Chuyển mạch mềm trong VoIP

Chương 3. Chuyển mạch mềm trong VoIP 3.1. Chuyển mạch mềm và kiến trúc phân tán Hình 3.1 minh họa kiến trúc mạng phân tán như là một mô hình cho mạng chuyển mạch mềm (Softswitch). Mô hình này tách phần cứng chuyển mạch gói ở dưới khỏi điều khiển cuộc gọi, logic dịch vụ, và những dịch vụ phát sinh. Sự phân tán này cho phép lựa chọn mềm dẻo phần cứng cũng như là dịch vụ phát sinh mà không đòi hỏi thay đổi cơ cấu chuyển mạch hay cấu trúc và mở ra cơ hội co nhà phát triển thứ ba. Lớp cuối là vùng vận chuyển, vận chuyển vật lý cho cả voice và dữ liệu. Hình 3.1 Kiến trúc chuyển mạch mềm Vùng này chứa những gateways truyền thông sử dụng giải pháp softswitch. Điều này cho phép kiến trúc client/server của softswitch trái ngược với kiến trúc dựa trên chuyển mạch lớp 4 và 5. Là một ưu điểm cho phép nhà dịch vụ có thể bắt đầu với số lượng nhỏ và phát triển lên tương ứng với đầu tư lớp 4. Sự thông minh của internet nằm bên ngoài phạm vi của mạng trái ngược với PSTN, nằm ở phần lõi của mạng. Chuyển mạch mềm là một tổng tất cả các thành phần của nó phân tán trong mạng IP, trái ngược với PSTN, tập trung ở một chỗ. 3.1.1. Các phương thức truy cập Kiến trúc của softswitch, cũng như PSTN gồm 3 thành phần: (1) access- phương thức truy cập vào mạng của khách hàng, (2)- switching- cách thức điều khiển một cuộc gọi trong mạng, (3) một cuộc gọi được vận chuyển như thế nào. Trong trường hợp truy cập vào mạng VOIP, có thể từ một nguồn IP (PC hay IP phone) hay từ một thiết bị analog thông qua một gateway trung gian. Có các mô hình là : - PC-to-PC và PC-to-Phone - IP Phones (IP Handsets) Phone-to-Phone VoIP. Hình 3.2. Những ứng dụng pc-to-pc và pc-to-phone. 3.1.2. Media Gateways (VoIP Gateway Switch) Gateway cung cấp một kết nối giữa một điểm cuối của mạng dữ liệu và mạng PSTN. Thông dịch giữa các dạng truyền dẫn và thủ tục truyền thông được sử dụng mỗi phía. Nó có thể chạy độc lập hoặc tích hợp vào trong hệ thống. Trong kiến trúc softswitch, một media gateway có thể là một phần của bộ phận chuyển mạch, theo xu hướng thì giảm độ thông minh của media gateway và tăng ở softswicth. Vấn đề quan trọng nhất của media gateway là dung lượng của chúng. Mật độ (số lượng cổng trên một khung) xác định mức độ của nó. Và được phân ra làm 3 loại sau: (1) residential hay small office/home office (SOHO), (2) enterprise, và (3) carrier grade. 3.1.3. Softswitch (Gatekeeper, Media Gateway Controller) Một softswitch là trí thông minh của một mạng cho việc đièu khiển cuộc gọi, báo hiệu, và những đặc tính khác đảm bảo một cuộc gọi thông qua một mạng hay nhiều mạng. Nhiệm vụ cơ bản là điều khiển, như thiết lập và ngắt cuộc gọi. Để đảm bảo chắc chắn rằng cuộc gọi còn tồn tại cho đến khi bị ngắt bởi bên gọi hay được gọi. Nó phải liên kết các bản tin báo hiệu, định tuyến giữa các mạng.Để thiết lập một cuộc gọi, một giao thức chung phải được sử dụng để định nghĩa các thông tin trong bản tin và dễ hiểu cho các mạng. Những loại báo hiệu chính là peer-to-peer cho điều khiển cuộc gọi như là SIP, SS7, và H.323, switch-to-gateway cho điều khiển môi trường như là MGCP. Media gateway controller và gatekeeper là tiền thân của softswitch. Chúng được thiết kế cho mạng voice mật độ thấp. Những MGCs thông tin với gateway báo hiệu và media gateway để cung cấp những xử lý cuộc gọi cần thiết. MGCs sử dụng cả MGCP và MEGACO/H.248 Gatekeeper technology phát triển từ công nghệ H.323, H.323 được thiết kế cho LAN và H.323 gatekeeper chỉ có thể quản lý những hoạt động trong một vùng (một hoặc nhiều gateways được quản lý bởi một gatekeeper). Những chức năng của gatekeeper là thông dịch địa chỉ (như là tên, địa chỉ email cho một thiết bị đầu cuối hay gateway và một địa chỉ vận chuyển) và điều khiển đăng nhập (quản trị đăng nhập vào mạng). Một khi VoIP trở nên lớn và phức tạp hơn, những giải pháp quản lý thông minh hơn là cần thiết. Khả năng xử lý cao hơn để giao tiếp báo hiệu giữa mạng IP và PSTN (những giao thức báo hiệu VoIP đến SS7). Những chức năng khác bao gồm nhu cầu những đặc tính tích hợp trong mạng và giao tiếp với những giao thức VoIP khác đã sinh ra softswitch. Softswitch cung cấp những bản thống kê để tính cước và theo dõi hoạt động, những chức năng quản lý cơ bản trong khi giao tiếp với những server ứng dụng để đưa thêm nhưng ứng dụng giá trị gia tăng vào. 3.1.4. Gateway báo hiệu Signaling gateway được dùng để kết thúc những link báo hiệu từ PSTN và những điểm báo hiệu khác. SS7 signaling gateway làm việc như là một bộ chuyển đổi giao thức giữa IP và PSTN. Vì vậy khi một cuộc gọi xuất phát từ một mạng IP sử dụng H.323 như là giao thức VoIP và được kết thúc trong mạng PSTN, một sự chuyển đổi từ giao thức báo hiệu H.323 đến SS7 là cần thiết để hoàn thành cuộc gọi. Về mặt vật lý, chức năng báo hiệu có thể được nhúng trực tiếp trong media gateway controller hay được đặt trong một gateway chạy độc lập. 3.2. Server ứng dụng Application server cung cấp những tính chất và dịch vụ ứng dụng cho khách hàng. Như là chuyển tiếp cuộc gọi, hội thảo, voice mail, báo bận… Nói cách khác một Application Server là một server chạy một phần mềm để cung cấp những ứng dụng. Softswitch truy cập vào chúng và cung cấp ngay cho khách hàng khi có nhu cầu. Hình 3.3. Mối quan hệ softswitch và các thành phần khác. Những giải pháp softswitch chú trọng vào những chuẩn mở trái ngược với lớp chuyển mạch 4 hay 5, có những thuộc tính và môi trường đóng. Không một sản phẩm phần cứng hay phần mềm của một nhà sản xuất từ một nhà cung cấp nào lại tương thích với những nhà cung cấp khác. Những chuẩn mở tránh khỏi sự ràng buộc và những dịch vụ phát sinh đắt đỏ của các nhà cung cấp. Nó cho phép nhà khai thác có thể tích hợp những ứng dụng khác hay tự viết các chương trình riêng cho mình. Những đặc tính nằm ở lớp ứng dụng trong kiến trúc softswitch. Sự giao tiếp giữa lớp điều khiển cuộc gọi và những ứng dụng nhất định là the applica- tion program interface (API). Viết và giao tiếp một ứng dụng với phần còn lại của kiến trúc softswitch xuất hiện trong môi trường phát sinh dịch vụ. 3.2.1. IP PBX Có lẽ ứng dụng sớm nhất và thông dụng nhất cho doanh nghiệp VoIP làm xuất hiện softswitch là việc cài đặt VoIP gateway trên cùng đường trục của một PBX. Gateway này đóng gói luồng voice và định tuyến nó qua mạng IP, nó tiết kiệm cho doanh nghiệp khi có cuộc gọi đường dài. Bộ điều khiển cho giải pháp này là phần mềm gọi là gatekeeper, nó là tiền thân của softswitch. Mặt dù các nhà phát triển phần mềm có thể tạo ra một “soft” PBX, có thể thay thế những PBXs, với giá thành thấp hơn những phần cứng PBX.Và nó được biết như là IP PBX. Một IP PBX có thể được xem như là một softswitch mức doanh nghiệp. Hình 3.4. IP PBX, xem như là “soft” PBX 3.2.2. IP Centrex Như là mô hình tập trung của PBX trong chuyển mạch kênh, nó làm việc giống chuyển mạch gói. Sau khi IP PBX đưa ra thị trường, regional Bell operating companies (RBOCs) nhận thấy có thể triển khai dịch vụ chuyển mạch tập trung cho ứng dụng VoIP. Nó được ra đời trên ý tưởng: nếu một công ty lớn có thể định tuyến những lưu lượng voice trong nội bộ cơ quan thông qua một mạng WAN sử dụng IP PBX, họ có thể có yêu cầu một dịch vụ chuyển mạch tập trung. Centrex là một tập những giải pháp kinh doanh đặc biệt (cơ bản là dịch vụ voice) với những thiết bị cung cấp khả năng điều khiển cuộc gọi, những chức năng logic dịch vụ của nhà khai thác và được đặt ở cơ quan trung tâm. Nó giúp khách hàng không cần đầu tư, bảo trì thiết bị bằng cách cho họ thuê những thiết bị đó. IP Centrex, mỗi một đường băng rộng đáp ứng cho nhiều luồng voice đồng thời. Với analog centrex, mỗi cặp dây đồng dùng cho một trạm đầu cuối, không cần biết là cuộc gọi ở trạng thái nào, trở nên lãng phí băng thông của các đường dây. IP Centrex sử dụng Class 5 Switch Architecture Trong nền tảng này, những switch lớp 5 hỗ trợ dịch vụ IP Centrex cùng với các dịch vụ khác như là POTS và ISDN. Thực thi bằng cách sử dụng một media gateway ở CPE và một GR-303 gateway cùng đặt ở lớp 5. Media gateway kết nối với switch như là một hệ thống mang nhánh số (digital loop carrier system) dùng giao thức như là GR-303 để chuyển thông tin báo hiệu POTS và ISDN đến những switch khác cho đường dài. Hình 3.5. IP Centrex dùng một chuyển mạch lớp 5 với giao diện là GR-303 GR-303 gateway chuyển đổi tất cả thông tin báo hiệu nó nhận từ media gateway của khách hàng và giải đóng gói luồng voice rồi đưa đến switch. Tương tự nó thông dịch bản tin báo hiệu từ switch sang giao thức IP phone và đóng gói luồng voice để truyền đến media gateway người dùng. IP Centrex sử dụng Softswitch Architecture Ở đây switch lớp 5 được thay bằng một softswitch, điều khiển cuộc gọi và logic dịch vụ. Khác lớp 5 là không quan tâm đến vận chuyển và chuyển mạch những gói voice. Mọi thành phần đều báo hiệu thông qua các gói tin dùng giao thức IP phone như là H.323 và SIP. Hình 3.6. IP centrex với chuyển mạch mềm Sau khi nhận thông tin thiết lập cuộc gọi, softswitch xác định vị trí của người bị gọi. Nếu là thành viên của nhóm Centrex, softswitch thực hiện định tuyến luồng voice giữa hai đầu. Nếu bên gọi thuộc vùng PSTN, softswitch yêu cầu bên gọi định tuyến trunk gateway, trunk gateway làm việc kết hợp với một gateway báo hiệu, để trao đổi bản tin SS7 với PSTN. Cả trunk và signaling gateway đều nhận chỉ thị từ softswitch. Chuyển mạch mềm thay thế lớp 4 Bước mở rộng tiếp theo là thay thế softswitch luôn cho lớp 4, dùng cho các cuộc gọi đường dài. Hình 3.7. Giải pháp thay thế lớp 4 bằng chuyển mạch mềm Để đáp ứng nhu cầu thị trường, những giải pháp thông minh, tăng dung lưọng được đưa ra cho ứng dụng đường dài. Bằng cách thay thế lớp 4 bằng softswitch là tập nhiều gateway thông dụng được quản lý thông minh hơn media gateway nhiều. Trong hoàn cảnh PBX, media gateway đóng gói voice stream đi ra từ lớp 4 và định tuyến nó qua mạng IP. Bước phát triển tiếp theo là tháo gỡ lớp 4 trong kiến trúc đó, lớp 5 kết nối trực tiếp đến media gateway. điều khiển cuộc gọi, báo hiệu, những chức năng khác đều được điều khiển bởi softswitch. Chuyển mạch mềmthay thế lớp 5 Mức tiếp theo của quá trình phát triển công nghệ softswitch là thay thế lớp 5. Nó gây ra nhiều cuộc tranh luận, khả năng này đánh dấu sự đi xuống của kiến trúc viễn thông cổ điển, đặc biệt là nhà khai thác ở địa phương và các nhà cung cấp thiết bị lớp 5. Hình 3.8. Giải pháp thay thể lớp 5 bằng chuyển mạch mềm