HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG

BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

CHỦ BIÊN: ThS. GVC Hoàng Trọng Minh

1. ThS. GVC Hoàng Trọng Minh (Chủ biên)

2. ThS. Nguyễn Thanh Trà

3. Dƣơng Thanh Tú

4. Phạm Anh Thƣ

Hà Nội - 4/2013

PTIT

i

LỜI NÓI ĐẦU

Hạ tầng truyền thông trong những năm gần đây đã và đang trong giai đoạn biến

chuyển mạnh mẽ và đa dạng trên cả khía cạnh kỹ thuật và công nghệ. Với xu hƣớng

hội tụ các công nghệ mạng, hàng loạt các giải pháp điều khiển kết nối mới đƣợc đƣa

ra nhằm thích ứng với các điều kiện mạng và nâng cao chất lƣợng dịch vụ cho

ngƣời sử dụng.

Một trong các vấn đề quan trọng nhất liên quan tới các kết nối trong mạng đƣợc

đặt ra là vấn đề báo hiệu và điều khiển kết nối. Vấn đề này không chỉ liên quan trực

tiếp tới hiệu năng hệ thống mà còn là cơ sở phát triển cho các ứng dụng trên các hạ

tầng công nghệ. Vì vậy, nội dung của cuốn tài liệu giảng dạy này nhằm cung cấp

các kiến thức then chốt liên quan tới các hoạt động báo hiệu và điều khiển trong mô

hình mạng truyền thông mới. Bên cạnh các mục tiêu học thuật, tài liệu sẽ khái quát

các giải pháp đã và đang đƣợc sử dụng trong hệ thống mạng viễn thông hiện nay.

Hơn nữa, tài liệu sẽ giúp ngƣời đọc có đƣợc góc nhìn hệ thống về kiến trúc điều

khiển mạng nhằm phân tích đƣợc các điểm mạnh, điểm yếu của từng giải pháp cụ

thể để phát triển trong môi trƣờng thực tiễn.

Bố cục của bài giảng đƣợc phân bổ theo 5 chƣơng với các phân vùng mạng từ

kiến trúc mạng viễn thông truyền thống tới mạng hội tụ trên nền IP. Các khái niệm

cơ bản của lý thuyết điều khiển, mô hình kiến trúc và phân loại báo hiệu đƣợc trình

bày đầu tiên và khép lại bởi các giải pháp thực thi trong các chƣơng tiếp theo. Trong

quá trình viết tài liệu, nhóm biên soạn đã nhận đƣợc sự giúp đỡ của rất nhiều thầy

cô đồng nghiệp. Nhóm biên soạn xin chân thành cám ơn và luôn ghi nhận sự góp ý

của các thầy cô, các bạn sinh viên để cuốn bài giảng ngày càng hoàn thiện.

Hà Nội, 20 tháng 12 năm 2013

T/M nhóm biên soạn

Hoàng Trọng Minh

PTIT

ii

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. i

MỤC LỤC ........................................................................................................ ii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .............................................................................. v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................... viii

DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. x

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT

NỐI ................................................................................................................... 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG ...................................................................................... 1

1.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ................................................... 2

1.2.1 Các vấn đề chung của điều khiển ............................................................... 2

1.2.2 Cách tiếp cận điều khiển hệ thống viễn thông ........................................... 4

1.3 CÁC THUỘC TÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .................................. 8

1.4 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG ..................... 12

1.4.1 Điều khiển cung cấp QoS ......................................................................... 12

1.4.2 Tiếp cận RACS và RASF ......................................................................... 16

1.4.3 Điều khiển cấu trúc .................................................................................. 19

1.4.4 Điều khiển trạng thái ................................................................................ 21

1.5 KIẾN TRÚC VÀ PHÂN LOẠI BÁO HIỆU .................................................. 22

1.5.1 Phân loại báo hiệu .................................................................................... 22

1.5.2 Một số đặc tính của báo hiệu ................................................................... 24

1.5.3 Chức năng báo hiệu trong mô hình OSI .................................................. 25

1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG .................................................................................. 28

CHƯƠNG 2: BÁO HIỆU TRONG MẠNG CỐ ĐỊNH ............................. 30

2.1 KIẾN TRÚC MẠNG HỘI TỤ THEO HƢỚNG MÁY CHỦ CUỘC GỌI .... 30

2.1.1 Mô hình kiến trúc mạng ........................................................................... 33

2.1.2 Các giải pháp kết nối ................................................................................ 36

2.1.3 Chức năng mặt bằng báo hiệu và điều khiển ........................................... 39

2.2 HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7 ....................................................................... 41

PTIT

iii

2.2.1 Mô hình kiến trúc chức năng ................................................................... 41

2.2.2 Thành phần mạng báo hiệu số 7............................................................... 43

2.2.3 Xử lý định tuyến và thủ tục thiết lập cuộc gọi ......................................... 44

2.3 BỘ GIAO THỨC BÁO HIỆU H.323 ............................................................. 51

2.3.1 Thành phần mạng báo hiệu H.323 ........................................................... 51

2.3.2 Các giao thức báo hiệu cuộc gọi trong H.323 .......................................... 54

2.3.3 Nguyên tắc hoạt động của thủ tục báo hiệu cuộc gọi .............................. 56

2.4 GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP ........................................................... 57

2.4.1 Thành phần mạng báo hiệu SIP ............................................................... 59

2.4.2 Kiến trúc chức năng ................................................................................. 60

2.4.3 Bản tin SIP và giao thức SDP .................................................................. 61

2.4.4 Thủ tục trao đổi thông tin của SIP ........................................................... 63

2.5 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CỔNG PHƢƠNG TIỆN MEGACO ................ 67

2.5.1 Kiến trúc chức năng báo hiệu Megaco/H.248.......................................... 67

2.5.2 Các lệnh và thủ tục trao đổi thông tin ...................................................... 69

2.6 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CUỘC GỌI ĐỘC LẬP KÊNH MANG BICC 75

2.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG .................................................................................. 79

CHƯƠNG 3: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ..... 81

3.1 BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO ........................................ 81

3.1.1 Các thế hệ phát triển mạng di động tế bào ............................................... 81

3.1.2 Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM ..................................................... 85

3.1.3 Mạng thông minh ..................................................................................... 91

3.2 BÁO HIỆU TẠI MẠNG TRUY NHẬP ......................................................... 94

3.2.1 Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub ............................................................... 96

3.2.2 Báo hiệu tại giao diện Iur và Iu................................................................ 99

3.3 THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG MẠNG LÕI .............................................. 102

3.3.1 Thiết lập cuộc gọi với ISUP/BICC ........................................................ 102

3.3.2 Báo hiệu trên giao diện Gn .................................................................... 106

3.3.3 Báo hiệu xử lý chuyển vùng .................................................................. 108

PTIT

iv

3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG ................................................................................ 111

CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP

IMS ............................................................................................................... 113

4.1 KIẾN TRÚC PHÂN HỆ ĐA PHƢƠNG TIỆN IP ........................................ 113

4.1.1 Mô hình kiến trúc IMS ........................................................................... 114

4.1.2 Các thành phần chức năng ..................................................................... 116

4.1.3 Các giao thức của IMS ........................................................................... 122

4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA SIP TRONG IMS ........................................................ 123

4.2.1 Đặc tính kỹ thuật .................................................................................... 123

4.2.2 Các thủ tục báo hiệu SIP trong IMS ...................................................... 124

4.3 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU KHÁC TRONG IMS ................................ 128

4.3.1 Giao thức Diameter ................................................................................ 128

4.3.2 Giao thức COPS ..................................................................................... 130

4.3.3 Nén báo hiệu trong IMS ......................................................................... 131

4.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG ................................................................................ 133

CHƯƠNG 5: BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LIÊN MẠNG 135

5.1 XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC MẠNG ..................................... 135

5.1.1 Hội tụ mạng cố định và di động ............................................................. 135

5.1.2 Cấu trúc FMC dựa trên IMS .................................................................. 136

5.1.3 Mô hình tham chiếu IMS trong FMC .................................................... 137

5.2 GIAO THỨC TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SIGTRAN ................................. 143

5.3 KẾT NỐI LIÊN MẠNG IMS-CS ................................................................. 151

5.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG ................................................................................ 153

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 155

PTIT

v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAA

Authentication Authorization

Accounting Nhận thực trao quyền và thanh toán

ACK Acknowledgement Báo nhận

AMPS

Advanced Mobile Phone

Service

Hệ thống các dịch vụ điện thoại di

động tiên tiến

API

Application Programable

Interface Giao diện lập trình ứng dụng mở

AS/FS

Application Server/ Feature

Server Máy chủ ứng dụng/đặc tính

ATM Asynchronous Transfer Mode Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ

BSS Bussiness Support System Hệ thống trợ giúp kinh doanh

CAC Call Admission Control

Kỹ thuật điều khiển chấp nhận cuộc

gọi

CBQ Class Based Queuing Hàng đợi dựa trên phân lớp dịch vụ

COPS Common Open Policy Service

Giao thức dịch vụ chính sách mở

chung

CoS Class Of Service Phân lớp dịch vụ

CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access

with Collision Avoidance

Đa truy nhập cảm nhận sóng mang/

tránh xung đột

CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access

With Collision Detection

Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng

mang/ dò tìm xung đột

DECT

Digital European Cordless

Telecommunications

Hệ thống viễn thông không dây số của

Châu Âu

ETSI

European

Telecommunications

Standards Institute Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu

FIFO First In – First Out Vào trƣớc ra trƣớc

FSM Finite State Machine Máy hữu hạn trạng thái

GII

Global Information

Infrastructure Cấu trúc thông tin toàn cầu

GSM

Global System for Mobile

communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu

IAD Intergated Access Device Thiết bị truy nhập tích hợp

PTIT

vi

IAM Initial Adress Message Bản tin địa chỉ khởi tạo

IETF

Internet Engineering Task

Force Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật internet

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phƣơng tiện

IN Inteligent Network Mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN

Integrated Service Digital

Network Mạng dịch vụ tích hợp số

ISUP ISDN User Part Phần ngƣời sử dụng cho mạng ISDN

ITU

International

Telecommunication Union Liên minh Viễn thông Quốc tế

LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu

LTI Linear and Time-Invariant Tuyến tính và bất biến theo thời gian

LTR Logic Transfromational Rule Luật ánh xạ logic

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phƣơng tiện

MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị

MG Media Gateway Cổng đa phƣơng tiện

MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng đa phƣơng tiện

MIME

Multipurpose Internet Mail

Extentions

Mở rộng thƣ điện tử internet đa mục

đích

MPLS Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MTUP Mobile Telephone User Part

Phần ngƣời sử dụng cho mạng điện

thoại di động.

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp

NUM Network Utility Maximization Bài toán tối ƣu hiệu năng mạng

OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối hệ thống mở

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất

PLMR Public Land Mobile Radio Vô tuyến di động mặt đất công cộng

PMD People Making Decision Quyết định của ngƣời điều hành

QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ

RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến

RACS

The Resource and Admission

Control Sub-System1

Phân hệ điều khiển chấp nhận và tài

nguyên

PTIT

vii

RAS

Register, Administrator and

Signalling Đăng ký, quản lý và báo hiệu

RASF

Resource and Admission

Control Functions

Chức năng điều khiển và chấp nhận

tài nguyên

RED Random Early Detection Thuật toán loại bỏ gói sớm

RSVP

Resource ReserVation

Protocol Giao thức dự phòng tài nguyên

SCF Service Control Function Chức năng điều khiển dịch vụ

SIO Service Information Octet Trƣờng thông tin dịch vụ

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SLA Service Level Agreement Thỏa thuận cung cấp dịch vụ

SP Signalling Point Điểm báo hiệu

SPC Stored Program Control Điều khiển theo chƣơng trình ghi sẵn

SPDF

Service-Based Policy Decision

Function

Chức năng quyết định chính sách dịch

vụ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TDM Time Division Mode Phƣơng thức chia thời gian

TUP Telephone User Part Phần ngƣời sử dụng cho mạng thoại

UTRAN

UMTS Terestrial Radio

Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UMTS

VoIP Voice over Internet Protocol Truyền thoại theo giao thức internet

WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

WFQ Weight Fair Queuing Hàng đợi trọng số công bằng

PTIT

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình chung của một hệ thống điều khiển .............................................. 2

Hình 1.2: Cấu trúc logic của thỏa thuận cung cấp chất lƣợng dịch vụ ..................... 13

Hình 1.3: Các kỹ thuật cung cấp QoS cho mạng viễn thông .................................... 13

Hình 1.4: Các mô hình cung cấp dịch vụ .................................................................. 15

Hình 1.5: Kiến trúc của phân hệ RACS .................................................................... 17

Hình 1.6: Kiến trúc của phân hệ RACF .................................................................... 18

Hình 1.7: Phân loại các kỹ thuật báo hiệu ................................................................. 23

Hình 1.8: Mô hình tham chiếu kết nối hệ thống mở OSI .......................................... 26

Hình 2.1: Các chức năng GII và mối quan hệ ........................................................... 33

Hình 2.2: Kiến trúc mạng NGN theo ETSI ............................................................... 35

Hình 2.3: Các thành phần chính trong mạng thế hệ kế tiếp ...................................... 36

Hình 2.4: Kết nối MGC với các thành phần khác của NGN .................................... 40

Hình 2.5: Chức năng của bộ điều khiển cổng đa phƣơng tiện MGC ........................ 40

Hình 2.6: Kiến trúc SS7 và mô hình tham chiếu OSI ............................................... 42

Hình 2.7: Mã điểm theo tiêu chuẩn ANSI và ITU .................................................... 44

Hình 2.8: Cấu hình nút và liên kết mạng SS7 ........................................................... 45

Hình 2.9: Trƣờng thông tin lớp 3 của bản tin báo hiệu ............................................. 46

Hình 2.10: Lƣu đồ báo hiệu cho cuộc gọi ISDN ...................................................... 51

Hình 2.11: Các thành phần mạng H.323 .................................................................. 52

Hình 2.13: Chức năng của một Gatekeeper .............................................................. 54

Hình 2.14: Mô hình kết nối báo hiệu trong H.323 .................................................... 55

Hình 2.15: Tiến trình xử lý báo hiệu một cuộc gọi đơn giản trong H.323 ............... 56

Hình 2.16: Cấu trúc của hệ thống SIP ....................................................................... 59

Hình 2.17: Kiến trúc điều khiển của MEGACO ....................................................... 68

Hình 2.18: Giao thức MEGACO trong mô hình OSI ............................................... 69

Hình 2.19: Mô tả cuộc gọi MEGACO ...................................................................... 71

Hình 2.20: Lƣu đồ các bản tin xử lý cuộc gọi qua giao thức MEGACO/H248 ....... 73

Hình 2.21: Kiến trúc giao thức BICC ....................................................................... 76

PTIT

ix

Hình 2.22: Cấu trúc các nút mạng BICC .................................................................. 77

Hình 2.23: Cấu trúc chức năng nút dịch vụ .............................................................. 78

Hình 2.24: Cấu trúc chức năng nút dàn xếp dịch vụ ................................................. 78

Hình 2.25: Mô hình giao thức của BICCC ............................................................... 79

Hình 3.1: Lộ trình phát triển các thế hệ mạng di động ............................................. 84

Hình 3.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống GSM ............................................... 85

Hình 3.3: Phân lớp chức năng của SS7 trong mạng GSM ........................................ 86

Hình 3.4: Vị trí các giao diện trong hệ thống GSM .................................................. 88

Hình 3.5: Các thủ tục chuyển vùng qua MAP/E ....................................................... 89

Hình 3.6: Các điều hành của MAP trong trƣờng hợp cuộc gọi từ mạng PSTN ....... 90

Hình 3.7: Điều hành MAP liên quan tới dịch vụ bản tin ngắn SMS ........................ 91

Hình 3.8: Mô hình khái niệm mạng IN ..................................................................... 93

Hình 3.9: Cấu trúc của UMTS .................................................................................. 94

Hình 3.10: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub ............................................ 98

Hình 3.11: Kiến trúc giao thức mạng UMTS ............................................................ 99

Hình 3.12: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iur .................................................... 100

Hình 3.13: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-CS ............................................... 101

Hình 3.14: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-PS ................................................ 102

Hình 3.15: Tiến trình cuộc gọi ISUP ...................................................................... 103

Hình 3.16: Các giao thức trên giao diện E .............................................................. 103

Hình 3.17: Lƣu đồ cuộc gọi BICC (1/5) ................................................................. 104

Hình 3.18: Lƣu đồ cuộc gọi BICC (2/5) ................................................................. 104

Hình 3.19: Lƣu đồ cuộc gọi BICC (3/5) ................................................................. 105

Hình 3.20: Lƣu đồ cuộc gọi BICC (4/5) ................................................................. 105

Hình 3.21: Lƣu đồ cuộc gọi BICC (5/5) ................................................................. 106

Hình 3.22: Giao diện Gn cho đƣờng hầm IP........................................................... 107

Hình 3.23: Các chức năng của GTP trong UMTS .................................................. 108

Hình 3.24: Các giao diện UMTS giữa hai UTRAN ................................................ 109

Hình 3.25: Chuyển giao nội 3G-MSC .................................................................... 110

PTIT

x

Hình 4.1: Vị trí và mối quan hệ của IMS ................................................................ 113

Hình 4.2: Truy nhập với IMS .................................................................................. 114

Hình 4.3: Kiến trúc phân lớp của phân hệ IMS ...................................................... 115

Hình 4.4: Luồng bản tin báo hiệu đăng ký .............................................................. 125

Hình 4.5: Luồng bản tin báo hiệu thiết lập phiên .................................................... 126

Hình 4.6: Luồng bản tin ngƣời dùng A lấy thông tin hiện diện ngƣời dùng B ....... 127

Hình 4.7: Kiến trúc SigComp.................................................................................. 132

Hình 5.1: Cấu trúc hội tụ FMC trên nền IMS ......................................................... 137

Hình 5.2: Mô hình tham chiếu cấu trúc FMC dựa trên IMS ................................... 138

Hình 5.3: Điểm hội tụ và chức năng FMC .............................................................. 140

Hình 5.4: Kiến trúc giao thức SIGTRAN .............................................................. 143

Hình 5.5 : Bộ giao thức SIGTRAN ......................................................................... 144

Hình 5.6: Vị trí chức năng và hoạt động của M2UA .............................................. 146

Hình 5.7: Vị trí chức năng và hoạt động của M2PA ............................................... 147

Hình 5.8: Vị trí chức năng và hoạt động của M3UA .............................................. 149

Hình 5.9: Vị trí chức năng và hoạt động của SUA ................................................. 150

Hình 5.10: Kiến trúc kết nối liên mạng IMS-CS .................................................... 151

Hình 5.11: Bản tin thiết lập cuộc gọi giữa ngƣời dùng IMS gọi ngƣời dùng CS ... 152

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Các giao diện và giao thức cơ bản của hệ thống GSM ............................. 87 PTIT

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

KẾT NỐI

Tóm tắt: Nội dung của chương khái quát các vấn đề chung liên quan tới báo hiệu

và điều khiển kết nối bao gồm các khái niệm, mô hình, nguyên lý chung và phân

loại các kiểu báo hiệu trong mạng truyền thông hiện nay. Bên cạnh các kiến thức cơ

sở về điều khiển và báo hiệu, trong chương sẽ đưa ra các chức năng của hoạt động

báo hiệu và điều khiển kết nối trên khía cạnh mô hình tham chiếu.

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Hệ thống viễn thông ngày nay đã trở thành một phần quan trọng không thể thiếu

của hạ tầng truyền thông trong xã hội. Sự phát triển đa dạng các dịch vụ đã tạo ra

hàng loạt các sức ép mới không chỉ đối với nhà cung cấp dịch vụ mà còn tác động

trực tiếp tới các nhà khai thác và triển khai hạ tầng. Bên cạnh khả năng đáp ứng các

yêu cầu cung cấp dịch vụ bằng các giải pháp kỹ thuật và công nghệ kết nối mới,

mục tiêu tối ƣu mạng bằng các phƣơng pháp điều khiển hiện đại cũng đƣợc đặt ra

nhƣ là vấn đề then chốt của các nỗ lực cải thiện hiệu năng mạng. Vì vậy, các vấn đề

cốt lõi của điều khiển và báo hiệu cần đƣợc tƣờng minh nhằm lột tả bản chất của

các giải pháp kỹ thuật và công nghệ hiện đang ứng dụng trong hệ thống viễn thông.

Báo hiệu đƣợc định nghĩa là một cơ chế cho các phần tử mạng trao đổi thông tin

giữa chúng để thiết lập đƣờng dẫn truyền thông. Hệ thống báo hiệu là một tập các

phƣơng pháp hoặc thủ tục cho các thực thể mạng trao đổi thông tin để thiết lập

truyền thông. Báo hiệu đƣợc coi là một phần của cơ chế điều khiển mạng trên khía

cạnh phục vụ quá trình kết nối truyền thông. Bên cạnh mục tiêu kết nối, các yêu cầu

đảm bảo chất lƣợng dịch vụ và hiệu năng mạng đƣợc thực thi bởi các cơ chế điều

khiển kết nối. Vì vậy, báo hiệu và điều khiển kết nối là chức năng then chốt của tất

cả các môi trƣờng mạng.

Chức năng báo hiệu trong mạng truyền thông có mối quan hệ tới cơ chế định

tuyến trực tiếp hoặc gián tiếp do định tuyến cho biết nơi nhận các bản tin báo hiệu.

PTIT

2

Chức năng báo hiệu đƣợc thực hiện trên nhiều lớp của kiến trúc mạng. Thông

thƣờng các giao thức báo hiệu thuộc lớp phiên của mô hình OSI (Open System

Interconnection) phục vụ cho các nhiệm vụ điều khiển và kết nối truyền thông.

Ngoài ra, báo hiệu còn đƣợc sử dụng để yêu cầu nhận thực ngƣời dùng hay thu thập

thông tin tài nguyên khả dụng để phục vụ cho các kết nối hoặc điều khiển lớp ứng

dụng.

1.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

1.2.1 Các vấn đề chung của điều khiển

Dƣới góc độ lý thuyết điều khiển chung, mạng viễn thông là một hệ thống kỹ

thuật đƣợc thiết kế nhằm đạt đƣợc một số mục tiêu nhất định. Hai mục tiêu quan

trọng nhất là thích ứng và bền vững (ổn định). Thích ứng cho phép một hệ thống

tiếp tục đạt đƣợc một số mục tiêu hiệu năng dƣới điều kiện thay đổi môi trƣờng điều

hành nhƣ tải hay lỗi thành phần mạng. Bền vững ngăn ngừa hệ thống trƣợt hoặc

chuyển tới trạng thái không điều khiển đƣợc do ảnh hƣởng của các đầu vào. Lý

thuyết điều khiển cung cấp các bộ công cụ mạnh để xây dựng các hệ thống tƣơng

thích và bền vững. Ví dụ, bằng công cụ mô hình hóa toán học các hành vi của một

hệ thống cho thấy sự trái ngƣợc giữa tƣơng thích và bền vững, hệ thống có độ tƣơng

thích lớn càng dễ bất ổn định. Nhằm tiếp cận hệ thống viễn thông dƣới góc độ lý

thuyết điều khiển, mục này khái quát các khái niệm và thành phần chung của lý

thuyết điều khiển.

Hình 1.1: Mô hình chung của một hệ thống điều khiển

PTIT

3

Một hệ thống điều khiển có hồi tiếp đƣợc minh họa trên hình 1.1. Giả thiết

chung cho các thành phần của hệ thống là liên tục, tuyến tính và bất biến thời gian.

Đƣa một tín hiệu đầu vào u, hệ thống đáp ứng đầu ra y đƣợc bổ sung tín hiệu nhiễu

loạn không điều khiển đƣợc w. Mục tiêu điều khiển là duy trì đầu ra tại một số giá

trị tham chiếu r ngay cả khi có nhiễu bằng một bộ điều khiển. Bộ điều khiển so sánh

giá trị tín hiệu tham khảo với tín hiệu đầu ra đo đƣợc b (có thể xuất hiện lỗi đo

lƣờng). Bộ điều khiển chọn một tín hiệu điều khiển u nhằm đảm bảo đầu ra tƣơng

lai phù hợp với đầu vào tham chiếu bất kể lỗi đo hoặc các dao động.

Nhƣ vậy, toàn bộ hệ thống và thành phần bộ điều khiển đều đặc trƣng bởi một

đầu vào và một đầu ra với đầu ra phụ thuộc vào đầu vào. Hệ thống điều khiển đƣợc

chia thành hai loại: hệ thống không điều khiển mở và hệ thống điều khiển đóng. Hệ

thống phức tạp bao gồm nhiều bƣớc điều khiển đệ quy và cần đƣợc mô hình hóa

nhằm tƣờng minh các bƣớc và xác định đƣợc hiệu quả điều khiển.

a, Vấn đề mô hình hóa

Mô hình hóa một hệ thống đƣợc bắt đầu từ việc phân tích và xác định đặc tính

hoạt động của hệ thống và các thành phần thiết bị. Trong đó gồm quá trình xác định

bản chất vật lý của các thành phần, các giới hạn hoạt động và kiểu hoạt động của hệ

thống (tuyến tính hay phi tuyến). Các thành phần của hệ thống đƣợc mô tả trong

khái niệm nỗ lực (effort) và luồng (flow). Nỗ lực thể hiện một đầu vào hệ thống gây

ra một hiệu ứng phản ánh bằng khái niệm luồng. Tích của chúng là công suất và

tổng công suất trong một khoảng thời gian gọi là năng lƣợng (enery). Trong hệ

thống viễn thông và máy tính, lƣợng dữ liệu tại một nguồn cần gửi đi là nỗ lực và

tốc độ dữ liệu cần gửi đi tƣơng ứng là luồng. Các thành phần hệ thống có thể là

thành phần chủ động hay bị động. Các phần tử chủ động tạo ra công suất để các

luồng chuyển qua hệ thống trong khi các phần tự bị động chỉ tiêu tốn năng lƣợng

nhƣng không tạo ra công suất. Nhiệm vụ phân bổ công suất trong thời gian hoạt

động của hệ thống đƣợc gọi là điều hành động. Cụ thể, nguồn dữ liệu là thành phần

chủ động và bộ đệm là thành phần bị động của một mạng.

PTIT

4

Sau quá trình xác định đặc tính của các thành phần trong hệ thống là tổ chức xây

dựng các luật ràng buộc. Luật ràng buộc chỉ ra các phƣơng pháp giải cho mục tiêu

điều khiển và tối ƣu hệ thống.

Hệ thống điều khiển đạt đƣợc mục tiêu khi trạng thái điều hành đạt cân bằng lý

tƣởng (Zero). Trong trƣờng hợp xác định đƣợc lỗi điều hành, cấp độ điều khiển phụ

thuộc rất lớn vào tính tƣơng thích của luật điều khiển đƣợc áp dụng. Các biểu thức

toán học thể hiện điều hành của hệ thống là vấn đề cuối cùng của bài toán mô hình

hóa hệ thống.

b, Biểu diễn toán học

Có ba cách thông dụng để biểu diễn một hệ thống bằng toán học gồm: Biến trạng

thái, đáp ứng xung và hàm truyền đạt. Giả thiết hệ thống tuân theo mô hình bất biến

thời gian và tuyến tính LTI (Linear and Time-Invariant). Nếu hệ thống có một đầu

ra y(t) tại thời điểm t của một đầu vào u(t), thì ta có đầu ra y(t-T) với đầu vào u(t-T).

Vì vậy, nếu y(t)=G(u(t)), thì y(t-T)=G(u(t-T)). Hệ thống tuyến tính là hệ thống có

tính chất xếp chồng nên nếu đầu vào u1 dẫn tới đầu ra y1, đầu vào u2 dẫn tới đầu ra

y2 thì đầu vào (k1u1+k2u2) dẫn tới đầu ra (k1y1+k2y2). Vì vậy, nếu y1=G(u1) và

y2=G(u2) ta có k1y1+k2y2 = G(k1u1+k2u2). Đối với hệ thống LTI, ta luôn chọn t khởi

tạo bằng 0 và đầu vào tín hiệu bằng Zero khi t<0.

1.2.2 Cách tiếp cận điều khiển hệ thống viễn thông

Dƣới góc độ tiếp cận hệ thống, hầu hết mô hình toán học đầy đủ cho hệ thống

viễn thông đƣợc biểu diễn dƣới một cấu trúc logic điều khiển phân tán phức hợp để

xử lý các sự kiện và lƣu lƣợng ngẫu nhiên. Chức năng điều khiển và phƣơng thức

hoạt động của các phần tử mạng đƣa ra dƣới dạng kết hợp nhằm giải quyết mục tiêu

tối ƣu nguồn tài nguyên mạng. Vì vậy, mục tiêu chính của bài toán điều khiển hệ

thống viễn thông là đƣa ra các quyết định tốt nhất trƣớc sự thay đổi của lƣu lƣợng

mạng hay yêu cầu của ngƣời dùng với điều kiện đảm bảo đƣợc tính bền vững của hệ

điều khiển.

PTIT

5

Hệ thống viễn thông hiện nay sử dụng hai phƣơng pháp chuyển mạch: chuyển

mạch kênh cho các ứng dụng điện thoại truyền thống và chuyển mạch gói cho các

ứng dụng phi thoại. Xu thế hiện nay cho thấy kỹ thuật chuyển mạch gói hiện đang

tiếp tục chiếm ƣu thế do hiệu quả sử dụng tài nguyên so với các hệ thống sử dụng

kỹ thuật chuyển mạch kênh. Các hệ thống viễn thông này hoạt động trên cơ sở của

giao thức Internet (IP). Một hệ thống viễn thông có thể biểu diễn nhƣ một hệ thống

phức hợp, phân tán qua các miền lớn để cung cấp hạ tầng cho chuyển phát và phân

phối thông tin từ nguồn tới đích. Các cơ chế điều hành tự động đƣợc thực hiện bởi

các chƣơng trình và thuật toán ghi sẵn. Hoạt động điều hành phụ thuộc chủ yếu vào

một số thiết bị nhằm hiệu chỉnh mô hình điều hành và cấu trúc liên kết nối cũng nhƣ

các giải pháp quyết định của ngƣời điều hành tác động vào phƣơng thức hoạt động

của mạng. Tất cả các thành phần đó có thể coi nhƣ một phức hệ điều khiển của

mạng truyền thông. Hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng đƣợc xác định qua số lƣợng

gói tin chuyển phát thành công tới đích bằng các tuyến đƣờng đi tối ƣu dƣới các yêu

cầu cung cấp chất lƣợng dịch vụ tới ứng dụng.

Khái niệm về điều khiển rất rộng và thƣờng đƣợc hiểu bởi hai thuật ngữ là điều

khiển và quản lý. Tổ chức quản lý cho mạng viễn thông thƣờng chỉ ra cấp cao nhất

là quyết định của ngƣời điều hành PMD (People Making Decision). Một hệ thống

viễn thông thông dụng thƣờng cho thấy có nhiều phƣơng pháp điều khiển trong

mạng viễn thông và quyết định cuối thuộc về PMD. Vì vậy, có thể tồn tại nhiều mô

hình điều khiển trong mạng viễn thông, việc phát triển một mô hình điều khiển nào

đó phải dựa trên cấu trúc biểu diễn của mô hình điều khiển bằng các mô hình. Đặc

tính chủ chốt của các hệ thống phức nhƣ các mạng viễn thông là không thể biểu

diễn bằng một mô hình toán học đơn nhất. Các hệ thống này đƣợc biểu diễn bởi các

mô hình khác nhau. Mỗi mô hình tƣơng xứng với lý thuyết hệ thống chỉ phản ánh

đƣợc một số đặc tính của hệ thống ví dụ nhƣ: Đặc tính tổng quát của hệ thống (tính

toàn vẹn, ổn định, giám sát, điều khiển, mở, động, độ tin cậy …); Đặc tính cấu trúc

(cấu thành, kết nối, phức tạp, phân cấp, mềm dẻo…); Đặc tính chức năng (chịu

đựng, hiệu năng, hiệu suất, chính xác, kinh tế).

PTIT

6

Sở dĩ tồn tại số lƣợng lớn các mô hình nhƣ vậy là do sự phức tạp và đồ sộ của

biểu diễn tổng quát cũng nhƣ là thiếu khả năng hình thức hóa nhiều tiến trình xử lý

trong các hệ thống phức. Nó tạo ra các khó khăn trên cả khía cạnh phân tích và tổng

hợp các mô hình toán học cũng nhƣ tìm kiếm giải pháp lựa chọn tiêu chuẩn điều

khiển thích hợp. Vì vậy, các phƣơng pháp điều khiển tình huống đƣợc ứng dụng cho

hệ thống phức và quyết định cuối cùng thuộc về ngƣời điều hành PMD. PMD chịu

trách nhiệm quyết định toàn bộ hoặc hoặc một phần điều khiển hệ thống. Để thực

hiện điều đó ngƣời điều hành sử dụng kinh nghiệm, trực giác trên cơ sở các thủ tục

tự động để điều hành và xử lý trực tiếp hoặc thông qua hệ thống trợ giúp điều hành.

Cốt lõi của các phƣơng pháp điều khiển tình huống là mô hình ký hiệu. Mô hình

ký hiệu là mô hình biểu diễn các phần tử của một ngôn ngữ sử dụng PMD. Thông

thƣờng, nó là một tập hợp của các ký hiệu nghe-nhìn, dấu hiệu và hình vẽ chỉ ra các

tình huống hiện thời, hoặc tiếp theo của hệ thống. Tính chất riêng biệt của điều

khiển tình huống tạo ra sự khác biệt giữa các phƣơng pháp. Các phân tích dƣới đây

chỉ ra các đặc điểm cơ bản của điều khiển tình huống trong hệ thống viễn thông.

1. Điều khiển tình huống luôn yêu cầu một lƣợng nhất định các dữ liệu ban đầu

dựa trên thông tin về một đối tƣợng điều khiển, các luật hoạt động và tiếp cận

cho điều khiển. Các nỗ lực này chỉ có ý nghĩa khi không sử dụng đƣợc các

phƣơng pháp khác để đặc tính hóa đối tƣợng cũng nhƣ thủ tục điều khiển. Ví dụ,

điều khiển tình huống một đối tƣợng là không cần thiết khi ta có thể biểu diễn

đối tƣợng bằng một hệ phƣơng trình vi phân. Nhƣng sẽ rất có ý nghĩa khi ở đây

có hàng nghìn hệ phƣơng trình biểu diễn một hệ thống.

2. Sự lựa chọn ngôn ngữ mô tả tình huống hiện thời của đối tƣợng là rất quan

trọng. Một ngôn ngữ phải phản ánh đƣợc các tham số chính và các mối quan hệ

để phân loại các đặc tính và tạo ra các bƣớc điều khiển đơn lẻ.

3. Ngôn ngữ định nghĩa tình huống không chỉ phản ánh tất cả thực tế số học và các

mối quan hệ sử dụng đặc tính hóa đối tƣợng điều khiển mà còn lƣợng hóa các

hiểu biết không thể hình thức bằng toán học.

PTIT

7

4. Phân loại các tình huống và tổ hợp vào trong các lớp dƣới các quyết định điều

khiển đơn bƣớc thƣờng mang tính trừu tƣợng và chủ quan. Điều này cho thấy

thông tin về tình huống và quyết định điều khiển đƣợc đƣa ra bởi hệ chuyên gia.

Tuy nhiên, sự hiểu biết của chuyên gia trong giai đoạn đầu có thể không đáp ứng

đƣợc các tình huống hiện thời đối với một hệ thống lớn.

5. Hƣớng dẫn và luật điều khiển đóng vai trò quan trọng trong các quyết định điều

khiển. Các luật này có tên là luật ánh xạ logic LTR (Logic Transfromational

Rule) đƣợc khởi tạo bởi các chuyên gia và định nghĩa lại trong các xử lý điều

hành hệ thống.

6. Các hệ thống điều khiển tình huống không nhằm mục tiêu điều khiển tối ƣu mà

chỉ hƣớng tới hiệu quả không xấu hơn đối với cơ chế điều hành nhân công. Điều

này có đƣợc là do có thể đƣa ra các quyết định khách quan trong cả trƣờng hợp

bình thƣờng hay tới hạn nên còn đƣợc gọi là phƣơng pháp kinh nghiệm.

7. Hơn nữa, các quyết định từng bƣớc không xác định chiến lƣợc điều khiển cho

các đối tƣợng điều khiển thời gian thực. Các đối tƣợng này cần có các quyết

định đệ quy để có đƣợc quyết định cuối cùng.

Các vấn đề trên cho thấy các hệ thống viễn thông sử dụng tiếp cận điều khiển

tình huống và cần có các tiêu chuẩn phù hợp để đánh giá định tính hoặc định lƣợng

các yêu cầu điều khiển. Thêm vào đó, sự phân loại các hệ thống viễn thông thành

các miền mạng (cục bộ, vùng và diện rộng) nên điều khiển thƣờng thuộc lớp cao

của kiến trúc. Ví dụ, một số bài toán điều khiển đƣợc thực hiện qua hàm mục tiêu

chuẩn hóa nhƣ định tuyến hay điều khiển chống tắc nghẽn cũng vẫn là các điều

khiển tình huống và không chỉ ra trực tiếp bài toán tối ƣu. Vì vậy, các hệ thống viễn

thông hiện đại cần phát triển các phƣơng pháp điều khiển dựa trên các thủ tục điều

khiển nhƣ là một hệ thống quản lý mạng, tối ƣu hóa định tuyến và các chức năng

riêng biệt của các phần tử mạng.

PTIT

8

1.3 CÁC THUỘC TÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Một hệ thống điều khiển cần thỏa mãn một số điều kiện: điều khiển đƣợc, nhận

dạng, bền vững và bất biến. Các phƣơng pháp thống kê mẫu dƣới giả thiết giám sát

các biến ngẫu nhiên, tiến trình ngẫu nhiên và các trƣờng ngẫu nhiên cũng nhƣ các

tham số mẫu cho các giá trị khác nhau của các cửa sổ tƣơng quan.

a, Thuộc tính điều khiển

Điều khiển đƣợc là thuộc tính của một hệ thống khi chuyển từ trạng thái này sang

trạng thái khác trong một khoảng thời gian yêu cầu. Thuộc tính này đƣợc thể hiện

khi bất kỳ một thành phần nào của trạng thái xi(t) trong hệ thống S(t,x,u) đƣợc truy

nhập cho hoạt động điều khiển (ảnh hƣởng bởi u(t)). Để đảm bảo khả năng điều

khiển đƣợc, các điều kiện “lọc” phải đƣợc thỏa mãn. Thuộc tính này có thể biểu

diễn bằng khả năng chuyển giao giữa các trạng thái dƣới điều kiện tài nguyên hạn

chế. Đặc tính điều khiển đƣợc tồn tại khi các điều kiện sau tồn tại: giám sát đƣợc,

nhận dạng đƣợc, bền vững và bất biến.

Khả năng giám sát đƣợc của hệ thống là khi hệ thống đảm bảo khả năng thu thập

thông tin về mỗi thành phần của vector trạng thái 1 2( ) , ,...,T

nx t x x x . Nếu một phép

đo có thể thực hiện không có lỗi thì biểu thức tất định sau có thể tồn tại.

( ) ( )y t Hx t (1.1)

Trong đó, H là hệ số tăng (hoặc giảm) dƣới phép đo x(t). Nếu có lỗi trong phép

đo hoặc nhiễu trong kênh giám sát v(t) thì biểu thức 1.1 thành biểu thức ngẫu nhiên

nhƣ dƣới đây.

( ) ( ) ( )y t Hx t v t (1.2)

Các giá trị của y(t) từ biểu thức 1.7 có thể dùng trực tiếp cho điều khiển. Nếu

phƣơng trình giám sát là ngẫu nhiên thì y(t) là tiến trình ngẫu nhiên. Để sử dụng

trong một thuật toán điều khiển, ta cần xác định trạng thái ˆ( )x t . Trong các điều kiện

thực, biểu thức 1.2 là mẫu từ các kết quả đánh giá:

PTIT

9

1 2( ) , y ,..., yT

ny t y (1.3)

Vì vậy, biểu thức giám sát trở thành rời rạc và thể hiện qua biểu thức sau

k k ky Hx v (1.4)

Chuỗi rời rạc của biểu thức giám sát cần xử lý qua các thủ tục đánh giá và các kết

quả sẽ đƣợc sử dụng trong thuật toán điều khiển tại phần tiếp theo.

b, Thuộc tính nhận dạng

Nhận dạng đƣợc là khả năng xây dựng các mô hình toán học cho một hệ thống và

thu thập thông tin đặc tính của hệ thống mô phỏng trên cơ sở kết quả giám sát. Nói

cách khác, đó là khả năng tránh các tiên nghiệm không chắc chắn về các đặc tính

của hệ thống của một mô hình hệ thống bằng các xử lý kết quả giám sát. Ví dụ, độ

phân tán, giá trị trung bình, khoảng thời gian tƣơng quan là không biết trong nhiều

trƣờng hợp thực tế. Trong trƣờng hợp vấn đề nhận dạng phụ thuộc vào một hoặc

một vài tham số thì các tham số này cần phải đo lƣợng. Có hai phƣơng pháp đánh

giá: đánh giá mẫu và đánh giá đệ quy.

Đánh giá mẫu có thể thu đƣợc từ công thức tính toán giá trị trung bình,

1( )

n

cp i iix x p x dx

. Nếu các xác suất của tất cả các sự kiện bằng nhau

( ( ) ( ) 1/ )j ip x p x n , ta có giá trị trung bình của mẫu:

1

1ˆ

n

cp k

k

x xn

(1.5)

Với n là kích thƣớc mẫu. Cũng phƣơng pháp tiếp cận, ta có thể tính toán độ phân

tán của mẫu bằng biểu thức.

2 2

1

1ˆ ˆ( )

1

n

k

k

x xn

(1.6)

Trong biểu thức trên, phần 2ˆ ˆ xác định độ lệch bình phƣơng trung bình.

PTIT

10

Vì vậy, các đánh giá mẫu thu đƣợc sau một số chu kỳ thời gian để nhận đƣợc

thống kê chính xác và thực hiện tính toán. Trong một số trƣờng hợp, trễ quá lớn

trong quá trình thu thập mẫu dẫn tới không sử dụng đƣợc cho điều khiển.

Đánh giá đệ quy giả thiết vấn đề xử lý thống kê mẫu trong thời gian thực theo

từng bƣớc. Mỗi bƣớc đệ quy gắn liền với việc thu nhận giá trị mẫu hiện thời yk. Giá

trị này so sánh với giá trị trƣớc đó 1ˆ( )k ky y và bổ sung giá trị thu đƣợc với trọng

số 1/ . Giá trị thu đƣợc thể hiện qua biểu thức sau:

1 1

1ˆ ˆ ˆ( )k k k kx x y x

(1.7)

Theo lý thuyết phân hoạch, cả hai công thức (1.5) và (1.6) đều có thể sử dụng

cho điều khiển. Việc sử dụng công thức (1.5) cho điều khiển tự động có thể dẫn tới

trễ đáp ứng, hay trễ quyết định trong trƣờng hợp sử dụng phƣơng pháp điều khiển

tình huống. Các đánh giá đệ quy là tính toán cho từng bƣớc điều khiển và cho phép

quyết định trong thời gian thực. Hiển nhiên, cả hai phƣơng pháp đều có một số ràng

buộc nhất định nhƣ sau: Đối với các thống kê mẫu, khi đƣợc tạo bởi một số mô

phỏng rời rạc (giám sát rời rạc)

, 1,2,....,k k ky Hx v k n (1.8)

Nếu H=1, ta có

k k ky x v (1.9)

Biểu thức trên có thể biểu diễn một tình huống giám sát điện thoại điển hình với

tiến trình ngẫu nhiên x(k) biểu diễn cuộc gọi với nhiễu trắng Gassian v(k). Giám sát

ngẫu nhiên cho cả hai tiến trình, sự ngẫu nhiên của đối tƣợng giám sát có thể có vài

khía cạnh khác nhau và chuỗi thống kê có thể tạo theo nhiều cách khác nhau. Để

lấy thống kê mẫu cần có một số bƣớc: xác lập lớp của đối tƣợng giám sát (giá trị

ngẫu nhiên hay tiến trình ngẫu nhiên); và tạo mẫu theo lựa chọn theo công thức

(1.8). Nếu giả thiết x(t) là một chuỗi ngẫu nhiên, ta có các giá trị hằng số

( (t) )x const trong thời gian giám sát 1 2, ,..., nT t t t . Nhƣng giá trị của x(t) và x(k) là

PTIT

11

không biết (vẫn đảm bảo tính ngẫu nhiên). Các giá trị nhận đƣợc của yk là k ky y .

Đối với bất kỳ tổ chức tiến trình mẫu nào thì giá trị yk là độc lập do không tƣơng

quan với nhiễu. Chuỗi mẫu thu đƣợc , 1,2,...,k k ky x v k n đƣợc xử lý bởi công

thức (1.5) để lấy các giá trị trung bình.

Để tìm thống kê mẫu cho tiến trình x(t), ta cần chọn hai tham số chính: chu kỳ

giám sát T0 và tốc độ mẫu 1/d df với giá trị d là khoảng thời gian giữa hai lần

lấy mẫu. Việc lựa chọn tham số này phụ thuộc vào việc sử dụng các thống kê

1 2, ,..., ny y y .

Nếu thống kê đƣợc sử dụng cho đánh giá mẫu có giá trị trung bình

1

1ˆ

n

cp KKx n x

thì khoảng thời gian giữa các giá trị ra cần chọn độc lập với các giá

trị lân cận. Điều đó có nghĩa hệ số tƣơng quan tiến tới giá trị Zero.

2 2

1 1

( )( )0

( ) ( )

n n

i cp j cpi j

ijn n

i cp j cpi j

x x x xr

x x x x

(1.10)

c, Thuộc tính bền vững và bất biến

Thuật ngữ bền vững đƣợc sử dụng để xác định các đặc tính cả các hệ thống phức

tạp nhƣ hệ thống điều khiển viễn thông và các hệ thống điều khiển đơn giản. Trong

trƣờng hợp các hệ thống phức tạp, yếu tố bền vững gồm nhiều thành phần. Đầu tiên

là độ tin cậy khi xác định khả năng thực thi các hàm yêu cầu trong một khoảng thời

gian. Thành phần thứ hai “sống sót” xác định đặc tính thực thi hàm yêu cầu dƣới

một số điều kiện cho trƣớc. Thành phần thứ ba “bảo vệ nhiễu” là bất biến với các

loại nhiễu. Bền vững có thể hiểu theo nghĩa hẹp là độ ổn định của hệ thống. Một hệ

thống có thể chuyển tới trạng thái bất ổn định khi tham số hoặc hoạt động đầu vào

không đúng. Các hệ thống bền vững đƣa ra các đáp ứng giới hạn với các đầu vào

giới hạn. Điều đó có nghĩa là tồn tại điều kiện ràng buộc giá trị đầu ra theo đầu vào.

( ) / ( )dy t dx t (1.11)

PTIT

12

Hệ thống bền vững hoàn toàn khi ổn định với bất kỳ đầu vào nào. Độ ổn định hệ

thống có thể đƣợc nhìn nhận từ một số khía cạnh khác nhau: độ ổn định lyapunov,

độ ổn định xác suất, độ ổn định trung bình và độ ổn định thực tế.

Đặc tính bất biến của hệ thống là khả năng duy trì một số trạng thái đầu ra khi có

một số hoạt động khác biệt tại đầu vào. Ví dụ giám sát một hệ thống

( ) ( ) ( ) ( )y t H t x t S t (1.12)

Trƣờng hợp hệ thống bất biến nếu bất kỳ một hoạt động đầu vào v(t) nào đều

không dẫn tới các đáp ứng không mong muốn ( )y t y .

1.4 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

1.4.1 Điều khiển cung cấp QoS

Cung cấp QoS cho các dịch vụ mạng luôn là vấn đề then chốt của các hệ thống

truyền thông và thƣờng gắn liền với các giải pháp quản lý mạng. Các thuật toán

điều khiển hệ thống viễn thông phải tính tới hàng loạt các đặc tính nhƣ: trạng thái

phân tán của mạng trên cả khía cạnh không gian và thời gian; trễ khác nhau giữa

các vòng điều khiển kết nối trạng thái và các phần tử mạng; nguyên tắc điều khiển

manager/agent đƣợc thực hiện dƣới tƣơng tác của các đối tƣợng điều khiển tách

biệt; tƣơng tác giữa các phần tử mạng đƣợc thực hiện qua một tập giao thức phân

cấp để xử lý tuần tự dữ liệu điều khiển.

Chú ý rằng hiện nay chƣa có một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh nào cho các

mạng viễn thông, đặc biệt là mạng diện rộng MAN và WAN. Vấn đề cung cấp chất

lƣợng dịch vụ mạng đƣợc thông qua các thỏa thuận và hợp đồng lƣu lƣợng theo một

số tham số QoS sau: thông lƣợng lƣợng mạng, độ tin cậy, tổn thất gói, trễ và biến

động trễ (Rec Y.1540). Các tham số này đƣợc thể hiện qua thỏa thuận cung cấp dịch

SLA (Service Level Agreement) còn gọi là hợp đồng lƣu lƣợng giữa ngƣời sử dụng

và nhà cung cấp dịch vụ. Khái niệm QoS có thể định nghĩa nhƣ tỷ lệ tổng thể của

các đặc tính dịch vụ xác định mức độ thỏa mãn ngƣời dùng từ một dịch vụ nhất

định. Thông thƣờng, QoS đƣợc đặc trƣng bởi trễ kết nối, thông lƣợng dữ liệu và

PTIT

13

chất lƣợng kết nối. Thỏa thuận SLA có thể đƣợc thực hiện trƣớc các phiên truyền

thông thực tế hoặc theo một số chu kỳ thời gian và đƣợc dùng để điều khiển các

dịch vụ mạng. Vì vậy, các thuật toán điều khiển chính thƣờng gồm điều khiển tình

huống, cận tối ƣu thay vì điều khiển tất định thông qua các tiếp cận xác suất. Qua

các phân tích trên, một kiến trúc logic đƣa ra gồm ba mặt bằng: điều khiển, dữ liệu

và quản lý đƣợc chỉ ra trên hình 1.2. Các tiếp cận chung bao gồm các phƣơng pháp

và kỹ thuật sử dụng để cung cấp QoS đƣợc chỉ ra trên hình 1.3.

Hình 1.2: Cấu trúc logic của thỏa thuận cung cấp chất lượng dịch vụ

Hình 1.3: Các kỹ thuật cung cấp QoS cho mạng viễn thông

Các kỹ thuật cho mặt bằng điều khiển. Các kỹ thuật này liên quan trực tiếp tới

các đƣờng dẫn dữ liệu của ngƣời dùng gồm 3 kỹ thuật chính. (i) Kỹ thuật điều khiển

chấp nhận cuộc gọi CAC (Call Admission Control) điều khiển các yêu cầu luồng

lƣu lƣợng mới phù hợp với trạng thái tài nguyên mạng. CAC xác định các kết quả

lƣu lƣợng trong điều kiện tắc nghẽn hoặc suy giảm cấp độ chất lƣợng cho các dịch

vụ trong hệ thống hiện thời. (ii) Kỹ thuật định tuyến QoS cung cấp sự lựa chọn

tuyến thỏa mãn yêu cầu chất lƣợng dịch vụ của một luồng dữ liệu cụ thể. Thông

PTIT

14

thƣờng, chỉ một hoặc hai điều kiện ràng buộc đƣợc đƣa ra làm cơ sở tính toán

tuyến. (iii) Kỹ thuật dự trữ tài nguyên thƣờng đƣợc sử dụng trong các mạng IP dựa

trên giao thức dự trữ tài nguyên nhằm dành trƣớc tài nguyên cho luồng lƣu lƣợng.

Kỹ thuật cho mặt bằng dữ liệu. Đó là một nhóm kỹ thuật liên quan trực tiếp tới

các luồng lƣu lƣợng ngƣời sử dụng. Một số kỹ thuật điển hình nhƣ quản lý bộ đệm,

tránh tắc nghẽn, lập lịch và xếp hàng, phân loại và chia cắt lƣu lƣợng. Kỹ thuật quản

lý bộ đệm làm giảm các gói tin điều khiển đợi tại hàng đợi truyền dẫn. Mục tiêu

quan trọng nhất là tối thiểu hóa độ dành trung bình hàng đợi tại tốc độ cao nhằm

tăng độ hiệu dụng kênh. Bên cạnh đó, kỹ thuật quản lý bộ đệm nhằm phân bổ công

bằng không gian đệm giữa các luồng lƣu lƣợng khác nhau. Giải pháp hiện nay sử

dụng cơ chế quản lý bộ đệm tích cực để giải quyết các khả năng tắc nghẽn ví dụ nhƣ

thuật toán loại bỏ gói sớm RED (Random Early Detection). Khi RED đƣợc áp dụng,

chuỗi gói tin bị cắt bỏ dựa trên độ dài trung bình nhằm tránh các khả năng từ chối

phục vụ. Kỹ thuật tránh tắc nghẽn hỗ trợ mức tải mạng thấp hơn một chút thông

lƣợng mạng thông qua giải pháp cắt tải lƣu lƣợng.

Tiếp cận đánh dấu gói tin đƣợc sử dụng để định nghĩa một mức dịch vụ cụ thể

cho các gói tin khác nhau. Việc đánh dấu gói tin thƣờng đƣợc thực hiện tại các đầu

vào bộ định tuyến qua thủ tục gán một số giá trị vào trƣờng chức năng đặc biệt của

tiêu đề gói tin.

Mục tiêu chính của các kỹ thuật lập lịch và xếp hàng là lựa chọn một gói tin cụ

thể từ bộ đệm để đƣa vào kênh truyền. Tùy thuộc vào hàm mục tiêu xử lý gói tin tại

đầu ra mà cơ chế xử lý dựa trên một số luật cụ thể nhƣ: vào trƣớc ra trƣớc FIFO

(First In – First Out), hàng đợi trọng số công bằng WFQ (Weight Fair Queuing) hay

hàng đợi dựa trên phân lớp dịch vụ CBQ (Class Based Queuing)...

Mục tiêu của xử lý chia cắt lƣu lƣợng là điều khiển tốc độ và kích thƣớc các

luồng dữ liệu tại đầu vào mạng. Lƣu lƣợng ban đầu đƣợc chuyển qua các bộ đệm có

cấu trúc đặc biệt để cho phép dự đoán các đặc tính luồng lƣu lƣợng. Hai thuật toán

phổ biến sử dụng cho chia cắt lƣu lƣợng là thuật toán thùng dò (leaky bucket) và

PTIT

15

thùng thẻ (token bucket). Thuật toán thùng dò thực hiện điều chỉnh tốc độ cho các

luồng lƣu lƣợng đầu vào, khi bộ đệm (thùng) đầy thì các gói vƣợt quá sẽ bị loại bỏ.

Trái ngƣợc với thuật toán trên, thuật toán thùng thẻ không điều chỉnh tốc độ ra và

cũng không loại bỏ gói. Tốc độ đầu vào và đầu ra sẽ cân bằng khi có các thẻ bài

trong các bộ đệm tƣơng ứng. Các thẻ đƣợc tạo ra với các tốc độ xác định và nằm

dƣới đáy thùng. Các gói tin đƣợc chuyển đi phụ thuộc vào tham số tốc độ tạo thẻ và

kích thƣớc thùng.

Các kỹ thuật liên quan tới mặt bằng quản lý. Mặt bằng quản lý QoS gồm các kỹ

thuật chịu trách nhiệm duy trì, quản lý và điều khiển mạng tƣơng thích với lƣu

lƣợng ngƣời sử dụng. Một trong các kỹ thuật đó là đo kiểm để kiểm tra các tham số

luồng dữ liệu thực tế để so sánh với giá trị yêu cầu trong SLA. Sau khi phân tích các

kết quả, các cơ chế điều khiển luồng lƣu lƣợng đƣợc áp dụng trong từng điều kiện

cụ thể của mạng. Giao thức dự phòng tài nguyên RSVP (Resource reservation

Protocol) là giao thức đóng vai trò trung tâm nhằm cải thiện các cơ chế kỹ thuật trên

cho nhiệm vụ dự phòng và quản lý tài nguyên. Để cung cấp chất lƣợng dịch vụ theo

yêu cầu trong từng giai đoạn chuyển phát gói tin, RSVP đƣợc tích hợp với các cơ

chế định tuyến để điều khiển lƣu lƣợng. Các cơ chế này gồm: điều khiển truy nhập,

phân loại lƣu lƣợng, dữ liệu và lập kế hoạch hàng đợi… Hiện có 3 mô hình cung

cấp dịch vụ trong các hệ thống viễn thông gồm: mô hình nỗ lực tối đa, tích hợp dịch

vụ và phân biệt dịch vụ (hình 1.4).

Hình 1.4: Các mô hình cung cấp dịch vụ

Mô hình tích hợp dịch vụ (IntServ) sử dụng các nguồn tài nguyên dự phòng tích

hợp cho một nhóm luồng lƣu lƣợng nhất định và có thể gây ảnh hƣởng xấu tới các

luồng còn lại nhất là khi tài nguyên dự phòng không đƣợc sử dụng. Tuy nhiên, mô

hình này đảm bảo chặt chẽ chất lƣợng dịch vụ theo yêu cầu. Thêm vào đó, mô hình

PTIT

16

không có các bộ công cụ đặc biệt để cung cấp QoS cho các luồng lớn (Macro) và

giới hạn trong miền ứng dụng tích hợp dịch vụ. Mô hình này gắn kết chặt chẽ với

khả năng đáp ứng tải lƣu lƣợng của bộ định tuyến cũng nhƣ yêu cầu thay đổi phần

mềm của bộ định tuyến để nhận diện các ứng dụng mạng.

Các mô hình phân biệt dịch vụ (DifServ) hƣớng tới mục tiêu phân biệt dịch vụ

cung cấp cho các lớp lƣu lƣợng ghép. Mục tiêu của mô hình là đƣa ra các nguyên

tắc cung cấp QoS cho các luồng lƣu lƣợng lớn trên cơ sở mối quan hệ của các lớp

dịch vụ.

Mô hình nỗ lực tối đa hƣớng tới mục tiêu phân bổ công bằng các tài nguyên. Mô

hình này không hỗ trợ các cơ chế điều khiển nguồn tài nguyên mạng cũng nhƣ thuật

toán phân bổ. Bên cạnh đó, mô hình cho phép xảy ra tắc nghẽn nếu lƣu lƣợng lớn

và không đảm bảo chuyển phát gói tin thành công. Tuy nhiên, mô hình rất hiệu quả

khi trong mạng không có yêu cầu chuyển phát lƣu lƣợng thời gian thực.

1.4.2 Tiếp cận RACS và RASF

Phân hệ điều khiển chấp nhận và tài nguyên RACS (The Resource and

Admission Control Sub-System) thực hiện các chức năng điều khiển cho mạng truy

nhập và các nút biên thuộc mức thực thi lõi. Mức thực thi lõi là một phần của mạng

với phƣơng thức định tuyến sử dụng giao thức IP. Mạng truy nhập là thành phần

mạng sử dụng để tập trung và phân bổ lƣu lƣợng tới ngƣời dùng đầu cuối. Điều

khiển tài nguyên trong mạng truy nhập tƣơng đƣơng với điều khiển lớp liên kết dữ

liệu thuộc lớp 2 của mô hình kết nối hệ thống mở OSI. Trong khái niệm của RACS,

điều khiển tài nguyên không xem xét tới mức lõi mạng. Điều khiển trực tiếp tài

nguyên đƣợc thực hiện bởi một vài phần tử mạng xác định lƣu lƣợng tại mức liên

kết (mức 2) cũng nhƣ là các phần tử mạng đặt tại biên mạng truyền tải. Thành phần

A-RACF thực hiện các chức năng điều khiển liên quan trực tiếp tới nguồn tài

nguyên của mạng truy nhập. Thành phần chức năng quyết định chính sách dịch vụ

SPDF (Service-Based Policy Decision Function) thực thi điều khiển dựa trên các

PTIT

17

chính sách đối với dịch vụ trên biên của mức lõi mạng. Kiến trúc RACF đƣợc chỉ ra

trên hình 1.5 không nhận bất kỳ một thông tin về cấu hình nào từ mức lõi mạng.

Hình 1.5: Kiến trúc của phân hệ RACS

Quản lý QoS đƣợc thực hiện trên mô hình “Đẩy” theo nguyên lý Ponselle. Trong

trƣờng hợp này, thành phần điều khiển gồm cả A-RACF và SPDF gửi các lệnh tới

thiết bị truyền tải. Ở đây không có sự mâu thuẫn trong các định nghĩa của ITU và

ETSI đƣa ra do đều là tổ chức xây dựng tiêu chuẩn. Tuy nhiên, một số điểm khác

biệt cũng cần đƣợc chỉ ra và phân tích nhƣ dƣới đây.

Thứ nhất, đó là một phần tử mạng thực hiện nhiệm vụ điều khiển, đối ngƣợc với

RACS, kiến trúc RACF xem xét tiến trình quản lý cho tất cả các phần mạng để cung

cấp QoS theo yêu cầu.

Bên cạnh đó, kiến trúc RACF cung cấp nhiều kịch bản quản lý nguồn tài nguyên

mạng hơn kiến trúc RACS.

ITU xác định kiến trúc quản lý QoS trong hệ thống tiêu chuẩn. Ý tƣởng chính

của kiến trúc quản lý QoS đƣợc xây dựng trên nguyên tắc độc lập giữa lớp truyền

tải và lớp dịch vụ. Ví dụ, khi thoại đƣợc truyền qua giao thức IP trong mạng

internet, lƣu lƣợng thoại đƣợc truyền sau khi các thủ tục báo hiệu đƣợc hoàn tất

giữa các phần tử của mạng báo hiệu. Một phần lƣu lƣợng báo hiệu đƣợc chuyển qua

mạng cùng với mức ƣu tiên tƣơng tự nhƣ dữ liệu do tại mức mạng không có cơ cấu

yêu cầu và đảm bảo QoS. Để giải quyết vấn đề này, ITU đề xuất phân biệt mức

PTIT

18

truyền tải và mức ứng dụng độc lập nhau. Cùng với khái niệm độc lập giữa các

mức, nguồn tài nguyên mạng yêu cầu đƣợc cung cấp bởi mức mạng sau khi nhận

đƣợc lệnh từ mức ứng dụng. Theo đó, mức ứng dụng chịu trách nhiệm trao đổi các

bản tin báo hiệu giữa các ứng dụng. Mức truyền tải chịu trách nhiệm về độ tin cậy

cho cả luồng lƣu lƣợng điều khiển và các gói tin dữ liệu. Chức năng điều khiển của

mức truyền tải phục vụ các kết nối giữa các mức ứng dụng và truyền tải. Chức năng

này cho phép đƣợc đƣợc cung cấp dựa trên phân tích trạng thái tài nguyên và chính

sách truy nhập đƣợc thiết lập bởi nhà khai thác tới ngƣời sử dụng. Ngoài ra, chức

năng này điều khiển các thiết bị mạng để cung cấp các dịch vụ yêu cầu. Chức năng

của RACF xác định tài nguyên khả dụng và thực hiện điều khiển đƣợc thể hiện trên

hình 1.6.

Hình 1.6: Kiến trúc của phân hệ RACF

Chức năng điều khiển dịch vụ SCF (Service Control Function) chịu trách nhiệm

truyền dẫn dữ liệu báo hiệu trong thời gian thiết lập phiên truyền thông. Chức năng

này yêu cầu mức QoS trong phần tử đặc biệt của RACF. Phần tử này xác định tài

nguyên khả dụng của mạng để đáp ứng yêu cầu QoS và điều khiển thiết bị thực hiện

nhiệm vụ. Chức năng của dữ liệu cho mạng gắn thêm hỗ trợ hồ sơ gán mức QoS

cho ngƣời dùng. Trong thủ tục nhận dạng cuộc gọi, chức năng này kiểm tra yêu cầu

truy nhập tài nguyên của ngƣời dùng. Kiến trúc chức năng này đƣợc thiết kế độc lập

với phía ngƣời sử dụng do RACF có thể ứng dụng cho cả mạng truy nhập và mạng

lõi. RACF gồm hai khối chức năng, khối thứ nhất chịu trách nhiệm thực thi các

chính sách và luật yêu cầu PD-FE và khối chức năng thứ hai điều khiển tài nguyên

PTIT

19

lớp truyền tải TRC-FE. Khối PD-FE xác định khả năng cung cấp dịch vụ thông qua

một số thủ tục kiểm tra dữ liệu sau: hồ sơ ngƣời dùng trong mạng truy nhập, mức

thỏa thuận dịch vụ, chính sách, mức ƣu tiên và yêu cầu tài nguyên mạng. Sau khi

nhận đƣợc yêu cầu, PD-FE gửi thông tin truyền tải lƣu lƣợng tới thiết bị mạng để

yêu cầu cung cấp tài nguyên. Thông tin này gồm một số nội dung nhƣ: các lệnh

điều khiển gateway; đánh dấu các gói tin của luồng lƣu lƣợng; dữ liệu địa chỉ lớp

mạng và địa chỉ cổng cho chức năng chuyển đổi địa chỉ; điều khiển các tốc độ

truyền dẫn; phƣơng thức lọc lƣu lƣợng; thứ tự của dữ liệu truyền.

PD-FE đƣa ra các quyết định điều khiển thiết bị của mạng truy nhập dựa trên một

phần tử chức năng gọi là PE-FE. PE-FE đƣợc đặt tại biên mạng để cung cấp các

luật nhất định cho các luồng lƣu lƣợng. Trong mạng truyền thông thời gian thực,

các chức năng của phần tử của phần tử PE-FE có thể thực hiện bởi một số thiết bị

sau: Thiết bị biên điều khiển phiên SBC (Session Boundary Control); hệ thống kết

cuối modem cáp; các bộ định tuyến biên. Vì vậy, chức năng tạo quyết định PD-FE

điều khiển chất lƣợng dịch vụ của mạng nhờ phần tử PE-FE đƣợc đặt trên biên

mạng. Phần tử chức năng điều khiển tài nguyên của giao thức truyền tải TRC-FE dò

tìm trạng thái của tài nguyên mạng. TRC-FE tạo ra các quyết định về cung cấp dịch

vụ dựa trên cơ sở dữ liệu độ khả dụng tài nguyên mạng. Phần tử chức năng TRC-FE

hƣớng tới điều khiển nguồn tài nguyên mạng truy nhập dựa trên giao thức truyền tải

sử dụng. Khối PD-FE điều khiển nguồn tài nguyên lớp mạng truyền tải độc lập với

giao thức truyền tải.

1.4.3 Điều khiển cấu trúc

Đặc tính cấu trúc hệ thống đƣợc phản ánh thông qua các tính chất đặc thù. Các

tính chất đặc thù của một hệ thống viễn thông gồm các hệ thống của trung tâm

truyền thông và các kết nối giữa chúng, tƣơng ứng với định nghĩa về hệ thống là

một tập các phần tử đƣợc kết nối với nhau.

Cấu trúc mạng đƣợc định nghĩa tại một số mức khác nhau nhƣ: mức vật lý (nút

và liên kết), mức liên kết dữ liệu (kênh) và mức mạng (định tuyến). Các cấu trúc

PTIT

20

này có thể tĩnh hoặc động, thay đổi dƣới các điều kiện lƣu lƣợng hoặc phƣơng thức

điều khiển. Thông thƣờng, cấu trúc vật lý đƣợc giả định là không biến đổi theo thời

gian. Nhƣng các nguồn tài nguyên vật lý khác nhau (miền tần số, thời gian) yêu cầu

ứng dụng phân bố động các nguồn tài nguyên. Nó liên quan trực tiếp tới tài nguyên

nhƣ truy nhập không gian – thời gian, mã hóa không gian – thời gian, tái sử dụng

tần số, antena thích ứng… Cấu trúc mạng cho mức kênh có thể tĩnh hoặc động tùy

thuộc vào yêu cầu lƣu lƣợng của thiết bị kết cuối. Cấu trúc mạng trên mức mạng

thƣờng động kể cả phƣơng pháp định tuyến tĩnh hoặc động đều cho thấy sự biến

động của lƣu lƣợng. Vì vậy, mạng viễn thông hiện đại cần đƣợc ứng xử nhƣ một

mạng có cấu trúc động. Các thủ tục điều khiển khác nhau đƣợc sử dụng cho các cấu

trúc động nhƣ vậy. Các thủ tục này tạo thành chuỗi nhiệm vụ khác nhau từ đầu

nguồn phát thông tin tới nơi nhận thông tin trong mạng.

Các phƣơng pháp chính sử dụng để cải thiện các thủ tục điều khiển cho một cấu

trúc mạng là các phƣơng pháp sử dụng phần mềm điều khiển dựa trên ngƣỡng tự

nhiên. Điểm mạnh của ngƣỡng tự nhiên là sự thay đổi cấu trúc điều khiển sau khi

đạt đƣợc một vài điểm ngƣỡng định trƣớc. Các tiêu đề gói tin đóng vai trò quan

trọng trong giải pháp điều khiển này, khi các địa chỉ nguồn và đích đƣợc xác định,

một số dữ liệu khác cho phép thực hiện một số chức năng xử lý trong quá trình các

gói tin trên tuyến. Cùng thời gian đó, Các phƣơng pháp tối ƣu đƣợc thực hiện. Các

phƣơng pháp này cung cấp các cải thiện hoặc tối ƣu cấu trúc mạng theo một vài tiêu

chí.

Với mục tiêu tối ƣu cấu trúc mạng, vấn đề đƣợc nhìn nhận khi sự cần thiết của

trong tối ƣu điều khiển của một cấu trúc mạng tăng lên, dẫn tới các phƣơng pháp

điều khiển dựa trên phần mềm không đƣa ra đƣợc các mức cung cấp QoS theo yêu

cầu. Ví dụ nhƣ, sự tắc nghẽn cổ chai, trễ lớn cũng nhƣ mức tổn thất gói tin cao. Các

cơ chế định tuyến đảm bảo QoS thƣờng thuộc bài toán NP- Complete và không ứng

dụng đƣợc trong mạng thời gian thực. Vì vậy, một số thủ tục tối ƣu đƣợc phát triển

để tìm kiếm tuyến tối ƣu. Ví dụ giao thức OSPF sử dụng tiến trình tìm đƣờng tối ƣu

theo trọng số để giải quyết một nhiệm vụ tối ƣu trong lớp phân bổ các tài nguyên.

PTIT

21

Thuật toán tìm kiếm đƣợc giải theo từng bƣớc, trong đó mỗi bƣớc kế tiếp đƣợc xây

dựng trên cơ sở kết quả của bƣớc phía trƣớc và đƣợc coi nhƣ một nhiệm vụ của bài

toán quy hoạch động.

Tối ƣu các thủ tục động trong điều khiển cấu trúc hệ thống viễn thông. Với các

điều kiện ràng buộc cho các mức QoS, để tránh rơi vào lớp bài toán NP-comlete khi

phân bổ lại lƣu lƣợng, ta sử dụng thuật toán đệ quy để giảm thiểu tắc nghẽn trong

mạng. Ý tƣởng chính của thuật toán nhƣ sau: sử dụng chiến lƣợc điều khiển tập

trung cho toàn bộ hoặc một phần mạng.

1.4.4 Điều khiển trạng thái

Các trạng thái chức năng của hệ thống viễn thông đƣợc phản ánh bởi các mô

hình cho từng mạng cụ thể. Các trạng thái x(t) có thể thay đổi theo thời gian tùy

thuộc vào một số yếu tố. Các trạng thái mong muốn có thể đƣợc thiết lập bởi các

thủ tục điều khiển cho cả các yếu tố ảnh hƣởng hay các trạng thái. Hàm điều khiển

cho một đối tƣợng cụ thể xác định một cơ cấu điều khiển cho đối tƣợng gồm: giám

sát trạng thái, điều khiển sự thay đổi trạng thái, chỉ dẫn cho điều khiển thay đổi

trạng thái. Vì vậy, cơ chế này đủ để tính toán không chỉ trạng thái hiện thời x(t) mà

có tính toán tốc độ thay đổi trạng thái dx(t)/dt. Ở đây có ba miền chức năng của điều

khiển.

(i) Giám sát hoạt động của một đối tƣợng để xác định sự thiếu hụt và tài

nguyên hiện có, phục vụ cho quá trình điều khiển. Thƣờng có hai trạng

thái của một đối tƣợng đƣợc sử dụng trong điều khiển tài nguyên là cho

phép và ngăn cản. Mô hình điều khiển tài nguyên đƣợc sử dụng gồm mô

hình khái niệm và mô hình rời rạc.

(ii) Tải lƣu lƣợng hoặc mức độ sử dụng của phần tử để xác định hiệu suất của

phần tử hay độ khả dụng của các tài nguyên. Các trạng thái của đối tƣợng

này thƣờng là: không tải (idle), tải nhẹ (active) và tải nặng (bận).

PTIT

22

(iii) Trạng thái quản trị mô tả khả năng sử dụng các nguồn tài nguyên. Trạng

thái này đƣợc chia thành 3 giai đoạn: truy nhập tài nguyên bị khóa

(blocked), phƣơng thức tắt hoặc ngừng.

Các trạng thái của đối tƣợng điều khiển có các đặc tính khác nhau đƣợc mô tả

qua các thuộc tính. Các thuộc tính này dùng để đặc tính hóa hoạt động và sử dụng

của một đối tƣợng trong hệ thống điều khiển liên quan tới các phƣơng pháp điều

khiển tình huống.

1.5 KIẾN TRÚC VÀ PHÂN LOẠI BÁO HIỆU

Báo hiệu đƣợc sử dụng giữa ngƣời dùng và mạng hoặc giữa các phần tử mạng để

trao đổi các thông tin điều khiển khác nhau nhƣ: mô tả lƣu lƣợng, dịch vụ và nhận

dạng kênh. Nói cách khác, báo hiệu đƣợc sử dụng để thiết lập, giám sát và giải

phóng các kết nối động. Bao gồm các kết nối vật lý, ảo và kết nối logic. Các kết nối

tĩnh đƣợc cấu hình hoặc xử lý nhân công và có thể không sử dụng báo hiệu. Ngoài

ra, báo hiệu cung cấp các phƣơng tiện để dự trữ tài nguyên. Báo hiệu cung cấp

phƣơng tiện để trao đổi các thông tin liên quan tới kết nối trong, trƣớc hoặc sau khi

các hoạt động truyền tải thông tin diễn ra.

1.5.1 Phân loại báo hiệu

Các kỹ thuật báo hiệu có thể đƣợc phân loại theo một số cách khác nhau. Mục

này tập trung vào các phƣơng pháp kỹ thuật báo hiệu khác nhau trên cơ sở mạng

viễn thông và mạng truyền thông dữ liệu.

Báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng: Trong mạng truyền thông dữ

liệu, báo hiệu trong băng liên quan tới việc sử dụng cùng kênh ảo để mạng thông tin

báo hiệu và thông tin dữ liệu. Báo hiệu ngoài băng là thông tin báo hiệu và dữ liệu

đƣợc mang trên hai kênh ảo khác nhau. Trong mạng viễn thông truyền thống, báo

hiệu trong băng là báo hiệu sử dụng tần số trong băng tần thoại (300 Hz – 3400 Hz).

Báo hiệu ngoài băng là báo hiệu sử dụng băng tần lớn hơn băng tần thoại (<4000

Hz). Cả báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng đều có điểm hạn chế riêng. Báo

PTIT

23

hiệu trong băng dễ bị ảnh hƣởng bởi mã hóa thoại có thể dẫn tới gián đoạn không

mong muốn. Báo hiệu ngoài băng cần bổ sung các thiết bị điện tử để hỗ trợ xử lý

báo hiệu.

Báo hiệu trong kênh và báo hiệu kênh chung: Cả báo hiệu trong băng và báo

hiệu ngoài băng trong mạng viễn thông đều có thể cùng loại là báo hiệu trong kênh.

Trong báo hiệu trong kênh, kênh vật lý mang cả thông tin báo hiệu cũng nhƣ là

thoại/dữ liệu. Báo hiệu kênh chung sử dụng kênh tách biệt để mang thông tin báo

hiệu cho một số kết nối. Báo hiệu trong kênh và báo hiệu kênh chung trong mạng

viễn thông tƣơng tự nhƣ báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng trong các

mạng truyền thông dữ liệu.

Hình 1.7: Phân loại các kỹ thuật báo hiệu

Báo hiệu kênh gắn kết và không gắn kết: Trong mạng viễn thông, báo hiệu

kênh chung đƣợc chia thành hai loại: báo hiệu kênh gắn kết và báo hiệu kênh không

gắn kết. Trong báo hiệu kênh chung gắn kết, các kênh báo hiệu và đƣờng dẫn dữ

liệu cùng đi qua một phần tử mạng. Tuy nhiên, khác với báo hiệu trong kênh, các

kênh báo hiệu này không cùng chia sẻ kênh vật lý với luồng dữ liệu. Trong báo hiệu

kênh chung kênh không gắn kết, không có sự tƣơng ứng giữa các kênh báo hiệu và

các đƣờng dẫn dữ liệu. Trong mạng truyền thông dữ liệu, ý nghĩa của báo hiệu kênh

gắn kết và báo hiệu kênh không gắn kết phụ thuộc vào công nghệ mạng. Ví dụ,

Mạng truyền tải bất đồng bộ ATM hỗ trợ cả hai loại báo hiệu. Trong báo hiệu kênh

gắn kết, tất cả bản tin báo hiệu cho mỗi luồng ảo đƣợc trao đổi qua kết nối ảo cố

PTIT

24

định (VCI=5) của luồng ảo đó. Trong báo hiệu kênh không gắn kết, các bản tin báo

hiệu cho tất cả các luồng đƣợc trao đổi trên một luồng ảo và kết nối ảo cố định

(VPI=0, VCI=5).

Từ các kỹ thuật giải thích trên đây dựa trên nền một kỹ thuật khác có tên gọi

metasignalling thƣờng đƣợc nói đến trong nhiều tiêu chuẩn báo hiệu khác nhau.

Metasignalling chỉ ra quá trình xử lý thiết lập các kênh báo hiệu bằng các thủ tục

báo hiệu. Kênh báo hiệu cũng đƣợc thiết lập để thiết lập các kênh cho truyền tải dữ

liệu.

1.5.2 Một số đặc tính của báo hiệu

Nhằm đƣa ra góc nhìn tổng quát về báo hiệu trong hệ thống viễn thông hiện đại,

ta xem xét một số đặc tính của báo hiệu gồm: bản tin xác nhận, bảo vệ bộ định thời,

thỏa thuận tham số, nhận dạng kết nối/cuộc gọi, mô hình máy hữu hạn trạng thái,mã

hóa và giải mã bản tin.

o Các bản tin xác nhận đƣợc yêu cầu do đặc tính không tin cậy tự nhiên của đƣờng

truyền thông. Nhằm tăng độ tin cậy cho phiên truyền thông, một số cơ chế báo

hiệu bắt tay “handshakes” đƣợc sử dụng trong các trƣờng hợp phƣơng tiện

truyền thông không đảm bảo độ tin cậy.

o Bộ định thời đƣợc sử dụng để tránh hiện tƣợng trễ thông tin quá lớn do bản tin

báo hiệu tổn thất hoặc gián đoạn. Bộ định thời đƣợc khởi tạo ngay sau khi bản

tin đƣợc truyền đi, trong trƣờng hợp bản tin báo hiệu bị mất hoặc bị loại bỏ, bộ

định thời sẽ quá hạn và bản tin đƣợc truyền lại. Nếu bản tin đến đƣợc đích an

toàn và đƣợc xác nhận, bộ định thời ngừng đếm. Việc lựa chọn chính xác giá trị

định thời rất quan trọng, nếu giá trị quá nhỏ thì bộ định thời sẽ thƣờng xuyên

quá hạn. Nếu lựa chọn giá trị định thời lớn sẽ chống lại mục tiêu giữ thời gian và

thƣờng đƣợc chọn khoảng gấp hai lần trễ truyền lan vòng giữa hai đầu cuối.

o Thỏa thuận tham số truyền là lựa chọn tham số thực tế từ một tập tham số

chung. Đặc tính và phạm vi của thỏa thuận tham số phụ thuộc vào số lƣợng lần

PTIT

25

bắt tay. Thủ tục bắt tay ba bƣớc cung cấp nhiều phạm vi thỏa thuận hơn so với

bắt tay hai bƣớc.

o Mô hình máy hữu hạn trạng thái FSM (Finite State Machine) đƣợc sử dụng để

mô hình hóa các thủ tục báo hiệu thông qua các trạng thái hữu hạn. Một mô hình

điển hình gồm 3 trạng thái cơ bản: thiết lập, truyền dữ liệu và giải phóng cùng

với các bản tin báo hiệu chuyển dịch giữa chúng.

o Trong các mạng truyền thông dữ liệu, báo hiệu thƣờng đƣợc mã hóa trong

khuôn dạng TLV (Type-Length-Value). Các khối thông tin trong bản tin có thể

đƣợc mã hóa theo kiểu TLV để thể hiện loại bản tin, độ dài bản tin và các nội

dung thực của bản tin.

Phƣơng thức truyền bản tin báo hiệu có thể chia thành hai loại: điểm tới điểm và

điểm tới đa điểm. Phƣơng thức truyền báo hiệu điểm tới điểm là phƣơng thức đơn

giản, phổ biến nhất và đƣợc dùng cho hai điểm đầu cuối. Đối với các ứng dụng đa

đƣờng hoặc quảng bá, phƣơng thức báo hiệu điểm tới đa điểm đƣợc sử dụng để thiết

lập các kết nối từ điểm gốc tới các nút lá. Phƣơng thức này tiết kiệm đƣợc lƣợng

băng thông báo hiệu phụ thuộc vào độ sâu và rộng của cây. Các điểm hạn chế gồm:

khó thiết lập, quản lý và giải phóng kết nối báo hiệu; truyền thông đơn hƣớng và

khó thiết lập thông tin từ nút lá tới nút gốc nhằm khởi tạo báo hiệu.

1.5.3 Chức năng báo hiệu trong mô hình OSI

Do khái niệm báo hiệu và điều khiển kết nối là một khái niệm rộng nên có thể

nhìn nhận từ nhiều khía cạnh khác nhau của mạng. Mục này sẽ cung cấp một số đặc

tính cơ bản của báo hiệu theo kiến trúc mô hình tham chiếu OSI. Mô hình kết nối hệ

thống mở OSI (ISO/IEC 7498-1) là mô hình khái niệm để đặc tính và tiêu chuẩn

hóa các chức năng nội của một hệ thống truyền thông bằng cách phân chia thành

các lớp trừu tƣợng. Mô hình OSI nhóm các chức năng truyền thông tƣơng tự vào

một trong 7 lớp logic (hình 1.8).

Lớp Vật lý: Các mạch vật lý tạo ra lớp vật lý của mô hình OSI. Lớp vật lý mô tả các

tín hiệu điện, quang sử dụng cho truyền thông và chỉ liên quan tới các đặc tính vật

PTIT

26

lý của tín hiệu điện hoặc quang gồm: điện áp, dòng điện, kiểu phƣơng tiện, đặc tính

vật lý của đầu nối, đồng bộ... Báo hiệu và điều khiển kết nối sử dụng lớp vật lý

tƣơng tự nhƣ các luồng dữ liệu để thực hiện các tác vụ. Một số nhiệm vụ báo hiệu

tới thiết bị đầu cuối có thể sử dụng chính các tham số vật lý của đƣờng truyền dẫn

làm phƣơng tiện báo hiệu và điều khiển. Ví dụ nhƣ báo hiệu mạch vòng đƣờng dây

thuê bao sử dụng dòng điện xoay chiều để cấp chuông cho thuê bao điện thoại.

Hình 1.8: Mô hình tham chiếu kết nối hệ thống mở OSI

Lớp liên kết dữ liệu: Lớp liên kết dữ liệu cung cấp một liên kết tin cậy giữa các nút

có kết nối trực tiếp bằng cách phát hiện và có khả năng hiệu chỉnh lỗi có thể xảy ra

tại lớp vật lý. Lớp liên kết dữ liệu đƣợc chia thành hai phân lớp: điều khiển truy

nhập phƣơng tiện MAC (Media Access Control) và điều khiển liên kết dữ liệu LLC

(Logical Link Control). Phân lớp MAC có thể chứa các giao thức điều khiển truy

nhập với các thuật toán điều khiển khác nhau. Ví dụ, giao thức đa truy nhập cảm

nhận sóng mang/ dò tìm xung đột CSMA/CD hay đa truy nhập cảm nhận sóng

mang/ tránh xung đột CSMA/CA. Phân lớp LLC chịu trách nhiệm cho các khung

đồng bộ, kiểm tra lỗi và điều khiển luồng. Các khe thời gian đặc biệt hoặc phần đầu

hoặc kết thúc khung đƣợc sử dụng để mang các thông tin báo hiệu và điều khiển.

Lớp mạng: Lớp mạng trong mô hình OSI chịu trách nhiệm quản lý thông tin địa chỉ

logic trong các gói tin và chuyển phát các gói tin đó tới địa chỉ chính xác. Các địa

chỉ lớp mạng là một phần không thể thiếu trong hoạt động của các giao thức báo

PTIT

27

hiệu nhằm điều khiển kết nối, chuyển phát bản tin báo hiệu và thiết lập các tham số

báo hiệu và điều khiển. Chức năng báo hiệu trong mạng viễn thông thƣờng gắn liền

với các cơ chế định tuyến do định tuyến luôn là bƣớc đầu tiên trong quá trình thiết

lập kết nối. Trong mạng truyền thông dữ liệu, chức năng báo hiệu tại lớp mạng

thƣờng là một phần của chức năng định tuyến vì các giai đoạn thiết lập, truyền và

giải phóng kết nối đƣợc thực hiện đồng thời.

Lớp truyền tải: Lớp truyền tải xử lý các chức năng truyền tải nhƣ là chuyển phát tin

cậy hoặc không tin cậy dữ liệu tới đích. Trong mạng máy tính, thiết bị gửi đi chịu

trách nhiệm chia dữ liệu thành các gói nhỏ hơn nhằm phát lại khi bị tổn thất. Các

gói tổn thất đƣợc phát hiện bởi các bản tin xác nhận ACK từ phía thiết bị thu. Biên

cạnh đó, lớp truyền tải cung cấp tùy chọn địa chỉ dịch vụ cho các dịch vụ và ứng

dụng lớp trên. Các thông tin điều khiển và báo hiệu cũng dựa trên chỉ số cổng để

đƣa ra các quyết định điều khiển dịch vụ. Các cơ chế điều khiển cửa sổ luồng thông

tin đƣợc ứng dụng trực tiếp trên giao thức TCP rất phổ biến trong các môi trƣờng

mạng truyền thông. Thông thƣờng, bài toán tối ƣu hiệu năng mạng NUM (Network

Utility Maximization) đƣợc tối ƣu tại lớp truyền tải cùng với các tham số lớp dƣới

đƣợc đặt ra nhƣ một vấn đề then chốt trong điều khiển.

Lớp phiên: Lớp phiên chịu trách nhiệm thiết lập, quản lý và giải phóng các phiên

kết nối giữa các ứng dụng tại các điểm cuối của truyền thông. Trong giai đoạn thiết

lập, dịch vụ và các luật áp dụng cho dữ liệu cho phiên truyền thông giữa các thiết bị

đƣợc đƣa ra. Khi các thiết bị đầu cuối thỏa thuận đƣợc luật truyền, giai đoạn truyền

dữ liệu đƣợc tiến hành. Giải phóng phiên kết nối để dành tài nguyên cho các kết nối

khác đƣợc thực hiện khi phiên truyền kết thúc. Nhƣ vậy, phần lớn các tác vụ điều

khiển và báo hiệu nằm tại lớp phiên nên các giao thức báo hiệu thƣờng đƣợc coi

thuộc lớp phiên của mô hình OSI.

Lớp trình diễn: Lớp trình diễn nằm ngay dƣới lớp ứng dụng, khi nhận đƣợc dữ liệu

từ lớp ứng dụng cần đƣợc gửi đi qua mạng, lớp trình diễn đảm bảo khuôn dạng

truyền thích hợp cho thông tin dữ liệu đó cho phía bên nhận đƣợc thành công. Các

PTIT

28

chức năng tạo khuôn dạng dữ liệu tại lớp trình diễn có thể gồm nén, mã hóa và đảm

bảo rằng các tập mã ký tự thể hiện đúng tại phía bên nhận.

Lớp ứng dụng: Lớp ứng dụng là lớp cao nhất trong mô hình OSI. Dữ liệu lƣu lƣợng

thực thƣờng đƣợc phát sinh từ lớp ứng dụng. Lớp ứng dụng là lớp tƣơng tác gần

nhất với ngƣời sử dụng thông qua các phần mềm ứng dụng. Các chức năng của lớp

ứng dụng thƣờng gồm: nhận diện thành phần truyền thông, xác định nguồn tài

nguyên khả dụng và đồng bộ truyền thông. Một số tác vụ điều khiển và báo hiệu

nhằm quản lý tài nguyên cho các ứng dụng đƣợc thực hiện tại lớp này.

Qua tóm tắt các chức năng của mô hình OSI trên đây cho thấy, các tác vụ báo

hiệu và điều khiển hiện diện hầu hết tại các lớp của mô hình. Tuy nhiên, từ góc độ

mạng thì các vấn đề báo hiệu chủ yếu tập trung tại lớp phiên của mô hình OSI thông

qua các giao thức. Vấn đề điều khiển tài nguyên cục bộ thƣờng đƣợc xử lý tại các

phân lớp thấp nhƣ lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu. Các vấn đề điều khiển tối ƣu hệ

thống thƣờng đƣợc tiến hành tại lớp mạng và lớp truyền tải của mô hình OSI.

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Nội dung chƣơng 1 tập trung vào vấn đề nền tảng của điều khiển hệ thống cũng

nhƣ khái quát chung về báo hiệu trong mạng truyền thông. Từ các nguyên tắc chung

của điều khiển tới tiếp cận điều khiển trong mạng viễn thông cho thấy vấn đề điều

khiển các hệ thống lớn nhƣ hệ thống viễn thông là rất phức tạp. Tiếp cận điều khiển

hệ thống viễn thông hiện nay thƣờng dựa trên một phần điều khiển tự động và quyết

định cao nhất từ ngƣời điều hành. Các thuộc tính cơ bản của hệ thống điều khiển

cũng đã đƣợc trình bày nhằm giúp ngƣời đọc có đƣợc kiến thức trong phân tích các

phƣơng pháp điều khiển. Cụ thể hơn, các giải pháp chính điều khiển mạng viễn

thông cũng đƣợc đƣa ra với các phân tích trên nhiều khía cạnh khác nhau. Phần cuối

của chƣơng giới thiệu khái quát các vấn đề liên quan tới kiến trúc và phân loại báo

hiệu là nền tảng ban đầu cho các chƣơng tiếp theo.

Các nội dung ôn tập chính trong chương

- Các phƣơng pháp tiếp cận và thuộc tính điều khiển hệ thống viễn thông;

PTIT

29

- Các giải pháp điều khiển hệ thống viễn thông;

- Tiếp cận RACF và RASF;

- Kiến trúc và phân loại chức năng báo hiệu.

PTIT

30

CHƯƠNG 2: BÁO HIỆU TRONG MẠNG CỐ ĐỊNH

Tóm tắt: Nội dung của chương tập trung vào các giao thức báo hiệu sử dụng cho

mạng cố định bao gồm hệ thống báo hiệu số 7 cho mạng chuyển mạch điện thoại

công cộng, các giao thức báo hiệu chính theo mô hình hội tụ mạng PSTN và

Internet. Các giao thức được trình bày ngắn gọn thông qua kiến trúc, thành phần

chức năng và nguyên tắc hoạt động cơ bản.

2.1 KIẾN TRÚC MẠNG HỘI TỤ THEO HƯỚNG MÁY CHỦ CUỘC

GỌI

Vào khoảng thập niên 60 của thế kỷ 20, xuất hiện sản phẩm tổng đài điện tử số

là sự kết hợp giữa công nghệ điện tử với kỹ thuật máy tính. Tổng đài điện tử số

công cộng đƣợc điều khiển theo chƣơng trình ghi sẵn SPC (Stored Program

Control) đã tạo ra nền tảng phát triển mạng viễn thông số không chỉ phục vụ cho

dịch vụ thoại mà còn cho các mạng dịch vụ tích hợp số ISDN (Integrated Service

Digital Network). Vào thập niên 90 (1996) khi mạng Internet trở thành bùng nổ

trong thế giới công nghệ thông tin đã tác động mạnh mẽ đến công nghiệp viễn thông

và xu hƣớng hội tụ các mạng máy tính, truyền thông và điều khiển. Hạ tầng mạng

viễn thông đã trở thành tâm điểm trong hạ tầng xã hội với vai trò truyền tải thông

tin. Một mạng có thể truyền băng rộng với các loại hình dịch vụ thoại và phi thoại,

tốc độ cao và đảm bảo đƣợc chất lƣợng dịch vụ QoS đã trở thành cấp thiết trên nền

tảng của một kỹ thuật mới - kỹ thuật truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous

Transfer Mode). Mạng chuyển mạch kênh công cộng PSTN và IP dần hội tụ tới

cùng một mục tiêu nhằm hƣớng tới một hạ tầng mạng tốc độ cao có khả năng tƣơng

thích với các ứng dụng đa phƣơng tiện tƣơng tác và đảm bảo chất lƣợng dịch vụ. Sự

khác biệt này bắt đầu từ những năm 1980, PSTN chuyển hƣớng tiếp cận sang

phƣơng thức truyền tải bất đồng bộ ATM để hỗ trợ đa phƣơng tiện và QoS, sau đó

chuyển hƣớng sang công nghệ kết hợp với IP để thực hiện chuyển mạch nhãn đa

giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switch) hiện nay. Trong khi đó Internet đƣa

ra một tiếp cận khác với PSTN qua giải pháp triển khai kiến trúc phân lớp dịch vụ

PTIT

31

CoS (Class Of Service) và hƣớng tới đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS thông qua

mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ DiffServ. Các chiến lƣợc của

Internet theo hƣớng tƣơng thích với IP, các hạ tầng lớp 2 tích cực và mạng truyền

tải quang.

Sự hình thành cấu trúc hội tụ đƣợc tiếp cận từ hai góc độ: giữa hạ tầng mạng cố

định và internet; hạ tầng mạng cố định và mạng di động. Với hai khái niệm về hội

tụ bao gồm: hội tụ mạng là tiếp cận sử dụng chung hạ tầng truyền thông và hội tụ

dịch vụ tại các lớp cao hơn của hệ thống. Dƣới góc độ hội tụ mạng, sự thay đổi

công nghệ đƣợc chú trọng vào các hệ thống chuyển mạch, với yêu cầu độ mềm dẻo

lớn nhằm tƣơng thích và đáp ứng các yêu cầu tăng trƣởng lƣu lƣợng từ phía khách

hàng. Vì vậy, cơ chế điều khiển các hệ thống chuyển mạch đã đƣợc phát triển theo

hƣớng phân lớp và module hoá nhằm nâng cao hiệu năng chuyển mạch và đảm bảo

QoS từ đầu cuối tới đầu cuối.

Đặc trƣng cơ bản của mạng hội tụ đƣợc phản ánh qua một hình thái mạng mới

với tên gọi là mạng thế hệ kế tiếp NGN (Next Generation Network). Định nghĩa

thƣờng đƣợc sử dụng cho NGN là một mạng hội tụ có hạ tầng thông tin duy nhất

dựa trên công nghệ chuyển mạch gói và đƣợc điều khiển tập trung bởi chuyển mạch

mềm (Softswitch). NGN cần đƣợc quản lý tập trung và cho phép triển khai nhanh

chóng các dịch vụ mới. NGN còn đƣợc biết đến với các tên gọi khác nhƣ: mạng đa

dịch vụ - cung cấp nhiều loại hình dịch vụ trên cùng một hệ thống mạng; mạng hội

tụ - hổ trợ cả lƣu lƣợng thoại và số liệu, cả cố định và di động; mạng phân lớp -

phân thành nhiều lớp chức năng.

Khuyến nghị Y.2001 của liên minh viễn thông quốc tế ITU-T đƣa ra định nghĩa:

Mạng thế hệ kế tiếp (NGN) là mạng chuyển mạch gói có khả năng cung cấp các

dịch vụ viễn thông và tạo ra ứng dụng băng thông rộng, các công nghệ truyền tải

đảm bảo chất lƣợng dịch vụ và trong đó các chức năng dịch vụ độc lập với các công

nghệ truyền tải liên quan. NGN cho phép truy nhập không giới hạn tới mạng và là

môi trƣờng cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ trên các kiểu dịch vụ cung

PTIT

32

cấp. NGN hỗ trợ tính di động toàn cầu cho các dịch vụ cung cấp tới ngƣời sử dụng

sao cho đồng nhất và đảm bảo.

Hƣớng tiếp cận máy chủ cuộc gọi CS đƣợc hình thành trong quá trình chuyển

đổi các hạ tầng mạng chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói trong mạng PSTN.

Để thực hiện quá trình chuyển đổi và truyền thoại trên nền IP, một giải pháp có thể

thực thi là tạo ra một thiết bị lai có thể chuyển mạch thoại ở cả dạng kênh và gói với

sự tích hợp của phần mềm xử lý cuộc gọi. Điều này đƣợc thực hiện bằng cách tách

riêng chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức năng chuyển mạch vật lý. Thiết bị Bộ

điều khiển cổng đa phƣơng tiện MGC (Media Gateway Controller) đƣợc coi là

thành phần mấu chốt trong giải pháp kỹ thuật chuyển mạch mềm (Softswitch). Thực

chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử

lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin

với các giao thức khác nhau (chức năng xử lý cuộc gọi bao gồm định tuyến cuộc gọi

và quản lý, xác định và thực thi các đặc tính cuộc gọi). Theo thuật ngữ chuyển mạch

mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý đƣợc thực hiện bởi cổng đa phƣơng tiện

MG (Media Gateway), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng đa

phƣơng tiện MGC.

Trong chuyển mạch truyền thống, phần cứng chuyển mạch luôn đi kèm với phần

mềm điều khiển của cùng một nhà cung cấp. Điều này làm tăng tính độc quyền

trong việc cung cấp các hệ thống chuyển mạch, không cung cấp một môi trƣờng

kiến tạo dịch vụ mới, làm giới hạn khả năng phát triển các dịch vụ mới của các nhà

quản trị mạng. Khắc phục điều này, chuyển mạch mềm đƣa ra giao diện lập trình

ứng dụng mở API (Application Programable Interface), cho phép tƣơng thích phần

mềm điều khiển và phần cứng của các nhà cung cấp khác nhau. Điều này cho phép

các nhà cung cấp phần mềm và phần cứng có đƣợc tiếng nói chung và tập trung vào

lĩnh vực của mình. Với các giao diện lập trình mở, chuyển mạch mềm có thể dễ

dàng đƣợc nâng cấp, thay thế và tƣơng thích với ứng dụng của các nhà cung cấp

khác nhau.

PTIT

33

2.1.1 Mô hình kiến trúc mạng

Do NGN đƣợc tiếp cận từ nhiều khía cạnh khác nhau, nên các mô hình cấu trúc

mạng cũng đƣợc xây dựng trên nhiều quan điểm khác nhau. Dƣới đây sẽ khái quát

một số hƣớng tiếp cận chính do các tổ chức viễn thông lớn của thế giới đƣa ra.

Mô hình NGN của ITU-T : Cấu trúc mạng thế hệ kế tiếp NGN nằm trong mô hình

cấu trúc thông tin toàn cầu GII (Global Information Infrastructure) do ITU-T đƣa ra.

Mô hình này gồm 3 lớp chức năng: (i) các chức năng ứng dụng, (ii) các chức năng

trung gian (điều khiển dịch vụ, quản lý) và (iii) các chức năng cơ sở (chức năng

mạng, chức năng lƣu trữ và xử lý, chức năng giao tiếp ngƣời-máy).

Hình 2.1: Các chức năng GII và mối quan hệ

Mô hình NGN của IETF: Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật internet IETF (Internet

Engineering Task Force) quan niệm cấu trúc hạ tầng mạng thông tin toàn cầu cần có

mạng truyền tải sử dụng giao thức IP với bất cứ công nghệ lớp nào. Nghĩa là IP cần

có khả năng truyền tải kết hợp với các mạng truy nhập và đƣờng trục sử dụng các

giao thức kết nối khác nhau. Đối với mạng truy nhập, IETF có IP trên mạng cáp và

IP trên môi trƣờng vô tuyến. Đối với mạng đƣờng trục, IETF có hai giao thức chính

là IP trên ATM và IP với giao thức điểm nối điểm PPP trên nền mạng phân cấp số

đồng bộ SONET/SDH. IETF cũng là tổ chức đƣa ra nhiều tiêu chuẩn về chức năng

C¸c chøc n¨ng trung gian

Giao diÖn ch­¬ng

tr×nh øng dông

Giao diÖn ch­¬ng tr×nh c¬

së

CÊu tróc

C¸c chøc n¨ng øng dông

C¸c chøc n¨ng c¬ së

Cung cÊp dÞch vô xö lý vµ l­u tr ÷

th«ng tin ph©n t¸n

C¸c chøc n¨ng

giao tiÕp ng­êi – m¸y

C¸c chøc n¨ng

xö lý vµ l­u tr ÷

Chøc n¨ng ® iÒu khiÓn

Chøc n¨ng truyÒn t¶i

Chøc n¨ng ® iÒu khiÓn

Chøc n¨ng truyÒn t¶i

Cung cÊp dÞch vô

truyÒn th«ng chung

TruyÒn th«ng vµ nèi m¹ng

th«ng tin

C¸c chøc n¨ng trung gian

Giao diÖn ch­¬ng

tr×nh øng dông

Giao diÖn ch­¬ng tr×nh c¬

së

CÊu tróc

C¸c chøc n¨ng øng dông

C¸c chøc n¨ng c¬ së

Cung cÊp dÞch vô xö lý vµ l­u tr ÷

th«ng tin ph©n t¸n

C¸c chøc n¨ng

giao tiÕp ng­êi – m¸y

C¸c chøc n¨ng

xö lý vµ l­u tr ÷

Chøc n¨ng ® iÒu khiÓn

Chøc n¨ng truyÒn t¶i

Chøc n¨ng ® iÒu khiÓn

Chøc n¨ng truyÒn t¶i

Cung cÊp dÞch vô

truyÒn th«ng chung

TruyÒn th«ng vµ nèi m¹ng

th«ng tin

PTIT

34

chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là sự kết hợp lai ghép giữa công nghệ IP và

công nghệ ATM.

Mô hình NGN của 3GPP: Tổ chức dự án thành viên thế hệ thứ 3 3GPP (3rd

Generation Partnership Project) và 3GPP2 tiếp cận NGN bằng giải pháp hội tụ giữa

mạng cố định và mạng di động nhằm hỗ trợ truyền thông đa phƣơng tiện hội tụ giữa

thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng

không dây. Phân hệ đa phƣơng tiện IP IMS (IP Multimedia Subsystem) là một kiến

trúc chuẩn và có tính mở nhằm mục đích chuyển tiếp các dịch vụ đa phƣơng tiện

qua các mạng di động và IP, sử dụng cùng một loại giao thức chuẩn cho cả các dịch

vụ di động cũng nhƣ IP cố định. Đƣợc thiết kế dựa trên giao thức khởi tạo phiên

SIP (Session Initiation Protocol), IMS định nghĩa các giao diện mặt bằng điều khiển

chuẩn để tạo ra các ứng dụng mới. IMS phiên bản đầu tiên đƣợc thiết kế riêng cho

mạng di động nhằm tìm cách triển khai các ứng dụng IP trên mạng di động thế hệ 3

(3G). Các phiên bản kế tiếp của IMS đã đƣợc định nghĩa độc lập với phần truy

nhập. Thiết kế của IMS cho phép phối hợp hoạt động giữa các dịch vụ và ứng dụng

IP cũng nhƣ giữa các thuê bao. IMS đặc biệt tối ƣu hoá cho các ứng dụng SIP và đa

phƣơng tiện. Ngoài ra, IMS cho phép phát triển nhanh chóng và linh hoạt các dịch

vụ mới, cùng với khả năng hội tụ cố định với di động. Phân hệ mạng lõi đa phƣơng

tiện IP bao gồm tất cả các thành phần mạng lõi để cung cấp các dịch vụ đa phƣơng

tiện IP. Các thành phần này liên quan đến mạng báo hiệu và mạng mang nhƣ đã xác

định ở 3GPP TS 23.002 "Network Architecture". Dịch vụ đa phƣơng tiện IP đƣợc

dựa trên khả năng điều khiển phiên, các mạng mang đa phƣơng tiện, các tiện ích

của miền chuyển mạch gói do IETF xác định. Để các đầu cuối có thể truy nhập độc

lập với vận hành và bảo dƣỡng qua mạng Internet, phân hệ đa phƣơng tiện IP đã cố

gắng tƣơng thích với các chuẩn Internet do IETF đƣa ra.

Phân hệ mạng lõi đa phƣơng tiện IP cho phép các nhà vận hành mạng di động

mặt đất PLMN (Public Landline Mobile Network) sẵn sàng phục vụ các dịch vụ đa

phƣơng tiện cho khách hàng của họ bằng cách xây dựng các ứng dụng, dịch vụ với

các giao thức Internet. Mục đích chính ở đây là để dịch vụ đƣợc phát triển bởi các

PTIT

35

nhà khai thác mạng PLMN và các nhà cung cấp thứ ba khác. IMS cho phép truy

nhập thoại, hình ảnh, video, bản tin, dữ liệu và web dựa trên các công nghệ cho

ngƣời dùng đầu cuối không dây, và có thể phối hợp sự phát triển của Internet với sự

phát triển của truyền thông di động. Hiện nay, IMS là sự lựa chọn tối ƣu cho việc

phân phát dịch vụ hội tụ và đa phƣơng tiện, IMS cho phép cung cấp các dịch vụ IP

trên cả mạng di động và cố định. Các khảo sát gần đây về ngành công nghiệp viễn

thông đều cho thấy mối quan tâm đặc biệt đến mô hình kiến trúc này.

Mô hình NGN của ETSI: Quan điểm của Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu và

đặc biệt là nhóm tiêu chuẩn TISPAN (Telecommunications and Internet converged

Services and Protocols for Advanced Networking) đã có nhiều đóng góp tích cực

trong vấn đề chuẩn hóa NGN. TISPAN tập trung vào phần hội tụ mạng cố định và

Internet và khởi phát một kế hoạch đơn giản để đáp ứng đƣợc những yêu cầu cấp

thiết của thị trƣờng gồm: đảm bảo cung cấp tất cả các dịch vụ hỗ trợ bởi phân hệ đa

phƣơng tiện IMS của 3GPP đến ngƣời sử dụng băng rộng và những dịch vụ IMS

lựa chọn cho các khách hàng PSTN/ISDN kết nối đến NGN; cung cấp phần lớn

dịch vụ PSTN/ISDN hiện có của một nhà khai thác mạng đến thiết bị và những giao

diện kế thừa để hỗ trợ các kịch bản thay thế PSTN/ISDN; mở rộng IMS của 3GPP

để bao trùm các vùng mà 3GPP không thể phủ đến đƣợc, đặc biệt là những dịch vụ

nhƣ chặn cuộc gọi, cuộc gọi khẩn cấp, v.v.

Hình 2.2: Kiến trúc mạng NGN theo ETSI

PTIT

36

Theo kiến trúc của TISPAN, mạng truy nhập đƣợc xem nhƣ là thành phần

mạng giữa các thiết bị của khách hàng và là thành phần mạng đầu tiên để hỗ trợ

những tƣơng tác điều khiển dịch vụ. Để phát triển tính độc lập mạng truy nhập và

xúc tiến mô hình hội tụ FMC (Fixed Mobile Convergence), TISPAN đã chọn hỗ trợ

các mạng truy nhập băng rộng cố định hiện thời và yêu cầu mạng truy nhập kết nối

IP (IP-CAN) đƣợc hỗ trợ. Về cơ bản, kiến trúc mạng NGN của ETSI cũng gồm các

lớp tƣơng tự nhƣ kiến trúc mạng NGN của ITU-T. Trong kiến trúc này, phân hệ đa

phƣơng tiện IP nằm giữa và liên kết các lớp truyền tải (mạng truy nhập thông qua

phân hệ điều khiển tài nguyên và mạng lõi) và lớp dịch vụ. Kiến trúc NGN tổng

quan theo ETSI có các đặc điểm sau: kế thừa từ các mạng hiện có nhƣ PSTN,

ISDN, Internet, PLMN...; xây dựng thêm các phân hệ và giao thức mới với mục

đích bổ sung thêm các loại hình dịch vụ, cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện và hội tụ

mạng (phân hệ IMS); mạng truyền tải đƣợc gói hóa hoàn toàn với công nghệ đƣợc

sử dụng là IP.

2.1.2 Các giải pháp kết nối

Nhằm mô tả các giải pháp kết nối trong mạng NGN, ta xem xét từ góc độ thành

phần chức năng của các phần tử vật lý trong mạng. Các phần tử chính của NGN

đƣợc thể hiện trên hình 2.3.

Hình 2.3: Các thành phần chính trong mạng thế hệ kế tiếp

PTIT

37

Các thiết bị chính đƣợc trình bày trong phần này gồm: (i) cổng phƣơng tiện MG

(Media gateway), (ii) bộ điều khiển cổng phƣơng tiện MGC (Media Gateway

Controller), (iii) cổng báo hiệu SG (Signalling Gateway), (iv) máy chủ phƣơng tiện

MS (Media Server) và (v) máy chủ ứng dụng/đặc tính AS/FS (Application Server/

Feature Server).

(i) Cổng phương tiện MG

Cổng phƣơng tiện (MG) là thiết bị chuyển đổi giao thức và truyền tải định dạng

thông tin dữ liệu từ loại mạng này sang một mạng khác, thông thƣờng là từ dạng

chuyển mạch kênh sang dạng gói. Thực tế, MG chuyển đổi giữa các dữ liệu mã

truyền trong mạng IP sang mã hoá truyền trong mạng chuyển mạch kênh và ngƣợc

lại. MG thực hiện việc mã hoá, giải mã và nén dữ liệu dƣới sự điều khiển của

chuyển mạch mềm. Ngoài ra, MG còn tập hợp dữ liệu cho việc tính cƣớc và hệ

thống chăm sóc khách hàng (khả năng cung cấp hồ sơ, hỗ trợ nhanh cuộc gọi cả

trong thời gian thực và phi thời gian thực) hay phát hiện ngƣỡng dữ liệu nếu yêu

cầu. MG hỗ trợ các giao thức định tuyến chính trong mạng IP nhƣ giao thức định

tuyến tìm đƣờng ngắn nhất trƣớc tiên OSPF (Open Shortest Path First) hay giao

thức định tuyến cổng biên BGP (Border Gateway Protocol).... Yêu cầu chính đối

với MG là phải cung cấp chất lƣợng truyền thông tin tốt, cụ thể là phải đảm bảo trễ

và tỉ lệ mất gói thấp. Một yêu cầu gần nhƣ bắt buộc đối với MG là tính mở để cho

phép kết nối MG với các phần tử mạng khác nhƣ MGC sử dụng các giao thức điều

khiển tiêu chuẩn. Việc sử dụng các giao thức chuẩn cho phép nhà điều hành ít phụ

thuộc nhất vào các nhà cung cấp và thuận tiện trong việc thay thế các phần tử mạng.

Trong thiết bị Media Gateway thƣờng sử dụng các giao thức nhận thực để hỗ trợ

tính năng bảo mật cho các kênh truyền truyền thông. Cuối cùng, MG cần đảm bảo

độ linh hoạt và tin cậy.

b, Bộ điều khiển cổng phương tiện

Bộ điều khiển cổng phƣơng tiện MGC là thành phần chính của hệ thống chuyển

mạch mềm. MGC đƣa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện

PTIT

38

các quy luật đó. MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra, MGC

còn giao tiếp với hệ thống điều hành OS (Operating System) và hệ thống trợ giúp

kinh doanh BSS (Bussiness Support System).

MGC chính là cầu nối điều khiển và báo hiệu giữa các mạng có đặc tính khác

nhau cho mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, hệ thống báo hiệu số 7

SS7 (Signalling System No7) và mạng IP. MGC chịu trách nhiệm quản lý lƣu lƣợng

thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau. MGC cũng đƣợc gọi là Call Agent do

chức năng điều khiển các bản tin xử lý cuộc gọi. Call Agent thực hiện điều khiển

cuộc gọi trên các khía cạnh gồm mô hình cuộc gọi, chuyển giao tín hiệu và điều

khiển cổng phƣơng tiện. Ngoài ra, MGC cung cấp giao diện phù hợp với máy chủ

ứng dụng để điều khiển dịch vụ và chính sách. Truyền thông giữa các MGC đƣợc

thực hiện bởi các giao thức tiêu chuẩn, Call Agent cũng cho phép các đầu cuối IP

kết nối trực tiếp sử dụng các giao thức điển hình. Yêu cầu chính đối với các MGC là

tính mở để cho phép sử dụng các giao thức chuẩn và giao diện lập trình ứng dụng

mở. Tính năng này đảm bảo tính độc lập của các nhà cung cấp đối với sự phát triển

của dịch vụ và cho phép sử dụng dịch vụ ba bên.

c, Cổng báo hiệu

Cổng báo hiệu SG là cầu nối báo hiệu giữa SS7 với mạng IP dƣới sự điều khiển

của MGC. SG đóngvai trò tƣơng tự nhƣ một nút mạng của SS7 để xử lý thông tin

báo hiệu và chuyển giao thông tin báo hiệu. Cổng báo hiệu đảm nhiệm các chức

năng sau: cung cấp việc liên kết báo hiệu giữa mạng chuyển mạch kênh và mạng

gói; nếu trên cùng một kênh chứa cả thông tin thoại và báo hiệu, SG đƣợc tích hợp

trực tiếp trên MG; nếu SS7 hoạt động theo chế độ tựa liên kết thì SG là thiết bị độc

lập.

d, Máy chủ phương tiện

Máy chủ phƣơng tiện MS là thành phần tùy chọn của hệ thống chuyển mạch

mềm đƣợc sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt. MS cung cấp chức năng tƣơng

tác giữa ngƣời gọi và các ứng dụng thông qua thiết bị truyền thông nhƣ: trả lời tự

PTIT

39

động, phát thông báo... MS phân phát dịch vụ thoại và video trên mạng gói, nhƣ cầu

hội nghị (nếu dịch vụ này không đƣợc MG hỗ trợ), thông báo (các thông báo đơn

giản do MG gửi), hỗ trợ mạng thông minh IN và một số tƣơng tác ngƣời dùng.

Chức năng MS có thể đƣợc tích hợp trong MGC hoặc tại cổng phƣơng tiện MG.

e, Máy chủ ứng dụng/đặc tính

Máy chủ đặc tính FS là một máy chủ chứa một loạt dịch vụ của doanh nghiệp

nên còn đƣợc gọi là máy chủ ứng dụng thƣơng mại. Máy chủ đặc tính xác định tính

hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thƣờng cho hệ thống chuyển mạch.

Giữa MGC và FS có thể sử dụng các giao thức chuẩn hoặc giao diện chƣơng trình

ứng dụng mở API. Vì hầu hết các AS/FS tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua

mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với hệ thống chuyển mạch mềm về việc

phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng. Một số tính năng cơ bản của máy

chủ ứng dụng gồm: xác thực và bảo mật; truyền thông; cung cấp dữ liệu; quản lý và

điều khiển dịch vụ...

2.1.3 Chức năng mặt bằng báo hiệu và điều khiển

Nhƣ trên đã trình bày, thành phần chính của chuyển mạch mềm là bộ điều khiển

cổng phƣơng tiện MGC và các thành phần hỗ trợ khác nhƣ: Cổng báo hiệu SG,

cổng đa phƣơng tiện MG, máy chủ đa phƣơng tiện MS và các máy chủ ứng dụng.

Trong đó, cổng đa phƣơng tiện MG là thành phần nằm trên lớp phƣơng tiện, cổng

báo hiệu SG là thành phần ở trên cùng lớp với MGC, MS và AS nằm trên lớp ứng

dụng. Sơ đồ kết nối và giao thức báo hiệu và điều khiển giữa các thành phần ở trên

đƣợc mô tả trên hình 2.4. Trong đó các thiết bị thuộc mạng IP là các bộ định tuyến

(Router), các chuyển mạch thuộc mạng đƣờng trục để truyền tải các gói tin đi.

Mạng Non-IP là các mạng có các đầu cuối không phải thuộc mạng IP và các mạng

truy nhập khác nhƣ mạng vô tuyến không dây. Các thiết bị đầu cuối không thuộc

mạng IP nhƣ: thiết bị đầu cuối ISDN, thiết bị truy nhập tích hợp IAD (Intergated

Access Device) cho mạng đƣờng dây thuê bao số DSL (Digital Subcriber Line),

v..v.

PTIT

40

Bộ điều khiển cổng

phƣơng tiện

Server

phƣơng tiện

Server tính năng/

ứng dụng

Cổng báo hiệu

Bộ điều khiển cổng

phƣơng tiện

Bộ điều khiển cổng

phƣơng tiện

Cổng

phƣơng tiện

SS7

Các

mạng khác

(không phải IP)

PSTN

TDM/ATMMạng IP

SIP

ENUM/TRIP

Megaco

MGCP

SIP SIP

SIGTRAN

SIP

MGCP

Hình 2.4: Kết nối MGC với các thành phần khác của NGN

Các chức năng chính của MGC đƣợc thể hiện ở hình 2.5. CA-F và IW-F là hai

chức năng con của MGC-F. CA-F đƣợc kích hoạt khi MGC-F thực hiện điều khiển

cuộc gọi. IW-F đƣợc kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng

báo hiệu khác nhau. Thực thể chức năng quản lý liên điều hành có nhiệm vụ liên lạc

và trao đổi thông tin giữa các MGC.

Bộ quản lý phiên kết nối

MGC-F

Bộ quản lý phiên truy nhập

R-F/A-F

Cổng phƣơng tiện

MG-F

Cổng báo hiệu

SG-F

Báo hiệu và điều

khiển cuộc gọi

CA-F

Chức năng liên mạng

IW-F

Bộ quản lý giữa các

MGC

Server phƣơng tiện

MS-F

Server ứng dụng

AS-F

Bộ điều khiển cổng

phƣơng tiện

MGC-F

Hình 2.5: Chức năng của bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC

Các chức năng chính của MGC có thể tóm tắt nhƣ sau: (i) điều khiển cuộc gọi,

duy trì trạng thái mỗi cuộc gọi trên một MG; (ii) điều khiển và hỗ trợ hoạt động cho

MG và SG; (iii) trao đổi các bản tin cơ bản giữa hai MG-F; (iv) xử lý bản tin báo

hiệu số 7; (v) xử lý bản tin điều khiển QoS; (vi) chức năng định tuyến; (vii) tƣơng

tác với AS/AF; (viii) quản lý tài nguyên mạng thông qua MG.

PTIT

41

Các giao thức báo hiệu và điều khiển của MGC đƣợc sử dụng gồm: (i) thiết lập

cuộc gọi; (ii) điều khiển cổng đa phƣơng tiện; (iii) truyền thông tin dữ liệu; (iv) điều

khiển cổng báo hiệu.

2.2 HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7

SS7 là một hệ thống báo hiệu kênh chung đƣợc triển khai phổ biến và rộng khắp

trên các mạng viễn thông truyền thống. SS7 đƣợc sử dụng với chức năng báo hiệu

cho nhiều loại hình dịch vụ gồm: dịch vụ dữ liệu, video, thoại, audio, hay truyền

thoại theo giao thức internet VoIP (Voice over Internet Protocol). Các chức năng và

dịch vụ cơ bản do SS7 cung cấp gồm:

o Thiết lập và giải phóng các kết nối chuyển mạch kênh trên mạng cố định cũng

nhƣ mạng tế bào.

o Cung cấp đƣợc các dịch bổ sung trong mạng tiên tiến nhƣ hiển thị số thuê

bao chủ gọi, tự động gọi lại…

o Quản lý tính năng di động trong mạng tế bào cho phép thuê bao thay đổi vị trí

địa lý trong khi vẫn duy trì sự kết nối với mạng.

o Thực hiện đƣợc dịch vụ nhắn tin ngắn SMS (Short Message) và dịch vụ nhắn

tin nâng cao thông qua cơ chế truyền tải nội dung của bản tin.

o Hỗ trợ các dịch vụ của mạng thông minh IN (Inteligent Network) và các

mạng số đa dữ liệu tích hợp ISDN.

2.2.1 Mô hình kiến trúc chức năng

Mô hình kiến trúc chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 đƣợc tham chiếu tới mô

hình OSI gồm 4 lớp. Các dịch vụ từ lớp 1 đến lớp 3 của OSI đƣợc cung cấp bởi các

phần chuyển tải bản tin MTP (Message Transport Part) và phần điều khiển kết nối

báo hiệu SCCP (Signalling Connection Control Part). Từ lớp 4 đến lớp 7 tƣơng ứng

với mức 4 - phần ngƣời dùng trong SS7 nhƣ hình vẽ 2.7. Mỗi giao thức sử dụng

trong SS7 đều có những ứng dụng riêng biệt và đƣợc sử dụng tƣơng ứng với mạng

mà nó cung cấp dịch vụ. Tuỳ thuộc vào SS7 sử dụng cho mạng tế bào hay mạng

thông minh, tuỳ thuộc vào việc truyền tải qua IP hay điều khiển cho mạng băng

PTIT

42

rộng ATM thay vì mạng ghép kênh theo thời gian TDM (Time Division Mode) mà

sự phối hợp sử dụng các giao thức trong SS7 là khác nhau.

Hình 2.6: Kiến trúc SS7 và mô hình tham chiếu OSI

Kiến trúc hệ thống báo hiệu số 7 đƣợc chia thành hai phần chính: phần truyền

bản tin MTP và phần ngƣời dùng UP (User Part). MTP là hệ thống vận chuyển

chung để truyền các bản tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu SP (Signalling Point).

MTP truyền các bản tin báo hiệu giữa các phần ngƣời dùng UP khác nhau và hoàn

toàn độc lập với nội dung các bản tin đƣợc 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 đƣợc chuyển sẽ đƣợc kiểm tra chính xác trƣớc khi chuyển cho UP. Phần ngƣời

sử dụng thực chất là một số định nghĩa phần ngƣời sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào

kiểu sử dụng của hệ thống báo hiệu. UP là phần tạo ra và phân tích bản tin báo hiệu.

Chúng sử dụng MTP để chuyển thông tin báo hiệu đến một UP khác cùng loại. Hiện

đang tồn tại một số UP trên mạng lƣới: TUP (Telephone User Part): phần ngƣời sử

dụng cho mạng thoại; DUP (Data User Part): phần ngƣời sử dụng cho mạng số

liệu; ISUP (ISDN User Part): phần ngƣời sử dụng cho mạng ISDN; MTUP (Mobile

Telephone User Part): phần ngƣời sử dụng cho mạng điện thoại di động.

Về lý thuyết, hệ thống CCS7 có ba phƣơng thức hoạt động dựa trên sự liên kết

giữa đƣờng truyền báo hiệu và kênh thoại (dữ liệu gồm: gắn kết, tựa gắn kết và tách

biệt. Trong phƣơng thức báo hiệu liên kết, các kênh thoại và kênh báo hiệu liên

PTIT

43

quan nằm trên cùng tuyến đƣờng truyền nối giữa hai điểm báo hiệu kề nhau.

Phƣơng thức báo hiệu bán gắn kết (Quasi-associated) các thông tin báo hiệu liên

quan đến cuộc gọi đƣợc truyền trên hai hoặc nhiều chùm kênh báo hiệu ở các tổng

đài quá giang và đi qua một hoặc nhiều STP khác tới điểm báo hiệu đích của thông

tin báo hiệu. Các điểm báo hiệu mà thông tin báo hiệu đi qua đƣợc gọi là điểm

chuyển tiếp báo hiệu STP (Signalling transfer point). Phƣơng thức báo hiệu tách

biệt hoàn toàn (Fully dissociated) này rất ít đƣợc sử dụng trong thực tế.

2.2.2 Thành phần mạng báo hiệu số 7

Trong mạng báo hiệu số 7, thông tin truyền đi dƣới dạng các đơn vị báo hiệu

SU(Signalling Unit) giống nhƣ các gói dữ liệu trong mạng chuyển mạch gói. Phần

chuyển giao bản tin MTP thực hiện việc truyền các đơn vị báo hiệu SU. Cấu trúc

của SU liên quan chặt chẽ tới hoạt động của MTP và có 3 loại đơn vị báo hiệu

chính: (i) đơn vị báo hiệu bản tin MSU (Message Signal Unit) chứa dữ liệu trao đổi

giữa các phần ngƣời dùng hoặc thông tin quản lý mạng; (ii) Đơn vị báo hiệu trạng

thái đƣờng liên kết (Link Status Signal Unit) mang thông tin về tình trạng kênh báo

hiệu đƣợc sử dụng để quản lý tình trạng các kênh báo hiệu; (iii) đơn vị báo hiệu

điền đầy (Fill-in Signal Unit) đƣợc sử dụng để phát hiện lỗi đƣờng truyền trên các

kênh báo hiệu trong trƣờng hợp không còn đơn vị bản tin MSU nào để trao đổi

thông tin trên đƣờng truyền.

Các thành phần phân lớp MTP gồm 3 lớp: liên kết dữ liệu báo hiệu, liên kết báo

hiệu và mạng báo hiệu.

Lớp liên kết dữ liệu báo hiệu thực chất là lớp đƣờng truyền vật lý, lớp này không

quan tâm tới nội dung thông tin đang mang mà chỉ quan tâm tới tính chất và tình

trạng kênh truyền. Kênh báo hiệu là đƣờng truyền dẫn hai chiều và có thể là số hay

tƣơng tự. Lớp liên kết dữ liệu báo hiệu xác định các tính chất vật lý và đặc điểm

chức năng của kênh báo hiệu.

PTIT

44

Các chức năng lớp liên kết báo hiệu là điều khiển việc nhận và gửi các bản tin

báo hiệu giữa các điểm báo hiệu một cách tin cậy và chính xác không có lỗi và

không bị trùng lặp. Về mặt chức năng, lớp liên kết báo hiệu thực hiện các nhiệm vụ:

đồng bộ cờ hiệu và định dạng giới hạn các bản tin; phát hiện và sửa các bản tin lỗi;

đồng bộ ban đầu; điều khiển ngừng hoạt động bộ xử lý khi xảy ra sự cố và điều

khiển luồng dữ liệu lớp 2.

Lớp mạng báo hiệu trong phần chuyển giao bản tin MTP đƣợc chia thành hai

phần chức năng chính: Phần xử lý bản tin báo hiệu và quản lý mạng báo hiệu. Phần

xử lý bản tin báo hiệu gồm hai chức năng: nhận dạng và phân phối bản tin báo hiệu;

định tuyến bản tin báo hiệu. Phần quản lý mạng báo hiệu gồm 3 phần quản lý: lƣu

lƣợng báo hiệu; kênh báo hiệu; tuyến báo hiệu. Ngoài ra còn có chức năng kiểm thử

và bảo dƣỡng mạng báo hiệu. Các chức năng định tuyến và thủ tục thiết lập cuộc

gọi qua hệ thống báo hiệu số 7 đƣợc trình bày trong mục tiếp theo.

2.2.3 Xử lý định tuyến và thủ tục thiết lập cuộc gọi

Hệ thống báo hiệu số 7 là cốt lõi của mạng chuyển mạch điện thoại công công

PSTN. Bên cạnh các chức năng điều khiển và báo hiệu cho các cuộc gọi, SS7 còn

đƣợc sử dụng cho các dịch vụ mạng thông minh IN cho các ứng dụng dữ liệu. Các

địa chỉ node trong SS7 đƣợc gọi là các mã điểm (point code), chúng là các địa chỉ

logic và đƣợc nhận dạng tại lớp 3 của chồng giao thức SS7. Có hai dạng mã điểm

đƣợc sử dụng trên thế giới hiện nay tuân theo chuẩn của ANSI và ITU đƣợc mô tả

trên hình 2.7.

(a)

(b)

Hình 2.7: Mã điểm theo tiêu chuẩn ANSI và ITU

Mã điểm báo hiệu theo tiêu chuẩn của ANSI có độ dài 24 bit và đƣợc chia thành

3 trƣờng chức năng 8 bit gồm: Số hiệu mạng, nhóm và thành viên. Cách đánh địa

chỉ theo ANSI tƣơng tự nhƣ cách đánh địa chỉ IP. Trƣờng 8 bit đầu tiên nhận dạng

bởi nhà cung cấp mạng SS7, trƣờng thứ hai nhận dạng điểm mã báo hiệu SSP và

PTIT

45

trƣờng chức năng thứ 3 chỉ ra các thành viên kết nối tới điểm mã báo hiệu. Mã điểm

báo hiệu theo ITU có độ dài 14 bit và chia thành 3 trƣờng chức năng: trƣờng thứ

nhất gồm 3 bit để nhận dạng vùng, trƣờng thứ hai gồm 8 bit để nhận dạng mạng và

trƣờng thứ 3 gồm 3 bit là nhận dạng điểm báo hiệu SSP.

Hình 2.8: Cấu hình nút và liên kết mạng SS7

Hình 2.8 mô tả một mạng SS7 điển hình gồm các kiểu node trong mạng SS7

nhƣ: Điểm chuyển mạch dịch vụ SSP, Điểm chuyển tiếp dịch vụ STP và điểm điều

khiển dịch vụ SCP. Sáu dạng liên kết đƣợc định nghĩa trong mạng SS7 gồm:

o Liên kết truy nhập (A-link) kết nối các SSP tới STP, hoặc SCP tới STP.

o Liên kết cầu nối (B-link) kết nối các STP không cùng lớp.

o Liên kết chéo (C-link) kết nối chéo các STP cùng lớp.

o Liên kết trực giao (D-link) kết nối các SSP tới các STP của vùng khác.

o Liên kết mở rộng (E-link) sử dụng để kết nối một SSP tới STP của vùng

khác.

o Liên kết đủ (F-link) sử dụng để kết nối trực tiếp hai nhóm SSP.

Định tuyến các bản tin báo hiệu trong mạng SS7 đƣợc thực hiện theo phƣơng

pháp từng chặng (hop-by-hop) và dựa trên một tập luật định tuyến dƣới đây:

o Một bản tin phát ra từ SSP tới một SSP kết nối trực tiếp sẽ chọn đƣờng F-

link trƣớc. Nếu F-link không tồn tại, bản tin sẽ chọn A-link là tuyến đƣờng

dẫn cho bản tin.

PTIT

46

o Một bản tin từ một SSP tới một SSP khác đƣợc phục vụ bởi một cặp STP

đƣợc định tuyến theo đƣờng A-link tới STP của vùng sau đó mới đƣợc

chuyển tiếp.

o Một bản tin đã tới STP của vùng đích lựa chọn A-link để kết nối tới SSP

đích, nếu A-link không tồn tại, bản tin theo đƣờng C-link tới STP cùng cặp

để kết nối tới SSP đích.

o Một bản tin đã tới STP của vùng đích có thể chọn E-link tới SSP đích, nếu E-

link không tồn tại, bản tin đƣợc định tuyến tới STP của vùng nguồn theo B-

link. Lựa chọn tiếp theo là sử dụng B-link tới vùng đích thứ hai của SSP

hoặc sử dụng C-link tới các vùng khác có kết nối tới SSP đích.

o Một bản tin từ một SSP tới một SCP thực hiện định tuyến trên F-link nếu F-

link tồn tại, nếu F-link không tồn tại, bản tin sẽ đƣợc định tuyến tới STP

nguồn trên đƣờng A-link để kết nối tới SCP.

Dựa trên các luật trên, mạng báo hiệu SS7 xây dựng một cấu trúc dự phòng

cho phép định tuyến đa đƣờng giữa hai node SS7. Một tuyến trong mạng SS7 là

một tập liên kết tuần tự định nghĩa con đƣờng từ SSP nguồn tới SSP đích, một tập

hợp tuyến gồm nhiều tuyến từ nguồn tới đích có ít nhất hai tuyến: một tuyến sơ cấp

và một tuyến thứ cấp, điều này cho phép cung cấp tùy chọn luân phiên tại mỗi nút.

Hình 2.9: Trường thông tin lớp 3 của bản tin báo hiệu

Việc định tuyến bản tin báo hiệu đƣợc dựa trên chức năng xử lý bản tin báo hiệu

của một User nào đó tại điểm báo hiệu nguồn đƣợc gửi đến đúng User thích hợp tại

điểm báo hiệu đích. Chức năng này đƣợc thực hiện dựa vào các bit trong các trƣờng

thông tin dịch vụ SIO (Service Information Octet) và nhãn định tuyến trong trƣờng

PTIT

47

thông tin báo hiệu SIF (Signalling Information Field) của bản tin báo hiệu nhƣ chỉ

ra trên hình 2.9.

Trƣờng SIO trong đơn vị báo hiệu MSU chứa dữ liệu chỉ thị dịch vụ SI (Service

Indicatior)) và trƣờng dịch vụ con SSF (Sub Service Field). Chỉ thị dịch vụ SI để

thực hiện việc phân phối bản tin theo dịch vụ định sẵn và trƣờng dịch vụ con SSF

chứa các bit chỉ thị mã quốc gia, bit dự phòng phục vụ cho định tuyến bản tin.

Nhãn định tuyến tiêu chuẩn có độ dài 32 bit và đƣợc đặt ở đầu trƣờng thông tin

báo hiệu SIF. Nhãn chứa toàn bộ thông tin cần thiết để định tuyến bản tin tới đích

cuối cùng. Mã điểm báo hiệu đích DPC (Destination Point Code) xác định điểm

đích của bản tin. Mã điểm báo hiệu nguồn OPC (Original Point Code) xác định

điểm xuất phát của bản tin. Các mã này thuần tuý ở dạng nhị phân. Trƣờng chọn

kênh báo hiệu SLS (Signaling Link Selection) đƣợc sử dụng khi cần thiết, để thực

hiện nhiệm vụ chia tải.

Chức năng định tuyến bản tin chủ yếu dựa trên thông tin DPC và SLS chứa

trong nhãn định tuyến. Tuy nhiên, trong một số trƣờng hợp định tuyến sử dụng cả

trƣờng SI cho từng dịch vụ. Mỗi điểm báo hiệu SSP đều có bảng định tuyến cho

phép SSP xác định kênh báo hiệu để gửi bản tin trên cơ sở DPC và trƣờng SLS.

Nhằm chia tải, định tuyến cho phép truyền trên kênh khác hay chùm kênh khác theo

nhiều đƣờng dẫn khác nhau.

Thủ tục thiết lập cuộc gọi trong mạng PSTN có thể chia thành hai kiểu cuộc gọi:

cuộc gọi thoại và cuộc gọi ISDN. Trƣớc khi mô tả thủ tục cuộc gọi, ta xem xét một

số bản tin thƣờng đƣợc sử dụng. Thủ tục thiết lập báo hiệu cho một cuộc gọi thông

thƣờng đƣợc thực hiện qua các bản tin báo hiệu chính sau:

o Bản tin địa chỉ khởi tạo IAM (Initial Adress Message): IAM là bản tin đƣợc

gửi trƣớc tiên trên hƣớng đi trong quá trình thiết lập cuộc gọi. IAM chứa

thông tin địa chỉ và một số thông tin phụ trợ liên quan đến việc định tuyến và

xử lý cuộc gọi. Trƣờng chức năng SIF chứa nhãn định tuyến và các thông tin

nhƣ: địa chỉ thuê bao, chỉ thị bản tin và kiểu thuê bao...

PTIT

48

o Bản tin địa chỉ khởi tạo với thông tin phụ trợ IAI (Initial address signal with

additional information): Tƣơng tự nhƣ bản tin IAM nhƣng bổ sung thêm các

thông tin phụ trợ về thuê bao chủ gọi nhƣ loại thuê bao hay phƣơng pháp tính

cƣớc.

o Bản tin địa chỉ kế tiếp SAM (Subsequent Address Message): Là bản tin

hƣớng đi để truyền các con số địa chỉ theo phƣơng thức từng bƣớc. Phƣơng

thức gửi trọn số của thuê bao đƣợc xử lý bởi bản tin IAM hoặc IAI.

o Bản tin địa chỉ kế tiếp một tín hiệu địa chỉ SAO (Subsequent Address

Message With One Signal): SAO cho phép việc sử dụng linh động phƣơng

pháp truyền nếu mỗi bản tin chỉ chứa theo một chữ số (4 bit).

o Bản tin kết thúc nhận địa chỉ ACM (Address Complete Message): ACM là

bản tin trả lời xác nhận đƣợc sử dụng trong các cuộc thoại và cả các cuộc gọi

ISDN. Bản tin này chứa thông tin báo hiệu rằng tất cả các tín hiệu cần thiết

để định tuyến cuộc gọi đến thuê bao bị gọi đã đƣợc nhận đầy đủ.

o Bản tin báo hiệu trả lời, tính cƣớc ACN (Answer, Charge): ACN đƣợc gửi

trên hƣớng về để biểu thị rằng cuộc gọi đã đƣợc trả lời và xác định thời điểm

tính cƣớc.

o Bản tin giải phóng hƣớng về CBK (Clear - Back): CBK là bản tin hƣớng về

để chỉ thị kết thúc cuộc gọi.

o Bản tin giải phóng hƣớng đi CLF (Clear-forward): CLF là bản tin gửi trên

hƣớng đi để để kết thúc cuộc gọi và giải phóng kênh đang chiếm dụng.

o Bản tin giải phóng hoàn toàn (Release Guard): Là bản tin trả lời của bản tin

CLF để xác nhận kênh đƣợc dùng trƣớc đó trở về trạng thái rỗi.

Các bƣớc báo hiệu để thiết lập và giải phóng cuộc gọi thông thƣờng gồm:

1) Khi bên chủ gọi nhấc máy, tổng đài nhận đƣợc yêu cầu thiết lập cuộc gọi và

gửi âm mời quay số.

2) Khi nhận và xử lý xong số thuê bao bị gọi, tổng đài sẽ chiếm dùng một kênh

thoại ngõ ra đồng thời gửi đi bản tin IAM hoặc IAI tuỳ theo bản tin gửi đi có

kèm theo thông tin phụ trợ hay không. Đồng thời lúc bản tin IAM hoặc IAI

PTIT

49

đƣợc gửi, nếu cần kiểm tra tính liên tục của đƣờng thoại (Continuity

Checking) thì bộ phận gửi và nhận các âm hiệu kiểm tra đƣợc điều khiển kết

nối vào.

3) Khi nhận đƣợc bản tin IAM hoặc IAI, tổng đài kết cuối phải xác định rằng có

cần phải thực hiện việc kiểm tra tính liên tục của đƣờng thoại hay không

bằng cách xem xét nội dung thông tin trong bản tin IAM hoặc IAI. Tổng đài

bên bị gọi bắt đầu phân tích các chữ số địa chỉ nhận đƣợc trong bản tin IAM

hay IAI.

4) Kiểm tra tính liên tục thành công để đảm bảo mạch thoại tốt gồm: Bộ phận

gửi âm hiệu kiểm tra đƣợc giải toả, và bản tin báo hiệu tính liên tục đƣợc gửi

đi đến tổng đài bên bị gọi.

5) Khi tổng đài kết cuối cuộc gọi nhận đƣợc bản tin báo hiệu tính liên tục của

đƣờng truyền (Continuity signal) điều này biểu thị rằng việc kiểm tra tính

liên tục của đƣờng thông thoại đã thành công. Tổng đài sẽ giải toả việc nối

mạch cho việc kiểm tra này.

6) Nhận đƣợc thêm các con số khi thuê bao sử dụng phƣơng thức quay số

overlap thì các con số tiếp theo đƣợc gửi trong bản tin SAM hay SAO.

7) Khi tổng đài bên bị gọi đã hoàn tất việc phân tích số và thiết lập cuộc nối thì

sẽ gửi bản tin ACM để thông báo hoàn thành việc nhận địa chỉ. Bản tin ACM

chứa thông tin về cƣớc (tính cƣớc, không tính cƣớc và dạng coin-box) cũng

nhƣ trạng thái thuê bao bị gọi (rỗi, chƣa xác định).

8) Khi nhận đƣợc bản tin ACM, tổng đài bên chủ thực hiện nối thông đƣờng

thoại cho tín hiệu hồi âm chuông từ phía tổng đài bị gọi tới thuê bao chủ gọi.

9) Khi thuê bao bị gọi nhấc máy, bản tin trả lời ANM sẽ đƣợc gửi đi kèm theo

thông tin tính cƣớc (có, không).

10) Khi nhận đƣợc bản tin ANM, tổng đài chủ gọi thực hiện việc tính cƣớc.

11) Khi thuê bao bị gọi đặt máy kết thúc cuộc gọi, bản tin giải toả cuộc gọi theo

hƣớng về (CBK) sẽ đƣợc gửi tới tổng đài chủ gọi.

PTIT

50

12) Khi nhận đƣợc bản tin CBK, tổng đài chủ gọi sẽ báo cho thuê bao gọi bằng

âm hiệu báo gác máy. Khi thuê bao gọi gác máy, bản tin giải toả cuộc gọi

theo hƣớng đi (CLF) sẽ đƣợc gửi đi.

13) Khi tổng đài kết cuối nhận đƣợc bản tin CLF, mạch thoại sẽ đƣợc giải toả và

trở về trạng thái rỗi. Bản tin RLG sẽ đƣợc gửi đến tổng đài xuất phát cuộc

gọi để kết thúc.

14) Nhận đƣợc bản tin RLG tổng đài kết thúc cuộc nối.

Bên cạnh các bản tin sử dụng để thiết lập cuộc gọi tƣơng tự nhƣ cho cuộc gọi

thông thƣờng, cuộc gọi ISDN đƣợc bổ sung bởi một số bản tin để quản lý và giải

phóng kênh gồm: Bản tin giải phóng cuộc nối REL (release) để giải phóng kênh nối

kể cả kết nối không thành công; bản tin giải phóng hoàn toàn REC (realease

complete) để xác nhận kênh hoàn toàn rỗi để sử dụng cho các kết nối khác.

Các bƣớc thủ tục chính trong quá trình thiết lập, quản lý và giải phóng cuộc gọi

ISDN chỉ ra trên hình 2.16 gồm:

1) Khi thuê bao ISDN bắt đầu cuộc gọi, bản tin SETUP đƣợc truyền từ thiết bị

đầu cuối đến mạch DSLC sử dụng kênh D.

2) Tổng đài xuất phát cuộc gọi chuyển đổi bản tin SETUP nhận đƣợc thành bản

tin ISUP IAM rồi gửi tới tổng đài bên bị gọi.

3) Khi tổng đài bên bị gọi nhận đƣợc bản tin IAM, tổng đài gửi bản tin SETUP

tới thiết bị đầu cuối thuê bao bị gọi.

4) Thiết bị đầu cuối bên bị gọi thông báo cho thuê bao bên đó nhu cầu liên lạc.

Đồng thời thiết bị đầu cuối gửi bản tin ALERT tới tổng đài bên đó để báo

rằng thuê bao đang bị gọi.

5) Khi tổng đài bên bị gọi nhận đƣợc bản tin ALERT, tổng đài gửi bản tin ISUP

ACM (địa chỉ hoàn thành) cho tổng đài bên gọi.

6) Khi thuê bao bên bị gọi trả lời, thiết bị đầu cuối bên đó gửi bản tin CONN tới

tổng đài bên bị gọi mà ở đó bản tin chuyển đổi thành bản tin ANM (trả lời)

rồi gửi tới tổng đài bên gọi.

PTIT

51

Kết thúc cuộc gọi từ phía chủ gọi hoặc bị gọi. Khi phía chủ gọi hoặc bị gọi đặt

máy, cuộc đàm thoại kết thúc, thiết bị đầu cuối gửi bản tin DISC tới tổng đài. Khi

tổng đài nhận đƣợc bản tin này, tổng đài gửi bản tin REL cho tổng đài bên kia.

Hình 2.10: Lưu đồ báo hiệu cho cuộc gọi ISDN

2.3 BỘ GIAO THỨC BÁO HIỆU H.323

2.3.1 Thành phần mạng báo hiệu H.323

H.323 là bộ giao thức của ITU-T định nghĩa các dịch vụ truyền thông đa

phƣơng tiện trên cơ sở mạng chuyển mạch gói. Phiên bản đầu tiên đƣợc đƣa ra vào

năm 1996 và gồm 5 phiên bản. Phiên bản 1 và 2 hỗ trợ giao thức H.245 trên nền

giao thức điều khiển truyền dẫn TCP (Transmision Control Protocol), Q.931 trên

nền TCP và các thủ tục đăng ký, quản trị và trạng thái RAS (Registration,

Admission and Status) trên nền giao thức dữ liệu ngƣời dùng UDP (User Datagram

PTIT

52

Protocol). Các phiên bản 3 và 4 hỗ trợ thêm H.245 và Q.931 trên cả nền TCP và

UDP. Phiên bản 5 hỗ trợ các kiến trúc báo hiệu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ.

Hình 2.11: Các thành phần mạng H.323

Kiến trúc H.323 đƣợc sử dụng rộng rãi trên cả mạng cục bộ LAN hoặc mạng

gói diện rộng WAN. Phiên thiết lập truyền thông đa điểm trong hệ thống H.323

đƣợc điều khiển bởi khối điều khiển đa điểm H.323. H.323 sử dụng trong mạng

WAN thông qua Gatekeeper hoặc các thiết bị Gateway. Gatekeeper còn có các chức

năng biên dịch địa chỉ, quản lý vùng, điều khiển băng thông, quản lý băng thông,

điều khiển cuộc gọi. Mọi kết nối WAN đều đƣợc xử lý bằng một hoặc nhiều

gateway H.323.Về mặt kỹ thuật, bất kể thiết bị nào nằm ngoài gateway H.323 đều

không đƣợc đề cập trong khuyến nghị H.323, nhƣng các gateway H.323 có thể phối

hợp hoạt động với các loại thiết bị khác nhau trong các cấu trúc mạng khác nhau.

Cấu hình mạng H.323 điển hình bao gồm các thành phần sau:

(i) Đầu cuối H.323

Thiết bị đầu cuối H.323 gắn liền với với ngƣời sử dụng để thực hiện truyền

thông chiều đa phƣơng tiện. Các đầu cuối H.323 cần phải hỗ trợ các chuẩn báo hiệu

và thủ tục kết nối sau:

o Chuẩn H.225 cho quá trình báo hiệu và thiết lập cuộc gọi.

Đầu cuối H.323 Gateway

Mạng chuyển

mạch kênh

Gatekeeper Khối đa điểm

Mạng chuyển

mạch gói

Mạng chuyển

mạch kênh

PTIT

53

o Chuẩn H.245 cho việc trao đổi khả năng của đầu cuối và để tạo các kênh

thông tin.

o RAS cho việc đăng ký và điều khiển các hoạt động quản lý khác với GK

o RTP/RTCP đƣợc sử dụng cho việc truyền các gói tin đa phƣơng tiện.

o Các chuẩn mã hoá thoại.

(ii) Gateway

Gateway thực hiện chức năng chuyển đổi báo hiệu và dữ liệu giữa mạng IP và

các mạng khác. Làm cầu nối cho phép các mạng hoạt động dựa trên các giao thức

khác nhau có thể phối hợp với nhau. Cấu trúc của Gateway bao gồm bộ điều khiển

cổng đa phƣơng tiện MGC (Media Gateway controller), cổng đa phƣơng tiện MG

(Media Gateway) và cổng báo hiệu SG (Signalling Gateway) đƣợc minh họa trong

hình 2.12.

Hình 2.12: Cấu tạo của Gateway.

Các đặc tính cơ bản của một Gateway trong giao thức H.323 gồm có:

o Một Gateway phải hỗ trợ các giao thức báo hiệu hoạt động trong mạng

H.323 và mạng sử dụng chuyển mạch kênh.

o Về phía H.323, Gateway phải hỗ trợ báo hiệu điều khiển H.245 cho quá

trình trao đổi khả năng hoạt động của đầu cuối cũng nhƣ của Gateway,

báo hiệu cuộc gọi H.225, báo hiệu RAS. Về phía mạng chuyển mạch

kênh, Gateway phải hỗ trợ các giao thức hoạt động trong mạng chuyển

mạch kênh (nhƣ SS7 sử dụng trong PSTN).

PTIT

54

(iii) Gatekeeper

Một Gatekeeper đƣợc xem là khối trung tâm điều khiển cuộc gọi trong mạng sử

dụng H.323. Mặc dù là thành phần tuỳ chọn, nhƣng Gatekeeper cung cấp các dịch

vụ quan trọng nhƣ biên dịch địa chỉ, sự phân quyền và nhận thực cho thiết bị đầu

cuối và Gateway, quản lý băng thông, thu thập số liệu và tính cƣớc. Các chức năng

này đƣợc mô tả trong hình 2.13.

Hình 2.13: Chức năng của một Gatekeeper

(iv) Khối điều khiển đa điểm MCU

MCU là thành phần hỗ trợ dịch vụ hội nghị điểm đa điểm nếu phiên làm việc có

sự tham gia của từ 2 đầu cuối H.323 trở lên. Mọi đầu cuối tham gia vào hội nghị

đều phải thiết lập một kết nối với MCU. MCU gồm hai chức năng cơ bản: Điều

khiển đa điểm và nhận, xử lý các luồng dữ liệu cho phiên đa điểm.

2.3.2 Các giao thức báo hiệu cuộc gọi trong H.323

Tiêu chuẩn H.323 có tham chiếu đến một tiêu chuẩn khác của ITU-T là H.225.

H.225 thực hiện báo hiệu cho việc điều khiển cuộc gọi. H.225 có quyền giống nhƣ

H.323 để xác định một tập hợp các khả năng báo hiệu cuộc gọi cho luồng đa

phƣơng tiện. H.225 sử dụng các bản tin đƣợc định nghĩa theo chuẩn báo hiệu điều

khiển H.245 để thiết lập và giải phóng các kênh dữ liệu đa phƣơng tiện.

Gatekeeper

H.225.0

RAS

(server)

H.225.0

Báo hiệu

cuộc gọi

H.245

Báo hiệu

điều khiển

Dịch vụ tính

cƣớc

Dịch vụ

bảo mật

Dịch vụ thƣ

mục

Quản lý

cuộc gọi/

chính sách

Các giao thức truyền tải và giao diện

mạng

PTIT

55

Hình 2.14: Mô hình kết nối báo hiệu trong H.323

Các thủ tục H.225 cho phép chuyển các bản tin báo hiệu từ thiết bị gửi tới thiết bị

nhận. Yêu cầu thiết lập cuộc gọi đƣợc thực hiện trên các kênh H.225 là đăng ký,

quản lý và báo hiệu RAS (Register, Administrator and Signalling). RAS đƣợc định

nghĩa nhƣ một tài nguyên mạng và sử dụng UDP nhƣ một phƣơng thức truyền tải.

Kênh RAS giúp các thiết bị có thể giám sát đƣợc tín hiệu khởi tạo của các cuộc kết

nối.

Khi các yêu cầu đƣợc truyền trên RAS tới Gatekeeper, Gatekeeper trả lời các

thông tin về phía chủ gọi các thông tin bao gồm địa chỉ IP và số cổng TCP của thiết

bị bên bị gọi, cho phép ngƣời gọi thiết lập một kết nối TCP.

Để xem xét các luồng thông tin báo hiệu trong H.323, ta xem xét một mô hình

kết nối đơn giản nhƣ trên hình 2.14. Các thông tin báo hiệu điều khiển cuộc gọi

đƣợc thực hiện trên các kết nối từ thiết bị đầu cuối tới Gatekeeper và gateway.

Các bản tin của Q.931 đƣợc sử dụng tiếp theo sau khi quá trình bắt tay thành

công qua RAS. Nếu hệ thống không có Gatekeeper thì không cần đến RAS và

Q.931 là giao thức sẽ đƣợc sử dụng để thiết lập cuộc thoại giữa các đầu cuối. Q.931

thực hiện việc trao đổi trực tiếp các thông báo giữa 2 đầu cuối với mục đích thiết

lập cuộc gọi và chấm dứt cuộc gọi khi một trong các bên kết thúc hội thoại.

Khi hai bên đồng ý tham gia cuộc gọi sau quá trình bắt tay qua Q.931 thì bƣớc

tiếp theo là hai bên thống nhất một cách thức hội thoại phù hợp bao gồm các công

việc sau: thỏa thuận về bộ CODEC đƣợc sử dụng, mở hai cổng UDP kề nhau cho

các kênh logic truyền và điều khiển dòng thông tin đa phƣơng tiện, quản lý kênh

PTIT

56

logic thông qua việc xác lập máy chủ/máy khách, điều khiển tốc độ truyền dòng bit.

Các công việc trên đƣợc thực hiện qua H.245.

2.3.3 Nguyên tắc hoạt động của thủ tục báo hiệu cuộc gọi

Trong quá trình thiết lập cuộc gọi qua H.323 gồm 5 giai đoạn theo ví dụ chỉ trên

hình 2.15 trên đây gồm:

Giai đoạn 1: Giai đoạn thiết lập cuộc gọi. Trong quá trình này, đầu cuối chủ gọi

thông báo cho bên bị gọi yêu cầu mở một kênh audio. Giai đoạn này cũng xác định

bản tin với mục đích thông báo cho chủ gọi là bên bị gọi đã nhận đƣợc thông báo về

cuộc gọi. Độ chính xác của tín hiệu thiết lập cuộc gọi tuỳ thuộc vào cấu hình mạng,

cụ thể là sự tồn tại và vị trí của các Gatekeeper. Trong mọi trƣờng hợp, đầu cuối chủ

gọi sẽ bắt đầu một kết nối có chƣa địa chỉ IP kênh điều khiển H245 với mục đích

thiết lập kênh truyền thông bằng bản tin H.245.

Hình 2.15: Tiến trình xử lý báo hiệu một cuộc gọi đơn giản trong H.323

Giai đoạn 2: Giai đoạn truyền thông và thiết lập khả năng trao đổi. Khi hoàn thành

giai đoạn thiết lập cuộc gọi, cả 2 đầu cuối sẽ bƣớc sang giai đoạn 2. Giai đoạn này

PTIT

57

liên quan đến thiết lập kênh điều khiển H.245 thông qua việc trao đổi thông tin có

liên quan đến khả năng của từng điểm trong cuộc gọi. Trong trƣờng hợp này là khả

năng liên quan đến kiểu loại kênh truyền thông đƣợc hỗ trợ. Ví dụ các gateway

H.323 phải hỗ trợ cho các kênh audio.

Giai đoạn 3: Giai đoạn thiết lập và truyền thông audio. Trong giai đoạn này, các đầu

cuối sẽ trao đổi để thiết lập các kênh logic sẽ truyền tải các luồng thông tin. Đối với

thông tin audio, mỗi đầu cuối cuộc gọi sẽ mở một kênh duy nhất bởi vì sẽ không có

một yêu cầu nào có cùng mã hoặc tốc độ bit đƣợc sử dụng theo cả hai hƣớng.

Giai đoạn 4: Giai đoạn xác lập tham số cuộc gọi. Tham số cuộc gọi là những thay

đổi các tham số đã đƣợc thoả thuận trong 3 giai đoạn trên. Các tham số này gồm cả

việc điều chỉnh băng tần mà cuộc gọi đòi hỏi, bổ sung hoặc loại bỏ các thành phần

tham gia cuộc gọi hoặc trao đổi trạng thái giữ tham số giữa gateway và đầu cuối.

Giai đoạn 5: Giải phóng cuộc gọi: Thiết bị muốn giải phóng cuộc gọi H.323 có thể

tiến hành đơn giản bằng cách cho phép chuyển các bản tin xoá cuộc gọi giống nhƣ

chuyển các bản tin thiết lập cuộc gọi đƣợc sử dụng lúc bắt đầu cuộc gọi. Cũng

giống nhƣ khi thiết lập, các thủ tục giải phóng cuộc gọi khác nhau tuỳ thuộc vào vai

trò của Gatekeeper trong cuộc gọi.

Nhƣ vậy, qua mô tả một cuộc gọi điển hình trên đây cho thấy các giao thức

nguyên thuỷ sử dụng điều khiển cuộc gọi trong H.323 là các giao thức H.225 và

H.245. Ngoài ra, giao thức báo hiệu từ đầu cuối tới đầu cuối đƣợc hỗ trợ bởi Q.931.

2.4 GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP

Theo định nghĩa của IETF, “Giao thức khởi tạo phiên” SIP (Session Initiation

Protocol) là “giao thức báo hiệu lớp ứng dụng mô tả việc khởi tạo, thay đổi và giải

phóng các phiên kết nối tƣơng tác đa phƣơng tiện giữa những ngƣời sử dụng”.

SIP dựa trên ý tƣởng và cấu trúc của HTTP (HyperText Transfer Protocol) là

giao thức trao đổi thông tin của World Wide Web. SIP đƣợc định nghĩa nhƣ một

giao thức chủ/tớ (Client/Server), trong đó các yêu cầu đƣợc chủ gọi (Client) đƣa ra

PTIT

58

và bên bị gọi (Server) trả lời. SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trƣờng mào

đầu của HTTP, xác định nội dung luồng thông tin theo mào đầu thực thể (mô tả nội

dung - kiểu loại) và cho phép xác nhận các phƣơng pháp sử dụng giống nhau đƣợc

sử dụng trên Web.

SIP định nghĩa các bản tin INVITE và ACK giống nhƣ bản tin Setup và Connect

trong H.225, trong đó cả hai đều định nghĩa quá trình mở một kênh đáng tin cậy mà

thông qua đó cuộc gọi có thể đi qua. Tuy nhiên khác với H.225, độ tin cậy của kênh

này không phụ thuộc vào TCP mà có thể tích hợp vào lớp ứng dụng nhằm nâng cao

khả năng tối ƣu hóa. SIP dựa vào giao thức mô tả phiên SDP (Session Description

Protocol) để thực hiện sự sắp xếp tƣơng tự theo cơ cấu chuyển đổi dung lƣợng của

H.245. SDP đƣợc dùng để nhận dạng mã thiết bị chuyển mạch và can thiệp vào giao

thức báo hiệu luồng thời gian thực RTSP (Real Time Stream Protocol) để sắp xếp

các tham số và khuôn dạng dữ liệu chung cho nhiều loại thông tin khi chuyển trong

SIP.

SIP là một giao thức điều khiển lớp ứng dụng mà có thể thiết lập, sửa đổi và kết

thúc các phiên truyền thông đa phƣơng tiện. SIP có thể mời các thành viên tham gia

vào các phiên truyền thông đơn hƣớng hoặc đa hƣớng. SIP hỗ trợ việc ánh xạ tên và

các dịch vụ chuyển tiếp một cách trong suốt, vì thế cho phép thực hiện các dịch vụ

thuê bao điện thoại của mạng thông minh và mạng ISDN. SIP hỗ trợ 5 khía cạnh

của việc thiết lập và kết thúc các truyền thông đa phƣơng tiện sau:

o Định vị ngƣời dùng (User location): xác định hệ thống đầu cuối đƣợc sử

dụng trong truyền thông.

o Các khả năng ngƣời dùng (User capabilities): xác định phƣơng tiện và các

thông số phƣơng tiện đƣợc sử dụng.

o Tính khả dụng ngƣời dùng (User Availability): xác định sự sẵn sàng của

bên đƣợc gọi để tiến hành truyền thông.

o Thiết lập cuộc gọi (Call setup): thiết lập các thông số của cuộc gọi tại cả

hai phía bị gọi và chủ gọi.

PTIT

59

o Xử lý cuộc gọi (Call handling): bao gồm truyền tải và kết thúc cuộc gọi.

2.4.1 Thành phần mạng báo hiệu SIP

Các thành phần chính của một hệ thống SIP bao gồm các thành phần sau: Đầu

cuối SIP (UAC/UAS); Proxy server; Location server; Redirect server; Registrar

server.

Hình 2.16: Cấu trúc của hệ thống SIP

User Agent là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, nó có thể là một máy điện thoại

SIP hay một máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP. UA có thể khởi tạo, thay đổi

hay giải phóng cuộc gọi. Trong đó phân biệt hai loại UA: UAC (User Agent Client)

và UAS (User Agent Server). UAC là một thực thể thực hiện việc khởi tạo một cuộc

gọi còn UAS là một thực thể thực hiện việc nhận cuộc gọi. Nhƣng cả UAC và UAS

đều có thể giải phóng cuộc gọi.

Proxy Server là phần mềm trung gian hoạt động cả nhƣ Server và cả nhƣ Client

để thực hiện các yêu cầu thay thế cho các đầu cuối khác. Tất cả các yêu cầu đƣợc

xử lý tại chỗ bởi Proxy Server (nếu có thể) hoặc nó chuyển đến cho các máy chủ

khác. Trong trƣờng hợp Proxy Server không trực tiếp đáp ứng các yêu cầu này thì

Proxy Server sẽ thực hiện khâu chuyển đổi hoặc dịch sang khuôn dạng thích hợp

trƣớc khi chuyển đi.

PTIT

60

Location Server là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về những vị trí

có thể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy Server và Redirect Server.

Redirect Server là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang

một số địa chỉ khác và gửi lại những địa chỉ này cho đầu cuối. Không giống nhƣ

Proxy Server, Redirect Server không bao giờ hoạt động nhƣ một đầu cuối, tức là

không gửi đi bất cứ một yêu cầu nào. Redirect Server cũng không thực hiện việc

chấp nhận hay huỷ cuộc gọi.

Registrar Server là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký Register. Trong nhiều

trƣờng hợp Registrar Server đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh nhƣ xác

nhận ngƣời sử dụng. Thông thƣờng Registrar Server đƣợc cài đặt cùng với Proxy

hoặc Redirect Server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao. Mỗi lần đầu cuối

đƣợc bật lên (thí dụ máy điện thoại hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký

với Server. Nếu đầu cuối cần thông báo với Server về địa điểm của mình thì bản tin

Register đƣợc gửi đi. Nói chung các đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một

cách định kỳ.

2.4.2 Kiến trúc chức năng

SIP là một giao thức phân lớp cho phép nhiều module khác nhau thực hiện chức

năng độc lập với sự kết nối lỏng giữa mỗi lớp. Cấu trúc của SIP trong quá trình gửi

yêu cầu và nhận đáp ứng đƣợc phân lớp nhƣ trên hình 2.17.

Cú pháp và mã hóa

Truyền tải

Giao dịch

Giao dịch

người dùng

Hình 2.17: Các lớp giao thức SIP

Lớp đầu tiên trong giao thức là lớp cú pháp và mã hóa. Lớp này sử dụng văn

phạm ABNF (Augmented Backus-Naur Form) để đƣa ra các nguyên tắc mã hóa và

PTIT

61

khuôn dạng cú pháp cho bản tin SIP. Khuôn dạng này đƣợc mô tả chi tiết trong

RFC2234.

Lớp thứ hai trong cấu trúc SIP là lớp truyền tải. Đây là lớp chỉ thị cho client gửi

yêu cầu và nhận các đáp ứng và server nhận yêu cầu và gửi các đáp ứng nhƣ thế

nào. Lớp truyền tải gần giống với lớp socket của một thực thể SIP.

Lớp thứ ba trong cấu trúc SIP là lớp giao dịch. Một giao dịch trong các thuật ngữ

SIP là một yêu cầu đƣợc gửi bởi một client tới một server, cùng với tất cả các đáp

ứng cho yêu cầu đƣợc đó đƣợc gửi từ server về client. Lớp giao dịch xử lý việc

tƣơng thích đáp ứng cho yêu cầu. Thời gian hết hạn của quá trình phát lại và giao

dịch của lớp ứng dụng cũng đƣợc xử lý trong lớp này và phụ thuộc vào giao thức

truyền tải đƣợc sử dụng. Các giao dịch sử dụng lớp truyền tải để gửi và nhận yêu

cầu và đáp ứng.

Lớp thứ tƣ là lớp giao dịch chứa bốn cơ chế trạng thái giao dịch. Mỗi cơ chế

trạng thái giao dịch có các tham số định thời, nguyên tắc phát lại và nguyên tắc kết

cuối riêng biệt.

2.4.3 Bản tin SIP và giao thức SDP

SIP là giao thức dạng văn bản, sử dụng bộ ký tự ISO 10646 trong mã hoá UTF-8

trong RFC 2279. Điều này tạo cho SIP tính linh hoạt, mở rộng và dễ thực thi các

ngôn ngữ lập trình cấp cao nhƣ Java, Tol, Perl. Cú pháp của SIP gần giống với giao

thức HTTP, nó cho phép dùng lại mã và đơn giản hóa sự liên kết của các máy phục

vụ SIP với các máy phục vụ Web. Tuy nhiên, SIP không phải là một dạng mở rộng

của HTTP và có thể sử dụng với giao thức UDP. Các dạng bản tin của SIP nhƣ sau:

INVITE - Bắt đầu thiết lập cuộc gọi bằng cách gửi bản tin mời đầu cuối khác

tham gia

ACK - Bản tin này khẳng định client đã nhận đƣợc bản tin trả lời bản tin INVITE

BYE - Bắt đầu kết thúc cuộc gọi

CANCEL - Huỷ yêu cầu đang nằm trong hàng đợi

REGISTER - Đầu cuối SIP sử dụng bản tin này để đăng ký với Registrar Server

OPTIONS - Sử dụng để xác định năng lực của server

PTIT

62

INFO - Sử dụng để tải các thông tin nhƣ tone DTMF

Giao thức SIP có nhiều điểm trùng hợp với giao thức HTTP. Các bản tin trả lời

các bản tin SIP nêu trên gồm có:

1xx - Các bản tin chung

2xx - Thành công

3xx - Chuyển địa chỉ

4xx - Yêu cầu không đƣợc đáp ứng

5xx - Sự cố của server

6xx - Sự cố toàn mạng.

Cấu trúc bản tin SIP

Cả hai loại bản tin trên đều sử dụng chung một định dạng cơ bản đƣợc quy định

trong RFC 2822 với cấu trúc gồm một dòng khởi đầu (start – line), một số trƣờng

tiêu đề và một phần thân bản tin tuỳ chọn (hình 2.18).

Hình 2.18: Cấu trúc bản tin SIP

Trong đó, dòng bắt đầu, các dòng tiêu đề hay các dòng trắng phải đƣợc kết thúc

bằng một ký tự xuống dòng (CRLF) và phải lƣu ý rằng dòng trắng vẫn phải có để

ngăn cách phần tiêu đề và phần thân của bản tin ngay cả khi phần thân bản tin là

rỗng.

Start line: Mỗi bản tin SIP đƣợc bắt đầu với một Start Line, Start Line vận chuyển

loại bản tin (phƣơng thức trong các Request, và mã đáp ứng trong các bản tin đáp

ứng) và phiên bản của giao thức. Start line có thể là Request-Line (trong các yêu

cầu) hoặc là Status-Line (trong các đáp ứng).

Headers: Các trƣờng Hearder của SIP đƣợc sử dụng để vận chuyển các thuộc tính

của bản tin và để thay đổi ý nghĩa của bản tin. Chúng tƣơng tự nhƣ các trƣờng tiêu

PTIT

63

để của bản tin HTTP theo cả cú pháp và ngữ nghĩa. Tiêu đề bản tin bao gồm bốn

loại: tiêu đề chung, tiêu đề yêu cầu, tiêu đề đáp ứng và tiêu để thực thể.

Body: Thân bản tin đƣợc sử dụng để mô tả phiên đƣợc khởi tạo (ví dụ: trong một

phiên multimedia phần này sẽ mang loại mã hóa audio và video, tốc độ lấy mẫu …),

hoặc nó có thể đƣợc sử dụng để mang dữ liệu dƣới dạng text hoặc nhị phân (không

đƣợc dịch) mà liên quan đến phiên đó. Phần thân bản tin có thể xuất hiện trong cả

bản tin yêu cầu và đáp ứng. Các loại Body bao gồm: giao thức mô tả phiên SDP,

mở rộng thƣ điện tử internet đa mục đích MIME (Multipurpose Internet Mail

Extentions) và các phần định nghĩa trong IETF.

SDP là một giao thức lớp ứng dụng đƣợc IETF thiết kế để mô tả các phiên đa

phƣơng tiện và là giao thức dựa trên văn bản. SDP mang thông tin về các luồng

phƣơng tiện để các bên tham gia phiên đa phƣơng tiện có thể biết đƣợc thông tin

thiết lập tƣơng ứng. SDP chỉ có mục đích mô tả phiên chứ không phải để đàm phán

các phƣơng thức mã hoá phƣơng tiện. Nó không chứa bất kỳ giao thức chuyển tải

nào. Vì thế thông thƣờng SDP đƣợc chứa trong phần tải tin của các giao thức khác.

Chẳng hạn phần tải tin trong bản tin INVITE có thể chứa SDP nếu có chỉ thị về nó

trong tiêu đề content-type và content-application. Một bản tin SDP bao gồm các

mức thông tin sau:

o Mô tả mức phiên. Mức này bao gồm nhận dạng phiên và các thông số mức

phiên khác nhƣ địa chỉ IP, chủ đề, thông tin giao tiếp về bộ tạo và/hay phiên.

o Mô tả mức định thời. Thời gian bắt đầu và kết thúc, thời gian lặp lại, một hay

nhiều mô tả mức phƣơng tiện.

o Khuôn dạng và loại phƣơng tiện. Giao thức truyền tải và số cổng, các thông

số mức phƣơng tiện khác.

2.4.4 Thủ tục trao đổi thông tin của SIP

Trong một cuộc hội thoại SIP, mỗi bên tham gia đƣợc gắn một địa chỉ SIP (SIP

URL), địa chỉ này do ngƣời dùng đăng ký với SIP Server. Để tạo một cuộc gọi SIP,

phía chủ gọi định vị tới máy phục vụ thích ứng và sau đó gửi một yêu cầu SIP. Hoạt

PTIT

64

động SIP thƣờng xuyên nhất là lời mời các thành viên tham gia hội thoại. Thành

phần Register đóng vai trò tiếp nhận các yêu cầu đăng ký từ UA và lƣu trữ các

thông tin này tại một dịch vụ phi SIP (Non-SIP). Một địa chỉ SIP có dạng

user@host. Phần user là một tên của ngƣời sử dụng hay tên của một máy điện thoại.

Phần host có thể là một tên miền hoặc một địa chỉ mạng. SIP URL đƣợc dùng trong

các bản tin SIP để thông báo về nơi gửi (From), đích hiện thời (Request URI) và nơi

nhận cuối cùng (To) của một yêu cầu SIP và chỉ rõ địa chỉ gián tiếp. Một SIP URL

có thể gắn vào một trang Web hoặc những siêu liên kết (Hyperlink) khác để thông

báo rằng ngƣời dùng hoặc dịch vụ có thể gọi thông qua SIP.

Quá trình định vị tới máy chủ SIP

Khi một Client muốn gửi đi một yêu cầu, Client sẽ gửi bản tin yêu cầu đó tới SIP

máy chủ Proxy, hoặc tới địa chỉ IP và cổng tƣơng ứng trong địa chỉ của yêu cầu SIP

(Request-URI). Trƣờng hợp đầu, yêu cầu đƣợc gửi tới máy chủ Proxy không phụ

thuộc vào địa chỉ của yêu cầu. Với trƣờng hợp sau, Client phải xác định giao thức,

cổng và địa chỉ IP của Server mà yêu cầu đƣợc gửi đến.

Một Client thực hiện các bƣớc tiếp theo để có đƣợc những thông tin này. Client

cố gắng liên lạc với Server theo số cổng đƣợc chỉ ra trong địa chỉ yêu cầu SIP

(Request-URI). Nếu không có số cổng nào chỉ ra trong Request-URI, Client sẽ sử

dụng địa chỉ cổng mặc định là 5060. Nếu Request-URI chỉ rõ là sử dụng giao thức

TCP hay UDP, Client sẽ làm việc với Server theo giao thức đó. Nếu không có giao

thức nào đƣợc chỉ ra thì Client cố gắng dùng giao thức UDP (nếu không hỗ trợ

TCP) hoặc sử dụng giao thức TCP cho hoạt động của mình (chỉ đƣợc hỗ trợ TCP

mà không đƣợc hỗ trợ UDP).

Client cố gắng tìm một hay nhiều địa chỉ cho SIP Server bằng việc truy vấn DNS

(Domain Name System) theo các thủ tục sau:

Nếu địa chỉ Host trong địa chỉ Request-URI là một địa chỉ IP thì Client làm việc

với Server bằng địa chỉ đƣợc đƣa ra. Nếu đó không phải là một địa chỉ IP, Client

thực hiện bƣớc tiếp theo.

PTIT

65

Client đƣa ra câu hỏi tới DNS Server về bản ghi địa chỉ cho địa chỉ Host trong

địa chỉ Request-URI. DSN sẽ trả về một bản ghi danh sách các địa chỉ. Lúc đó việc

lựa chọn một trong các địa chỉ này là tùy ý. Còn nếu DNS Server không đƣa ra bản

ghi địa chỉ, Client sẽ kết thúc hoạt động, có nghĩa nó không thực hiện đƣợc việc

định vị máy chủ. Nhờ bản ghi địa chỉ, sự lựa chọn tiếp theo cho giao thức mạng của

Client có nhiều khả năng thành công hơn. Một quá trình thực hiện thành công là quá

trình có một bản ghi chứa trong phần trả lời và Server làm việc ở một trong những

địa chỉ chứa trong trả lời đó.

Giao dịch SIP

Khi có địa chỉ IP của SIP Server thì yêu cầu sẽ đƣợc gửi đi theo tầng vận chuyển

giao thức TDP hay UDP. Client gửi một hoặc nhiều yêu cầu SIP đến máy chủ đó và

nhận lại một hoặc nhiều các phúc đáp từ máy chủ. Một yêu cầu cùng với các phúc

đáp đƣợc tạo ra bởi yêu cầu đó tạo thành một giao dịch SIP. Tất cả các phúc đáp

cho một yêu cầu mang cùng các giá trị trong các trƣờng: Call – ID, Cseq, To, và

From. Yêu cầu ACK xác định sự nhận một phúc đáp INVITE không là một phần

của giao dịch vì nó có thể di chuyển giữa một tập các host khác nhau. Mỗi cuộc gọi

trong SIP đƣợc định danh bởi một trƣờng định danh cuộc gọi (Call-ID).

Một yêu cầu phải cần có thông tin gửi đi từ đâu (From) và tới đâu (To). Trƣờng

From và To đều có cấu trúc theo khuôn dạng SIP-URL. Trƣờng CSeq lƣu trữ thông

tin về phƣơng thức sử dụng trong phiên, trƣờng CSeq có dạng: CSeq = “CSeq”:

“DIGIT Method”. Trong đó DIGIT là số nguyên không dấu 32 bit.

Nếu một giao thức điều khiển luồng tin cậy đƣợc sử dụng, yêu cầu và các phúc

đáp trong một giao dịch đơn lẻ đƣợc mang trên cùng kết nối. Một vài yêu cầu SIP từ

cùng máy khách đến cùng máy chủ có thể sử dụng cùng kết nối hoặc có thể sử dụng

một kết nối mới cho mỗi yêu cầu.

Nếu một client gửi yêu cầu thông qua một giao thức datagram đơn hƣớng nhƣ

UDP thì các UA thu sẽ định hƣớng phúc đáp theo thông tin chứa trong các trƣờng

PTIT

66

mào đầu Via. Mỗi proxy server trong tuyến chuyển tiếp của yêu cầu chuyển tiếp

phúc đáp sử dụng các trƣờng mào đầu Via này.

Lời mời SIP

Một lời mời SIP thành công gồm hai yêu cầu INVITE và ACK. Yêu cầu INVITE

thực hiện lời mời một thành viên tham gia hội thoại. Khi phía bị gọi đồng ý tham

gia, phía chủ gọi xác nhận đã nhận một bản tin đáp ứng bằng cách gửi đi một yêu

cầu ACK. Nếu phía chủ gọi không muốn mời thành viên tham gia cuộc gọi nữa nó

sẽ gửi yêu cầu BYE thay cho ACK.

Thông điệp INVITE chứa thành phần mô tả phiên của giao thức SDP và phƣơng

thức tiến hành trao đổi ứng với phiên đó. Với các phiên đa hƣớng, phần mô tả phiên

liệt kê kiểu và khuôn dạng của các dữ liệu đa phƣơng tiện để phân phối cho phiên

hội thoại. Với một phiên đơn hƣớng, phần mô tả phiên liệt kê kiểu và khuôn dạng

của các phƣơng tiện mà phía chủ gọi muốn sử dụng và nơi những dữ liệu muốn gửi

đi.

Định vị người dùng

Một đối tƣợng bị gọi có thể di chuyển giữa một số các hệ thống đầu cuối khác

nhau theo thời gian. Một máy chủ định vị cũng có thể sử dụng một hay nhiều giao

thức khác nhau để xác định hệ thống đầu cuối mà tại đó một ngƣời sử dụng có thể

liên lạc. Một máy chủ định vị có thể đƣa ra một vài vị trí vì ngƣời sử dụng đƣợc

đăng nhập vào tại một vài host đồng thời hoặc bởi vì máy chủ định vị lỗi. Máy chủ

SIP kết hợp các kết quả để đƣa ra một danh sách các vị trí.

Đối với từng kiểu SIP Server thì hoạt động sau khi nhận đƣợc danh sách các vị

trí khác nhau là khác nhau. Một SIP Redirect Server sẽ trả lại danh sách địa chỉ cho

Client với các mào đầu Contact. Một SIP proxy server có thể thử lần lƣợt hoặc song

song các địa chỉ cho đến khi cuộc gọi thành công (phúc đáp 2xx) hoặc bên bị gọi từ

chối cuộc gọi (phúc đáp 6xx).

PTIT

67

Nếu một proxy server chuyển tiếp một yêu cầu SIP, nó phải bổ sung địa chỉ của

nó vào vị trí bắt đầu của danh sách các trạm chuyển tiếp đƣợc ghi trong các mào

đầu Via. Dấu vết Via đảm bảo rằng các trả lời có thể đi theo cùng tuyến đó theo

hƣớng ngƣợc lại, việc đảm bảo hoạt động chính xác nhờ tuân theo các tƣờng lửa và

tránh lặp lại yêu cầu. Ở hƣớng phúc đáp, mỗi host phải xoá bỏ Via của nó, do đó

thông tin định tuyến nội bộ đƣợc che khuất đối với phía bị gọi và các mạng bên

ngoài.

Thay đổi một phiên hiện tại

Trong một vài trƣờng hợp, cần phải thay đổi các thông số của phiên hội thoại

hiện tại. Việc đó đƣợc thực hiện bởi việc phát lại các yêu cầu INVITE. Các yêu cầu

INVITE đó có cùng trƣờng Call-ID nhƣng có trƣờng mào đầu và trƣờng bản tin

khác với yêu cầu ban đầu để mang thông tin mới. Các bản tin INVITE đó phải có

chỉ số CSeq cao hơn các yêu cầu trƣớc. Ví dụ: có hai thành viên đang hội thoại và

muốn có thêm một ngƣời thứ ba tham gia. Một trong hai thành viên sẽ mời thành

viên thứ ba tham gia với một địa chỉ đa hƣớng (Multicast) mới và đồng thời gửi một

bản tin INVITE đến thành viên thứ hai với trƣờng miêu tả phiên đa hƣớng nhƣng có

trƣờng Call-ID cũ.

2.5 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CỔNG PHƯƠNG TIỆN MEGACO

2.5.1 Kiến trúc chức năng báo hiệu Megaco/H.248

Megaco/H.248 là giao thức đƣợc ra đời trên sự kế thừa và phát huy các tính năng

của giao thức điều khiển công đa phƣơng tiện MGCP (Media Gateway Control

Protocol). Đây là giao thức đƣợc xây dựng theo sự hợp tác của hai tổ chức ITU và

IETF. So với MGCP thì Megaco có những cải tiến sau:

o Cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện và dịch vụ hội nghị đa điểm.

o Cho phép lựa chọn giao thức truyền tải TCP hoặc UDP.

o Cải tiến cú pháp lệnh để việc xử lý bản tin hiệu quả hơn.

o Cho phép mã hoá cả dƣới dạng text và nhị phân.

PTIT

68

o Dễ dàng cải thiện và nâng cấp các chức năng.

o Đƣa ra khái niệm mới “Context” nhằm hỗ trợ kết nối đa dịch vụ, đa điểm .

Giao thức MEGACO/H.248 định nghĩa giao diện điều khiển của MGC đối với

MG tƣơng tự và sẽ thay thế MGCP. MEGACO/H.248 cung cấp các chức năng sau:

o Điều khiển các loại MG khác nhau.

o Hỗ trợ đàm phán quyết định các thuộc tính cuộc gọi.

o Có khả năng xử lý cuộc gọi đa ngƣời dùng.

o Hỗ trợ QoS và đo lƣờng lƣu lƣợng (các thông tin thống kê sau mỗi kết nối).

o Thông báo lỗi giao thức, lỗi mạng hay các thuộc tính cuộc gọi.

Các bản tin MEGACO/H.248 có thể đƣợc truyền dẫn qua lớp UDP/IP hoặc

TCP/IP. Các MG và MGC sẽ đƣợc gán các địa chỉ IP. Các luồng lƣu lƣợng đi và

đến sẽ qua các cổng UDP hay TCP đƣợc chỉ ra. Ví dụ nhƣ cổng dành cho lệnh

Service Change request là 2944 khi sử dụng mã hóa văn bản và 2945 khi sử dụng

mã hóa nhị phân (đối với cả UDP và TCP).

Hình 2.17: Kiến trúc điều khiển của MEGACO

Kiến trúc giao thức MEGACO đƣợc chỉ ra trên hình 2.17 gồm các thành phần:

Lớp MGC chứa tất cả các phần mềm điều khiển, xử lý cuộc gọi. Lớp này thực

hiện các tính năng thuộc mức cuộc gọi nhƣ phát triển cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, hội

thoại hay giữ máy. Lớp MGC cũng thực hiện giao tiếp với các MGC khác cũng

PTIT

69

nhƣ các thực thể ngang cấp hay cấp dƣới. MGC quản lý mọi thuộc tính trong quá

trình giao tiếp.

Lớp MG thực hiện kết nối lƣu lƣợng đi và tới các mạng khác, tƣơng tác với các

luồng lƣu lƣợng này qua ứng dụng báo hiệu và sự kiện. Lớp MG cũng điều khiển

các thuộc tính thiết bị của cổng phƣơng tiện (ví dụ nhƣ giao diện với ngƣời dùng).

Lớp này không quan tâm tới việc điều khiển các thuộc tính cuộc gọi và hoạt động

theo sự điều khiển của lớp MGC. Lớp điều khiển giao thức MEGACO/H248 quy

định cách thức mà lớp MGC điều khiển lớp MG.

Vị trí của giao thức MEGACO trong mô hình OSI nhƣ chỉ ra trong hình 2.18.

Giao thức MEGACO thực hiện chức năng của mình ở 3 lớp trên cùng trong mô

hình OSI: lớp ứng dụng, lớp trình diễn và lớp phiên.

Hình 2.18: Giao thức MEGACO trong mô hình OSI

2.5.2 Các lệnh và thủ tục trao đổi thông tin

Giao thức MEGACO sử dụng 8 lệnh cơ bản trong giao diện điều khiển giữa

MGC và MG. Bao gồm:

o Add: Đƣợc sử dụng để thêm một termination vào context, cũng có thể để tạo

một context (nếu đó là termination đầu tiên trong context này).

o Modify: Sử dụng để thay đổi thuộc tính, sự kiện hay các báo hiệu ở một

termination.

o Subtract: Sử dụng để xoá một termination khỏi context, cũng có thể là xoá

luôn cả context (nếu đó là termination cuối cùng trong context này).

PTIT

70

o Move: Chuyển một termination từ một context này sang một context khác.

o Audit Value: Trả lại trạng thái hiện tại của termination (báo hiệu, sự kiện,

thuộc tính, số liệu thống kê).

o Audit Capability: Trả lại tất cả các giá trị có thể có của termination (báo hiệu,

sự kiện, thuộc tính, số liệu thống kê).

Các bản tin MEGACO có thể đƣợc mã hoá bằng hai cách: mã hoá nhị phân

(binary encoding) và mã hoá văn bản (text encoding).

Trong phƣơng pháp mã hoá nhị phân, tiêu chuẩn ISO/ITU ASN.1 đƣợc sử dụng.

ASN.1 là ngôn ngữ định nghĩa cách gửi dữ liệu giữa các hệ thống khác nhau. Nó

định nghĩa ở các hệ thống theo cùng một cú pháp dữ liệu (trong các giao thức tầng

ứng dụng). ASN.1 đƣợc viết bằng các ngôn ngữ khác nhau trong từng hệ thống sao

cho phù hợp. Khi một hệ thống muốn gửi dữ liệu, hệ thống đó sẽ mã hoá dữ liệu cần

gửi theo ASN.1, sau đó gửi đi. Hệ thống nhận sẽ tiến hành giải mã theo chuẩn định

sẵn ASN.1. Các luật mã hoá theo chuẩn ASN.1 bao gồm : BER(Basic Encoding

Rule), CER (Canonial Encoding Rule), PER (Package Encoding Rule), DER

(Distinguished Encoding Rule). Việc sử dụng luật mã hoá nào là tuỳ ngƣời thiết kế.

Trong phƣơng pháp mã hoá văn bản, chuẩn ABNF đƣợc sử dụng (RFC2234). Có

thể sử dụng 2 khuôn dạng : rút gọn (compact text) và đầy đủ (pretty text). Cả hai

format đều có ƣu và nhƣợc điểm của mình. Khuôn dạng rút gọn cho bản tin có kích

thƣớc nhỏ hơn, thời gian mã hoá ngắn hơn tuy nhiên độ tin cậy không cao bằng

khuôn dạng đầy đủ.

Thiết lập cuộc gọi thông qua giao thức MEGACO/H248

Khi một đầu cuối nào đó nhấc máy và định thực hiện cuộc gọi, sự kiện off-hook

này sẽ đƣợc phát hiện bởi MG quản lý. MG sẽ thông báo sự kiện này tới MGC mà

nó trực thuộc. MGC sẽ chỉ định MG bằng một lệnh để gửi âm báo mời quay số tới

đầu cuối đó, đồng thời bản đồ các con số cũng đƣợc MG này cập nhật từ MGC, để

phục vụ cho việc thu các chữ số và gửi toàn bộ số đƣợc quay về MGC. Giả sử đầu

PTIT

71

cuối bị gọi thuộc một MG khác nhƣng cùng đƣợc quản lý bởi MGC nhƣ trên hình

2.19. Quá trình thiết lập liên kết đƣợc tiến hành theo 3 bƣớc cơ bản sau:

MGC yêu cầu MG thứ nhất thiết lập một kết nối tại điểm kết cuối thứ nhất. MG

này sẽ phân bổ tài nguyên cho kết nối yêu cầu và đáp ứng lại bằng bản tin trả lời.

Bản tin trả lời sẽ chứa các thông tin cần thiết để MG thứ hai có thể gửi các bản tin

một cách tin cậy tới liên kết vừa thiết lập. Các thông tin này có thể là: địa chỉ IP, tên

cổng UDP, TCP hay các thông tin đóng gói bản tin.

Tƣơng tự, MGC cũng yêu cầu MG thứ hai thiết lập một liên kết ở điểm kết cuối

thứ hai. MG này phân bổ tài nguyên cho kết nối này trên cơ sở các thông tin trong

bản tin đáp ứng của MG thứ nhất. MG thứ hai cũng đáp ứng lại bằng bản tin chứa

các thông tin cần thiết nhằm đảm bảo MG thứ nhất có thể gửi các bản tin một cách

tin cậy tới liên kết vừa thiết lập bởi MG thứ hai.

Các thông tin trong bản tin đáp ứng của MG thứ hai sẽ đƣợc gửi tới MG thứ nhất.

Khi này liên kết đã đƣợc thiết lập, quá trình truyền thông có thể diễn ra theo hai

chiều. Lƣu lƣợng đƣợc truyền tải nhờ các giao thức RTP hay RTCP.

Hình 2.19: Mô tả cuộc gọi MEGACO

Trong trƣờng hợp hai MG đƣợc quản lý bởi 2 MGC khác nhau, các MGC này sẽ

trao đổi các thông tin báo hiệu thông qua một giao thức báo hiệu từ MGC này tới

MGC kia (có thể là SIP hay H323) để đảm bảo đồng bộ trong thiết lập kết nối tới

hai điểm kết cuối.

PTIT

72

Khi liên kết đã đƣợc thiết lập, các tham số của nó đƣợc giám sát bởi MGC và có

thể đƣợc thay đổi dƣới các lệnh của MGC (ví dụ nhƣ thêm một kết cuối vào liên

kết).

Các bƣớc xử lý chi tiết đƣợc thể hiện thông qua lƣu đồ xử lý cuộc gọi trên hình

2.20. Giả sử có hai đầu cuối ngƣời sử dụng đƣợc kết nối với hai RGW. Trong đó,

hai RGW này đƣợc quản lý bởi cùng một MGC. Quá trình MGC điều khiển các

RGW diễn ra nhƣ sau:

Bước 1: Ban đầu MGC gửi lệnh Modify tới tất cả các RGW để phát hiện sự kiện

offhook.

Bước 2: Các RGW lần lƣợt trả lời lệnh trên của MGC bằng các reply

Bước 3: Giả sử ngƣời dùng A thuộc RGW1 offhook, sự kiện này sẽ đƣợc RGW1

báo cáo tới MGC bằng lệnh Notify.

Bước 4: MGC gửi reply của lệnh này cho RGW1.

Bước 5: MGC sẽ gửi lệnh Modify tới RGW1, lệnh này gồm 3 đặc tả (descriptor):

signal descriptor đƣợc sử dụng để gửi âm mời quay số tới ngƣời dùng A, digitmap

descriptor chứa mô hình mẫu các số có thể quay theo kế hoạch đánh số, event

descriptor liệt kê các gói DTMF, gói tin hoàn thành quay số và gói tin giám sát

trạng thái onhook của đầu cuối.

Bước 6: RGW1 trả lời MGC bằng một reply.

RGW1 tiến hành xử lý các descriptor theo thứ tự signal, digitmap, event

descriptor. Đầu tiên âm mời quay số sẽ đƣợc gửi tới termination A, sau đó digitmap

sẽ đƣợc cập nhật vào cơ sở dữ liệu của RGW1, digitmap đƣợc kích hoạt khi RGW1

thu đƣợc sự kiện hoàn thành quay số. Termination A sau khi nhận đƣợc âm mời

quay số sẽ tiến hành quay số.

Bước 7: Khi các con số đƣợc RGW1 thu đầy đủ và hợp lệ, chúng sẽ đƣợc gửi tới

MGC bằng lệnh Notify.

PTIT

73

Bước 8: MGC xác nhận lệnh trên bằng reply gửi tới RGW1.

MGC sau khi nhận lệnh trên sẽ phân tích số bị gọi và biết đầu cuối termination B

đó thuộc RGW2 (giả sử đầu cuối này rỗi và sẵn sàng nhận cuộc gọi). MGC tiếp tục

điều khiển RGW1.

Hình 2.20: Lưu đồ các bản tin xử lý cuộc gọi qua giao thức MEGACO/H248

PTIT

74

Bước 9: MGC sẽ gửi cho RGW1 hai lệnh. Lệnh Add để tạo một context và thêm

ngay termination A vào đó. MGC biết rằng termination B rỗi,nó sẽ gửi hồi âm

chuông cho termination A. Lệnh thứ 2 để tạo một đầu cuối logic A và thêm đầu

cuối này vào context vừa tạo ra.

Bước 10: RGW1 sẽ gửi reply cho MGC bao gồm contextID(1), địa chỉ IP và số

cổng dành cho lƣu lƣợng.

Bước 11: MGC sẽ gửi tới RGW2 2 lệnh. Lệnh 1 để tạo một context và Add

termination B vào context này. Báo hiệu chuông cũng đƣợc gửi tới termination B

nhờ signal descriptor. Lệnh thứ hai sẽ tạo một đầu cuối logic B và thêm đầu cuối

này vào context vừa tạo ra. Các thông tin địa chỉ IP, số cổng của termination A cũng

đƣợc gửi tới RGW2.

Bước 12:RGW2 sau khi nhận lệnh sẽ thực hiện lệnh và gửi kết quả thực hiện tới

MGC, bao gồm contextID(2), địa chỉ IP và số cổng dành cho lƣu lƣợng. MGC đợi

cho termination B offhook.

Bước 13: Khi termination B offhook, RGW2 sẽ báo cáo với MGC bằng lệnh Notify.

Bước 14: MGC đáp ứng bằng một reply.

Bước 15: MGC gửi lệnh Modify để chuyển 2 termination ở RGW2 sang chế độ gửi

và nhận . Signal descriptor cũng ngắt báo hiệu chuông ở termination B. Event

descriptor chuẩn bị sự kiện onhook để chờ.

Bước 16: RGW2 trả lời bằng reply.

Bước 17: MGC gửi lệnh Modify tới RGW1 để chuyển chế độ của 2 termination

sang chế độ gửi và nhận, ngắt hồi âm chuông ở termination A, thông báo các thông

tin về địa chỉ IP, số cổng cho đầu cuối logic A.

Bước 18: RGW1 sau khi thực hiện các lệnh trên sẽ gửi reply cho MGC. Lúc này hai

đầu cuối có thể trao đổi lƣu lƣợng theo các giao thức RTP/RTCP. Giả sử ngƣời

dùng A đặt máy, sự kiện này đƣợc RGW1 phát hiện và báo cáo với MGC qua lệnh

Notify.

PTIT

75

Bước 19: RGW1 gửi lệnh Notify cho MGC báo cáo ngƣời dùng A offhook.

Bước 20: MGC gửi reply cho RGW1.

Bước 21: MGC gửi lệnh Modify tới RGW2 yêu cầu chuyển hai đầu cuối ở context 2

sang chế độ chỉ nhận và gửi âm báo bận tới đầu cuối ngƣời dùng A.

Bước 22: RGW2 thực hiện lệnh và gửi reply cho MGC.

Bước 23: MGC gửi lệnh Subtract tới RGW1 yêu cầu xoá 2 termination trong

context 1, đồng thời xoá luôn context 1. Các số liệu thống kê mà MGC yêu cầu

đƣợc chỉ ra trong Audit descriptor.

Bước 24: RGW1 thực hiện lệnh và gửi reply cho MGC bao gồm các thông tin thống

kê về liên kết vừa thiết lập.

Bước 25: Tƣơng tự bƣớc 23, nhƣng thực hiện với RGW2.

Bước 26:Tƣơng tự bƣớc 24, nhƣng thực hiện với RGW2.

Nhƣ vậy, trên mối quan hệ điều khiển Client/Server các giao thức điều khiển nhƣ

MGCP và Megaco/H.248 đóng vai trò làm bộ thủ tục cho các lệnh điều khiển, các

bản tin báo hiệu, chỉ định vùng tài nguyên cho các kết nối. Tính đơn giản và hƣớng

tới đảm bảo chất lƣợng dịch vụ là hai mục tiêu chính của các hệ thống giao thức.

2.6 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CUỘC GỌI ĐỘC LẬP KÊNH MANG

BICC

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của lƣu lƣợng thoại một số nhà cung cấp đã

đề nghị giải quyết vấn đề bằng cách tách biệt chức năng điều khiển cuộc gọi và

chức năng điều khiển kênh mang trong mạng PSTN/ISDN. Giao thức ISUP đồng

nhất nhƣ hiện nay trong báo hiệu số 7 sẽ đƣợc sủa đổi theo quan điểm trên. Kết quả

là xuất hiện một giao thức mới giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập kênh mang

BICC.

Giao thức điều khiển độc lập kênh mang đƣợc phát triển bởi nhóm làm việc 11

của ITU-T (ITU-T SG11). BICC cho phép các nhà điều hành phát triển mạng PSTN

PTIT

76

hiện có trên công nghệ chuyển mạch kênh tới các cấu trúc mạng mới trên nền công

nghệ chuyển mạch gói nhƣng vẫn duy trì toàn bộ các dịch vụ thoại truyền thống với

những ảnh hƣơng nhỏ nhất tới công việc khai thác hiện thời. BICC đƣợc giới hạn

chặt chẽ nhƣ sau:

o Giao thức BICC đƣợc xây dựng trên giao thức báo hiệu số 7 phần ISUP để

tƣơng thích hoàn toàn với các dịch vụ hiện co trên mạng PSTN/IDSN.

o BICC hoạt động độc lập với các công nghệ thiết lập đƣờng truyền (độc lập

kênh mang).

o Có khả năng phối hợp với các giao thức báo hiệu hiện có.

Điểm khởi đầu của BICC là các cuộc gọi phải vào/ra các thành phần mạng mới

thông qua các điểm dịch vụ giao tiếp (ISN- Interface serving nodes). Nút phục vụ là

một điểm trong mạng cung cấp chức năng cho các dịch vụ PSTN/ISDN hiện tại.

ISN cung cấp một giao diện báo hiệu giữa ISUP băng hẹp và các ISN ngang cấp

nhau nhƣ trên hình 2.21.

ISN

IWUnew network

IWU

ISUP ISUP - BICC

I/W

BICC ISUP

N/B exchange

TDM

connection

TDM

connection

Connection signalling

(user plane connection)

Hình 2.21: Kiến trúc giao thức BICC

Trong một kịch bản khác, các điểm phục vụ làm việc ở biên của mạng PSTN

cho phép kết nối hai mạng BICC với nhau. Theo quy ƣớc gọi tên trong PSTN, cặp

nút này đƣợc gọi là điểm phục vụ cổng (GSN – Gateway Serving node). Kịch bản

minh họa cho giao thức BICC đƣợc trình bày dƣới đây.

Nếu nhƣ hai nhà điều hành mạng BICC có thể kết nối với nhau qua PSTN/ISDN

thì từng nhà điều hành cũng có thể cung cấp các dịch vụ PSTN/ISDN ngay tại các

PTIT

77

nút trong mạng của mình. Các nút làm việc đó có vai trò nhƣ một vai trò chuyển

tiếp nên đƣợc gọi là điểm phục vụ chuyển tiếp (TSN- Transit Serving Node).

Hình 2.22: Cấu trúc các nút mạng BICC

Theo yêu cầu BICC phải làm việc với mọi công nghệ mạng chuyển mạch gói,

nên với mạng chuyển mạch gói ATM trong kiến trúc mạng BICC sẽ có thêm các

nút BRN (Bearer Relay Node), đƣợc ATM sử dụng nhƣ những chuyển mạch trung

gian dành cho báo hiệu.

Kiến trúc BICC dƣợc phân tích theo 4 góc độ: Mô hình hoạt động, mô hình chức

năng của từng nút mạng, mô hình tham chiếu đầy đủ và mô hình giao thức. Tuy

nhiên, mục này sẽ trình bày hai khía cạnh cơ bản nhất là mô hình chức năng và mô

hình giao thức của BICC.

(i) Mô hình chức năng

Trên quan điểm về mô hình mạng BICC, các nút mạng đƣợc phân chia thành hai

loại chính. Loại thứ nhất, nút dịch vụ (SN), là nút có bao gồm cả chức năng điều

khiển cuộc gọi (CSF) và chức năng điều khiển kênh mang (BCF). Loại thứ hai, nút

dàn xếp cuộc gọi (CMN) là các nút chỉ có chức năng của CSS mà không bao gồm

chức năng của BCF. Hình 2.23 và 2.24 tƣơng ứng là hai mô hình chức năng của hai

loại nút mạng này.

ISN ISNGSN

BICC

IWU

ISUP - BICC

I/W

IWU

BICC

IWU IWU

new network

IWU

BICC

BRN

(Sw)

BRN

(Sw)

BRN

(Sw)

new network

GSNTSN

PTIT

78

Trong nút SN, các thực thể thực hiện chức năng dịch vụ cuộc gọi (CSF) và chức

năng điều khiển kênh mang (BCF) có thể xây dựng tách biết. Báo hiệu điều khiển

kênh mang cuộc gọi CBC đƣợc quy định trong ITU-T Q.1950.

Thủ tục báo hiệu

đầu vào

Thủ tục báo hiệu

đầu ra

Chức năng dịch vụ cuộc gọi(CSF)

Báo hiệu điều khiển kênh mang cuộc

gọi(CBC)

Nút dịch vụ (SN)

BCF

BIWF Báo hiệu điều khiển kênh mangBáo hiệu điều khiển kênh mang

Báo hiệu

điều khiển

cuộc gọi

Báo hiệu

điều khiển

cuộc gọi

Kênh mang

Hình 2.23: Cấu trúc chức năng nút dịch vụ

Việc liên lạc giữa các SN để điều khiển kênh mang đƣợc thực hiện bởi giao thức

báo hiệu điều khiển kênh mang (BCS). Báo hiệu điều khiển kênh mang có thể đƣợc

triển khai trên một phƣơng thức truyền tải tách biệt hoặc có thể đƣợc truyền tải theo

cơ chế đƣờng hầm theo phƣơng năm ngang trong giao thức BICC giữa hai CSF

đồng cấp và theo phƣơng năm dọc giữa CSF và BCF. Giao thức đƣờng hầm điều

khiển kênh mang (BCTP) đƣợc miêu tả trong Q.1990.

Thủ tục báo hiệu

đầu vào

Thủ tục báo hiệu

đầu ra

Chức năng dịch vụ cuộc gọi(CSF)

Nút mediation cuộc gọi(CMN)

BCF

BIWF Báo hiệu điều khiển kênh mangBáo hiệu điều khiển kênh mang

Báo hiệu

điều khiển

cuộc gọi

Kênh mang

Báo hiệu

điều khiển

cuộc gọi

Hình 2.24: Cấu trúc chức năng nút dàn xếp dịch vụ

Cả SN và CMN đƣợc mô hình hóa kỹ bằng thuật “Half Call”. Mọi kịch bản xử lý

cuộc gọi đƣợc chia thành một thủ tục báo hiệu đầu vào và một thủ tục báo hiệu đầu

ra trong phạm vi của Q.1902, ít nhất một trong hai thủ tục này là BICC.

PTIT

79

(ii) Mô hình chức năng

Hình 2.25 chỉ ra mô hình giao thức của BICC chứa các phần tử chức năng trong

hình 2.23 và 2.24 bao gồm:

o Khối các chu trình BICC bao gồm các chức năng của thành phần CSF trong

mô hình chức năng.

o Các chức năng giao thức của thành phần BCF của mô hình chức năng đƣợc

phân tán giữa các khối chức năng ánh xạ và điều khiển vật mang. Các chức

năng khác đƣợc chứa trong thành phần BCF.

o Vị trí mô tả BICC để cập tới các sự kiện báo hiệu vật mang thu nhận/gửi từ/đi

BCF, nó liên quan tới sự sử dụng giao diện chung cho khối chức năng ánh xạ

trong hình 2.25.

Giao thức BICC

Signalling Transport

Converter

Mapping

Function

Điều khiển kênh

mang

Signalling Transport

Layers

Giao thức điều

khiển kênh

mang

Giao thức

điều khiển

cuộc gọi

Transport

Specific interface

Bearer

Specific interface

Giao diện

chung

Giao diện

chung

Hình 2.25: Mô hình giao thức của BICCC

o Vị trí mô tả BICC liên quan tới các bản tin BICC đang gửi/nhận liên quan tới

sử dụng giao diện chung cho khối chuyển đổi truyền dẫn báo hiệu, xem ITU-

T Q.2150.0.

2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Nôi dung chƣơng 2 đƣa ra các vấn đề báo hiệu trong mạng cố định theo hƣớng

tiếp cận máy chủ cuộc gọi tiến tới mạng thế hệ kế tiếp. Hệ thống báo hiệu số 7 trong

PTIT

80

mạng điện thoại công cộng truyền thống là thành phần then chốt chung cho cả mạng

di động công cộng mặt đất. Sự hội tụ mạng IP và mạng PSTN đã đƣợc ITU đƣa ra

cấu trúc hệ thống báo hiệu và điều khiển mới bao gồm các giao thức trong chồng

giao thức H.323 và các giao thức phụ trợ. Trong chƣơng cũng đã khái quát giao

thức báo hiệu kết nối sử dụng phổ biến hiện nay không chỉ cho xu hƣớng hội tụ

mạng internet và PSTN mà còn với các mạng di động thế hệ sau (SIP). Các giao

thức điều khiển cổng kết nối và báo hiệu điều khiển ngang cấp giữa các thành phần

điều khiển mạng cũng đƣợc trình bày dƣới khía cạnh kiến trúc chức năng, bản tin và

mô hình hoạt động.

Các nội dung ôn tập chính trong chương

- Kiến trúc mạng hội tụ tiến tới mạng thế hệ kế tiếp;

- Kiến trúc chức năng và hoạt động của hệ thống báo hiệu số 7;

- Kiến trúc chức năng, các giao thức báo hiệu trong H.323;

- Đặc điểm hoạt động của giao thức khởi tạo phiên SIP;

- Kiến trúc và hoạt động của giao thức điều khiển cổng đa phƣơng tiện.

PTIT

81

CHƯƠNG 3: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG

Tóm tắt: Nội dung của chương tập trung vào các mô hình báo hiệu trong mạng

thông tin di động bao gồm các mạng di động thế hệ hai và thế hệ ba. Các thủ tục

báo hiệu được phân chia thành các vùng mạng truy nhập vô tuyến và vùng mạng lõi

cùng với các kết nối báo hiệu tới các hạ tầng mạng khác.

3.1 BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO

3.1.1 Các thế hệ phát triển mạng di động tế bào

Từ cuối những năm 1970, với sự ra đời của các công nghệ, các mạng vô tuyến di

động tế bào đã đƣợc phát triển rất nhanh chóng. Thập kỷ 1980 chứng kiến sự ra đời

của một số hệ thống vô tuyến tế bào tƣơng tự, thƣờng đƣợc gọi là các mạng vô

tuyến di động mặt đất công cộng PLMR (Public Land Mobile Radio). Các hệ thống

loại này đƣợc gọi là hệ thống vô tuyến di động tế bào thế hệ thứ nhất 1G (1st

Generation), tiêu biểu là Hệ thống các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AMPS

(Advanced Mobile Phone Service) của Mỹ công tác trên dải tần 800 MHz và Hệ

thống điện thoại di động Bắc Âu NMT 450 (Nordic Mobile Telephony) công tác

trên dải tần 450 MHz, rồi sau đó trên cả dải 900 MHz (NMT 900). Làm việc ở dải

UHF, các mạng này cho thấy một sự thay đổi vƣợt bậc về độ phức tạp của các hệ

thống thông tin liên lạc dân sự. Chúng cho phép những ngƣời sử dụng có đƣợc các

cuộc đàm thoại trong khi di động với nhau hay với bất kỳ đối tƣợng nào có nối tới

các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN hoặc các mạng thông tin số đa

dịch vụ tích hợp ISDN.

Trong những năm 1990 đã có những bƣớc tiến hơn nữa với việc áp dụng các hệ

thống thông tin di động tế bào số (digital cellular system). Các hệ thống mới này

đƣợc gọi là các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ hai 2G (2nd Generation), tiêu

biểu là Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile

communications) của Châu Âu công tác trên dải tần 900 MHz và 1800 MHz, các hệ

PTIT

82

thống của Mỹ IS-136 làm việc trên hai dải 800 MHz và 1900 MHz hay IS-95 công

tác trên dải 800 MHz và các hệ thống viễn thông không dây số (digital cordless

telecommunication system) nhƣ Hệ thống viễn thông không dây số của Châu Âu

DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Trong số các hệ thống 2G

kể trên, hệ thống GSM đƣợc xem là hệ thống thành công nhất. Ngoài các dịch vụ

điện thoại truyền thống, các hệ thống vô tuyến di động số thế hệ thứ hai cung cấp

một mảng các dịch vụ mới khác nhƣ thƣ thoại (voice-mail), truyền số liệu tốc độ

thấp, truyền fax, các tin ngắn (short message)...

Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chủ yếu vẫn nhắm vào phục vụ

dịch vụ thoại. Dịch vụ số liệu mà chúng đáp ứng đƣợc chủ yếu là dịch vụ truyền số

liệu chuyển mạch kênh tốc độ thấp (dƣới 10 kb/s), không đáp ứng đƣợc các nhu cầu

truyền số liệu ngày càng tăng. Chính sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu đối với

các dịch vụ dữ liệu, nhất là đối với Internet, đã thúc đẩy mạnh mẽ công nghiệp vô

tuyến và là động lực chính đối với sự phát triển các hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ ba 3G (3rd Generation) đa dịch vụ. Các nỗ lực phát triển thông tin di động

3G đƣợc phát động trƣớc tiên tại Châu Âu. Vào năm 1988, dự án RACE 1043 đã

đƣợc hình thành với mục đích ấn định công nghệ và dịch vụ cho hệ thống 3G gọi là

Hệ thống viễn thông di động vạn năng (UMTS: Universal Mobile

Telecommunications System). Song song với dự án RACE 1043, Liên minh viễn

thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) cũng thành lập ban

TG8/1, ban đầu đặt dƣới sự bảo trợ của CCIR (Uỷ ban tƣ vấn quốc tế về vô tuyến),

nhằm phối hợp hoạt động nghiên cứu phát triển hệ thống 3G với tên gọi Hệ thống

viễn thông di động mặt đất công cộng tƣơng lai (FPLMTS: Future Public Land

Mobile Telecommunications System), mục đích ban đầu là xây dựng một tiêu chuẩn

3G chung cho toàn thế giới. Sau này TG8/1 đã bỏ tên gọi FPLMTS, thay bằng Viễn

thông di động quốc tế cho năm 2000 (IMT-2000: International Mobile

Telecommunications-2000) và chấp nhận một họ các tiêu chuẩn cho 3G. Dự án

IMT-2000 đã xây dựng các yêu cầu chung nhất cho các hệ thống thông tin di động

PTIT

83

3G nhằm phục vụ nhiều loại hình dịch vụ, với tốc độ tối đa lên tới 2 Mb/s. Các yêu

cầu cơ bản đối với các hệ thống thông tin di động 3G, một cách vắn tắt, bao gồm:

+ Có khả năng truyền thông đa phƣơng tiện với các tốc độ: a) 384 kb/s (đi bộ) và

144 kb/s (trên xe) đối với môi trƣờng ngoài trời (out-door) có vùng phủ sóng tƣơng

đối rộng; b) tới 2 Mb/s đối với môi trƣờng trong nhà (in-door) có vùng phủ sóng

hẹp;

+ Có khả năng cung cấp đa dịch vụ nhƣ thoại, hội nghị truyền hình (video

conferencing), dữ liệu gói. Hỗ trợ cả các dịch vụ chuyển mạch kênh lẫn chuyển

mạch gói và truyền dữ liệu không đối xứng (tốc độ bít cao trên đƣờng xuống và tốc

độ bít thấp trên đƣờng lên);

+ Có khả năng lƣu động và chuyển vùng quốc gia lẫn quốc tế;

+ Có khả năng tƣơng thích, cùng tồn tại và liên kết với vệ tinh viễn thông;

+ Cơ cấu tính cƣớc theo dung lƣợng truyền chứ không theo thời gian kết nối;

Đã có tới mƣời sáu đề xuất tiêu chuẩn cho các hệ thống 3G, trong đó mƣời cho

các mạng 3G mặt đất và sáu cho các hệ thống di động vệ tinh MSS (Mobile Satellite

Systems). Đa số các đề xuất đều ủng hộ chọn CDMA (Code Division Multiple

Access-Đa truy nhập theo mã) làm phƣơng thức đa truy nhập và ITU chấp thuận các

tiêu chuẩn trong IMT-2000 sẽ bao gồm năm công nghệ sau:

+ IMT DS (Direct Sequence): Công nghệ này đƣợc gọi rộng rãi là UTRA FDD

và W-CDMA, trong đó UTRA là Truy nhập vô tuyến mặt đất cho UMTS (UMTS

Terrestrial Radio Access), FDD là song công phân chia theo tần số (Frequency

Division Duplex), còn W trong W-CDMA là băng rộng (Wideband);

+ IMT MC (MultiCarrier): Hệ thống này (còn đƣợc gọi là cdma2000) là phiên

bản 3G của IS-95 (nay đƣợc gọi là cdmaOne), sử dụng đa sóng mang;

+ IMT TC (Time Code): Đây là UTRA TDD, tức là kiểu UTRA sử dụng song

công phân chia theo thời gian (Time Division Duplex);

PTIT

84

+ IMT SC (Single Carrier): IMT đơn sóng mang, nguyên thuỷ là một dạng của

GSM pha 2+ gọi là EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution);

+ IMT FT (Frequency Time): IMT tần số-thời gian, là hệ thống viễn thông không

dây tăng cƣờng DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunications).

Hiện nay, ITU thực hiện việc phân loại các mạng di động quốc tế thành 3 loại hệ

thống gồm: các hệ thống IMT-2000 là các hệ thống 3G (UMTS, CDMA2000); hệ

thống enhanced IMT-2000 (thế hệ sau 3G) và IMT-Advance là hệ thống 4G. Để

tiến tới 4G, LTE đƣợc coi là con đƣờng chính hiện nay cho sự phát triển công nghệ

và đƣợc phát triển bởi 3GPP.

Hình 3.1: Lộ trình phát triển các thế hệ mạng di động

3GPP-LTE là công nghệ hƣớng tới hệ thống di động tốc độ cao và tích hợp với

các chuẩn ứng dụng dịch vụ khác. Do đó, ngƣời dùng có thể dễ dàng thực hiện cuộc

gọi hoặc truyền dữ liệu giữa LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS trên nền

WCDMA. 3GPP-LTE hỗ trợ cơ chế cấp phát phổ tần linh động và các dịch vụ đa

phƣơng tiện tốc độ cao khi thiết bị di chuyển.

PTIT

85

3.1.2 Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM

Kiến trúc hệ thống GSM đƣợc chia làm 3 phần: phân hệ trạm gốc BSS, phân hệ

chuyển mạch và mạng NSS, phân hệ vận hành và bảo dƣỡng OSS. Mỗi phân hệ có

các nhiệm vụ riêng và đƣợc cấu trúc bởi các thực thể chức năng. BSS gồm có bộ

thu phát gốc BTS và bộ điều khiển trạm gốc BSC. BSS cung cấp và quản trị tuyến

thông tin giữa thuê bao di động MS và NSS. NSS là bộ não của toàn bộ mạng GSM,

nó bao gồm trung tâm chuyển mạch cho di động MSC và 4 nút mạng thông minh là

đăng ký thuê bao nhà HLR, đăng ký thuê bao khách VLR, đăng ký nhận dạng thiết

bị EIR và trung tâm nhận thực AuC. OSS cung cấp phƣơng tiện để các nhà cung

cấp dịch vụ có thể điều khiển và quản trị mạng. Nó gồm các trung tâm vận hành và

bảo dƣỡng OMC làm nhiệm vụ khai thác, quản lý, bảo dƣỡng.

Hình 3.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống GSM

Nguyên thủy thì phân hệ OSS thuộc quyền sở hữu của mạng và không liên quan

đến báo hiệu. Còn đứng về mặt thuật ngữ của lớp vật lý thì môi trƣờng không khí

trên giao diện MS-BTS để truyền dẫn sóng vô tuyến và dùng LAP-D là giao thức

lớp 2. MSC không kết nối trực tiếp với BTS mà thông qua BSC, đƣợc coi nhƣ là

giao diện giữa phần vô tuyến và phần chuyển mạch. Kết nối giữa BTS và BSC

PTIT

86

thông qua giao diện A–bis. Giao diện A-bis là đƣờng liên kết số 64 kbps, sử dụng 3

giao thức để truyền tải thông tin báo hiệu đến MSC:

o Thủ tục truy nhập đƣờng trên kênh D (LAPD)

o Quản trị trạm thu phát gốc (BTSM)

o Bảo dƣỡng và vận hành A-bis (ABOM)

o Phần ứng dụng truyền tải trực tiếp (DTAP)

Giao thức LAPD đƣợc dùng nhƣ giao thức lớp 2, cung cấp khả năng trao đổi

thông tin cần thiết từ nút - nút để gửi các gói tin qua mạng. Giao thức BTSM dùng

để quản lý các thiết bị vô tuyến của trạm gốc và giao diện giữa trạm gốc với MSC.

Dữ liệu và các thông tin báo hiệu khác đƣợc gửi từ trạm gốc thông qua một giao

thức của SS7 - phần DTAP.

Hình 3.3: Phân lớp chức năng của SS7 trong mạng GSM

Các giao thức SS7 đƣợc sử dụng trong mạng di động để cung cấp thông tin báo

hiệu cho việc thiết lập và giải phóng các kết nối cũng nhƣ chia sẻ những thông tin

trong cơ sở dữ liệu cho các thực thể của mạng. Ngăn xếp của SS7 sử dụng cho

mạng di động đƣợc thể hiện trên hình 3.3.

MSC kết nối với mạng cố định thông qua giao thức ISUP hoặc TUP. Cùng với

MTP và SCCP, còn có thêm một số các giao thức khác để MSC giao tiếp với các

thực thể khác trong hệ thống GSM. Đó là các giao thức:

o Phần ứng dụng di động MAP

PTIT

87

o Phần ứng dụng di động phân hệ trạm gốc BSSMAP

o Phần ứng dụng truyền tải trực tiếp DTAP

o Phần ứng dụng khả năng phiên dịch TCAP

Trên giao diện A giữa phân hệ BSS và MSC sử dụng phần ứng dụng hệ thống

trạm gốc BSSAP. BSSAP có thể đƣợc chia thành phần ứng dụng quản trị hệ thống

trạm gốc BSSMAP và phần ứng dụng truyền tải trực tiếp DTAP.

BSSAP đƣợc sử dụng để trao đổi các bản tin giữa BSC và MSC mà BSC thực sự

phải xử lý ví dụ nhƣ bản tin quản trị tài nguyên vô tuyến RR. Còn DTAP bao gồm

những bản tin mà phân hệ NSS và máy di động MS trao đổi với nhau. Những bản

tin này (ví dụ bản tin quản trị kết nối CM, bản tin quản trị di động MM) là trong

suốt đối với BSC. BSC chỉ làm chức năng chuyển tiếp bản tin mà không xử lý nó.

Phần ứng dụng di động MAP là giao thức của SS7 hỗ trợ cho mạng di động. Nó

định nghĩa những hoạt động giữa các thành phần mạng nhƣ MSC, HLR, VLR, EIR

và mạng cố định. Các lớp truyền tải, phiên và trình diễn không sử dụng trong SS7,

các chức năng này đƣợc nhóm trong lớp ứng dụng sử dụng ISUP và TUP. Các giao

thức MAP đƣợc thiết kế là MAP/B và MAP/H tuỳ thuộc vào chức năng của giao

tiếp. Các giao diện và giao thức của GSM đƣợc trình bày trong bảng 3.1 và hình

dƣới đây.

Bảng 3.1: Các giao diện và giao thức cơ bản của hệ thống GSM

Giao diện Liên kết Mô tả

Um MS-BSS Giao tiếp môi trƣờng đƣợc sử dụng để trao đổi

thông tin giữa MS-BSS. LAPDm là thủ tục sửa đổi từ

LAPD d cho báo hiệu.

Abis BSC-BTS Giao diện nội bộ của BSS sử dụng liên kết giữa

BSC và BTS. Abis cho phép điều khiển thiết bị vô

tuyến và chỉ định tần số trong BTS.

A BSS-MSC Quản lý nguồn tài nguyên và tính di động của MS.

B MSC-VRL Xử lý báo hiệu giữa MSC và VRL. Giao tiếp B sử

PTIT

88

dụng giao thức MAP/B.

C GMSC-

HRL

SMSG-

HRL

Sử dụng để điều khiển các cuộc gọi từ trong vùng

GSM ra ngoài và ngƣợc lại. Giao thức MAP/C sử

dụng cho thông tin định tuyến và tính cƣớc qua các

gateway.

D HRL-VRL Giao thức MAP/D sử dụng để trao đổi dữ liệu liên

quan tới vị trí của MS và các số liệu phụ của thuê

bao.

E MSC-MSC Giao thức MAP/E sử dụng để trao đổi thông tin

chuyển vùng giữa các MSC.

F MSC-EIR Giao thức MAP/F sử dụng để xác nhận trạng thái

IMEI của MS.

G VRL-VRL Giao thức MAP/G sử dụng để chuyển các thông

tin thuê bao trong các thủ tục cập nhật vị trí vùng.

H MSC-

SMSG

Giao thức MAP/H hỗ trợ truyền bản tin nhắn tin

ngắn SMS.

I MSC-MS Giao diện I là giao diện giữa MSC và MS. Các bản

tin trao đổi qua giao diện I qua BSS là trong suốt.

Hình 3.4: Vị trí các giao diện trong hệ thống GSM

PTIT

89

Các hoạt động điều hành của MAP có thể chia thành 5 phần chính nhƣ sau: quản

lý di động; vận hành và bảo dƣỡng; xử lý cuộc gọi; hỗ trợ dịch vụ bổ sung; dịch vụ

bản tin ngắn SMS.

Quản lý di động

Các tác vụ quản lý di động gồm một số các nội dung sau: Quản lý vị trí, tìm kiếm

vị trí của MS, quản lý truy nhập, chuyển giao vùng, quản lý nhận thực, quản lý bảo

mật, quản lý IMEI, quản lý thuê bao, nhận dạng thuê bao và khôi phục lỗi.

Để hạn chế các thông tin trao đổi giữa HRL, các HRL chỉ chứa các thông tin về

MSC/VRL quản lý thuê bao hiện thời. Việc quản lý vị trí gồm một số tác vụ nhƣ:

Cập nhật vùng, loại bỏ vùng, gửi nhận dạng, xác định MS.

Chuyển vùng giữa các MSC đƣợc thực hiện bởi một chuỗi các thủ tục báo hiệu

gồm: Chuẩn bị chuyển vùng, gửi tín hiệu tới kết cuối, xử lý báo hiệu truy nhập,

chuyển báo hiệu truy nhập và chuyển vùng. Các thủ tục cơ bản đƣợc thể hiện qua ví

dụ trên hình 3.5 dƣới đây. Các thủ tục đƣợc thực hiện qua giao thức MAP/E, cập

nhật vị trí mới của MS đƣợc thực hiện qua MAP/D không thể hiện trong hình vẽ.

Hình 3.5: Các thủ tục chuyển vùng qua MAP/E

PTIT

90

Vận hành và bảo dưỡng

Vận hành và bảo dƣỡng đƣợc chia thành hai vùng chính: Giám sát thuê bao và

nhiệm vụ hỗn hợp. Giám sát thuê bao gồm hai trạng thái kích hoạt và không kích

hoạt, trạng thái kích hoạt giám sát thuê bao đƣợc khởi tạo từ HRL yêu cầu VRL

kiểm tra trạng thái của thuê bao và gửi về MSC để giám sát MS. Nhiệm vụ hỗn hợp

sử dụng trong mạng GSM hiện nay chỉ thực hiện nhiệm vụ trao đổi thông tin về

thuê bao giữa HRL và VRL.

Xử lý cuộc gọi

Các thủ tục xử lý cuộc gọi chủ yếu dựa trên các thông tin định tuyến, khi các

thuê bao tìm kiếm và xác nhận các địa chỉ MSC đích, các thủ tục do MAP không

còn cần thiết. Riêng việc xử lý cuộc gọi qua gateway của trung tâm chuyển mạch di

động GMSC thì vẫn phải sử dụng các giao thức MAP/C.

Hình 3.6: Các điều hành của MAP trong trường hợp cuộc gọi từ mạng PSTN

Trong trƣờng hợp một thuê bao từ mạng cố định PSTN gọi sang mạng di động,

các bản tin khởi tạo ISUP IAM đƣợc gửi tới gateway chứa thông tin số bị gọi. Dựa

trên các con số này, mạng PSTN định tuyến cuộc gọi tới GMSC thích hợp. GMSC

chứa nhận dạng thuê bao di động trong cơ sở dữ liệu sẽ sử dụng điều hành MAP tới

HRL để tim kiếm MS. Nếu thuê bao đang trong trạng thái chuyển vùng, các thông

tin trao đổi giữa HRL và VRL đƣợc thực thi để đảm bảo quá trình định tuyến thành

PTIT

91

công. Hình vẽ 3.6 chỉ ra thủ tục của MAP trong trƣờng hợp cuộc gọi từ mạng

PSTN.

Hỗ trợ dịch vụ bổ sung

Các dịch vụ bổ sung đƣợc thực thi qua các điều hành MAP gồm có một số tác vụ

nhƣ: Đăng ký dịch vụ bổ sung, xoá dịch vụ bổ sung, kích hoạt dịch vụ bổ sung, huỷ

bỏ kích hoạt dịch vụ bổ sung, liên kết điều hành dịch vụ bổ sung, đăng ký mật khẩu

và lấy mật khẩu.

Dịch vụ bản tin ngắn SMS

Dịch vụ bản tin ngắn SMS là một trong các dịch vụ cơ bản của hệ thống di động

GSM, các điều hành dịch vụ bản tin ngắn SMS gồm có một số tác vụ: Chuyển bản

tin ngắn, gửi thông tin định tuyến cho bản tin ngắn, báo cáo trạng thái bản tin, cảnh

báo từ trung tâm nhắn tin và thông tin của trung tâm dịch vụ. Các thông tin trao đổi

giữa MSC đƣợc thực hiện qua giao thức MAP/E đƣợc chỉ ra trên hình vẽ 3.7 dƣới

đây.

Hình 3.7: Điều hành MAP liên quan tới dịch vụ bản tin ngắn SMS

3.1.3 Mạng thông minh

Mạng thông minh (IN – Intelligent Network) là mạng viễn thông tách rời dịch

vụ, nghĩa là sự thông minh đƣợc lấy ra từ thiết bị chuyển mạch và trong các máy

tính phân bổ trên mạng. Mạng thông minh cung cấp tới ngƣời vận hành mạng

PTIT

92

phƣơng tiện để phát triển và điều khiển các dịch vụ một cách linh hoạt và hiệu quả

hơn. IN cung cấp năng lực mạng thoả mãn nhu cầu thay đổi thƣờng xuyên của

khách hàng, tính thông minh của mạng trở nên phân tán với độ phức tạp ngày càng

tăng nhanh. IN/1 thể hiện mô hình thực hiện dịch vụ ở bên ngoài các hệ thống

chuyển mạch, đặt trong những cơ sở dữ liệu gọi là những điểm điều khiển dịch vụ

(SCP – Service Controll Points). Hai dịch vụ cần đến IN/1 là dịch vụ 800 (hay điện

thoại miễn phí) và xác minh thẻ cuộc gọi (hay dịch vụ thực hiện hóa đơn luân phiên

[ABS]). Để giao tiếp với nguyên tắc thực hiện dịch vụ giá trị gia tăng, phần mềm

phải đƣợc triển khai trong những hệ thống chuyển mạch. Phần mềm hệ thống

chuyển mạch này cho phép thừa nhận hệ thống chuyển mạch khi nó cần thiết để

giao tiếp với một SCP thông qua mạng SS7. Sau khi IN/1 xuất hiện thì các nhà cung

cấp liên tục đƣa ra các dịch vụ mới, nhƣng có 1 điều không đổi đó là : mạng thông

minh IN là mạng viễn thông độc lập dịch vụ. Mạng IN cho phép các hệ thống

chuyển mạch và các hệ thống điều khiển dịch vụ xuất xứ từ các nhà cung cấp khác

nhau làm việc với nhau một cách độc lập và trơn tru. Điều này cung cấp cho các nhà

điều hành mạng các phƣơng tiện để phát triển và điều khiển dịch vụ hiệu quả hơn.

Các dịch vụ mới có thể đƣợc giới thiệu một cách nhanh chóng trong mạng và dễ

dàng đƣợc thiết lập phù hợp với nhu cầu của khách hàng mà không phải thay đổi

cấu trúc của các nút chuyển mạch trong mạng.

Mô hình mang tính khái niệm về mạng thông minh bao gồm 4 mặt phẳng. Mỗi

mặt phẳng tƣợng trƣng cho một quan điểm trừu tƣợng khác nhau về các khả năng

đƣợc mạng cấu trúc theo kiểu IN. Các quan điểm này lần lƣợt nhằm vào các khía

cạnh dịch vụ, tính năng tổng thể, tính năng phân phối và các khía cạnh vật lý của

mạng IN.

Mặt phẳng dịch vụ: Mặt phẳng dịch vụ minh hoạ cho các dịch vụ cung cấp bởi

mạng IN (Chẳng hạn dịch vụ Prepaid, Freephone ,Tevoting…). Một dịch vụ bao

gồm nhiều đặc tính dịch vụ SF (Service Feature) và có thể đƣợc tăng cƣờng vào các

đặc tính dịch vụ khác. SF có 2 loại: lõi dịch vụ và tùy chọn dịch vụ. Một đặc tính

dịch vụ SF là phần tử nhỏ nhất của một dịch vụ mà ngƣời sử dụng dịch vụ có thể

PTIT

93

nhận thức đƣợc. Những SF đóng vai trò trong việc đặc tả và thiết kế các dịch vụ

mới phức tạp hơn, muốn tạo ra một dịch vụ chỉ cần tạo ra SF phần lõi và khi muốn

nâng cấp dịch vụ thì chỉ cần kết hợp thêm các SF tùy chọn. Nhờ vậy mà các dịch vụ

trong mạng IN sẽ đƣợc cung cấp một cách nhanh chóng và đa dạng hơn.

Hình 3.8: Mô hình khái niệm mạng IN

Mặt phẳng chức năng tổng thể GFP (Global Function Plane): GFP tạo ra mô hình

chức năng mạng từ quan điểm tổng thể. Vì vậy mạng có cấu trúc IN đƣợc nhìn nhận

nhƣ là một thực thể đơn trong GFP. Trong mặt phẳng này, dịch vụ và các SF đƣợc

định nghĩa lại về mặt chức năng mạng rộng, những chức năng này không phải là

dịch vụ hay đặc tính dịch vụ riêng biệt nữa mà đƣợc tham chiếu nhƣ là các khối xây

dựng dịch vụ độc lập. Khối xây dựng dịch vụ độc lập xử lý cuộc gọi cơ sở và

chƣơng trình Logic - dịch vụ tổng thể GSL (Global Service Logic). GSL mô tả các

khối xây dựng dịch vụ độc lập kết hợp với nhau nhƣ thế nào đƣợc sử dụng để mô tả

đặc tính dịch vụ SF.

Mặt phẳng chức năng phân phối DFP (Distributed Functional Plane): DFP gồm

các thực thể chức năng FE (Functional Entity). Một chƣơng trình logic dịch vụ

(SLP) trong GFP đƣợc đại diện bởi một nhóm các SIB phân phối tại các FE. Đặc

biệt, mỗi SIB đƣợc thực hiện trong DFP bởi một chuỗi các hoạt động của thực thể

chức năng cụ thể FEA (Functional Entity Action) đƣợc thực hiện trong các FE. Một

PTIT

94

số trong các FEA này tạo ra luồng thông tin giữa các FE; có nghĩa trao đổi bản tin

giữa các FE sẽ thông qua FEA.

Mặt phẳng vật lý: Mặt phẳng vật lý của mô hình mạng thông minh bao gồm các

thực thể vật lý PE khác nhau và sự tƣơng tác giữa chúng. Mỗi PE gồm một hoặc

nhiều FE xác định chức năng trong mạng IN. Có thể đặt một hoặc nhiều thực thể

chức năng FE trong một PE. Ngoài ra một FE không thể đƣợc tách ra giữa hai PE,

một FE đƣợc ánh xạ hoàn toàn trong một PE. Cuối cùng, trƣờng hợp bản sao của

một FE có thể đƣợc ánh xạ đến các PE khác mặc dù không cùng PE.

3.2 BÁO HIỆU TẠI MẠNG TRUY NHẬP

Nhằm tìm hiệu báo hiệu trong mạng thông tin di động hiện nay, mục này sẽ phân

tích các giao diện báo hiệu trong mạng truy nhập của hệ thống UMTS. UMTS là sự

phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM (GSM, GPRS & EDGE), là công nghệ

duy nhất đƣợc các nƣớc châu Âu công nhận cho mạng 3G. GSM và UMTS cũng là

dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trƣờng thông tin di động.

Các thành phần thiết bị chính và các giao diện của UMTS đƣợc chỉ ra trên hình

3.9.

Hình 3.9: Cấu trúc của UMTS

UE (User Equipment): Thiết bị ngƣời sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣời

sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần:

PTIT

95

o Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến đƣợc sử dụng

cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.

o Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông

tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lƣu giữ các

khóa nhận thực và một số thông tin của thuê bao cần thiết.

UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến có

nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm

hai phần tử:

o Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó

cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.

o Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài

nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợc kết nối với nó). RNC còn là điểm

truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.

CN (Core Network): Mạng lõi gồm các thành phần sau.

o HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thƣờng trú lƣu giữ thông

tin chính về lý lịch dịch vụ của ngƣời sử dụng. Các thông tin này bao gồm:

Thông tin về các dịch vụ đƣợc phép, các vùng không đƣợc chuyển mạng và các

thông tin về dịch vụ bổ sung nhƣ: trạng thái chuyển hƣớng cuộc gọi, số lần

chuyển hƣớng cuộc gọi.

o MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là

tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch

kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển

mạch kênh. VLR có chức năng lƣu giữ bản sao về lý lịch ngƣời sử dụng cũng

nhƣ vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.

o GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.

o SGSN (Serving GPRS): Có chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợc sử dụng cho

các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).

PTIT

96

o GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ

phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

Các mạng ngoài: Bao gồm mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói.

o Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.

o Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

Các giao diện vô tuyến: gồm một số giao diện sau.

o Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này

tuân theo một khuôn dạng chung cho các thẻ thông minh.

o Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ

thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.

o Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai

thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.

o Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất

khác nhau.

o Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC.

3.2.1 Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub

Giao diện Iub nằm giữa RNC và một node B. RNC điều khiển node B thông qua

Iub một số tác vụ nhƣ: thỏa thuận tài nguyên vô tuyến, bổ sung hoặc loại bỏ các tế

báo khỏi node B, hỗ trợ các kiểu truyền thông khác nhau và các liên kết điều khiển.

Giao diện Iub cho phép truyền dẫn liên tục chia sẻ giữa giao diện Abis/GSM và

giao diện Iub, tối thiểu số lƣợng tùy chọn có sẵn trong phần chức năng giữa RNC và

node B. Bên cạnh chức năng điều khiển các ô, thêm hoặc loại bỏ các liên kết vô

tuyến trong các ô thuộc quản lý của các node B, Iub hỗ trợ chức năng O&M của

node B. Iub cho phép chuyển mạch giữa các kiểu kênh khác nhau nhằm duy trì kết

nối. Các chức năng chi tiết của Iub nhƣ sau:

PTIT

97

o Tái định vị bộ điều khiển mạng dịch vụ vô tuyến SRNC (Serving Radio

Network Controller): Chuyển chức năng SRNC cũng nhƣ các nguồn tài

nguyên liên quan tới Iu từ một RNC này tới một RNC khác.

o Quản lý kênh mang truy nhập vô tuyến RAB (Radio Access Bearer): bao gồm

thiết lập, quản lý và giải phóng kênh mang truy nhập vô tuyến.

o Yêu cầu giải phóng RAB: gửi yêu cầu giải pháp kênh mang truy nhập vô

tuyến tới mạng lõi CN.

o Giải phóng các tài nguyên kết nối Iu: giải phóng toàn bộ tài nguyên liên quan

tới một kết nối Iu. Gửi yêu cầu giải phóng toàn bộ kết nối Iu tới mạng lõi CN.

o Quản lý các tài nguyên truyền tải Iub: quản lý liên kết Iub, quản lý cấu hình ô,

đo hiệu năng mạng vô tuyến, quản lý sự kiện tài nguyên, quản lý kênh truyền

tải chung, quản lý tài nguyên vô tuyến, sắp xếp cấu hình mạng vô tuyến.

o Quản lý thông tin hệ thống và lƣu lƣợng các kênh chung: Điều khiển chấp

nhận, quản lý công suất, truyền dữ liệu.

o Quản lý lƣu lƣợng của các kênh cố định: Quản lý và giám sát liên kết vô

tuyến, chỉ định và giải tỏa kênh, báo cáo thông tin đo kiểm, quản lý kênh

truyền tải dành riêng, truyền dữ liệu.

o Quản lý lƣu lƣợng các kênh chia sẻ: Chỉ định và giải tỏa kênh, quản lý công

suất, quản lý kênh truyền tải, truyền dữ liệu.

o Quản lý đồng bộ và định thời: Đồng bộ kênh truyền tải, đồng bộ khung, đồng

bộ giữa node B và RNC, đồng bộ giữa các node B.

Để hiểu rõ chức năng xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub, ta xem xét một tiến trình

thực hiện cuộc gọi theo các bƣớc nhƣ sau (hình minh họa 3.10). Các bƣớc tiến hành

xử lý cuộc gọi gồm:

Bƣớc 1: Một yêu cầu kết nối điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio

Resource Controller) đƣợc gửi từ UE tới RNC.

Bƣớc 2: Nguồn tài nguyên vô tuyến cần cung cấp cho quá trình thiết lập một

kênh truyền tải cố định DCH (Dedicated Channel) để mang các kênh điều khiển

PTIT

98

logic dành riêng DCCH (Dedicated Control Channel), các DCCH đƣợc sử dụng để

truyền các bản tin của RRC và NAS (NonAccess Stratum).

Bƣớc 3: Khi DCH và DCCH không khả dụng, các bản tin báo hiệu để thiết lập

kết nối cho RRC đƣợc truyền nhờ RACH (Random Access Channel) hƣớng đi và

FACH (Forward Access Channel) hƣớng về.

Hình 3.10: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub

Bƣớc 4: Thủ tục mã hóa/ nhận thực đƣợc yêu cầu từ mạng đƣợc sử dụng để kiểm

tra lần hai nhận dạng UE và chuyển mã giữa RNC và UE nếu cần.

Bƣớc 5: Thiết lập cuộc gọi thoại bắt đầu bởi bản tin SETUP trong lớp

MM/SM/CC. Bản tin Setup gồm con số thiết bị bị gọi và chuyển tới RNC tới miền

mạng chuyển mạch kênh.

Bƣớc 6: Vùng mạng chuyển mạch kênh định nghĩa QoS cho cuộc gọi thoại. Các

giá trị QoS là các tham số trong kênh mang truy nhập vô tuyến RAB. RAB gán thủ

tục tƣơng thích với thiết lập kênh mang trong mạng SS7. RAB cung cấp một kênh

cho thoại gói giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị chuyển mạch trong vùng mạng

chuyển mạch kênh.

Bƣớc 7: Tái cấu hình liên kết vô tuyến cung cấp nguồn tài nguyên để thiết lập

kênh mang vô tuyến trong bƣớc tiếp theo.

PTIT

99

Bƣớc 8: Bên cạnh việc thỏa thuận tham số trong thủ tục gán RAB, một kênh vô

tuyến mới đƣợc thiết lập để mang các kênh lƣu lƣợng dành riêng DTCH. Nếu sử

dụng mã AMR để mã hóa thoại, ba kênh DTCH đƣợc thiết lập gồm: Lớp A, Lớp B

và Lớp C.

Bƣớc 9: Giải phóng cuộc gọi thoại đƣợc thực hiện ngay sau khi RRC đƣợc giải

phóng nếu không còn dịch vụ nào đƣợc kích hoạt. Cả hai kênh điều khiển và lƣu

lƣợng dành riêng đƣợc giải phóng. Cuối cùng, RNC giải phóng tài nguyên vô tuyến

bị khóa cho cả hai kênh để dành cho các cuộc gọi khác.

3.2.2 Báo hiệu tại giao diện Iur và Iu

Để xem xét các thủ tục báo hiệu liên quan tới giao diện Iur và Iu, ta xem xét

chồng giao thức mạng UMTS dƣới khía cạnh mặt bằng điều khiển nhƣ trên hình

3.11.

Hình 3.11: Kiến trúc giao thức mạng UMTS

Một kiến trúc giao thức mạng UMTS đƣợc chia thành ba lớp: Lớp mạng truyền

tải gồm các giao thức truyền tải và các chức năng để cung cấp nguồn tài nguyên

AAL2 cho phép trao đổi thông tin giữa UTRAN và mạng chuyển mạch kênh; Lớp

mạng vô tuyến gồm các giao thức và chức năng để quản lý giao diện vô tuyến và

truyền thông giữa các thành phần của UTRAN hay giữa UTRAN và UE; Lớp mạng

hệ thống gồm các giao thức truy nhập mạng để truyền thông giữa mạng chuyển

mạch kênh và UE. Mỗi một lớp đƣợc chia thành mặt bằng điều khiển để truyền các

PTIT

100

thông tin báo hiệu và mặt bằng ngƣời dùng để truyền lƣu lƣợng dữ liệu ngƣời sử

dụng.

a, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iur

Giao diện Iur giữa các RNC chỉ ra hai giải pháp trên lớp truyền tải gồm: SCCP

và các bản tin RNSAP chạy trên nền của SSCOP hoặc SCCP trên nền M3UA nếu

lớp truyền tải là lớp IP.

Hình 3.12: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iur

Các giao thức sử dụng trong mặt bằng điều khiển/ dữ liệu của Iur đảm nhiệm các

chức năng sau:

IP: cung cấp các dịch vụ phi kết nối giữa các mạng và gồm các tính năng đánh

địa chỉ, xác lập kiểu dịch vụ, phân mảnh và ghép gói tin và hỗ trợ bảo mật.

SCTP: giao thức truyền dẫn điều khiển luồng SCTP (Sream Control

Transmission Protocol) cung cấp chức năng xác nhận lỗi cho luồng dữ liệu. Các vấn

đề ngắt dữ liệu, tổn thất dữ liệu hay trùng lặp đƣợc xác định bởi số thứ tự và trƣờng

kiểm tra tổng. SCTP cho phép truyền lại nếu phát hiện ra lỗi gây ngắt luồng dữ liệu.

MTP3-B: Phần chuyển bản tin mức 3 dùng cho mạng băng rộng cung cấp nhận

dạng và chuyển các bản tin mức cao, đồng thời cung cấp chức năng định tuyến và

chia tải.

M3UA: Lớp tƣơng thích ngƣời dùng MTP mức 3 tƣơng đƣơng các chức năng

của MTP3. M3UA đƣợc mở rộng để truy nhập tới các dịch vụ MTP3 cho các ứng

dụng điều khiển từ xa dựa trên IP.

PTIT

101

SCCP: Cung cấp dịch vụ truyền bản tin giữa hai điểm báo hiệu bất kỳ trong cùng

một mạng.

RNSAP: Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến RNSAP (Radio Network

Subsystem Application Part) gồm các giao thức truyền thông sử dụng trên giao diện

Iur và sử dụng luật mã hóa gói PER (Packet Encoding Rule).

a, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iu-CS

Chồng giao thức điều khiển/ ngƣời dùng Iu-CS bao gồm một số giao thức.

AMR: Mã hóa đa tốc độ thích ứng AMR (Adaptive Multirate Codec) cung cấp

một miền tốc độ rộng cho dữ liệu và sử dụng cho mã hóa tốc độ thấp cho giao diện

vô tuyến.

TAF: Chức năng tƣơng thích đầu cuối (Terminal Adaptation Function) là giao

thức hỗ trợ biến đổi nhiều kiểu thiết bị đầu cuối khác nhau vào mạng.

RLP: giao thức liên kết vô tuyến (Radio Link Protocol) điều khiển truyền dẫn dữ

liệu giữa mạng GSM và UMTS.

Hình 3.13: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-CS

Vùng chuyển mạch kênh liên quan tới một tập các thực thể xử lý lƣu lƣợng ngƣời

sử dụng cũng nhƣ các báo hiệu liên quan. Tại đây gồm các thành phần MSC,

GMSC, VRL và chức năng liên kết liên mạng IWF tới mạng PSTN.

c, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iu-PS

Vùng chuyển mạch gói gồm các thực thể liên quan tới truyền dẫn gói, SGSN,

GGSN và cổng biên.

PTIT

102

Hình 3.14: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-PS

Lƣu lƣợng IP đƣợc truyền tải trên AAL5 của ATM. Vì vậy không tồn tại lớp

ALCAP trong mặt bằng điều khiển để thiết lập và xóa bỏ các kết nối ảo chuyển

mạch của lớp AAL2.

3.3 THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG MẠNG LÕI

3.3.1 Thiết lập cuộc gọi với ISUP/BICC

Trên giao diện giữa các MSC, ISUP đƣợc sử dụng để thiết lập và giải phóng các

cuộc gọi qua miền mạng chuyển mạch kênh. Một chức năng tƣơng tự trên giao diện

Nc là BICC đƣợc định nghĩa trong 3GPP rel 4. BICC tƣơng thích một phần với

ISUP khi phần lớn các bản tin báo hiệu đều cùng tên nhƣng không thể hoạt động

ngang hàng. Phần khác biệt chính là ISUP sử dụng chỉ một khe thời gian trong

luồng E1 hoặc T1 với tốc độ không đổi (64kbps hoặc 56 kbps). Trong khi BICC có

khả năng cung cấp và điều khiển bất kỳ một mức chất lƣợng dịch vụ nào cho các

kết nối từ đầu cuối tới đầu cuối. Các dịch vụ khả thi cung cấp cho thuê bao 3G trong

Rel 4 có thể đƣa ra từ các kết nối kênh hẹp tới các luồng đa phƣơng tiện thời gian

thực.

Có ít nhất hai giao thức cung cấp dịch vụ truyền tải cho bản tin ISUP và BICC

gồm bản tin SS7 MTP và M3UA. Các địa chỉ đƣợc tìm thấy trong nhãn định tuyến.

Mỗi mạng SS7 trao đổi địa chỉ của nút gửi bằng mã điểm báo hiệu SPC. Nhãn định

tuyến thuộc đơn vị báo hiệu bản tin MTP mức 2 trong trƣờng hợp dựa trên luồng

E1, T1 hoặc nằm một phần trên MTP3-B nếu sử dụng hệ thống truyền tải ATM.

Phía gửi bản tin MSU hoặc MTP3-B đƣợc gọi là mã điểm đi OPC và phía nhận là

PTIT

103

mã điểm đến DPC. Tham số SLS đƣa thông tin về liên kết báo hiệu số 7 sẽ thuộc

nhóm liên kết nào sử dụng để gửi bản tin. Độ dài của SPC phụ thuộc vào cùng địa

lý. Trong trƣờng hớp sử dụng báo hiệu M3UA, địa chỉ IP đƣợc sử dụng để nhận

dạng máy chủ MSC.

Hình 3.15: Tiến trình cuộc gọi ISUP

Một cuộc gọi ví dụ trên hình 3.15 chỉ ra các thủ tục cần thiết cho một cuộc gọi

ISUP thành công. Các bản tin ISUP đƣợc trao đổi giữa hai MSC và đƣợc kết nối bởi

STP với nhiệm vụ duy nhất là định tuyến bản tin báo hiệu. STP không thiết lập hoặc

giải phóng cuộc gọi nhƣng đóng vai trò quan trọng của các dịch vụ mạng thông

minh.

Trên hình 3.15 cho thấy các thủ tục thiết lập cuộc gọi BICC trên giao diện E.

BICC sử dụng dịch vụ truyền tải MTP để trao đổi bản tin báo hiệu qua liên kết

ATM. Dịch vụ mang đƣợc điều khiển bởi BICC là thoại qua ATM sử dụng kênh ảo

chuyển mạch AAL2 trên giao diện E.

Hình 3.16: Các giao thức trên giao diện E

PTIT

104

Để rõ các thủ tục thiết lập và giải phóng một cuộc gọi sử dụng BICC, ta xem xét

các lƣu đồ trên hình 3.17. Mỗi nút mạng đƣợc nhận dạng bởi SPC SS7 là một phần

của nhãn định tuyến MTP. Các bản tin trên giao diện IuCS đƣợc lọc bởi giao thức

SCCP. Trên giao diện E, tất cả các bản tin BICC đều có cùng OPC hoặc DPC tƣơng

ứng với nhãn điện thoại MTP và đƣợc thêm giá trị CIC của BICC nếu cùng một

cuộc gọi. Các bản tin trao đổi giữa NAS và gán RAB đƣợc thực hiện trên IuCS bao

gồm cả chức năng nhận thực và bảo mật (hình 3.18).

Hình 3.17: Lưu đồ cuộc gọi BICC (1/5)

Hình 3.18: Lưu đồ cuộc gọi BICC (2/5)

Nhƣ chỉ ra trên hình 3.19, sau khi thiết lập RAB thành công, bản tin IAM BICC

đƣợc gửi trên giao diện E tới gateway MSC. IAM của BICC chứa mã cuộc gọi hiện

thời CIC=1 (Call Instance Code) để sử dụng cho các bản tin BICC khác trong cùng

PTIT

105

một cuộc gọi. Thêm vào đó, số thuê bao bị gọi có thể tự động bổ sung hoặc bớt số 0

đối với các cuộc gọi quốc tế.

Hình 3.19: Lưu đồ cuộc gọi BICC (3/5)

Số chỉ định vùng là địa chỉ E.164 tạo ra các thông tin nhận dạng địa lý của chủ

gọi. Nhận dạng ngữ cảnh ứng dụng chỉ ra phần tử dịch vụ ứng dụng truyền tải liên

kết kênh mang trên thực thể BICC tại gateway MSC. Phần tử này sẽ đƣợc gán vào

các nguồn tài nguyên cần thiết để thiết lập kênh lƣu lƣợng trên giao diện E. Địa chỉ

IP của MSC đƣợc gửi đi trên bản tin IAM để các mạng truyền tải SS7 liên kết với

các mạng dựa trên nền IP hoặc ATM.

Hình 3.20: Lưu đồ cuộc gọi BICC (4/5)

Sau khi nhận đƣợc IAM, GMSC trả lời bằng một bản tin truyền tải ứng dụng

APM (Application Transport Mechanism) ngƣợc lại tới MSC. Bản tin này chƣa các

PTIT

106

tham số về kênh mang đƣợc thiết lập, giá trị nhận dạng biding nếu kênh mang sử

dụng kênh ảo chuyển mạch AAL2.

Hình 3.21: Lưu đồ cuộc gọi BICC (5/5)

Các bản tin phản ánh hành vi của hai thuê bao A, B cùng chức năng nhƣ trong

cuộc gọi ISUP. Trigger giải phóng cuộc gọi BICC thực hiện giải phóng cả kênh

mang truy nhập vô tuyến RAB và các kênh mang thực hiện bởi RANAP (IuCS) và

các thủ tục ALCAP.

3.3.2 Báo hiệu trên giao diện Gn

Giao diện Gn xác định kết nối giữa các nút hỗ trợ GPRS (GPRS Support

Nodes- GSNs) khác nhau. Chúng có thể là nút hỗ trợ GPRS phục vụ (Serving

GPRS Nodes-SGSNs) nếu chúng có một kết nối tới UTRAN sử dụng giao diện

IuPS và/hoặc kết nối tới GERAN sử dụng giao diện Gb, hoặc nút hỗ trợ GPRS

Gateway (Gateway GPRS Support Nodes-GGSNs) nếu chúng có một kết nối tới

một mạng dữ liệu gói (Packet Data Network-PDN, ở đây là mạng Internet công

cộng) sử dụng giao diện Gi hoặc tới mạng PLMN khác (Public Land Mobile

Network- mạng di động mặt đất công cộng) sử dụng giao diện Gp. Giao diện Gn

cũng sử dụng để kết nối tất cả các SGSNs với nhau.

Trong cả giao diện Gp và Gn giao thức đƣờng hầm GPRS (GPRS Tunneling

Protocol-GTP) đều đƣợc sử dụng. Mạng giao vận phía dƣới mặt bằng điều khiển là

MTP (cho tin nhắn báo hiệu GTP-C) và mặt bằng ngƣời dùng GTP (cho IP payload)

PTIT

107

đƣợc dựa trên IP chạy trên Ethernet hoặc liên kết ATM. Để cung cấp một dịch vụ

giao vận nhanh giữa các thực thể GTP ngang hàng, giao thức UDP đƣợc sử dụng.

TCP với mức độ tin cậy cao hơn UDP đƣợc định nghĩa trong các tài liệu tiêu chuẩn

nhƣ mọt sự thay thế, nhƣng không đƣợc sử dụng bởi ngƣời điều hành mạng và các

nhà sản xuất vì nó sẽ làm giảm thông lƣợng dữ liệu trong miền PS.

Hình 3.22: Giao diện Gn cho đường hầm IP

Nhƣ trong hình 3.22, mục đích chính của giao diện Gn là đóng gói và tạo đƣờng

hầm cho các gói tin IP. Tạo đƣờng hầm dữ liệu nghĩa là dẫn dữ liệu một cách thông

suốt qua mạng lõi. Giữa các GSNs, một đƣờng hầm GTP-U (GTP User Plane) đƣợc

tạo cho mỗi ngữ cảnh PDP của một ngƣời đăng ký GPRS. Qua đƣờng hầm này, tất

cả các gói tin IP trong đƣờng lên và đƣờng xuống đƣợc dẫn trực tiếp. Một tập các

tin nhắn báo hiệu GTP đƣợc sử dụng để tạo, điều chỉnh và xoá đƣờng hầm. Những

tin nhắn GTP-C này đƣợc trao đổi bằng một đƣờng hầm độc lập giữa các GSNs.

Các thông số của đƣờng hầm nhƣ tốc độ thông lƣợng,… đƣợc xác định trực tiếp từ

thoả thuận về chất lƣợng dịch vụ QoS trong PDP context. Vì lớp giao vận IP mang

các gói tin dữ liệu GTP, bao gồm dữ liệu mặt bằng ngƣời sử dụng IP nên việc đóng

gói IP-trong-IP có thể đƣợc theo dõi trên giao diện Gn do địa chỉ của lớp IP thấp

hơn lớp giao vận thuộc SGSN và GGSN và chỉ liên quan tới giao diện Gn. Địa chỉ

IP trong các gói tin IP đƣờng hầm (đƣợc vận chuyển bởi GTP T-PDU) là địa chỉ IP

của ngƣời đăng ký GPRS và máy chủ IP (IP Server).

Kiến trúc của GTP gồm có ba mặt bằng: mặt bằng điều khiển (GTP-C); mặt bằng

ngƣời sử dụng (GTP-U) và GTP tính cƣớc.

PTIT

108

Hình 3.23 cho thấy những chức năng này có thể tìm thấy ở giữa những nút nào

của kiến trúc mạng.

Hình 3.23: Các chức năng của GTP trong UMTS

GTP-C quản lý thiết lập và giải phóng các đƣờng hầm ngƣời dùng cụ thể giữa các

GSNs để trao đổi thông tin báo hiệu GTP. Sau đó, nó đƣợc sử dụng để tạo, sửa đổi

và xoá các đƣờng hầm mặt bằng ngƣời dùng giữa các GSNs. Nhiệm vụ thứ ba của

GTP-C là hỗ trợ, quản lý di động và quản lý chỉ định vùng tuỳ chọn.

GTP-U đƣợc dùng để truyền tải các gói tin IP đến và đi từ mạng chuyển mạch gói

giống nhƣ Internet. Nó đƣợc sử dụng trong cả giao diện IuPS và giao diện Gn. Tuy

nhiên, các đƣờng hầm trên giao diện IuPS đƣợc điều khiển bởi báo hiệu RANAP.

GTP’ đƣợc dùng giữa GSNs và chức năng cổng tính cƣớc (CGF) để truyền các bản

tin chi tiết cƣớc.

3.3.3 Báo hiệu xử lý chuyển vùng

Báo hiệu xử lý chuyển vùng cho UMTS gồm hai kiểu chính: chuyển giao giữa

các MSC trong cùng mạng 3G và chuyển giao giữa mạng 2G-3G. Mục này tập

trung vào các nội dung liên quan tới báo hiệu chuyển vùng trong nội mạng 3G. Nhƣ

đã biết, giao thức ứng dụng di động MAP không chỉ sử dụng cho truyền thông giữa

các cơ sở dữ liệu mà còn điều hành thông tin trao đổi giữa các MSC cũng nhƣ hỗ

trợ chức năng truyền tải cho các giao thức truy nhập mạng vô tuyến RAN lớp 3

khác nhau. MAP có thể mang các bản tin RANAP đƣợc trao đổi giữa các RNC kết

nối tới các MSC khác nhau. Khi RANAP hỗ trợ một phần chức năng truyền tải cho

giao thức RRC, các bản tin RANAP mang thông tin RRC MSC trên giao diện E

PTIT

109

trong vùng mạng 3G, đƣợc nhúng trong các hoạt động của MAP. Các RNC của

cùng một UTRAN có thể kết nối qua giao diện Iur nhƣng không có giao diện Iur

cho các RNC khác UTRAN.

Hình 3.23 chỉ ra hai UTRAN khác nhau kết nối qua giao diện E của vùng CS và

giao diện Gn của vùng PS. Nếu có một tình huống chuyển vùng của một UE thuộc

hai UTRAN, CRNC của các ô này cần thông tin tới các CRNC khác để đảm bảo

chuyển giao không gây lỗi.

Hình 3.24: Các giao diện UMTS giữa hai UTRAN

Vấn đề trao đổi thông tin giữa UE và mạng đƣợc bắt đầu bằng việc thiết lập một

kết nối RRC. RNC1 điều khiển kết nối RRC này và kết cuối trên các giao diện Iu

đƣợc gọi là RNC phục vụ (SRNC). Nếu UE di chuyển, nó cần liên hệ với một ô của

một RNC khác. Hai RNC này thuộc cùng một UTRAN và kết nối với nhau qua giao

diện Iur. Nếu hai ô hoạt động trên cùng tần số thì chuyển giao mềm có thể diễn ra.

Nếu UE mất liên hệ với các ô đƣợc điều khiển bởi RNC ban đầu thì chỉ còn RNC

phía sau cung cấp tài nguyên vô tuyến cho kết nối. Tuy nhiên nếu UE tiếp tục di

chuyển khi cuộc gọi vẫn đang đƣợc hoạt hóa thì có thể có một ô của một Node B

khác còn tốt hơn. Điều này dẫn tới việc chuyển giao cứng giữa RNC thứ 2 và RNC

mới thứ 3 này. Trong trƣờng hợp chuyển vùng cứng các tham số của kết nối RRC

PTIT

110

đƣợc chuyển tiếp đến SRNC mới và kết nối giữa các RNC đƣợc thực hiện thông

qua giao diện E của miền lõi CS. Các bƣớc xử lý chuyển vùng nội mạng 3G đƣợc

tóm tắt theo các bƣớc sau:

Bước 1: Thủ tục chuyển giao nội 3G-MSC đƣợc khởi phát bởi báo cáo đo RRC khi

một thiết bị mới hoạt động cùng tần số với một thiết bị cũ. (hình 3.25).

Bước 2: Khi SRNC (RNC 1) nhận đƣợc bản tin báo cáo RRC, quyết định thực hiện

chuyển giao sang RNC 2. Khi không tồn tại giao thức Iur giữa các RNC, thủ tục

chuyển giao buộc phải là chuyển giao cứng cùng với tái chỉ định lại SRNS tại cùng

thời điểm. Tiến trình này đƣợc xử lý bởi SRNC cũ, là thành phần gửi bản tin yêu

cầu tái định vị RANAP tới MSC của nó.

Bước 3: Dựa trên bảng định tuyến của MSC phục vụ, RNC 2 đƣợc xác định có kết

nối tới một MSC khác nhƣ trên hình 3.24. Vì vậy, MSC cần gửi bản tin yêu cầu tái

định vị RANAP tới MSC khác tới RNC 2. Do kênh lƣu lƣợng của cuộc gọi cần

chuyển tới MSC mới, MSC phục vụ gửi bản tin chuẩn bị chuyển vùng MAP chứa

RANAP tới MSC mới.

Hình 3.25: Chuyển giao nội 3G-MSC

Bước 4: MSC mới chuyển bản tin yêu cầu tại định vị RANAP tới RNC 2.

PTIT

111

Bước 5: RNC 2 chỉ định tất cả các nguồn tài nguyên vô tuyến để chuẩn bị cho kết

nối UE. Đặc biệt, các chức năng lập lịch và điều khiển quản trị đƣợc kiểm tra và

tính toán tƣơng thích với các tập tham số của RNC 1. Tùy thuộc vào kết quả tính

toán mà chuyển giao có đƣợc thực hiện hay không qua bản tin RRC đƣợc gửi đi từ

RNC 2. Nếu yêu cầu QoS thay đổi, bản tin tái cấu hình kênh mang vô tuyến đƣợc

gửi đi, trên ví dụ cho thấy bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợc gửi.

Bước 6: RNC 2 gửi bản tin xác nhận tái định vị RANAP tới RNC 2 để đáp lại bản

tin tái cấu hình kênh vật lý RRC.

Bước 7: Trả lời bản tin tiền chuyển giao MAP đƣợc gửi bởi MSC mới tới MSC

phục vụ cũ. Bản tin này chứa xác nhận tái định vị RANAP gồm thông tin tái cấu

hình kênh vật lý RRC.

Bước 8: MSC cũ gửi lệnh tái định vị RANAP tới RNC 1. Khi đó bản tin tái cấu hình

kênh vật lý đƣợc đƣa ra bởi RNC 2 nhúng trong bản tin này một lần nữa. bản tin

lệnh tái định vị ra lệnh cho RNC 1 kết thúc các luật hiện áp dụng cho kết nối.

Bước 9: Bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợc chuyển bởi RNC 2 qua Iub cũ và giao

diện Uu tới UE.

Bước 10: Dựa trên các thông tin thu đƣợc từ bản tin yêu cầu tái cấu hình kênh vật lý

RRC, chuyển giao đƣợc thực hiện và bản tin hoàn tất tái cấu hình kênh vật lý đƣợc

gửi đi trên giao diện Iub mới tới RNC 2.

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Nội dung chƣơng 3 tập trung vào các nội dung liên quan tới kiến trúc, các giao

thức báo hiệu và điều khiển kết nối trong mạng di động. Kiến trúc báo hiệu cho hệ

thống GSM (2G) đƣợc thực hiện chủ yếu trên hệ thống báo hiệu số 7 với sự hỗ trợ

của mạng thông minh. Trong mạng UMTS, các giao thức báo hiệu và điều khiển

đƣợc chia tách thành hai phần chính gồm báo hiệu trên mạng truy nhập UTRAN và

báo hiệu tại mạng lõi. Các thủ tục báo hiệu cơ bản đƣợc trình bày thông qua các ví

dụ cụ thể mang tính chất điển hình.

PTIT

112

Các nội dung ôn tập chính trong chương

- Kiến trúc và các điểm tham chiếu báo hiệu của hệ thống GSM;

- Đặc tính chức năng mặt bằng điều khiển của các giao diện Iub, Iu, Iur;

- Xử lý báo hiệu với ISUP/BICC tại mạng lõi;

- Thủ tục báo hiệu xử lý chuyển vùng nội mạng 3G.

PTIT

113

CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG

TIỆN IP IMS

Tóm tắt: Tiếp cận phân hệ đa phương tiện IP đóng vai trò then chốt trong quá

trình hội tụ giữa mạng cố định và di động và internet hiện nay. Nhằm sáng tỏ các

vấn đề liên quan tới báo hiệu và điều khiển trong IMS, nội dung chương này sẽ

trình bày các khía cạnh liên quan của IMS như cấu trúc chức năng, thành phần và

các giao thức báo hiệu liên quan. Bên cạnh báo hiệu và điều khiển cuộc gọi đa

phương tiện qua giao thức SIP, các giao thức hỗ trợ nhận thực, tính cước hay thiết

lập chính sách cho các cuộc gọi cũng sẽ được trình bày.

4.1 KIẾN TRÚC PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP

Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị đầu cuối di động và mạng xã hội

đã và đang đem lại hàng loạt tiện ích mới cho ngƣời sử dụng. Nhu cầu phát triển

một phân hệ tích hợp các dịch vụ internet vào di động nhằm tạo ra một mạng di

động thế hệ kế tiếp đƣợc xác định bằng giải pháp công nghệ IMS.

Hình 4.1: Vị trí và mối quan hệ của IMS

Hình 4.1 thể hiện một cấu trúc hội tụ mạng với tâm điểm là IMS hỗ trợ cả miền

chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh. Việc phát triển của IMS là sự nỗ lực

hợp tác giữa tổ chức tiêu chuẩn đứng đầu cho mạng di động 3GPP và tổ chức đứng

đầu cho mạng Internet là IETF. IETF cung cấp đặc tả các giao thức và công nghệ

nền tảng trong khi 3GPP phát triển kiến trúc khung làm việc, tích hợp các giao thức

cần thiết để cung cấp cho hệ thống di động các khả năng nhƣ chuyển vùng giữa các

PTIT

114

nhà điều hành, phân biệt chất lƣợng dịch vụ và tính cƣớc. Các yêu cầu cơ bản về

cấu trúc của một hệ thống IMS đã đƣợc đặt ra gồm: hỗ trợ các phiên truyền thông

đa phƣơng tiện IP; kết nối IP cho các thiết bị di động trên cả vùng mạng nhà và

mạng khách; đảm bảo chất lƣợng thông tin cho các phiên đa phƣơng tiện; hỗ trợ các

chính sách sử dụng đúng tài nguyên yêu cầu; đảm bảo an toàn thông tin trong các

môi trƣờng kết nối; hỗ trợ chính sách tính cƣớc; thực hiện chuyển vùng linh hoạt;

phối hợp kết nối với các mạng khác; ứng dụng cơ chế điều khiển dịch vụ linh hoạt;

phân lớp cấu trúc và đa dạng hình thức truy nhập.

4.1.1 Mô hình kiến trúc IMS

Mục tiêu của kiến trúc IMS là cung cấp nhiều giá trị gia tăng hơn cho nhà cung

cấp mạng, ngƣời phát triển ứng dụng, ngƣời cung cấp dịch vụ cũng nhƣ ngƣời sử

dụng các thiết bị đầu cuối. Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới đƣợc triển khai một

cách nhanh chóng với chi phí thấp. Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm

công tác chuyển tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc

phấn phối dung lƣợng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm

bảo chất lƣợng dịch vụ cũng nhƣ kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác

nhau của khách hàng. Một mạng IMS đƣợc định nghĩa trong một kiến trúc mặt

phẳng ngang gồm 3 lớp chức năng.

Hình 4.2: Truy nhập với IMS

Lớp đầu tiên là lớp mang. Lớp này truyền tải dung lƣợng báo hiệu và các luồng lƣu

lƣợng đa phƣơng tiện. Lớp này bao gồm các thiết bị phần cứng nhƣ thiết bị chuyển

PTIT

115

mạch, bộ định tuyến và các thực thể xử lý phƣơng tiện nhƣ cổng đa phƣơng tiện hay

máy chủ phƣơng tiện. IMS đóng vai trò nhƣ một lớp truy nhập không phụ thuộc

mạng để kết nối đến nhiều loại mạng khác nhau hiện có (hình 4.2).

Lớp thứ hai trong kiến trúc IMS là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của

mạng báo hiệu nhƣ CSCF, HSS, MGCF…để hỗ trợ điều khiển phiên chung, điều

khiển phƣơng tiện và chức năng điều khiển truy nhập qua các giao thức báo hiệu

nhƣ SIP, Diameter, H248. Lớp điều khiển là chức năng cốt lõi của IMS để truyền

thông báo hiệu và các yêu cầu điều khiển tới các thành phần thiết bị trong phiên.

Lớp thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớp dịch vụ. Lớp này bao gồm các Server ứng

dụng nhƣ server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ mở bên thứ 3 và các điểm

điều khiển dịch vụ mở kế thừa từ các hệ thống truyền thống. IMS đƣa ra các điều

khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà, các thành phần của mạng báo hiệu

đƣợc phân phối trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển. Cấu trúc phân lớp đƣợc thể

hiện trên hình 4.3.

Hình 4.3: Kiến trúc phân lớp của phân hệ IMS

Một trong các yếu tố tạo nên tính ƣu việt của hệ thống IMS trong mục tiêu

kết nối là các cơ chế báo hiệu và điều khiển. Cụ thể là thông qua hai giao thức

báo hiệu là SIP và giao thức Diameter. Giao thức SIP đƣợc sử dụng để thiết lập,

duy trì và kết thúc các phiên đa phƣơng tiện. Còn giao thức Diameter đƣợc sử

Lớp Điều

Khiển

CSCF

MRFC

MRFP

MGCF

BGCF

SEG

SGW

IMS_MGW GGSN SGSN

HSS

AS AS

RAN WLAN,

ADSL,Cáp

…

PSTN/ các

mạng CS

mở rộng

Các

mạng IP

mở rộng

Lưu lượng báo hiệu

Lưu lượng người dùng

Lớp Ứng

Dụng

Lớp Truyền

tải

AS

PTIT

116

dụng cho nhận thực trao quyền và thanh toán (AAA) đối với các dịch vụ của

ngƣời sử dụng. Nếu so sánh với giao thức báo hiệu SS7 truyền thống, giao thức

đƣợc sử dụng trong mạng chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ thoại, chức năng

giao thức SIP tƣơng tự nhƣ ISUP còn giao thức Diameter và các ứng dụng của

nó tƣơng ứng với giao thức dựa trên TCAP. Để truyền tải giao thức báo hiệu

trong IMS, giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP và giao thức điều khiển

truyền tải TCP chạy trên nền IPv4/IPv6 đƣợc sử dụng.

4.1.2 Các thành phần chức năng

Mục này phân tích các thực thể IMS và các chức năng cơ bản. Các thực thể chức

năng trong IMS có thể chia thành 6 loại cơ bản: nhóm quản lý phiên và định tuyến

(CSCF); cơ sở dữ liệu (HSS, SLF); dịch vụ (máy chủ ứng dụng, MRFC, MRFP);

các phần tử chức năng liên mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW); các bộ phận

chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG); tính cƣớc. Dƣới đây sẽ phân tích các chức

năng cơ bản theo các thực thể trong IMS.

a, Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)

Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) thực chất là một máy chủ

SIP và đóng vai trò trung tâm của IMS. CSCF có nhiệm vụ xử lý báo hiệu SIP trong

IMS. Có ba loại chức năng điều khiển phiên khác nhau: CSCF uỷ quyền (Proxy-

CSCF: P-CSCF); CSCF phục vụ (Serving-CSCF: S-CSCF) và CSCF tham vấn

(Interrogating-CSCF: I-CSCF). Mỗi CSCF có nhiệm vụ riêng. Thƣờng thì tất cả các

CSCF tham gia trong suốt quá trình đăng ký thiết lập phiên và định hình cơ chế

định tuyến SIP. Ngoài ra, tất cả các chức năng đều có khả năng gửi số liệu tính cƣớc

tới bộ chức năng tính cƣớc offline. Có vài chức năng thông thƣờng mà P-CSCF và

S-CSCF có thể thực hiện. Các thực thể có khả năng giải phóng phiên thay cho thuê

bao (ví dụ khi S-CSCF phát hiện ra một phiên đang treo - không sử dụng, hoặc P-

CSCF nhận đƣợc thông báo kênh mang truyền thông bị mất) và có khả năng kiểm

tra nội dung của giao thức mô tả phiên (SDP) hoặc kiểm tra các loại hoặc các mã

truyền thông trong giao thức này. Khi SDP đang sử dụng không phù hợp với chính

PTIT

117

sách của nhà khai thác, CSCF từ chối yêu cầu và gửi bản tin thông báo lỗi SIP tới

UE.

CSCF đại diện (ủy quyền)

P-CSCF là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiên của các thuê bao trong hệ thống IMS.

Có nghĩa là tất cả lƣu lƣợng báo hiệu SIP từ UE sẽ đƣợc gửi tới P-CSCF. Ngƣợc lại,

tất cả các kết cuối báo hiệu SIP từ mạng đƣợc gửi từ P-CSCF tới UE. Bốn chức

năng cơ bản của P-CSCF bao gồm: nén SIP, kết hợp bảo mật IP (IPSec), tƣơng tác

với chức năng quyết định chính sách (PDF) và xác định phiên khẩn cấp. Có thể có

một hoặc nhiều P-CSCF trong một mạng. P-CSCF thực hiện các chức năng sau:

o Chuyển tiếp các yêu cầu SIP REGISTER tới CSCF truy vấn (I-CSCF) dựa trên

tên miền do UE cung cấp.

o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP của UE tới CSCF phục vụ (S-CSCF).

o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP tới UE.

o Phát hiện các yêu cầu thiết lập phiên.

o Tạo thông tin tính cƣớc để gửi cho nút tính cƣớc CCF.

o Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu SIP và duy trì liên kết bảo mật giữa UE và P-CSCF.

Chức năng này đƣợc cung cấp bởi giao thức bảo mật IPsec và tải tin bảo mật

đóng gói ESP.

o Nén và giải nén các bản tin SIP từ UE. P-CSCF hỗ trợ nén bản tin dựa trên ba

RFC: [RFC3320], [RFC3485] và [RFC3486].

o Chức năng kiểm tra phƣơng tiện. P-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin giao

thức mô tả phiên (SDP) và kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay

codec. Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà khai thác thì P-CSCF sẽ

loại bỏ yêu cầu và gửi bản tin báo lỗi SIP tới UE.

o Duy trì bộ định thời phiên. Các bộ định thời phiên cho phép P-CSCF phát hiện

và giải phóng tài nguyên do các phiên đang bị treo chiếm dụng.

PTIT

118

o Tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF). PDF chịu trách nhiệm

triển khai chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP). Trong Release 5, PDF là một

thực thể logic của P-CSCF, còn trong Release 6 PDF đứng riêng một mình.

Thông thƣờng một mạng IMS sẽ có nhiều P-CSCF tùy thuộc vào quy mô và độ

dƣ của mạng. Mỗi P-CSCF chỉ phục vụ một số lƣợng các đầu cuối IMS nhất định.

CSCF truy vấn

CSCF truy vấn (I-CSCF) là một SIP Proxy nằm tại biên giới của vùng quản lý.

Địa chỉ của các I-CSCF trong một miền sẽ đƣợc liệt kê trong các bản ghi DNS của

miền đó. Khi muốn xác định bƣớc nhảy tiếp theo cho một bản tin nào đó của thủ tục

SIP thì máy chủ SIP phải biết đƣợc địa chỉ của ít nhất là một I-CSCF của miền mà

bản tin đó cần đến. Có thể có nhiều I-CSCF bên trong một mạng. I-CSCF thực hiện

các chức năng sau:

o Liên lạc với HSS để thu đƣợc tên của S-CSCF đang phục vụ khách hàng.

o Đăng ký (gán) một S-CSCF dựa trên dung lƣợng nhận đƣợc từ HSS.

o Tạo và gửi thông tin tính cƣớc tới nút tính cƣớc CCF.

o Cung cấp chức năng che giấu. I-CSCF có chứa một tính năng gọi là THIG –

cổng liên mạng che giấu cấu hình. THIG đƣợc sử dụng để che cấu hình và dung

lƣợng của mạng từ phía bên ngoài mạng của nhà khai thác.

Số lƣợng I-CSCF trong một mạng tùy thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng đó.

CSCF phục vụ

CSCF phục vụ (S-CSCF) là một máy chủ SIP đóng vai trò trung tâm của mặt

bằng báo hiệu với chức năng chủ yếu là điều khiển phiên. Ngoài tƣ cách là một máy

chủ thì S-CSCF còn hoạt động nhƣ một bộ đăng ký SIP, có nghĩa nó chứa một ràng

buộc giữa vị trí khách hàng (là địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối nơi khách hàng đăng

nhập) và địa chỉ SIP của bản ghi thuộc về khách hàng đó (còn gọi là nhận dạng

chung cho khách hàng). Có thể có nhiều S-CSCF bên trong mạng. S-CSCF thực

hiện các chức năng sau:

PTIT

119

o Điều khiển các yêu cầu đăng ký nhƣ một register. S-CSCF nhận biết đƣợc địa

chị IP của UE và P-CSCF nào đang đƣợc UE sử dụng nhƣ một điểm truy cập

IMS.

o Nhận thực ngƣời dùng bằng cơ chế nhận thực và đồng thuận khoá IMS (AKA)

giữa UE và mạng nhà.

o Tải thông tin ngƣời dùng và dữ liệu liên quan đến dịch vụ từ HSS trong suốt quá

trình đăng ký hoặc khi xử lý một yêu cầu tới ngƣời dùng không đƣợc đăng ký.

o Định tuyến lƣu lƣợng đầu cuối di động tới P-CSCF và định tuyến lƣu lƣợng

khởi xƣớng từ di động tới I-CSCF, thực thể chức năng điều khiển cổng thoát

BGCF) hay máy chủ ứng dụng (AS).

o Thực hiện chức năng điều khiển phiên. S-CSCF có thể hoạt động giống nhƣ một

máy chủ đại diện.

o Tƣơng tác với các nền tảng dịch vụ.

o Phiên dịch số E.164 tới URI dùng để nhận dạng tài nguyên hợp nhất sử dụng cơ

chế phiên dịch hệ thống tên miền (DNS). Chức năng này là cần thiết do việc

định tuyến cho một bản tin SIP trong IMS chỉ sử dụng các SIP URI, nghĩa là

trong trƣờng hợp một khách hàng quay một số điện thoại thay vì sử dụng SIP

URI thì S-CSCF phải sử dụng các dịch vụ phiên dịch số.

o Giám sát bộ định thời đăng ký và có thể đăng ký lại khi cần.

o Thực hiện kiểm tra phƣơng tiện. S-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin SDP và

kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay codec. Khi SDP không phù hợp

với chính sách của nhà điều hành hoặc yêu cầu dịch vụ của khách hàng thì S-

CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi đi bản tin báo lỗi SIP.

o Duy trì bộ đinh thời phiên. Nó cho phép S-CSCF phát hiện và giải phóng các tài

nguyện do các phiên đang chiếm dụng.

o Tạo và gửi thông tin tính cƣớc tới nút tính cƣớc CCF để tính cƣớc offline và tới

hệ thống OCS để tính cƣớc online.

PTIT

120

Số lƣợng S-CSCF trong một mạng phụ thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng

đó. Mỗi S-CSCF chỉ phục vụ cho một số lƣợng thiết bị đầu cuối IMS nhất định.

Khác với P-CSCF và I-CSCF, S-CSCF luôn nằm ở mạng nhà.

b, Cơ sở dữ liệu HSS/HLR

Về khía cạnh kỹ thuật, máy chủ thuê bao mạng nhà HSS là sự cải tiến từ HLR.

Trong IMS, HSS là trung tâm lƣu trữ thông tin của khách hàng, bao gồm tất cả dữ

liệu liên quan đến việc xử lý các phiên đa phƣơng tiện cho khách hàng đó. Những

dữ liệu này là thông tin định vị, thông tin an ninh (gồm thông tin nhận thực và thông

tin trao quyền), thông tin hồ sơ khách hàng (các dịch vụ mà khách hàng đăng ký) và

thông tin về S-CSCF đƣợc gán cho mỗi khách hàng.

Chức năng HLR đƣợc sử dụng để hỗ trợ cho các thực thể miền PS nhƣ SGSN và

GGSN. Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền PS. HLR cũng hỗ trợ

cho các thực thể miền CS nhƣ MSC hay các server MSC. Nó cho phép thuê bao

truy nhập tới các dịch vụ miền CS và hỗ trợ roaming tới các mạng miền CS

GSM/UMTS.

Trong một mạng có thể có nhiều HSS tùy vào số lƣợng thuê bao. Tuy nhiên, tất

cả dữ liệu của một khách hàng phải đƣợc lƣu trữ trong một HSS duy nhất. Các

mạng có từ hai HSS trở lên thì phải bổ sung thêm một SLF (có chức năng ánh xạ

địa chỉ khách hàng đến HSS). Khi một nút gửi truy vấn đến SLF trong đó có chứa

địa chỉ của khách hàng thì nó sẽ đƣợc HSS trả lời toàn bộ thông tin có liên quan đến

khách hàng đó.

c, Máy chủ ứng dụng (AS)

Các server ứng dụng không hoàn toàn là các thực thể IMS, chúng là các chức

năng phía trên IMS. Tuy nhiên các AS ở đây đƣợc mô tả nhƣ một phần chức năng

IMS do thực thể này cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện giá trị thặng dƣ trong

IMS. AS có thể nằm tại mạng nhà hay mạng của nhà cung cấp dịch vụ thứ ba, trong

đó ngƣời điều hành mạng nhà đã thỏa thuận về vấn đề cung cấp dịch vụ với nhà

PTIT

121

cung cấp thứ ba này. AS sẽ không giao tiếp với HSS khi nó không nằm trên mạng

nhà. Các chức năng chính của AS bao gồm:

o Khả năng xử lý và tác động tới phiên SIP thu đƣợc.

o Khả năng tạo ra các yêu cầu SIP.

o Khả năng gửi thông tin thanh toán tới bộ phận tính cƣớc.

d, Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phương tiện MRF

Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phƣơng tiện (MRF) có chức năng

cung cấp tài nguyên đa phƣơng tiện trong mạng nhà, các luồng phƣơng tiện hỗn

hợp, chuyển mã giữa các bộ codec, thu nhận thông tin thống kê và phân tích các

loại phƣơng tiện.

MRF đƣợc chia thành nút nằm trên mặt bằng báo hiệu (MRFC) và nút nằm trên

mặt bằng phƣơng tiện (MRFP). MRFC hoạt động nhƣ một tác nhân khách hàng

SIP, nó giao tiếp với S-CSCF thông qua giao thức SIP và có chức năng điều khiển

tài nguyên trong MRFP thông qua giao diện H.248.

MRFP thực hiện tất cả các chức năng liên quan đến phƣơng tiện, ví dụ nhƣ thể

hiện (playing) và trộn lẫn (mixing) phƣơng tiện. MRF luôn luôn nằm ở mạng nhà.

e, Thực thể chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF)

MGCF là thực thể cho phép giao tiếp giữa IMS và ngƣời dùng CS. Nó thực hiện

các chức năng sau:

o Điều khiển những phần của trạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối

cho các kênh phƣơng tiện trong một IMS-MGW.

o Truyền thông với các thực thể CSCF, BGCF, và PSTN.

o Quyết định trạm tiếp theo phụ thuộc vào số định tuyến cho những cuộc gọi vào

từ các mạng truyền thống.

o Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa những giao thức điều khiển cuộc gọi

ISUP/TCAP và phân hệ IMS .

o Thông tin ngoài băng nhận đƣợc trong MGCF đƣợc đẩy tới CSCF/IMS-MGW.

PTIT

122

o Gửi thông tin tính cƣớc tới CCF.

f, Thực thể chức năng điều khiển cổng (BGCF)

BGCF chịu trách nhiệm lựa chọn lối thoát đến miền CS. Quá trình này có thể

lựa chọn ra lối thoát trong chính mạng cấp phát BGCF hoặc lối thoát tới mạng khác.

Trong trƣờng hợp thứ nhất, BGCF sẽ lựa chọn một thực thể chức năng MGCF để

xử lý phiên. Trƣờng hợp thứ hai, BGCF sẽ chuyển tiếp phiên tới BGCF khác trong

mạng đƣợc lựa chọn. Ngoài ra, BGCF cũng có chức năng gửi thông tin tính cƣớc tới

CCF.

4.1.3 Các giao thức của IMS

Khi phát triển IMS, 3GPP thực hiện phân tích các nội dung ETSI đã thực hiện

khi chuẩn hóa các giao thức cho GSM để thiết kế bổ sung các giao thức cho IMS.

Phần lớn các giao thức báo hiệu và điều khiển trong IMS đều mang tính kế thừa và

đơn giản trong tích hợp hệ thống.

Giao thức điều khiển phiên: Các giao thức điều khiển phiên đóng một vai trò then

chốt với bất kỳ một cấu trúc mạng truyền thông do liên quan trực tiếp tới hiệu năng

hệ thống mạng. 3GPP lựa chọn giao thức SIP để thiết lập và quản lý các phiên đa

phƣơng tiện truyền trên mạng IP và trong IMS.

Giao thức nhận thực, cấp quyền và tính cƣớc AAA: Ngoài các giao thức điều

khiển phiên kể trên thì giao thức AAA cũng có vai trò quan trọng không kém.

Trong IMS, giao thức AAA đƣợc sử dụng là Diameter. Diameter (RFC 3588) là

giao thức phát triển từ RADIUS (RFC 2865) (là một giao thức đƣợc sử dụng rộng

rãi trên Internet để thực hiện AAA. Ví dụ, khi một khách hàng quay số đến một nhà

cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thì Server của mạng truy nhập sẽ sử dụng giao thức

RADIUS để nhận thực và trao quyền cho khách hàng truy nhập vào mạng). Giao

thức Diameter đƣợc chia thành các ứng dụng Diameter. Diameter đƣợc IMS sử

dụng ở một số giao diện, nhƣng không phải tất cả giao diện đều sử dụng chung một

PTIT

123

ứng dụng Diameter. Ví dụ hai ứng dụng Diameter dùng để tƣơng tác với SIP trong

quá trình khởi tạo phiên và tính cƣớc sẽ phải khác nhau.

Các giao thức hỗ trợ khác: Ngoài SIP và Diameter thì IMS vẫn còn sử dụng nhiều

giao thức khác, ví dụ nhƣ: COPS (Common Open Policy Service, RFC 2748) là

giao thức có chức năng truyền các chính sách giữa các điểm quyết định chính sách

PDP và các thực hiện chính sách PEP; MEGACO/H.248 đƣợc sử dụng để điều

khiển các node trong mặt bằng phƣơng tiện; RTP (Real-Time Transport Protocol,

RFC 3550) và RTCP (RTP Control Protocol, RFC 3550) đƣợc dùng để truyền các

phƣơng tiện thời gian thực nhƣ hình ảnh và âm thanh.

4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA SIP TRONG IMS

Giao thức khởi tạo phiên đƣợc thiết kế để hỗ trợ việc thiết lập các phiên đa

phƣơng tiện giữa các ngƣời sử dụng trên mạng IP. Cùng với việc điều khiển cuộc

gọi, SIP cũng hỗ trợ các chức năng nhƣ di động của ngƣời sử dụng và chuyển

hƣớng cuộc gọi trong IMS gồm:

o Báo hiệu SIP đầu cuối đầu cuối giữa các ngƣời sử dụng IP di động và cố định.

o Các Internet IP có thể cung cấp các dịch vụ giá trị ra tăng cho ngƣời sử dụng di

động.

o SIP đƣợc thiết kế nhƣ một giao thức IP vì thế nó thích hợp tốt với các giao thức

IP và các dịch vụ khác.

o SIP đơn giản và tƣơng đối dễ thực hiện.

4.2.1 Đặc tính kỹ thuật

Khi triển khai SIP trong IMS các nhà phát triển nhận ra rằng có sự khác biệt so

với phiên bản SIP cho Internet. Một số các mở rộng đƣợc định nghĩa trong các RFC

bổ sung thêm các tính năng mới và làm cho SIP trở thành giao thức báo hiệu khá

phức tạp. Việc sử dụng SIP cho việc thiết lập phiên trên những liên kết băng thông

hạn chế nhƣ các giao diện vô tuyến hoặc các liên kết nối tiếp tốc độ thấp dẫn đến

thời gian thiết lập cuộc gọi dài. Để khắc phục yếu điểm đó cơ chế nén báo hiệu gọi

PTIT

124

là SigComp đã đƣợc phát triển bởi tổ chức IETF. Tiêu đề riêng P-Header (RFC

3329) nhƣ P-preferred-identity, th P-access-network-info, P-asserted-identity, P-

calledparty- id đƣợc bổ sung thêm cho mạng IMS để cung cấp các dịch vụ riêng

biệt. Các tiêu đề này đƣợc định nghĩa thêm để chuyển các thông tin xác đáng vào

mạng nhƣng nó chƣa đủ để phát triển các phần tử chuẩn mực trong IMS. Các chuẩn

mở rộng khác nhƣ chuẩn thỏa thuận bảo mật (RFC 3329), xác thực phƣơng tiện

(RFC 3313), dành trƣớc tài nguyên trong IMS (RFC 3312), SDP mở rộng đƣợc đề

xuất hỗ trợ thêm cho SIP trong IMS. So sánh với SIP của trong IETF mà ở đó chủ

gọi sử dụng SIP yêu cầu một con đƣờng cụ thể trong tiêu đề Route. Trong IMS, P-

CSCF loại bỏ con đƣờng này và đảm bảo tuân theo việc định tuyến SIP IMS. Các

yêu cầu SIP luôn đƣợc định tuyến đến S-CSCF mạng nhà ở cả mạng khởi tao và

kết cuối. S-CSCF sử dụng cơ sở dữ liệu ngƣời dùng (download xuống trong quá

trình đăng ký) để liên kết với các AS SIP xử lý các yêu cầu SIP. Các tiêu chí lọc

khởi tạo lúc đầu IFC (The Initial Filter Criteria) trong cơ sở dữ liệu thuê bao cung

cấp một logic đơn giản để quyết định sẽ liên kết với AS nào. Các luật này mang tính

ổn định tức là nó không thay đổi trong một chu kỳ.

4.2.2 Các thủ tục báo hiệu SIP trong IMS

Để nắm đƣợc hoạt động của SIP trong IMS ta xem xét các thủ tục báo hiệu thông

qua các ví dụ tƣơng ứng với một số kịch bản có thể xảy ra.

(i) Đăng ký và thiết lập phiên: ví dụ thứ nhất chỉ ra một thủ tục khởi tạo đăng ký,

cho rằng ngƣời dùng đã chuyển mạng sang mạng khách. Thủ tục này bắt đầu với

yêu cầu đăng ký SIP ngƣời dùng đƣợc gửi từ P-CSCF của mạng khách. Vì băng

thông vô tuyến hạn chế, bản tin đƣợc nén trƣớc khi gửi đi bởi ngƣời dùng và

đƣợc giải nén ở P-CSCF. Nếu có nhiều S-CSCF tồn tại trong mạng nhà của

ngƣời sử dụng, một I-CSCF cần thiết để triển khai lựa chọn một S-CSCF phục

vụ phiên của ngƣời dùng đó. Trong trƣờng hợp này P-CSCF quyết định một địa

chỉ của I-CSCF mạng nhà của ngƣời dùng bằng cách sử dụng tên miền mạng nhà

ngƣời dùng và chuyển bản tin REGISTER tới I-CSCF. Sau khi I-CSCF gửi đáp

PTIT

125

ứng nhận thực ngƣời dùng (UAR) tới HSS, HSS trả lại địa chỉ của khả thi của S-

CSCF. I-CSCF lựa chọn một S-CSCF và chuyển bản tin đăng ký.

UE P-CSCF

Mạng nhà Mạng khách

I-CSCF S-CSCF HSS

1. SIP: đăng ký

3. SIP: đăng ký

2. Diameter: UAR, UAA

4. Diameter: MAR, MAA5. SIP: 401

6. SIP: đăng ký2. Diameter: UAR, UAA

8. SIP: đăng ký

9. Diameter: SAR, SAA

10. Điều khiển

dịch vụ qua AS

11. SIP: 200 OK

Yêu cầu/Trả lời Yêu cầu

Trả lời

Hình 4.4: Luồng bản tin báo hiệu đăng ký

Trong lúc xác nhận đăng ký, S-CSCF lấy lại vector nhận dạng từ HSS qua

giao thức Diameter Đáp ứng nhận thực đa phƣơng tiện MAR và trả lại ngƣời

dùng bản tin SIP 401 không đƣợc nhận thực mà có thể mang số liệu hỏi đáp nhận

thực. Sau khi tính toán đáp ứng nhận thực, ngƣời dùng gửi đến S-CSCF một bản

tin đăng ký khác đƣợc mang bởi đáp ứng hỏi đáp. S-CSCF xác nhận lại đáp ứng

và nếu đáp ứng đúng, nó tải xuống thuộc tính thuê bao từ HSS qua một đáp ứng

yêu cầu chỉ định máy chủ SAR Diameter. S-CSCF có thể liên lạc với một Server

ứng dụng để điều khiển dịch vụ nhƣ trong thuộc tính của thuê bao. trƣớc khi trả

lại bản tin 200 OK tới ngƣời sử dụng.

Trong ví dụ thứ hai chỉ ra luồng báo hiệu một thiết lập phiên giữa hai ngƣời

dùng IMS, cho rằng có nhiều S-CSCF đƣợc triển khai. Một thủ tục thiết lập

phiên là một quá trình của việc tìm ra các phần tử mạng và các thành phần báo

hiệu. Khi định tuyến bản tin đăng ký, I-CSCF của ngƣời bị gọi truy vấn HSS của

PTIT

126

ngƣời bị gọi để tìm địa chỉ của một S-CSCF đƣợc chỉ định qua bản tin Diameter

yêu cầu thông tin vị trí LIR. HSS đáp ứng lại bằng bản tin Diameter trả lời thông

tin vị trí LIA.

S-CSCF

Mạng nhà chủ

gọi Mạng nhà bị gọi

I-CSCF HSS S-CSCF

1. SIP: Yêu cầu

Yêu cầu/Trả lời Yêu cầu

Trả lời

2. Điều khiển

dịch vụ qua AS

3. SIP: Yêu cầu 4.Diameter: LIR, LIA

5. SIP: Yêu cầu

6. Điều khiển

dịch vụ qua AS

7. SIP: Yêu cầu

8. SIP: 183 Phát

triển phiên

9. SIP: 200 OK

10. SIP: Xác nhận

Hình 4.5: Luồng bản tin báo hiệu thiết lập phiên

Trƣớc khi gửi bản tin đăng ký, S-CSCF của chủ gọi và ngƣời bị gọi có thể

liên lạc với Server ứng dụng để điều khiển dịch vụ và tính cƣớc cho dịch vụ tải

xuống trong khi đăng ký ngƣời dùng. Kỹ thuật phân giải địa chỉ và định tuyến

bản tin SIP chuẩn đƣợc sử dụng để định tuyến bản tin đăng ký từ chủ gọi tới UE

bị gọi trên tất các các con đƣờng. Các con đƣờng nhận đƣợc là UE chủ gọi, P-

CSCF mạng khách chủ gọi, S-CSCF mạng khách chủ gọi, I-CSCF bị gọi, S-

CSCF bị gọi, P-CSCF mạng khách bị gọi và UE bị gọi. Bản tin trở lại từ UE bị

gọi đi theo đƣờng ngƣợc lại. Thủ tục thoả thuận một phiên cung cấp trả lời cơ

bản cũng đƣợc kiểm soát trong thời điểm này. Điều này đƣợc hoàn thành qua

giao thức mô tả phiên SDP đƣợc mang bởi thân của bản tin SIP (ví dụ bản tin

đăng ký với một mời gọi và bản tin 200 OK với một trả lời).

PTIT

127

Phân phối dịch vụ IMS: Kiến trúc phân phối dịch vụ IMS bao gồm S-CSCF,

Server ứng dụng AS, chức năng điều khiển tài nguyên đa phƣơng tiện MRF và

HSS. Trong đó S-CSCF đóng vai trò nhƣ một điểm điều khiển phiên trung tâm,

các server ứng dụng và MRF là các điểm thi hành dịch vụ. Để thi hành điều

khiển logic dịch vụ cho một thuê bao, S-CSCF kiểm tra yêu cầu SIP nhận đƣợc.

Thông tin đƣợc kiểm tra bao gồm kiểu báo hiệu SIP, tiêu đề, URI yêu cầu và mô

tả phiên. Nếu điểm chốt phù hợp, S-CSCF sẽ lựa chọn một Server ứng dụng và

định tuyến yêu cầu SIP tới AS trong dịch vụ đƣợc thực thi.

Server ứng dụng SIP (SIP AS), cƣ trú trong mạng nhà và cung cấp dịch vụ

dựa trên giao thức SIP. Trong một ví dụ đƣợc minh hoạ trong hình dƣới đây chỉ

ra luồng bản tin cho thủ tục liên quan đến server có mặt, nơi ngƣời dùng A lấy

thông tin hiện diện của ngƣời dùng B, và dịch vụ hiện diện đóng vai trò nhƣ một

UA.

UE A

Mạng nhà của thuê bao A và B

Lõi IMSPresence

Server

1. SIP: SUBCRIBER

UE B

2. SIP: 200 OK

3. SIP: Thông báo

4. SIP: 200 OK

5. SIP: Công bố

6. SIP: 200 OK

3. SIP: Thông báo

4. SIP: 200 OK

Hình 4.6: Luồng bản tin người dùng A lấy thông tin hiện diện người dùng B

Các bƣớc trong thủ tục này nhƣ sau: 1-2: A lấy thông tin hiện diện của ngƣời dùng

B; 3-4: Sever hiện diện thông báo cho A về hiệu lực hiện tại của B; 5-6: B thay đổi

trang thái hiệu lực của mình; 7-8: Server hiện diện thông báo cho A bản cập nhận hiệu

lực của B.

PTIT

128

4.3 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU KHÁC TRONG IMS

4.3.1 Giao thức Diameter

Diameter là một giao thức ngang hàng, cả client và server đều có thể gửi hoặc nhận

yêu cầu và đáp ứng. Giao thức Diameter đƣợc dùng cho quá trình nhận thực, xác

thực, tài khoản. Diameter sử dụng cả TCP và SCTP cho việc truyền tải; sử dụng

IPsec và TLS cho việc bảo mật.

Diameter gồm hai phần chính: giao thức Diameter nền tảng và ứng dụng

Diameter. Giao thức Diameter nền tảng cần thiết cho việc phân phối các đơn vị dữ

liệu Diameter, thỏa thuận các khả năng, điều khiển lỗi và cung cấp sự mở rộng. Còn

ứng dụng Diameter định nghĩa các đơn vị dữ liệu và chức năng ứng dụng riêng.

Diameter nền tảng giao thức là cơ sở cho các Diameter ứng dụng. Diameter định

nghĩa một số thành phần sau:

Diamerter client: một thực thể chức năng, thông thƣờng đặt tại biên mạng, sử

dụng để điều khiển truy nhập

Diameter server: thực thể chức năng xử lý các yêu cầu nhận thực, xác thực và

kiểm toán cho một vùng riêng.

Proxy: chức năng chuyển tiếp các bản tin Diameter, tạo các quyết định chính

sách dựa trên cách sử dụng tài nguyên và dự liệu. Một proxy có thể thay đổi các

bản tin để thiết lập các quyết định chính sách nhƣ điều khiển cách sử dụng tài

nguyên, cung cấp điều khiển quản trị, và dự liệu.

Relay: chuyển tiếp bản tin Diameter dựa trên thông tin định tuyến liên quan và

các thực thể trong bảng định tuyến vùng. Nó chỉ có thể can thiệp vào thông tin

định tuyến mà không thể can thiệp vào các dữ liệu khác.

Redirect agent: chỉ dẫn từ client đến server và cho phép chúng truyền thông với

nhau.

Translation agent: cho phép chuyển đổi giao thức giữa Diameter và các giao

thức AAA khác nhƣ là RADIUS.

Trong IMS, Diameter đƣợc sử dụng tại các giao diện Cx, Dx giao tiếp giữa I-

CSCF, S-CSCF với HSS, SLF và Sh, Dh giữa các AS với SLF, HSS. Mục đích là

để lấy thông tin xác thực, cấp quyền ngƣời dùng hoặc cập nhật thông tin ngƣời

dùng. Ngoài ra còn dùng cho giao diện Ro phục vụ cho việc tính cƣớc. Ngoài những

PTIT

129

đặc điểm chung nhƣ đã nêu trên về mặt giao thức. Với mỗi giao diện có một số đặc

điểm riêng.

(i) Với các giao diện Cx, Dx

Trƣờng hợp này, I-CSCF và S-CSCF đóng vai trò là Diameter client; HSS là

Diameter server và SLF có vai trò chuyển hƣớng (Redirect agent). Giao diện Cx

chứa ba loại thủ tục chính: quản lý vị trí, xử lý số liệu thuê bao và nhận thực thuê

bao. Ứng dụng Diameter trên Cx và Dx là nhƣ nhau. Tuy nhiên, Dx chỉ có trách

nhiệm chuyển tiếp bản tin.

Hình 4.9: Vị trí của các giao diện trong IMS

Mục đích sử dụng Diameter trong giao diện Cx, Dx gồm:

o Chỉ định một S-CSCF đã đƣợc chỉ định cho một ngƣời dùng.

o Tải xuống các hƣớng xác thực ngƣời dùng. Các hƣớng này đƣợc lƣu trong

HSS.

o Nhận thực khi ngƣời dùng chuyển vùng trong một mạng khách.

o Lƣu trữ trong HSS địa chỉ của các S-CSCF đã đƣợc chỉ định cho ngƣời dùng.

o Để thông báo cho HSS về trạng thái đăng ký của nhận dạng ngƣời dùng.

o Tải xuống từ HSS lƣợc sử ngƣời dùng bao gồm các tiêu chuẩn lựa chọn.

o Đẩy lƣợc sử ngƣời dùng từ HSS tới S-CSCF khi lƣợc sử ngƣời dùng thay đổi.

o Cung cấp các thông tin cần thiết cho I-CSCF khi cần lựa chọn S-CSCF.

PTIT

130

(ii) Với giao diện Sh

Một AS (SIP AS hay OSA SCS) có thể cần số liệu thuê bao hoặc cần xác định

S-CSCF nào để gửi yêu cầu SIP đến đó. Loại thông tin này đƣợc lƣu trữ tại HSS. Vì

thế, cần điểm tham chiếu giữa HSS và AS. Điểm tham chiếu Sh dùng giao thức

Diameter. Các thủ tục đƣợc chia thành hai loại chính: xử lý số liệu và khai báo/thuê

dùng số liệu. Giao diện này định nghĩa một số loại dữ liệu ngƣời dùng nhƣ sau:

o Repository data: AS sử dụng HSS để lƣu trữ dữ liệu trong suốt. Dữ liệu này

chỉ có thể hiểu đƣợc bởi máy chủ dịch vụ thiết lập dịch vụ. Dữ liệu này khác

nhau tùy từng ngƣời dùng và tùy từng dịch vụ

o Public identifiers : danh sách các nhận dạng công cộng của ngƣời dùng

o IMS user state: trạng thái đăng ký của ngƣời dùng trong IMS. Đó có thể là:

đăng ký, chƣa đăng ký, chờ đợi trong quá trình chứng thực hoặc chƣa đăng ký

nhƣng S-CSCF chỉ định tới ngƣời dùng đó.

o S-CSCF name: chứa địa chỉ của S-CSCF đƣợc chỉ định cho ngƣời dùng

o Initial filter criteria: chứa thông tin kích hoạt cho một dịch vụ.

o Location information: chứa vị trí của ngƣời dùng trong miền chuyển mạch

kênh và miền chuyển mạch gói

o User state: chứa trạng thái của ngƣời dùng trong miền chuyển mạch kênh và

miền chuyển mạch gói.

o Charging information: chứa địa chỉ của chức năng tính cƣớc.

4.3.2 Giao thức COPS

COP là giao thức đƣợc IETF chuẩn hóa nhằm thực hiện việc quản lý, cấu hình và

áp đặt chính sách. Giao thức này hoạt động theo mô hình Client/Server. Nó định

nghĩa một giao thức yêu cầu và đáp ứng một cách đơn giản trong việc trao đổi thông

tin chính sách giữa server quyết định chính sách và client của nó. Trong đó điểm

thực thi chính sách (PEP) đƣợc xem là client và server là điểm quyết định chính

sách (PDP). COPS điều khiển chính sách theo hai mô hình chính: (i) Outsourcing

và (ii) Configuration. Trong (i) PEP chỉ định một PDP bên ngoài chịu trách nhiệm

xử lý những sự kiện gửi ra từ PEP. Mô hình này cho thấy sự tƣơng quan một – một

giữa những sự kiện ở PEP và những quyết định từ một PDP. (ii) Không giống nhƣ

mô hình trƣớc là không có sự ánh xạ trực tiếp những sự kiện tại PEP và những

PTIT

131

quyết định từ PDP. PDP có thể cấu hình những sự kiện bên ngoài đƣợc khởi tạo bởi

một PEP bất kỳ và sự kiện gửi từ PEP có thể đƣợc xử lý bởi PDP cùng khối với nó

hoặc PDP thuộc khối khác. Xét về mặt thời gian thì mô hình này linh động hơn mô

hình outsourcing.

COPS sử dụng TCP để truyền những bản tin đáng tin cậy giữa PEP và PDP.

Không giống nhƣ giao thức client/server khác, cặp bản tin yêu cầu/đáp ứng này phải

phù hợp với cặp bản tin yêu cầu/đáp ứng khác. Ở đây server có thể áp đặt chính

sách cho client và xóa những chính sách trên client nêu chính sách đó không còn giá

trị nữa. PEP khởi tạo kết nối TCP đến PDP. PEP gửi yêu cầu và nhận những quyết

định chính sách từ PDP và liên lạc giữa PEP và PDP là sự trao đổi yêu cầu / đáp

ứng. Tuy nhiên PDP/PEP có thể gửi đi những bản tin độc lập. Ví dụ PDP gửi những

quyết định tới PEP buộc PEP thay đổi những chính sách đƣợc PDP chấp nhận trƣớc

đó và PEP có thể gửi những bản tin báo cáo về trạng thái cho PDP…

COPS đƣợc sử dụng trong liên lạc giữa khối PDF và GGSN tạo sự kết nối giữa

IMS và mạng GPRS. Thông qua COPS các chính sách nhƣ băng thông, tiêu chí điều

khiển chấp nhận, QoS… đƣợc PDF điều khiển thiết lập trên nền tảng truyền tải của

mạng hội tụ nhằm cung cấp các loại hình dịch vụ cho khách hàng.

4.3.3 Nén báo hiệu trong IMS

Nhằm tƣơng thích với tốc độ truyền dữ liệu thấp của các đƣờng liên kết vô tuyến,

IMS bổ sung cơ chế nén báo hiệu nhằm tăng hiệu quả của quá trình truyền thông

báo hiệu và đƣợc thực hiện thông qua SigComp. SigComp là một cơ chế mà các

giao thức lớp ứng dụng dùng để nén bản tin trƣớc khi gửi vào mạng. Nó không chỉ

cung cấp phƣơng thức giảm thiểu kích thƣớc bản tin SIP mà còn có những chức

năng giải nén cho một phạm vi rộng lớn các thuật toán nén. Cơ chế nén SigComp

đƣợc xem nhƣ một lớp nằm giữa SIP và giao thức lớp truyền tải. Về mặt kiến trúc

SigComp đƣợc chia làm năm thực thể:

o Bộ điều phối nén: Đây là giao diện giữa ứng dụng và hệ thống SigComp. Nó

sẽ yêu cầu một bộ nén đƣợc chỉ thị bởi ứng dụng thông qua một nhận dạng

PTIT

132

nhóm. Bộ điều phối nén sẽ gửi trả lại các bản tin đã đƣợc nén đến đích của

chúng.

o Bộ điều phối giải nén: Là giao diện giữa hệ thống SigComp và ứng dụng

tƣơng ứng. Nó yêu cầu UDVM thực hiện giải nén bản tin. Sau đó nó gửi bản

tin đã đƣợc giải nén đến phần ứng dụng. Nếu ứng dụng đó yêu cầu bộ giải

nén duy trì trạng thái bản tin nó sẽ gửi trả lại một nhận dạng tƣơng ứng.

o Bộ nén: Đây là thực thể thực hiện nén bản tin ứng dụng. Nó sử dụng một

nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Các bản tin đã đƣợc nén đƣợc gửi đến bộ điều

phối nén.

Hình 4.7: Kiến trúc SigComp

o UDVM: là thiết bị ảo giải nén tổng thể (vạn năng)UDVM (Universal

Decompressor Virtual Machine). Nó cung cấp các chức năng giải nén. Khi

thu nhận một bản tin SigComp, bản tin này đƣợc lƣu trong bộ nhớ giải nén.

Các mã byte và từ điển nén đƣợc lƣu tại thực thể giải nén sẽ đƣợc nạp cho

UDVM để UDVM thực hiện giải nén. Sau khi bản tin đó đƣợc giải nén, thông

tin mà nó lƣu trữ đƣợc sử dụng để cập nhật từ điển và lƣu lại thành một trạng

thái mới.

o Bộ xử lý trạng thái: Lƣu trữ thông tin về trạng thái các bản tin SigComp.

Ứng dụng SIP có thể nhóm các bản tin có liên quan với nhau lại. Ví dụ các bản

tin thuộc cùng hội thoại hoặc có cùng địa chỉ node kế tiếp. Ứng dụng SIP sẽ định vị

PTIT

133

bộ nén cho mỗi một nhóm và lƣu lại thông tin trạng thái tƣơng ứng. Nó cũng xác

định khi nào thì một nhóm này đƣợc tạo ra hoặc loại bỏ. Một nhóm bản tin đƣợc

xác định bởi một nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Ứng dụng cũng chịu trách nhiệm xác

định nhận dạng cho bộ giải nén. Khi nó thu nhận đƣợc một bản tin đã đƣợc giải nén

nó sẽ xác định nhận dạng nhóm tƣơng ứng cho bản tin và cung cấp cho hệ thống

SigComp.

Trong IMS thực thể thực hiện nén và giải nén bản tin đến và đi từ đầu cuối là P-

CSCF. Bản tin SIP đƣợc nén bởi SigComp trong UE gửi qua giao diện vô tuyến,

trạm gốc BS, bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC của mạng truy nhập vô tuyến mặt

đất UTRAN. Từ UTRAN nó sẽ đƣợc gửi qua node SGSN và GGSN để tới P-CSCF

là nơi mà các bản tin SigComp đƣợc giải nén. Từ P-CSCF bản tin SIP đƣợc gửi đi

không cần nén. Trong pha đăng ký thiết bị ngƣời dùng và chức năng P-CSCF thông

báo cho nhau mong muốn thực hiện nén bản tin và khả năng của mình nhƣ kích

thƣớc bộ nhớ, năng lực xử lý, trạng thái và các lệnh nén. Khi UE hoặc P-CSCF

muốn gửi một bản tin SIP đƣợc nén nó phải gửi bản tin đến bộ điều phối nén. Bộ

điều phối nén gửi bản tin đến bộ nén, tìm trạng thái nén cần thiết, nhận dạng nhóm

và sử dụng một thuật toán nén để mã hóa bản tin. Cuối cùng bộ điều phối nén gửi

bản tin đã đƣợc nén đến lớp truyền tải để phân phối đến P-CSCF. Tại P-CSCF khi

bộ điều phối giải nén nhận đƣợc một bản tin, nó kiểm tra tiền tố của bản tin đó và

xác định bản tin đã đƣợc nén và gửi đến UDVM. UDVM truy vấn bộ quản lý trạng

thái để nhận lấy trạng thái tƣơng ứng cho giải nén bản tin. Sau khi giải nén UDVM

sẽ gửi trả bản tin lại bộ điều phối để gửi đến phần ứng dụng.

4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Nội dung chƣơng tập trung vào các khía cạnh liên quan tới báo hiệu trong IMS.

Kiến trúc chức năng và các điểm tham chiếu của IMS đƣợc trình bày nhằm chỉ rõ

các chức năng và giao thức phối hợp hoạt động trong IMS. Đặc tính hoạt động của

giao thức SIP đƣợc trình bày trong chƣơng này đƣợc khái quát bởi các điểm khác

biệt nhất định với môi trƣờng mạng IP thuần. Bên cạnh đó, các giao thức hỗ trợ cho

PTIT

134

kết nối đa phƣơng tiện cũng đƣợc trình bày trên các khía cạnh chức năng nhận thực,

xác lập chính sách hay nén thông tin cũng đƣợc trình bày.

Các nội dung ôn tập chính trong chương

- Kiến trúc, thành phần chức năng và các điểm tham chiếu IMS;

- Các thủ tục SIP ứng dụng trong IMS;

- Đặc tính của giao thức Diameter, COPS;

- Cơ chế nén báo hiệu trong SigComp.

PTIT

135

CHƯƠNG 5: BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LIÊN

MẠNG

Tóm tắt: Vấn đề kết nối liên điều hành và đảm bảo các phiên kết nối truyền thông

từ một hạ tầng mạng này sang hạ tầng mạng khác luôn được đặt ra trong nỗ lực hội

tụ mạng. Chương này chỉ ra các vấn đề cơ bản của điều khiển chấp nhận kết nối,

kiến trúc điều khiển phân tán và các giao thức, thủ tục báo hiệu cho kết nối liên

mạng.

5.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC MẠNG

5.1.1 Hội tụ mạng cố định và di động

Nhƣ trong chƣơng 2 đã trình bày sơ lƣợc về xu hƣớng hội tụ hạ tầng mạng truyền

thông trong những năm gần đây. Bên cạnh hƣớng tiếp cận máy chủ cuộc gọi, tập

trung vào mục tiêu gắn kết giữa hạ tầng mạng cố định với mạng internet, tiếp cận

IMS đƣợc coi là giải pháp tiềm năng hiện nay cho mục tiêu hội tụ mạng di động và

mạng cố định và đƣợc gọi là FMC (Fixed Mobile Convergence). Mạng hội tụ cố

định/di động cho phép thuê bao di động có thể chuyển vùng ra ngoài vùng phục vụ

của mạng di động mà vẫn có khả năng truy nhập các dịch vụ cung cấp trong mạng

thƣờng trú. Sự phát triển của công nghệ mạng lõi theo hƣớng dựa trên mạng IP là

giải pháp lâu dài để tích hợp các công nghệ mạng khác nhau và tích hợp các mạng

cố định và di động. Mạng hội tụ FMC tạo cơ hội cho phép mở rộng phạm vi và

vùng phục vụ của các dịch vụ mà các mạng trƣớc đó không thể thực hiện đƣợc.

Tiếp cận này hoàn toàn có thể từng bƣớc thay thế cho tiếp cận chuyển mạch mềm

trong tƣơng lai. Khái niệm FMC liên quan đến vấn đề hội tụ mạng cố định và mạng

di động. Do vậy, những nghiên cứu về FMC xoay quanh hai mạng: cố định và di

động. Đối với mạng di động, các công nghệ mạng sau đây có thể đƣợc sử dụng để

thực hiện việc hội tụ với mạng cố định:

o Miền IMS: liên quan đến việc sử dụng miền IMS của 3GPP để cung cấp các

dịch vụ dựa trên SIP.

PTIT

136

o PLMN-CS: miền chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ thoại (không đƣợc điều

khiển bởi IMS).

o PLMN-PS: miền chuyển mạch gói cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói

(không đƣợc điều khiển bởi IMS).

Mạng cố định có thể đƣợc phân thành 3 loại công nghệ truy nhập cố định sau

đây, có thể thực hiện hội tụ với mạng di động:

o Mạng vô tuyến: Thiết bị đầu cuối truy nhập với mạng cố định qua giao diện

vô tuyến (ví dụ: các chuẩn IEEE 802.11, 802.15 và 802.16). Thuê bao có thể

sử dụng cùng một loại đầu cuối để truy nhập cả mạng di động và mạng vô

tuyến cố định (sử dụng đầu cuối hai chế độ). Chức năng điều khiển đối với

mạng này bao gồm IMS và UMA.

o Truy nhập cố định băng rộng: Thiết bị đầu cuối truy nhập mạng cố định qua

kết nối hữu tuyến. Thuê bao không thể sử dụng cùng một loại thiết bị để truy

nhập cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của mạng này

là IMS.

o Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN: Thiết bị đầu cuối là điện

thoại cố định truyền thống. Thuê bao không thể sử dụng cùng một đầu cuối để

truy nhập tới cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của

mạng cố định này là: PES kết hợp với IMS;UMA-J:POTS đƣợc kết nối với

miền PLMN-CS sử dụng cổng kết nối; thiết bị chuyển mạch PSTN; PES kết

hợp với chuyển mạch mềm.

5.1.2 Cấu trúc FMC dựa trên IMS

Cấu trúc FMC dựa trên IMS thể hiện trên hình 5.1. Cấu trúc này đƣợc xây dựng

với giả thiết rằng: một nền tảng dịch vụ IMS chung đƣợc thực hiện để cung cấp các

dịch vụ cả mạng cố định và di động. Nền tảng IMS hội tụ này có thể đƣợc sử dụng

để chuyển các dịch vụ giữa các thiết bị đầu cuối kết nối với các mạng khác nhau

dựa trên khả năng kết nối (reachability), sở thích của thuê bao hoặc yêu cầu rõ ràng

của thuê bao. Cấu trúc này cũng có thể đƣợc sử dụng để chuyển các dịch vụ từ một

PTIT

137

hệ thống truy nhập này sang một hệ thống truy nhập khác để hỗ trợ tính liên tục

dịch vụ cho các thiết bị đầu cuối đa chế độ; những thiết bị này có thể kết nối đến

đồng thời các điểm truy nhập vô tuyến cố định và mạng di động.

Hình 5.1: Cấu trúc hội tụ FMC trên nền IMS

Cách sử dụng thay thế cho chuyển giao mức dịch vụ là phƣơng thức chuyển giao

lớp truyền tải bằng cách sử dụng các giao thức quản lý di động phù hợp. Loại

chuyển giao này yêu cầu một lõi chuyển mạch gói chung trong đó thông tin nhận

thực và thông tin QoS của phần truy nhập mạng có thể đƣợc chuyển giữa các phân

hệ truy nhập khác nhau.

Trong vấn đề hội tụ cố định di động, cấu trúc hỗ trợ tính liên tục dịch vụ giữa

mạng chuyển mạch gói điều khiển bởi IMS với các mạng di động chuyển mạch

kênh là điểm mấu chốt của vấn đề đảm bảo QoS. Cấu trúc này yêu cầu các chức

năng hội tụ PS/CS điển hình để kết nối giữa mạng điều khiển bởi IMS với mạng

CS. Những chức năng này đƣợc thể hiện trên hình 5.1 bao gồm: lớp dịch vụ FMC

app và IWF ở lớp truyền tải. Những chức năng này sẽ có trong mạng IMS để tận

dụng các giao diện CS. Cấu trúc phỏng tạo PSTN/ISDN dựa trên IMS có thể đƣợc

coi là cấu trúc FMC dựa trên IMS do cấu trúc IMS hội tụ có thể cung cấp các dịch

vụ đồng thời cho thuê bao di động và đầu cuối PSTN/ISDN.

5.1.3 Mô hình tham chiếu IMS trong FMC

Mục tiêu lâu dài của FMC là cung cấp cho thuê bao các dịch vụ không hạn chế

trong môi trƣờng truy nhập mạng cố định và di động. Hình 5.2 mô tả các miền

mobile PS ANfixed PS AN mobile CS AN

IMS

mobile CS core

IWF

FMCappl.

PS Core Convergence fixed mobile

IMS Convergence

PS/CSConver-gence

service transfer

mobile PS ANfixed PS AN mobile CS AN

IMS

mobile CS core

IWF

FMCappl.

PS Core Convergence fixed mobile

IMS Convergence

PS/CSConver-gence

service transfer

PTIT

138

mạng cho cả mạng cố định và di động để thể hiện các mức hội tụ khác nhau có thể

đạt đƣợc với cấu trúc này.

User

Equipment

Domain

application

service

domain

3rd

Party

Applications

Application Service

Domain

Session Control

Domain

(IMS Core)

Core Transport Domain

Access Transport Domain

Radio/wired

Access Domain

Access

Aggregation

Domain

Other

Networks

Hình 5.2: Mô hình tham chiếu cấu trúc FMC dựa trên IMS

Miền truyền tải truy nhập (Access Transport) hỗ trợ kết nối giữa miền thiết bị

đầu cuối thuê bao (User Equipment Domain) với miền truyền tải lõi (Core

Transport Domain) độc lập với công nghệ truy nhập. Bên trong miền truyền tải truy

nhập, chúng ta phân biệt giữa khối miền truy nhập hữu tuyến/ không dây

(Radio/Wired Access Domain, bao gồm phân hệ truy nhập DSLAM, trạm gốc và bộ

điều khiển trạm gốc 3G, điểm truy nhập WLAN…) với miền tích hợp truy nhập

(Access Aggregation Domain, thực hiện chức năng tập hợp lƣu lƣợng từ nhiều miền

truy nhập hữu tuyến/ không dây chuyển tới nút biên). Cấu trúc mạng GPRS (một

phần mạng truy nhập kết nối IP 3GPP) là ví dụ đặc trƣng cho miền tích hợp truy

nhập. Tƣơng tự nhƣ vậy, mạng kết nối DSLAM tới các thiết bị biên BRAS/IP cũng

là một ví dụ điển hình của miền tích hợp truy nhập. Một miền tích hợp truy nhập di

động phải chứa các chức năng quản lý di động.

Miền truyền tải lõi cũng phải chứa chức năng quản lý di động để hỗ trợ tính di

động giữa các miền truy nhập khác nhau (vd nhƣ: chức năng quản lý di động của

máy chủ thƣờng trú MIP). Miền truyền tải lõi kết nối với các miền truy nhập trong

cùng một mạng và với các miền truyền tải lõi của các mạng khác để hỗ trợ chức

năng xử lý đa phƣơng tiện khi cần. Chức năng truy nhập mạng, chức năng điều

PTIT

139

khiển truy nhập và quản lý tài nguyên đều đƣợc thực hiện ở các miền truy nhập và

miền truyền tải lõi.

Truyền tải IP trong mạng lõi tại mặt phẳng truyền tải cho phép ghép nối giữa các

công nghệ truy nhập cố định và di động. Tuy vậy, khả năng làm việc liên mạng giữa

các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau tại lớp truyền tải không đủ hỗ trợ tính

di động toàn cầu trong môi trƣờng hỗn tạp nhƣ vậy; lớp điều khiển thực hiện các

công việc nhƣ: các cơ chế nhận thực và nhận dạng thuê bao, các chức năng xác thực

và điều khiển truy nhập, quản lý và phân bổ địa chỉ IP, quản lý môi trƣờng thuê bao

(VHE), quản lý thông tin về thuê bao và khả năng truy nhập tới số liệu thuê bao…

để đảm bảo hội tụ toàn phần giữa các công nghệ truy nhập và giữa các mạng khác

nhau.

Điều khiển phiên kết nối giữa thiết bị đầu cuối thuê bao với các mạng khác đƣợc

hỗ trợ bởi miền điều khiển phiên (Section Control Domain) – miền này chứa các

chức năng hỗ trợ dịch vụ vị trí và dịch vụ hiển thị. Miền điều khiển phiên giao diện

với miền truyền tải lõi để truyền các yêu cầu tài nguyên truyền tải và thông tin NAT

binding nếu cần. Miền này cũng giao tiếp với miền truyền tải truy nhập (để truyền

thông tin vị trí trong trƣờng hợp miền truy nhập hữu tuyến).

Cuối cùng, miền dịch vụ ứng dụng (Application Service Domain) chứa các chức

năng hỗ trợ các dịch vụ thông tin và nhắn tin đƣợc xây dựng bên trên các dịch vụ

điều khiển phiên.

Cấu trúc FMC sử dụng miền điều khiển phiên và miền dịch vụ chung cho cả thuê

bao cố định và di động. Miền điều khiển phiên là phần cốt yếu của tiêu chuẩn IMS

của 3GPP. Hội tụ dịch vụ bao gồm một số tính năng dịch vụ FMC cơ bản có thể

đƣợc mô tả dƣới đây sử dụng các miền dùng chung và các điểm tham chiếu chung

cho cả đầu cuối cố định và di động:

o Truy nhập cùng dịch vụ từ các đầu cuối khác nhau với các số nhận dạng công

cộng khác nhau (một thiết bị đầu cuối thuê bao có thể chứa nhiều số nhận

dạng công cộng).

PTIT

140

o Truy nhập cùng dịch vụ từ các thiết bị đầu cuối khác nhau sử dụng cùng một

số nhận dạng thuê bao công cộng. Tính năng này cho phép thuê bao lựa chọn

dịch vụ nào đƣợc chuyển tiếp đến đầu cuối nào và theo trình tự nào, trong

khi bên gọi chỉ cần biết một số nhận dạng thuê bao duy nhất.

o Tính liên tục dịch vụ trên một thiết bị đầu cuối đa chế độ khi di chuyển giữa

môi trƣờng mạng cố định ở nhà hoặc ở cơ quan và môi trƣờng mạng di động

(Vd: máy di động hoặc PDA hai chế độ UTRAN và WLAN/Bluetooth có thể

kết nối hoặc tới UTRAN BS hoặc tới điểm truy nhập WLAN/Bluetooth).

Chức năng FMC có thể đƣợc coi là một phần tử mạng điều khiển điểm hội tụ.

Các điểm hội tụ mạng có thể khác nhau tùy theo từng nhà khai thác, phụ thuộc vào

trạng thái của mạng hiện tại (mạng di động, mạng cố định, mạng CS, mạng PS…).

Hình 5.3 thể hiện điểm hội tụ tại các lớp mạng khác nhau. Trong đó, miền truy nhập

của các dịch vụ cố định và di động là khác nhau, mặc dù một số phần tử chung có

thể đƣợc chia sẻ giữa các mạng cố định và di động. Tƣơng tự, miền truyền tải lõi

của các mạng cố định và di động cũng khác nhau.

Hình 5.3: Điểm hội tụ và chức năng FMC

Trên hình 5.3, phần trung tâm thể hiện cấu trúc hội tụ lớp dịch vụ. Cấu trúc này

hỗ trợ tính liên tục dịch vụ đối với các đầu cuối đa chế độ nếu các đầu cuối, các

miền ứng dụng và miền điều khiển phiên có các tính năng phù hợp. Để thực hiện

applicationservice

domain

applicationservice

domain

accesstransport

domain

accesstransport

domain

userequipment

domain

userequipment

domain

coretransport

domain

coretransport

domain

access

transport

domain

access

transport

domain

user

equipment

domain

user

equipment

domain

3rd Party

Applications

sessioncontrol

domain

sessioncontrol

domain

core

transport

domain

core

transport

domain

application

servicedomain

application

servicedomain

access

transport

domain

access

transport

domain

userequipment

domain

userequipment

domain

core

transportdomain

core

transportdomain

access

transportdomain

access

transportdomain

user

equipment

domain

user

equipment

domain

3rd Party

Applications

session

control

domain

session

control

domain

core

transportdomain

core

transportdomain

session

control

domain

session

control

domain

access

transportdomain

access

transportdomain

user

equipment

domain

user

equipment

domain

coretransport

domain

coretransport

domain

session

control

domain

session

control

domain

accesstransport

domain

accesstransport

domain

user

equipmentdomain

user

equipmentdomain

3rd Party

Applications

application

servicedomain

application

servicedomain

FMCfunction

FMCfunction

service level convergence CS/PS convergencetransport level convergence

PS PS PS PS CS PS

FMC

function

IWF

IWF

applicationservice

domain

applicationservice

domain

accesstransport

domain

accesstransport

domain

userequipment

domain

userequipment

domain

coretransport

domain

coretransport

domain

access

transport

domain

access

transport

domain

user

equipment

domain

user

equipment

domain

3rd Party

Applications

sessioncontrol

domain

sessioncontrol

domain

core

transport

domain

core

transport

domain

application

servicedomain

application

servicedomain

access

transport

domain

access

transport

domain

userequipment

domain

userequipment

domain

core

transportdomain

core

transportdomain

access

transportdomain

access

transportdomain

user

equipment

domain

user

equipment

domain

3rd Party

Applications

session

control

domain

session

control

domain

core

transportdomain

core

transportdomain

session

control

domain

session

control

domain

access

transportdomain

access

transportdomain

user

equipment

domain

user

equipment

domain

coretransport

domain

coretransport

domain

session

control

domain

session

control

domain

accesstransport

domain

accesstransport

domain

user

equipmentdomain

user

equipmentdomain

3rd Party

Applications

application

servicedomain

application

servicedomain

FMCfunction

FMCfunction

service level convergence CS/PS convergencetransport level convergence

PS PS PS PS CS PS

FMC

function

IWF

IWF

PTIT

141

chuyển giao lớp dịch vụ, yêu cầu các thiết bị đầu cuối phải hỗ trợ cả hai giao diện

vô tuyến và miền điều khiển phiên phải hỗ trợ đăng ký đồng thời cùng một số nhận

dạng riêng. Để hỗ trợ chuyển giao lớp dịch vụ cho một đầu cuối đa chế độ, chức

năng FMC đƣợc thực hiện ở miền ứng dụng có thể lựa chọn giữa các phiên. Điểm

hội tụ này đƣợc các nhà cung cấp dịch vụ chấp nhận. Những nhà cung cấp này vận

hành cả mạng truy nhập và mạng lõi cố định dựa trên công nghệ chuyển mạch gói

PS và mạng truy nhập và mạng lõi di động cũng dựa trên PS.

Cách thứ hai hỗ trợ tính liên tục dịch vụ cho các thiết bị đầu cuối đa chế độ

là sử dụng chức năng FMC ở miền truyền tải lõi. Đối với trƣờng hợp này, chức

năng FMC điều khiển chuyển giao giữa các miền truy nhập và giữa các chế độ QoS

và các truy nhập mạng kết hợp với chế độ đó. Nếu miền truy nhập dích có thể hỗ trợ

cùng một chế độ QoS với miền truy nhập đang phục vụ thì miền điều khiển phiên

không cần tham gia quá trình chuyển giao. Nếu miền truy nhập đích hỗ trợ QoS

thấp hơn so với miền truy nhập gốc thì miền điều khiển phiên cần tham gia vào việc

quyết định chuyển giao. Nếu mạng đích có khả năng tăng QoS của một phiên thì

miền điều khiển phiên cần đƣợc thông báo điều này bởi vì có thể nó sẽ tăng QoS

của phiên đầu cuối – đến đầu cuối tùy theo các tính năng của mạng truy nhập và của

thiết bị đầu cuối ở đầu bên kia.

Chức năng FMC tại lớp truyền tải có thể đƣợc kết hợp với chức năng FMC tại

lớp dịch vụ. Trên thực tế, cần thiết phải kết hợp chuyển giao lớp dịch vụ của một

thiết bị đầu cuối đa chế độ với tính năng truyền tải dịch vụ (ví dụ dịch vụ video) từ

thiết bị đó tới một đầu cuối khác có khả năng hiển thị tốt hơn.

Hội tụ lớp dịch vụ và truyền tải giả thiết rằng tất cả các dịch vụ đƣợc tải trên

miền truyền tải lõi và miền truy nhập chuyển mạch gói. Việc chuyển đổi tất cả các

mạng di động từ chuyển mạch kênh sang dịch vụ thoại chuyển mạch gói sẽ rất mất

thời gian. Do đó, ngƣời ta quan tâm đến khả năng hỗ trợ tính liên tục dịch vụ đối

với các cuộc gọi thoại giữa miền truy nhập cố định PS và miền truy nhập di động

CS. Khả năng làm việc liên mạng giữa miền PS và CS đƣợc hỗ trợ bởi các cổng

PTIT

142

phƣơng tiện và cổng báo hiệu. Những chức năng này không đặc trƣng cho FMC bởi

vì dù sao đi nữa thì các thiết bị đầu cuối của hai mạng này phải có khả năng liên lạc

với nhau. Chức năng FMC ở miền dịch vụ bên trên có khả năng hỗ trợ hai mạng

này (miền CS và miền PS) và sự lựa chọn miền phục vụ là tùy theo yêu cầu của

thuê bao hoặc nhà khai thác. Cấu hình này đƣợc chấp nhận bởi nhiều nhà cung cấp

dịch vụ vận hành cả mạng di động CS và mạng cố định PS.

Việc kết hợp giữa 3 mô hình hội tụ trên có thể đƣợc sử dụng cho phép thực hiện

chuyển vùng giữa các miền PS và CS hoặc kết hợp tính năng truyền tải dịch vụ và

chuyển giao với tính năng Enhanced VPN giữa miền CS và PS. Tóm lại, cấu trúc

FMC dựa trên IMS đƣợc thực hiện theo các nguyên tắc sau:

o Cấu trúc hỗ trợ các dịch vụ trên nền IMS trên bất kỳ thiết bị đầu cuối nào có

hỗ trợ tính năng IMS.

o Thiết bị đầu cuối thuê bao có thể kết nối với bất kỳ miền truyền tải truy nhập

chuyển mạch gói nào với các giao diện tƣơng thích có khả năng truyền tải

giao thức giữa thiết bị thuê bao với mạng IMS một cách trong suốt.

o Các miền truyền tải truy nhập có thể kết nối đến một miền truyền tải lõi

không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập. Điều đó có nghĩa là các giao diện

giữa miền truy nhập và lõi giống nhau không phụ thuộc vào công nghệ truy

nhập.

o Các giao diện giữa miền truyền tải lõi và nền tảng dịch vụ IMS cần dựa trên

các tính năng yêu cầu hỗ trợ các tính năng và dịch vụ trên nền IMS; không

loại trừ việc sử dụng các nền tảng dịch vụ khác để hỗ trợ giao diện này.

o Các giao diện cần hỗ trợ việc chia sẻ phƣơng tiện giữa miền truyền tải lõi và

miền truy nhập sử dụng nhiều nhà cung cấp nền tảng dịch vụ khác nhau.

Nhƣ vậy, có thể thấy rằng xu hƣớng hội tụ mạng giữa mạng cố định và internet cần

thiết có các giao thức điều khiển liên mạng giữa các MGC và thực hiện chuyển đổi

thông tin báo hiệu giữa SS7 và mạng IP. Trong khi đó, báo hiệu điều khiển liên

mạng của kiến trúc FMC dựa trên IMS đƣợc thực hiện thông qua giao thức SIP.

PTIT

143

Mục tiếp theo sẽ giới thiệu về giao thức truyền tải báo hiệu SIGTRAN và mô hình

kết nối chuyển vùng

5.2 GIAO THỨC TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SIGTRAN

Vấn đề liên kết báo hiệu giữa các mạng PSTN với mạng IP dựa trên giao thức

truyền tải báo hiệu SIGTRAN (Signalling Transport). SIGTRAN là một nhóm làm

việc trực thuộc IETF, đƣợc hình thành vào năm 1999 với nhiệm vụ thiết lập một

kiến trúc dùng để truyền tải các dữ liệu báo hiệu thời gian thực qua mạng IP. Nhiệm

vụ chủ yếu không chỉ về mặt kiến trúc mà còn bao gồm cả việc định nghĩa một bộ

giao thức dùng cho việc truyền tải các bản tin báo hiệu SS7 và ISDN qua mạng

chuyển mạch gói. Nhóm làm việc đã đƣa ra mô hình kiến trúc của giao thức

SIGTRAN, gồm ba thành phần sau:

Hình 5.4: Kiến trúc giao thức SIGTRAN

o Giao thức Internet chuẩn hoá bao gồm các giao thức tiêu chuẩn trong bộ giao

thức TCP/IP.

o Giao thức truyền tải báo hiệu chung: Giao thức này hỗ trợ một tập hợp chung

của các chức năng truyền tải báo hiệu tin cậy. Đặc biệt trong đó phải kể đến giao

thức truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

là một giao thức truyền tải mới đƣợc định nghĩa bởi IETF tại RFC 2960.

o Giao thức tƣơng thích: Hỗ trợ các hàm nguyên thuỷ cụ thể chẳng hạn nhƣ các

chỉ thị quản lý yêu cầu bởi một giao thức báo hiệu ứng dụng đặc biệt. Các giao

thức lớp con tƣơng thích mới đƣợc định nghĩa bởi IETF RFC 2960 gồm: M2PA

PTIT

144

(MTP2-User peer-to-peer adaptation), M2UA (MTP2-User adaptation), M3UA

(MTP3-User adaptation), SUA (SCCP-User adaptation) và IUA (ISDN User

adaptation). Chú ý rằng tại một thời điểm chỉ có duy nhất một giao thực đƣợc

thực hiện.

Nhƣ vậy bộ giao thức này đƣợc hình thành từ một lớp truyền tải mới - giao thức

truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol) và một

tập hợp của các lớp tƣơng thích UA (User Adaptation), các lớp tƣơng thích này

cung cấp các dịch vụ giống nhƣ các tầng thấp của mạng SS7 và ISDN. Hình 5.5

minh hoạ chi tiết hơn về các giao thức của SIGTRAN.

Hình 5.5 : Bộ giao thức SIGTRAN

Vùng xám đậm chính là các giao thức mới của SIGTRAN, trong khi các vùng

nhạt hơn là các giao thức đang tồn tại. Các lớp UA đƣợc đặt tên theo dịch vụ mà

chúng thay thế chứ không căn cứ vào đối tƣợng sử dụng dịch vụ đó. Ví dụ M3UA

tƣơng thích với SCTP để cung cấp nhiều dịch vụ của lớp MTP3 chứ không phải chỉ

cung cấp một dịch vụ cho MTP3. Tất cả các lớp thích ứng SIGTRAN đều phục vụ

cho một số một số mục đích chung sau:

o Dùng để vận chuyển các giao thức báo hiệu lớp cao hơn thông qua cơ chế truyền

tải tin cậy dựa trên nền IP.

o Cung cấp lớp dịch vụ tƣơng tự tại giao diện của mạng PSTN tƣơng ứng. Chẳng

hạn, ít nhất thì M3UA phải khiến cho ngƣời dùng của nó nhìn nhận nó giống

PTIT

145

nhƣ MTP3 về mặt dịch vụ (M3UA không thực sự thay thế các tính năng và hoạt

động của MTP3).

o Các lớp thích ứng hoàn toàn trong suốt đối với ngƣời dùng. Ngƣời sử dụng dịch

vụ sẽ không nhận thấy rằng lớp thích ứng đƣợc thay thế giao thức ban đầu.

o Loại bỏ các lớp SS7 mức thấp càng nhiều càng tốt.

SIGTRAN hiện thời đƣa ra sáu lớp thích ứng sau:

o M2UA: cung cấp các dịch vụ của MTP2 trong mô hình client-server,

chẳng hạn nhƣ SG - to - MG. Đối tƣợng sử dụng của nó sẽ là MTP3.

o M2PA: cung cấp các dịch vụ của MTP2 theo mô hình peer-to-peer, ví dụ

nhƣ các kết nối SG - to - SG. Đối tƣợng sử dụng của nó là MTP3.

o M3UA: cung cấp các dịch vụ của MTP3 trong cả hai kiểu kiến trúc:

client-server (SG - to - MGC) và peer-to-peer. Đối tƣợng sử dụng của nó

sẽ là SCCP và/ hoặc ISUP.

o SUA: cung các các dịch vụ của SCCP trong kiến trúc peer-to-peer, ví dụ

SG - to - IP SCP. Đối tƣợng sử dụng của nó là TCAP hoặc phần ứng

dụng dựa trên khả năng trao đổi khác.

o IUA: cung cấp các dịch vụ của lớp liên kết dữ liệu ISDN (LAPD). Ngƣời

dùng của nó là một thực thể ISDN mức 3.

o V5UA: cung cấp các dịch vụ của giao thức V.5.2

Khung làm việc của bộ giao thức SIGTRAN là khá mềm dẻo, do đó cho phép

chúng ta có thể thêm vào các lớp mới khi cần. Để xác định rõ hơn các đặc tính

truyền tải báo hiệu của giao thức SIGTRAN ta xem xét một số lớp thích ứng cơ bản

sau:

(i) Lớp tương thích người dùng MTP2 (M2UA): Giao thức thích ứng ngƣời dùng

phần chuyển giao bản tin mức 2 (M2UA -MTP2 user adaptation) đƣợc sử dụng để

chuyển giao các bản tin báo hiệu số 7 phần ngƣời dùng MTP2 (ví dụ các bản tin

MTP3) qua mạng IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. Cụ thể M2UA truyền dữ liệu

của ngƣời dùng MTP2 giữa một lớp MTP2 đặt tại SG và một lớp MTP3 đặt tại

PTIT

146

MGC. Nhƣ vậy nó hoạt động giống nhƣ mô hình Client - Server trong đó MGC là

Client và SG là Server. M2UA hỗ trợ:

o Ranh giới giao diện giữa MTP2/MTP3: Giao diện SS7 giữa MTP3/MTP2

(MTP2-User) vẫn đƣợc giữ lại tại điểm đầu cuối trong mạng IP, do đó lớp

giao thức M2UA đƣợc yêu cầu cung cấp cho các User của nó tập các dịch

vụ tƣơng đƣơng với các dịch vụ mà MTP2 đã cung cấp cho MTP3.

o Giao tiếp giữa các module quản lý lớp đặt tại SG và MGC: M2UA cung

cấp một số bản tin nhằm hỗ trợ cho giao tiếp giữa các module quản lý lớp

đặt tại SG và MGC diễn ra thuận lợi hơn.

o Hỗ trợ quản lý các liên kết đang hoạt động giữa SG và MGC: Lớp M2UA

ở SG có nhiệm vụ giữ trạng thái của các xử lý máy chủ ứng dụng ASP

(Application Server Process) đƣợc cấu hình. Một tập các hàm nguyên

thuỷ giữa M2UA và module quản lý lớp đƣợc định nghĩa nhằm giúp cho

module này quản lý liên kết giữa SG và MGC. Lớp M2UA có thể dựa vào

chỉ dẫn của module quản lý lớp để thiết lập một liên kết SCTP với một

node M2UA ngang cấp.

Vị trí chức năng của M2UA đƣợc chỉ ra trên hình 5.6 dƣới đây. Chức năng liên

kết node là chức năng xử lý báo hiệu mức cao tiếp nhận và xử lý các thông tin hoạt

hoá và loại bỏ liên kết, số thứ tự các bản tin, thủ tục đệm và truyền lại bản tin.

Hình 5.6: Vị trí chức năng và hoạt động của M2UA

PTIT

147

(ii) Lớp thích ứng ngang cấp người dùng M2PA. Giao thức thích ứng ngang cấp

ngƣời dùng sử dụng các dịch vụ của SCTP để hỗ trợ việc truyền các bản tin báo

hiệu MTP3 của hệ thống SS7 qua mạng IP. M2PA có khả năng xử lý đầy đủ bản tin

MTP3 và quản lý mạng giữa bất kì hai nút SS7 nào giao tiếp với nhau qua mạng IP.

M2PA hỗ trợ:

o Điều khiển liên tục hoạt động của các giao thức MTP3 ngang cấp qua một

kết nối với mạng IP.

o Ranh giới giao diện giữa MTP2 và MTP3, quản lý các liên kết truyền tải

SCTP và lƣu lƣợng thay cho các liên kết của MTP2.

o Báo cáo kịp thời các thay đổi về trạng thái đến phần quản lý.

Hình 5.7: Vị trí chức năng và hoạt động của M2PA

M2PA là phƣơng tiện giúp cho các lớp MTP3 cùng cấp ở các SG có thể giao tiếp

trực tiếp với nhau. Thực chất nó là sự mở rộng của hệ thống SS7 thông qua mạng

IP. Mô hình kiến trúc sử dụng M2PA đƣợc chỉ ra trên hình 5.8.

Kiến trúc này áp dụng cho kết nối SG - to - SG, nó đóng vai trò nhƣ chiếc cầu

nối giữa hai mạng SS7.Trong trƣờng hợp này mỗi SG có thể kết nối với nhiều SG

khác và chúng không cần biết về lớp bên trên mà chúng đang hỗ trợ. MTP3 có mặt

tại mỗi SG để tham gia vào việc định tuyến và quản lý các liên kết của

MTP2/M2PA. Do có sự hiện diện của MTP3 nên mỗi SG sẽ cần phải có mã điểm

của riêng nó.

PTIT

148

Việc thay thế các liên kết của MTP2 với M2UA nhằm để phân biệt với trƣờng

hợp truy cập IP SCP từ SG (dịch vụ này đƣợc cung cấp bởi SUA). ở trƣờng hợp của

SUA, nó đƣợc biết lớp trên của nó là TCAP (hoặc các phần ứng dụng khác), trong

khi đó thì M2PA hoàn toàn không biết gì về các lớp SS7 bên trên của nó.

Sự khác nhau quan trọng về mặt chức năng của M2PA so với M2UA là M2PA

bản thân nó thực sự cung cấp dịch vụ giống nhƣ MTP2. Còn M2UA chỉ cung cấp

một giao diện cho dịch vụ của MTP2 ở phía đầu xa.

(iii) Lớp thích ứng người dùng MTP3 (M3UA). Lớp thích ứng ngƣời dùng phần

chuyển giao bản tin mức 3 (M3UA - MTP3 user adaptation) định nghĩa một giao

thức hỗ trợ cho việc truyền tải các bản tin báo hiệu của ngƣời dùng MTP3 (ví dụ

các bản tin ISUP/SCCP) qua mạng IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. Giao thức này

sẽ đƣợc sử dụng ở giữa một SG và một MGC hoặc một cơ sở dữ liệu thƣờng trú IP.

M3UA thích hợp cho việc truyền các bản tin của bất cứ phần ngƣời dùng MTP3

nào. Danh sách các lớp giao thức này bao gồm ISUP, SCCP, và phần ngƣời dùng

điện thoại TUP. Các bản tin của giao thức ứng dụng các khả năng trao đổi (TCAP)

và giao thức ứng dụng mạng truy cập vô tuyến (RANAP - Radio Access Network

Application Protocol) đƣợc truyền tải trong suốt bởi M3UA giống nhƣ tải của

SCCP bởi vì chúng là các giao thức của ngƣời dùng SCCP.

Thực chất M3UA tƣơng tự nhƣ M2UA và nó hoạt động theo mô hình Client -

Server nhằm cung cấp cho lớp bậc cao của hệ thống SS7 một giao thức để truy cập

từ xa đến các lớp thấp hơn. Nhờ có M3UA mà dịch vụ của MTP3 có thể đƣợc cung

cấp tại MGC (chẳng hạn nhƣ việc huỷ kết nối ISUP ở MGC). Đây cũng có thể coi

là sự mở rộng của hệ thống SS7 trong mạng IP.

Hình 5.9 dƣới đây minh hoạ kiến trúc mà ở đó M3UA đƣợc sử dụng. Kiến trúc

này thích hợp cho các trƣờng hợp sau:

o Mật độ của các liên kết SS7 đủ lớn để khiến cho một cổng SG đứng độc

lập có thể thông qua.

o Các liên kết SS7 có thể truy cập vật lý tại một điểm đơn nào đó.

PTIT

149

Hình 5.8: Vị trí chức năng và hoạt động của M3UA

Lớp M3UA có nhiệm vụ duy trì giao diện giữa MTP3 - ISUP qua kết nối SCTP.

Các lệnh và yêu cầu truyền dữ liệu xuống tầng bên dƣới của ISUP ở MGC đƣợc

mang bởi M3UA và đƣợc đƣa đến giao diện cao hơn của MTP3 ở SG. Còn các chỉ

thị và các bản tin dữ liệu đến đƣợc chuyển lên phía trên từ MTP3 ở SG và đƣợc

mang bởi M3UA (qua SCTP) đến giao diện thấp hơn của ISUP ở MGC.

(iv) Giao thức thích ứng người dùng SUA. Giao thức thích ứng ngƣời dùng SCCP

(SUA - SCCP user adaptation) đƣợc dùng để truyền tải bất kỳ bản tin báo hiệu của

ngƣời dùng SCCP (ví dụ TCAP, RANAP v.v…) qua mạng IP sử dụng các dịch vụ

của SCTP. Giao thức này đƣợc thiết kế theo kiểu module và có tính đối xứng do đó

cho phép nó hoạt động trong các kiến trúc đa dạng chẳng hạn nhƣ kiến trúc SG tới

điểm cuối báo hiệu IP cũng nhƣ kiến trúc điểm kết cuối báo hiệu IP ngang cấp .

SUA hỗ trợ:

o Trao đổi các bản tin của phần ngƣời dùng SCCP (các bản tin TCAP,

RANAP…)

o Dịch vụ SCCP phi kết nối

o Dịch vụ SCCP hƣớng kết nối

o Quản lý các liên kết truyền tải SCTP giữa một node SG và một hoặc nhiều

node báo hiệu dựa trên nền IP

PTIT

150

o Phân phối các node báo hiệu IP

o Báo cáo kịp thời các thay đổi về trạng thái cho phần quản lý

SUA cung cấp phƣơng tiện nhờ đó phần ứng dụng (chẳng hạn nhƣ TCAP) ở

một điểm điều khiển dịch vụ IP SCP có thể đƣợc thực hiện thông qua SG. Kiến trúc

mạng gắn với SUA cho phép có hàng loạt các điểm điều khiển dịch vụ IP SCP

thông qua một SG đơn. Các IP SCP này không có lớp MTP3 nội hạt và do đó chúng

không cần mã điểm SS7. Sau đây là mô hình kiến trúc ở đó SUA đƣợc sử dụng giữa

SG và IP SCP.

Hình 5.9: Vị trí chức năng và hoạt động của SUA

Chức năng của SUA có thể đƣợc cung cấp bởi MTP2 hoặc các lớp thích ứng

MTP2. Tuy nhiên SUA có một chức năng quan trọng đó là chuyển đổi giữa địa chỉ

SCCP và địa chỉ IP (tại SG). Nếu không có chức năng này thì SCCP sẽ phải có mặt

ở tất cả các điểm IP SCP và mạng SS7 mở rộng sẽ cần đến thông tin của các SCCP

này. SUA có thể biết đƣợc sự hiện diện của từng điểm IP SCP bằng cách cung cấp

một địa chỉ SCCP để bao phủ tất cả các node.

Dịch vụ của các cơ sở dữ liệu cá nhân đƣợc đánh địa chỉ thông qua số phân hệ

SSN (Subsystem Number). SUA cung cấp dịch vụ không giống nhƣ dịch vụ biên

dịch tiêu đề toàn cầu (GTT - Global Title Translation) để sắp xếp các SSN vào

PTIT

151

trong kết nối SCCP (đƣợc dùng để định tuyến các bản tin của phần ứng dụng đến

điểm điều khiển dịch vụ IP SCP thích hợp).

SUA cũng là một giao thức khá mềm dẻo, nó hỗ trợ các phần ứng dụng đang

chạy giữa hai node trong toàn bộ mạng IP. Điều này đặc biệt thích hợp đối với các

mạng mới ra đời. Đối với các mạng này thì một mạng báo hiệu SS7 truyền thống

chạy ở phía dƣới có thể không cần thiết. Trong trƣờng hợp này ngăn xếp IP SCP sẽ

giống nhau ở cả hai node (dựa trên IP). Ngoài ra SUA còn cho phép truy cập đến

các cơ sở dữ liệu dịch vụ trong mạng SS7 từ mạng IP.

5.3 KẾT NỐI LIÊN MẠNG IMS-CS

Trong mạng hiện tại, dịch vụ thoại chuyển mạch kênh truyền thống vẫn tồn tại

cùng với dịch vụ đa phƣơng tiện chuyển mạch gói. Do đó tồn tại một kết nối liên

mạng giữa IMS với CS để cung cấp dịch vụ thoại và phân hệ IMS cung cấp một

kiến trúc chuyển mạch mềm phân tán nhƣ hình 5.10.

BGCF

MGCF

IM-MGW

BGCF

SGW

S-CSCF

I/P-CSCF

Mạng CS Mạng PS

Mi(SIP)Mk(SIP)

ISUP

M3UA

TDM IP

ISUP/

SS7

ISUP/

SS7

Mn

(H.248)

Mw

(SIP)

ISUP/

SS7

Hình 5.10: Kiến trúc kết nối liên mạng IMS-CS

Cổng báo hiệu SGW đƣợc sử dụng để kết nối các mạng báo hiệu khác nhau, nhƣ

các mạng báo hiệu dựa trên SCTP/IP và các mạng báo hiệu SS7. SGW thực hiện

chuyển đổi báo hiệu (cả hai chiều) tại mức truyền tải giữa truyền tải báo hiệu dựa

trên SS7 và dựa trên IP (SCTP/IP, SS7MTP). MGCF hỗ trợ thông tin giữa các

ngƣời sử dụng IMS và miền CS. Chức năng điều khiển cổng phƣơng tiện MGCF và

cổng phƣơng tiện IM (IM MGW) chịu trách nhiệm cho báo hiệu và chuyển đổi các

PTIT

152

phƣơng tiện giữa miền mạng PS và các mạng chuyển mạch kênh. MGCF giao tiếp

với S-CSCF (hoặc BGCF) qua giao thức SIP. Báo hiệu cuộc gọi (SS7/ISUP) đƣợc

chuyển từ cổng báo hiệu của mạng CS đến MGCF qua giao thức SIGTRAN. MGCF

phải phiên dịch các bản tin giữa SIP và ISUP để đảm bảo tƣơng tác giữa hai giao

thức này. Tất cả các báo hiệu điểu khiển cuộc gọi từ ngƣời dùng sử dụng CS đều

đƣợc đƣa đến MGCF để chuyển đổi ISUP (hay BICC) vào các giao thức SIP, sau đó

chuyển phiên đến IMS. Tƣơng tự tất cả các báo hiệu phiên khởi nguồn từ IMS đến

các ngƣời sử dụng CS đƣợc gửi đến MGCF. BGCF quyết định nơi kết nối liên

mạng khi một phiên đƣợc khởi tạo từ một ngƣời dùng IMS. Nếu kết nối liên mạng

xuất hiện trong cùng mạng, BGCF sẽ lựa chọn một MGCF, trong trƣơng hợp ngƣợc

lại, nó liên lạc với một BGCF thuộc mạng của nhà khai thác khác.

BGCF

Mạng nhà của thuê bao chủ gọi và bị gọi

MGCF

2. Truy vấn

ENUM

SGW

1. SIP: Yêu cầu

5. H248: Điều

khiển MGW

S-CSCF

3. SIP: Yêu cầu

4. SIP: 100 Thử lại

6. ISUP/M3UA: IAM7. ISUP/MTP3: IAM8. SIP: 183 Phát

triển phiên

9. SIP: PRACK

10. SIP: 200 OK

12. ISUP/M3UA: ACM11. ISUP/MTP3: ACM

13. SIP: 180 Chuông

14. SIP: PRACK

15. SIP: 200 OK16. ISUP/MTP3: ANM

17. ISUP/M3UA: ANM

18. H248: Điều

khiển MGW

19. SIP: 200 OK

20. SIP: ACK

Hình 5.11: Bản tin thiết lập cuộc gọi giữa người dùng IMS gọi người dùng CS

PTIT

153

Luồng báo hiệu thiết lập phiên giữa một ngƣời dùng IMS gọi ngƣời dùng CS

đƣợc minh hoạ trên hình 5.11. Lƣu ý là cả chủ gọi và ngƣời bị gọi trong cùng mạng

nhà. Thủ tục này bắt đầu khi tác nhân ngƣời dùng IMS gửi một bản tin yêu cầu SIP

INVITE với một yêu cầu URI của định dạng TEL-URI. Trong khi xác nhận một bản

tin INVITE, S-CSCF giao tiếp với một server chữ số điện tử ENUM (Electronic

Number) để chuyển đổi định dạng TEL-URI thành SIP-URI. Nếu TEL-URI không

đƣợc lƣu trữ trong server ENUM (biểu thị ngƣời bị gọi không phải là một ngƣời

dùng IMS), S-CSCF sẽ chuyển (qua giao diện Mi) bản tin yêu cầu INVITE tới một

BGCF mà nó quyết định chuyển mạng sẽ sảy ra trong cùng một mạng nhƣ trên ví

dụ. BGCF lựa chọn một MGCF và chuyển bàn tin INVITE qua giao diện Mj. Đầu

tiên MGCF phụ thuộc vào IM-MGW để phân chia tài nguyên cho ngƣời dùng IMS

và sau đó gửi một bản tin IAM của phần ngƣời dùng ISDN tƣơng ứng tới SGW sử

dụng M3UA để truyền tải. Một bản tin tƣơng tự đƣợc gửi tới mạng SS7 từ SGW

nhƣng sử dụng MTP 3 để truyền tải. Sau khi bản tin IAM đƣợc phát ra tới mạng

SS7, bản tin ACM và ANM thông tƣờng trở lại tới MGCF, khi gửi tới ngƣời dùng

bản tin tƣơng ứng chuông 180 và bản tin 200 OK. Chú ý khi ngƣời dùng IMS nhận

một đáp ứng tạm thời (ví dụ SIP 180 hoặc 183) ngƣời dùng sẽ gửi lại bản tin SIP

PRACK để xác nhận đáp ứng.

5.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Nội dung chƣơng 5 hƣớng trực tiếp vào tiếp cận hội tụ mạng cố định/ di động là

xu hƣớng hội tụ mạng truyền thông hiện nay. Kiến trúc IMS đóng vai trò quan trong

trong vấn đề kết nối và điều khiển liên mạng giữa miền chuyển mạch kênh, miền

mạng di động và miền mạng chuyển mạch gói trên nền IP. Trong chƣơng đã đề cập

chi tiết tới giao thức truyền tải báo hiệu đƣợc sử dụng để kết nối liên mạng theo

hƣớng chuyển mạch mềm và mô hình kết nối liên mạng cho một cuộc gọi từ miền

CS sang miền IMS.

Các nội dung ôn tập chính trong chương

- Kiến trúc hội tụ FMC dựa trên IMS;

PTIT

154

- Mô hình tham chiếu IMS trong FMC;

- Kiến trúc chức năng và luồng báo hiệu trong SIGTRAN;

- Mô hình và kiến trúc báo hiệu kết nối liên mạng IMS-CS.

PTIT

155

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Anh

[1] Popovskij, Vladimir, Barkalov, Alexander, Titarenko, Larysa, “Control and

Adaptation in Telecommunication Systems”, Springer, 2011.

[2] John G. van Bosse, Fabrizio U. Devetak, “Signaling in Telecommunication

Networks”, second edition, John Wiley & Sons, Inc., 2007.

[3] Travis Russell, “THE IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM (IMS): Session Control and

Other Network Operations”, The McGraw-Hill, 2008.

[4] Ralf Kreher, Torsten Ruedebusch, “UMTS Signaling: UMTS Interfaces, Protocols,

Message Flows and Procedures Analyzed and Explained”, John Wiley & Sons, Inc.,

2012.

[5] Miikka Poikselka,Georg Mayer, Hisham Khartabil and Aki Niemi, “THE IMS IP

Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain”, John Wiley & Sons, Inc.,

2004.

[6] Harry G. Perros, “Connection-oriented Networks SONET/SDH, ATM, MPLS and

Optical Networks”, John Wiley & Sons, Inc., 2005.

[7] Frank Ohrtman, “Softswitch : Architecture for VoIP”, McGraw-Hill Professional,

2002.

Tiếng Việt

[8] Nguyễn Thanh Trà, “Báo hiệu và điều khiển trong NGN”, bài giảng chƣơng trình

NGN của Tập đoàn Bƣu chính Viễn thông, Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn

thông, 2007.

[9] Hoàng Trọng Minh, Nguyễn Thanh Trà, “Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch”, bài giảng,

Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông, 2009.

PTIT