Đồ án Báo hiệu trong mạng NGN và triển khai tại NGN Việt Nam

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAA  Authentication, Authorization, Accounting  Nhận thực thuê bao, nhận thực dịch vụ, tính cước   ACM  Address Complete Message  Bản tin hoàn tất địa chỉ   AAL  Atm Adaption Layer  Lớp tương thích ATM   ANM  ANswer Message  Bản tin trả lời   API  Application Program Interface  Giao diện lập trình ứng dụng   ATM  Asynchronous Transfer Mode  Chế độ truyền không đồng bộ   BCF  Bearer Control Function  Chức năng điều khiển kênh mang   BICC  Bearer Independent Call Control  Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập với kênh mang   BIWF  Bearer InterWorking Function  Kết nối mạng xương sống   CS  Capability Set  Tập khả năng   CSF  Call Service Function  Chức năng dịch vụ cuộc gọi   DSLAM  Digital Subscriber Line Access Multiplexer  Bộ ghép kênh truy nhâp đường dây thuê bao số   GK  Gatekeeper    GSN  Gate Serving Node  Điểm phục vụ cổng   GW  Gateway    IAD  Integrated Access Device  Thiết bị truy nhập tích hợp   IAM  Initial Address Message  Bản tin khởi tạo địa chỉ   IN  Intelligent Network  Mạng thông minh   IP  Internet Protocol  Giao thức Internet   ISN  Interface Serving Node  Điểm phục vụ giao diện   ISP  Interner Service Provider  Nhà cung cấp dịch vụ Internet   ISUP  ISDN User Part  Phần đối tượng người sử dụng mạng tích hợp đa dịch vụ   ITU  International Telecommunications Union  Hiệp hội viễn thông quốc tế   LAN  Local Area Network  Mạng cục bộ   LE  Local Exchange  Tổng đài nội hạt   MC  Multipoint Controller  Bộ điều khiển đa điểm   MP  Multipoint Processor  Bộ xử lý đa điểm   MCU  Multipoint Control Unit  Khối điều khiển đa điểm   MGCP  Media Gateway Control Protocol  Giao thức điều khiển Gateway truyền thông   MGC  Media Gateway Controller  Bộ điều khiển thuê bao   M2UA  MTP2 User Adaption Layer  Lớp tương thích người sử dụng MTP2   M3UA  MTP3 User Adaption Layer  Lớp tương thích người sử dụng MTP3   M2PA  MTP2-User Peer-to-Peer Adaptation Layer  Lớp tương thích ngang hàng người sử dụng MTP2   MTP  Message Transfer Part  Phần truyền dẫn bản tin   NGN  Next Generation Network  Mạng thế hệ sau   OAM&P  Operation, Administration, Maintainance, and Performance  Vận hành, Quản trị, bảo dưỡng và giám sát hoạt động   PBX  Private Branch eXchange  Tổng đài nhánh dành riêng   POTS  Plain Old Telephone Service  Dịch vụ điện thoại truyền thống   PRI  Primary Rate Interface  Giao diện tốc độ cơ bản   PSTN  Public Switch Telephone Network  Mạng điện thoại công cộng   QoS  Quality of Sevice  Chất lượng dịch vụ   RAS  Registration, Admision, Status  Đăng ký, Cho phép, Trạng thái   RAS  Remote Access Server  Máy chủ truy cập từ xa   RTCP  Real-Time Control Protocol  Giao thức điều khiển thời gian   RTP  Real-Time Transport Protocol  Giao thức truyền vận thời gian thực   SCN  Switch Circuit Network  Mạng chuyển mạch kênh   SCP  Service Control Point  Điểm điều khiển dịch vụ   SCCP  Signal Connection Control Part  Phần ứng dụng điều khiển kết nối báo hiệu   SCTP  Stream Control Transport Protocol  Giao thức truyền vận điều khiển luồng   SDP  Session Description Protocol  Giao thức miêu tả phiên   SIP  Session Initiation Protocol  Giao thức khởi tạo phiên   SIGTRAN  Signalling Transport  Truyền vận báo hiệu   SG  Signalling Gateway  Cổng báo hiệu   SS7  Signalling System 7  Hệ thống báo hiệu số 7   SSP  Service Switching Point  Điểm chuyển mạch dịch vụ   STP  Signaling Transfer Point  Điểm chuyển tiếp báo hiệu   SUA  SCCP-User Adaptation Layer  Lớp tương thích người sử dụng SCCP   SUS  SUSpend  Ngừng   SWN  SWitch Node  Điểm chuyển mạch   TCAP  Transaction Capabilities Application Part  Phần ứng dụng khả năng giao dịch   TCP  Transmission Control Protocol  Giao thức điều khiển truyền dẫn   ToS  Type of Sevice  Kiểu dịch vụ   TSN  Transit Serving Node  Điểm phục vụ chuyển tiếp   UAC  User Agent Client  Máy khách tác nhân người sử dụng   UAS  User Agent Server  Bộ phục vụ tác nhân người sử dụng   VoIP  Voice over IP  Thoại trên giao thức IP   DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1  Cấu trúc chức năng của mạng NGN   Hinh1.2  Các thực thể chức năng trong NGN   Hình 2.1  Quan hệ giữa các giao thức trong mạng   Hinh 2.2  Mô hình mạng H.323 đơn giản   Hình 2.3  Kiến trúc mạng H.323 và các phần tử   Hình 2.4  Cấu trúc thiết bị đầu cuối H.323   Hình 2.5  Tập giao thức H323   Hình 2.6  Các thành phần trong báo hiệu SIP   Hình 2.7  Mô hình tổng quan về cuộc gọi SIP   Hình 2.8  Quá trình thiết lập cuộc gọi qua Proxy server   Hình 2.9  Quá trình thiết lập cuộc gọi ở chế độ Redirect Server   Hình 2.10  So sánh giữa H.323 và SIP   Hình 2.11  Minh họa hoạt động của SIP – T   Hình 2.12  Mô hình chức năng của BICC CS1   Hình 2.13  Mô hình chức năng một điểm dịch vụ của BICC CS2   Hình 2.14  Mô hình giao thức của BICC   Hình 2.15  Kiến trúc MGCP   Hình 2.16  Cuộc gọi cơ bản từ RW tới   Hình 2.17  Cuộc gọi cơ bản từ TW tới RW   Hình 2.18  Quá trình chuẩn hoá MEGACO   Hình 2.19  Nhóm làm việc SIGTRAN   Hình 3.1  Cấu hình kết nối lớp điều khiển và ứng dụng mạng NGN   Hình 3.2  Cấu hình kết nối NGN-PSTN   Hình 3.3  Cấu hình kết nối NGN-Internet-PSTN   Hình 3.4  Mô hình tổng quan của giải pháp Surpass   Hình 3.5  Các báo hiệu của Surpass   Hình 3.6  Kiến trúc hiG1200   Hình 3.7  Mô hình chức năng của hiQ9200   Hình 3.8  Kiến trúc của SURPASS hiA 7500   Hình3.9  Mô hình NGN của VNPT   LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của các ngành điện tử – tin học, công nghệ viễn thông trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, và chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu của khách hàng. Trong xu hướng phát triển và hội tụ của viễn thông và tin học, cùng với sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu của người dùng đối với những dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao đã làm cho cơ sở hạ tầng thông tin và viễn thông đã có những thay đổi lớn về cơ bản. Những tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống đã không còn có thể đáp ứng được những đòi hỏi của người dùng về những dịch vụ tốc độ cao, chính vì thế đòi hỏi cần phải có một giải pháp đáp ứng được yêu cầu đó. Xu hướng viễn thông dựa trên nền tảng chuyển mạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và hội tụ được các loại dịch vụ trên cùng một hạ tầng mạng là điều tất yếu. Mạng thế hệ sau ra đời đã đáp ứng được các yêu cầu này. Sự ra đời của NGN ngoài mặt có ý nghĩa về công nghệ và dịch vụ, nó còn đem lại cơ hội cho những công ty nhỏ ít tên tuổi hoặc những công ty mới tham gia vào thị trường viễn thông có thể đứng vững trên thị trường mà trước đây nằm trong sự kiểm soát của một số ít nhà sản xuất lớn. Đứng trước xu hướng tự do hoá thị trường, cạnh tranh và hội nhập, việc phát triển mạng viễn thông theo cấu trúc thế hệ sau (NGN) với các công nghệ phù hợp là bước đi tất yếu của viễn thông thế giới và mạng viễn thông Việt Nam. Vì vậy em chọn đề tài mạng NGN để làm đồ án tốt nghiệp, nội dung của đồ án này gồm có 4 chương: Chương 1: Giới thiệu về sự hình thành mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch Chương 2: Nêu ra đặc điểm và cấu trúc mạng NGN, sau đó trình bày các ứng dụng của mạng NGN Chương 3: Trình bày về các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN như H.323 , SIP, BICC, MGCP… Chương 4: Tình hình triển khai mạng NGN Tại Việt Nam CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ TIẾP THEO NGN 1.1 Khái niệm Cho tới nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN. Song vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho NGN. Do đó, định nghĩa NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạng thế hệ mới nhưng là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN. Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động. Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM và mạng chuyển mạch gói dựa trên kỹ thuật IP/ATM. Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN, đồng thời có thể cung cấp cho mạng IP lưu lượng dữ liệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng PSTN. Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động. Vấn đề cốt lõi ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này. Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầung]ời sử dụng cho một khối lượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn trong số đó không được dự tính khi xây dựng các hệ thống mạng truyền thông. Trong vài năm trở lại đây, rất nhiều nhà khai thác viễn thông đã lên kế hoạch nâng cấp mạng để tiến tới một mô hình mạng với tên NGN ( Next Generation Networks ). Hầu hết các phân tích thị trường đều dự đoán rằng toàn bộ mang PSTN sẽ được thay thế bởi NGN trong vòng 10 năm . Vậy NGN là gì và tại sao lại có tầm quan trọng đến vậy? Khái niệm thế hệ sau NGN đã xuất hiện vào cuối năm 90 trước tác động của nhiều yêu tố: Sự toàn cầu hóa về kinh doanh viễn thong, nhu cầu dữ liệu tăng mạnh, những quan điểm mới về công nghệ, sự phát triển của thông tin di động… Đã có rất nhiều tổ chức quốc tế thực hiện nghiên cứu về NGN để có thể đưa ra một chuẩn thống nhất, cho đến thời điểm hiện tại còn tồn tại rất nhiều quan điểm khác nhau giữa các tổ chức quốc tế và giữa họ với nhà sản xuất thiết bị viễn thông. Tuy còn có nhiều vấn đề vẫn cần phải nghiên cứu, thảo luận và thử nghiệm nhưng các nhà nghiên cứu đều có chung quan điển rằng: NGN được xem như là mạng tích hợp IP hay mạng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, đây sẽ là nền tảng hội tụ các loại hình dịch vụ cũng như công nghệ mạng. NGN không chỉ mang đầy đủ các đặc tính của mạng mà còn có các đặc tính dịch vụ nhờ đó cung cấp các cơ hội mới cho các nhà khai thác mạng, các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà sản xuất thiết bị và người dung. Dưới đây là định nghĩa tham khảo do ETSI ( European Telecommunication Standards Institude ) đưa ra trong khuyến nghị của mình, định nghĩa này có tác dụng định hướng mọi hành động do ETSI tiến hành trên lĩnh vực này. “ NGN là mạng được phân chia thành các lớp và các mặt phẳng, sử dụng các giao diện mở nhằm đưa ra cho các nhà khai thác mạng và cung cấp một nền tảng thông tin kiến tạo, triển khai và quản lý các dịch vụ bao gồm cả các dịch vụ đã có và các dịch vụ trong tương lai.” Đối với ITU – T ( International Telecommunication Union ), NGN được định nghĩa là một mạng có nền tảng chuyển mạch gói có khả năng cung cấp các dịch vụ bao gồm các dịch vụ viễn thông và có thể tận dụng tối đa băng thông, chất lượng dịch vụ cho phép truyền dẫn nhiều công nghệ và trên đó các chức năng liên quan đến dịch vụ độc lập với các công nghệ liên quan đến truyền dẫn lớp dưới. Như vậy đề tài có thể có một khái niệm chung nhất về mạng viễn thông thế hệ sau cần đẩy nhanh quá trình chuyển hóa các giao thức và công nghệ được sử dụng trong NGN đồng thời kết hợp với các bài học rút ra từ việc triển khai mạng NGN trên thế giới 1.2. Kiến trúc 1.2.1. Kiến trúc mạng NGN Xét về mặt kiến trúc thì mạng NGN có thể được chia ra làm bốn lớp chức năng sau: Hình 1.1: Cấu trúc chức năng của mạng NGN Lớp truyền tải: Chức năng cơ bản của lớp truyền tải là xử lý, chuyển vận gói tin. Lớp này bao gồm các thiết bị đảm nhiệm đóng mở gói, định tuyến, chuyển gói tin dưới sự điều khiển của lớp Điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane). Lớp truyền tải được phân chia làm ba miền con: - Miền truyền tải thông tin theo giao thức IP Miền này bao gồm: + Mạng truyền dẫn backbone. + Các thiết bị mạng như : Router, Switch. + Các thiết bị cung cấp cơ chế QoS. Miền liên kết mạng với nhiệm vụ chính nhận các dữ liệu đến, chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu cho phù hợp để thông tin có thể truyền thông một cách trong suốt trên toàn bộ mạng. Trong miền này là tập hợp các Gateway như Signaling Gateway, Media Gateway, trong đó, Signaling Gateway thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng PSTN và mạng IP và tiến hành phiên dịch thông tin báo hiệu giữa hai mạng này. Media Gateway thực hiện quá trình chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu giữa các môi trường truyền thông khác nhau. - Miền truy nhập không dựa trên giao thức IP Trong miền này bao gồm các thiết bị truy cập cung cấp các cổng kết nối cho thiết bị đầu cuối thuê bao. cung cấp các dịch vụ nh− POTS, IP, VoIP, ATM FR, xDSL, X25, IP-VPN. 1.2.1.2. Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi Đây là lớp trung tâm của hệ thống thực thi quá trình điều khiển, giám sát và xử lý cuộc gọi nhằm cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end) với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào. Thực thi quá trình giám sát các kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thành phần của lớp truyền tải -Transport Plane. Quá trình xử lý và báo hiệu cuộc gọi về bản chất có nghĩa là xử lý các yêu cầu của thuê bao về việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi thông qua các bản tin báo hiệu. Lớp này còn có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng và dịch vụ - Service and Application Plane. Các chức năng này sẽ được thực thi thông qua các thiết bị như Media Gateway Controller ( hay Call Agent hay Call Controller ), các SIP Server hay Gatekeeper. 1.2.1.3. Lớp ứng dụng và dịch vụ. Lớp ứng dụng và dịch vụ là lớp cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như mạng thông minh IN - Intelligent Networks, các dịch vụ giá trị gia tăng.... Lớp này liên kết với lớp điều khiển và báo hiệu thông qua các giao diện lập trình mở API - Application Programing Interface. Cũng chính nhờ đó mà việc cập nhật, tạo mới và triển khai ứng dụng, dịch vụ mạng trở nên vô cùng nhanh chóng và hiệu quả. Trên lớp này sử dụng các thiết bị như Application Server, Feature Server. Lớp này cúng có thể thực thi việc điều khiển những thành phần đặc biệt như Media Server, một thiết bị được biết đến với tập các chức năng như conferencing, IVR, xử lý tone ... 1.2.1.4. Lớp quản lý Lớp quản lý mạng có nhiệm vụ cung cấp các chức năng như giám sát các dịch vụ và khách hàng, tính cước và các tác vụ quản lý mạng khác. Nó có thể tương tác với bất kỳ hoặc cả ba lớp còn lại thông qua các chuẩn công nghiệp ví dụ như SNMP hoặc các chuẩn riêng và các APIs – giao diện lập trình mở. Dựa vào mô hình mạng NGN ở trên, Chuyển mạch mềm Softswitch phải thực hiện các chức năng sau : - Trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn mạng, quản lí và điều khiển các loại gateway truy nhập mạng, hoạt động theo tất cả các loại giao thức báo hiệu từ H323, SIP đến MGCP/MEGACO. - Giao tiếp với báo hiệu của mạng PSTN (chủ yếu là kết nối với mạng báo hiệu SS7) và liên kết với hệ thống Softswitch khác. - Tạo ra các môi trường lập trình mở để cho phép các hãng thứ ba dễ dàng tích hợp và phát triển ứng dụng (trên nền IP)và kết nối với các môi trường cung cấp dịch vụ đã có sẵn (ví dụ IN). Lớp truy nhập dịch vụ :(Service Access Layer): 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 quang, hoặc thông qua môi trường vô tuyến Các phần tử trong mạng NGN

\ Hinh1.2: Các thực thể chức năng trong NGN Nhiệm vụ của từng thực thể: AS-F: cung cấp các logic dịch vụ và thi hành một hay nhiều các ứng dụng dịch vụ. MS-F: cung cấp các dịch vụ tăng cường xử lý cuộc gọi.Nó hoạt động như 1 server để xử lý các yêu cầu từ AS-F hoặc MGC-F. MGC-F: cung cấp logic cuộc gọi và tín hiệu báo hiệu xử lý cuộc gọi cho một hay nhiều MG. CA-F: là 1 phần chức năng của MGC-F,nó được kích hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi. IW-F: là 1 phần chức năng của MGC-F, được kích hoạt khi MGC-F thực hiện báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau. R-F: cung cấp thông tin định tuyến cho MGC-F. A-F: cung cấp thông tin dùng cho việc tính cước. SG-F:chuyển thông tin báo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP. MG-F: chuyển thông tin từ dạng truyền dẫn này sang dạng truyền dẫn khác. Các dịch vụ chính trong mạng NGN Mục tiêu chính của dịch vụ NGN là cho phép khách hàng có thể lấy thông tin mà họ muốn ở bất kỳ dạng nào, trong bất kỳ điều kiện nào, tại mọi nơi và dung lượng tuỳ ý. * Dịch vụ thoại ( Voice Telephony): cung cấp các dịch vụ đã tồn tại như chờ cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, cuộc gọi 3 bên…nhưng với công nghệ mới. * Dịch vụ dữ liệu (Data Service): có khả năng thiết lập kết nối theo băng thông và chất lượng dịch vụ QoS theo yêu cầu. * Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service): cho phép người tham gia tương tác với nhau qua thoại, video, dữ liệu. * Dịch vụ sử dụng mạng riêng ảo (VPN): - Thoại qua VPN cải thiện khả năng mạng, cho phép các tổ chức phân tán về địa lý, có khả năng mở rộng và phối hợp với các mạng riêng lẻ đang tồn tại. - Dữ liệu VPN cung cấp thêm khả năng bảo mật và các thuộc tính khác. * Thương mại điện tử (E - Commerce) - Cho phép khách hàng mua hàng hoá, dịch vụ được xử lý bằng điện tử trên mạng, bao gồm: việc xử lý tiến trình, kiểm tra thông tin thanh toán tiền, bảo mật, ngân hàng tại nhà, đi chợ tại nhà… - Còn được mở rộng sang lĩnh vực di động (M - Commerce). Đây là loại dịch vụ cho phép người sử dụng tham gia vào thị trường thương mại điện tử qua các thiết bị di động cầm tay. 1.3 Kết luận chương 1 NGN có nền tảng là hệ thống mở, là dịch vụ thực hiện độc lập với mạng lưới, là mạng dựa trên nền chuyển mạch gói, sử dụng các giao thức thống nhất và là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cao, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu.Trước hết, do áp dụng cơ cấu mở mà:Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập. Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng. Việc phân tách chức năng làm cho mạng viễn thông truyền thống dần dần đi theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới. Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thểthực hiện liên kết giữa các mạng có cấu hình khác nhau.Tiếp đến, việc tách dịch vụ độc lập với mạng nhằm thực hiện một cách linh hoạtvà có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ. Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưngdịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối.Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao hơn.Thứ ba, NGN dựa trên cơ sở mạng chuyển mạch gói và các giao thức thống nhất. Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin. Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi là “dung hợp ba mạng”. Giao thức IP làm cho các dịchvụ lấy IP làm cơ sở đều