Tải bản đầy đủ
5 Kiến trúc và các thành phần của Softswitch

5 Kiến trúc và các thành phần của Softswitch

Tải bản đầy đủ

trong mạng. Có 4 mặt bằng chức năng riêng biệt được thực hiện bởi Softswitch để
mô tả chức năng của mạng đầu cuối đến đầu cuối:
-

Mặt phẳng truyền tải

-

Mặt phẳng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu

-

Mặt phẳng dịch vụ và ứng dụng

-

Mặt phẳng quản lý

Hình 2.4 Kiến trúc của chuyển mạch mềm
a. Mặt phẳng truyền tải
Thực hiện xử lý và truyền tải các bản tin báo hiệu cuộc gọi, cuộc gọi và thiết
lập phương tiện qua mạng. Cơ chế truyền tải được sử dụng dựa trên bất kì công nghệ
nào phù hợp với các tiêu chuẩn SS7, ANSI hoặc ITU. Nhìn từ ngoài mạng, mặt
phẳng này giống như lớp truy nhập có thể vào để sử dụng các dịch vụ điều khiển

cuộc gọi. Các thiết bị và chức năng của mặt phẳng này được điều khiển bởi các chức
năng trong mặt phẳng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu.
Mặt phẳng truyền tải có thể chia thành 3 miền:
-

Miền truyền tải IP.

-

Miền tương tác (Interworking).

-

Miền truy nhập không IP.

• Miền truyền tải IP
Miền này bao gồm:
-

Mạng đường trục truyền tải và định tuyến/ trường chuyển mạch.

-

Các thiết bị như: Các bộ định tuyến và các chuyển mạch.

-

Các thiết bị cung cấp các cơ chế chất lượng dịch vụ (QoS) và các chính sách
truyền tải thuộc về miền này.

• Miền tương tác
Gồm có các thiết bị thực hiện biến đổi báo hiệu hoặc phương tiện nhận được từ
các mạng ngoài và có thể gửi đến cho các thực thể trong mạng. Chẳng hạn như,
cổng báo hiệu SG (biến đổi báo hiệu giữa các mạng truyền tải và phương tiện khác
nhau) và cổng tương tác IWG (tương tác báo hiệu trên cùng một lớp truyền tải
nhưng giao thức khác nhau).
• Miền truy nhập không IP
Ứng dụng cơ bản đối với các thiết bị đầu cuối không IP và các mạng vô tuyến
truy nhập tới mạng VoIP. Gồm có: Các cổng truy nhập AG hoặc các cổng thường trú
RG cho các thiết bị hoặc máy điện thoại không IP, các thiết bị ISDN, các thiết bị
truy nhập tích hợp (IAD) cho mạng DSL, module cáp/bộ tương thích thiết bị đa

phương tiện (MTA) cho các mạng HFC và các cổng phương tiện cho mạng truy
nhập vô tuyến di động GSM/3G.

b. Mặt phẳng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu
Thực hiện điều khiển các thành phần cơ bản của mạng, đặc biệt là các thành
phần trong mặt phẳng truyền tải. Mặt phẳng này là trái tim của hệ thống, thực hiện
xử lí cuộc gọi và báo hiệu, cụ thể như: Xử lí các yêu cầu của thuê bao để thiết lập và
giải phóng kênh thoại, thực hiện điều khiển cuộc gọi dựa trên cơ sở các bản tin báo
hiệu nhận được, điều khiển các thành phần trong mặt phẳng truyền tải, đảm bảo việc
biên dịch số và định tuyến theo các con số danh bạ…
Mặt phẳng này gồm có các thiết bị như: Bộ điều khiển cổng phương tiện MGC
hay Call Agent hoặc bộ điều khiển cuộc gọi, Gatekeeper và các máy chủ LDAP.
c. Mặt phẳng dịch vụ và ứng dụng
Cung cấp việc điều khiển chức năng và thực thi của máy chủ đặc tính và các
ứng dụng khác như các mạng thông minh, tức là cung cấp các dịch vụ khác nhau tới
thuê bao. Các thiết bị trong mặt phẳng này điều khiển luồng cuộc gọi dựa trên chức
năng thực thi dịch vụ và đạt được điều này nhờ việc trao đổi thông tin với các thiết
bị khác trong mặt phẳng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. Ngoài ra, mặt phẳng này
cũng thực hiện việc điều khiển các thành phần mạng đặc biệt như các máy chủ
phương tiện, thực hiện các chức năng hội nghị, IVR, xử lí âm báo.
Mặt bằng này bao gồm các thiết bị như: Các máy chủ ứng dụng và các máy
chủ đặc tính.
d. Mặt phẳng quản lí

Cung cấp các chức năng hỗ trợ vận hành, tính hóa đơn cước và các công việc
quản lí mạng khác. Mặt phẳng này có thể tương tác với bất kì mặt phẳng nào trong
ba mặt phẳng trên thông qua các tiêu chuẩn hoặc các giao thức thích hợp và các API.
Điều đó có nghĩa là mặt phẳng trên tạo ra một vùng vận hành và bảo dưỡng.
2.5.2 Các thành phần chức năng
Thành phần chính của Softswitch là bộ điều khiển thiết bị Media Gateway
Controller (MGC). Bên cạnh đó còn có các thành phần hỗ trợ hoạt động như:
Signalling Gateway (SG), Media Gateway (MG), Media Server (MS), Application
Server (AS)/Feature Server (FS). Cách kết nối các thành phần trên được thể hiện ở
hình sau:

Hình 2.5 Các thành phần trong chuyển mạch mềm
a. Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC)

MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm và cũng thường được
gọi là Call Agent hay bộ điều khiển cổng (Gateway Controller) hay chuyển mạch
mềm. Hình 2.5 trình bày kết nối của MGC với các thành phần khác của mạng NGN.
MGC điều khiển xử lí cuộc gọi còn MG và SG sẽ thực hiện truyền thông.
MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra còn giao tiếp với hệ
thống OSS và BSS.
MGC chính là các cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN,
SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lí lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng
khác nhau. Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho
Softswitch.
 Các chức năng của MGC

Hình 2. 6 Chức năng của MGC
-

Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một MG.

-

Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của MG, SG.

-

Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F.

-

Xử lí bản tin báo hiệu SS7 (khi sử dụng SIGTRAN).

-

Xử lí các bản tin liên quan QoS như RTCP.

-

Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu.

-

Thực hiện định tuyến cuộc gọi (bao gồm bảng định tuyến và biên dịch).

-

Tương tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho người sử dụng.

-

Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call Detail
Record).

-

Quản lí các tài nguyên mạng (Port, băng tần…).

 Các giao thức MGC có thể sử dụng

Hình 2.7 Các giao thức sử dụng giữa các thành phần

-

Để thiết lập cuộc gọi: H.323, SIP.

-

Điều khiển Media Gateway: MGCP, Megaco/H.248.

-

Điều khiển Signalling Gateway: SIGTRAN (SS7).

-

Để truyền thông tin: RTP, RTCP.

 Đặc tính hệ thống
-

Là một CPU đặc hiệu, yêu cầu hệ thống đa xử lí.

-

Cần bộ nhớ lớn để lưu trữ cơ sở dữ liệu. Điều này cũng rất cần thiết cho quá
trình đa xử lí.

-

Chủ yếu làm việc với lưu lượng IP, do đó yêu cầu các kết nối tốc độ cao.

-

Hỗ trợ nhiều loại giao thức

-

Độ sẵn sàng cao.

b. Cổng báo hiệu (SG)
SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được quản
lí bởi chuyển mạch mềm trong mạng IP. SG làm cho Softswitch giống như một nút
SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu.
 Các chức năng của SG
-

Cung cấp một kết nối vật lí đến mạng báo hiệu.

-

Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP.

-

Cung cấp đường thoại, dữ liệu và các dạng thông tin khác.

-

Là thiết bị vào/ra.

-

Giao tiếp với mạng SS7 bằng cách sử dụng một luồng E1/T1 với 2 đến 16
kênh D.

c. Cổng phương tiện (MG)

MG cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video
giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được mang trên
kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng
gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lí tín hiệu số DSP (Digital Signal
Processors) thực hiện các chức năng: Chuyển đổi AD (Analog to Digital), nén mã
thoại/audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tín hiệu thoại, truyền các
tín hiệu DTMF.
 Các chức năng của một MG
-

Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức thời gian thực (RTP – Real Time
Protocol).

-

Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lí tín hiệu số (DSP – Digital
Signal Processing) dưới sự điều khiển của MGC. Đồng thời quản lí tài
nguyên DSP cho dịch vụ này.

-

Hỗ trợ các giao thức đã có như loop – start, ground – start, CAS, QSIG và
ISDN qua T1.

-

Quản lí tài nguyên và kết nối T1.

-

Cho phép khả năng mở rộng MG về: Cổng (Ports), Cards, các nút mà vẫn
không làm thay đổi các thành phần khác.

 Đặc tính của hệ thống
Một MG có các đặc tính sau:
-

Là thiết bị vào/ra đặc hiệu (I/O).

-

Dung lượng bộ nhờ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái,
thông tin cấu hình, các bản tin MGCP, thư viện DSP…

-

Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (logging).

-

Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet, mở rộng một vài giao diện T1/E1
với mạng TDM.

-

Mật độ khoảng 120 cổng.

d. Máy chủ phương tiện (MS)
MS là thành phần tùy chọn của Softswitch, được sử dụng để xử lí các thông tin
đặc biệt. Một MS phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất.
 Các chức năng của MS
-

Chức năng thư thoại.

-

Hộp thư fax tích hợp, hay các thông báo có thể sử dụng như thư điện tử
hay các bản ghi âm trước (Pre- Recorded Message).

-

Khả năng nhận dạng tiếng nói (nếu có).

-

Khả năng hội nghị truyền hình.

-

Khả năng chuyển thoại sang văn bản.

 Đặc tính hệ thống
-

Là một CPU có khả năng quản lí lưu lượng bản tin MGCP.

-

Lưu trữ các phương pháp thực hiện liên kết với DSP nội bộ hay lân cận.

-

Cần dung lượng bộ nhớ lớn để lưu trữ các cơ sở dữ liệu, bộ nhớ đệm, thư viện.

-

Độ sẵn sàng cao.

e. Máy chủ ứng dụng/ máy chủ đặc tính (AS/FS)
Máy chủ đặc tính là một máy chủ có chứa một loạt các dịch vụ của doanh
nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là máy chủ ứng dụng thương mại. Do hầu hết
các máy chủ tự quản lí các dịch vụ và truyền thông qua mạng nên chúng không ràng

buộc nhiều với chuyển mạch mềm về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng
dụng.
Các dịch vụ bổ sung có thể trực thuộc Call Agent hoặc cũng có thể thực hiện
một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các giao
thức như: SIP, H.232,… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu
truy nhập cơ sơ dữ liệu đặc trưng.
 Chức năng của máy chủ đặc tính
Xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thường cho hệ thống
đa chuyển mạch. Một vài ví dụ về dịch vụ đặc tính:
Hệ thống tính cước – Call Agents sử dụng các bản ghi chi tiết cuộc gọi (CDR).
Chương trình CDR có rất nhiều đặc tính, chẳng hạn như khả năng ứng dụng tốc độ
dựa trên loại đường truyền, thời điểm trong ngày. Dịch vụ này cho phép khách hàng
truy nhập và bản tin tính cước của họ thông qua các cuộc gọi thoại hay yêu cầu trang
Web.
H.323 Gatekeeper – dịch vụ này hỗ trợ định tuyến thông qua các miền khác
nhau (các mạng khác nhau). Mỗi miền có thể đăng kí số điện thoại và số truy nhập
trung kế với Gatekeeper thông qua giao thức H.323. Gatekeeper sẽ cung cấp dịch vụ
định tuyến cuộc gọi và chuyển dịch sang dạng số cho mỗi đầu cuối H.323.
Gatekeeper còn có thể điều khiển tính cước và quản lí băng thông cho chuyển mạch
mềm.
VPN – dịch vụ này thiết lập mạng riêng ảo cho khách hàng với các đặc tính sau:

-

Băng thông xác định (thông qua mạng riêng tốc độ cao).

-

Đảm bảo QoS.

-

Nhiều tính năng riêng theo tiêu chuẩn.

-

Kế hoạch quay số riêng.

-

Bảo mật các mã thoại được truyền dẫn.

 Đặc tính hệ thống
-

Yêu cầu CPU tiện ích cao

-

Bộ nhớ lớn với độ trễ thấp

-

CPU có khả năng mở rộng để đáp ứng cho việc nâng cấp dịch vụ và lưu lượng

-

Đặt một vài cơ sở dữ liệu trong máy chủ

-

Dung lượng đĩa lớn, tùy thuộc vào đặc tính của ứng dụng. Chẳng hạn như
dung lượng 100GB – 2TB cho ngân hàng thư thoại.

-

Giao diện Ethernet (với mạng IP) được thực hiện với đầy đủ khả năng dự
phòng.

2.6 Quá trình xử lí cuộc gọi trong Softswitch
Thiết lập cuộc gọi
Với chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi, softwitch là thành phần
chính trong mạng thế hệ mới. Tuy nhiên, khác với các tổng đài điện tử, lưu lượng
cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm không đi qua Softswitch, các đầu cuối trực
tiếp trao đổi dữ liệu với nhau (trong cuộc gọi VoIP các đầu cuối thiết lập kết nối RTP
trực tiếp).
Để hiều rõ hơn vai trò của Softswitch chúng ta xem xét quá trình thiết lập cuộc
gọi như trên hình. Máy điện thoại SIP thực hiện quay số đến máy điện thoại analog
được kết nối vào Access Gateway. Softswitch, máy điện thoại SIP và gateway trao
đổi với nhau các bản tin báo hiệu cuộc gọi SIP. Sau khi thủ tục báo hiệu cuộc gọi
thực hiện xong, máy điện thoại SIP và Access gateway thiết lập kết nối RTP và trực
tiếp trao đổi các gói dữ liệu thoại, không cần đến sự can thiệp của Softswitch.