Nghiên cứu công nghệ Softswitch và ứng dụng vào mạng thông tin di động Mobifone

Cộng hòa Xã hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

---------o0o--------

LUẬN VĂN CAO HỌC
ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SOFTSWITCH VÀ
ỨNG DỤNG VÀO MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
MOBIFONE”

Người thực hiện
Giáo sư hướng dẫn
Khóa

: Lê Nam Trà
: GS.TS Phạm Công Hùng
: 2004-2006

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Hội
Năm 2006


MỤC LỤC

Chương 1 : Tổng quan về chuyển mạch mềm:
1.1. Giới thiệu về mạng di động IP.
1.2. Giới thiệu về mạng viễn thông thế hệ mới.
1.3. Giới thiệu hệ thống chuyển mạch mềm.
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết chuyển mạch mềm:

2.1. Lý thuyết Chuyển mạch mềm.
2.2. Cấu trúc công nghệ NGN.
2.3. Cấu trúc công nghệ Softswitch.

Trang 1-11
Trang 1
Trang 9
Trang 11
Trang 12-84
Trang 12
Trang 15
Trang 18
2.3.1 MSC Server
Trang 18
2.3.2 Media Gateway
Trang 22
2.4. Các thành phần mạng NGN và Softswitch
Trang 24
2.5. Các giao thức báo hiệu trong mạng NGN và Softswitch
Trang 28
2.5.1 Megaco/H.248
Trang 29
2.5.2 BICC
Trang 29
2.5.3 SIP
Trang 30
2.5.4 H.323
Trang 35
2.5.5 H.345
Trang 42

2.5.6 H.225
Trang 44
2.5.7 So sánh giữa H.323 và SIP
Trang 45
2.5.8 MGCPO và Megaco
Trang 48
2.5.9 Giao tiếp báo hiệu giữa chuyển mạch mềm với SS7
Trang 50
2.5.10 Sigtran
Trang 55
2.5.11 Các mơ hình giao tiếp dịch vụ và phát triển ứng dụng
Trang 70
2.5.12 Báo hiệu trong mạng IN
Trang 71
2.5.13 Giao tiếp dịch vụ qua H.323 và SIP
Trang 76
2.5.14 Transcoder trong công nghệ chuyển mạch mềm
Trang 80
Chương 3 : So sánh giữa hai công nghệ chuyển mạch TDM và Trang 84-92
Softswitch:
3.1. So sánh công nghệ
Trang 85
3.2. So sánh kết nối.
Trang 86
3.3. So sánh báo hiệu
Trang 88
3.4. Bảng tổng hợp so sánh
Trang 92
Chương 4 : Giải pháp ứng dụng Softswitch trên mạng di động Trang 93-131
U

U

U

U

U

U

U

U


MobiFone:
4.1. Mục tiêu, nhu cầu triển khai.

Trang 94
4.1.1 Mục tiêu triển khai MSC Softswitch của Mobifone
Trang 94
4.1.2 Cơ sở đánh giá và phân tích
Trang 94
4.1.3 Kế hoạch xây dựng mạng Softswitch của Mobifone
Trang 98
4.2. Thiết kế và quy hoạch kết nối.
Trang 104
4.2.1 Thiết kế và quy hoạch kết nối vật lý
Trang 104

4.2.2 Thiết kế và quy hoạch kết nối IP
Trang 104
4.2.3 Tối ưu băng thông thoại
Trang 105
4.2.4 Tối ưu dung lượng MSC
Trang 106
4.2.5 Kết nối bên ngoài
Trang 106
4.2.6 Giao tiếp với hệ thống 3G
Trang 106
4.2.7 Chia tải
Trang 108
4.3. Các qui trình thủ tục đưa hệ thống Softswitch và mạng Trang 110
Mobifone
4.3.1 Cấu trúc hiện tại
Trang 110
4.3.2 Các bước thực hiện để đưa hệ thống Softswitch vào khai thác
Trang 115
4.3.3 Phân tích lựa chọn giải pháp
Trang 127
Chương 5 : Kết quả khi đưa công nghệ Softsiwtch vào khai thác Trang 132-137
trên mạng MobiFone
5.1. Ưu điểm.
Trang 132
5.2. Kết luận
Trang 137
Các từ viết tắt
Trang 138
Các tài liệu tham khảo
U

U


Luận án cao học

Lê Nam Trà

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH MỀM

Trang 1


Luận án cao học

Lê Nam Trà

Hệ thống Chuyển mạch mềm (Softswitch) là một dạng cơng nghệ viễn thơng
mới được tích hợp trong mạng viễn thông thế hệ mới (NGN), do đó, đầu tiên luận án
này sẽ giới thiệu trước mạng di động IP, mạng NGN và sau đó là cơng nghệ
Softswitch.

1.1. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG DI ĐỘNG IP:
a. Giới thiệu:
Hiện nay có khá nhiều cơng nghệ mạng được triển khai tùy theo nhu cầu và địa
hình ứng dụng. Ví dụ như mạng 3G nhằm cung cấp các dịch vụ tốc độ cao hay bổ
sung các dịch vụ gia tăng ở các khu đô thị. Mạng WLAN để cung cấp các dịch vụ
băng thơng lớn ở những khu vực khó lắp đặt cơ sở hạ tầng hoặc triển khai với mục

đích sử dụng tạm thời. Tuy nhiên, đang có xu hướng chuyển mạng này sang một
mạng dựa trên mạng lõi hoàn toàn IP. Giải pháp này sẽ cho phép cung cấp các dịch
vụ dễ dàng với chi phí đầu tư thấp bằng cách sử dụng các phần mềm ứng dụng và
phối hợp hoạt động với các dịch vụ Internet hiện có. Lớp IP đóng vai trị là lớp kết
nối giữa các mạng vô tuyến khác nhau. Mạng dùng giao thức IP để kết hợp các
mạng truy nhập vô tuyến này được gọi là mạng 4G.
Khái niệm cơ bản về mạng di động IP được giới thiệu trên hình dưới. Về cơ
bản, nó là sự hợp nhất giữa phối hợp hoạt động mạng với kết nối có hoặc khơng có
tính di động trong môi trường mạng hỗn hợp, nhằm cung cấp kết nối liên tục trong
mạng. Di động IP kết hợp những ưu diểm của công nghệ IP và công nghệ vô tuyến.
Nó cung cấp các dịch vụ di động đa phương tiện dựa trên công nghệ IP với chất
lượng cao và giá thành hạ.
Di ®éng IP
HƯ thèng
A
Địa chỉ IP

HƯ thèng
B
Hình 1.1

Trang 2

Địa chỉ IP


Luận án cao học

Lê Nam Trà

Hiện nay đang có một xu thế là thực hiện ghép thoại và dữ liệu. Các nhà sản
xuất và khai thác nhận thấy rằng khi ghép các loại lưu lượng và truyền trên mạng
chuyển mạch gói thì có nhiều ưu điểm hơn là truyền trên mạng chuyển mạch kênh.
Xu thế này cũng đang diễn ra ở mạng di động và nó được triển khai trong mạng lõi
và mạng truy nhập vô tuyến thông qua việc phát triển các loại mạng, các tiêu chuẩn
2G và xây dựng cơ sở hạ tầng mới dựa trên các tiêu chuẩn 3G.
Khả năng kết nối đầu cuối đến đầu cuối đã khiến IP được coi là một lớp thống
nhất để hỗ trợ các loại công nghệ và tiêu chuẩn cho lớp liên kết. Khả năng này của
mạng hoàn toàn IP khiến ta bắt đầu nhìn tới thế hệ sau của mạng 3G, đó là các hệ
thống 4G. Các hệ thống 3G chỉ cho phép truy nhập vô tuyến qua các ô và chỉ hỗ trợ
tính di động cuối, nhưng các hệ thống hoàn toàn IP trong tương lai sẽ hỗ trợ cả tính
di động đầu cuối và di động người dùng trong các mạng truy nhập vơ tuyến (ví dụ
như mạng LAN vô tuyến tại các hot spots, các mạng ad hoc (computer to computer),
các mạng truy nhập vô tuyến cố định).

Cấu trúc mạngIP.

Hình 1.2
Trang 3


Luận án cao học

Lê Nam Trà

Hình trên (1.2) giới thiệu một cấu trúc mạng hồn tồn IP, trong đó mạng truy
nhập sử dụng nhiều loại cơng nghệ vơ tuyến. Tính thơng minh của mạng tập trung
vào mạng truy nhập cịn mạng lõi chủ yếu để truyền tải các gói. Các chức năng, đặc
điểm và tính năng của mạng và các dịch vụ được hỗ trợ bởi các máy chủ chuyên
dụng đặt ở các vị trí trong tồn mạng IP. Kiến trúc mạng mới này cần phải dựa trên

mơ hình đảm bảo mọi người dùng đều có khả năng di động và mạng có thể truyền
tất cả các loại lưu lượng, trong đó có cả các loại lưu lượng yêu cầu chất lượng dịch
vụ (QoS) rất cao. Một số vấn đề chính cần quan tâm trong kiến trúc mạng này là:
-

Truyền tải lưu lượng hỗn hợp trong mạng truy nhập hỗn hợp sử dụng giao
thức IP.

-

Tính di động liên tục.

-

Quản lý tài nguyên và chất lượng dịch vụ.

-

Khả năng hoạt động mọi nơi với các mạng ad hoc động.

-

Tính bảo mật.

-

Các dịch vụ mạng và các ứng dụng.

Giao thức IP được coi là giao thức lớp mạng có tính hợp nhất, hoạt động trong
suốt trên các giao thức lớp đường truyền hỗn hợp và lớp vật lý. Các chức năng và

đặc điểm về QoS, báo hiệu, định tuyến, quản lý tài nguyên, tính di động và bảo mật
được cung cấp ở lớp IP và các lớp trên, và sẽ được ánh xạ xuống các lớp dưới một
cách thích hợp để đảm bảo kết nối đầu – cuối liên tục.
b. Một số khó khăn đối với mơi trường trong mạng hỗn hợp:
Các hệ thống di động mặt đất hiện nay hoạt động trong phổ tần vơ tuyến có cấp
phép. Tuy nhiên, có thể thấy là số lượng các mạng sẽ tăng rất nhanh, đòi hỏi các
thiết bị đầu cuối phải hỗ trợ được nhiều loại giao diện vô tuyến và phù hợp điều
khiển truy nhập môi trường (MAC) và các tiêu chuẩn vơ tuyến. Vấn đề khơng tương
thích giữa các băng tần và các tiêu chuẩn khác nhau ở các vùng khác nhau trên thế
giới đã dẫn đến sự xuất hiện của điện thoại đa mode có khả năng tự đặt cấu hình và

Trang 4


Luận án cao học

Lê Nam Trà

các thiết bị đầu cuối có khả năng tương thích với phổ tần và tiêu chuẩn trong vùng
hoạt động. Một số cơng nghệ chính hoạt động trong băng tần ISM là: Bluetooth,
IEEE802.11 a và b, ETSI HIPERLAN I và II… đặc biệt thích hợp cho các khu vực
có mật độ người dùng (sử dụng các thiết bị di động) cao.
Hình 1.3 minh họa cho một ví dụ về mạng hỗn hợp có phân cấp.

Qu¶n lý tàI nguyên, dịch vụ, cuộc gọi,
tính di động
Cổng báo hiệu lưu
lượng thoại

PSTN

Mạng lõi truyền tảI IP

Cổng truy
nhập vô tuyến

WWW

Cổng lưu
lượng gói
Mạng ngoàI
của các
doanh
nghiệp

Cổng truy
nhập

BSC
(RNC)
Comm. Tower

Mạng truy nhập
truyền tảI IP

Các mạng
RAN khác

Truy nhập
vô tuyến

cố định

Truy nhập
ở khu
thương mại

Truy nhập
ở khu
dân cư

Hỡnh 1.3 Các mạng tích hợp hỗn hợp, có phân cấp.
Hầu hết các mạng truy nhập vơ tuyến hiện nay có cấu hình điểm - điểm, cịn
các mạng trục và mạng lõi dựa trên cấu hình lưới (mesh). Cấu hình mạng truy nhập
điểm - điểm có kết nối khơng tin cậy và sự phân bố lưu lượng không đều dẫn đến
việc sử dụng các tài nguyên mạng kém hiệu quả. Vì vậy cấu hình mạng lưới được
ưa chuộng hơn và biên giới giữa mạng truy nhập vô tuyến (RAN) và mạng lõi (CN)
sẽ biến mất. Mạng IP phân tán (như hiện nay là nó nằm trong phần đường trục IP) sẽ
được mở rộng tới đối tượng sử dụng cuối cùng (end user) thông qua truy nhập vô
tuyến. Các mạng truy nhập vô tuyến là các mạng hỗn hợp và lớp IP (sẽ là tích hợp
chung trên tất cả các mạng) phải có khả năng hoạt động được với các cấu hình truy
nhập khác nhau (từ cấu hình lưới đến cấu hình điểm - điểm) với cả độ rộng băng tần
dành riêng và băng tần dùng chung, …. trên các công nghệ khác nhau của lớp

Trang 5


Luận án cao học

Lê Nam Trà

đường truyền. Do các mạng truy nhập khác nhau cung cấp dung lượng truyền khác
nhau nên lưu lượng truyền cũng khác nhau. Yêu cầu chính đặt ra đối với việc phát
triển công nghệ và điều hành mạng là khả năng thích ứng với giao diện vơ tuyến
thích hợp, kĩ thuật điều khiển cơng suất, tài nguyên vô tuyến, truy nhập di động và
chuyển giao.
c. Quản lý tài nguyên và QoS:
Kiến trúc mạng Internet vô tuyến trong tương lai sẽ dựa trên IP và sử dụng di
động IPv6. Mặc dù mạng Internet IPv4 được chấp nhận và có thể vẫn được sử dụng
trong một thời gian nữa nhưng nó cũng có một số nhược điểm như khơng gian địa
chỉ hạn chế, hỗ trợ tính di động kém và QoS không được đảm bảo. Mạng Internet
IPv6 sẽ khắc phục được những nhược điểm này.
Tùy theo yêu cầu về QoS, có thể phân loại các ứng dụng thành ứng dụng thời
gian thực và ứng dụng thời gian phi thực. Các ứng dụng thời gian thực có yêu cầu
cao về độ trễ, rung pha, tỉ lệ mất gói và QoS tại các điểm chuyển tiếp giữa các miền.
Giao thức IP ban đầu được thiết kế với tiêu chí là đơn giản, dễ khơi phục, điều khiển
phân bố và có thể tự đặt cấu hình. Nó là giao thức truyền tải lớp mạng khơng kết nối
và khơng có sự đảm bảo về QoS. Điều này dẫn đến hiệu suất và độ tin cậy truyền
không được đảm bảo. Do sự phát triển của giao thức IP và các mạng, nên cần phải
cung cấp QoS ở lớp IP để đáp ứng các yêu cầu đa dạng của người dùng và của các
ứng dụng. Điều này thúc đẩy sự ra đời của các dịch vụ giá trị gia tăng được đảm bảo
về chất lượng theo mức độ hài lòng và khả năng chi trả của người sử dụng. Tuy
nhiên trong môi trường mạng hỗn hợp, thì việc đáp ứng nhu cầu này sẽ gặp phải
những khó khăn lớn. Khi các tiêu chuẩn QoS của lớp IP được triển khai thì việc
chuyển đổi các tham số QoS sang lớp liên kết và lớp vật lý rất quan trọng. Vấn đề
này cần được thực hiện phối hợp theo tài nguyên vô tuyến và các cơ chế kết nối.
Việc chuyển đổi đồng bộ QoS của lớp IP sang mức QoS của lớp 2 sẽ cho phép thiết
bị đầu cuối có thể chuyển vùng trên tồn cầu và hoạt động trên mạng hỗn hợp. Các
kĩ thuật cung cấp QoS hiện tại như dịch vụ tích hợp (IntServ), dịch vụ phân tán
Trang 6

Luận án cao học

Lê Nam Trà

(DiffServ) và chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) hoặc khơng có khả năng phát
triển thêm hoặc cịn q mới, do đó các kĩ thuật này không thể đảm bảo và điều
khiển được QoS đầu cuối - đầu cuối trong mạng hỗn hợp dựa trên cơ sở IP.
Các thiết bị đầu cuối IP của mạng 3G cần phải có khả năng cung cấp mức QoS
bằng mức QoS mà các thiết bị điện thoại chuyển mạch kênh IP (như GSM) cung
cấp. Để thực hiện được điều này cần phải kết hợp QoS đầu cuối - đầu cuối trong các
mạng IP. Điều này liên quan đến việc sử dụng tài nguyên mạng với mục tiêu chính
là cấp phát và quản lý toàn băng tần dành riêng, điều khiển jitter và trễ biên(đối với
lưu lượng hai chiều và thời gian thực), cũng như đáp ứng các yêu cầu về tốc độ dữ
liệu và độ tin cậy. Khả năng hỗ trợ QoS cho phép đặt các mức ưu tiên cho các dịch
vụ quan trọng trong việc phân phát các gói tin IP với QoS ở mức cao nhất có thể. Vì
vậy hiệu suất truyền các gói tin IP với QoS cao nhất có thể bị giảm sút (ví dụ như
trễ) khi lưu lượng trên mạng lớn. Do đó việc định cỡ mạng phải có dự phịng để đảm
bảo dung lượng đủ lớn hoặc phải giới hạn mức QoS cao nhất của người dùng để
đảm bảo mức QoS chấp nhận được cho các ứng dụng phi thời gian thực như ftp, thư
điện tử, trình duyệt web. QoS trong các mạng truy nhập như UMTS, WLANs do
mỗi địa phương quy định.
d. Mơ hình mạng QoS:
Hình bên dưới mơ tả một mơ hình tham chiếu QoS đơn giản cho các hệ thống
truyền thông IP thời gian thực, bao gồm: thiết lập cuộc gọi, dự trữ QoS, lập chính
sách, thanh tốn…. Giao thức RSVP đầu cuối - đầu cuối được sử dụng trong các
mạng truy nhập và kĩ thuật dịch vụ phân tán DiffServ với giao thức MPLS được sử
dụng trong các mạng lõi. Các phần tử chính trong mơ hình phân cấp này bao gồm
mạng truy nhập, mạng lõi và trung tâm quản lý QoS.
• Mạng truy nhập: là mạng IP trong đó người dùng kết nối trực tiếp tới

mạng qua các liên kết IP.

Trang 7


Luận án cao học

Lê Nam Trà

• Mạng lõi: là mạng đường trục kết nối giữa nhiều mạng truy nhập. Trong
mô hình trên, mạng lưới khơng có các lưu lượng riêng như các cuộc gọi
thoại giữa những người dùng trong cùng mạng truy nhập.
• Trung tâm quản lý: cho một số lượng lớn các mạng truy nhập thuộc các
miền quản lý khác nhau. Nó thực hiện việc cấp quyền và tính cc cho
cỏc dch v u tiờn gia cỏc min.

Trung tâm
quản lý QoS

Mạng lõi IP

Mạng IP đầu cuối - Đầu cuối

Mạng MAN vô
tuyến
AP

Nhà cung cấp
dịch vụ internet
FAP

Mạng 2G/3G dựa
trên IP
BS

GPRS/EDGE/
UMTS
Các mạng
truy nhập

AP: Điểm truy nhập
FAP: Điểm truy nhập cố định
BS: Trạm gèc/Nót B

Hình 1.4 Mơ hình tham chiếu QoS hỗ trợ điện thoại IP trong mạng hỗn hợp
dựa trên IP.
e. Quản lý tài nguyên:
Quản lý tần số là một vấn đề quan trọng trong tương lai. Nó khơng chỉ dừng lại
ở việc sử dụng phổ tần mà còn bao hàm các vấn đề quan trọng khác như quản lý
thiết bị di động, triển khai cơ sở hạ tầng và lập cấu trúc chi phí.
Các hệ thống trong tương lai sẽ có tốc độ dữ liệu lớn hơn nhiều so với các hệ
thống hiện tại vì phần lớn các hệ thống quản lí tài ngun khơng bị ràng buộc trực
Trang 8


Luận án cao học

Lê Nam Trà

tiếp với sự phát triển công nghệ mới. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, tốc độ dữ

liệu của các hệ thống truyền thông cá nhân bị hạn chế bởi điều kiện truyền. Yếu tố
hạn chế chính là quỹ đường truyền. Vì cơng suất phát cần thiết tăng tuyến tính theo
độ rộng băng tần nên các truy nhập vơ tuyến tốc độ cao sẽ có vùng phủ sóng hạn
chế. Vấn đề này khiến cho các phương thức quản lý tài nguyên phức tạp hơn.
Các vấn đề chính trong việc quản lý tài nguyên đối với các hệ thông đa phương
tiện liên quan đến tốc độ số liệu và yêu cầu về trễ trong mạng tế bào sẽ cho biết nhu
cầu từ mức trung bình đến mức tối đa về dung lượng.

1.2. GIỚI THIỆU MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI NGN:
Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network-NGN) hiện đang là
xu hướng ở nhiều nước trên thế giới do các tính chất tiên tiến của nó như hội tụ các
loại tín hiệu (voice, data, VoIP...), mạng đồng nhất và băng thông rộng. Tại Việt
Nam, lĩnh vực viễn thông đang phát triển rất mạnh và nhu cầu của người dùng về
các loại hình dịch vụ mới ngày càng cao vì vậy việc tiến lên NGN cũng là vấn đề
cấp bách (hiện nay tập đoàn VNPT đã áp dụng công nghệ này cho Công ty VTN để
triển khai phục vụ khách hàng).
NGN là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùng một cơ sở hạ tầng
dựa trên nền tảng IP, làm việc trên cả hai phương tiện truyền thông vô tuyến và hữu
tuyến. NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với cấu trúc mạng đa dịch vụ dựa
trên cơ sở hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất các hệ thống quản lý và điều khiển. Các
ứng dụng cơ bản bao gồm thoại, hội nghị truyền hình và nhắn tin hợp nhất (unified
messaging) như voice mail, email và fax mail, cùng nhiều dịch vụ tiềm năng khác.
Các đặc điểm của NGN:
- Sử dụng công nghệ softswitch thay thế các thiết bị tổng đài chuyển mạch
TDM phần cứng cồng kềnh, dung lượng thấp, khó nâng cấp. Các dịch vụ trên nền
NGN được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổng đài duy
nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên cơng nghệ softswitch và được ví như là “trái tim”
của NGN.

Trang 9

Luận án cao học

Lê Nam Trà

- Mạng hội tụ thoại và dữ liệu, cố định và di động. Các loại tín hiệu được
truyền tải theo kỹ thuật chuyển mạch gói (packet data) và xu hướng sắp tới đang
tiến dần lên sử dụng mạng IP với kỹ thuật QoS như MPLS.
- Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: Mạng truyền dẫn quang với
công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (dense WDM).

1.3. GIỚI THIỆU
SOFTSWITCH:

HỆ

THỐNG

CHUYỂN

MẠCH

MỀM

Softswitch (chuyển mạch mềm) là một khái niệm mới trong hệ thống viễn
thơng, đó là một loại tổng đài thế hệ mới, chuyển mạch mềm tách riêng các chức
năng điều khiển cuộc gọi và chức năng chuyển mạch tại các nút mạng riêng biệt và
thay đổi cơ bản cách thức xử lý các dịch vụ chuyển mạch kênh trên mạng di động,
như các dịch vụ thoại và SMS. Softswitch với thành phần chính là MSC Server sẽ

chịu trách nhiệm điều khiển cuộc gọi, trong khi đó Cổng giao tiếp di động (Mobile
Media Gateway), cũng là một trong những thành phần của softswitch, thực hiện
chức năng chuyển mạch.
Sơ đồ sau đây so sánh 02 loại tổng đài:

Chuyển mạch kênh truyền thống

Trang 10

Chuyển mạch mềm


Luận án cao học

Lê Nam Trà

Chuyển mạch TDM

Chuyển mạch IP

Hình 1.5 Chuyển mạch kênh - chuyển mạch mềm
Điều này cho phép mạng lưới hoạt động hiệu quả hơn nhờ tối ưu hóa vị trí
các thiết bị, tăng độ linh hoạt và đơn giản hóa hoạt động khai thác và bảo dưỡng.
Việc hỗ trợ các công nghệ mới thúc đẩy cải tiến mạng lưới, hiện đại hóa phần cứng,
tiến đến mạng lõi toàn IP một cách đơn giản và tiết kiệm.

Trang 11


Luận án cao học

Lê Nam Trà

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM

--Trang 12--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

2.1. LÝ THUYẾT CHUYỂN MẠCH MỀM
Do công nghệ chuyển mạch mềm vẫn đang trong quá trình phát triển nên các
tổ chức tiêu chuẩn chính như ITU hay IETF cũng chưa bắt đầu quá trình chuẩn hoá
Chuyển mạch mềm. Hiện tại, một vài forum kỹ thuật mới xuất hiện nhưng đã quy
tụ hầu hết các tên tuổi lớn trong lĩnh vực viễn thông bao gồm cả các nhà khai thác
và cung cấp sản phẩm.
Trong luận án này, người thực hiện đã nghiên cứu, tìm hiểu và đánh giá các hệ
thống, các cơ sở lý thuyết của các hãng sản xuất thiết bị nổi tiếng như: Ericsson,
Alcatel, Siemen, Motorola... để đưa ra cơ sở lý thuyết chung nhất.
Do đó, cơ sở lý thuyết của chuyển mạch mềm có thể dựa trên các nền tảng khối
chức năng và các giao tiếp như sau:
Application
API

Directory
Service

Đầu cuối
SIP

SIP
LDAP/
RADIUS

Lõi
H323
MGCP
/Megaco

Billing
System

Thiết bị
H323

SNMP
Network
Management

Media gateway

Hình 2.1 Hoạt động của một hệ thống Chuyển mạch mềm

Có thể xem Softswitch bao gồm các thành phần sau:
 Gateway Controller hay Call Agent: Đây là một trong những đơn vị chức
năng chính của Softswitch, trong đó bao hàm các luật, giao thức xử lý cuộc

gọi và nó sử dụng Media Gateway cùng với Signaling Gateway để thực hiện
--Trang 13--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

chức năng này. Nó có nhiệm vụ của một Signaling Gateway để thực hiện
việc thiết lập và hủy bỏ cuộc gọi. Ngoài ra, Gateway controller còn giao tiếp
với hệ thống OSS và BSS. Gateway controller đơi khi cịn được biết đến như
là một tác nhân cuộc gọi – Call Agent- hay Media Gateway Controller
(MGC).
 Signaling Gateway – Cổng báo hiệu SS7 – hoạt động như một cầu nối mạng
PSTN và IP, thực hiện phiên dịch thông tin báo hiệu giữa hai mạng này.
 Media Gateway: đóng vai trị như một giao diện vật lý giữa mạng chuyển
mạch kênh PSTN và mạng chuyển mạch gói IP. Nó có nhiệm vụ báo hiệu và
nhận tín hiệu đến và từ mạng PSTN. Nó sẽ nhận số điện thoại, chuyển đổi
các số điện thoại và địa chỉ IP và cuối cùng là quản lý quá trình xử lý cuộc
gọi. Xử lý cuộc gọi bao gồm việc nhân tín hiệu thoại, nén, gói hố, triệt
tiếng vọng, nén khoảng lặng (null data)... Media Server thực hiện các chức
ngoại vi nhằm tăng cường thêm khả năng của Softswitch. Nếu cần, nó cịn
có thể hỗ trợ khả năng xử lý tín hiệu số DSP- Digital signal processing. Nếu
hệ thống cung cấp dịch vụ IVR – các dịch vụ trả trước – thì nó cũng được
thực thi trên Media server.
 Feature Server: cung cấp tính năng để cung cấp các dịch vụ (các dịch vụ này
có thể được đặt trên những thành phần khác) như tính cước, hội nghị đa
điểm,...
Các nhà sản xuất thiết bị có thể định nghĩa phần lõi Call Agent (hoặc
Gateway Controller) như là một Chuyển mạch mềm có chức năng tối thiểu hoặc

một hệ thống bao gồm tất cả các thành phần nêu trên tạo thành một giải pháp
Softswitch đầy đủ. Thành phần SG có thể được bao gồm trong Chuyển mạch
mềm hoặc tách riêng. Một số nhà sản xuất còn gộp cả Media Gateway – một
thành phần thuộc về cơ sở hạ tầng mạng hơn – vào một giải pháp chung.

--Trang 14--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

2.2. CẤU TRÚC CÔNG NGHỆ MẠNG NGN:
Cấu trúc mạng NGN và softswitch bao gồm 5 lớp chức năng: lớp truy nhập
dịch vụ (service access layer), lớp chuyển tải dịch vụ (service transport/core
layer), lớp điều khiển (control layer), lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service
layer) và lớp quản lý (management layer). Hình dưới thể hiện cấu trúc của NGN.

--Trang 15--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

Hình 2.2
a. Lớp ứng dụng:
Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ
mạng thông minh IN (Intelligent network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng
Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển... Hệ thống ứng dụng và dịch vụ

mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ giao
diện mở này mà nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai
nhanh chóng các dịch vụ trên mạng. Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có
rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp này.Trên lớp này sử dụng các
thiết bị như Application Server, Feature Server. Lớp này cũng có thể thực thi việc
điều khiển những thành phần đặc biệt như Media Server, một thiết bị được biết đến
với tập các chức năng như conferencing, IVR, xử lý tone ...
b. Lớp điều khiển:

--Trang 16--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa các
thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (ATM+IP) của lớp
chuyển tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập. Lớp điều khiển có chức
năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng/dịch vụ. Các chức năng như quản
lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển.
Đây là lớp trung tâm của hệ thống thực thi quá trình điều khiển, giám sát và
xử lý cuộc gọi nhằm cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối
(end-to-end) với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào. Thực thi quá trình giám sát
các kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thành phần
của lớp truyền thông -Transport Plane. Quá trình xử lý và báo hiệu cuộc gọi về bản
chất có nghĩa là xử lý các yêu cầu của thuê bao về việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi
thông qua các bản tin báo hiệu. Lớp này cịn có chức năng kết nối cuộc gọi th
bao với lớp ứng dụng và dịch vụ - Service and Application Plane. Các chức năng
này sẽ được thực thi thông qua các thiết bị như Media Gateway Controller (hay

Call Agent hay Call Controller), các SIP Server hay Gatekeeper.
c. Lớp chuyển tải dịch vụ:
Bao gồm các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn (SDH,
WDM), thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến các cuộc gọi giữa các thuê
bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp
điều khiển. Hiện nay đang còn nhiều tranh cãi khi sử dụng ATM hay MPLS cho
lớp chuyển tải này.
d. Lớp truy nhập dịch vụ:
Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu
cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc cáp quang, hoặc thông
qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập vô tuyến cố định...)
e. Lớp quản lý:
Lớp quản lý mạng có nhiệm vụ cung cấp các chức năng như giám sát các
dịch vụ và khách hàng, tính cước và các tác vụ quản lý mạng khác. Nó có thể

--Trang 17--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

tương tác với bất kỳ hoặc cả ba lớp cịn lại thơng qua các chuẩn cơng nghiệp ví dụ
như SNMP hoặc các chuẩn riêng và các APIs – giao diện lập trình mở.
Dựa vào mơ hình mạng NGN ở trên, Chuyển mạch mềm Softswitch phải
thực hiện các chức năng sau:
 Trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn mạng, quản lý và điều
khiển các loại gateway truy nhập mạng, hoạt động theo tất cả các loại giao
thức báo hiệu từ H323, SIP đến MGCP/MEGACO.
 Giao tiếp với báo hiệu của mạng PSTN (chủ yếu là kết nối với mạng báo

hiệu SS7) và liên kết với hệ thống Softswitch khác.
 Tạo ra các mơi trường lập trình mở để cho phép các hãng thứ ba dễ dàng tích
hợp và phát triển ứng dụng (trên nền IP)và kết nối với các môi trường cung
cấp dịch vụ đã có sẵn (ví dụ IN).

2.3. CẤU TRÚC CÔNG NGHỆ SOFTSWITCH:
2.3.1. MSC server (call server):
*. Cấu trúc phần cứng:
Về cấu trúc phần cứng, MSC server bao gồm một nhóm các bộ xử lý hỗ trợ
các chức năng khác nhau của một MSC/GMSC.

--Trang 18--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

Hình 2.3- Cấu trúc phần cứng của 01 MSC server.

Mọi chức năng báo hiệu số 7 bao gồm MAP, ISUP, và BSSAP thực hiện
thông qua khối Signaling Interface Module (SIM). SIM tiếp nhận các bản tin từ
MSC, HLR, SMSC, BSC, STP và các thành phần mạng báo hiệu số 7 như Cổng
quốc tế hay tổng đài nội hạt cố định. SIM xử lý phần MTP2 của mọi bản tin SS7.
SIM chịu trách nhiệm phân phối các bản tin này đến khối khác: Khối phân phối dữ
liệu (DDM).
Khối phân phối dữ liệu (DDM) xử lý phần MTP3, SCCP của mọi bản tin
SS7 và chịu trách nhiệm cân bằng tải bản tin tới khối điều khiển cuộc gọi (CCM)
phù hợp. CCM chịu trách nhiệm xử lý Cuộc gọi/ Kết nối và đặc tính của các thuê
bao. Khối CCM cũng chịu trách nhiệm thiết lập và duy trì các kết nối với phương

thức truyền dẫn khác nhau giữa các media gateway nằm trong hệ thống qua giao
thức H.248. Khối quản lý hệ thống (SAM) cung cấp các công cụ quản lý, giám sát
toàn bộ trạng thái các kết nối đến Media Gateway và các chức năng khai thác, quản
trị, bảo dưỡng và tính cước.

--Trang 19--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

Tất các các khối chức năng này liên kết với nhau qua các bộ chuyển mạch
Ethernet.
Về mặt phần cứng, một rack đơn có thể chứa một khung, nhiều server và các thiết
bị để khai thác rack.
*. Cấu trúc phần mềm:

Hình 2.4 - Cấu trúc phần mềm mức cao của một MSC server.

Phần mềm SIM (giao diện báo hiệu):
Chịu trách nhiệm xử lý các phần MTP1 và MTP2 của các bản tin SS7, phân
phối bản tin tới DDM.
Phần mềm DDM (phân phối dữ liệu):
Xử lý các bản tin MTP3 và SCCP, định tuyến cả SCCP user part (GSM A
interface) và ISUP type của bản tin tới CCM. DDM sẽ giải mã hóa bản tin tới, tùy
theo quy tắc định tuyến, nó sẽ chỉ ra các ứng dụng cụ thể (quản lý di động, điều
khiển cuộc gọi, cổng ISUP v..v..) tại CCM mà bản tin sẽ được chuyển đến. Điều
này đảm bảo DDF chuyển tiếp mọi bản tin của một cuộc gọi tới cùng một CCM.
Khối DDM chứa nhiều bảng định tuyến và cơ chế đồng bộ dữ liệu giữa các khối

DDM khác nhau.
--Trang 20--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

DDM hỗ trợ cả 2 loại bản tin SCCP và ISUP của ANSI và ITU. Với bản tin
SCCP, DDM hỗ trợ mọi kết nối SCCP connection - oriented (CR, CC, CREF,
RLSD, RLC và DT1) và SCCP connectionless (UDT).
Phần mềm CCM (điều khiển cuộc gọi):
Chức năng GMSC được phân bổ đều giữa các khối CCM. Các khối CCM
đều có phần mềm và chức năng giống hệt nhau.
CCM cung cấp chức năng điều khiển cuộc gọi và cổng báo hiệu cho quản lý cuộc
gọi. Để đảm bảo mọi bản tin liên tục nhau đến được cùng một CCM, DDM chứa
các bảng định tuyến và các khối DDM đều chứa bảng định tuyến giống nhau. Khối
DDM nào nhận được bản tin, các bản tin liên tiếp nhau đều đến cùng một CCM.
Khối CCM cũng quản lý dịch vụ thoại GSM và các dịch vụ phụ trợ đi kèm.
Vị trí, trạng thái, tình trạng th bao của th bao di động thuộc trách nhiệm
của chức năng MM (Mobility Management), trong khi bộ quản lý hồ sơ thuê bao
(SPM) quyết định đặc tính của q trình xử lý cuộc gọi bằng các điểm kích hoạt và
phát hiện sự kiện trong mơ hình cuộc gọi. Vì khối CCM xử lý cuộc gọi theo mơ
hình cuộc gọi CS-2 (Capability Set - 2), nó sẽ gặp phải các điểm phát hiện sự kiện
và điểm kích hoạt gây ra việc truy vấn SPM để nhận chỉ dẫn làm thế nào tiếp tục
xử lý cuộc gọi.
Ngoài ra, CCM phải xử lý các hoạt động và chức năng khác như:
- Chuyển đổi số.
- Phân tích số gọi/bị gọi.
- Quản lý định tuyến.

- GSM MAP.
- ANSI -41.
- Giao thức Camel.
- Giao thức INAP.
- Giao thức SIP.
--Trang 21--


Luận án cao học

Lê Nam Trà

- Chức năng SSF.
Phần mềm SAM (quản trị hệ thống):
SAM chịu trách nhiệm đồng bộ giữa các khối, kiểm toán, phối hợp giữa
switchover/switchback, nâng cấp phần mềm không cần dừng hệ thống, khởi động
hệ thống, và kiểm sốt trạng thái tồn bộ hệ thống.
SAM chứa bộ lưu trữ dữ liệu cứng, lưu trữ dữ liệu từ quá trình xử lý cuộc
gọi được sử dụng khi các khối CCM khởi động lại sau khi bị lỗi. SAM cũng thực
hiện chức năng lưu trữ dữ liệu cấu hình thơng qua chức năng OAM cũng như số
liệu cước. Phần số liệu cước sẽ được gửi tới trung tâm tính cước của nhà khai thác.
Modul này cũng cung cấp các công cụ quản lý, như theo dõi tải và dung
lượng các trung kế, quản lý lỗi …
Ngịai ra nó cũng có chức năng quản lý CDR.
Các chức năng khác:
- Giám sát qua SNMP và quản lý ngưỡng.
- Khởi động, cấu hình và giám sát Media Gateway.
- Giám sát chất lượng.
- Nâng cấp dung lượng.
- Phát hiện và thông báo nghẽn.

- Quản lý alarm trên toàn hệ thống.
- Phát hiện và thông báo lỗi card.
2.3.2 Media gateway:
Ý tưởng cho giải pháp Media Gateway là cho phép các nhà cung cấp khác
nhau tích hợp với Media Gateway sử dụng các giao diện như Megaco/H.248 và
MGCP và để tiếp cận phương pháp quản lý mạng thống nhất.
MGW xử lý các kết nối, truy nhập mạng tập trung và báo hiệu. MGW được
tích hợp 2 ma trận chuyển mạch, một ma trận chuyển mạch gói và một ma trận
--Trang 22--