Bài giảng mạng NGN - Chương 3 ppt

BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 59 -
CHƯƠNG 3:
CHUYỂN MẠCH MỀM
SOFTSWITCHING
WX

I. GIỚI THIỆU CHUNG
Ta đã được tìm hiểu về tổng thể cũng như cấu trúc của mạng NGN. Và
thành phần cốt lõi trong mạng NGN, thành phần có khả năng liên kết các
loại thông tin trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất, đó chính là MGC
(Media Gateway Controller). MGC có thể thực hiện được điều này nhờ sử
dụng phần mềm điều khiển “thế hệ mới” - chuyển mạch mềm (Softswitch).
Trong chương này ta sẽ đi tìm hiểu về chuyển mạch mềm.
Do thoại là một trong những dòch vụ cơ bản của bất kỳ mạng viễn
thông nào nên phần lớn nội dung của chương này đề cập đến khía cạnh thoại
của mạng thế hệ sau. Và trước hết, hoạt động của mạng cung cấp dòch vụ
thoại hiện nay sẽ được xét đến.
1. Hoạt động của PSTN
Trong mạng PSTN (Public Switched Telephone Network), công
nghệ chuyển mạch kênh được sử dụng để có thể truyền thông tin từ đầu
cuối đến đầu cuối. Đối với chuyển mạch kênh, ta sử dụng kỹ thuật ghép
kênh phân thời gian TDM (Time Division Multiplex). Quá trình chuyển
mạch thoại trong PSTN chính là sự chuyển mạch các khe thời gian
(timeslot).
Có 2 dạng chuyển mạch khe thời gian đó là chuyển mạch thời gian
(T) và chuyển mạch không gian (S). Mỗi dạng chuyển mạch đều có
những ưu và nhược điểm riêng. Trong thực tế, 2 dạng này được kết hợp
để tạo ra chuyển mạch nhiều tầng.
Hỗ trợ hoạt động trong mạng cung cấp dòch vụ thoại là báo hiệu R2

và báo hiệu số 7. Hiện nay, hầu hết trên mạng PSTN của cả nước đều sử
dụng báo hiệu số 7 (SS7). SS7 là báo hiệu sử dụng 1 kênh riêng để
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 60 -
truyền thông tin báo hiệu cho mọi cuộc gọi, thường là khe thời gian 16
đối với khung 24 khe thời gian (chuẩn Châu Âu).
Thông thường báo hiệu số 7 được tích hợp sẵn trong các tổng đài
trên mạng. Do đó các tổng đài chuyển mạch còn đóng vai trò là các điểm
báo hiệu STP (Signaling Transfer Point) trong mạng SS7.
Đề nghò các bạn SV tìm hiểu lại về chuyển mạch thời gian, chuyển
mạch không gian, chuyển mạch đa tầng cũng như báo hiệu số 7 để nắm
rõ kỹ thuật chuyển mạch kênh cũng như quá trình báo hiệu cuộc gọi khi
sử dụng chuyển mạch kênh.
Hình sau minh họa hoạt động của PSTN cùng với báo hiệu số 7:

Mạng SS7
Trung kế
Chuyển
mạch
lớp 5
Chuyển
mạch
lớp 5
Chuyển
mạch
lớp 4
Telephone Telephone
Báo
hiệu

Thoại
SCP


Hình 3.1: Hoạt động của mạng PSTN
SCP: Service Control Point
Ghi chú: chuyển mạch lớp 5 chính là chuyển mạch ở tổng đài nội
hạt, chuyển mạch lớp 4 chính là chuyển mạch ở tổng đài toll/tandem.
Trước khi quá trình truyền thoại thực sự xảy ra, quá trình báo hiệu
sẽ diễn ra trước. Khi có 1 thuê bao nhấc máy, quá trình báo hiệu sẽ bắt
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 61 -
đầu diễn ra trên 1 kênh ấn đònh trước. Cho đến khi thuê bao bò gọi nhấc
máy thì quá trình thiết lập cuộc gọi sẽ kết thúc, kênh thoại sẽ được thiết
lập (thông qua các khe thời gian còn rỗi, trừ khe 0 và khe 16) và quá trình
đàm thoại bắt đầu. Khi có một bên gác máy, quá trình báo hiệu kết thúc
cuộc gọi bắt đầu và kênh thoại cũng như quá trình báo hiệu dành cho
cuộc gọi này chỉ thật sự được giải phóng khi bên còn lại gác máy. Trên
đây chỉ mô tả khái quát hoạt động của PSTN đối với 1 cuộc gọi thông
thường. Các bước thực hiện một cuộc gọi sẽ được xét chi tiết hơn trong
những phần sau.
2. Nhược điểm của chuyển mạch kênh
Trong quá trình hoạt động, chuyển mạch kênh đã bộc lộ những yếu
điểm của mình. Sau đây là những nhược điểm chính của chuyển mạch
kênh:
- Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt:
Việc đầu tư một tổng đài nội hạt lớn với chi phí cao cho
vùng có vài ngàn thuê bao là không kinh tế do đó các tổng đài
thường được lắp đặt cho vùng có số lượng thuê bao lớn. Ngoài ra

nhà cung cấp dòch vụ còn phải xem xét đến chi phí truyền dẫn và
chi phí trên một đường dây thuê bao và việc lắp đặt tổng đài tại
nơi đó có kinh tế, đem lại lợi nhuận hay không.
- Dòch vụ không đa dạng, không có sự phân biệt dòch vụ cho các
khách hàng khác nhau:
Đó là do các tổng đài chuyển mạch truyền thống cung cấp
cùng một tập các tính năng của dòch vụ cho các khách hàng khác
nhau. Hơn thế nữa việc phát triển và triển khai một dòch vụ mới
phụ thuộc nhiều vào nhà sản xuất, rất tốn kém và mất một thời
gian dài.
- Hạn chế về kiến trúc mạng, do đó khó khăn trong việc phát triển
mạng:
Đó là do trong cơ cấu chuyển mạch, thông tin thoại đều tồn
tại dưới dạng các dòng 64kbps nên không thể đáp ứng cho các
dòch vụ mới có dung lượng lớn hơn. Và do trong chuyển mạch
kênh đầu vào và đầu ra được nối cố đònh với nhau nên việc đònh
tuyến cuộc gọi và xử lý đặc tính của cuộc gọi có mối liên kết chặt
chẽ với phần cứng chuyển mạch. Hay nói cách khác phần mềm
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 62 -
điều khiển trong chuyển mạch kênh phụ thuộc rất nhiều vào phần
cứng.
Ngoài ra khi một tổng đài được sản xuất thì dung lượng của
nó là không đổi. Do đó khi mở rộng dung lượng nhiều khi đòi hỏi
đến việc phải tăng số cấp chuyển mạch, điều này sẽ ảnh hưởng
đến việc đồng bộ, báo hiệu cùng nhiều vấn đề phức tạp khác.
3. Sự ra đời của chuyển mạch mềm (Softswitch)
Trong tương lai, mạng thế hệ mới sẽ hoàn toàn dựa trên cơ sở hạ
tầng là mạng gói. Vì thế việc chuyển từ mạng viễn thông hiện tại lên

mạng thế hệ mới phải trải qua nhiều giai đoạn. Do PSTN hiện tại vẫn
hoạt động tốt và dòch vụ do nó cung cấp khá tin cậy (99.999%) nên việc
chuyển cả mạng truy nhập và mạng lõi của PSTN thành mạng gói là rất
tốn kém. Để tận dụng sự hoạt động tốt của PSTN và ưu điểm của chuyển
mạch gói, cấu hình mạng NGN bao gồm chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói được thể hiện như trong hình sau:

IP Network
(WDM/SDH/ATM)
MPLS, Mutticast
Resident
gateway
GPRS
UMTS
Wireless
Access
gateway
Wireless
gateway
DNS
Network
Management
AAA
Charging
Telephone
Users
Directory
Server
Wireless
RSVP, Mobile

IP, IP Sec
LAN
GE, MAN
PSTN
Wireless
Digi. TV
PC
xDSL
Trunk
gateway
MGC
Softswich
Business/
Residental Users
Business Users
Mobile Users
ISP
Application/
Feature
Server
SS7
Signaling
gateway

Hình 3.2: Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN

BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 63 -

AAA: Accounting, Authentication, and Authorization
DNS: Domain Name Server
DSL: Digital Subscriber Line
GE: Gigabit Ethernet
GPRS: General Packet Radio Service
IP Sec: Internet Protocol Security
ISP: Internet Service Provider
LAN: Local Area Network
MAN: Metropolitan Access Network
MGC: Media Gateway Controller
MPLS: Multi Protocol Label Switching
RSVP: ReSerVation Protocol
SDH: Synchronous Digital Hierarchy
UMTS: Universal Mobile Telecommunications Network
WDM: Wavelength Division Multiplex
Theo hình trên, tổng đài lớp 5 hay tổng đài nội hạt dùng chuyển
mạch kênh (circuit-switched local-exchange) (thể hiện qua phần mạng
PSTN) vẫn được sử dụng. Như đã biết, phần phức tạp nhất trong những
tổng đài này chính là phần mềm dùng để điều khiển quá trình xử lý cuộc
gọi. Phần mềm này chạy trên một bộ xử lý chuyên dụng được tích hợp
sẵn với phần cứng vật lý chuyển mạch kênh. Hay nói cách khác phần
mềm sử dụng trong các tổng đài nội hạt phụ thuộc vào phần cứng của
tổng đài. Điều này gây khó khăn cho việc tích hợp mạng PSTN và mạng
chuyển mạch gói khi xây dựng NGN – là mạng dựa trên cơ sở mạng gói.
Một giải pháp có thể thực thi là tạo ra một thiết bò lai (hybrid
device) có thể chuyển mạch thoại ở cả dạng kênh và gói với sự tích hợp
của phần mềm xử lý cuộc gọi. Điều này được thực hiện bằng cách tách
riêng chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức năng chuyển mạch vật lý.
Thiết bò đó chính là MGC sử dụng chuyển mạch mềm Softswitch.
Hay chuyển mạch mềm Softswitch chính là thiết bò thực hiện việc xử lý

cuộc gọi trong mạng NGN.






BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 64 -

II. KHÁI NIỆM VỀ CHUYỂN MẠCH MỀM
Hiện nay có nhiều khái niệm về chuyển mạch mềm, tùy thuộc vào
từng hãng viễn thông khác nhau.
Theo hãng Mobile IN, Softswitch là ý tưởng về việc tách phần cứng
mạng ra khỏi phần mềm mạng.
Theo hãng Nortel, Softswitch chính là thành phần quan trọng nhất của
mạng thế hệ tiếp sau. Softswitch là một phần mềm theo mô hình mở, có thể
thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy
tính mở và có chức năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống.
Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video. Và nó
có thể phiên dòch giao thức giữa các mạng khác nhau.
Theo CopperCom, Softswitch là tên gọi dùng cho một phương pháp
tiếp cận mới trong chuyển mạch thoại có thể giúp giải quyết được các thiếu
sót của các chuyển mạch trong các tổng đài nội hạt truyền thống.
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. (Ghi chú: chức
năng xử lý cuộc gọi bao gồm đònh tuyến cuộc gọi và quản lý, xác đònh và
thực thi các đặc tính cuộc gọi).

Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý
được thực hiện bởi cổng phương tiện Media Gateway (MG), còn xử lý cuộc
gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng phương tiện Media Gateway
Controller (MGC).

Một số lý do chính cho thấy việc tách 2 chức năng trên là một giải
pháp tốt:
- Cho phép có một giải pháp phần mềm chung đối với việc xử lý
cuộc gọi. Và phần mềm này được cài đặt trên nhiều loại mạng
khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng gói (áp
dụng được với các dạng gói và môi trường truyền dẫn khác nhau).
- Là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn,
tiết kiệm đáng kể trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm
xử lý cuộc gọi.
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 65 -
- Cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dòch vụ
điều khiển từ xa thiết bò chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách
hàng, một yếu tố quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của
mạng trong tương lai.

III. VỊ TRÍ CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM TRONG MÔ HÌNH PHÂN
LỚP CHỨC NĂNG CỦA NGN
Do có chức năng là xử lý cuộc gọi (Call control) nên vò trí tương ứng
của Softswitch trong mô hình phân lớp chức năng của NGN là lớp Điều
khiển cuộc gọi và báo hiệu (Call Control and Signaling Layer). Và các thực
thể chức năng của Softswitch là MGC-F, CA-F, IW-F, R-F và A-F.

Lớp truy nhập và truyền dẫn

Lớp phương tiện
Lớp điều khiển
Lớp dòch vụ
Softswitch


Hình 3.3: Vò trí của chuyển mạch mềm Softswitch trong mô hình phân lớp chức
năng của NGN


IV. THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM
Thành phần chính của chuyển mạch mềm Softswitch là bộ điều khiển
cổng thiết bò Media Gateway Controller (MGC). Bên cạnh đó còn có các
thành phần khác hỗ trợ hoạt động như: Signaling Gateway (SG), Media
Gateway (MG), Media Server (MS), Application Server (AS)/Feature Server
(FS).
Trong đó Media Gateway là thành phần nằm trên lớp Media Layer,
Signaling Gateway là thành phần ở trên cùng lớp với MGC; Media Server
và Application Server/Feature Server nằm trên lớp Application and Service
Layer.
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 66 -

Cách kết nối các thành phần trên được thể hiện ở hình sau:

Application Server/
Feature Server
Media
Server

Media Gateway
Controller
Signaling
Gateway
Media
Gateway
Media Gateway
Controller
Media Gateway
Controller
SS7
Non IP
network
PSTN
TDM/ATM
IP network


Hình 3.4: Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng thế hệ sau NGN

ATM: Asynchronous Transfer Mode
IP: Internet Protocol
PSTN: Public Switched Telephone Network
SS7: Signaling System 7
TDM: Time Division Network

Ghi chú: các thiết bò thuộc mạng IP là các router, các chuyển mạch
thuộc mạng backbone để truyền tải các gói tin đi. Trong khi đó mạng không
IP (non IP network) là mạng có các thiết bò đầu cuối không phải thuộc mạng
IP và các mạng vô tuyến không dây. Ví dụ về các thiết bò đầu cuối không

thuộc mạng IP: thiết bò đầu cuối ISDN, IAD (Integrated Access Device) cho
mạng DSL, …
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 67 -
Một Media Gateway Controller có thể quản lý nhiều Media Gateway.
Hình trên chỉ minh họa 1 MGC quản lý 1 MG. Và một Media Gateway có
thể nối đến nhiều loại mạng khác nhau.
Xin xem chi tiết trong phần 1, mục Các thành phần của NGN để hiểu rõ các chức năng của
các thành phần.

1. Media Gateway Controller
MGC chính là thành phần chính của chuyển mạch mềm, và cũng
thường được gọi là Softswitch, hay Call Agent. Các chức năng chính của
MGC được thể hiện trong hình sau:

Interworking
IW-F
Call control &
Signaling
CA-F
Connection
session manager
MGC-F
Access session
manager
R-F/A-F
Application Server
AS-F
Media Server

MS-F
Signaling Gateway
SG-F
Media Gateway
MG-F
MGC-F
Media Gateway
Controller
Inter-Operator
Manager


Hình 3.5: Chức năng của Media Gateway Controller

Xin xem chi tiết phần Cấu trúc chức năng của mạng NGN, chương 2 để hiểu rõ chức
năng của từng thực thể chức năng.
Chú thích: CA-F và IW-F là 2 chức năng con của MGC-F. CA-F
được kích hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi. Và IW-F
được kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng báo
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 68 -
hiệu khác nhau. Riêng thực thể chức năng Inter-operator Manager có
nhiệm vụ liên lạc, trao đổi thông tin giữa các MGC với nhau.
Media Gateway Controller có nhiệm vụ tạo cầu nối giữa các mạng
có đặc tính khác nhau bao gồm PSTN, SS7, IP.
Các chức năng chính của Media Gateway Controller:
- Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên
một Media Gateway.
- Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của Media Gateway, Signaling

Gateway.
- Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F.
- Xử lý bản tin SS7 (khi sử dụng SIGTRAN).
- Xử lý bản tin liên quan QoS.
- Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu.
- Đònh tuyến (bao gồm bảng đònh tuyến, phân tích số và dòch số).
- Tương tác với AS-F để cung cấp dòch vụ hay đặc tính cho người
sử dụng.
- Có thể quản lý các tài nguyên mạng (port, băng tần, …).
Các giao thức Media Gateway Controller có thể sử dụng:
- Để thiết lập cuộc gọi: H.323, SIP.
- Điều khiển Media Gateway: MGCP, Megaco/H.248.
- Điều khiển Signaling Gateway: SIGTRAN (SS7).
- Để truyền thông tin: RTP, RTCP.

Các thành phần mạng của NGN liên lạc với nhau qua các giao thức
được thể hiện trong hình sau:






BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 69 -

Application Server/
Feature Server
Media

Server
Media Gateway
Controller
Signaling
Gateway
Media
Gateway
Media Gateway
Controller
Media Gateway
Controller
SIGTRAN
MGCP
Megaco
SIPSIP
SIP
MGCP
SIP
ENUM/TRIP
SS7
Non IP
network
PSTN
TDM/ATM
IP network


Hình 3.6: Giao thức sử dụng giữa các thành phần

SIP: Session Initiation Protocol

SIGTRAN: Signaling Transport Protocol
MGCP: Media Gateway Controller Protocol
Megaco: MEdia GAteway COntroller Protocol
ENUM: E.164 Number (IETF)
TRIP: Telephony Routing over IP (IETF)

Hình sau trình bày một ví dụ của việc sử dụng MGC:









BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 70 -

MG-F
TG
R-F
A-F
IW-F
CA-F
MGC-F
SG-F
SG
AS-F

AS
MS-F
MS
SIP/H.323
network
MGC khác
SIP/MGCP
ENUM
TRIP
AS
SIP
ENUM/TRIP
Access
Proxy
AGS-F
AG
MG-F
SS7
network
PSTN
MGC
SS7
TDM
RTP/RTCP
SIGTRAN
MGCP/Megaco
RTP
RTCP
SIGTRAN
MGCP/Megaco

SIP/H.322
SIP
Access
network
IP
Phone
SIP/MGCP/
Megaco
RTP
RTCP
SIP/MGCP
SPS-F

Hình 3.7: Ví dụ sử dụng Media Gateway Controller

RTP: Real Time Transport Protocol
RTCP: Real Time Control Protocol
SPS-F: SIP Proxy Server Function

Trong ví dụ này, vì sử dụng giao thức SIP để khởi tạo kết nối nên
MGC sẽ có thêm chức năng SPS-F (SIP Proxy Server - Function). SPS-F
hỗ trợ cho R-F trong quá trình đònh tuyến.
Ta thấy trong mạng này không chỉ hỗ trợ các mạng cung cấp dòch vụ
truyền thống mà còn có các mạng cung cấp dòch vụ mới (H.323, SIP, IP
Phone, …).



BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 71 -

2. Khái quát hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch
Ở đây chỉ xét trường hợp thuê bao gọi đi là một thuê bao thuộc
mạng cung cấp dòch vụ thoại truyền thống PSTN. Các trường hợp khác thì
hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch cũng sẽ tương tự. Hoạt động
của phần mềm này bao gồm các bước sau:
(1) Khi có một thuê bao nhấc máy (thuộc PSTN) và chuẩn bò thực hiện
cuộc gọi thì tổng đài nội hạt quản lý thuê bao đó sẽ nhận biết trạng
thái off-hook của thuê bao. Và Signaling Gateway (SG) nối với
tổng đài này thông qua mạng SS7 cũng nhận biết được trạng thái
mới của thuê bao.
(2) SG sẽ báo cho Media Gateway Controller (MGC) trực tiếp quản lý
mình thông qua CA-F đồng thời cung cấp tín hiệu dial-tone cho
thuê bao. Ta gọi MGC này là caller-MGC.
(3) Caller-MGC gởi yêu cầu tạo kết nối đến Media Gateway (MG) nối
với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F.
(4) Các số do thuê bao nhấn sẽ được SG thu thập và chuyển tới caller-
MGC.
(5) Caller-MGC sử dụng những số này để quyết đònh công việc tiếp
theo sẽ thực hiện. Các số này sẽ được chuyển tới chức năng R-F
và R-F sử dụng thông tin lưu trữ của các server để có thể đònh
tuyến cuộc gọi. Trường hợp đầu cuối đích cùng loại với đầu cuối
gọi đi (nghóa là cũng là một thuê bao của mạng PSTN): nếu thuê
bao bò gọi cũng thuộc sự quản lý của caller-MGC thì thực hiện
bước (7). Nếu thuê bao này thuộc sự quản lý của một MGC khác
thì thực hiện bước (6). Còn nếu thuê bao này là một đầu cuối khác
loại thì MGC sẽ đồng thời kích hoạt chức năng IW-F để khởi động
bộ điều khiển tương ứng và chuyển cuộc gọi đi. Lúc này thông tin
báo hiệu sẽ được một loại Gateway khác xử lý. Và quá trình truyền

thông tin sẽ diễn ra tương tự như kết nối giữa 2 thuê bao thoại
thông thường.
(6) Caller-MGC sẽ gởi yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến một MGC khác.
Nếu chưa đến đúng MGC của thuê bao bò gọi (ta gọi là callee-
MGC) thì MGC này sẽ tiếp tục chuyển yêu cầu thiết lập cuộc gọi
đến MGC khác cho đến khi đến đúng callee-MGC. Trong quá trình
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 72 -
này, các MGC trung gian luôn phản hồi lại MGC đã gởi yêu cầu
đến nó. Các công việc này được thực hiện bởi CA-F.
(7) Callee-MGC gởi yêu cầu tạo kết nối với MG nối với tổng đài nội
hạt của thuê bao bò gọi (callee-MG).
(8) Đồng thời callee-MGC gởi thông tin đến callee-SG, thông qua
mạng SS7 sẽ làm rung chuông thuê bao bò gọi.
(9) Khi callee-SG nhận được bản tin báo trạng thái của thuê bao bò gọi
(giả sử là rỗi) thì nó sẽ gởi ngược thông tin này trở về callee-MGC.
(10) Và callee-MGC sẽ phản hồi về caller-MGC để báo mình đang liên
lạc với người được gọi.
(12) Callee-MGC gởi thông tin để cung cấp tín hiệu ring back tone cho
caller-MGC, qua caller-SG đến người gọi.
(13) Khi thuê bao bò gọi nhấc máy thì quá trình thông báo tương tự các
bước trên xảy ra: qua nút báo hiệu số 7, thông tin nhấc máy qua
callee-SG đến callee-MGC, rồi đến caller-MGC, qua caller-SG rồi
đến thuê bao thực hiện cuộc gọi.
(14) Kết nối giữa thuê bao gọi đi và thuê bao bò gọi được hình thành
thông qua caller-MG và callee-MG.
(15) Khi chấm dứt cuộc gọi thì quá trình sẽ diễn ra tương tự như lúc thiết
lập.

V. ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM
1. Ưu điểm
- Cho cơ hội mới về doanh thu:
Với công nghệ mạng cho phép hội tụ các ứng dụng thoại, số
liệu, video cùng công nghệ chuyển mạch mới, nhiều dòch vụ giá trò
gia tăng hoàn toàn mới được ra đời. Các dòch vụ này hứa hẹn sẽ
đem lại doanh thu cao hơn so với các dòch vụ thoại truyền thống.
Do sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm, có tính chất phân
tán, các nhà cung cấp dòch vụ có thể cung cấp dòch vụ cho một nhóm
nhỏ khách hàng, hay bất cứ nơi nào và khi nào mà họ muốn.


BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 73 -

- Thời gian tiếp cận thò trường ngắn:
Do công nghệ chuyển mạch mới dựa trên phần mềm nên các
dòch vụ mới ra đời cũng dựa trên phần mềm. Điều này làm cho việc
triển khai các dòch vụ mới cũng như nâng cấp dòch vụ đang cung cấp
trở nên nhanh chóng hơn.
Ngoài ra nhà khai thác mạng có thể mua một dòch vụ mới từ
nhà cung cấp thứ ba để triển khai nhanh chóng dòch vụ khách hàng
yêu cầu. Đây chính là một trong những đặc điểm khác biệt của
mạng thế hệ sau NGN mà các mạng hiện tại không có.
- Khả năng thu hút khách hàng:
Cùng với việc đưa vào sử dụng mạng thế hệ mới, việc đưa vào
sử dụng chuyển mạch mềm còn giới thiệu với khách hàng nhiều
dòch vụ mới hấp dẫn đồng thời cho phép họ tự lựa chọn và kiểm soát
các dòch vụ thông tin do mình sử dụng.

- Giảm chi phí xây dựng mạng:
Chi phí xây dựng cho các hệ thống sử dụng chuyển mạch mềm
là chi phí cho phần mềm, không theo kiểu chi phí cho các cơ cấu
chuyển mạch kênh trước đây. Do đó không đòi hỏi phải có vốn đầu
tư ban đầu lớn mà chi phí xây dựng sẽ tăng tuyến tính theo nhu cầu
và số lượng khách hàng.
Các nhà khai thác có thể khởi đầu phục vụ cho một số lượng
nhỏ khách hàng nhưng vẫn cung cấp đầy đủ các dòch vụ thông qua
các nhà khai thác lớn hơn. Đây là điểm khác biệt vì chuyển mạch
truyền thống luôn được thiết kế với tập tính năng và qui mô lớn hơn
nhiều so với số lượng khách hàng và nhu cầu dòch vụ thực tế.
- Giảm chi phí điều hành mạng:
Do phần mềm chuyển mạch thế hệ mới Softswitch cho phép
khách hàng tự lựa chọn và kiểm soát quá trình sử dụng dòch vụ của
mình nên đã giúp cho công việc của các nhà điều hành mạng được
giảm đi một phần.
Hơn thế nữa, khi sử dụng chuyển mạch mềm sẽ không còn các
tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân lực điều hành.
Các chuyển mạch giờ đây sẽ là các máy chủ đặt phân tán trong
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 74 -
mạng và được điều khiển bởi các giao diện thân thiện với người
dùng GUI.
- Sử dụng băng thông một cách hiệu quả:
Với mô hình truyền thống, hệ thống chuyển mạch sẽ thiết lập
một kênh dành riêng cho người gọi và người được gọi trong cuộc gọi
thông thường. Và kênh này sẽ không được sử dụng cho mục đích
nào khác trong suốt quá trình kết nối. Tuy TDM cho phép truyền
nhiều kênh trên một trung kế nhưng kênh dành riêng vẫn sử dụng

tài nguyên mạng nhiều hơn mức yêu cầu thực tế vì tồn tại những
khoảng lặng trong quá trình đàm thoại.
Khi đưa mạng thế hệ mới vào sử dụng, do mạng IP được sử
dụng nên đã tận dụng được ưu điểm sử dụng băng thông hiệu quả.
- Quản lý mạng hiệu quả:
Đó là do Softswitch cho phép giám sát và điều chỉnh hoạt động
mạng theo thời gian thực đồng thời có thể nâng cấp hay thay đổi cấu
hình mạng từ xa. Điều này giúp cho các nhà điều hành quản lý
mạng hiệu quả hơn.
- Cải thiện dòch vụ:
Với khả năng cung cấp dòch vụ một cách dễ dàng đã giúp cho
Softswitch nhanh chóng được chấp nhận. Bằng cách lắp đặt thêm
một máy chủ ứng dụng riêng mới (còn gọi là nâng cấp phần mềm
chuyển mạch Softswitch) hay triển khai thêm một module của nhà
cung cấp thứ 3, các nhà khai thác có thể cung cấp các dòch vụ mới
nhanh chóng hơn và giá thấp hơn so với chuyển mạch truyền thống.
Ngoài ra chuyển mạch mềm còn hỗ trợ nhiều tính năng giúp
nhà khai thác phân biệt dòch vụ cho từng khách hàng riêng lẻ.
- Tiết kiệm không gian đặt thiết bò:
Softswitch cho phép các ứng dụng được thi hành tại bất cứ khu
vực nào trên mạng. Mạng có thể được sắp xếp sao cho các máy chủ
được bố trí gần những nơi mà nó thật sự là tài nguyên quan trọng.
Các ứng dụng và tài nguyên có nhiệm vụ cung cấp các dòch vụ và
tính năng mới không nhất thiết phải đặt tại cùng một nơi trên mạng.


BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 75 -

Hơn thế nữa các thành phần của mạng NGN, đặc biệt là các
MGC sử dụng chuyển mạch mềm Softswitch có kích thước nhỏ và
có tính phân tán nên không gian đặt thiết bò cũng gọn hơn.
- Cung cấp môi trường tạo lập dòch vụ mềm dẻo:
Do dòch vụ được tạo ra nhờ phần mềm nên môi trường tạo lập
dòch vụ mới rất linh hoạt.
- An toàn vốn đầu tư:
Do mạng NGN hoạt động trên nền hạ tầng cơ sở có sẵn nên các
nhà khai thác vẫn tiếp tục sử dụng mạng truyền thống đồng thời
triển khai những dòch vụ mới. Điều này giúp nhà khai thác vừa thu
hồi vốn đầu tư vào mạng cũ vừa thu lợi nhuận từ dòch vụ do mạng
mới cung cấp.
2. Ứng dụng
Chuyển mạch mềm Softswitch hiện nay, khi vẫn tận dụng mạng
PSTN, được sử dụng trong mạng công cộng để thay thế cho tổng đài cấp
4 (tandem switch) và trong mạng riêng. Và phần mềm điều khiển chuyển
mạch lúc này chỉ có nhiệm vụ đơn giản là thiết lập và kết thúc cuộc gọi.
Trong tương lai khi tiến lên mạng NGN hoàn toàn thì các MGC sử
dụng Softswitch sẽ thay thế cả các tổng đài nội hạt (lớp 5). Khi đó
chuyển mạch mềm Softswitch không chỉ thiết lập và xóa cuộc gọi mà sẽ
thực hiện cả các chức năng phức tạp khác của một tổng đài lớp 5.

VI. CÁC GIAO THỨC HOẠT ĐỘNG
Các giao thức có thể được sử dụng trong mạng NGN:

BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 76 -

M2UA M3UA SUA
MTP3
I
S
U
P
S
C
C
P
TCAP
SCTP
H.225.0 H.245
H.225
RAS
H.450 H.235
H.323
SIP
TCP UDP
MGCP
H.248
MEGACO

UDP
RTCP RTP
R
T
S
P
UDP
IP
Báo hiệu cuộc gọi Signaling Gateway Media Gateway Truyền thông tin

Hình 3.8: Các giao thức sử dụng trong NGN

TCP: Transmission Control Protocol
UDP: User Datagram Protocol
SCTP: Stream Control Transport Protocol
ISUP: ISDN User Part
TCAP: Transaction Capability Application Part
M2UA: MTP2 User Adaptation
M3UA: MTP3 User Adaptation
MTP3: Message Transfer Part Layer 3
SCCP: Signaling Connection Control Part
SUA: SCCP User Adaptation
SIP: Session Initiation Protocol
RTP: Real Time Protocol
RTCP: Real Time Control Protocol
RTSP: Real Time Streaming Protocol
RAS: Remote Access Network

Các thành phần trong MGC có thể sử dụng nhiều giao thức cho các hoạt
động của mình. Trong khuôn khổ phần các giao thức chuyển mạch mềm của

bài giảng này chỉ đề cập đếân các giao thức sau: SIP (Session Initiation
Protocol), MGCP (Media Gateway Control Protocol), và SIGTRAN
(Signaling Transport) và RTP (Real Time Transport Protocol). Lý do là
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 77 -
những giao thức trình bày ở đây là những giao thức đơn giản, SV sẽ có cái
nhìn tổng quát về hoạt động của phần mềm chuyển mạch. Những giao thức
khác sẽ được trình bày ở phần sau của bài giảng.
1. SIP (Session Initiation Protocol)
1.1 Tổng quan về SIP:
SIP, được xây dựng bởi IETF, là một giao thức báo hiệu điều
khiển thuộc lớp ứng dụng dùng để thiết lập, điều chỉnh và kết thúc
phiên làm việc của một hay nhiều người tham gia.
SIP là một giao thức đơn giản, dựa trên văn bản (text-based)
được sử dụng để hỗ trợ trong việc cung cấp các dòch vụ thoại tăng
cường qua mạng Internet.

1.2 Các chức năng của SIP:
SIP có các chức năng chính sau:
• Xác đònh vò trí của người sử dụng (user location):
Hay còn gọi là chức năng dòch tên (name translation) và
xác đònh người được gọi. Dùng để đảm bảo cuộc gọi đến được
người nhận dù họ ở đâu.
• Xác đònh khả năng của người sử dụng:
Còn gọi là chức năng thương lượng đặc tính cuộc gọi
(feature negotiation). Dùng để xác đònh loại thông tin và các
loại thông số liên quan đến thông tin sẽ được sử dụng.
• Xác đònh sự sẵn sàng của người sử dụng:
Dùng để xác đònh người được gọi có muốn tham gia vào

kết nối hay không.
• Thiết lập cuộc gọi:
Chức năng này thực hiện việc rung chuông, thiết lập các
thông số cuộc gọi của các bên tham gia kết nối.
• Xử lý cuộc gọi:
Bao gồm chuyển và kết thúc cuộc gọi, quản lý những
người tham gia cuộc gọi, thay đổi đặc tính cuộc gọi.



BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 78 -
1.3 Các thành phần của SIP:
Các thành phần chính của SIP bao gồm các Agent và các
Server:
• User Agent Client (UAC):
Còn được gọi là Calling User Agent. Là một ứng dụng
khách (client) có chức năng khởi tạo một yêu cầu SIP.
• User Agent Server (UAS):
Còn được gọi là Called User Agent. Là một ứng dụng chủ
(server) dùng để liên lạc với người dùng khi nhận được yêu cầu
SIP và sau đó trả đáp ứng về người sử dụng.
• Proxy Server:
Là chương trình ứng dụng trung gian dùng để tạo yêu cầu
SIP. Các yêu cầu này có thể được phục vụ ngay tại server hay
được chuyển sang server khác sau quá trình chuyển đổi tên.
Proxy server biên dòch và có thể tạo lại bản tin yêu cầu trước
khi chuyển tiếp bản tin đi.
Có 2 loại proxy server: proxy server có nhớ (stateful) và

không nhớ (stateless). Trong đó proxy server có nhớ là server
có khả năng lưu trữ thông tin về một yêu cầu và đáp ứng của
nó.
• Location/Registration Server:
Là server được các server còn lại sử dụng để lấy thông tin
về vò trí của người được gọi.
• Redirect Server:
Là server nhận yêu cầu SIP, sau đó tiến hành dòch đòa chỉ
nhận từ người dùng sang đòa chỉ mới và gởùi trả về ứng dụng
khách.

Một yêu cầu SIP thành công bao gồm phương thức INVITE và theo sau đó là
phương thức ACK (phương thức INVITE, ACK được đònh nghóa ở phần sau).





BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 79 -
1.4 Các phương thức sử dụng:
Đó là các phương thức sau:
• INVITE:
Dùng để mời một user hay một dòch vụ tham gia vào
phiên kết nối.
• ACK:
Cho biết ứng dụng khách đã nhận được yêu cầu INVITE.
• OPTIONS:
Được sử dụng khi có yêu cầu đối với server về việc xác

đònh đặc tính cuộc gọi.
• BYE:
UAC thông báo cho server kết thúc cuộc gọi.
• CANCEL:
Hủy bỏ yêu cầu vừa gởi.
• REGISTER:
Ứng dụng khách đăng kí đòa chỉ với SIP server.

1.5 Các mã đáp ứng của SIP:
• 1xx:
Cho biết yêu cầu đã được nhận, đang xử lý yêu cầu gởi
đến.
• 2xx:
Thành công. Hành động đã được nhận thành công và được
chấp nhận.
• 3xx:
Yêu cầu xác đònh lại. Một số hành động cần được thực
hiện để hoàn tất yêu cầu.
• 4xx:
Có lỗi ở client. Điều này có nghóa là trong yêu cầu có lỗi
cú pháp hay server không thể thi hành yêu cầu.

BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 80 -
• 5xx:
Có lỗi ở server. Điều này có nghóa là server bò quá tải để
thi hành hay đưa ra yêu cầu.
• 6xx:
Lỗi toàn cục. Điều này có nghóa là yêu cầu không thể thi

hành ở bất cứ server nào.

1.6 Cuộc gọi SIP tiêu biểu:
Các hình sau sẽ minh họa các cuộc gọi tiêu biểu (chỉ phần
khởi tạo cuộc gọi) sử dụng giao thức SIP.

Invite:
Lookup:
Internal name:

Invite:
Trying: 100
Trying: 100
OK: 200
OK: 200
ACK
ACK
SITE 1
Endpoint 1
SITE 2
Endpoint 2
Proxy
Location
server
Ring!

Hình 3.9: Minh họa 1 về cuộc gọi sử dụng giao thức SIP

BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 81 -

Invite:
Lookup:
Location 3
Invite:
Trying: 100
302: try
ACK
SITE 1
Endpoint 1
SITE 2
Endpoint 2
Proxy
Location
server
Ring!
SITE 3
OK: 200
Đàm thoại
Bye
OK: 200

Hình 3.10: Minh họa 2 về cuộc gọi sử dụng giao thức SIP

2. MGCP (Media Gateway Controller Protocol)
2.1 Tổng quan về MGCP
MGCP là một giao thức ở mức ứng dụng dùng để điều khiển
hoạt động của MG.
Đây là một giao thức sử dụng phương thức master/slave. Trong
đó MGC đóng vai trò là master, hay MGC là người quyết đònh chính
trong quá trình liên lạc với MG; còn MG là slave, là thực thể thụ
động thực hiện mọi lệnh do MGC yêu cầu.

2.2 Các thành phần của MGCP
Có 2 thành phần cơ bản sử dụng giao thức MGCP là MGC và
MG. Mỗi MGC có một số nhận dạng riêng gọi là Call Agent
Identifier.
Xin xem chi tiết chương 2, phần Cấu trúc vật lý của mạng NGN, mục Các thành
phần của NGN.

BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 82 -
2.3 Các khái niệm cơ bản
• Điểm cuối (Endpoint): là những nơi thu và nhận dữ liệu. Ví dụ
về một số điểm cuối: cổng kênh DS0, cổng analog, giao diện
trung kế ATM OS3, điểm truy nhập IVR (Interactive Voice
Response), …
• Kết nối (Connection): là sự kết nối để truyền thông tin giữa các
điểm cuối. Mỗi kết nối có một số nhận dạng (connection
identifier) được tạo bởi MG. MGCP dùng giao thức Session
Description Protocol (SDP) để mô tả một kết nối.

• Tín hiệu (Signal): đó là các tín hiệu sử dụng trong quá trình báo
hiệu để thực hiện một cuộc gọi. Ví dụ: dial tone, ringing tone,
busy tone, …
• Sự kiện (Event): đó là các sự việc xảy ra và làm thay đổi trạng
thái của thuê bao. Ví dụ: nhấc máy (off-hook), gác máy (on-
hook), phát hiện số DTMF hay các số được nhấn, …
• Gói (Package): là một nhóm các tín hiệu và sự kiện được sử
dụng trong quá trình thực hiện một cuộc gọi. Một số gói cơ bản:
thông tin chung (generic media - G), số DTMF (D), handset
(H), đườøng dây (line - L), trung kế (trunk - T), máy chủ truy
nhập mạng (network access server - N), máy chủ thông báo
(announcement server - A), …
Tuy nhiên trong giao thức này thì tín hiệu và sự kiện được đối
xử như nhau.
2.4 Các lệnh sử dụng trong MGCP
Đònh dạng của một lệnh bao gồm 2 phần: header và tiếp theo
sau là thông tin mô tả phiên (session description). Trong đó header
bao gồm các dòng sau:
¾ 1 dòng lệnh:
Action + TransID + Endpoint +
Version

¾ Các dòng thông số:
Parameter name: Value
Lưu ý: tên thông số phải viết hoa.
Một số thông số cơ bản:
N: NotifyEntity
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 83 -

X: RequestIdentifier
R: RequestEvents
D: DigitMap
O: ObservedEvent
C: CallID
L: LocalConnectionOptions (p: packetize period (ms), a:
compression algorithm)
M: Mode
I: ConnectionIdentifier

Mỗi lệnh đều có một đáp ứng. Và đònh dạng của đáp ứng cũng
tương tự như lệnh nhưng các thông số là tùy chọn, có thể có hoặc
không. Đònh dạng header của đáp ứng như sau:
¾ 1 dòng lệnh:
Response + TransID + Commentary
¾ Các dòng thông số:
Parameter name: Value
Ghi chú: một lệnh hay một đáp ứng đều được gọi chung là 1
tương tác (transaction, viết tắt trong câu lệnh là trans).

Và các lệnh được sử dụng trong MGCP là:
• CRCX (Create Connection): là lệnh MGC truyền đến MG yêu
cầu tạo kết nối giữa các endpoint.
• MDCX (Modify Connection): truyền từ MGC đến MG. Lệnh
này được sử dụng khi đặc tính của kết nối cần thay đổi.
• DLCX (Delete Connection): cả MGC và MG đều có thể sử
dụng lệnh này để yêu cầu xóa kết nối. MG sử dụng lệnh này
trong trường hợp đường dây bò hư hỏng.
• EPCF (Endpoint Configuration): truyền từ MGC sang MG.
Được dùng để cấu hình điểm cuối. Ví dụ như quyết đònh điểm

cuối DS0 sử dụng phương pháp mã hóa nào.
• RQNT (Request Notification): truyền từ MGC đến MG. MGC
yêu cầu MG chú ý đến một sự kiện nào đó.