bộ giáo dục và đào tạo
trương đại học bách khoa hà nội

Nguyền Văn Phúc

công nghệ chuyển mạch mềm và
mạng thế hệ sau NGN

Chuyên nghành: Điện Tử Viễn Thông

luận văn thạc sÜ KHOA HäC

Ng­êi h­íng dÉn khoa häc:

Hµ néi - 2004


1

Mục lục
các từ viết tắt ....................................................................................................4
danh mục các bảng..........................................................................................7
Danh mục các hình vẽ và đồ thị ...............................................................8
Lời nói đầu ..........................................................................................................10
Chương I. Mạng thế hệ sau và công nghệ chuyển mạch mềm .12
1.1.

Những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh .......................................13

1.1.1.

Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt .........................................13

1.1.2.

Không có sự phân biệt dịch vụ: ..............................................................13

1.1.3.

Giới hạn trong phát triển mạng ..............................................................14

1.2.

Mạng thế hệ sau và công nghệ chuyển mạch mềm ...................................16

1.3.

Những lợi ích của Softswitch đối với nhà khai thác và sử dụng...............16

Chương II. Đặc điểm và kiến trúc mạng NGN ....................................19
2.1.

Kiến trúc mạng NGN ...................................................................................19

2.2.

Các phần tử trong mạng NGN ....................................................................21

2.3.

Các dịch vụ chính trong mạng NGN ..........................................................23


2.3.1.

ứng dụng làm SS7, PRI Gateway ............................................................23

2.3.2.

Trung kế ảo - tổng đài chuyển mạch gói chuyển tuyếp...........................24

2.3.3.

Tổng đài chuyển mạch nội hạt ................................................................26

2.3.4.

Thoại trên băng thông rộng ....................................................................26

Chương III. các giao thức báo hiệu và điểu khiển trong mạng
NGN ..........................................................................................................................30
3.1.

Bộ Giao thức H323 .......................................................................................30

3.1.1.

Cấu trúc của H.323 ................................................................................30

3.1.1.1.

Thiết bị đầu ci ..............................................................................31


3.1.1.2.

Gatekeeper .......................................................................................32

3.1.1.3.

Khèi ®iỊu khiĨn ®a ®iĨm ..................................................................34

3.1.2.

TËp giao thøc H323 ................................................................................34


2

3.1.2.1.

Báo hiệu RAS ...................................................................................34

3.1.2.2.

Báo hiệu điều khiển cuộc gọi H225 .................................................35

3.1.2.3.

Giao thøc H.245 ..............................................................................36

3.1.3.
3.2.


C¸c thđ tơc b¸o hiƯu cc gäi ................................................................39

Giao thức khởi tạo phiên SIP ......................................................................43

3.2.1.

Khái quát về SIP .....................................................................................43

3.2.2.

Các bản tin của SIP ................................................................................46

3.2.3.

Khả năng tìm gọi song song của SIP ......................................................50

3.2.4.

Các quá trình thiết lập cuộc gọi của SIP ................................................51

3.2.5.

So sánh giữa H.323 và SIP......................................................................53

3.3.

SIP-T..............................................................................................................55

3.4.


Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập kênh mang BICC.........................57

3.4.1.

Tổng quan về BICC.................................................................................57

3.4.2.

Kiến trúc của BICC ...............................................................................59

3.4.2.1.

Mô hình mạng ..................................................................................59

3.4.2.2.

Mô hình giao thức............................................................................62

3.4.3.
3.5.

Ví dụ về quá trình thiết lập cuộc gọi củ BICC CS1 ................................63

Giao thức điều khiển gateway truyền thông MGCP................................64

3.5.1.

Kiến trúc của MGCP ..............................................................................64


3.5.2.

Sử dụng giao thức SDP............................................................................66

3.5.3.

Các lệnh và các đáp ứng của MGCP ......................................................66

3.5.4.

Các sơ đồ cuộc gọi ..................................................................................68

chương IV. Liên kết giữa mạng báo hiệu số 7 và mạng NGN ......70
4.1.

Báo hiệu số 7 .................................................................................................70

4.1.1.

Các phần tử trong mạng báo hiệu số 7 ...................................................70

4.1.2.

Tập giao thức SS7....................................................................................73

4.2.

4.1.2.1.

Phần chuyển tiếp bản tin - Message Transfer Part MTP................73


4.1.2.2.

Phần ứng dụng ISDN ISUP .........................................................74

4.1.2.3.

Phần ứng dụng điều khiển kết nối báo hiệu SCCP ..........................74

4.1.2.4.

Phần ứng dụng khả năng giao dịch TCAP ..................................74

Liên kết báo hiệu giữa mạng SS7 và Chuyển mạch mềm ........................74


3

4.2.1.

SIGTRAN.................................................................................................75

4.2.1.1.

KiÕn tróc giao thøc SIGTRAN .........................................................76

4.2.1.2.

M2UA ..............................................................................................77


4.2.1.3.

M2PA ...............................................................................................78

4.2.1.4.

M3UA (MTP3 User Adaption Layer)..............................................79

4.2.1.5.

Truyền tải SCCP qua mạng IP ........................................................81

4.2.2.

Ví dụ một số tiến trình cuộc gọi liên mạng giữa PSTN và NGN ............82

chương V. mô hình giao tiếp ứng dụng và phát triển phần
mềm trong mạng ngn....................................................................................86
5.1.

Parlay API ....................................................................................................86

5.1.1.

Các thuộc tính cđa Parlay API ...............................................................87

5.1.2.

KiÕn tróc cđa Parlay API .......................................................................88


5.2.

Jain ................................................................................................................89

5.2.1.

KiÕn trúc của Jain. ..................................................................................90

5.2.2.

Jain API ..................................................................................................92

Chương VI. Giới thiệu giảI pháp surpass của Siemen và tình
hình triển khai mạng ngn ở việt nam ..................................................93
6.1.

Giải pháp SURPASS của Siemen ...............................................................93

6.1.1.

Media Gateway hiG ................................................................................94

6.1.2.

Softswitch hiQ9200 .................................................................................95

6.1.3.

hiQ 10 .....................................................................................................96


6.1.4.

hiQ20 ......................................................................................................96

6.1.5.

hiQ 4000 .................................................................................................96

6.1.6.

hiQ 30 .....................................................................................................97

6.1.7.

hiQ 6200 .................................................................................................98

6.2.

Tình hình triển khai mạng NGN tại Việt Nam..........................................98

kết luận ............................................................................................................103
Tài liệu tham khảo .......................................................................................104


4

Các từ viết tắt
Từ viết tắt

Tên tiếng Anh


Tên tiếng Việt

Authentication, Authorization,

Nhận thực thuê bao, nhận thực

Accounting

dịch vụ, tính cước

ACM

Address Complete Message

Bản tin hoàn tất địa chỉ

AAL

Atm Adaption Layer

Lớp tương thích ATM

ANM

ANswer Message

Bản tin trả lời

API


Application Program Interface

Giao diện lập trình ứng dụng

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền không đồng bộ

BCF

Bearer Control Function

Chức năng điều khiển kênh

AAA

mang
BICC
BIWF.

Bearer Independent Call

Giao thức điều khiển cuộc gọi

Control

độc lập với kênh mang


Bearer InterWorking 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

Digital Subscriber Line Access

Bộ ghép kênh truy nhâp đường

Multiplexer


dây thuê bao số.

DSLAM
GK

Gatekeeper

GSN

Gate Serving Node

GW

Gateway

IAD

Integrated 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 thøc Internet

ISN

Interface Serving Node

§iĨm phơc vơ giao diƯn

ISP

Interner Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ISDN User Part

Phần đối tượng ng­êi sư dơng

ISUP

§iĨm phơc vơ cỉng



5

mạng tích hợp đa dịch vụ
ITU

International

Hiệp hội viễn thông quốc tế

Telecommunications Union
LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

LE

Local Exchange

Tổng đài nội hạt

MC

Multipoint Controller

Bé ®iỊu khiĨn ®a ®iĨm

MP


Multipoint Processor

Bé xư lý ®a ®iĨm

MCU

Multipoint Control Unit

Khèi ®iỊu khiĨn ®a ®iĨm

MGCP

Media Gateway Control

Giao thøc ®iỊu khiển Gateway

Protocol

truyền thông

MGC

Media Gateway Controller

Bộ điều khiển thuê bao

M2UA

MTP2 User Aption layer


Líp t­¬ng thÝch ng­êi sư dơng
MTP2

M3UA

MTP3 User Adaption Layer

Líp tương thích người sử dụng
MTP3

M2PA

MTP2-User Peer-to-Peer

Lớp tương thích ngang hàng

Adaptation Layer

người sử dụng MTP2

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

Maintainance, and Performance và giám sát hoạt động
PBX

Private Branch eXchange

Tổng đài nhánh dành riêng

POTS

Plain Old Telephone Service

Dịch vụ điện thoại truyền thống

Primary Rate Interface

Giao diện tốc độ cơ bản

Public Switch Telephone

Mạng điện thoại công cộng

PRI

PSTN

Network
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 cËp tõ xa

RTCP

Real-Time Control Protocol

Giao thøc ®iỊu khiĨn thêi gian
thùc

RTP


Real-Time Transport Protocol

Giao thøc truyÒn vËn thêi gian


6

thực
SCN

Switch Circuit Network

Mạng chuyển mạch kênh

SCP

Service Control Point

Điểm điều khiển dịch vụ

Signal Connection Control Part

Phần ứng dụng điều khiển kết

SCCP

nối báo hiệu.
SCTP

Stream Control Transport


Giao thức truyền vận điều khiển

Protocol

luồng.

SDP

Session Description Protocol

Giao thức miêu tả phiên

SIP

Session Initiation Protocol

Giao thức khởi tạo phiên

SIGTRAN

Signalling Transport

Truyền vận báo hiệu

SG

Signalling Gateway

Gateway báo hiệu


SS7

Signalling System 7

Hệ thống báo hiệu số 7

SSP

Service Switching Point

Điểm chuyển mạch dịch vụ

STP

Signaling 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 Capabilities

Phần ứng dụng khả năng giao

Application Part

dịch

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

ToS

Type of Sevice

Kiểu dịch vụ


TSN

Transit Serving Node

Điểm phục vụ chuyển tiếp

UAC

User Agent Client

Máy khách tác nhân người sử
dụng

UAS

User Agent Server

Bộ phục vụ tác nhân người sử
dụng

VoIP

Voice over IP

Thoại trên giao thøc IP


7

danh mục các bảng

Bảng 1.1 - So sánh mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch mềm ..............18
Bảng 3.1 - Các mào đầu bản tin SIP ..........................................................................47
Bảng 3.2 - Giải thích một số trường mào đầu quan trọng .........................................47
Bảng 3.3 - Các đáp ứng SIP .......................................................................................50
Bảng 3.4 - So sánh H.323 và SIP ..............................................................................55
Bảng 3.5 - Các yêu cầu liên mạng giữa SS7-SIP .......................................................56
Bảng 3.6 - Một số mà trả vÒ .....................................................................................68


8

Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Hình 1.1 So sánh sự tăng trưởng băng thông trong mạng gói và mạng TDM (nguồn
Siemens) .............................................................................................................12
Hình 1.2 - Cấu trúc mạng và báo hiệu của mạng PSTN. ...........................................15
Hình 1.3 - Kiến trúc mạng PSTN và mạng thế hệ mới NGN ....................................18
Hình 2.1 - Mô hình kiến trúc mạng NGN .................................................................19
Hình 2.2 - Sơ đồ mạng NGN .....................................................................................22
Hình 2.3 - Sơ đồ truy cập Internet qua PRI ...............................................................24
Hình 2.4 - Sơ đồ truy cËp Internet qua trung kÕ SS7 .................................................24
H×nh 2.6 - KiÕn trúc tổng đài chuyển mạch gói nội hạt ...........................................26
Hình 2.7 - Các phần tử trong trong ứng dụng VoBB .................................................27
Hình 2.8 - Sơ đồ kết nối IAD, và Cusomer Premise GW .........................................28
Hình 2.9 - ứng dụng NGN với đầu cuối IP, và IP client ..........................................28
Hình 3.1 - Kiến trúc mạng H.323 và các phần tử ......................................................30
Hình 3.2 - Cấu trúc thiết bị đầu cuối H.323 ..............................................................31
Hình 3.3 Hai đầu cuối đăng ký một GK, báo hiệu cuộc gọi trực tiếp...42
Hình 3.4 - Quá trình thiết lập cuộc gọi qua Proxy server..........................................51
Hình 3.5 - Quá trình thiết lập cuộc gọi ở chế độ Redirect Server .............................52
Hình 3.6 - Đầu cuối PSTN gọi cho đầu cuối SIP......................................................56

Hình 3.7 - SIP là cầu nối báo hiệu giữa hai Softswitch ............................................57
Hình 3.8 - Mô hình chức năng một điểm dịch vụ của BICC CS2 .............................61
Hình 3.9 - Mô hình giao thức của BICC....................................................................62
Hình 3.10 - Quá trình thiết lập cuộc gọi kiêu Forward BNC ..................................63
H×nh 3.12 - KiÕn tróc MGCP ...................................................................................65
H×nh 3.13 - Cuộc gọi cơ bản từ RW tới TW .............................................................69
Hình 3.14 - Cuộc gọi cơ bản từ TW tới RW .............................................................69
Hình 4.1 - Cấu trúc mạng báo hiệu số 7 ...................................................................70
Hình 4.2 - Các kiểu link báo hiệu SS7.......................................................................72
Hình 4.3 - Mô hình OSI và Tập giao thức SS7 ..........................................................73


9

Hình 4.4 - Mô hình kiến trúc SITRAN......................................................................76
Hình 4.5 - Mô hình M2UA .......................................................................................78
Hình 4.6 - Mô hình M2PA ........................................................................................78
Hình 4.7 - Mô hình M3UA ......................................................................................80
Hình 4.8 - Mô hình truyền tải SCCP qua mạng IP ...................................................82
Hình 4.9 - Trường hợp thuê bao PSTN gọi cho một thuê bao H.323 qua MG .........83
Hình 4.10 - Trường hợp ứng dụng tổng đài gói chuyển tiếp .....................................84
Hình 4.11 - Trường hợp thuê bao PSTN gọi vào một thuê bao SIP qua MG............85
Hình 5.1 - Mô hình Parlay.........................................................................................86
Hình 5.2 - Kiến trúc Parlay API ...............................................................................88
Hình 5.4 - Mô hình Jain ............................................................................................90
Hình 5.5 - Kiến trúc Jain ..........................................................................................91
Hình 6.1 - Mô hình tổng quan của giải pháp Surpass ...............................................94
Hình 6.2 - Mô hình chức năng của hiQ 9200 ............................................................95
Hình 6.3 - Mô hình mạng NGN cña VNPT ..........................................................101



10

Lời nói đầu
Ngày nay, thông tin liên lạc đóng vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống
của chúng ta. Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xà hội, giúp cho con người
nắm bắt nhanh chóng và kịp thời những thông tin văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ
thuật.
Các đây vài năm, nói về mạng viễn thông thì người ta thường chỉ nghĩ đến
một hệ thống các tổng đài chuyển mạch kênh dung lượng lớn phức tạp, nhưng chỉ
vài năm gần đây với sự phát triển như vũ bÃo của mạng Internet, cùng với nó là sự
phát triển về công nghệ mạng, cũng như sự yêu cầu của khách hàng về các dịch vụ
gia tăng ngày càng cao từ đó xuất hiện xu hướng dịch chuyển nền tảng viễn thông
chuyển mạch kênh hiện tại sang mạng các tổng đài chuyển mạch gói đáp ứng được
đòi hỏi về băng thông của mọi loại hình dịch vụ từ đó hình thành nên mạng hội tụ có
thể cung cấp mọi dịch vụ trên cùng một hạ tầng mạng. Đó chính là mạng thế hệ sau
NGN. Sự ra đời của NGN ngoài mặt có ý nghĩa về công nghệ và dịch vụ, nó còn
đem lại cơ hội cho những công ty nhỏ ít tên tuổi hoặc những công ty mới tham gia
vào thị trường viễn thông có thể đứng vững trên thị trường mà trước đây nằm trong
sự kiểm soát của một số ít nhà sản xuất lớn.
Mạng NGN không chỉ tồn tại trên lý thuyết mà đang được triển khai rộng rÃi
trên thÕ giíi. ë ViƯt Nam, Tỉng C«ng Ty B­u ChÝnh Viễn Thông Việt Nam VNPT
đà xây dựng xong cơ sở hạ tầng mạng và đang từng bước cung cấp các dịch vụ cho
khách hàng, trong khi đó các công ty viễn thông khác cũng đang xây dựng các dự án
phát triển mạng NGN của riêng mình. Mặt khác xuất phát từ nhu cầu trong công
việc, nên tôi đà chọn Công nghệ chuyển mạch mềm và Mạng thế hệ sau NGN làm
hướng nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp của mình.
Luận văn gồm những mục sau :
Chương I. giới thiệu công nghệ mạng thế hệ sau NGN và chuyển mạch mềm,
phần trung tâm bộ nÃo của NGN, những động lực thúc đẩy sự ra đời và mục tiêu

hướng tới của công nghệ này. Khái niệm và cách tiếp cận Softswitch cũng được đề
cập.


11

Trên cở sở đó, Chương II tập trung vào các vấn đề đặc điểm và kiến trúc mạng
NGN dựa trên công nghệ chuyển mạch mềm, đồng thời nêu ra các ứng dụng trong
mạng.
Dựa trên mô hình Softswitch, Chương III đi sâu vào giao tiếp với các phần tử
trong mạng NGN qua các giao thức điều khiển và báo hiệu đà được phát triển trong
những năm qua gồm : H323, SIP, BICC, MGCP.
Chương IV tập chung vào giao tiếp báo hiệu và điều khiển giữa mạng NGN và
mạng PSTN cụ thể ở đây là mạng báo hiệu số 7.
Chương V đề cập tổng quan về mô hình giao tiếp ứng dụng và phát triển phần
mềm cho phép dễ dàng triển khai và ứng dụng các dịch vụ mới vốn là một trong
những lợi ích chủ yếu của Softswitch.
Trong Chương VI, bằng việc phân tích giải pháp của SURPASS của Siemens
hiện đang được VNPT và VP Telecom sử dụng để xây dựng mạng NGN của mình,
để minh hoạ các vấn đề kỹ thuật đà được nêu ra ở chương II, II, IV, đồng thời trong
chương này đưa ra tình hình triển khai mạng NGN ở Việt Nam.
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo
G.S Đoàn Nhân Lộ đà tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện tử Viễn
thông, bạn bè và các đồng nghiệp đà giúp đỡ, động viên tôi trong thời gian viết bản
luận văn này.


12


Chương I. Mạng thế hệ sau và công nghệ chuyển mạch mềm
Ngày nay, nền công nghiệp viễn thông đang vận động mạnh mẽ. Sự vận động
này không chỉ liên quan tới các nhà sản xuất, các nhà nghiên cứu trong ngành
viễn thông mà còn tới nhiều người trong nhiều lĩnh vực khác của xà hội. Phương
thức mà con người trao đổi thông tin, giao tiếp và kinh doanh với nhau đang dần
dần thay đổi.Thay vì trước đây con người chỉ có nhu cầu giao tiếp đàm thoại
thông thường thì ngày nay thông qua một đường dây họ vừa muốn đàm thoại,
truyền cả số liệu và và cả tín hiệu hình ảnh. Trên cùng xu thế đó hiện nay xuất
hiện rất nhiều thiết bị đầu cuối có thể cung cấp thông tin thoại, số liệu, fax, video
và các dịch vụ khác như 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 không
thể kể hết được.

Hình 1.1 So sánh sự tăng trưởng băng thông trong mạng gói và mạng TDM
(nguồn Siemens)
Lưu lượng thông tin số liệu đà vượt xa lưu lượng thông tin thoại và vẫn tăng
không ngừng với tốc độ gấp 10 lần tốc độ tăng của lưu lượng thông tin thoại. Với
đặc điểm của chuyển mạch kênh chỉ có khả năng cung cấp cho thuê bao một
kênh tốc độ 64kbps nên không thể đảm bảo cung cấp tốc độ phù hợp với yêu cầu


13

của người sử dụng, do đó nó đà không còn thích hợp nữa và đang nhường bước
cho chuyển mạch gói trong m¹ng thÕ hƯ sau (Next Generation Network).
M¹ng thÕ hƯ sau đang dần định hình, nhưng cơ sở hạ tầng mạng không thể
thay thế trong một sớm một chiều vì thế NGN phải tương thích với môi trường
mạng có sẵn, trong quá trình phát triển sau này kiến trúc mạng sẽ dần chuyển từ
hạ tầng chuyển mạch kênh sang hạ tầng mạng thế hệ sau.
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 thông tin
thoại. Đó không chỉ là mạng phục vụ tryền số liệu. Đó là một mạng thống nhất
mang lại những ứng dụng cao cấp cho đời sống xà hội.
1.1. Những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh
Hiện nay, cơ sở hạ tầng chuyển mạch viến thông công cộng hầu hết là những
tổng đài chuyển mạch kênh sử dụng công nghệ ghép kênh theo thời gian, nó đÃ
phát triển khá toàn diện về dung lượng, chất lượng và quy mô mạng lưới. Nói
chung mạng PSTN đáp ứng rất tốt nhu cầu sử dụng dịch vụ thoại của khách
hàng, nhưng nó vẫn còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết thực sự thoả đáng
chưa nói đến việc cung cấp những dịch vụ mới khác... Mạng chuyển mạch kênh
bao gồm ba hạn chế nhìn dưới góc độ của những nhà vận hành và khai thác mạng.
1.1.1. Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt
Hầu hết thị phần thiết bị chuyển mạch nội hạt do một số nhà sản xuất lớn
kiểm soát. 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. Vấn đề đặt ra ở đây là
chúng không thích hợp khi được sử dụng cho vài trăm cho đến vài ngàn thuê bao,
bởi vì giá thành thiết bị cao. Giá thấp nhất của một tổng đài nội hạt thường ở
khoảng vài triệu USD, con số có thể làm nản lòng các nhà cung cấp dịch vụ,
buộc họ chỉ dám tham gia vào các thị trường lớn nhất.
1.1.2. Không có sự phân biệt dịch vụ:
Các tổng đài bao giờ cũng chỉ cung cấp tập các dịch vụ cho người sử dụng
như đợi cuộc gọi đến, chuyển cuộc gọi, xác định số chủ gọi, hạn chế cuộc gọi ...
Hầu hết các dịch vụ này đều đà tồn tại từ nhiều năm qua, các dịch vụ hoàn toàn
mới tương đối hiếm. Thứ nhất bởi vì sẽ rất tốn kém khi phát triĨn vµ thư nghiƯm


14

các dịch vụ mới, thứ hai cũng bởi vì tập các dịch vụ hiện có đà bao hàm hầu hết
các khả năng mà một khách hàng có thể thực hiện trên các nút bấm điện thoại

của mình.
Các dòng tổng đài phục vụ mạng công cộng đều do một số hÃng lớn phát
triển một cách độc lập, xây dựng từ nền tảng phần cứng tới các mô đun phần
mềm. Mặc dù các hÃng đều cam kết tuân theo các chuẩn của ITU nhưng trên
thực tế khả năng để một hÃng thứ ba kết thừa 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.
1.1.3. Giới hạn trong phát triển mạng
Thông thường sơ đồ đấu nối của mạng tổng đài chuyển mạch kênh là hình
cây. được thể hiện trên hình 1.2, ở trên là các tổng đài quốc tế, đến tổng đài Toll,
tổng đài tandem, tổng đài host. Cứ mỗi tổng đài mới được lắp thì nó phải nối với
các tổng đài đài cấp cao hơn với sơ đồ đầu nối phức tạp, mỗi hướng kết nối thì
phải tạo riêng các luồng truyền dẫn để kết nối với hai tổng đài điều này gây khó
khăn cho việc đấu nối chuyền dẫn, mặt khác khi bổ xung tổng đài mới thì lưu
lượng thoại ở các trung kế nối các tổng đài lớp trên ngày càng cao đến một lúc
nào đó thì phải nâng cấp mở rộng dung lượng của trung kế đó.
Khi khai mới một đầu số trong toàn mạng thì phải khai hết tất cả trong các
tổng đài, điều này gây mất rất nhiều thời gian và có thể gặp những sự cố không
đáng có...
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 đà sử dụng hết, cuộc gọi
có thể được định tuyến thông qua tổng đài chuyển tiếp.



15

Hình 1.2 - Cấu trúc mạng và báo hiệu của m¹ng PSTN.
Mét sè cc gäi (vÝ dơ nh­ truy nhËp 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 đà được sử dụng
nhiều năm nay, và cũng đà được cải tiến rất nhiều nhằm phục vụ các ứng dụng
thoại, tuy nhiên vẫn có một số giới hạn:
ã 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 để 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.
ã 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).
ã 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 tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyên mạng (như trong trường
hợp dịch vụ hộp thư tho¹i)


16

Trong mạng NGN các tổng đài TDM sẽ được thay thế bằng các tổng đài
chuyển mạch mềm. 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.
1.2. Mạng thế hệ sau và công nghệ chuyển mạch mềm
Như đà phân tích ở trên, xu hướng hội tụ giữa mạng thoại và mạng dữ liệu
ngày càng lớn do đó các nhà cung cấp dịch vụ dà xây dựng một mạng thế hệ mới
Next Generation Network, mà ở trên đó có thể phục vụ mọi loại dịch vụ như
thoại, số liệu, đa phương tiện.
Trong mạng NGN, các nhà sản xuất đà tách chức năng xử lý cuộc gọi ra
khỏi thiết bị chuyển mạch vật lý, và kết nối chúng thông qua một loạt các giao
thức chuẩn. trong đó chức năng chuyển mạch vật lý như thiết lập kênh rỗi... do
cơ sở hạ tầng mạng đảm nhiệm. Còn các chức năng như điều khiển kết nối, xử lý
cuộc gọi thì do một bộ phận trung tâm đảm nhiệm gọi là Softswitch.
Chuyển mạch mềm có thể tạm định nghĩa như là tập hợp các sản phẩm, giao
thức, và các ứng dụng cho phép bất kỳ thiết bị nào truy cập các dịch vụ truyền
thông qua mạng xây dựng trên nền công nghệ chuyển mạch gói thường là IP
(Internet Protocol). NGN dựa trên mạng xương sống là mạng chuyển mạch gói
dựa trên nền tảng mạng IP, ATM hay MPLS tích hợp trên các công nghệ truy
nhập khác nhau như cáp quang, vô tuyến cáp đồng trục.
1.3. Những lợi ích của Softswitch đối với nhà khai thác và sử dụng
ã Mạng thế hệ sau có khả năng cho ra đời những dịch vụ giá trị gia tăng hoàn
toàn mới hội tụ ứng dụng thoại, số liệu và video. Các dịch vụ này hứa hẹn đem
lại doanh thu cao hơn nhiều so với các dịch vụ truyền thống.
ã Do các dịch vụ của NGN được viết trên các phần mềm . Do đó việc triển khai,
nâng cấp, cũng như việc cung cấp các dịch vụ mới cũng trở nên dễ dàng.
ã Khả năng thu hút khách hàng của mạng NGN rất cao, từ sự tiện dụng hội tụ cả
thoại dữ liệu, video đến hàng loạt các dịch vụ khác mà nhà cung cấp dịch vô


17


có thể cung cấp cho khách hàng, thêm nữa họ có khả năng kiểm soát các dịch
vụ thông tin của mình điều này làm cho khách hàng luôn luôn thoả mÃn và lệ
thuộc hơn vào nhà cung cấp dịch vụ, cơ hội kinh doanh của nhà cung cấp sẽ
lớn hơn, và ổn định hơn.
ã Giảm chi phí xây dựng mạng: Khi xây dựng một mạng hoàn toàn mới cũng
như mở rộng mạng có sẵn , thì mạng chuyển mạch mềm có chỉ phí ít tốn kém
hơn nhiều so với mạng chuyển mạch kênh. Điều này làm cho trở ngại khi
tham gia thị trường của những nhà khai thác dịch vụ mới không còn lớn như
trước nữa. Hiện nay, sự cạnh tranh giữa các nhà khai thác dịch vụ chính là
những dịch vụ gì mà họ có thể cung cấp cho khách hàng, và độ hài lòng của
khách hàng khi sử dụng những dịch vụ đó, nên hầu hết các nhà khai thác đều
tập trung đầu tư vào việc viết phần mềm phát triển dịch vụ.
ã Giảm chi phí vận hành bảo dưỡng và quản lý mạng hiệu quả hơn
Softswitch không còn các tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân
lực điều hành, chuyển mạch giờ đây sẽ là các máy chủ đặt phân tán trong
mạng, được điều khiển bởi các giao diện thân thiện người sử dụng (GUI) do
đó chi phí điều hành và hoạt động của mạng được giảm đáng kể.
ã Sử dụng băng thông có hiệu quả hơn: Do mạng truyền vận của NGN là mạng
chuyển mạch gói cho nên với cùng một cơ sở hạ tầng truyền dẫn thì hiệu suất
sử dụng băng thông của nó cao hơn nhiều so với mạng chuyển mạch kênh.
Thêm nữa, theo như thống kê đối với thoại thì 60% thời gian cuộc gọi là
khoảng lặng, mạng thế hệ mới có cơ chế triệt khoảng lặng nên làm tăng hiệu
suất sử dụng băng thông một mức đáng kể.
Dưới đây là một số so sánh giữa công nghệ Chuyển mạch mềm và Tổng đài
chuyển mạch kênh.
Các đặc tính

Softswitch


Tổng đài PSTN

Phương pháp chuyển mạch

Phần mềm

Điện tử

Kiến trúc

Phân tán, theo các chuẩn mở

Khả năng tích hợp với ứng
dụng của nhà cung cấp khác

Dễ dàng

Riêng biệt của từng nhà
sản xuất
Khó khăn


18

Khả năng thay đổi mềm dẻo

Có
Rẻ, khoảng bằng một nửa

Giá thành


tổng đài điện tử

Khả năng nâng cấp

Rất cao

Khó khăn
Đắt
Rất tốt, hạn chế hơn

Thấp, giá thành thay đổi gần Rất cao, tổng đài PSTN
Giá thành của cấu hình cơ
bản

như tuyến tính theo số lượng không thích hợp cho
thuê bao. Cấu hình cơ bản mạng doanh nghiệp.
có thể sử dụng cho mạng
doanh nghiệp

Truyền thông đa phương tiện Có

Rất hạn chế

Hội nghị truyền hình

Tốt hơn

Có


Lưu lượng

Thoại, fax, dữ liệu, video...

Chủ yếu là thoại và fax

Thiết kế cho độ dài cuộc gọi

Không hạn chế

Ngắn (chỉ vài phút)

Bảng 1.1 - So sánh mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch mềm

Hình 1.3 - Kiến trúc mạng PSTN và mạng thế hệ mới NGN


19

Chương II. Đặc điểm và kiến trúc mạng NGN
Như đà nói ở chương trước, Softswitch là trung tâm của mạng thế hệ sau
NGN, thực hiện các chức năng báo hiệu điều khiển cuộc gọi, tương tác với các
ứng dụng cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng.... Trong chương này sẽ trình
bày về kiến trúc của mạng NGN, các ứng dụng chính của mạng, đồng thời chúng
ta cũng hiểu rõ chức năng của chuyển mạch mềm trong mô hình mạng NGN.
2.1. Kiến trúc mạng NGN
Xét về mặt kiến trúc thì mạng NGN có thể được chia ra làm bốn lớp chức
năng như sau:

Hình 2.1 - Mô hình kiến trúc mạng NGN

ã Lớp truyền thông
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, ®Þnh tun, chun gãi tin


20

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
- Miền truyền tải thông tin theo giao thức IP
Miền này bao gồm

-



Mạng truyền dẫn backbone.



Các thiết bị mạng như : Router, Switch.



Các thiết bị cung cấp cơ chế QoS.

Miền liên kết mạng
Miền liên kết mạng với nhiệm vụ chính nhận các dữ liệu đến, 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 nh­ Signaling
Gateway, Media Gateway, trong ®ã, Signaling Gateway thùc hiƯn chức năng cầu
nối giữa mạng PSTN và mạng IP và tiến hành 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 nhập không dựa trên giao thức IP
Trong miền này bao gồm các thiết bị truy cập cung cấp các cổng kết nối cho

thiết bị đầu cuối thuê bao. cung cấp các dịch vụ như POTS, IP, VoIP, ATM FR,
xDSL, X25, IP-VPN.
ã Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi
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-to-end) 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 thông 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 huỷ 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 thiÕt bÞ nh­ Media Gateway
Controller ( hay Call Agent hay Call Controller ), c¸c SIP Server hay Gatekeeper.


21

ã 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 diƯn lËp tr×nh më
API - Application Programing Interface. Cịng chÝnh 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 cúng 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 ...
ã Lớp quản lý
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, Chuyển mạch mềm Softswitch phải
thực hiện các chức năng sau :
-

Trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn mạng, quản lí 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.

-

Giao tiếp với báo hiệu của mạng PSTN (chủ yếu là kết nối với mạng báo hiệu
SS7) và liên kết với hệ thống Softswitch khác.

-

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 các môi trường cung cấp

dịch vụ đà có sẵn (ví dụ IN).

2.2. Các phần tử trong mạng NGN
Các phần tử của mạng NGN được thể hiện trên hình 2.2, bao gồm:
-

Softswitch: là phần tử có chức năng điều khiển cuộc gọi, mà thành phần
tương tác chính của nó là các Media Gateway, và các Access Gateway thông


22

qua các giao thức điều khiển gateway truyền thông như MGCP/H248
MEGACO. Mặt khác nó cũng có khả năng tương tác với mạng H323, và SIP
cho phép người sử dụng thực hiƯn c¸c cc gäi, PC to Phone, PC to PC,
Phone to PC.
-

SIP Server: Có vai trò chức năng định tuyến các bản tin báo hiệu SIP giữa các
SIP client. Nếu trong mạng chỉ có một SIP server thì, nó vừa đóng vai trò là
Proxy Server, Redirect Server, Location Sever. Tính năng của từng server sẽ
được giải thích rõ trong phần giao thức SIP

-

Gatekeeper: cho phép các thuê bao H323 đăng ký , nhận thực, đồng thời giám
sát các kết nối Multimedia giữa các đầu cuối H323.

-


Signalling Gateway: thực hiện chứcnăng Gateway báo hiệu

-

Media Sever: Nó cho phép sự tương tác giữa thuê bao và các ứng dụng thông
qua thiết bị điện thoại, Ví dụ như nó có thể trả lời cuộc gọi, đưa ra một lời
thông báo, đọc thư điện tử, thực hiện chức năng của IVR.
Softswitch
Signalling Gateway

SIP server
Gatekeeper
Media Sever
Media Gateway
(for trunking)
Switc
h

Switc
h

MS
C

Switc
h

SC
P


PST

IP backbone
Access Gateway

SX
MO
E
ER
NF
S
IN
D

IP client H323/SIP

Hình 2.2 - Sơ đồ mạng NGN
-

MediaGateway: là thiết bị truyền thông kết nối với mạng chuyển mạch kênh
hiện tại và mạng NGN. Nó cung cấp các cổng kết nối trực tiếp với đường
trung kế của mạng PSTN và mạng di động và biến đổi các luông TDM đó
thành những gói IP và ngược lại. Các Gateway này hoạt động đơn thuần như
một thiết bị kết nối chung gian, được điều khiển bởi Softswitch.

Switc
h


23


-

Access Gateway: lµ Gateway truy cËp cã thĨ cung cÊp truy cập đa dịch vụ
như xDSL, VoDSL, POTS/ISDN...

-

IP client: là các thiết bị đầu cuối IP hỗ trợ các giao thức H323, SIP. các đầu
cuối này có thể thực hiện những cuộc gọi Multimedia trong mạng của nó hay
gọi thoại ra mạng PSTN thông qua softswitch. Các đầu cuối này có thể là IP
phone, PBX trên nền IP.....

2.3. Các dịch vụ chính trong mạng NGN
Trong mục này chúng ta xem xÐt bèn øng dơng chÝnh øng dơng chÝnh trong
m¹ng NGN :
ã ứng dụng làm SS7 PRI Gateway
ã Trung kế ảo hay tổng đài chuyển mạch gói chuyển tiếp.
ã Tổng đài chuyển mạch nội hạt.
ã Thoại trên băng thông rộng.
2.3.1. ứng dụng làm SS7, PRI Gateway
Hiện nay khi nhu cầu truy cËp internet bïng nỉ , c¸c ISP cã khuynh h­íng
më rộng các kết nối PRI giữa Access Server của họ nối với các tổng đài chuyển
mạch số làm cho các nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng cạn hết cổng PRI hiện
có. Mặt khác nó còn cung cấp các dịch vụ như mạng riêng ảo VPN cho phép
người sử dụng quay số truy cập vào các mạng Lan (kết hợp với mạng IP của nhà
cung cấp) như Intranet, Extranet, dịch vụ này rất hữu dụng cho những người đi
công xa.
Mô hình truy cập Internet qua PRI và SS7 được thể hiện trên hình 2.3, 2.4,
trong đó khi một thuê bao khởi tạo một cuộc gọi tới ISP thông qua phần mềm

máy tính , GW sẽ kết cuối phiên PPP, nó cung cấp cho user một địa chỉ IP, trong
dải địa chỉ IP của nó. Sau đó số bị gọi được gưi cho Softswitch, vµ Softswitch sÏ
ra lƯnh cho GW trun thông kích hoạt thủ tục login vào mạng thông qua
phương thức RAS. báo hiệu giữa MG và MGC là MGCP. Thông thường trong
thủ tục login vào mạng thì sẽ thực hiƯn nh÷ng thđ tơc sau nhËn thùc truy cËp
Authentication, nhËn thùc sư dơng dÞch vơ Authorization, tÝnh c­íc Accouting
qua AAA Server.


24

S
IIE
M
ER
N
S
N
X
D
O
F

Media Gateway

IP
Backbone

RAS


PRI

Switch
SIIX
E
M
E
NF
S
N
DO

R

RADIUS

AAA Server

Hình 2.3 - Sơ đồ truy cập Internet qua PRI

SS7

STP/SG

Softswitch

SIIE
M
E
NF

S
N
X
D
O
R

(optional)
SS7
RAS

MGCP/
MEGACO

IP
Backbone

trunk
Switch
SIIE
M
E
NS
N
X
D
O
R

RAS


trunk
Media Gateway

RADIUS

AAA Server

Hình 2.4 - Sơ đồ truy cập Internet qua trung kÕ SS7
2.3.2. Trung kÕ ¶o - tỉng đài chuyển mạch gói chuyển tuyếp
Như đà nói ở trên mô hình mạng tổng đài chuyển mạch số hiện nay hình cây
nên khi một cuộc gọi xuất phát từ tổng ®µi host vïng 1 gäi sang tỉng ®µi host
cđa vïng 2 thì cuộc gọi phải trải qua rất nhiều các tổng đài chuyển tiếp, do đó rất
tốn nhiều tài nguyên của mạng. Mặt khác chi phí vận hành bảo dưỡng mạng tổng
đài cao và rất mất nhiều thời gian.
Như hình 2.5, khi sub A gọi cho sub B thì thông tin thoại sẽ từ thuê bao A
đến tổng đài A - MG A qua mạng IP đến MG B rồi đế tổng đài B cuối cùng kết
cuối cuộc gọi tại thuê bao B, về mặt logic ta thấy Softswitch kết hợp với các MG
như một tổng đài chuyển tiếp cho cuộc gọi giữa hai thuê bao A và B.