vụ điện thoại từ mạng chuyển mạch kênh sang mạng chuyển mạch gói. Với mong muốn tương thích 100% với mạng hiện tại và làm việc trên bất cứ môi trường nào khác có thể truyền thoại với chất lượng chấp nhận được. Ban đầu, BICC được giới hạn chặt chẽ ở điểm sau: dựa trên ISUP ( Giao thức báo hiệu trên mạng PSTN/ISDN ) để tương thích hoàn toàn với các dịch vụ hiện có trên mạng PSTN/ISDN. BICC cung cấp một biện pháp để hỗ trợ các dịch vụ ISDN băng hẹp qua một mạng xương sống băng rộng mà không ảnh hưởng các giao diện mạng N - ISDN hiện tại và các dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối. Các giao thức báo hiệu điều khiển cuộc gọi BICC dựa vào báo hiệu N - ISDN Kiến trúc mạng BICC được mô tả như hình dưới đây. Bearer sign Bearer sign TDM Trunks ISUP TDM Trunks ISUP BICC ISN CSF BCF BF ISN CSF BCF BF CMN BICC Datanetwork PSTN/ISDN Network BICC Network PSTN/ISDN Network Hình 2.4 Mô tả kiến trúc mạng BICC Phiên bản đầu tiên của BICC được ra đời năm 2000, hỗ trợ cho ATM. Phiên bản thứ 2 được hoàn thành năm 2001, hỗ trợ điều khiển cuộc gọi trên mạng IP. BICC còn có khả năng tương tác với các hệ thống báo hiệu khác như H323, SIP. 2.4 Giao thức H.323 2.4.1 Giới thiệu Khi đề cập đến thoại IP, tiêu chuẩn quốc tế thường được đề cập đến là H.323. Được ban hành lần đầu tiên vào năm 1996, 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 kết cuối. Có một chút đặc biệt là H.323 dự định dành cho X.25, sau đó là ATM, nhưng giờ đây lại là Internet và TCP/IP, trong khi đó có rất ít H.323 được vận hành trên mạng X.25 và ATM. Mặc dù H.323 có nhiều công dụng nhưng trọng tâm chính của thị trường đối với khuyến nghị này là khả năng audio để thực hiện thoại IP. Chuẩn này mô tả việc điều khiển các phiên đa phương tiện liên quan đến điện thoại trong kết nối điểm - điểm giữa các điểm cuối thông minh. Nó bao gồm các cơ chế cho định tuyến cuộc gọi, báo hiệu cuộc gọi, điều khiển media, ... H.323 có vai trò như giao thức ô che ( umbrella protocol ), có liên quan đến vài loại báo hiệu khác trong các ứng dụng đa phương tiện và điện thoại, như: H.225 cho báo hiệu cuộc gọi và gói hoá các dòng media cho các hệ thống truyền thông đa phương tiện dựa trên công nghệ gói. H.245 cho điều khiển truyền thông giữa các hệ thống điện thoại trực quan và các thiết bị đầu cuối. Một số tiêu chuẩn cho mã hoá, giải mã tiếng nói, các chuẩn G, ví dụ như G.711 Một số tiêu chuẩn cho mã hoá, giải mã hình ảnh, các chuẩn H. 2.4.2 Cấu trúc H.323 Cấu trúc H.323 có thể được sử dụng một cách thông dụng ở mạng LAN hoặc mạng gói diện rộng. Bất kỳ một mạng gói không đủ tin cậy ( không có đảm bảo về về chất lượng dịch vụ ), hoặc có độ trễ cao đều có thể được sử dụng cho H.323. Theo hình vẽ, mạng LAN được chỉ ra với 4 loại thiết bị H.323 chính. Những người sử dụng đều phải có thiết bị đầu cuối H.323, là những PC đa phương tiện điển hình có thể tận dụng được mọi ưu điểm của H.323, bao gồm hội nghị video đa điểm. Mọi thiết bị truyền thông đa điểm sử dụng khối điều khiển đa điểm H.323 - MCU. Tất nhiên, các khả năng của H.323 có thể mở rộng cho mạng WAN nếu các kết nối được thiết lập giữa các thiết bị H.323. Đây là chức năng chính của các thiết bị Gatekeeper H.323, các thiết bị này là tuỳ chọn ở H.323. Nếu không có các Gatekeeper, tất cả các thiết bị phải có khả năng tự đưa ra các bản tin báo hiệu trực tiếp. Mọi kết nối WAN đều được xử lý bằng một hoặc nhiều các gateway H.323. Về mặt kỹ thuật, bất kể thiết bị nào nằm ngoài gateway H.323 đều không được đề cập trong khuyến nghị H.323, nhưng các gateway H.323 có thể phối hợp hoạt động với các loại thiết bị khác nhau trong các cấu trúc mạng khác nhau. H.323 có thể được sử dụng với PSTN toàn cầu, N - ISDN ( mạng chạy với tốc độ dưới 1,5 hoặc 2 Mb/s ), mạng B - ISDN sử dụng ATM ( mạng chạy có tốc độ lớn hơn 1,5 hoặc 2 Mb/s ). Thậm chí là một điện thoại hoặc một đầu cuối cũng có thể tham gia vào hội nghị H.323 nhưng chỉ với khả năng audio. Thiết bị kết cuối V.70 có nhiều chức năng khác nhau, những kết cuối hỗ trợ cho cả thoại số hoá và dữ liệu qua một mạng điện thoại "bình thường" và những kết cuối H.324 ( Kết cuối H.324 có thể truyền thời gian thực cả thoại, dữ liệu, video hoặc bất kỳ sự kết hợp nào chẳng hạn như thoại video, thông qua modem chạy với tốc độ 33,6kb/s ). Thông thường, kết cuối H.324 chỉ là một PC với một vài chương trình phần mềm đặc biệt. Cấu hình mạng H.323 Hình 2.5 Các thành phần mạng H.323 Trên Hình 2.5 là cấu trúc của mạng H.323. Mạng bao gồm các thành phần sau: Đầu cuối H.323, bắt buộc phải hỗ trợ: Báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225 Báo hiệu điều khiển kênh H.245 Giao thức RTP/RTCP cho dữ liệu Các CODEC thoại ( Việc hỗ trợ các codec video là không bắt buộc đối với các đầu cuối H.323 ). Gateway đảm nhiệm chức năng chuyển đổi giữa hai mạng, thí dụ giữa mạng chuyển mạch gói và mạng PSTN. Gatekeeper có chức năng chính là chuyển đổi địa chỉ và điều khiển băng thông. Trong mạng H.323 không nhất thiết phải có Gatekeeper, tuy nhiên nếu có Gatekeeper thì tất cả các đầu cuối phải đăng ký trước khi thực hiện cuộc gọi. Multipoint Control Unit ( MCUs ) được dùng như các Server trung tâm trong trường hợp hội nghị đa điểm. Trong MCU có hai module: MC ( Multipoint Controller ) có chức năng điều khiển và MP ( Multipoint Processor ) nhận và xử lý các luồng dữ liệu thoại, video hoặc dữ liệu khác. 2.4.3 Thiết lập và huỷ cuộc gọi H.323 Báo hiệu H.323 là một quá trình thực sự phức tạp. Tương tác giữa các phần tử trong mạng H.323 trong quá trình báo hiệu được mô tả trong hình sau: Hình 2.6 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN Nếu xem xét một cách chi tiết thì cuộc gọi giữa hai đầu cuối H.323 được thiết lập như sau ( xem Hình 2.7 ): Trước hết cả 2 phải đã được đăng ký tại Gatekeeper, báo hiệu giữa kết cuối cuộc gọi và Gatekeeper nhằm đăng ký và đạt được quyền làm việc với mạng. Đầu cuối gọi gửi yêu cầu tới Gatekeeper đề nghị thiết lập cuộc gọi, thiết bị đầu cuối liên lạc với Gatekeeper sử dụng giao thức RAS ( Registration Access State), yêu cầu sẽ cho phép thiết lập một tuyến với bên bị gọi. Gatekeeper sẽ gửi một địa chỉ kênh báo hiệu cuộc gọi của bên bị gọi tới bên xuất phát cuộc gọi ( nếu yêu cầu trên được chấp nhận ). Nếu cuộc gọi bắt đầu từ mạng PSTN, cuộc gọi sẽ phải qua một Gateway, nó sẽ xác thực người gọi. Gateway sau đó sẽ liên hệ với Gatekeeper. Nếu bên bị gọi là điện thoại PSTN, gatekeeper sẽ gửi địa chỉ của gateway thích hợp tới bên gọi ( gateway hay H.323 phone ). Đầu cuối gọi gửi bản tin SETUP tới đầu cuối bị gọi. Báo hiệu này có thể đi trực tiếp hay đi qua một Gateway thích hợp nào đó ( cả bên gọi và bên bị gọi sẽ sử dụng giao thức H.225 trong suốt quá trình này ). Đầu cuối bị gọi 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. 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 hỗ trợ nhiều kịch bản thiết lập cuộc gọi phức tạp khác. Hình 2.7 Thiết lập cuộc gọi H.323 2.5 SIP 2.5.1 Giới thiệu 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 dựa trên ý tưởng và cấu trúc của HTTP. Nó là một giao thức client - server, các yêu cầu được bên gọi ( client ) đưa ra và bên bị gọi ( server ) trả lời. 2.5.2 Các thành phần mạng Xét trên quan điểm khách hàng /phục vụ ( client/server ), các thành phần chính của một hệ thống SIP được mô tả bởi hình vẽ sau: Hình 2.8 Cấu trúc của một hệ thống SIP SIP User Agent: bao gồm User Agent Client ( UAC ) gửi các bản tin SIP và User Agent Server nhận các bản tin SIP. Proxy Server: chuyển các yêu cầu và các trả lời yêu cầu tới và từ các Server khác. Redirect Servers: chấp nhận một yêu cầu SIP, ánh xạ thành địa chỉ zero hay thành nhiều địa chỉ khác và trả lại các địa chỉ này cho client hay cho Proxy. Location Server: cho Proxy và Redirect Server sử dụng, dùng để đạt được thông tin dựa vào các địa chỉ luân phiên để đạt tới phía bị gọi. Registrar Server: là phần mềm nhận các yêu cầu đăng kí REGISTER. Trong nhiều trường hợp đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng. Thông thường được cài đặt cùng với Proxy Server hoặc Redirect Server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao. Gateway: thực hiện chức năng Internetworking giữa hệ thống SIP với mạng khác. 2.5.3 Chức năng của SIP SIP thực hiện một số nhiệm vụ trong suốt một phiên của hai phía ( gọi và bị gọi ). Định vị user: xác định hệ thống đầu cuối cho truyền thông. Các khả năng của User: xác định các phương tiện và các tham số của phương tiện sẽ được dùng. Cho phép phía gọi có thể dùng các thiết bị đầu cuối với các khả năng như: điện thoại SIP, điện thoại di động. Thiết lập cuộc gọi: rung chuông, thiết lập các tham số cuộc gọi cho cả hai phía gọi và bị gọi. Kiểm soát cuộc gọi: chuyển và kết thúc các cuộc gọi. 2.5.4 Cơ chế hoạt động trong SIP SIP hoạt động theo cơ chế trao đổi các yêu cầu và đáp ứng. Ta sẽ xem xét thủ tục báo hiệu trong SIP thông qua một ví dụ trao đổi thông tin giữa hai người là A và B sử dụng hệ thống SIP. A’s softphone Atlanta.com proxy Biloxi.com proxy B’s SIP phone Media Session INVITE F1 INVITE F2 100 Trying F3 INVITE F4 100 Trying F5 180 Ringing F6 180 Ringing F7 180 Ringing F8 200 OK F9 200 OK F10 200 OK F11 ACK F12 BYE F13 200 OK F14 Hình 2.9 Cơ chế hoạt động của giao thức SIP Đầu tiên, A gọi B bằng cách sử dụng địa chỉ SIP của mình được gọi là SIP URI. Địa chỉ này tương tự như một địa chỉ e - mail bao gồm hai phần user name và host name. Vì A’s softphone không biết được vị trí của B cũng như máy chủ SIP phục vụ miền biloxi.com, nên nó gửi bản tin INVITE tới náy chủ SIP phục vụ miền của A, đó là atlanta.com Máy chủ SIP tại Atlanta là một proxy server. Nó nhận yêu cầu INVITE sẽ gửi trở lại máy tính của A một đáp ứng 100 ( Trying ) để chỉ thị rằng INVITE đã được nhận và nó đang là đại diện cho thiết bị của A để định tuyến bản tin INVITE tới đích của cuộc gọi. Tiếp sau đó, máy chủ ở Atlanta sẽ xác định máy chủ của miền biloxi.com và chuyển tiếp bản tin yêu cầu INVITE tới đó. Khi máy chủ ở Biloxi nhận được bản tin INVITE, nó gửi trở lại một bản tin 100 ( Trying ) để trả lời cho máy chủ tại Atlanta biết nó đã nhận được yêu cầu và đang xử lý yêu cầu này. Tiếp đến, nó truy vấn cơ sở dữ liệu, được gọi chung là dịch vụ định vị, để xác định địa chỉ IP hiện tại của B. Tại các điểm trung gian, trước khi được truyền đi bản tin INVITE sẽ được bổ xung thêm vào đầu trường “Via” địa chỉ của điểm trung gian để sử dụng sau này. Máy điện thoại của B khi nhận được bản tin này nó sẽ rung chuông để báo cho B biết có một cuộc gọi từ A tới để quyết định xem có trả lời cuộc gọi hay không. Đồng thời máy điện thại B cũng gửi lại bản tin 180 ( Ringing ) qua hai proxy server để trả lời cho chương trình trên máy của A biết cuộc gọi đã được định tuyến tới đích. Quá trình định tuyến ngược lại được thực hiện bằng cách sử dụng các địa chỉ trong trường “Via” của bản tin được sao từ bản tin INVITE. Nếu B quyết định trả lời cuộc gọi từ A. Khi nhấc máy lên, một bản tin trả lời 200 ( OK ) sẽ được máy điện thoại của B tạo ra và gửi trở lại phía A để thông báo rằng cuộc gọi đã được trả lời. Bản tin này có phần thân mang thông tin miêu tả về kiểu phiên mà B mong muốn thiết lập với A. Nếu B không muốn trả lời cuộc gọi hay đang bận tham gia một cuộc gọi khác, một đáp ứng lỗi sẽ được gửi đi thay cho bản tin 200 ( OK ), và khi đó sẽ không có một phiên phương tiện nào được thiết lập. Khi bản tin 200 ( OK ) được gửi tới chương trình thoại trên máy PC của A. Nó sẽ ngắt hồi âm chuông để thông báo rằng cuộc gọi đã được trả lời. Cuối cùng A’s softphone sẽ gửi một bản tin công nhận ACK tới máy điện thoại SIP của B để xác nhận nó đã nhận được đáp ứng cuối cùng. Trong ví dụ này, ACK được gửi trực tiếp từ máy của A tới máy của B, nhờ sự biết trước địa chỉ của nhau trong trong trường “Contact” ( của header ) của các bản tin INVITE/200 ( OK ). Khi phiên phương tiện đã được thiết lập giữa A và B, chúng có thể gửi đi các gói sử dụng định dạng đã được đề nghị trong phần miêu tả phiên trước đó. Trong phiên dữ liệu hoặc A hoặc B có thể quyết định thay đổi các đặc tính của phiên Khi một bên tham gia muốn kết thúc cuộc gọi. Giả sử B đặt máy trước, khi đó máy của B sẽ tạo ra một bản tin BYE. Bản tin này được định tuyến trực tiếp tới máy của A và được xác nhận bằng một đáp ứng 200 ( OK ), phiên phương tiện kết thúc mà không cần thiết phải gửi đi một bản tin ACK. 2.6 Giao thức báo hiệu SIGTRAN SIGTRAN là một nhóm công tác thuộc tổ chức chuẩn hóa quốc tế cho lĩnh vực Internet - IETF. Mục đích chính của nhóm là đưa ra giải pháp truyền tải báo hiệu dạng gói trên mạng PSTN qua mạng IP, đảm bảo được các yêu cầu về chức năng và hiệu năng của báo hiệu PSTN. Nhằm phối hợp được với PSTN, các mạng IP cần truyền tải các bản tin báo hiệu như báo hiệu đường ISDN ( Q.931 ) hay SS7 ( như ISUP,SCCP ,…) giữa các node IP như gateway báo hiệu ( SG ), MGC và MG hoặc cơ sở dữ liệu IP. Điển hình là trong trường hợp Voice over IP liên quan đến cả hai mạng PSTN và mạng IP. SIGTRAN là một tập các tiêu chuẩn mới do IETF đưa ra nhằm cung cấp một mô hình kiến trúc để truyền tải báo hiệu số 7 qua mạng IP. Adaptation Protocol (xUA,xPA) Standard Internet Protocol (IP) Common Signaling Transport (SCTP) SIGTRAN Architectural Model Hình 2.10 Kiến trúc giao thức SIGTRAN Kiến trúc của SIGTRAN gồm 3 thành phần chính : Tầng IP chuẩn. Tầng vận chuyển: chứa giao thức truyền tải báo hiệu chung SCTP, là một giao thức truyền tải báo hiệu mới do IETF đưa ra. Giao thức này hỗ trợ một tập có chung các tính năng truyền tải tin cậy cho việc truyền tải báo hiệu. Tầng thích ứng: hỗ trợ các hàm nguyên thủy xác định yêu cầu bởi một giao thức ứng dụng báo hiệu riêng. Một vài giao thức phân lớp thích ứng mới được định nghĩa bởi IETF, như: M2UA, M2PA, M3UA, SUA. 2.7 Hệ thống báo hiệu số 7 2.7.1 Vai trò và vị trí của hệ thống báo hiệu số 7 SS7 do ITU đưa ra. SS7 dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, báo hiệu được truyền đi ngoài băng. Nghĩa là, trong số các kênh điện thoại kết nối giữa 2 tổng đài thì thường có 2 kênh 64kb/s được tách riêng ra dùng để truyền báo hiệu cho toàn tuyến. Hệ thống báo hiệu kênh chung là hệ thống báo hiệu trong đó các kênh báo hiệu sử dụng các bản tin có nhãn, được định tuyến để chuyển thông tin có liên quan đến việc vận hành , quản lý và bảo dưỡng mạng. Mục đích chính của CCS7 là cung cấp một hệ thống báo hiệu kênh chung đạt tiêu chuẩn quốc tế. CCS7 tạo thuận lợi cho việc hoạt động liên kết giữa các tổng đài điện tử số SPC trong mạng viễn thông. CCS7 đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai về yêu cầu trao đổi thông tin giữa các bộ xử lý trong mạng viễn thông để báo hiệu điều khiển cuộc gọi, điều khiển từ xa… CCS7 đóng vai trò cho việc hỗ trợ phần lớn các lĩnh vực ứng dụng của mạng viễn thông đặc biệt là giữa các tổng đài của mạng kết nối đa dịch vụ ISDN, các dịch vụ của mạng thông minh IN, các dịch vụ thoại di động GMS và các ứng dụng trong khai thác, quản lý, bảo dưỡng mạng OMAP. Hệ thống báo hiệu số 7 có các đặc điểm chính sau : Được chuẩn hoá quốc tế. Phù hợp với mạng trong nước và quốc tế ( liên lục địa ). Phù hợp với các dịch vụ thông tin đa dạng thoại và phi thoại. Có tính linh hoạt cao khi có yêu cầu mới. Có độ tin cậy cao trong quá trình chuyền bản tin. Có cấu trúc xử lý liên kết các bản tin. Đường báo hiệu tồn tại trong suốt cuộc gọi. Sử dụng các thiết bị truyền dẫn đa dạng: Cáp đồng trục, cáp sợi quang Sóng vô tuyến Vệ tinh ( có tới hai đường vệ tinh ). Tốc độ truyền 64 Kbps trong mạng số. Có thể sử dụng tốc độ thấp và đường báo hiệu Analog nếu cần thiết. Từ những đặc điểm và vai trò trên CCS7 có những ưu điểm sau: Cấu trúc module với kiến trúc lớp cho phép nhanh chóng đưa vào những dịch vụ mới. Tốc độ cao: Thời gian thiết lập cuộc gọi giảm đến nhỏ hơn 1s trong hầu hết các trường hợp. Việc giảm bớt thời gian thiết lập hoặc giải phóng tuyến nối làm khả năng chiếm dùng đường cao hơn, có hiệu quả hơn. Dung lượng lớn : Mỗi đường báo hiệu có thể mang thông tin báo hiệu cho hàng trăm đến hàng nghìn cuộc gọi đồng thời. Độ tin cậy cao: Bằng cách sử dụng các tuyến và các nút báo hiệu dự phòng, mạng báo hiệu có thể hoạt động với độ tin cậy rất cao. Có khả năng tự động điều chỉnh cấu hình mạng độc lập với mạng thoại. Tính kinh tế: Hệ thống báo hiệu số 7 cần rất ít thiết bị báo hiệu so với các hệ thống báo hiệu truyền thống. Tính mềm dẻo: Hệ thống cung cấp nhiều tín hiệu báo hiệu, có khả năng cung cấp báo hiệu cho nhiều dịch vụ và mục đích khác nhau, đáp ứng được sự phát triển mạnh mẽ của mạng viễn thông ngày nay và trong tương lai. Vì những lý do này trong tương lai CCS7 sẽ đóng vai trò rất quan trọng đối với các dịch vụ mới trong mạng như: Mạng điện thoại công cộng - PSTN ( Public Switch Telephone Network ). Mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN ( Intergradted Switch Data Network ). Mạng thông minh IN ( Intelligent Network ). Mạng thông tin di động số GMS ( Global Mobile System ). 2.7.2 Cấu trúc của hệ thống báo hiệu số 7 UP UP MTP Hình 2.11 Cấu trúc cơ bản của hệ thống báo hiệu số 7 Hệ thống báo hiệu số 7 được chia thành một số khối chức năng như sau: Phần truyền bản tin ( MTP ) là hệ thống vận chuyển chung để chuyển bản tin báo hiệu giữa hai SP. Phần người sử dụng ( UP ) là một số định nghĩa phần người sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu sử dụng của hệ thống báo hiệu . Hai MTP chuyển các bản tin báo hiệu giữa các UP khác nhau và hoàn toàn độc lập với nội dung bản tin được truyền. MTP chịu trách nhiệm chuyển chính xác bản tin từ một UP này tới một UP khác. Điều này có nghĩa là bản tin báo hiệu được kiểm tra chính xác trước khi chuyển cho UP. UP là phần tạo ra và phân tích bản tin báo hiệu. Chúng sử dụng MTP để chuyển thông tin báo hiệu tới một UP khác cùng loại. Hiện nay, một số UP đang có trên mạng: TUP ( Telephone User Part ): Phần người sử dụng cho mạng điện thoại thông thường. DUP ( Data User Part ): Phần sử dụng cho mạng số liệu. ISUP ( ISDN User Part ): Phần sử dụng cho mạng số liên kết đa dịch vụ. MTUP ( Mobile Telephone User Part): Phần sử dụng cho mạng điện thoại di động. 2.7.3 Các khái niệm cơ bản của hệ thống báo hiệu số 7 Điểm báo hiệu SP ( Signalling Point ) SP là một nút chuyển mạch hoặc nút xử lý trong mạng báo hiệu được cài đặt chức năng báo hiệu số 7 của CCITT. Nó có khả năng nhận và gửi các bản tin báo hiệu. Một tổng đài điện thoại hoạt động như một nút báo hiệu phải là tổng đài SPC và báo hiệu số 7 là dạng thông tin số liệu giữa các bộ vi xử lý. SP là điểm kết cuối báo hiệu, có khả năng xử lý các bản tin báo hiệu có liên quan Điểm chuyển tiếp báo hiệu STP ( Signalling Transfer Point ) Điểm chuyển tiếp báo hiệu là điểm báo hiệu có khả năng định tuyến cho các bản tin, chuyển bản tin báo hiệu từ đường này đến đường kia mà không có khả năng xử lý bản tin này. Một STP có thể là một nút định tuyến báo hiệu thuần tuý hoặc cũng có thể gồm cả chức năng của một điểm kết cuối. Để nâng cao độ tin cậy của mạng báo hiệu số 7 các STP thường phải có cấu trúc kép. SP/STP tích hợp Là nút trên mạng có cả hai chức năng SP và STP. Quan hệ báo hiệu ( Signalling Relationship ) Giữa hai điểm báo hiệu có quan hệ báo hiệu nếu nó có khả năng thông tin với nhau thông qua mạng báo hiệu kênh chung. Đường báo hiệu SL ( Signalling Link ) Đường báo hiệu là đường truyền dẫn tốc độ 64 kbps với các chức năng điều khiển chuyển đổi của nó. Đường báo hiệu được dùng để chuyển các bản tin từ điểm báo hiệu này đến điểm báo hiệu khác. Mã điểm báo hiệu SPC ( Signalling Point Code ) Mỗi một điểm báo hiệu SP hay một điểm chuyển tiếp báo hiệu STP đều có một mã điểm báo hiệu, đây là mã nhị phân. Tuỳ theo vị trí của nó có thể là mã điểm gốc OPC ( Originating Point Code ) hay mã điểm đích DPC ( Destination Point Code ). Các kiểu báo hiệu Trong thuật ngữ của CCS No.7, khi hai nút báo hiệu có khả năng trao đổi các bản tin báo hiệu với nhau thông qua mạng báo hiệu ta nói giữa chúng tồn tại một liên kết báo hiệu. Các mạng báo hiệu có thể sử dụng 3 kiểu báo hiệu khác nhau, trong đó ta hiểu “kiểu” là mối quan hệ giữa đường đi của bản tin báo hiệu và đường tiếng có liên quan. Kiểu kết hợp: Trong kiểu kết hợp các bản tin báo hiệu và các đường tiếng giữa hai điểm được truyền trên một tập hợp đường đấu nối trực tiếp giữa hai điểm này với nhau Kiểu không kết hợp: Trong kiểu này các bản tin báo hiệu có liên quan đến các đường tiếng giữa hai điểm báo hiệu được truyền trên một hoặc nhiều tập hợp đường quá giang, qua một hoặc nhiều điểm chuyển tiếp báo hiệu Kiểu tựa kết hợp: Kiểu báo hiệu này là trường hợp đặc biệt của kiểu báo hiệu không kết hợp, trong đó các đường đi của bản tin báo hiệu được xác định trước và cố định, trừ trường hợp định tuyến lại vì có lỗi Nhóm đường báo hiệu ( Signalling Link Set ) Để nâng cao tính an toàn cho hệ thống trong trường hợp một đường báo hiệu có sự cố thì cần có hai hay nhiều hơn đường báo hiệu song song, tối đa là 16 đường báo hiệu gọi là nhóm đường báo hiệu. Các đường báo hiệu này sẽ hoạt động chia sẻ tải cho nhau và khi một đường có sự cố thì đường khác sẽ đảm nhận thay thế. Bản tin báo hiệu ( Signalling Message ) Là một tập hợp các thông tin, được định nghĩa tại lớp 3 hay lớp 4, thuộc về một cuộc gọi, sau đó được chuyển như một thực thể bởi chức năng chuyển bản tin. Thông tin báo hiệu ( Signalling Information ) Thông tin báo hiệu của bản tin bao gồm các thông tin đối tượng sử dụng như dữ liệu hay tín hiệu điều khiển cuộc gọi, thông tin quản lý và bảo dưỡng, kiểu và dạng bản tin. Trên các đường báo hiệu, những thông tin báo hiệu được bao hàm trong các đơn vị bản tin báo hiệu Message Signalling Unit ( MSU ). Cấu trúc mạng Để đáp ứng được nhu cầu phát triển của mạng viễn thông, mạng báo hiệu số 7 phải có cấu trúc phân mức. Theo khuyến nghị của CCITT, mạng báo hiệu số 7 phải được xây dựng sao cho càng ít mức càng tốt, thông thường trong một mạng quốc gia nó gồm 2 mức ứng với 2 mức STP là mức quốc gia và mức vùng. Mạng báo hiệu quốc gia được phân chia thành các vùng báo hiệu, mỗi vùng do một cặp STP đảm nhiệm. Mỗi vùng báo hiệu lại có thể phân chia thành các vùng báo hiệu nội hạt, vùng báo hiệu này gồm các nhóm SP. Ngoài ra để hoà hợp mạng quốc gia và mạng quốc tế, cần có thêm các SPT quốc tế. 2.7.4 Mối tương quan giữa CCS No.7 và OSI Quy định đầu tiên của hệ thống báo hiệu số 7 được CCITT công bố đầu năm 1980 trong sách vàng ( Yellow Book ) và cũng cùng năm đó Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế ( ISO ) đã giới thiệu mô hình OSI. Hệ thống báo hiệu số 7 là một kiểu thông tin số liệu chuyển mạch gói, nó được cấu trúc theo kiểu Module, rất giống với mô hình ISO nhưng nó chỉ có 4 mức tương ứng với 4 nhóm chứ năng. Hệ thống báo hiệu số 7 kết hợp các chức năng mức cao thành một khối gọi là phần người sử dụng. Mức 3 ( SCCP ) tương ứng với lớp 3 của OSI . TC tương ứng với các lớp 4, 5, 6. TC ở hình vẽ bao gồm phần xử lý dịch vụ trung gian TC - ISP ( TC- Intermediate Service Part ) và phần ứng dụng các khả năng giao dịch ( TC Application Part ). Theo các khuyến nghị của CCITT thì TC - ISP được dành cho tương lai còn TC hiện nay chủ yếu chứa TCAP. Việc trang bị TCAP cho mỗi tổng đài cho phép thâm nhập đến phần các cơ sở dữ liệu. Như vậy, ngoài việc kết nối các cuộc thu, phát trong quá trình xử lý còn thực hiện các xử lý đặc biệt như phát thông tin quay số bởi thuê bao đến trung tâm điêu khiển các dịch vụ và thu thông tin về nơi nhận thông tin kết nối cho các kiểu mạng khác nhau ( ví dụ: vị trí đầu cuối di động ) và tính cước thông tin cho các phần cơ sở dữ liệu để đưa ra các dịch vụ trên cơ sở thông tin thu được . Lớp ứng dụng Lớp trình bày Lớp phiên Lớp vận chuyển Lớp mạng Lớp đường số liệu Lớp đường vật lý Mạng báo hiệu Đường báo hiệu Kênh báo hiệu TUP ISUP OMAP OSI CCS No.7 MTP 4 3 2 1 TCAP SCCP Hình 2.12 Mối tương quan giữa CCS No.7 và mô hình OSI Qua hình hình 2.12, thấy rằng hệ thống báo hiệu số 7 không hoàn toàn phù hợp với OSI. Ba mức thấp nhất hợp thành phần chuyển bản tin ( MTP ), mức thứ tư gồm các phần ứng dụng. Sự khác nhau lớn nhất giữa CCS No.7 và OSI trong Version đầu tiên là thủ tục thông tin trong mạng. Mô hình OSI mô tả sự trao đổi số liệu có định hướng đấu nối ( Connection oriented ). Thủ tục thông tin gồm ba pha thực hiện là thiết lập đấu nối, chuyển số liệu và cắt đấu nối. Còn MTP chỉ cung cấp dịch vụ vận chuyển không định hướng ( Connectionless ) tức chỉ có pha chuyển số liệu, do vậy việc chuyển số liệu sẽ nhanh hơn nhưng với số lượng ít hơn. Để đáp ứng được nhu cầu phát triển các dịch vụ trong các ứng dụng nhất định, năm 1984 người ta phải đưa thêm phần điều khiển đấu nối báo hiệu ( SCCP ) vào sách đỏ ( Red book ) của CCITT. SCCP đề cập đến dịch vụ vận chuyển trong cả mạng có định hướng đấu nối và không định hướng và nó cung cấp một giao tiếp giữa các lớp vận chuyển và các lớp mạng để phối hợp với OSI. SCCP cho phép các mạng sử dụng CCS No.7 dựa trên nền tảng của MTP, coi MTP như phần mạng chung giữa các ứng dụng, sử dụng các giao thức OSI để trao đổi thông tin trong các lớp cao hơn. Điều này đặc biệt ưu việt khi đã có mạng báo hiệu số 7. Trong sách xanh ( Blue book ) còn mô tả giao thức tổng quát cho phần quản trị khả năng phiên dịch ( TCAP ) và một phần ứng dụng cho phần vận hành và bảo dưỡng ( OMAP ), những phần này đều tương ứng với lớp 7 trong mô hình OSI. 2.7.5 Giới hạn của hệ thống báo hiệu số 7 Nhân của hệ thống báo hiệu số 7 đối với mỗi ứng dụng khách hàng cung cấp khả năng để nhận dạng 16384 điểm báo hiệu. Số lượng mạch cho mỗi nối liên hệ báo hiệu phần khách hàng có thể đến 4096 mạch (4096 kênh mỗi hướng). Số lượng cuộc kết nối SCCP khả dụng ở một điểm báo hiệu đối với mối liên hệ báo hiệu có thể đến 224 SCCP cuộc nối . Kết luận chương 2 Trong các phần trên đã trình bày tổng quan về các giao thức báo hiệu trong mạng NGN. Qua đó thấy được vai trò quan trọng của giao thức SIP trong mô hình mạng NGN. Các giao thức trên vẫn đang được sử dụng trong các mạng viễn thông thế giới do những ưu điểm của chúng vẫn còn phù hợp với cơ sở hạ tầng mạng, nhu cầu dịch vụ và điều kiện của các quốc gia. Hiện nay hai giao thức đang được sử dụng chủ yếu trong mạng là giao thức H.323 và giao thức SIP. Giao thức H.323 ra đời trước và đã được ứng dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên, nhờ sự đơn giản, khả năng mở rộng và khả năng thích ứng cao trong mạng Internet mà giao thức báo hiệu SIP đã và đang dần thay thế các giao thức báo hiệu khác trong tương lai.Fax