bg bao hieu va dieu khien ket noi

7/23/2019 BG Bao Hieu Va Dieu Khien Ket Noi

http://slidepdf.com/reader/full/bg-bao-hieu-va-dieu-khien-ket-noi 1/166

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG

BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN K ẾT NỐI

Chuyên ngành: K ỹ thuật Viễn thông

CHỦ BIÊN: ThS. GVC Hoàng Trọng Minh

1. ThS. GVC Hoàng Tr ọng Minh (Chủ biên)

2. ThS. Nguyễn Thanh Trà

3. Dƣơng Thanh Tú

4. Phạm Anh Thƣ

Hà Nội - 4/2013



i

LỜ I NÓI ĐẦU

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

chuyển mạnh mẽ và đa dạng trên cả khía cạnh k ỹ thuật và công nghệ. Với xu hƣớ ng

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

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

ngƣờ i sử dụng.

Một trong các vấn đề quan tr ọng nhất liên quan tớ i các k ết nối trong mạng đƣợ c

đặt ra là vấn đề báo hiệu và điều khiển k ết nối. Vấn đề này không chỉ liên quan tr ực

tiế p tớ i hiệu năng hệ thống mà còn là cơ sở phát triển cho các ứng dụng trên các hạ

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

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

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

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

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

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

thể để phát triển trong môi trƣờ ng thực tiễn.

Bố cục của bài giảng đƣợ c phân bổ theo 5 chƣơng vớ i các phân vùng mạng từ

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

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

bày đầu tiên và khép lại bở i các giải pháp thực thi trong các chƣơng tiế p theo. Trong

quá trình viết tài liệu, nhóm biên soạn đã nhận đƣợ c sự giúp đỡ của r ất nhiều thầy

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

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

Hà N ội, 20 tháng 12 năm 2013

T/M nhóm biên soạn

Hoàng Trọng Minh



ii

MỤC LỤC

LỜ I NÓI ĐẦU .................................................................................................. i

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

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

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

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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN K ẾTNỐI ................................................................................................................... 1

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

1.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂ N HỆ THỐ NG ................................................... 2

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

1.2.2 Cách tiế p cận điều khiển hệ thống viễn thông ........................................... 4

1.3 CÁC THUỘC TÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂ N .................................. 8

1.4 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂ N HỆ THỐ NG VIỄ N THÔNG ..................... 12

1.4.1 Điều khiển cung cấ p QoS ......................................................................... 12

1.4.2 Tiế p cận RACS và RASF ......................................................................... 16

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

1.4.4 Điều khiển tr ạng thái ................................................................................ 21

1.5 KIẾ N TRÚC VÀ PHÂN LOẠI BÁO HIỆU .................................................. 22

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

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

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

1.6 K ẾT LUẬN CHƢƠNG .................................................................................. 28

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

2.1 KIẾ N TRÚC MẠ NG HỘI TỤ THEO HƢỚ NG MÁY CHỦ CUỘC GỌI .... 30

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

2.1.2 Các giải pháp k ết nối ................................................................................ 36

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

2.2 HỆ THỐ NG BÁO HIỆU SỐ 7 ....................................................................... 41



iii

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

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

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

2.3 BỘ GIAO THỨ C BÁO HIỆU H.323 ............................................................. 51

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

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

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

2.4 GIAO THỨ C KHỞI TẠO PHIÊN SIP ........................................................... 57

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

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

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

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

2.5 GIAO THỨ C ĐIỀU KHIỂ N CỔNG PHƢƠNG TIỆ N MEGACO ................ 67

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

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

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

2.7 K ẾT LUẬN CHƢƠNG .................................................................................. 79

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

3.1 BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘ NG TẾ BÀO ........................................ 81

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

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

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

3.2 BÁO HIỆU TẠI MẠ NG TRUY NHẬP ......................................................... 94

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

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

3.3 THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG MẠ NG LÕI .............................................. 102

3.3.1 Thiết lậ p cuộc gọi vớ i ISUP/BICC ........................................................ 102

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

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



iv

3.4 K ẾT LUẬN CHƢƠNG ................................................................................ 111

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

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

4.1 KIẾ N TRÚC PHÂN HỆ ĐA PHƢƠNG TIỆ N IP ........................................ 113

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

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

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

4.2 HOẠT ĐỘ NG CỦA SIP TRONG IMS ........................................................ 123

4.2.1 Đặc tính k ỹ thuật .................................................................................... 123

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

4.3 CÁC GIAO THỨ C BÁO HIỆU KHÁC TRONG IMS ................................ 128

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

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

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

4.4 K ẾT LUẬN CHƢƠNG ................................................................................ 133

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

5.1 XU HƢỚ NG PHÁT TRIỂ N KIẾ N TRÚC MẠ NG ..................................... 135

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

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

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

5.2 GIAO THỨ C TRUYỀ N TẢI BÁO HIỆU SIGTRAN ................................. 143

5.3 K ẾT NỐI LIÊN MẠ NG IMS-CS ................................................................. 151

5.4 K ẾT LUẬN CHƢƠNG ................................................................................ 153

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



v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAA

Authentication Authorization

Accounting Nhận thực trao quyền và thanh toánACK Acknowledgement Báo nhận

AMPSAdvanced Mobile PhoneService

Hệ thống các dịch vụ điện thoại diđộng tiên tiến

APIApplication ProgramableInterface Giao diện lập trình ứng dụng mở

AS/FSApplication Server/ FeatureServer Máy chủ ứng dụng/đặc tính

ATM Asynchronous Transfer Mode Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ

BSS Bussiness Support System Hệ thống trợ giúp kinh doanh

CAC Call Admission ControlKỹ thuật điều khiển chấp nhận cuộcgọi

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

COPS Common Open Policy ServiceGiao thức dịch vụ chính sách mởchung

CoS Class Of Service Phân lớp dịch vụ

CSMA/CACarrier Sense Multiple Accesswith Collision Avoidance

Đa truy nhập cảm nhận sóng mang/tránh xung đột

CSMA/CDCarrier Sense Multiple AccessWith Collision Detection

Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóngmang/ dò tìm xung đột

DECTDigital European CordlessTelecommunications

Hệ thống viễn thông không dây số củaChâu Âu

ETSI

EuropeanTelecommunications

Standards Institute Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu FIFO First In – First Out Vào trƣớc ra trƣớc

FSM Finite State Machine Máy hữu hạn trạng thái

GIIGlobal InformationInfrastructure Cấu trúc thông tin toàn cầu

GSMGlobal System for Mobilecommunications Hệ thống thông tin di động toàn cầu

IAD Intergated Access Device Thiết bị truy nhập tích hợp



vi

IAM Initial Adress Message Bản tin địa chỉ khởi tạo

IETF

Internet Engineering Task

Force Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật internetIMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phƣơng tiện

IN Inteligent Network Mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDNIntegrated Service Digital

Network Mạng dịch vụ tích hợp số

ISUP ISDN User Part Phần ngƣời sử dụng cho mạng ISDN

ITU

International

Telecommunication Union Liên minh Viễn thông Quốc tế LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu

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

LTR Logic Transfromational Rule Luật ánh xạ logic

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phƣơng tiện

MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị

MG Media Gateway Cổng đa phƣơng tiện

MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng đa phƣơng tiện

MIMEMultipurpose Internet MailExtentions

Mở rộng thƣ điện tử internet đa mụcđích

MPLS Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MTUP Mobile Telephone User PartPhần ngƣời sử dụng cho mạng điệnthoại di động.

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp

NUM Network Utility Maximization Bài toán tối ƣu hiệu năng mạng

OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối hệ thống mở

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất

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

PMD People Making Decision Quyết định của ngƣời điều hành

QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ

RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến

RACS

The Resource and Admission

Control Sub-System1

Phân hệ điều khiển chấp nhận và tài

nguyên



vii

RASRegister, Administrator andSignalling Đăng ký, quản lý và báo hiệu

RASF Resource and AdmissionControl Functions Chức năng điều khiển và chấp nhậntài nguyên

RED Random Early Detection Thuật toán loại bỏ gói sớm

RSVPResource ReserVationProtocol Giao thức dự phòng tài nguyên

SCF Service Control Function Chức năng điều khiển dịch vụ

SIO Service Information Octet Trƣờng thông tin dịch vụ

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SLA Service Level Agreement Thỏa thuận cung cấp dịch vụSP Signalling Point Điểm báo hiệu

SPC Stored Program Control Điều khiển theo chƣơng trình ghi sẵn

SPDFService-Based Policy DecisionFunction

Chức năng quyết định chính sách dịchvụ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TDM Time Division Mode Phƣơng thức chia thời gian

TUP Telephone User Part Phần ngƣời sử dụng cho mạng thoại

UTRANUMTS Terestrial RadioAccess Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đấtUMTS

VoIP Voice over Internet Protocol Truyền thoại theo giao thức internet

WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

WFQ Weight Fair Queuing Hàng đợi trọng số công bằng



viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

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

Hình 1.2: Cấu trúc logic của thỏa thuận cung cấ p chất lƣợ ng dịch vụ ..................... 13

Hình 1.3: Các k ỹ thuật cung cấ p QoS cho mạng viễn thông .................................... 13

Hình 1.4: Các mô hình cung cấ p dịch vụ .................................................................. 15

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

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

Hình 1.7: Phân loại các k ỹ thuật báo hiệu ................................................................. 23

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

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

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

Hình 2.3: Các thành phần chính trong mạng thế hệ k ế tiế p ...................................... 36

Hình 2.4: K ết nối MGC vớ i các thành phần khác của NGN .................................... 40

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

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

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

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

Hình 2.9: Trƣờ ng thông tin lớ p 3 của bản tin báo hiệu ............................................. 46

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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



ix

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Hình 3.6: Các điều hành của MAP trong trƣờ ng hợ p cuộc gọi từ mạng PSTN ....... 90

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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





Hình 3.22: Giao diện Gn cho đƣờ ng hầm IP........................................................... 107

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

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

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



x

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

Hình 4.2: Truy nhậ p vớ i IMS .................................................................................. 114

Hình 4.3: Kiến trúc phân lớ p của phân hệ IMS ...................................................... 115

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Hình 5.11: Bản tin thiết lậ p cuộc gọi giữa ngƣờ i dùng IMS gọi ngƣờ i dùng CS ... 152

DANH MỤC CÁC BẢNG

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



1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

K ẾT NỐI

Tóm tắt: N ội dung của chương khái quát các vấ n đề chung liên quan t ớ i báo hiệu

và điề u khiể n k ế t nố i bao g ồm các khái niệm, mô hình, nguyên lý chung và phân

loại các kiể u báo hiệu trong mạng truyề n thông hiện nay. Bên cạnh các kiế n thức cơ

sở về điề u khiể n và báo hiệu, trong chương sẽ đưa ra các chức năng của hoạt động

báo hiệu và điề u khiể n k ế t nố i trên khía cạnh mô hình tham chiế u.

1.1 GIỚ I THIỆU CHUNG

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

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

hàng loạt các sức ép mớ i không chỉ đối vớ i nhà cung cấ p dịch vụ mà còn tác động

tr ực tiế p tớ i các nhà khai thác và triển khai hạ tầng. Bên cạnh khả năng đáp ứng các

yêu cầu cung cấ p dịch vụ bằng các giải pháp k ỹ thuật và công nghệ k ết nối mớ i,

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

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

cốt lõi của điều khiển và báo hiệu cần đƣợ c tƣờ ng minh nhằm lột tả bản chất của

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

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

giữa chúng để thiết lập đƣờ ng dẫn truyền thông. Hệ thống báo hiệu là một tậ p các

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

truyền thông. Báo hiệu đƣợ c coi là một phần của cơ chế điều khiển mạng trên khíacạnh phục vụ quá trình k ết nối truyền thông. Bên cạnh mục tiêu k ết nối, các yêu cầu

đảm bảo chất lƣợ ng dịch vụ và hiệu năng mạng đƣợ c thực thi bởi các cơ chế điều

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

cả các môi trƣờ ng mạng.

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

tuyến tr ực tiế p hoặc gián tiế p do định tuyến cho biết nơi nhận các bản tin báo hiệu.



2

Chức năng báo hiệu đƣợ c thực hiện trên nhiều lớ p của kiến trúc mạng. Thông

thƣờ ng các giao thức báo hiệu thuộc lớ p phiên của mô hình OSI (Open System

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

Ngoài ra, báo hiệu còn đƣợ c sử dụng để yêu cầu nhận thực ngƣờ i dùng hay thu thậ p

thông tin tài nguyên khả dụng để phục vụ cho các k ết nối hoặc điều khiển lớ p ứng

dụng.

1.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

1.2.1 Các vấn đề chung của điều khiển

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

thuật đƣợ c thiết k ế nhằm đạt đƣợ c một số mục tiêu nhất định. Hai mục tiêu quan

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

tiế p tục đạt đƣợ c một số mục tiêu hiệu năng dƣới điều kiện thay đổi môi trƣờng điều

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

chuyển tớ i tr ạng thái không điều khiển đƣợ c do ảnh hƣở ng của các đầu vào. Lý

thuyết điều khiển cung cấ p các bộ công cụ mạnh để xây dựng các hệ thống tƣơngthích và bền vững. Ví dụ, bằng công cụ mô hình hóa toán học các hành vi của một

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

thích lớ n càng dễ bất ổn định. Nhằm tiế p cận hệ thống viễn thông dƣới góc độ lý

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

thuyết điều khiển.

Hình 1.1: Mô hình chung của một hệ thống điề u khiể n



3

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

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

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

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

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

giá tr ị tín hiệu tham khảo vớ i tín hiệu đầu ra đo đƣợ c b (có thể xuất hiện lỗi đo

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

lai phù hợ p với đầu vào tham chiếu bất k ể lỗi đo hoặc các dao động.

Nhƣ vậy, toàn bộ hệ thống và thành phần bộ điều khiển đều đặc trƣng bở i mộtđầu vào và một đầu ra với đầu ra phụ thuộc vào đầu vào. Hệ thống điều khiển đƣợ c

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

thống phức tạ p bao gồm nhiều bƣớc điều khiển đệ quy và cần đƣợ c mô hình hóa

nhằm tƣờng minh các bƣớ c và xác định đƣợ c hiệu quả điều khiển.

a, Vấn đề mô hình hóa

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

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

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

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

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

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

tổng công suất trong một khoảng thờ i gian gọi là năng lƣợ ng (enery). Trong hệ

thống viễn thông và máy tính, lƣợ ng dữ liệu tại một nguồn cần gửi đi là nỗ lực vàtốc độ dữ liệu cần gửi đi tƣơng ứng là luồng. Các thành phần hệ thống có thể là

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

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

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

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

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



4

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

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

điều khiển và tối ƣu hệ thống.

Hệ thống điều khiển đạt đƣợ c mục tiêu khi tr ạng thái điều hành đạt cân bằng lý

tƣởng (Zero). Trong trƣờ ng hợp xác định đƣợ c lỗi điều hành, cấp độ điều khiển phụ

thuộc r ất lớn vào tính tƣơng thích của luật điều khiển đƣợ c áp dụng. Các biểu thức

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

hóa hệ thống.

b, Biểu diễn toán học

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

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

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

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

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

tính chất xế p chồng nên nếu đầu vào u1 dẫn tới đầu ra y

1, đầu vào u

2 dẫn tới đầu ra

y2 thì đầu vào (k 1u1+k 2u2 ) dẫn tới đầu ra (k 1 y1+k 2 y2 ). Vì vậy, nếu y1=G(u1 ) và

y2=G(u2 ) ta có k 1 y1+k 2 y2 = G(k 1u1+k 2u2 ). Đối vớ i hệ thống LTI, ta luôn chọn t khở i

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

1.2.2 Cách tiếp cận điều khiển hệ thống viễn thông

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

viễn thông đƣợ c biểu diễn dƣớ i một cấu trúc logic điều khiển phân tán phức hợp để

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

hoạt động của các phần tử mạng đƣa ra dƣớ i dạng k ết hợ p nhằm giải quyết mục tiêu

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

thống viễn thông là đƣa ra các quyết định tốt nhất trƣớ c sự thay đổi của lƣu lƣợ ng

mạng hay yêu cầu của ngƣờ i dùng với điều kiện đảm bảo đƣợ c tính bền vững của hệ

điều khiển.



5

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

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

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

tiế p tục chiếm ƣu thế do hiệu quả sử dụng tài nguyên so vớ i các hệ thống sử dụng

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

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

phức hợ p, phân tán qua các miền lớn để cung cấ p hạ tầng cho chuyển phát và phân

phối thông tin từ nguồn tới đích. Các cơ chế điều hành tự động đƣợ c thực hiện bở i

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

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

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

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

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

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

cầu cung cấ p chất lƣợ ng dịch vụ tớ i ứng dụng.

Khái niệm về điều khiển r ất r ộng và thƣờng đƣợ c hiểu bở i hai thuật ngữ là điều

khiển và quản lý. Tổ chức quản lý cho mạng viễn thông thƣờ ng chỉ ra cấ p cao nhất

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

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

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

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

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

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

diễn bằng một mô hình toán học đơn nhất. Các hệ thống này đƣợ c biểu diễn bở i các

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

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

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

(cấu thành, k ết nối, phức tạ p, phân cấ p, mềm dẻo…); Đặc tính chức năng (chịu

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



6

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

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

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

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

khiển thích hợ p. Vì vậy, các phƣơng pháp điều khiển tình huống đƣợ c ứng dụng cho

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

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

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

tự động để điều hành và xử lý tr ực tiế p hoặc thông qua hệ thống tr ợ giúp điều hành.

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

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

thƣờ ng, nó là một tậ p hợ p của các ký hiệu nghe-nhìn, dấu hiệu và hình vẽ chỉ ra các

tình huống hiện thờ i, hoặc tiế p theo của hệ thống. Tính chất riêng biệt của điều

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

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

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

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

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

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

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

đối tƣợ ng bằng một hệ phƣơng trình vi phân. Nhƣng sẽ r ất có ý nghĩa khi ở đây

có hàng nghìn hệ phƣơng trình biểu diễn một hệ thống.2. Sự lựa chọn ngôn ngữ mô tả tình huống hiện thờ i của đối tƣợ ng là r ất quan

tr ọng. Một ngôn ngữ phải phản ánh đƣợ c các tham số chính và các mối quan hệ

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

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

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

hiểu biết không thể hình thức bằng toán học.



7

4. Phân loại các tình huống và tổ hợ p vào trong các lớp dƣớ i các quyết định điều

khiển đơn bƣớc thƣờ ng mang tính tr ừu tƣợ ng và chủ quan. Điều này cho thấy

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

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

đƣợ c các tình huống hiện thời đối vớ i một hệ thống lớ n.

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

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

Rule) đƣợ c khở i tạo bởi các chuyên gia và định nghĩa lại trong các xử lý điều

hành hệ thống.

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

chỉ hƣớ ng tớ i hiệu quả không xấu hơn đối với cơ chế điều hành nhân công. Điều

này có đƣợ c là do có thể đƣa ra các quyết định khách quan trong cả trƣờ ng hợ p

bình thƣờ ng hay tớ i hạn nên còn đƣợ c gọi là phƣơng pháp kinh nghiệm.

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

các đối tƣợng điều khiển thờ i gian thực. Các đối tƣợ ng này cần có các quyết

định đệ quy để có đƣợ c quyết định cuối cùng.

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

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

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

các miền mạng (cục bộ, vùng và diện r ộng) nên điều khiển thƣờ ng thuộc lớ p cao

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

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

khiển tình huống và không chỉ ra tr ực tiế p bài toán tối ƣu. Vì vậy, các hệ thống viễn

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

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

riêng biệt của các phần tử mạng.



8

1.3 CÁC THUỘC TÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

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

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

các biến ngẫu nhiên, tiến trình ngẫu nhiên và các trƣờ ng ngẫu nhiên cũng nhƣ các

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

a, Thu ộc tính điều khi ể n

Điều khiển đƣợ c là thuộc tính của một hệ thống khi chuyển từ tr ạng thái này sang

tr ạng thái khác trong một khoảng thờ i gian yêu cầu. Thuộc tính này đƣợ c thể hiện

khi bất k ỳ một thành phần nào của tr ạng thái xi(t) trong hệ thống S(t,x,u) đƣợ c truy

nhậ p cho hoạt động điều khiển (ảnh hƣở ng bở i u(t)). Để đảm bảo khả năng điều

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

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

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

nhận dạng đƣợ c, bền vững và bất biến.

Khả năng giám sát đƣợ c của hệ thống là khi hệ thống đảm bảo khả năng thu thậ pthông tin về mỗi thành phần của vector tr ạng thái

1 2( ) , ,...,T

n x t x x x . Nếu một phép

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

( ) ( ) y t Hx t (1.1)

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

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

nhƣ dƣới đây.

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

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

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

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

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



9

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

n y t y (1.3)

Vì vậy, biểu thức giám sát tr ở thành r ờ i r ạc và thể hiện qua biểu thức sau

k k k y Hx v (1.4)

Chuỗi r ờ i r ạc của biểu thức giám sát cần xử lý qua các thủ tục đánh giá và các kết

quả sẽ đƣợ c sử dụng trong thuật toán điều khiển tại phần tiế p theo.

b, Thu ộc tính nh ận d ạng

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

thu thậ p thông tin đặc tính của hệ thống mô phỏng trên cơ sở k ết quả giám sát. Nóicách khác, đó là khả năng tránh các tiên nghiệm không chắc chắn về các đặc tính

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

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

trƣờ ng hợ p thực tế. Trong trƣờ ng hợ p vấn đề nhận dạng phụ thuộc vào một hoặc

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

giá: đánh giá mẫu và đánh giá đệ quy.

Đánh giá mẫu có thể thu đƣợ c từ công thức tính toán giá tr ị trung bình,

1( )

n

cp i ii x x p x dx

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

( ( ) ( ) 1/ ) j i p x p x n , ta có giá tr ị trung bình của mẫu:

1

1ˆ

n

cp k

k

x xn

(1.5)

Vớ i n là kích thƣớ c mẫu. Cũng phƣơng pháp tiế p cận, ta có thể tính toán độ phântán của mẫu bằng biểu thức.

2 2

1

1ˆ ˆ( )

1

n

k

k

x xn

(1.6)

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



10

Vì vậy, các đánh giá mẫu thu đƣợ c sau một số chu k ỳ thời gian để nhận đƣợ c

thống kê chính xác và thực hiện tính toán. Trong một số trƣờ ng hợ p, tr ễ quá lớ n

trong quá trình thu thậ p mẫu dẫn tớ i không sử dụng đƣợc cho điều khiển.

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

từng bƣớ c. Mỗi bƣớc đệ quy gắn liền vớ i việc thu nhận giá tr ị mẫu hiện thờ i yk . Giá

tr ị này so sánh vớ i giá tr ị trƣớc đó1

ˆ( )k k

y y

và bổ sung giá tr ị thu đƣợ c vớ i tr ọng

số 1/ . Giá tr ị thu đƣợ c thể hiện qua biểu thức sau:

1 1

1ˆ ˆ ˆ( )

k k k k x x y x

(1.7)

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

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

tr ễ đáp ứng, hay tr ễ quyết định trong trƣờ ng hợ p sử dụng phƣơng pháp điều khiển

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

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

buộc nhất định nhƣ sau: Đối vớ i các thống kê mẫu, khi đƣợ c tạo bở i một số mô

phỏng r ờ i r ạc (giám sát r ờ i r ạc)

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

Nếu H=1, ta có

k k k y x v (1.9)

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

tiến trình ngẫu nhiên x(k) biểu diễn cuộc gọi vớ i nhiễu tr ắng Gassian v(k). Giám sátngẫu nhiên cho cả hai tiến trình, sự ngẫu nhiên của đối tƣợ ng giám sát có thể có vài

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

lấy thống kê mẫu cần có một số bƣớ c: xác lậ p lớ p của đối tƣợ ng giám sát (giá tr ị

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

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

( (t) ) x const trong thờ i gian giám sát 1 2, ,...,

nT t t t . Nhƣng giá trị của x(t) và x(k) là



11

không biết (vẫn đảm bảo tính ngẫu nhiên). Các giá tr ị nhận đƣợ c của yk là k k y y .

Đối vớ i bất k ỳ tổ chức tiến trình mẫu nào thì giá tr ị yk là độc lập do không tƣơng

quan vớ i nhiễu. Chuỗi mẫu thu đƣợ c , 1,2,...,k k k y x v k n đƣợ c xử lý bở i công

thức (1.5) để lấy các giá tr ị trung bình.

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

giám sát T 0 và tốc độ mẫu 1/d d

f vớ i giá tr ị d

là khoảng thờ i gian giữa hai lần

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

1 2, ,..., n y y y .

Nếu thống kê đƣợ c sử dụng cho đánh giá mẫu có giá tr ị trung bình

1

1ˆ

n

cp K K x n x

thì khoảng thờ i gian giữa các giá tr ị ra cần chọn độc lậ p vớ i các giá

tr ị lân cận. Điều đó có nghĩa hệ số tƣơng quan tiến tớ i giá tr ị Zero.

2 2

1 1

( )( )0

( ) ( )

n n

i cp j cpi j

ijn n

i cp j cpi j

x x x xr

x x x x

(1.10)

c, Thu ộc tính b ền v ữ ng vàb ấ t bi ế n

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

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

trƣờ ng hợ p các hệ thống phức tạ p, yếu tố bền vững gồm nhiều thành phần. Đầu tiên

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

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

một số điều kiện cho trƣớ c. Thành phần thứ ba “bảo vệ nhiễu” là bất biến vớ i cácloại nhiễu. Bền vững có thể hiểu theo nghĩa hẹp là độ ổn định của hệ thống. Một hệ

thống có thể chuyển tớ i tr ạng thái bất ổn định khi tham số hoặc hoạt động đầu vào

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

giớ i hạn. Điều đó có nghĩa là tồn tại điều kiện ràng buộc giá tr ị đầu ra theo đầu vào.

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



12

Hệ thống bền vững hoàn toàn khi ổn định vớ i bất k ỳ đầu vào nào. Độ ổn định hệ

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

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

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

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

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

Trƣờ ng hợ p hệ thống bất biến nếu bất k ỳ một hoạt động đầu vào v(t) nào đều

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

1.4 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

1.4.1 Điều khiển cung cấp QoS

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

truyền thông và thƣờ ng gắn liền vớ i các giải pháp quản lý mạng. Các thuật toán

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

phân tán của mạng trên cả khía cạnh không gian và thờ i gian; tr ễ khác nhau giữacác vòng điều khiển k ết nối tr ạng thái và các phần tử mạng; nguyên tắc điều khiển

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

biệt; tƣơng tác giữa các phần tử mạng đƣợ c thực hiện qua một tậ p giao thức phân

cấp để xử lý tuần tự dữ liệu điều khiển.

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

mạng viễn thông, đặc biệt là mạng diện r ộng MAN và WAN. Vấn đề cung cấ p chất

lƣợ ng dịch vụ mạng đƣợ c thông qua các thỏa thuận và hợp đồng lƣu lƣợ ng theo một

số tham số QoS sau: thông lƣợng lƣợ ng mạng, độ tin cậy, tổn thất gói, tr ễ và biến

động tr ễ (Rec Y.1540). Các tham số này đƣợ c thể hiện qua thỏa thuận cung cấ p dịch

SLA (Service Level Agreement) còn gọi là hợp đồng lƣu lƣợ ng giữa ngƣờ i sử dụng

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

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

định. Thông thƣờng, QoS đƣợc đặc trƣng bở i tr ễ k ết nối, thông lƣợ ng dữ liệu và



13

chất lƣợ ng k ết nối. Thỏa thuận SLA có thể đƣợ c thực hiện trƣớ c các phiên truyền

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

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

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

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

và quản lý đƣợ c chỉ ra trên hình 1.2. Các tiế p cận chung bao gồm các phƣơng pháp

và k ỹ thuật sử dụng để cung cấp QoS đƣợ c chỉ ra trên hình 1.3.

Hình 1.2: C ấ u trúc logic của thỏa thuận cung cấ p chất lượ ng d ịch vụ

Hình 1.3: Các k ỹ thuật cung cấ p QoS cho mạng viễ n thông

Các k ỹ thu ật cho m ặt b ằng điều khi ể n . Các k ỹ thuật này liên quan tr ực tiế p tớ i

các đƣờ ng dẫn dữ liệu của ngƣờ i dùng gồm 3 k ỹ thuật chính. (i) K ỹ thuật điều khiển

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

lƣu lƣợ ng mớ i phù hợ p vớ i tr ạng thái tài nguyên mạng. CAC xác định các k ết quả

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

vụ trong hệ thống hiện thờ i. (ii) K ỹ thuật định tuyến QoS cung cấ p sự lựa chọn

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



14

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

tuyến. (iii) K ỹ thuật dự tr ữ tài nguyên thƣờng đƣợ c sử dụng trong các mạng IP dựa

trên giao thức dự tr ữ tài nguyên nhằm dành trƣớ c tài nguyên cho luồng lƣu lƣợ ng.

K ỹ thu ật cho m ặt b ằng d ữ li ệu. Đó là một nhóm k ỹ thuật liên quan tr ực tiế p tớ i

các luồng lƣu lƣợng ngƣờ i sử dụng. Một số k ỹ thuật điển hình nhƣ quản lý bộ đệm,

tránh tắc nghẽn, lậ p lịch và xế p hàng, phân loại và chia cắt lƣu lƣợ ng. K ỹ thuật quản

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

quan tr ọng nhất là tối thiểu hóa độ dành trung bình hàng đợ i tại tốc độ cao nhằm

tăng độ hiệu dụng kênh. Bên cạnh đó, kỹ thuật quản lý bộ đệm nhằm phân bổ công bằng không gian đệm giữa các luồng lƣu lƣợ ng khác nhau. Giải pháp hiện nay sử

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

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

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

phục vụ. K ỹ thuật tránh tắc nghẽn hỗ tr ợ mức tải mạng thấp hơn một chút thông

lƣợ ng mạng thông qua giải pháp cắt tải lƣu lƣợ ng.

Tiế p cận đánh dấu gói tin đƣợ c sử dụng để định nghĩa một mức dịch vụ cụ thể

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

vào bộ định tuyến qua thủ tục gán một số giá tr ị vào trƣờ ng chức năng đặc biệt của

tiêu đề gói tin.

Mục tiêu chính của các k ỹ thuật lậ p lịch và xế p hàng là lựa chọn một gói tin cụ

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

đầu ra mà cơ chế xử lý dựa trên một số luật cụ thể nhƣ: vào trƣớc ra trƣớ c FIFO(First In – First Out), hàng đợ i tr ọng số công bằng WFQ (Weight Fair Queuing) hay

hàng đợ i dựa trên phân lớ p dịch vụ CBQ (Class Based Queuing)...

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

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

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

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



15

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

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

Trái ngƣợ c vớ i thuật toán trên, thuật toán thùng thẻ không điều chỉnh tốc độ ra và

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

trong các bộ đệm tƣơng ứng. Các thẻ đƣợ c tạo ra vớ i các tốc độ xác định và nằm

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

kích thƣớ c thùng.

Các k ỹ thu ật l iên quan t ớ i m ặt b ằng qu ản lý. Mặt bằng quản lý QoS gồm các k ỹ

thuật chịu trách nhiệm duy trì, quản lý và điều khiển mạng tƣơng thích với lƣulƣợng ngƣờ i sử dụng. Một trong các k ỹ thuật đó là đo kiểm để kiểm tra các tham số

luồng dữ liệu thực tế để so sánh vớ i giá tr ị yêu cầu trong SLA. Sau khi phân tích các

k ết quả, các cơ chế điều khiển luồng lƣu lƣợng đƣợ c áp dụng trong từng điều kiện

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

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

cho nhiệm vụ dự phòng và quản lý tài nguyên. Để cung cấ p chất lƣợ ng dịch vụ theo

yêu cầu trong từng giai đoạn chuyển phát gói tin, RSVP đƣợ c tích hợ p với các cơ

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

phân loại lƣu lƣợ ng, dữ liệu và lậ p k ế hoạch hàng đợi… Hiện có 3 mô hình cung

cấ p dịch vụ trong các hệ thống viễn thông gồm: mô hình nỗ lực tối đa, tích hợ p dịch

vụ và phân biệt dịch vụ (hình 1.4).

Hình 1.4: Các mô hình cung cấ p d ịch vụ

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

hợ p cho một nhóm luồng lƣu lƣợ ng nhất định và có thể gây ảnh hƣở ng xấu tớ i các

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

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



16

không có các bộ công cụ đặc biệt để cung cấ p QoS cho các luồng lớ n ( Macro) và

giớ i hạn trong miền ứng dụng tích hợ p dịch vụ. Mô hình này gắn k ết chặt chẽ vớ i

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

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

Các mô hình phân biệt dịch vụ (DifServ) hƣớ ng tớ i mục tiêu phân biệt dịch vụ

cung cấ p cho các lớp lƣu lƣợ ng ghép. Mục tiêu của mô hình là đƣa ra các nguyên

tắc cung cấ p QoS cho các luồng lƣu lƣợ ng lớn trên cơ sở mối quan hệ của các lớ p

dịch vụ.

Mô hình nỗ lực tối đa hƣớ ng tớ i mục tiêu phân bổ công bằng các tài nguyên. Môhình này không hỗ tr ợ các cơ chế điều khiển nguồn tài nguyên mạng cũng nhƣ thuật

toán phân bổ. Bên cạnh đó, mô hình cho phép xảy ra tắc nghẽn nếu lƣu lƣợ ng lớ n

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

khi trong mạng không có yêu cầu chuyển phát lƣu lƣợ ng thờ i gian thực.

1.4.2 Tiếp cận RACS và RASF

Phân hệ điều khiển chấ p nhận và tài nguyên RACS (The Resource andAdmission Control Sub-System) thực hiện các chức năng điều khiển cho mạng truy

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

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

mạng sử dụng để tậ p trung và phân bổ lƣu lƣợ ng tới ngƣời dùng đầu cuối. Điều

khiển tài nguyên trong mạng truy nhập tƣơng đƣơng với điều khiển lớ p liên k ết dữ

liệu thuộc lớ p 2 của mô hình k ết nối hệ thống mở OSI. Trong khái niệm của RACS,

điều khiển tài nguyên không xem xét tớ i mức lõi mạng. Điều khiển tr ực tiế p tài

nguyên đƣợ c thực hiện bở i một vài phần tử mạng xác định lƣu lƣợ ng tại mức liên

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

A-RACF thực hiện các chức năng điều khiển liên quan tr ực tiế p tớ i nguồn tài

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

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



17

chính sách đối vớ i dịch vụ trên biên của mức lõi mạng. Kiến trúc RACF đƣợ c chỉ ra

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

Hình 1.5: Kiế n trúc của phân hệ RACS

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

trƣờ ng hợ p này, thành phần điều khiển gồm cả A-RACF và SPDF gửi các lệnh tớ i

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

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

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

Thứ nhất, đó là một phần tử mạng thực hiện nhiệm vụ điều khiển, đối ngƣợ c vớ i

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

cấ p QoS theo yêu cầu.

Bên cạnh đó, kiến trúc RACF cung cấ p nhiều k ịch bản quản lý nguồn tài nguyên

mạng hơn kiến trúc RACS.

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

của kiến trúc quản lý QoS đƣợ c xây dựng trên nguyên tắc độc lậ p giữa lớ p truyền

tải và lớ p dịch vụ. Ví dụ, khi thoại đƣợ c truyền qua giao thức IP trong mạng

internet, lƣu lƣợ ng thoại đƣợ c truyền sau khi các thủ tục báo hiệu đƣợ c hoàn tất

giữa các phần tử của mạng báo hiệu. Một phần lƣu lƣợ ng báo hiệu đƣợ c chuyển qua

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

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



18

truyền tải và mức ứng dụng độc lậ p nhau. Cùng vớ i khái niệm độc lậ p giữa các

mức, nguồn tài nguyên mạng yêu cầu đƣợ c cung cấ p bở i mức mạng sau khi nhận

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

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

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

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

này cho phé p đƣợc đƣợ c cung cấ p dựa trên phân tích tr ạng thái tài nguyên và chính

sách truy nhập đƣợ c thiết lậ p bở i nhà khai thác tới ngƣờ i sử dụng. Ngoài ra, chức

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

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

hình 1.6.

Hình 1.6: Kiế n trúc của phân hệ RACF

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

truyền dẫn dữ liệu báo hiệu trong thờ i gian thiết lậ p phiên truyền thông. Chức năng

này yêu cầu mức QoS trong phần tử đặc biệt của RACF. Phần tử này xác định tàinguyên khả dụng của mạng để đáp ứng yêu cầu QoS và điều khiển thiết bị thực hiện

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

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

truy nhậ p tài nguyên của ngƣờ i dùng. Kiến trúc chức năng này đƣợ c thiết k ế độc lậ p

với phía ngƣờ i sử dụng do RACF có thể ứng dụng cho cả mạng truy nhậ p và mạng

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

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



19

lớ p truyền tải TRC-FE. Khối PD-FE xác định khả năng cung cấ p dịch vụ thông qua

một số thủ tục kiểm tra dữ liệu sau: hồ sơ ngƣờ i dùng trong mạng truy nhậ p, mức

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

nhận đƣợ c yêu cầu, PD-FE gửi thông tin truyền tải lƣu lƣợ ng tớ i thiết bị mạng để

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

điều khiển gateway; đánh dấu các gói tin của luồng lƣu lƣợ ng; dữ liệu địa chỉ lớ p

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

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

PD-FE đƣa ra các quyết định điều khiển thiết bị của mạng truy nhậ p dựa trên một phần tử chức năng gọi là PE-FE. PE-FE đƣợc đặt tại biên mạng để cung cấ p các

luật nhất định cho các luồng lƣu lƣợ ng. Trong mạng truyền thông thờ i gian thực,

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

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

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

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

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

tìm tr ạng thái của tài nguyên mạng. TRC-FE tạo ra các quyết định về cung cấ p dịch

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

hƣớ ng tới điều khiển nguồn tài nguyên mạng truy nhậ p dựa trên giao thức truyền tải

sử dụng. Khối PD-FE điều khiển nguồn tài nguyên lớ p mạng truyền tải độc lậ p vớ i

giao thức truyền tải.

1.4.3 Điều khiển cấu trúcĐặc tính cấu trúc hệ thống đƣợ c phản ánh thông qua các tính chất đặc thù. Các

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

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

một tậ p các phần tử đƣợ c k ết nối vớ i nhau.

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

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



20

này có thể tĩnh hoặc động, thay đổi dƣới các điều kiện lƣu lƣợ ng hoặc phƣơ ng thức

điều khiển. Thông thƣờ ng, cấu trúc vật lý đƣợ c giả định là không biến đổi theo thờ i

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

ứng dụng phân bố động các nguồn tài nguyên. Nó liên quan tr ực tiế p tớ i tài nguyên

nhƣ truy nhậ p không gian – thờ i gian, mã hóa không gian – thờ i gian, tái sử dụng

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

thuộc vào yêu cầu lƣu lƣợ ng của thiết bị k ết cuối. Cấu trúc mạng trên mức mạng

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

động của lƣu lƣợ ng. Vì vậy, mạng viễn thông hiện đại cần đƣợ c ứng xử nhƣ một

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

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

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

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

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

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

đạt đƣợ c một vài điểm ngƣỡng định trƣớ c. Các tiêu đề gói tin đóng vai trò quan

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

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

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

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

chí.

Vớ i mục tiêu tối ƣu cấu trúc mạng, vấn đề đƣợ c nhìn nhận khi sự cần thiết củatrong tối ƣu điều khiển của một cấu trúc mạng tăng lên, dẫn tớ i các phƣơng pháp

điều khiển dựa trên phần mềm không đƣa ra đƣợ c các mức cung cấ p QoS theo yêu

cầu. Ví dụ nhƣ, sự tắc nghẽn cổ chai, tr ễ lớ n cũng nhƣ mức tổn thất gói tin cao. Các

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

dụng đƣợ c trong mạng thờ i gian thực. Vì vậy, một số thủ tục tối ƣu đƣợ c phát triển

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

theo tr ọng số để giải quyết một nhiệm vụ tối ƣu trong lớ p phân bổ các tài nguyên.



21

Thuật toán tìm kiếm đƣợ c giải theo từng bƣớc, trong đó mỗi bƣớ c k ế tiếp đƣợ c xây

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

toán quy hoạch động.

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

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

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

mạng. Ý tƣở ng chính của thuật toán nhƣ sau: sử dụng chiến lƣợc điều khiển tậ p

trung cho toàn bộ hoặc một phần mạng.

1.4.4 Điều khiển trạng thái

Các tr ạng thái chức năng của hệ thống viễn thông đƣợ c phản ánh bở i các mô

hình cho từng mạng cụ thể. Các tr ạng thái x(t) có thể thay đổi theo thờ i gian tùy

thuộc vào một số yếu tố. Các tr ạng thái mong muốn có thể đƣợ c thiết lậ p bở i các

thủ tục điều khiển cho cả các yếu tố ảnh hƣở ng hay các tr ạng thái. Hàm điều khiển

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

sát tr ạng thái, điều khiển sự thay đổi tr ạng thái, chỉ dẫn cho điều khiển thay đổitr ạng thái. Vì vậy, cơ chế này đủ để tính toán không chỉ tr ạng thái hiện thờ i x(t) mà

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

khiển.

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

nguyên hiện có, phục vụ cho quá trình điều khiển. Thƣờ ng có hai tr ạng

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

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

hình khái niệm và mô hình r ờ i r ạc.

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

phần tử hay độ khả dụng của các tài nguyên. Các tr ạng thái của đối tƣợ ng

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



22

(iii) Tr ạng thái quản tr ị mô tả khả năng sử dụng các nguồn tài nguyên. Tr ạng

thái này đƣợ c chia thành 3 giai đoạn: truy nhậ p tài nguyên bị khóa

(blocked), phƣơng thức tắt hoặc ngừng.

Các tr ạng thái của đối tƣợng điều khiển có các đặc tính khác nhau đƣợ c mô tả

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

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

khiển tình huống.

1.5 KIẾN TRÚC VÀ PHÂN LOẠI BÁO HIỆU

Báo hiệu đƣợ c sử dụng giữa ngƣờ i dùng và mạng hoặc giữa các phần tử mạng để

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

dạng kênh. Nói cách khác, báo hiệu đƣợ c sử dụng để thiết lậ p, giám sát và giải

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

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

ra, báo hiệu cung cấp các phƣơng tiện để dự tr ữ tài nguyên. Báo hiệu cung cấ p

phƣơng tiện để trao đổi các thông tin liên quan tớ i k ết nối trong, trƣớ c hoặc sau khicác hoạt động truyền tải thông tin diễn ra.

1.5.1 Phân loại báo hiệu

Các k ỹ thuật báo hiệu có thể đƣợ c phân loại theo một số cách khác nhau. Mục

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

viễn thông và mạng truyền thông dữ liệu.

Báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng: Trong mạng truyền thông dữ liệu, báo hiệu trong băng liên quan tớ i việc sử dụng cùng kênh ảo để mạng thông tin

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

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

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

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

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



23

hiệu trong băng dễ bị ảnh hƣở ng bở i mã hóa thoại có thể dẫn tới gián đoạn không

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

báo hiệu.

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

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

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

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

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

viễn thông tƣơng tự nhƣ báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng trong cácmạng truyền thông dữ liệu.

Hình 1.7: Phân loại các k ỹ thuật báo hiệu

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

kênh chung đƣợ c chia thành hai loại: báo hiệu kênh gắn k ết và báo hiệu kênh không

gắn k ết. Trong báo hiệu kênh chung gắn k ết, các kênh báo hiệu và đƣờ ng dẫn dữ

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

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

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

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

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

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

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



24

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

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

(VPI=0, VCI=5).

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

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

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

báo hiệu. Kênh báo hiệu cũng đƣợ c thiết lập để thiết lậ p các kênh cho truyền tải dữ

liệu.

1.5.2 Một số đặc tính của báo hiệu

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

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

thỏa thuận tham số, nhận dạng k ết nối/cuộc gọi, mô hình máy hữu hạn tr ạng thái,mã

hóa và giải mã bản tin.

o Các bản tin xác nhận đƣợ c yêu cầu do đặc tính không tin cậy tự nhiên của đƣờ ng

truyền thông. Nhằm tăng độ tin cậy cho phiên truyền thông, một số cơ chế báohiệu bắt tay “handshakes” đƣợ c sử dụng trong các trƣờ ng hợp phƣơng tiện

truyền thông không đảm bảo độ tin cậy.

o Bộ định thời đƣợ c sử dụng để tránh hiện tƣợ ng tr ễ thông tin quá lớ n do bản tin

báo hiệu tổn thất hoặc gián đoạn. Bộ định thời đƣợ c khở i tạo ngay sau khi bản

tin đƣợ c truyền đi, trong trƣờ ng hợ p bản tin báo hiệu bị mất hoặc bị loại bỏ, bộ

định thờ i sẽ quá hạn và bản tin đƣợ c truyền lại. Nếu bản tin đến đƣợc đích an

toàn và đƣợ c xác nhận, bộ định thờ i ngừng đếm. Việc lựa chọn chính xác giá tr ị

định thờ i r ất quan tr ọng, nếu giá tr ị quá nhỏ thì bộ định thờ i sẽ thƣờ ng xuyên

quá hạn. Nếu lựa chọn giá tr ị định thờ i lớ n sẽ chống lại mục tiêu giữ thờ i gian và

thƣờng đƣợ c chọn khoảng gấ p hai lần tr ễ truyền lan vòng giữa hai đầu cuối.

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

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



25

bắt tay. Thủ tục bắt tay ba bƣớ c cung cấ p nhiều phạm vi thỏa thuận hơn so vớ i

bắt tay hai bƣớ c.

o

Mô hình máy hữu hạn tr ạng thái FSM (Finite State Machine) đƣợ c sử dụng để

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

điển hình gồm 3 tr ạng thái cơ bản: thiết lậ p, truyền dữ liệu và giải phóng cùng

vớ i các bản tin báo hiệu chuyển dịch giữa chúng.

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

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

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

dung thực của bản tin.

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

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

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

đƣờ ng hoặc quảng bá, phƣơng thức báo hiệu điểm tới đa điểm đƣợ c sử dụng để thiết

lậ p các k ết nối từ điểm gốc tớ i các nút lá. Phƣơng thức này tiết kiệm đƣợc lƣợ ng

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

khó thiết lậ p, quản lý và giải phóng k ết nối báo hiệu; truyền thông đơn hƣớ ng và

khó thiết lậ p thông tin từ nút lá tớ i nút gốc nhằm khở i tạo báo hiệu.

1.5.3 Chức năng báo hiệu trong mô hình OSI

Do khái niệm báo hiệu và điều khiển k ết nối là một khái niệm r ộng nên có thể

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

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

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

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

các lớ p tr ừu tƣợ ng. Mô hình OSI nhóm các chức năng truyền thông tƣơng tự vào

một trong 7 lớ p logic (hình 1.8).

Lớ p V ật lý: Các mạch vật lý tạo ra lớ p vật lý của mô hình OSI. Lớ p vật lý mô tả các

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



26

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

vật lý của đầu nối, đồng bộ... Báo hiệu và điều khiển k ết nối sử dụng lớ p vật lý

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

tớ i thiết bị đầu cuối có thể sử dụng chính các tham số vật lý của đƣờ ng truyền dẫn

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

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

Hình 1.8: Mô hình tham chiế u k ế t nố i hệ thố ng mở OSI

Lớ p liên k ế t d ữ liệu: Lớ p liên k ết dữ liệu cung cấ p một liên k ết tin cậy giữa các nút

có k ết nối tr ực tiế p bằng cách phát hiện và có khả năng hiệu chỉnh lỗi có thể xảy ra

tại lớ p vật lý. Lớ p liên k ết dữ liệu đƣợ c chia thành hai phân lớp: điều khiển truy

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

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

nhậ p vớ i các thuật toán điều khiển khác nhau. Ví dụ, giao thức đa truy nhậ p cảm

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

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

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

hoặc k ết thúc khung đƣợ c sử dụng để mang các thông tin báo hiệu và điều khiển.

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

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

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



27

hiệu nhằm điều khiển k ết nối, chuyển phát bản tin báo hiệu và thiết lậ p các tham số

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

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

lậ p k ết nối. Trong mạng truyền thông dữ liệu, chức năng báo hiệu tại lớ p mạng

thƣờ ng là một phần của chức năng định tuyến vì các giai đoạn thiết lậ p, truyền và

giải phóng k ết nối đƣợ c thực hiện đồng thờ i.

Lớ p truyề n t ải: Lớ p truyền tải xử lý các chức năng truyền tải nhƣ là chuyển phát tin

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

trách nhiệm chia dữ liệu thành các gói nhỏ hơn nhằm phát lại khi bị tổn thất. Cácgói tổn thất đƣợ c phát hiện bở i các bản tin xác nhận ACK từ phía thiết bị thu. Biên

cạnh đó, lớ p truyền tải cung cấ p tùy chọn địa chỉ dịch vụ cho các dịch vụ và ứng

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

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

tin đƣợ c ứng dụng tr ực tiế p trên giao thức TCP r ất phổ biến trong các môi trƣờ ng

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

Utility Maximization) đƣợ c tối ƣu tại lớ p truyền tải cùng vớ i các tham số lớp dƣớ i

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

Lớ p phiên: Lớ p phiên chịu trách nhiệm thiết lậ p, quản lý và giải phóng các phiên

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

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

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

dữ liệu đƣợ c tiến hành. Giải phóng phiên k ết nối để dành tài nguyên cho các k ết nốikhác đƣợ c thực hiện khi phiên truyền k ết thúc. Nhƣ vậy, phần lớ n các tác vụ điều

khiển và báo hiệu nằm tại lớ p phiên nên các giao thức báo hiệu thƣờng đƣợ c coi

thuộc lớ p phiên của mô hình OSI.

Lớ p trình diễ n: Lớ p trình diễn nằm ngay dƣớ i lớ p ứng dụng, khi nhận đƣợ c dữ liệu

từ lớ p ứng dụng cần đƣợ c gửi đi qua mạng, lớ p trình diễn đảm bảo khuôn dạng

truyền thích hợ p cho thông tin dữ liệu đó cho phía bên nhận đƣợ c thành công. Các



28

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

bảo r ằng các tậ p mã ký tự thể hiện đúng tại phía bên nhận.

Lớ p ứ ng d ụng : Lớ p ứng dụng là lớ p cao nhất trong mô hình OSI. Dữ liệu lƣu lƣợ ng

thực thƣờng đƣợ c phát sinh từ lớ p ứng dụng. Lớ p ứng dụng là lớp tƣơng tác gần

nhất với ngƣờ i sử dụng thông qua các phần mềm ứng dụng. Các chức năng của lớ p

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

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

nhằm quản lý tài nguyên cho các ứng dụng đƣợ c thực hiện tại lớ p này.

Qua tóm tắt các chức năng của mô hình OSI trên đây cho thấy, các tác vụ báohiệu và điều khiển hiện diện hầu hết tại các lớ p của mô hình. Tuy nhiên, từ góc độ

mạng thì các vấn đề báo hiệu chủ yếu tậ p trung tại lớ p phiên của mô hình OSI thông

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

phân lớ p thấp nhƣ lớ p vật lý và lớ p liên k ết dữ liệu. Các vấn đề điều khiển tối ƣu hệ

thống thƣờng đƣợ c tiến hành tại lớ p mạng và lớ p truyền tải của mô hình OSI.

1.6 K ẾT LUẬN CHƯƠNG Nội dung chƣơng 1 tậ p trung vào vấn đề nền tảng của điều khiển hệ thống cũng

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

của điều khiển tớ i tiế p cận điều khiển trong mạng viễn thông cho thấy vấn đề điều

khiển các hệ thống lớ n nhƣ hệ thống viễn thông là r ất phức tạ p. Tiế p cận điều khiển

hệ thống viễn thông hiện nay thƣờ ng dựa trên một phần điều khiển tự động và quyết

định cao nhất từ ngƣờ i điều hành. Các thuộc tính cơ bản của hệ thống điều khiển

cũng đã đƣợ c trình bày nhằm giúp ngƣời đọc có đƣợ c kiến thức trong phân tích các

phƣơng pháp điều khiển. Cụ thể hơn, các giải pháp chính điều khiển mạng viễn

thông cũng đƣợc đƣa ra vớ i các phân tích trên nhiều khía cạnh khác nhau. Phần cuối

của chƣơng giớ i thiệu khái quát các vấn đề liên quan tớ i kiến trúc và phân loại báo

hiệu là nền tảng ban đầu cho các chƣơng tiế p theo.

Các n ội dung ôn t ập chính trong chương

-

Các phƣơng pháp tiế p cận và thuộc tính điều khiển hệ thống viễn thông;



29

- Các giải pháp điều khiển hệ thống viễn thông;

- Tiế p cận RACF và RASF;

- Kiến trúc và phân loại chức năng báo hiệu.



30

CHƯƠNG 2: BÁO HIỆU TRONG MẠNG CỐ ĐỊNH

Tóm tắt: N ội dung của chương t ậ p trung vào các giao thứ c báo hiệu sử d ụng cho

mạng cố định bao g ồm hệ thố ng báo hiệu số 7 cho mạng chuyể n mạch điện thoại

công cộng, các giao thứ c báo hiệu chính theo mô hình hội t ụ mạng PSTN và

Internet. Các giao thức đượ c trình bày ng ắ n g ọn thông qua kiế n trúc, thành phần

chức năng và nguyên tắ c hoạt động cơ bản.

2.1 KIẾN TRÚC MẠNG HỘI TỤ THEO HƯỚ NG MÁY CHỦ CUỘC

GỌI

Vào khoảng thậ p niên 60 của thế k ỷ 20, xuất hiện sản phẩm tổng đài điện tử số

là sự k ết hợ p giữa công nghệ điện tử vớ i k ỹ thuật máy tính. Tổng đài điện tử số

công cộng đƣợc điều khiển theo chƣơng trình ghi sẵn SPC (Stored Program

Control) đã tạo ra nền tảng phát triển mạng viễn thông số không chỉ phục vụ cho

dịch vụ thoại mà còn cho các mạng dịch vụ tích hợ p số ISDN (Integrated Service

Digital Network). Vào thậ p niên 90 (1996) khi mạng Internet tr ở thành bùng nổ

trong thế giớ i công nghệ thông tin đã tác động mạnh mẽ đến công nghiệ p viễn thôngvà xu hƣớ ng hội tụ các mạng máy tính, truyền thông và điều khiển. Hạ tầng mạng

viễn thông đã tr ở thành tâm điểm trong hạ tầng xã hội vớ i vai trò truyền tải thông

tin. Một mạng có thể truyền băng rộng vớ i các loại hình dịch vụ thoại và phi thoại,

tốc độ cao và đảm bảo đƣợ c chất lƣợ ng dịch vụ QoS đã trở thành cấ p thiết trên nền

tảng của một k ỹ thuật mớ i - k ỹ thuật truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous

Transfer Mode). Mạng chuyển mạch kênh công cộng PSTN và IP dần hội tụ tớ i

cùng một mục tiêu nhằm hƣớ ng tớ i một hạ tầng mạng tốc độ cao có khả năng tƣơng

thích vớ i các ứng dụng đa phƣơng tiện tƣơng tác và đảm bảo chất lƣợ ng dịch vụ. Sự

khác biệt này bắt đầu từ những năm 1980, PSTN chuyển hƣớ ng tiế p cận sang

phƣơng thức truyền tải bất đồng bộ ATM để hỗ tr ợ đa phƣơng tiện và QoS, sau đó

chuyển hƣớ ng sang công nghệ k ết hợ p với IP để thực hiện chuyển mạch nhãn đa

giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switch) hiện nay. Trong khi đó Internet đƣa

ra một tiế p cận khác vớ i PSTN qua giải pháp triển khai kiến trúc phân lớ p dịch vụ



31

CoS (Class Of Service) và hƣớ ng tới đảm bảo chất lƣợ ng dịch vụ QoS thông qua

mô hình tích hợ p dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ DiffServ. Các chiến lƣợ c của

Internet theo hƣớng tƣơng thích vớ i IP, các hạ tầng lớ p 2 tích cực và mạng truyền

tải quang.

Sự hình thành cấu trúc hội tụ đƣợ c tiế p cận từ hai góc độ: giữa hạ tầng mạng cố

định và internet; hạ tầng mạng cố định và mạng di động. Vớ i hai khái niệm về hội

tụ bao gồm: hội tụ mạng là tiế p cận sử dụng chung hạ tầng truyền thông và hội tụ

dịch vụ tại các lớp cao hơn của hệ thống. Dƣới góc độ hội tụ mạng, sự thay đổi

công nghệ đƣợ c chú tr ọng vào các hệ thống chuyển mạch, vớ i yêu cầu độ mềm dẻolớ n nhằm tƣơng thích và đáp ứng các yêu cầu tăng trƣởng lƣu lƣợ ng từ phía khách

hàng. Vì vậy, cơ chế điều khiển các hệ thống chuyển mạch đã đƣợ c phát triển theo

hƣớ ng phân lớ p và module hoá nhằm nâng cao hiệu năng chuyển mạch và đảm bảo

QoS từ đầu cuối tới đầu cuối.

Đặc trƣng cơ bản của mạng hội tụ đƣợ c phản ánh qua một hình thái mạng mớ i

vớ i tên gọi là mạng thế hệ k ế tiếp NGN (Next Generation Network). Định nghĩa

thƣờng đƣợ c sử dụng cho NGN là một mạng hội tụ có hạ tầng thông tin duy nhất

dựa trên công nghệ chuyển mạch gói và đƣợc điều khiển tậ p trung bở i chuyển mạch

mềm (Softswitch). NGN cần đƣợ c quản lý tậ p trung và cho phép triển khai nhanh

chóng các dịch vụ mới. NGN còn đƣợ c biết đến vớ i các tên gọi khác nhƣ: mạng đa

dịch vụ - cung cấ p nhiều loại hình dịch vụ trên cùng một hệ thống mạng; mạng hội

tụ - hổ tr ợ cả lƣu lƣợ ng thoại và số liệu, cả cố định và di động; mạng phân lớ p -

phân thành nhiều lớ p chức năng. Khuyến nghị Y.2001 của liên minh viễn thông quốc tế ITU-T đƣa ra định nghĩa:

Mạng thế hệ k ế tiế p (NGN) là mạng chuyển mạch gói có khả năng cung cấ p các

dịch vụ viễn thông và tạo ra ứng dụng băng thông rộng, các công nghệ truyền tải

đảm bảo chất lƣợ ng dịch vụ và trong đó các chức năng dịch vụ độc lậ p vớ i các công

nghệ truyền tải liên quan. NGN cho phép truy nhậ p không giớ i hạn tớ i mạng và là

môi trƣờ ng cạnh tranh giữa các nhà cung cấ p dịch vụ trên các kiểu dịch vụ cung



32

cấ p. NGN hỗ tr ợ tính di động toàn cầu cho các dịch vụ cung cấ p tới ngƣờ i sử dụng

sao cho đồng nhất và đảm bảo.

Hƣớ ng tiế p cận máy chủ cuộc gọi CS đƣợ c hình thành trong quá trình chuyển

đổi các hạ tầng mạng chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói trong mạng PSTN.

Để thực hiện quá trình chuyển đổi và truyền thoại trên nền IP, một giải pháp có thể

thực thi là tạo ra một thiết bị lai có thể chuyển mạch thoại ở cả dạng kênh và gói vớ i

sự tích hợ p của phần mềm xử lý cuộc gọi. Điều này đƣợ c thực hiện bằng cách tách

riêng chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức năng chuyển mạch vật lý. Thiết bị Bộ

điều khiển cổng đa phƣơng tiện MGC (Media Gateway Contr oller) đƣợ c coi làthành phần mấu chốt trong giải pháp k ỹ thuật chuyển mạch mềm (Softswitch). Thực

chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử

lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin

vớ i các giao thức khác nhau (chức năng xử lý cuộc gọi bao gồm định tuyến cuộc gọi

và quản lý, xác định và thực thi các đặc tính cuộc gọi). Theo thuật ngữ chuyển mạch

mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý đƣợ c thực hiện bở i cổng đa phƣơng tiện

MG (Media Gateway), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng đa

phƣơng tiện MGC.

Trong chuyển mạch truyền thống, phần cứng chuyển mạch luôn đi kèm vớ i phần

mềm điều khiển của cùng một nhà cung cấp. Điều này làm tăng tính độc quyền

trong việc cung cấ p các hệ thống chuyển mạch, không cung cấ p một môi trƣờ ng

kiến tạo dịch vụ mớ i, làm giớ i hạn khả năng phát triển các dịch vụ mớ i của các nhà

quản tr ị mạng. Khắc phục điều này, chuyển mạch mềm đƣa ra giao diện lậ p trìnhứng dụng mở API (Application Programable Interface), cho phép tƣơng thích phần

mềm điều khiển và phần cứng của các nhà cung cấp khác nhau. Điều này cho phép

các nhà cung cấ p phần mềm và phần cứng có đƣợ c tiếng nói chung và tậ p trung vào

lĩnh vực của mình. Vớ i các giao diện lậ p trình mở , chuyển mạch mềm có thể dễ

dàng đƣợ c nâng cấ p, thay thế và tƣơ ng thích vớ i ứng dụng của các nhà cung cấ p

khác nhau.



33

2.1.1 Mô hình kiến trúc mạng

Do NGN đƣợ c tiế p cận từ nhiều khía cạnh khác nhau, nên các mô hình cấu trúc

mạng cũng đƣợ c xây dựng trên nhiều quan điểm khác nhau. Dƣới đây sẽ khái quát

một số hƣớ ng tiế p cận chính do các tổ chức viễn thông lớ n của thế giới đƣa ra.

Mô hình NGN c ủa ITU-T : Cấu trúc mạng thế hệ k ế tiế p NGN nằm trong mô hình

cấu trúc thông tin toàn cầu GII (Global Information Infrastructure) do ITU-T đƣa ra.

Mô hình này gồm 3 lớ p chức năng: (i) các chức năng ứng dụng, (ii) các chức năng

trung gian (điều khiển dịch vụ, quản lý) và (iii) các chức năng cơ sở (chức năng

mạng, chức năng lƣu trữ và xử lý, chức năng giao tiếp ngƣờ i-máy).

Hình 2.1: Các chức năng GII và mố i quan hệ

Mô hình NGN c ủa I ETF : Tổ chức đặc nhiệm k ỹ thuật internet IETF (InternetEngineering Task Force) quan niệm cấu trúc hạ tầng mạng thông tin toàn cầu cần có

mạng truyền tải sử dụng giao thức IP vớ i bất cứ công nghệ lớp nào. Nghĩa là IP cần

có khả năng truyền tải k ết hợ p vớ i các mạng truy nhập và đƣờ ng tr ục sử dụng các

giao thức k ết nối khác nhau. Đối vớ i mạng truy nhậ p, IETF có IP trên mạng cáp và

IP trên môi trƣờ ng vô tuyến. Đối vớ i mạng đƣờ ng tr ục, IETF có hai giao thức chính

là IP trên ATM và IP vớ i giao thức điểm nối điểm PPP trên nền mạng phân cấ p số

đồng bộ SONET/SDH. IETF cũng là tổ chức đƣa ra nhiều tiêu chuẩn về chức năng

Çc chøc n¨ng trung gian

Giao diÖn

ch-¬ng

tr×nh øng

dông

Giao diÖn

ch-¬ng

tr×nh

c¬së

CÊu tróc

Çc chøc n¨ng øng dông

Çc

chøc

n¨ng

c¬ së

Cung cÊp dÞch vô

xö lý vµ l-u tr ÷ th«ng tin ph©n t¸n

Çc chøc n¨ng

giao tiÕp ng-êi – m¸y

Çc chøc n¨ng

xö lý vµ l-u tr ÷

Chøc n¨ng ® iÒu khiÓn

Chøc n¨ng truyÒn t¶i



Cung cÊp dÞch vô

truyÒn

th«ng chung

TruyÒn th«ng

vµ nèi m¹ngth«ng tin

Çc chøc n¨ng trung gian

Giao diÖn

ch-¬ng

tr×nh øng

dông

Giao diÖn

ch-¬ng

tr×nh

c¬së

CÊu tróc

Çc chøc n¨ng øng dông

Çc

chøc

n¨ng

c¬ së

Cung cÊp dÞch vô

xö lý vµ l-u tr ÷ th«ng tin ph©n t¸n

Çc chøc n¨ng

giao tiÕp ng-êi – m¸y

Çc chøc n¨ng

xö lý vµ l-u tr ÷





Cung cÊp dÞch vô

truyÒn

th«ng chung

TruyÒn th«ng

vµ nèi m¹ngth«ng tin



34

chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là sự k ết hợ p lai ghép giữa công nghệ IP và

công nghệ ATM.

Mô hình NGN c ủa 3GPP : Tổ chức dự án thành viên thế hệ thứ 3 3GPP (3rd

Generation Partnership Project) và 3GPP2 tiế p cận NGN bằng giải pháp hội tụ giữa

mạng cố định và mạng di động nhằm hỗ tr ợ truyền thông đa phƣơng tiện hội tụ giữa

thoại, video, audio vớ i dữ liệu và hội tụ truy nhậ p giữa 2G, 3G và 4G vớ i mạng

không dây. Phân hệ đa phƣơng tiện IP IMS (IP Multimedia Subsystem) là một kiến

trúc chuẩn và có tính mở nhằm mục đích chuyển tiế p các dịch vụ đa phƣơng tiện

qua các mạng di động và IP, sử dụng cùng một loại giao thức chuẩn cho cả các dịchvụ di động cũng nhƣ IP cố định. Đƣợ c thiết k ế dựa trên giao thức khở i tạo phiên

SIP (Session Initiation Protocol), IMS định ngh ĩ a các giao diện mặt bằng điều khiển

chuẩn để tạo ra các ứng dụng mớ i. IMS phiên bản đầu tiên đƣợ c thiết k ế riêng cho

mạng di động nhằm tìm cách triển khai các ứng dụng IP trên mạng di động thế hệ 3

(3G). Các phiên bản k ế tiế p của IMS đã đƣợ c định ngh ĩ a độc lậ p vớ i phần truy

nhậ p. Thiết k ế của IMS cho phép phối hợ p hoạt động giữa các dịch vụ và ứng dụng

IP cũng nhƣ giữa các thuê bao. IMS đặc biệt tối ƣu hoá cho các ứng dụng SIP và đa

phƣơng tiện. Ngoài ra, IMS cho phép phát triển nhanh chóng và linh hoạt các dịch

vụ mớ i, cùng vớ i khả năng hội tụ cố định với di động. Phân hệ mạng lõi đa phƣơng

tiện IP bao gồm tất cả các thành phần mạng lõi để cung cấ p các dịch vụ đa phƣơng

tiện IP. Các thành phần này liên quan đến mạng báo hiệu và mạng mang nhƣ đã xác

định ở 3GPP TS 23.002 "Network Architecture". Dịch vụ đa phƣơng tiện IP đƣợ c

dựa trên khả năng điều khiển phiên, các mạng mang đa phƣơng tiện, các tiện ích

của miền chuyển mạch gói do IETF xác định. Để các đầu cuối có thể truy nhập độc

lậ p vớ i vận hành và bảo dƣỡ ng qua mạng Internet, phân hệ đa phƣơng tiện IP đã cố

gắng tƣơng thích vớ i các chuẩn Internet do IETF đƣa ra.

Phân hệ mạng lõi đa phƣơng tiện IP cho phép các nhà vận hành mạng di động

mặt đất PLMN (Public Landline Mobile Network) sẵn sàng phục vụ các dịch vụ đa

phƣơng tiện cho khách hàng của họ bằng cách xây dựng các ứng dụng, dịch vụ vớ i

các giao thức Internet. Mục đích chính ở đây là để dịch vụ đƣợ c phát triển bở i các



35

nhà khai thác mạng PLMN và các nhà cung cấ p thứ ba khác. IMS cho phép truy

nhậ p thoại, hình ảnh, video, bản tin, dữ liệu và web dựa trên các công nghệ cho

ngƣời dùng đầu cuối không dây, và có thể phối hợ p sự phát triển của Internet vớ i sự

phát triển của truyền thông di động. Hiện nay, IMS là sự lựa chọn tối ƣu cho việc

phân phát dịch vụ hội tụ và đa phƣơng tiện, IMS cho phép cung cấ p các dịch vụ IP

trên cả mạng di động và cố định. Các khảo sát gần đây về ngành công nghiệ p viễn

thông đều cho thấy mối quan tâm đặc biệt đến mô hình kiến trúc này.

Mô hình NGN c ủa ETSI : Quan điểm của Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu và

đặc biệt là nhóm tiêu chuẩn TISPAN (Telecommunications and Internet convergedServices and Protocols for Advanced Networking) đã có nhiều đóng góp tích cực

trong vấn đề chuẩn hóa NGN. TISPAN tậ p trung vào phần hội tụ mạng cố định và

Internet và khở i phát một k ế hoạch đơn giản để đáp ứng đƣợ c những yêu cầu cấ p

thiết của thị trƣờ ng gồm: đảm bảo cung cấ p tất cả các dịch vụ hỗ tr ợ bở i phân hệ đa

phƣơng tiện IMS của 3GPP đến ngƣờ i sử dụng băng rộng và những dịch vụ IMS

lựa chọn cho các khách hàng PSTN/ISDN k ết nối đến NGN; cung cấ p phần lớ n

dịch vụ PSTN/ISDN hiện có của một nhà khai thác mạng đến thiết bị và những giao

diện k ế thừa để hỗ tr ợ các k ịch bản thay thế PSTN/ISDN; mở r ộng IMS của 3GPP

để bao trùm các vùng mà 3GPP không thể phủ đến đƣợc, đặc biệt là những dịch vụ

nhƣ chặn cuộc gọi, cuộc gọi khẩn cấ p, v.v.

Hình 2.2: Kiế n trúc mạng NGN theo ETSI



36

Theo kiến trúc của TISPAN, mạng truy nhập đƣợc xem nhƣ là thành phần

mạng giữa các thiết bị của khách hàng và là thành phần mạng đầu tiên để hỗ tr ợ

những tƣơng tác điều khiển dịch vụ. Để phát triển tính độc lậ p mạng truy nhậ p và

xúc tiến mô hình hội tụ FMC (Fixed Mobile Convergence), TISPAN đã chọn hỗ tr ợ

các mạng truy nhập băng rộng cố định hiện thờ i và yêu cầu mạng truy nhậ p k ết nối

IP (IP-CAN) đƣợ c hỗ tr ợ . Về cơ bản, kiến trúc mạng NGN của ETSI cũng gồm các

lớp tƣơng tự nhƣ kiến trúc mạng NGN của ITU-T. Trong kiến trúc này, phân hệ đa

phƣơng tiện IP nằm giữa và liên k ết các lớ p truyền tải (mạng truy nhậ p thông qua

phân hệ điều khiển tài nguyên và mạng lõi) và lớ p dịch vụ. Kiến trúc NGN tổng

quan theo ETSI có các đặc điểm sau: k ế thừa từ các mạng hiện có nhƣ PSTN,

ISDN, Internet, PLMN...; xây dựng thêm các phân hệ và giao thức mớ i vớ i mục

đích bổ sung thêm các loại hình dịch vụ, cung cấ p dịch vụ đa phƣơng tiện và hội tụ

mạng (phân hệ IMS); mạng truyền tải đƣợ c gói hóa hoàn toàn vớ i công nghệ đƣợ c

sử dụng là IP.

2.1.2 Các giải pháp k ết nối

Nhằm mô tả các giải pháp k ết nối trong mạng NGN, ta xem xét từ góc độ thành

phần chức năng của các phần tử vật lý trong mạng. Các phần tử chính của NGN

đƣợ c thể hiện trên hình 2.3.

Hình 2.3: Các thành phần chính trong mạng thế hệ k ế tiế p



37

Các thiết bị chính đƣợ c trình bày trong phần này gồm: (i) cổng phƣơ ng tiện MG

(Media gateway), (ii) bộ điều khiển cổng phƣơ ng tiện MGC (Media Gateway

Controller), (iii) cổng báo hiệu SG (Signalling Gateway), (iv) máy chủ phƣơ ng tiện

MS (Media Server) và (v) máy chủ ứng dụng/đặc tính AS/FS (Application Server/

Feature Server).

(i) C ổng phương tiện MG

Cổng phƣơng tiện (MG) là thiết bị chuyển đổi giao thức và truyền tải định dạng

thông tin dữ liệu từ loại mạng này sang một mạng khác, thông thƣờ ng là từ dạng

chuyển mạch kênh sang dạng gói. Thực tế, MG chuyển đổi giữa các dữ liệu mãtruyền trong mạng IP sang mã hoá truyền trong mạng chuyển mạch kênh và ngƣợ c

lại. MG thực hiện việc mã hoá, giải mã và nén dữ liệu dƣớ i sự điều khiển của

chuyển mạch mềm. Ngoài ra, MG còn tậ p hợ p dữ liệu cho việc tính cƣớ c và hệ

thống chăm sóc khách hàng (khả năng cung cấ p hồ sơ, hỗ tr ợ nhanh cuộc gọi cả

trong thờ i gian thực và phi thờ i gian thực) hay phát hiện ngƣỡ ng dữ liệu nếu yêu

cầu. MG hỗ tr ợ các giao thức định tuyến chính trong mạng IP nhƣ giao thức định

tuyến tìm đƣờ ng ngắn nhất trƣớ c tiên OSPF (Open Shortest Path First) hay giao

thức định tuyến cổng biên BGP (Border Gateway Protocol).... Yêu cầu chính đối

vớ i MG là phải cung cấ p chất lƣợ ng truyền thông tin tốt, cụ thể là phải đảm bảo tr ễ

và tỉ lệ mất gói thấ p. Một yêu cầu gần nhƣ bắt buộc đối vớ i MG là tính mở để cho

phép k ết nối MG vớ i các phần tử mạng khác nhƣ MGC sử dụng các giao thức điều

khiển tiêu chuẩn. Việc sử dụng các giao thức chuẩn cho phép nhà điều hành ít phụ

thuộc nhất vào các nhà cung cấ p và thuận tiện trong việc thay thế các phần tử mạng.Trong thiết bị Media Gateway thƣờ ng sử dụng các giao thức nhận thực để hỗ tr ợ

tính năng bảo mật cho các kênh truyền truyền thông. Cuối cùng, MG cần đảm bảo

độ linh hoạt và tin cậy.

b, B ộ điều khi ể n c ổng phương tiện

Bộ điều khiển cổng phƣơng tiện MGC là thành phần chính của hệ thống chuyển

mạch mềm. MGC đƣa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện



38

các quy luật đó. MGC điều khiển SG thiết lậ p và k ết thúc cuộc gọi. Ngoài ra, MGC

còn giao tiế p vớ i hệ thống điều hành OS (Operating System) và hệ thống tr ợ giúp

kinh doanh BSS (Bussiness Support System).

MGC chính là cầu nối điều khiển và báo hiệu giữa các mạng có đặc tính khác

nhau cho mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, hệ thống báo hiệu số 7

SS7 (Signalling System No7) và mạng IP. MGC chịu trách nhiệm quản lý lƣu lƣợ ng

thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau. MGC cũng đƣợ c gọi là Call Agent do

chức năng điều khiển các bản tin xử lý cuộc gọi. Call Agent thực hiện điều khiển

cuộc gọi trên các khía cạnh gồm mô hình cuộc gọi, chuyển giao tín hiệu và điềukhiển cổng phƣơng tiện. Ngoài ra, MGC cung cấ p giao diện phù hợ p vớ i máy chủ

ứng dụng để điều khiển dịch vụ và chính sách. Truyền thông giữa các MGC đƣợ c

thực hiện bở i các giao thức tiêu chuẩn, Call Agent cũng cho phép các đầu cuối IP

k ết nối tr ực tiế p sử dụng các giao thức điển hình. Yêu cầu chính đối vớ i các MGC là

tính mở để cho phép sử dụng các giao thức chuẩn và giao diện lậ p trình ứng dụng

mở. Tính năng này đảm bảo tính độc lậ p của các nhà cung cấp đối vớ i sự phát triển

của dịch vụ và cho phép sử dụng dịch vụ ba bên.

c, C ổ ng báo hi ệu

Cổng báo hiệu SG là cầu nối báo hiệu giữa SS7 vớ i mạng IP dƣớ i sự điều khiển

của MGC. SG đóngvai trò tƣơng tự nhƣ một nút mạng của SS7 để xử lý thông tin

báo hiệu và chuyển giao thông tin báo hiệu. Cổng báo hiệu đảm nhiệm các chức

năng sau: cung cấ p việc liên k ết báo hiệu giữa mạng chuyển mạch kênh và mạng

gói; nếu trên cùng một kênh chứa cả thông tin thoại và báo hiệu, SG đƣợ c tích hợ ptr ực tiế p trên MG; nếu SS7 hoạt động theo chế độ tựa liên k ết thì SG là thiết bị độc

lậ p.

d, Máy ch ủ phương tiện

Máy chủ phƣơng tiện MS là thành phần tùy chọn của hệ thống chuyển mạch

mềm đƣợ c sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt. MS cung cấ p chức năng tƣơng

tác giữa ngƣờ i gọi và các ứng dụng thông qua thiết bị truyền thông nhƣ: tr ả lờ i tự



39

động, phát thông báo... MS phân phát dịch vụ thoại và video trên mạng gói, nhƣ cầu

hội nghị (nếu dịch vụ này không đƣợ c MG hỗ tr ợ), thông báo (các thông báo đơn

giản do MG gửi), hỗ tr ợ mạng thông minh IN và một số tƣơng tác ngƣờ i dùng.

Chức năng MS có thể đƣợ c tích hợ p trong MGC hoặc tại cổng phƣơng tiện MG.

e, Máy ch ủ ứ ng d ụng/đặc tính

Máy chủ đặc tính FS là một máy chủ chứa một loạt dịch vụ của doanh nghiệ p

nên còn đƣợ c gọi là máy chủ ứng dụng thƣơng mại. Máy chủ đặc tính xác định tính

hợ p lệ và hỗ tr ợ các thông số dịch vụ thông thƣờ ng cho hệ thống chuyển mạch.

Giữa MGC và FS có thể sử dụng các giao thức chuẩn hoặc giao diện chƣơng trìnhứng dụng mở API. Vì hầu hết các AS/FS tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua

mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều vớ i hệ thống chuyển mạch mềm về việc

phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng. Một số tính năng cơ bản của máy

chủ ứng dụng gồm: xác thực và bảo mật; truyền thông; cung cấ p dữ liệu; quản lý và

điều khiển dịch vụ...

2.1.3 Chức năng mặt bằng báo hiệu và điều khiển Nhƣ trên đã trình bày, thành phần chính của chuyển mạch mềm là bộ điều khiển

cổng phƣơng tiện MGC và các thành phần hỗ tr ợ khác nhƣ: Cổng báo hiệu SG,

cổng đa phƣơng tiện MG, máy chủ đa phƣơng tiện MS và các máy chủ ứng dụng.

Trong đó, cổng đa phƣơng tiện MG là thành phần nằm trên lớp phƣơng tiện, cổng

báo hiệu SG là thành phần ở trên cùng lớ p vớ i MGC, MS và AS nằm trên lớ p ứng

dụng. Sơ đồ k ết nối và giao thức báo hiệu và điều khiển giữa các thành phần ở trên

đƣợ c mô tả trên hình 2.4. Trong đó các thiết bị thuộc mạng IP là các bộ định tuyến

(Router), các chuyển mạch thuộc mạng đƣờ ng tr ục để truyền tải các gói tin đi.

Mạng Non-IP là các mạng có các đầu cuối không phải thuộc mạng IP và các mạng

truy nhập khác nhƣ mạng vô tuyến không dây. Các thiết bị đầu cuối không thuộc

mạng IP nhƣ: thiết bị đầu cuối ISDN, thiết bị truy nhậ p tích hợ p IAD (Intergated

Access Device) cho mạng đƣờ ng dây thuê bao số DSL (Digital Subcriber Line),

v..v.



40

Bộ điều khiển cổng phƣơng tiện

Server

phƣơng tiệnServer tính năng/

ứng dụng

Cổng báo hiệu



Cổng phƣơng tiện

SS7

Các

mạng khác(không phải IP)

PSTN

TDM/ATMMạng IP

SIP

ENUM/TRIP

Megaco

MGCP

SIP SIP

SIGTRAN

SIP

MGCP

Hình 2.4: K ế t nố i MGC vớ i các thành phần khác của NGN

Các chức năng chính của MGC đƣợ c thể hiện ở hình 2.5. CA-F và IW-F là hai

chức năng con của MGC-F. CA-F đƣợ c kích hoạt khi MGC-F thực hiện điều khiển

cuộc gọi. IW-F đƣợ c kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng

báo hiệu khác nhau. Thực thể chức năng quản lý liên điều hành có nhiệm vụ liên lạc

và trao đổi thông tin giữa các MGC.

Bộ quản lý phiên kết nốiMGC-F

Bộ quản lý phiên truy nhậpR-F/A-F

Cổng phƣơng tiệnMG-F

Cổng báo hiệuSG-F

Báo hiệu và điềukhiển cuộc gọi

CA-F

Chức năng liên mạngIW-F

Bộ quản lý giữa cácMGC

Server phƣơng tiệnMS-F

Server ứng dụngAS-F


MGC-F

Hình 2.5: Chứ c năng của bộ điề u khiể n cổng đa phương tiện MGC

Các chức năng chính của MGC có thể tóm tắt nhƣ sau: (i) điều khiển cuộc gọi,

duy trì tr ạng thái mỗi cuộc gọi trên một MG; (ii) điều khiển và hỗ tr ợ hoạt động cho

MG và SG; (iii) trao đổi các bản tin cơ bản giữa hai MG-F; (iv) xử lý bản tin báo

hiệu số 7; (v) xử lý bản tin điều khiển QoS; (vi) chức năng định tuyến; (vii) tƣơng

tác vớ i AS/AF; (viii) quản lý tài nguyên mạng thông qua MG.



41

Các giao thức báo hiệu và điều khiển của MGC đƣợ c sử dụng gồm: (i) thiết lậ p

cuộc gọi; (ii) điều khiển cổng đa phƣơng tiện; (iii) truyền thông tin dữ liệu; (iv) điều

khiển cổng báo hiệu.

2.2 HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7

SS7 là một hệ thống báo hiệu kênh chung đƣợ c triển khai phổ biến và r ộng khắ p

trên các mạng viễn thông truyền thống. SS7 đƣợ c sử dụng vớ i chức năng báo hiệu

cho nhiều loại hình dịch vụ gồm: dịch vụ dữ liệu, video, thoại, audio, hay truyền

thoại theo giao thức internet VoIP (Voice over Internet Protocol). Các chức năng và

dịch vụ cơ bản do SS7 cung cấ p gồm:

o Thiết lậ p và giải phóng các k ết nối chuyển mạch kênh trên mạng cố định cũng

nhƣ mạng tế bào.

o Cung cấp đƣợ c các dịch bổ sung trong mạng tiên tiến nhƣ hiển thị số thuê

bao chủ gọi, tự động gọi lại…

o Quản lý tính năng di động trong mạng tế bào cho phép thuê bao thay đổi vị trí

địa lý trong khi vẫn duy trì sự k ết nối vớ i mạng.o

Thực hiện đƣợ c dịch vụ nhắn tin ngắn SMS (Short Message) và dịch vụ nhắn

tin nâng cao thông qua cơ chế truyền tải nội dung của bản tin.

o Hỗ tr ợ các dịch vụ của mạng thông minh IN (Inteligent Network) và các

mạng số đa dữ liệu tích hợ p ISDN.

2.2.1 Mô hình kiến trúc chức năng

Mô hình kiến trúc chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 đƣợ c tham chiếu tớ i môhình OSI gồm 4 lớ p. Các dịch vụ từ lớp 1 đến lớ p 3 của OSI đƣợ c cung cấ p bở i các

phần chuyển tải bản tin MTP (Message Transport Part) và phần điều khiển k ết nối

báo hiệu SCCP (Signalling Connection Control Part). Từ lớp 4 đến lớp 7 tƣơng ứng

vớ i mức 4 - phần ngƣời dùng trong SS7 nhƣ hình vẽ 2.7. Mỗi giao thức sử dụng

trong SS7 đều có những ứng dụng riêng biệt và đƣợ c sử dụng tƣơng ứng vớ i mạng

mà nó cung cấ p dịch vụ. Tuỳ thuộc vào SS7 sử dụng cho mạng tế bào hay mạng

thông minh, tuỳ thuộc vào việc truyền tải qua IP hay điều khiển cho mạng băng



42

r ộng ATM thay vì mạng ghép kênh theo thờ i gian TDM (Time Division Mode) mà

sự phối hợ p sử dụng các giao thức trong SS7 là khác nhau.

Hình 2.6: Kiế n trúc SS7 và mô hình tham chiế u OSI

Kiến trúc hệ thống báo hiệu số 7 đƣợ c chia thành hai phần chính: phần truyền

bản tin MTP và phần ngƣờ i dùng UP (User Part). MTP là hệ thống vận chuyển

chung để truyền các bản tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu SP (Signalling Point).

MTP truyền các bản tin báo hiệu giữa các phần ngƣờ i dùng UP khác nhau và hoàn

toàn độc lậ p vớ i nội dung các bản tin đƣợ c truyền. MTP chịu trách nhiệm chuyển

chính xác bản tin từ một UP này tớ i một UP khác. Điều này có ngh ĩ a là bản tin báo

hiệu đƣợ c chuyển sẽ đƣợ c kiểm tra chính xác tr ƣớ c khi chuyển cho UP. Phần ngƣờ i

sử dụng thực chất là một số định ngh ĩ a phần ngƣờ i sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào

kiểu sử dụng của hệ thống báo hiệu. UP là phần tạo ra và phân tích bản tin báo hiệu.

Chúng sử dụng MTP để chuyển thông tin báo hiệu đến một UP khác cùng loại. Hiện

đang tồn tại một số UP trên mạng lƣớ i: TUP (Telephone User Part): phần ngƣờ i sử

dụng cho mạng thoại; DUP (Data User Part): phần ngƣờ i sử dụng cho mạng số

liệu; ISUP (ISDN User Part): phần ngƣờ i sử dụng cho mạng ISDN; MTUP (Mobile

Telephone User Part): phần ngƣờ i sử dụng cho mạng điện thoại di động.

Về lý thuyết, hệ thống CCS7 có ba phƣơng thức hoạt động dựa trên sự liên k ết

giữa đƣờ ng truyền báo hiệu và kênh thoại (dữ liệu gồm: gắn k ết, tựa gắn k ết và tách

biệt. Trong phƣơng thức báo hiệu liên k ết, các kênh thoại và kênh báo hiệu liên



43

quan nằm trên cùng tuyến đƣờ ng truyền nối giữa hai điểm báo hiệu k ề nhau.

Phƣơng thức báo hiệu bán gắn k ết (Quasi-associated) các thông tin báo hiệu liên

quan đến cuộc gọi đƣợ c truyền trên hai hoặc nhiều chùm kênh báo hiệu ở các tổng

đài quá giang và đi qua một hoặc nhiều STP khác tới điểm báo hiệu đích của thông

tin báo hiệu. Các điểm báo hiệu mà thông tin báo hiệu đi qua đƣợ c gọi là điểm

chuyển tiế p báo hiệu STP (Signalling transfer point). Phƣơng thức báo hiệu tách

biệt hoàn toàn (Fully dissociated) này r ất ít đƣợ c sử dụng trong thực tế.

2.2.2 Thành phần mạng báo hiệu số 7

Trong mạng báo hiệu số 7, thông tin truyền đi dƣớ i dạng các đơn vị báo hiệu

SU(Signalling Unit) giống nhƣ các gói dữ liệu trong mạng chuyển mạch gói. Phần

chuyển giao bản tin MTP thực hiện việc truyền các đơn vị báo hiệu SU. Cấu trúc

của SU liên quan chặt chẽ tớ i hoạt động của MTP và có 3 loại đơn vị báo hiệu

chính: (i) đơn vị báo hiệu bản tin MSU (Message Signal Unit) chứa dữ liệu trao đổi

giữa các phần ngƣờ i dùng hoặc thông tin quản lý mạng; (ii) Đơn vị báo hiệu tr ạng

thái đƣờ ng liên k ết (Link Status Signal Unit) mang thông tin về tình tr ạng kênh báohiệu đƣợ c sử dụng để quản lý tình tr ạng các kênh báo hiệu; (iii) đơn vị báo hiệu

điền đầy (Fill-in Signal Unit) đƣợ c sử dụng để phát hiện lỗi đƣờ ng truyền trên các

kênh báo hiệu trong trƣờ ng hợ p không còn đơn vị bản tin MSU nào để trao đổi

thông tin trên đƣờ ng truyền.

Các thành phần phân lớ p MTP gồm 3 lớ p: liên k ết dữ liệu báo hiệu, liên k ết báo

hiệu và mạng báo hiệu.

Lớ p liên k ết dữ liệu báo hiệu thực chất là lớp đƣờ ng truyền vật lý, lớ p này không

quan tâm tớ i nội dung thông tin đang mang mà chỉ quan tâm tớ i tính chất và tình

tr ạng kênh truyền. Kênh báo hiệu là đƣờ ng truyền dẫn hai chiều và có thể là số hay

tƣơng tự. Lớ p liên k ết dữ liệu báo hiệu xác định các tính chất vật lý và đặc điểm

chức năng của kênh báo hiệu.



44

Các chức năng lớ p liên k ết báo hiệu là điều khiển việc nhận và gửi các bản tin

báo hiệu giữa các điểm báo hiệu một cách tin cậy và chính xác không có lỗi và

không bị trùng lặ p. Về mặt chức năng, lớ p liên k ết báo hiệu thực hiện các nhiệm vụ:

đồng bộ cờ hiệu và định dạng giớ i hạn các bản tin; phát hiện và sửa các bản tin lỗi;

đồng bộ ban đầu; điều khiển ngừng hoạt động bộ xử lý khi xảy ra sự cố và điều

khiển luồng dữ liệu lớ p 2.

Lớ p mạng báo hiệu trong phần chuyển giao bản tin MTP đƣợ c chia thành hai

phần chức năng chính: Phần xử lý bản tin báo hiệu và quản lý mạng báo hiệu. Phần

xử lý bản tin báo hiệu gồm hai chức năng: nhận dạng và phân phối bản tin báo hiệu;định tuyến bản tin báo hiệu. Phần quản lý mạng báo hiệu gồm 3 phần quản lý: lƣu

lƣợ ng báo hiệu; kênh báo hiệu; tuyến báo hiệu. Ngoài ra còn có chức năng kiểm thử

và bảo dƣỡ ng mạng báo hiệu. Các chức năng định tuyến và thủ tục thiết lậ p cuộc

gọi qua hệ thống báo hiệu số 7 đƣợ c trình bày trong mục tiế p theo.

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

Hệ thống báo hiệu số 7 là cốt lõi của mạng chuyển mạch điện thoại công côngPSTN. Bên cạnh các chức năng điều khiển và báo hiệu cho các cuộc gọi, SS7 còn

đƣợ c sử dụng cho các dịch vụ mạng thông minh IN cho các ứng dụng dữ liệu. Các

địa chỉ node trong SS7 đƣợ c gọi là các mã điểm (point code), chúng là các địa chỉ

logic và đƣợ c nhận dạng tại lớ p 3 của chồng giao thức SS7. Có hai dạng mã điểm

đƣợ c sử dụng trên thế giớ i hiện nay tuân theo chuẩn của ANSI và ITU đƣợ c mô tả

trên hình 2.7.

(a)

(b)

Hình 2.7 : Mã điể m theo tiêu chuẩ n ANSI và ITU

Mã điểm báo hiệu theo tiêu chuẩn của ANSI có độ dài 24 bit và đƣợ c chia thành

3 trƣờ ng chức năng 8 bit gồm: Số hiệu mạng, nhóm và thành viên. Cách đánh địa

chỉ theo ANSI tƣơng tự nhƣ cách đánh địa chỉ IP. Trƣờng 8 bit đầu tiên nhận dạng

bở i nhà cung cấ p mạng SS7, trƣờ ng thứ hai nhận dạng điểm mã báo hiệu SSP và



45

trƣờ ng chức năng thứ 3 chỉ ra các thành viên k ết nối tới điểm mã báo hiệu. Mã điểm

báo hiệu theo ITU có độ dài 14 bit và chia thành 3 trƣờ ng chức năng: trƣờ ng thứ

nhất gồm 3 bit để nhận dạng vùng, trƣờ ng thứ hai gồm 8 bit để nhận dạng mạng vàtrƣờ ng thứ 3 gồm 3 bit là nhận dạng điểm báo hiệu SSP.

Hình 2.8: C ấ u hình nút và liên k ế t mạng SS7

Hình 2.8 mô tả một mạng SS7 điển hình gồm các kiểu node trong mạng SS7nhƣ: Điểm chuyển mạch dịch vụ SSP, Điểm chuyển tiế p dịch vụ STP và điểm điều

khiển dịch vụ SCP. Sáu dạng liên k ết đƣợc định nghĩa trong mạng SS7 gồm:

o Liên k ết truy nhậ p (A-link) k ết nối các SSP tớ i STP, hoặc SCP tớ i STP.

o Liên k ết cầu nối (B-link) k ết nối các STP không cùng lớ p.

o Liên k ết chéo (C-link) k ết nối chéo các STP cùng lớ p.

o Liên k ết tr ực giao (D-link) k ết nối các SSP tớ i các STP của vùng khác.

o

Liên k ết mở r ộng (E-link) sử dụng để k ết nối một SSP tớ i STP của vùng

khác.

o Liên k ết đủ (F-link) sử dụng để k ết nối tr ực tiế p hai nhóm SSP.

Định tuyến các bản tin báo hiệu trong mạng SS7 đƣợ c thực hiện theo phƣơng

pháp từng chặng (hop-by-hop) và dựa trên một tậ p luật định tuyến dƣới đây:

o Một bản tin phát ra từ SSP tớ i một SSP k ết nối tr ực tiế p sẽ chọn đƣờ ng F-

link trƣớ c. Nếu F-link không tồn tại, bản tin sẽ chọn A-link là tuyến đƣờ ng

dẫn cho bản tin.



46

o Một bản tin từ một SSP tớ i một SSP khác đƣợ c phục vụ bở i một cặ p STP

đƣợc định tuyến theo đƣờ ng A-link tớ i STP của vùng sau đó mới đƣợ c

chuyển tiế p.o

Một bản tin đã tớ i STP của vùng đích lựa chọn A-link để k ết nối tớ i SSP

đích, nếu A-link không tồn tại, bản tin theo đƣờ ng C-link tớ i STP cùng cặ p

để k ết nối tới SSP đích.

o Một bản tin đã tớ i STP của vùng đích có thể chọn E-link tới SSP đích, nếu E-

link không tồn tại, bản tin đƣợc định tuyến tớ i STP của vùng nguồn theo B-

link. Lựa chọn tiế p theo là sử dụng B-link tới vùng đích thứ hai của SSP

hoặc sử dụng C-link tớ i các vùng khác có k ết nối tới SSP đích.

o Một bản tin từ một SSP tớ i một SCP thực hiện định tuyến trên F-link nếu F-

link tồn tại, nếu F-link không tồn tại, bản tin sẽ đƣợc định tuyến tớ i STP

nguồn trên đƣờ ng A-link để k ết nối tớ i SCP.

Dựa trên các luật trên, mạng báo hiệu SS7 xây dựng một cấu trúc dự phòng

cho phép định tuyến đa đƣờ ng giữa hai node SS7. Một tuyến trong mạng SS7 là

một tậ p liên k ết tuần tự định nghĩa con đƣờ ng từ SSP nguồn tới SSP đích, một tậ p

hợ p tuyến gồm nhiều tuyến từ nguồn tới đích có ít nhất hai tuyến: một tuyến sơ cấ pvà một tuyến thứ cấp, điều này cho phép cung cấ p tùy chọn luân phiên tại mỗi nút.

Hình 2.9: Trườ ng thông tin l ớ p 3 của bản tin báo hiệu

Việc định tuyến bản tin báo hiệu đƣợ c dựa trên chức năng xử lý bản tin báo hiệu

của một User nào đó tại điểm báo hiệu nguồn đƣợ c gửi đến đúng User thích hợ p tại

điểm báo hiệu đích. Chức năng này đƣợ c thực hiện dựa vào các bit trong các trƣờ ng

thông tin dịch vụ SIO (Service Information Octet) và nhãn định tuyến trong trƣờ ng



47

thông tin báo hiệu SIF (Signalling Information Field) của bản tin báo hiệu nhƣ chỉ

ra trên hình 2.9.

Trƣờng SIO trong đơn vị báo hiệu MSU chứa dữ liệu chỉ thị dịch vụ SI (Service

Indicatior)) và trƣờ ng dịch vụ con SSF (Sub Service Field). Chỉ thị dịch vụ SI để

thực hiện việc phân phối bản tin theo dịch vụ định sẵn và trƣờ ng dịch vụ con SSF

chứa các bit chỉ thị mã quốc gia, bit dự phòng phục vụ cho định tuyến bản tin.

Nhãn định tuyến tiêu chuẩn có độ dài 32 bit và đƣợc đặt ở đầu trƣờ ng thông tin

báo hiệu SIF. Nhãn chứa toàn bộ thông tin cần thiết để định tuyến bản tin tới đích

cuối cùng. Mã điểm báo hiệu đích DPC (Destination Point Code) xác định điểmđích của bản tin. Mã điểm báo hiệu nguồn OPC (Original Point Code) xác định

điểm xuất phát của bản tin. Các mã này thuần tuý ở dạng nhị phân. Trƣờ ng chọn

kênh báo hiệu SLS (Signaling Link Selection) đƣợ c sử dụng khi cần thiết, để thực

hiện nhiệm vụ chia tải.

Chức năng định tuyến bản tin chủ yếu dựa trên thông tin DPC và SLS chứa

trong nhãn định tuyến. Tuy nhiên, trong một số trƣờ ng hợp định tuyến sử dụng cả

trƣờ ng SI cho từng dịch vụ. Mỗi điểm báo hiệu SSP đều có bảng định tuyến cho

phép SSP xác định kênh báo hiệu để gửi bản tin trên cơ sở DPC và trƣờ ng SLS.

Nhằm chia tải, định tuyến cho phép truyền trên kênh khác hay chùm kênh khác theo

nhiều đƣờ ng dẫn khác nhau.

Thủ tục thiết lậ p cuộc gọi trong mạng PSTN có thể chia thành hai kiểu cuộc gọi:

cuộc gọi thoại và cuộc gọi ISDN. Trƣớ c khi mô tả thủ tục cuộc gọi, ta xem xét một

số bản tin thƣờng đƣợ c sử dụng. Thủ tục thiết lậ p báo hiệu cho một cuộc gọi thông

thƣờng đƣợ c thực hiện qua các bản tin báo hiệu chính sau:

o Bản tin địa chỉ khở i tạo IAM (Initial Adress Message): IAM là bản tin đƣợ c

gửi trƣớc tiên trên hƣớng đi trong quá trình thiết lậ p cuộc gọi. IAM chứa

thông tin địa chỉ và một số thông tin phụ tr ợ liên quan đến việc định tuyến và

xử lý cuộc gọi. Trƣờ ng chức năng SIF chứa nhãn định tuyến và các thông tin

nhƣ: địa chỉ thuê bao, chỉ thị bản tin và kiểu thuê bao...



48

o Bản tin địa chỉ khở i tạo vớ i thông tin phụ tr ợ IAI (Initial address signal with

additional information): Tƣơng tự nhƣ bản tin IAM nhƣng bổ sung thêm các

thông tin phụ tr ợ về thuê bao chủ gọi nhƣ loại thuê bao hay phƣơng pháp tính

cƣớ c.

o Bản tin địa chỉ k ế tiế p SAM (Subsequent Address Message): Là bản tin

hƣớ ng đi để truyền các con số địa chỉ theo phƣơng thức từng bƣớc. Phƣơng

thức gửi tr ọn số của thuê bao đƣợ c xử lý bở i bản tin IAM hoặc IAI.

o Bản tin địa chỉ k ế tiế p một tín hiệu địa chỉ SAO (Subsequent Address

Message With One Signal): SAO cho phép việc sử dụng linh động phƣơng

pháp truyền nếu mỗi bản tin chỉ chứa theo một chữ số (4 bit).

o Bản tin k ết thúc nhận địa chỉ ACM (Address Complete Message): ACM là

bản tin tr ả lờ i xác nhận đƣợ c sử dụng trong các cuộc thoại và cả các cuộc gọi

ISDN. Bản tin này chứa thông tin báo hiệu r ằng tất cả các tín hiệu cần thiết

để định tuyến cuộc gọi đến thuê bao bị gọi đã đƣợ c nhận đầy đủ.

o Bản tin báo hiệu tr ả lời, tính cƣớc ACN (Answer, Charge): ACN đƣợ c gửi

trên hƣớ ng về để biểu thị r ằng cuộc gọi đã đƣợ c tr ả lời và xác định thờ i điểmtính cƣớ c.

o Bản tin giải phóng hƣớ ng về CBK (Clear - Back): CBK là bản tin hƣớ ng về

để chỉ thị k ết thúc cuộc gọi.

o Bản tin giải phóng hƣớng đi CLF (Clear -forward): CLF là bản tin gửi trên

hƣớng đi để để k ết thúc cuộc gọi và giải phóng kênh đang chiếm dụng.

o Bản tin giải phóng hoàn toàn (Release Guard): Là bản tin tr ả lờ i của bản tin

CLF để xác nhận kênh đƣợc dùng trƣớc đó trở về tr ạng thái r ỗi.

Các bƣớ c báo hiệu để thiết lậ p và giải phóng cuộc gọi thông thƣờ ng gồm:

1) Khi bên chủ gọi nhấc máy, tổng đài nhận đƣợ c yêu cầu thiết lậ p cuộc gọi và

gửi âm mờ i quay số.

2) Khi nhận và xử lý xong số thuê bao bị gọi, tổng đài sẽ chiếm dùng một kênh

thoại ngõ ra đồng thờ i gửi đi bản tin IAM hoặc IAI tuỳ theo bản tin gửi đi có

kèm theo thông tin phụ tr ợ hay không. Đồng thờ i lúc bản tin IAM hoặc IAI



49

đƣợ c gửi, nếu cần kiểm tra tính liên tục của đƣờ ng thoại (Continuity

Checking) thì bộ phận gửi và nhận các âm hiệu kiểm tra đƣợc điều khiển k ết

nối vào.

3) Khi nhận đƣợ c bản tin IAM hoặc IAI, tổng đài kết cuối phải xác định r ằng có

cần phải thực hiện việc kiểm tra tính liên tục của đƣờ ng thoại hay không

bằng cách xem xét nội dung thông tin trong bản tin IAM hoặc IAI. Tổng đài

bên bị gọi bắt đầu phân tích các chữ số địa chỉ nhận đƣợ c trong bản tin IAM

hay IAI.

4) Kiểm tra tính liên tục thành công để đảm bảo mạch thoại tốt gồm: Bộ phận

gửi âm hiệu kiểm tra đƣợ c giải toả, và bản tin báo hiệu tính liên tục đƣợ c gửi

đi đến tổng đài bên bị gọi.

5) Khi tổng đài kết cuối cuộc gọi nhận đƣợ c bản tin báo hiệu tính liên tục của

đƣờ ng truyền (Continuity signal) điều này biểu thị r ằng việc kiểm tra tính

liên tục của đƣờ ng thông thoại đã thành công. Tổng đài sẽ giải toả việc nối

mạch cho việc kiểm tra này.

6)

Nhận đƣợ c thêm các con số khi thuê bao sử dụng phƣơng thức quay số overlap thì các con số tiế p theo đƣợ c gửi trong bản tin SAM hay SAO.

7) Khi tổng đài bên bị gọi đã hoàn tất việc phân tích số và thiết lậ p cuộc nối thì

sẽ gửi bản tin ACM để thông báo hoàn thành việc nhận địa chỉ. Bản tin ACM

chứa thông tin về cƣớc (tính cƣớc, không tính cƣớ c và dạng coin-box) cũng

nhƣ trạng thái thuê bao bị gọi (r ỗi, chƣa xác định).

8) Khi nhận đƣợ c bản tin ACM, tổng đài bên chủ thực hiện nối thông đƣờ ng

thoại cho tín hiệu hồi âm chuông từ phía tổng đài bị gọi tớ i thuê bao chủ gọi.

9) Khi thuê bao bị gọi nhấc máy, bản tin tr ả lờ i ANM sẽ đƣợ c gửi đi kèm theo

thông tin tính cƣớ c (có, không).

10) Khi nhận đƣợ c bản tin ANM, tổng đài chủ gọi thực hiện việc tính cƣớ c.

11) Khi thuê bao bị gọi đặt máy k ết thúc cuộc gọi, bản tin giải toả cuộc gọi theo

hƣớ ng về (CBK) sẽ đƣợ c gửi tớ i tổng đài chủ gọi.



50

12) Khi nhận đƣợ c bản tin CBK, tổng đài chủ gọi sẽ báo cho thuê bao gọi bằng

âm hiệu báo gác máy. Khi thuê bao gọi gác máy, bản tin giải toả cuộc gọi

theo hƣớng đi (CLF) sẽ đƣợ c gửi đi.

13) Khi tổng đài kết cuối nhận đƣợ c bản tin CLF, mạch thoại sẽ đƣợ c giải toả và

tr ở về tr ạng thái r ỗi. Bản tin RLG sẽ đƣợ c gửi đến tổng đài xuất phát cuộc

gọi để k ết thúc.

14) Nhận đƣợ c bản tin RLG tổng đài kết thúc cuộc nối.

Bên cạnh các bản tin sử dụng để thiết lậ p cuộc gọi tƣơng tự nhƣ cho cuộc gọi

thông thƣờ ng, cuộc gọi ISDN đƣợ c bổ sung bở i một số bản tin để quản lý và giải phóng kênh gồm: Bản tin giải phóng cuộc nối REL (release) để giải phóng kênh nối

k ể cả k ết nối không thành công; bản tin giải phóng hoàn toàn REC (realease

complete) để xác nhận kênh hoàn toàn r ỗi để sử dụng cho các k ết nối khác.

Các bƣớ c thủ tục chính trong quá trình thiết lậ p, quản lý và giải phóng cuộc gọi

ISDN chỉ ra trên hình 2.16 gồm:

1) Khi thuê bao ISDN bắt đầu cuộc gọi, bản tin SETUP đƣợ c truyền từ thiết bị

đầu cuối đến mạch DSLC sử dụng kênh D.

2) Tổng đài xuất phát cuộc gọi chuyển đổi bản tin SETUP nhận đƣợ c thành bản

tin ISUP IAM r ồi gửi tớ i tổng đài bên bị gọi.

3) Khi tổng đài bên bị gọi nhận đƣợ c bản tin IAM, tổng đài gửi bản tin SETUP

tớ i thiết bị đầu cuối thuê bao bị gọi.

4) Thiết bị đầu cuối bên bị gọi thông báo cho thuê bao bên đó nhu cầu liên lạc.

Đồng thờ i thiết bị đầu cuối gửi bản tin ALERT tớ i tổng đài bên đó để báor ằng thuê bao đang bị gọi.

5) Khi tổng đài bên bị gọi nhận đƣợ c bản tin ALERT, tổng đài gửi bản tin ISUP

ACM (địa chỉ hoàn thành) cho tổng đài bên gọi.

6) Khi thuê bao bên bị gọi tr ả lờ i, thiết bị đầu cuối bên đó gửi bản tin CONN tớ i

tổng đài bên bị gọi mà ở đó bản tin chuyển đổi thành bản tin ANM (tr ả lờ i)

r ồi gửi tớ i tổng đài bên gọi.



51

K ết thúc cuộc gọi từ phía chủ gọi hoặc bị gọi. Khi phía chủ gọi hoặc bị gọi đặt

máy, cuộc đàm thoại k ết thúc, thiết bị đầu cuối gửi bản tin DISC tớ i tổng đài. Khi

tổng đài nhận đƣợ c bản tin này, tổng đài gửi bản tin REL cho tổng đài bên kia.

Hình 2.10: Lưu đồ báo hiệu cho cuộc g ọi ISDN

2.3 BỘ GIAO THỨ C BÁO HIỆU H.323

2.3.1 Thành phần mạng báo hiệu H.323

H.323 là bộ giao thức của ITU-T định nghĩa các dịch vụ truyền thông đa

phƣơng tiện trên cơ sở mạng chuyển mạch gói. Phiên bản đầu tiên đƣợc đƣa ra vào

năm 1996 và gồm 5 phiên bản. Phiên bản 1 và 2 hỗ tr ợ giao thức H.245 trên nền

giao thức điều khiển truyền dẫn TCP (Transmision Control Protocol), Q.931 trên

nền TCP và các thủ tục đăng ký, quản tr ị và tr ạng thái RAS (Registration,

Admission and Status) trên nền giao thức dữ liệu ngƣờ i dùng UDP (User Datagram



52

Protocol). Các phiên bản 3 và 4 hỗ tr ợ thêm H.245 và Q.931 trên cả nền TCP và

UDP. Phiên bản 5 hỗ tr ợ các kiến trúc báo hiệu đảm bảo chất lƣợ ng dịch vụ.

Hình 2.11: Các thành phần mạng H.323

Kiến trúc H.323 đƣợ c sử dụng r ộng rãi trên cả mạng cục bộ LAN hoặc mạng

gói diện r ộng WAN. Phiên thiết lậ p truyền thông đa điểm trong hệ thống H.323

đƣợc điều khiển bở i khối điều khiển đa điểm H.323. H.323 sử dụng trong mạng

WAN thông qua Gatekeeper hoặc các thiết bị Gateway. Gatekeeper còn có các chức

năng biên dịch địa chỉ, quản lý vùng, điều khiển băng thông, quản lý băng thông,

điều khiển cuộc gọi. Mọi k ết nối WAN đều đƣợ c xử lý bằng một hoặc nhiều

gateway H.323.Về mặt k ỹ thuật, bất k ể thiết bị nào nằm ngoài gateway H.323 đều

không đƣợc đề cậ p trong khuyến nghị H.323, nhƣng các gateway H.323 có thể phối

hợ p hoạt động vớ i các loại thiết bị khác nhau trong các cấu trúc mạng khác nhau.

Cấu hình mạng H.323 điển hình bao gồm các thành phần sau:

(i) Đầu cuố i H.323

Thiết bị đầu cuối H.323 gắn liền vớ i vớ i ngƣờ i sử dụng để thực hiện truyền

thông chiều đa phƣơng tiện. Các đầu cuối H.323 cần phải hỗ tr ợ các chuẩn báo hiệu

và thủ tục k ết nối sau:

o Chuẩn H.225 cho quá trình báo hiệu và thiết lậ p cuộc gọi.

Đầu cuối H.323 Gateway

Mạng chuyểnmạch kênh

Gatekeeper Khối đa điểm

Mạng chuyểnmạch gói

Mạng chuyểnmạch kênh



53

o Chuẩn H.245 cho việc trao đổi khả năng của đầu cuối và để tạo các kênh

thông tin.

o

RAS cho việc đăng ký và điều khiển các hoạt động quản lý khác vớ i GK

o RTP/R TCP đƣợ c sử dụng cho việc truyền các gói tin đa phƣơng tiện.

o Các chuẩn mã hoá thoại.

(ii) Gateway

Gateway thực hiện chức năng chuyển đổi báo hiệu và dữ liệu giữa mạng IP và

các mạng khác. Làm cầu nối cho phép các mạng hoạt động dựa trên các giao thức

khác nhau có thể phối hợ p vớ i nhau. Cấu trúc của Gateway bao gồm bộ điều khiểncổng đa phƣơng tiện MGC (Media Gateway controller), cổng đa phƣơng tiện MG

(Media Gateway) và cổng báo hiệu SG (Signalling Gateway) đƣợ c minh họa trong

hình 2.12.

Hình 2.12: C ấ u t ạo của Gateway.

Các đặc tính cơ bản của một Gateway trong giao thức H.323 gồm có:

o Một Gateway phải hỗ tr ợ các giao thức báo hiệu hoạt động trong mạng

H.323 và mạng sử dụng chuyển mạch kênh.

o Về phía H.323, Gateway phải hỗ tr ợ báo hiệu điều khiển H.245 cho quá

trình trao đổi khả năng hoạt động của đầu cuối cũng nhƣ của Gateway,

báo hiệu cuộc gọi H.225, báo hiệu RAS. Về phía mạng chuyển mạch

kênh, Gateway phải hỗ tr ợ các giao thức hoạt động trong mạng chuyển

mạch kênh (nhƣ SS7 sử dụng trong PSTN).



54

(iii) Gatekeeper

Một Gatekeeper đƣợ c xem là khối trung tâm điều khiển cuộc gọi trong mạng sử

dụng H.323. Mặc dù là thành phần tuỳ chọn, nhƣng Gatekeeper cung cấ p các dịch

vụ quan tr ọng nhƣ biên dịch địa chỉ, sự phân quyền và nhận thực cho thiết bị đầu

cuối và Gateway, quản lý băng thông, thu thậ p số liệu và tính cƣớ c. Các chức năng

này đƣợ c mô tả trong hình 2.13.

Hình 2.13: Chức năng của một Gatekeeper

(iv) Khối điề u khiển đa điể m MCU

MCU là thành phần hỗ tr ợ dịch vụ hội nghị điểm đa điểm nếu phiên làm việc có

sự tham gia của từ 2 đầu cuối H.323 tr ở lên. Mọi đầu cuối tham gia vào hội nghị

đều phải thiết lậ p một k ết nối vớ i MCU. MCU gồm hai chức năng cơ bản: Điều

khiển đa điểm và nhận, xử lý các luồng dữ liệu cho phiên đa điểm.

2.3.2 Các giao thứ c báo hiệu cuộc gọi trong H.323

Tiêu chuẩn H.323 có tham chiếu đến một tiêu chuẩn khác của ITU-T là H.225.

H.225 thực hiện báo hiệu cho việc điều khiển cuộc gọi. H.225 có quyền giống nhƣ

H.323 để xác định một tậ p hợ p các khả năng báo hiệu cuộc gọi cho luồng đa

phƣơng tiện. H.225 sử dụng các bản tin đƣợc định nghĩa theo chuẩn báo hiệu điều

khiển H.245 để thiết lậ p và giải phóng các kênh dữ liệu đa phƣơng tiện.

Gatekeeper

H.225.0RAS

(server)

H.225.0Báo hiệucuộc gọi

H.245Báo hiệu

điều khiển

Dịch vụ tínhcƣớ c

Dịch vụ bảo mật

Dịch vụ thƣmục

Quản lýcuộc gọi/

chính sáchCác giao thức truyền tải và giao diện

mạng



55

Hình 2.14: Mô hình k ế t nố i báo hiệu trong H.323

Các thủ tục H.225 cho phép chuyển các bản tin báo hiệu từ thiết bị gửi tớ i thiết bị

nhận. Yêu cầu thiết lậ p cuộc gọi đƣợ c thực hiện trên các kênh H.225 là đăng ký,quản lý và báo hiệu RAS (Register, Administrator and Signalling). RAS đƣợc định

nghĩa nhƣ một tài nguyên mạng và sử dụng UDP nhƣ một phƣơng thức truyền tải.

Kênh RAS giúp các thiết bị có thể giám sát đƣợ c tín hiệu khở i tạo của các cuộc k ết

nối.

Khi các yêu cầu đƣợ c truyền trên RAS tớ i Gatekeeper, Gatekeeper tr ả lờ i các

thông tin về phía chủ gọi các thông tin bao gồm địa chỉ IP và số cổng TCP của thiết

bị bên bị gọi, cho phép ngƣờ i gọi thiết lậ p một k ết nối TCP.

Để xem xét các luồng thông tin báo hiệu trong H.323, ta xem xét một mô hình

k ết nối đơn giản nhƣ trên hình 2.14. Các thông tin báo hiệu điều khiển cuộc gọi

đƣợ c thực hiện trên các k ết nối từ thiết bị đầu cuối tớ i Gatekeeper và gateway.

Các bản tin của Q.931 đƣợ c sử dụng tiế p theo sau khi quá trình bắt tay thành

công qua RAS. Nếu hệ thống không có Gatekeeper thì không cần đến RAS và

Q.931 là giao thức sẽ đƣợ c sử dụng để thiết lậ p cuộc thoại giữa các đầu cuối. Q.931

thực hiện việc trao đổi tr ực tiế p các thông báo giữa 2 đầu cuối vớ i mục đích thiết

lậ p cuộc gọi và chấm dứt cuộc gọi khi một trong các bên k ết thúc hội thoại.

Khi hai bên đồng ý tham gia cuộc gọi sau quá trình bắt tay qua Q.931 thì bƣớ c

tiế p theo là hai bên thống nhất một cách thức hội thoại phù hợ p bao gồm các công

việc sau: thỏa thuận về bộ CODEC đƣợ c sử dụng, mở hai cổng UDP k ề nhau cho

các kênh logic truyền và điều khiển dòng thông tin đa phƣơ ng tiện, quản lý kênh



56

logic thông qua việc xác lậ p máy chủ/máy khách, điều khiển tốc độ truyền dòng bit.

Các công việc trên đƣợ c thực hiện qua H.245.

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

Trong quá trình thiết lậ p cuộc gọi qua H.323 gồm 5 giai đoạn theo ví dụ chỉ trên

hình 2.15 trên đây gồm:

Giai đoạn 1: Giai đoạn thiết lậ p cuộc gọi. Trong quá trình này, đầu cuối chủ gọi

thông báo cho bên bị gọi yêu cầu mở một kênh audio. Giai đoạn này cũng xác định

bản tin vớ i mục đích thông báo cho chủ gọi là bên bị gọi đã nhận đƣợ c thông báo về

cuộc gọi. Độ chính xác của tín hiệu thiết lậ p cuộc gọi tuỳ thuộc vào cấu hình mạng,

cụ thể là sự tồn tại và vị trí của các Gatekeeper. Trong mọi tr ƣờ ng hợ p, đầu cuối chủ

gọi sẽ bắt đầu một k ết nối có chƣa địa chỉ IP kênh điều khiển H245 vớ i mục đích

thiết lậ p kênh truyền thông bằng bản tin H.245.

Hình 2.15: Tiế n trình xử lý báo hiệu một cuộc g ọi đơn giản trong H.323

Giai đoạn 2: Giai đoạn truyền thông và thiết lậ p khả năng trao đổi. Khi hoàn thành

giai đoạn thiết lậ p cuộc gọi, cả 2 đầu cuối sẽ bƣớ c sang giai đoạn 2. Giai đoạn này



57

liên quan đến thiết lậ p kênh điều khiển H.245 thông qua việc trao đổi thông tin có

liên quan đến khả năng của từng điểm trong cuộc gọi. Trong tr ƣờ ng hợ p này là khả

năng liên quan đến kiểu loại kênh truyền thông đƣợ c hỗ tr ợ . Ví dụ các gateway

H.323 phải hỗ tr ợ cho các kênh audio.

Giai đoạn 3: Giai đoạn thiết lậ p và truyền thông audio. Trong giai đoạn này, các đầu

cuối sẽ trao đổi để thiết lậ p các kênh logic sẽ truyền tải các luồng thông tin. Đối vớ i

thông tin audio, mỗi đầu cuối cuộc gọi sẽ mở một kênh duy nhất bở i vì sẽ không có

một yêu cầu nào có cùng mã hoặc tốc độ bit đƣợ c sử dụng theo cả hai hƣớ ng.

Giai đoạn 4: Giai đoạn xác lậ p tham số cuộc gọi. Tham số cuộc gọi là những thayđổi các tham số đã đƣợ c thoả thuận trong 3 giai đoạn trên. Các tham số này gồm cả

việc điều chỉnh băng tần mà cuộc gọi đòi hỏi, bổ sung hoặc loại bỏ các thành phần

tham gia cuộc gọi hoặc trao đổi tr ạng thái giữ tham số giữa gateway và đầu cuối.

Giai đoạn 5: Giải phóng cuộc gọi: Thiết bị muốn giải phóng cuộc gọi H.323 có thể

tiến hành đơ n giản bằng cách cho phép chuyển các bản tin xoá cuộc gọi giống nhƣ

chuyển các bản tin thiết lậ p cuộc gọi đƣợ c sử dụng lúc bắt đầu cuộc gọi. Cũng

giống nhƣ khi thiết lậ p, các thủ tục giải phóng cuộc gọi khác nhau tuỳ thuộc vào vai

trò của Gatekeeper trong cuộc gọi.

Nhƣ vậy, qua mô tả một cuộc gọi điển hình trên đây cho thấy các giao thức

nguyên thuỷ sử dụng điều khiển cuộc gọi trong H.323 là các giao thức H.225 và

H.245. Ngoài ra, giao thức báo hiệu từ đầu cuối tới đầu cuối đƣợ c hỗ tr ợ bở i Q.931.

2.4 GIAO THỨ C KHỞ I TẠO PHIÊN SIP

Theo định nghĩa của IETF, “Giao thức khở i tạo phiên” SIP (Session Initiation

Protocol) là “giao thức báo hiệu lớ p ứng dụng mô tả việc khở i tạo, thay đổi và giải

phóng các phiên k ết nối tƣơng tác đa phƣơng tiện giữa những ngƣờ i sử dụng”.

SIP dựa trên ý tƣở ng và cấu trúc của HTTP (HyperText Transfer Protocol) là

giao thức trao đổi thông tin của World Wide Web. SIP đƣợc định nghĩa nhƣ một

giao thức chủ/tớ (Client/Server), trong đó các yêu cầu đƣợ c chủ gọi (Client) đƣa r a



58

và bên bị gọi (Server) tr ả lờ i. SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trƣờ ng mào

đầu của HTTP, xác định nội dung luồng thông tin theo mào đầu thực thể (mô tả nội

dung - kiểu loại) và cho phép xác nhận các phƣơng pháp sử dụng giống nhau đƣợ c

sử dụng trên Web.

SIP định nghĩa các bản tin INVITE và ACK giống nhƣ bản tin Setup và Connect

trong H.225, trong đó cả hai đều định nghĩa quá trình mở một kênh đáng tin cậy mà

thông qua đó cuộc gọi có thể đi qua. Tuy nhiên khác với H.225, độ tin cậy của kênh

này không phụ thuộc vào TCP mà có thể tích hợ p vào lớ p ứng dụng nhằm nâng cao

khả năng tối ƣu hóa. SIP dựa vào giao thức mô tả phiên SDP (Session DescriptionProtocol) để thực hiện sự sắ p xếp tƣơng tự theo cơ cấu chuyển đổi dung lƣợ ng của

H.245. SDP đƣợc dùng để nhận dạng mã thiết bị chuyển mạch và can thiệ p vào giao

thức báo hiệu luồng thờ i gian thực RTSP (Real Time Stream Protocol) để sắ p xế p

các tham số và khuôn dạng dữ liệu chung cho nhiều loại thông tin khi chuyển trong

SIP.

SIP là một giao thức điều khiển lớ p ứng dụng mà có thể thiết lậ p, sửa đổi và k ết

thúc các phiên truyền thông đa phƣơng tiện. SIP có thể mờ i các thành viên tham gia

vào các phiên truyền thông đơn hƣớ ng hoặc đa hƣớ ng. SIP hỗ tr ợ việc ánh xạ tên và

các dịch vụ chuyển tiế p một cách trong suốt, vì thế cho phép thực hiện các dịch vụ

thuê bao điện thoại của mạng thông minh và mạng ISDN. SIP hỗ tr ợ 5 khía cạnh

của việc thiết lậ p và k ết thúc các truyền thông đa phƣơng tiện sau:

o

Định vị ngƣời dùng (User location): xác định hệ thống đầu cuối đƣợ c sử

dụng trong truyền thông.o

Các khả năng ngƣời dùng (User capabilities): xác định phƣơng tiện và các

thông số phƣơng tiện đƣợ c sử dụng.

o Tính khả dụng ngƣời dùng (User Availability): xác định sự sẵn sàng của

bên đƣợ c gọi để tiến hành truyền thông.

o Thiết lậ p cuộc gọi (Call setup): thiết lậ p các thông số của cuộc gọi tại cả

hai phía bị gọi và chủ gọi.



59

o Xử lý cuộc gọi (Call handling): bao gồm truyền tải và k ết thúc cuộc gọi.

2.4.1 Thành phần mạng báo hiệu SIP

Các thành phần chính của một hệ thống SIP bao gồm các thành phần sau: Đầu

cuối SIP (UAC/UAS); Proxy server; Location server; Redirect server; Registrar

server.

Hình 2.16: C ấ u trúc của hệ thố ng SIP

User Agent là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, nó có thể là một máy điện thoại

SIP hay một máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP. UA có thể khở i tạo, thay đổi

hay giải phóng cuộc gọi. Trong đó phân biệt hai loại UA: UAC (User Agent Client)

và UAS (User Agent Server). UAC là một thực thể thực hiện việc khở i tạo một cuộc

gọi còn UAS là một thực thể thực hiện việc nhận cuộc gọi. Nhƣng cả UAC và UAS

đều có thể giải phóng cuộc gọi.

Proxy Server là phần mềm trung gian hoạt động cả nhƣ Server và cả nhƣ Clientđể thực hiện các yêu cầu thay thế cho các đầu cuối khác. Tất cả các yêu cầu đƣợ c

xử lý tại chỗ bở i Proxy Server (nếu có thể) hoặc nó chuyển đến cho các máy chủ

khác. Trong trƣờ ng hợ p Proxy Server không tr ực tiếp đáp ứng các yêu cầu này thì

Proxy Server sẽ thực hiện khâu chuyển đổi hoặc dịch sang khuôn dạng thích hợ p

trƣớ c khi chuyển đi.



60

Location Server là phần mềm định vị thuê bao, cung cấ p thông tin về những vị trí

có thể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy Server và Redirect Server.

Redirect Server là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang

một số địa chỉ khác và gửi lại những địa chỉ này cho đầu cuối. Không giống nhƣ

Proxy Server, Redirect Server không bao giờ hoạt động nhƣ một đầu cuối, tức là

không gửi đi bất cứ một yêu cầu nào. Redirect Server cũng không thực hiện việc

chấ p nhận hay huỷ cuộc gọi.

Registrar Server là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký Register. Trong nhiều

trƣờ ng hợp Registrar Server đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh nhƣ xácnhận ngƣờ i sử dụng. Thông thƣờng Registrar Server đƣợc cài đặt cùng vớ i Proxy

hoặc Redirect Server hoặc cung cấ p dịch vụ định vị thuê bao. Mỗi lần đầu cuối

đƣợ c bật lên (thí dụ máy điện thoại hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký

vớ i Server. Nếu đầu cuối cần thông báo vớ i Server về địa điểm của mình thì bản tin

Register đƣợ c gửi đi. Nói chung các đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một

cách định k ỳ.

2.4.2 Kiến trúc chức năng

SIP là một giao thức phân lớ p cho phép nhiều module khác nhau thực hiện chức

năng độc lậ p vớ i sự k ết nối lỏng giữa mỗi lớ p. Cấu trúc của SIP trong quá trình gửi

yêu cầu và nhận đáp ứng đƣợ c phân lớp nhƣ trên hình 2.17.

Cú pháp và mã hóa

Truyền tải

Giao dịch

Giao dịchngười dùng

Hình 2.17: Các l ớ p giao thứ c SIP

Lớp đầu tiên trong giao thức là lớ p cú pháp và mã hóa. Lớ p này sử dụng văn

phạm ABNF (Augmented Backus- Naur Form) để đƣa ra các nguyên tắc mã hóa và



61

khuôn dạng cú pháp cho bản tin SIP. Khuôn dạng này đƣợ c mô tả chi tiết trong

RFC2234.

Lớ p thứ hai trong cấu trúc SIP là lớ p truyền tải. Đây là lớ p chỉ thị cho client gửiyêu cầu và nhận các đáp ứng và server nhận yêu cầu và gửi các đáp ứng nhƣ thế

nào. Lớ p truyền tải gần giống vớ i lớ p socket của một thực thể SIP.

Lớ p thứ ba trong cấu trúc SIP là lớ p giao dịch. Một giao dịch trong các thuật ngữ

SIP là một yêu cầu đƣợ c gửi bở i một client tớ i một server, cùng vớ i tất cả các đáp

ứng cho yêu cầu đƣợc đó đƣợ c gửi từ server về client. Lớ p giao dịch xử lý việc

tƣơng thích đáp ứng cho yêu cầu. Thờ i gian hết hạn của quá trình phát lại và giao

dịch của lớ p ứng dụng cũng đƣợ c xử lý trong lớ p này và phụ thuộc vào giao thức

truyền tải đƣợ c sử dụng. Các giao dịch sử dụng lớ p truyền tải để gửi và nhận yêu

cầu và đáp ứng.

Lớ p thứ tƣ là lớ p giao dịch chứa bốn cơ chế tr ạng thái giao dịch. Mỗi cơ chế

tr ạng thái giao dịch có các tham số định thờ i, nguyên tắc phát lại và nguyên tắc k ết

cuối riêng biệt.

2.4.3 Bản tin SIP và giao thứ c SDP

SIP là giao thức dạng văn bản, sử dụng bộ ký tự ISO 10646 trong mã hoá UTF-8

trong RFC 2279. Điều này tạo cho SIP tính linh hoạt, mở r ộng và dễ thực thi các

ngôn ngữ lậ p trình cấ p cao nhƣ Java, Tol, Perl. Cú pháp của SIP gần giống vớ i giao

thức HTTP, nó cho phép dùng lại mã và đơ n giản hóa sự liên k ết của các máy phục

vụ SIP vớ i các máy phục vụ Web. Tuy nhiên, SIP không phải là một dạng mở r ộng

của HTTP và có thể sử dụng vớ i giao thức UDP. Các dạng bản tin của SIP nhƣ sau:

INVITE - Bắt đầu thiết lậ p cuộc gọi bằng cách gửi bản tin mời đầu cuối khác

tham gia

ACK - Bản tin này khẳng định client đã nhận đƣợ c bản tin tr ả lờ i bản tin INVITE

BYE - Bắt đầu k ết thúc cuộc gọi

CANCEL - Huỷ yêu cầu đang nằm trong hàng đợ i

REGISTER - Đầu cuối SIP sử dụng bản tin này để đăng ký vớ i Registrar Server

OPTIONS - Sử dụng để xác định năng lực của server



62

INFO - Sử dụng để tải các thông tin nhƣ tone DTMF

Giao thức SIP có nhiều điểm trùng hợ p vớ i giao thức HTTP. Các bản tin tr ả lờ i

các bản tin SIP nêu trên gồm có:1xx - Các bản tin chung

2xx - Thành công

3xx - Chuyển địa chỉ

4xx - Yêu cầu không đƣợc đáp ứng

5xx - Sự cố của server

6xx - Sự cố toàn mạng.

C ấ u trúc bản tin SIP

Cả hai loại bản tin trên đều sử dụng chung một định dạng cơ bản đƣợ c quy định

trong RFC 2822 vớ i cấu trúc gồm một dòng khở i đầu (start – line), một số tr ƣờ ng

tiêu đề và một phần thân bản tin tuỳ chọn (hình 2.18).

Hình 2.18: C ấ u trúc bản tin SIP

Trong đó, dòng bắt đầu, các dòng tiêu đề hay các dòng tr ắng phải đƣợ c k ết thúc

bằng một ký tự xuống dòng (CRLF) và phải lƣu ý r ằng dòng tr ắng vẫn phải có để

ngăn cách phần tiêu đề và phần thân của bản tin ngay cả khi phần thân bản tin là

r ỗng.

Start line: Mỗi bản tin SIP đƣợ c bắt đầu vớ i một Start Line, Start Line vận chuyển

loại bản tin (phƣơng thức trong các Request, và mã đáp ứng trong các bản tin đáp

ứng) và phiên bản của giao thức. Start line có thể là Request-Line (trong các yêu

cầu) hoặc là Status-Line (trong các đáp ứng).

Headers: Các trƣờ ng Hearder của SIP đƣợ c sử dụng để vận chuyển các thuộc tính

của bản tin và để thay đổi ý nghĩa của bản tin. Chúng tƣơng tự nhƣ các trƣờ ng tiêu



63

để của bản tin HTTP theo cả cú pháp và ngữ nghĩa. Tiêu đề bản tin bao gồm bốn

loại: tiêu đề chung, tiêu đề yêu cầu, tiêu đề đáp ứng và tiêu để thực thể.

Body: Thân bản tin đƣợ c sử dụng để mô tả phiên đƣợ c khở i tạo (ví dụ: trong một

phiên multimedia phần này sẽ mang loại mã hóa audio và video, tốc độ lấy mẫu …),

hoặc nó có thể đƣợ c sử dụng để mang dữ liệu dƣớ i dạng text hoặc nhị phân (không

đƣợ c dịch) mà liên quan đến phiên đó. Phần thân bản tin có thể xuất hiện trong cả

bản tin yêu cầu và đáp ứng. Các loại Body bao gồm: giao thức mô tả phiên SDP,

mở r ộng thƣ điện tử internet đa mục đích MIME (Multipurpose Internet Mail

Extentions) và các phần định nghĩa trong IETF. SDP là một giao thức lớ p ứng dụng đƣợ c IETF thiết k ế để mô tả các phiên đa

phƣơng tiện và là giao thức dựa trên văn bản. SDP mang thông tin về các luồng

phƣơng tiện để các bên tham gia phiên đa phƣơng tiện có thể biết đƣợ c thông tin

thiết lập tƣơng ứng. SDP chỉ có mục đích mô tả phiên chứ không phải để đàm phán

các phƣơng thức mã hoá phƣơng tiện. Nó không chứa bất k ỳ giao thức chuyển tải

nào. Vì thế thông thƣờng SDP đƣợ c chứa trong phần tải tin của các giao thức khác.

Chẳng hạn phần tải tin trong bản tin INVITE có thể chứa SDP nếu có chỉ thị về nó

trong tiêu đề content-type và content-application. Một bản tin SDP bao gồm các

mức thông tin sau:

o Mô tả mức phiên. Mức này bao gồm nhận dạng phiên và các thông số mức

phiên khác nhƣ địa chỉ IP, chủ đề, thông tin giao tiế p về bộ tạo và/hay phiên.

o Mô tả mức định thờ i. Thờ i gian bắt đầu và k ết thúc, thờ i gian lặ p lại, một hay

nhiều mô tả mức phƣơng tiện.o

Khuôn dạng và loại phƣơng tiện. Giao thức truyền tải và số cổng, các thông

số mức phƣơng tiện khác.

2.4.4 Thủ tục trao đổi thông tin của SIP

Trong một cuộc hội thoại SIP, mỗi bên tham gia đƣợ c gắn một địa chỉ SIP (SIP

URL), địa chỉ này do ngƣờ i dùng đăng ký vớ i SIP Server. Để tạo một cuộc gọi SIP,

phía chủ gọi định vị tớ i máy phục vụ thích ứng và sau đó gửi một yêu cầu SIP. Hoạt



64

động SIP thƣờ ng xuyên nhất là lờ i mờ i các thành viên tham gia hội thoại. Thành

phần Register đóng vai trò tiế p nhận các yêu cầu đăng ký từ UA và lƣu tr ữ các

thông tin này tại một dịch vụ phi SIP (Non-SIP). Một địa chỉ SIP có dạng

user@host. Phần user là một tên của ngƣờ i sử dụng hay tên của một máy điện thoại.

Phần host có thể là một tên miền hoặc một địa chỉ mạng. SIP URL đƣợ c dùng trong

các bản tin SIP để thông báo về nơ i gửi (From), đích hiện thờ i (Request URI) và nơ i

nhận cuối cùng (To) của một yêu cầu SIP và chỉ rõ địa chỉ gián tiế p. Một SIP URL

có thể gắn vào một trang Web hoặc những siêu liên k ết (Hyperlink) khác để thông

báo r ằng ngƣờ i dùng hoặc dịch vụ có thể gọi thông qua SIP.

Quá trình định vị t ớ i máy chủ SIP

Khi một Client muốn gửi đi một yêu cầu, Client sẽ gửi bản tin yêu cầu đó tớ i SIP

máy chủ Proxy, hoặc tớ i địa chỉ IP và cổng tƣơ ng ứng trong địa chỉ của yêu cầu SIP

(Request-URI). Tr ƣờ ng hợ p đầu, yêu cầu đƣợ c gửi tớ i máy chủ Proxy không phụ

thuộc vào địa chỉ của yêu cầu. Vớ i tr ƣờ ng hợ p sau, Client phải xác định giao thức,

cổng và địa chỉ IP của Server mà yêu cầu đƣợ c gửi đến.

Một Client thực hiện các bƣớ c tiế p theo để có đƣợ c những thông tin này. Client

cố gắng liên lạc vớ i Server theo số cổng đƣợ c chỉ ra trong địa chỉ yêu cầu SIP

(Request-URI). Nếu không có số cổng nào chỉ ra trong Request-URI, Client sẽ sử

dụng địa chỉ cổng mặc định là 5060. Nếu Request-URI chỉ rõ là sử dụng giao thức

TCP hay UDP, Client sẽ làm việc vớ i Server theo giao thức đó. Nếu không có giao

thức nào đƣợ c chỉ ra thì Client cố gắng dùng giao thức UDP (nếu không hỗ tr ợ

TCP) hoặc sử dụng giao thức TCP cho hoạt động của mình (chỉ đƣợ c hỗ tr ợ TCPmà không đƣợ c hỗ tr ợ UDP).

Client cố gắng tìm một hay nhiều địa chỉ cho SIP Server bằng việc truy vấn DNS

(Domain Name System) theo các thủ tục sau:

Nếu địa chỉ Host trong địa chỉ Request-URI là một địa chỉ IP thì Client làm việc

vớ i Server bằng địa chỉ đƣợ c đƣa ra. Nếu đó không phải là một địa chỉ IP, Client

thực hiện bƣớ c tiế p theo.



65

Client đƣa ra câu hỏi tớ i DNS Server về bản ghi địa chỉ cho địa chỉ Host trong

địa chỉ Request-URI. DSN sẽ tr ả về một bản ghi danh sách các địa chỉ. Lúc đó việc

lựa chọn một trong các địa chỉ này là tùy ý. Còn nếu DNS Server không đƣa ra bản

ghi địa chỉ, Client sẽ k ết thúc hoạt động, có nghĩa nó không thực hiện đƣợ c việc

định vị máy chủ. Nhờ bản ghi địa chỉ, sự lựa chọn tiế p theo cho giao thức mạng của

Client có nhiều khả năng thành công hơ n. Một quá trình thực hiện thành công là quá

trình có một bản ghi chứa trong phần tr ả lờ i và Server làm việc ở một trong những

địa chỉ chứa trong tr ả lờ i đó.

Giao d ịch SIP

Khi có địa chỉ IP của SIP Server thì yêu cầu sẽ đƣợ c gửi đi theo tầng vận chuyển

giao thức TDP hay UDP. Client gửi một hoặc nhiều yêu cầu SIP đến máy chủ đó và

nhận lại một hoặc nhiều các phúc đáp từ máy chủ. Một yêu cầu cùng vớ i các phúc

đáp đƣợ c tạo ra bở i yêu cầu đó tạo thành một giao dịch SIP. Tất cả các phúc đáp

cho một yêu cầu mang cùng các giá tr ị trong các trƣờ ng: Call – ID, Cseq, To, và

From. Yêu cầu ACK xác định sự nhận một phúc đáp INVITE không là một phần

của giao dịch vì nó có thể di chuyển giữa một tậ p các host khác nhau. Mỗi cuộc gọi

trong SIP đƣợ c định danh bở i một tr ƣờ ng định danh cuộc gọi (Call-ID).

Một yêu cầu phải cần có thông tin gửi đi từ đâu (From) và tớ i đâu (To). Tr ƣờ ng

From và To đều có cấu trúc theo khuôn dạng SIP-URL. Tr ƣờ ng CSeq lƣu tr ữ thông

tin về phƣơ ng thức sử dụng trong phiên, tr ƣờ ng CSeq có dạng: CSeq = “CSeq”:

“DIGIT Method”. Trong đó DIGIT là số nguyên không dấu 32 bit.

Nếu một giao thức điều khiển luồng tin cậy đƣợ c sử dụng, yêu cầu và các phúc

đá p trong một giao dịch đơ n lẻ đƣợ c mang trên cùng k ết nối. Một vài yêu cầu SIP từ

cùng máy khách đến cùng máy chủ có thể sử dụng cùng k ết nối hoặc có thể sử dụng

một k ết nối mớ i cho mỗi yêu cầu.

Nếu một client gửi yêu cầu thông qua một giao thức datagram đơn hƣớng nhƣ

UDP thì các UA thu sẽ định hƣớng phúc đáp theo thông tin chứa trong các trƣờ ng



66

mào đầu Via. Mỗi proxy server trong tuyến chuyển tiế p của yêu cầu chuyển tiế p

phúc đáp sử dụng các trƣờng mào đầu Via này.

Lờ i mờ i SIP

Một lờ i mờ i SIP thành công gồm hai yêu cầu INVITE và ACK. Yêu cầu INVITE

thực hiện lờ i mờ i một thành viên tham gia hội thoại. Khi phía bị gọi đồng ý tham

gia, phía chủ gọi xác nhận đã nhận một bản tin đáp ứng bằng cách gửi đi một yêu

cầu ACK. Nếu phía chủ gọi không muốn mờ i thành viên tham gia cuộc gọi nữa nó

sẽ gửi yêu cầu BYE thay cho ACK.

Thông điệ p INVITE chứa thành phần mô tả phiên của giao thức SDP và phƣơng

thức tiến hành trao đổi ứng với phiên đó. Với các phiên đa hƣớ ng, phần mô tả phiên

liệt kê kiểu và khuôn dạng của các dữ liệu đa phƣơng tiện để phân phối cho phiên

hội thoại. Vớ i một phiên đơn hƣớ ng, phần mô tả phiên liệt kê kiểu và khuôn dạng

của các phƣơng tiện mà phía chủ gọi muốn sử dụng và nơi những dữ liệu muốn gửi

đi.

Định vị ngườ i dùng

Một đối tƣợ ng bị gọi có thể di chuyển giữa một số các hệ thống đầu cuối khác

nhau theo thờ i gian. Một máy chủ định vị cũng có thể sử dụng một hay nhiều giao

thức khác nhau để xác định hệ thống đầu cuối mà tại đó một ngƣờ i sử dụng có thể

liên lạc. Một máy chủ định vị có thể đƣa ra một vài vị trí vì ngƣờ i sử dụng đƣợ c

đăng nhậ p vào tại một vài host đồng thờ i hoặc bở i vì máy chủ định vị lỗi. Máy chủ

SIP k ết hợ p các k ết quả để đƣa ra một danh sách các vị trí.

Đối vớ i từng kiểu SIP Server thì hoạt động sau khi nhận đƣợ c danh sách các vị

trí khác nhau là khác nhau. Một SIP Redirect Server sẽ tr ả lại danh sách địa chỉ cho

Client vớ i các mào đầu Contact. Một SIP proxy server có thể thử lần lƣợ t hoặc song

song các địa chỉ cho đến khi cuộc gọi thành công (phúc đá p 2xx) hoặc bên bị gọi từ

chối cuộc gọi (phúc đá p 6xx).



67

Nếu một proxy server chuyển tiế p một yêu cầu SIP, nó phải bổ sung địa chỉ của

nó vào vị trí bắt đầu của danh sách các tr ạm chuyển tiếp đƣợ c ghi trong các mào

đầu Via. Dấu vết Via đảm bảo r ằng các tr ả lờ i có thể đi theo cùng tuyến đó theo

hƣớng ngƣợ c lại, việc đảm bảo hoạt động chính xác nhờ tuân theo các tƣờ ng lửa và

tránh lặ p lại yêu cầu. Ở hƣớng phúc đáp, mỗi host phải xoá bỏ Via của nó, do đó

thông tin định tuyến nội bộ đƣợ c che khuất đối vớ i phía bị gọi và các mạng bên

ngoài.

Thay đổ i một phiên hiện t ại

Trong một vài tr ƣờ ng hợ p, cần phải thay đổi các thông số của phiên hội thoạihiện tại. Việc đó đƣợ c thực hiện bở i việc phát lại các yêu cầu INVITE. Các yêu cầu

INVITE đó có cùng tr ƣờ ng Call-ID nhƣng có tr ƣờ ng mào đầu và tr ƣờ ng bản tin

khác vớ i yêu cầu ban đầu để mang thông tin mớ i. Các bản tin INVITE đó phải có

chỉ số CSeq cao hơ n các yêu cầu tr ƣớ c. Ví dụ: có hai thành viên đang hội thoại và

muốn có thêm một ngƣờ i thứ ba tham gia. Một trong hai thành viên sẽ mờ i thành

viên thứ ba tham gia vớ i một địa chỉ đa hƣớ ng (Multicast) mớ i và đồng thờ i gửi một

bản tin INVITE đến thành viên thứ hai vớ i tr ƣờ ng miêu tả phiên đa hƣớ ng nhƣng có

tr ƣờ ng Call-ID cũ.

2.5 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CỔNG PHƯƠNG TIỆN MEGACO

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

Megaco/H.248 là giao thức đƣợc ra đờ i trên sự k ế thừa và phát huy các tính năng

của giao thức điều khiển công đa phƣơng tiện MGCP (Media Gateway ControlProtocol). Đây là giao thức đƣợ c xây dựng theo sự hợ p tác của hai tổ chức ITU và

IETF. So vớ i MGCP thì Megaco có những cải tiến sau:

o Cung cấ p dịch vụ đa phƣơng tiện và dịch vụ hội nghị đa điểm.

o Cho phép lựa chọn giao thức truyền tải TCP hoặc UDP.

o Cải tiến cú pháp lệnh để việc xử lý bản tin hiệu quả hơn.

o Cho phép mã hoá cả dƣớ i dạng text và nhị phân.



68

o Dễ dàng cải thiện và nâng cấ p các chức năng.

o Đƣa ra khái niệm mới “Context” nhằm hỗ tr ợ k ết nối đa dịch vụ, đa điểm .

Giao thức MEGACO/H.248 định nghĩa giao diện điều khiển của MGC đối vớ i

MG tƣơng tự và sẽ thay thế MGCP. MEGACO/H.248 cung cấ p các chức năng sau:

o Điều khiển các loại MG khác nhau.

o Hỗ tr ợ đàm phán quyết định các thuộc tính cuộc gọi.

o Có khả năng xử lý cuộc gọi đa ngƣờ i dùng.

o Hỗ tr ợ QoS và đo lƣờng lƣu lƣợ ng (các thông tin thống kê sau mỗi k ết nối).

o

Thông báo lỗi giao thức, lỗi mạng hay các thuộc tính cuộc gọi.

Các bản tin MEGACO/H.248 có thể đƣợ c truyền dẫn qua lớ p UDP/IP hoặc

TCP/IP. Các MG và MGC sẽ đƣợc gán các địa chỉ IP. Các luồng lƣu lƣợng đi và

đến sẽ qua các cổng UDP hay TCP đƣợ c chỉ ra. Ví dụ nhƣ cổng dành cho lệnh

Service Change request là 2944 khi sử dụng mã hóa văn bản và 2945 khi sử dụng

mã hóa nhị phân (đối vớ i cả UDP và TCP).

Hình 2.17: Kiến trúc điề u khiể n của MEGACO

Kiến trúc giao thức MEGACO đƣợ c chỉ ra trên hình 2.17 gồm các thành phần:

Lớ p MGC chứa tất cả các phần mềm điều khiển, xử lý cuộc gọi. Lớ p này thực

hiện các tính năng thuộc mức cuộc gọi nhƣ phát triển cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, hội

thoại hay giữ máy. Lớp MGC cũng thực hiện giao tiế p vớ i các MGC khác cũng



69

nhƣ các thực thể ngang cấ p hay cấp dƣớ i. MGC quản lý mọi thuộc tính trong quá

trình giao tiế p.

Lớ p MG thực hiện k ết nối lƣu lƣợng đi và tớ i các mạng khác, tƣơng tác vớ i các

luồng lƣu lƣợ ng này qua ứng dụng báo hiệu và sự kiện. Lớp MG cũng điều khiển

các thuộc tính thiết bị của cổng phƣơng tiện (ví dụ nhƣ giao diện với ngƣờ i dùng).

Lớ p này không quan tâm tớ i việc điều khiển các thuộc tính cuộc gọi và hoạt động

theo sự điều khiển của lớ p MGC. Lớ p điều khiển giao thức MEGACO/H248 quy

định cách thức mà lớp MGC điều khiển lớ p MG.

Vị trí của giao thức MEGACO trong mô hình OSI nhƣ chỉ ra trong hình 2.18.Giao thức MEGACO thực hiện chức năng của mình ở 3 lớ p trên cùng trong mô

hình OSI: lớ p ứng dụng, lớ p trình diễn và lớ p phiên.

Hình 2.18: Giao thứ c MEGACO trong mô hình OSI

2.5.2 Các lệnh và thủ tục trao đổi thông tin

Giao thức MEGACO sử dụng 8 lệnh cơ bản trong giao diện điều khiển giữa

MGC và MG. Bao gồm:

o Add: Đƣợ c sử dụng để thêm một termination vào context, cũng có thể để tạo

một context (nếu đó là termination đầu tiên trong context này).

o Modify: Sử dụng để thay đổi thuộc tính, sự kiện hay các báo hiệu ở một

termination.

o

Subtract: Sử dụng để xoá một termination khỏi context, cũng có thể là xoá

luôn cả context (nếu đó là termination cuối cùng trong context này).



70

o Move: Chuyển một termination từ một context này sang một context khác.

o Audit Value: Tr ả lại tr ạng thái hiện tại của termination (báo hiệu, sự kiện,

thuộc tính, số liệu thống kê).

o Audit Capability: Tr ả lại tất cả các giá tr ị có thể có của termination (báo hiệu,

sự kiện, thuộc tính, số liệu thống kê).

Các bản tin MEGACO có thể đƣợ c mã hoá bằng hai cách: mã hoá nhị phân

(binary encoding) và mã hoá văn bản (text encoding).

Trong phƣơng pháp mã hoá nhị phân, tiêu chuẩn ISO/ITU ASN.1 đƣợ c sử dụng.

ASN.1 là ngôn ngữ định nghĩa cách gửi dữ liệu giữa các hệ thống khác nhau. Nóđịnh nghĩa ở các hệ thống theo cùng một cú pháp dữ liệu (trong các giao thức tầng

ứng dụng). ASN.1 đƣợ c viết bằng các ngôn ngữ khác nhau trong từng hệ thống sao

cho phù hợ p. Khi một hệ thống muốn gửi dữ liệu, hệ thống đó sẽ mã hoá dữ liệu cần

gửi theo ASN.1, sau đó gửi đi. Hệ thống nhận sẽ tiến hành giải mã theo chuẩn định

sẵn ASN.1. Các luật mã hoá theo chuẩn ASN.1 bao gồm : BER(Basic Encoding

Rule), CER (Canonial Encoding Rule), PER (Package Encoding Rule), DER

(Distinguished Encoding Rule). Việc sử dụng luật mã hoá nào là tuỳ ngƣờ i thiết k ế.

Trong phƣơng pháp mã hoá văn bản, chuẩn ABNF đƣợ c sử dụng (RFC2234). Có

thể sử dụng 2 khuôn dạng : rút gọn (compact text) và đầy đủ (pretty text). Cả hai

format đều có ƣu và nhƣợc điểm của mình. Khuôn dạng rút gọn cho bản tin có kích

thƣớ c nhỏ hơn, thờ i gian mã hoá ngắn hơn tuy nhiên độ tin cậy không cao bằng

khuôn dạng đầy đủ.

Thiế t l ậ p cuộc g ọi thông qua giao thứ c MEGACO/H248

Khi một đầu cuối nào đó nhấc máy và định thực hiện cuộc gọi, sự kiện off-hook

này sẽ đƣợ c phát hiện bở i MG quản lý. MG sẽ thông báo sự kiện này tớ i MGC mà

nó tr ực thuộc. MGC sẽ chỉ định MG bằng một lệnh để gửi âm báo mờ i quay số tớ i

đầu cuối đó, đồng thờ i bản đồ các con số cũng đƣợ c MG này cậ p nhật từ MGC, để

phục vụ cho việc thu các chữ số và gửi toàn bộ số đƣợ c quay về MGC. Giả sử đầu



71

cuối bị gọi thuộc một MG khác nhƣng cùng đƣợ c quản lý bở i MGC nhƣ trên hình

2.19. Quá trình thiết lậ p liên k ết đƣợ c tiến hành theo 3 bƣớc cơ bản sau:

MGC yêu cầu MG thứ nhất thiết lậ p một k ết nối tại điểm k ết cuối thứ nhất. MG

này sẽ phân bổ tài nguyên cho k ết nối yêu cầu và đáp ứng lại bằng bản tin tr ả lờ i.

Bản tin tr ả lờ i sẽ chứa các thông tin cần thiết để MG thứ hai có thể gửi các bản tin

một cách tin cậy tớ i liên k ết vừa thiết lậ p. Các thông tin này có thể là: địa chỉ IP, tên

cổng UDP, TCP hay các thông tin đóng gói bản tin.

Tƣơng tự, MGC cũng yêu cầu MG thứ hai thiết lậ p một liên k ết ở điểm k ết cuối

thứ hai. MG này phân bổ tài nguyên cho k ết nối này trên cơ sở các thông tin trong bản tin đá p ứng của MG thứ nhất. MG thứ hai cũng đáp ứng lại bằng bản tin chứa

các thông tin cần thiết nhằm đảm bảo MG thứ nhất có thể gửi các bản tin một cách

tin cậy tớ i liên k ết vừa thiết lậ p bở i MG thứ hai.

Các thông tin trong bản tin đáp ứng của MG thứ hai sẽ đƣợ c gửi tớ i MG thứ nhất.

Khi này liên k ết đã đƣợ c thiết lậ p, quá trình truyền thông có thể diễn ra theo hai

chiều. Lƣu lƣợng đƣợ c truyền tải nhờ các giao thức RTP hay RTCP.

Hình 2.19: Mô t ả cuộc g ọi MEGACO

Trong trƣờ ng hợp hai MG đƣợ c quản lý bở i 2 MGC khác nhau, các MGC này sẽ

trao đổi các thông tin báo hiệu thông qua một giao thức báo hiệu từ MGC này tớ i

MGC kia (có thể là SIP hay H323) để đảm bảo đồng bộ trong thiết lậ p k ết nối tớ i

hai điểm k ết cuối.



72

Khi liên k ết đã đƣợ c thiết lậ p, các tham số của nó đƣợ c giám sát bở i MGC và có

thể đƣợc thay đổi dƣớ i các lệnh của MGC (ví dụ nhƣ thêm một k ết cuối vào liên

k ết).

Các bƣớ c xử lý chi tiết đƣợ c thể hiện thông qua lƣu đồ xử lý cuộc gọi trên hình

2.20. Giả sử có hai đầu cuối ngƣờ i sử dụng đƣợ c k ết nối với hai RGW. Trong đó,

hai RGW này đƣợ c quản lý bở i cùng một MGC. Quá trình MGC điều khiển các

RGW diễn ra nhƣ sau:

Bướ c 1: Ban đầu MGC gửi lệnh Modify tớ i tất cả các RGW để phát hiện sự kiện

offhook.

Bướ c 2: Các RGW lần lƣợ t tr ả lờ i lệnh trên của MGC bằng các reply

Bướ c 3: Giả sử ngƣờ i dùng A thuộc RGW1 offhook, sự kiện này sẽ đƣợ c RGW1

báo cáo tớ i MGC bằng lệnh Notify.

Bướ c 4: MGC gửi reply của lệnh này cho RGW1.

Bướ c 5: MGC sẽ gửi lệnh Modify tớ i RGW1, lệnh này gồm 3 đặc tả (descriptor):

signal descriptor đƣợ c sử dụng để gửi âm mờ i quay số tới ngƣờ i dùng A, digitmap

descriptor chứa mô hình mẫu các số có thể quay theo k ế hoạch đánh số, event

descriptor liệt kê các gói DTMF, gói tin hoàn thành quay số và gói tin giám sát

tr ạng thái onhook của đầu cuối.

Bướ c 6 : RGW1 tr ả lờ i MGC bằng một reply.

RGW1 tiến hành xử lý các descriptor theo thứ tự signal, digitmap, event

descriptor. Đầu tiên âm mờ i quay số sẽ đƣợ c gửi tới termination A, sau đó digitmap

sẽ đƣợ c cậ p nhật vào cơ sở dữ liệu của RGW1, digitmap đƣợ c kích hoạt khi RGW1

thu đƣợ c sự kiện hoàn thành quay số. Termination A sau khi nhận đƣợ c âm mờ i

quay số sẽ tiến hành quay số.

Bướ c 7 : Khi các con số đƣợc RGW1 thu đầy đủ và hợ p lệ, chúng sẽ đƣợ c gửi tớ i

MGC bằng lệnh Notify.



73

Bướ c 8: MGC xác nhận lệnh trên bằng reply gửi tớ i RGW1.

MGC sau khi nhận lệnh trên sẽ phân tích số bị gọi và biết đầu cuối termination B

đó thuộc RGW2 (giả sử đầu cuối này r ỗi và sẵn sàng nhận cuộc gọi). MGC tiế p tục

điều khiển RGW1.

Hình 2.20: Lưu đồ các bản tin xử lý cuộc g ọi qua giao thứ c MEGACO/H248



74

Bướ c 9: MGC sẽ gửi cho RGW1 hai lệnh. Lệnh Add để tạo một context và thêm

ngay termination A vào đó. MGC biết r ằng termination B r ỗi,nó sẽ gửi hồi âm

chuông cho termination A. Lệnh thứ 2 để tạo một đầu cuối logic A và thêm đầu

cuối này vào context vừa tạo ra.

Bướ c 10: RGW1 sẽ gửi reply cho MGC bao gồm contextID(1), địa chỉ IP và số

cổng dành cho lƣu lƣợ ng.

Bướ c 11: MGC sẽ gửi tớ i RGW2 2 lệnh. Lệnh 1 để tạo một context và Add

termination B vào context này. Báo hiệu chuông cũng đƣợ c gửi tớ i termination B

nhờ signal descriptor. Lệnh thứ hai sẽ tạo một đầu cuối logic B và thêm đầu cuốinày vào context vừa tạo ra. Các thông tin địa chỉ IP, số cổng của termination A cũng

đƣợ c gửi tớ i RGW2.

Bướ c 12:RGW2 sau khi nhận lệnh sẽ thực hiện lệnh và gửi k ết quả thực hiện tớ i

MGC, bao gồm contextID(2), địa chỉ IP và số cổng dành cho lƣu lƣợ ng. MGC đợ i

cho termination B offhook.

Bướ c 13: Khi termination B offhook, RGW2 sẽ báo cáo vớ i MGC bằng lệnh Notify.

Bướ c 14: MGC đáp ứng bằng một reply.

Bướ c 15: MGC gửi lệnh Modify để chuyển 2 termination ở RGW2 sang chế độ gửi

và nhận . Signal descriptor cũng ngắt báo hiệu chuông ở termination B. Event

descriptor chuẩn bị sự kiện onhook để chờ .

Bướ c 16 : RGW2 tr ả lờ i bằng reply.

Bướ c 17: MGC gửi lệnh Modify tới RGW1 để chuyển chế độ của 2 termination

sang chế độ gửi và nhận, ngắt hồi âm chuông ở termination A, thông báo các thông

tin về địa chỉ IP, số cổng cho đầu cuối logic A.

Bướ c 18: RGW1 sau khi thực hiện các lệnh trên sẽ gửi reply cho MGC. Lúc này hai

đầu cuối có thể trao đổi lƣu lƣợ ng theo các giao thức RTP/RTCP. Giả sử ngƣờ i

dùng A đặt máy, sự kiện này đƣợ c RGW1 phát hiện và báo cáo vớ i MGC qua lệnh

Notify.



75

Bướ c 19: RGW1 gửi lệnh Notify cho MGC báo cáo ngƣờ i dùng A offhook.

Bướ c 20: MGC gửi reply cho RGW1.

Bướ c 21: MGC gửi lệnh Modify tớ i RGW2 yêu cầu chuyển hai đầu cuối ở context 2

sang chế độ chỉ nhận và gửi âm báo bận tới đầu cuối ngƣờ i dùng A.

Bướ c 22: RGW2 thực hiện lệnh và gửi reply cho MGC.

Bướ c 23: MGC gửi lệnh Subtract tớ i RGW1 yêu cầu xoá 2 termination trong

context 1, đồng thờ i xoá luôn context 1. Các số liệu thống kê mà MGC yêu cầu

đƣợ c chỉ ra trong Audit descriptor.

Bướ c 24: RGW1 thực hiện lệnh và gửi reply cho MGC bao gồm các thông tin thống

kê về liên k ết vừa thiết lậ p.

Bướ c 25: Tƣơng tự bƣớc 23, nhƣng thực hiện vớ i RGW2.

Bướ c 26:Tƣơng tự bƣớ c 24, nhƣng thực hiện vớ i RGW2.

Nhƣ vậy, trên mối quan hệ điều khiển Client/Server các giao thức điều khiển nhƣ

MGCP và Megaco/H.248 đóng vai trò làm bộ thủ tục cho các lệnh điều khiển, các bản tin báo hiệu, chỉ định vùng tài nguyên cho các k ết nối. Tính đơn giản và hƣớ ng

tới đảm bảo chất lƣợ ng dịch vụ là hai mục tiêu chính của các hệ thống giao thức.

2.6 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CUỘC GỌI ĐỘC LẬP KÊNH MANG

BICC

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của lƣu lƣợ ng thoại một số nhà cung cấp đã

đề nghị giải quyết vấn đề bằng cách tách biệt chức năng điều khiển cuộc gọi vàchức năng điều khiển kênh mang trong mạng PSTN/ISDN. Giao thức ISUP đồng

nhất nhƣ hiện nay trong báo hiệu số 7 sẽ đƣợ c sủa đổi theo quan điểm trên. K ết quả

là xuất hiện một giao thức mớ i giao thức điều khiển cuộc gọi độc lậ p kênh mang

BICC.

Giao thức điều khiển độc lập kênh mang đƣợ c phát triển bở i nhóm làm việc 11

của ITU-T (ITU-T SG11). BICC cho phép các nhà điều hành phát triển mạng PSTN



76

hiện có trên công nghệ chuyển mạch kênh tớ i các cấu trúc mạng mớ i trên nền công

nghệ chuyển mạch gói nhƣng vẫn duy trì toàn bộ các dịch vụ thoại truyền thống vớ i

những ảnh hƣơng nhỏ nhất tớ i công việc khai thác hiện thờ i. BICC đƣợ c giớ i hạn

chặt chẽ nhƣ sau:

o Giao thức BICC đƣợ c xây dựng trên giao thức báo hiệu số 7 phần ISUP để

tƣơng thích hoàn toàn vớ i các dịch vụ hiện co trên mạng PSTN/IDSN.

o BICC hoạt động độc lậ p vớ i các công nghệ thiết lập đƣờ ng truyền (độc lậ p

kênh mang).

o

Có khả năng phối hợ p vớ i các giao thức báo hiệu hiện có.Điểm khởi đầu của BICC là các cuộc gọi phải vào/ra các thành phần mạng mớ i

thông qua các điểm dịch vụ giao tiế p (ISN- Interface serving nodes). Nút phục vụ là

một điểm trong mạng cung cấ p chức năng cho các dịch vụ PSTN/ISDN hiện tại.

ISN cung cấ p một giao diện báo hiệu giữa ISUP băng hẹ p và các ISN ngang cấ p

nhau nhƣ trên hình 2.21.

ISN

IWUnew network

IWU

ISUP ISUP - BICC

I/W BICC ISUP

N/B exchange

TDM

connection

TDM

connection

Connection signalling

(user plane connection)

Hình 2.21: Kiế n trúc giao thứ c BICC

Trong một k ịch bản khác, các điểm phục vụ làm việc ở biên của mạng PSTNcho phép k ết nối hai mạng BICC với nhau. Theo quy ƣớ c gọi tên trong PSTN, cặ p

nút này đƣợ c gọi là điểm phục vụ cổng (GSN – Gateway Serving node). K ịch bản

minh họa cho giao thức BICC đƣợc trình bày dƣới đây.

Nếu nhƣ hai nhà điều hành mạng BICC có thể k ết nối vớ i nhau qua PSTN/ISDN

thì từng nhà điều hành cũng có thể cung cấ p các dịch vụ PSTN/ISDN ngay tại các



77

nút trong mạng của mình. Các nút làm việc đó có vai trò nhƣ một vai trò chuyển

tiếp nên đƣợ c gọi là điểm phục vụ chuyển tiế p (TSN- Transit Serving Node).

Hình 2.22: C ấ u trúc các nút mạng BICC

Theo yêu cầu BICC phải làm việc vớ i mọi công nghệ mạng chuyển mạch gói,

nên vớ i mạng chuyển mạch gói ATM trong kiến trúc mạng BICC sẽ có thêm các

nút BRN (Bearer Relay Node), đƣợ c ATM sử dụng nhƣ những chuyển mạch trung

gian dành cho báo hiệu.

Kiến trúc BICC dƣợc phân tích theo 4 góc độ: Mô hình hoạt động, mô hình chức

năng của từng nút mạng, mô hình tham chiếu đầy đủ và mô hình giao thức. Tuy

nhiên, mục này sẽ trình bày hai khía cạnh cơ bản nhất là mô hình chức năng và mô

hình giao thức của BICC.

(i) Mô hình chức năng

Trên quan điểm về mô hình mạng BICC, các nút mạng đƣợ c phân chia thành hai

loại chính. Loại thứ nhất, nút dịch vụ (SN), là nút có bao gồm cả chức năng điềukhiển cuộc gọi (CSF) và chức năng điều khiển kênh mang (BCF). Loại thứ hai, nút

dàn xế p cuộc gọi (CMN) là các nút chỉ có chức năng của CSS mà không bao gồm

chức năng của BCF. Hình 2.23 và 2.24 tƣơng ứng là hai mô hình chức năng của hai

loại nút mạng này.

ISN ISNGSN

BICC

IWU

ISUP - BICC

I/W

IWU

BICC

IWU IWU

new network

IWU

BICC

BRN

(Sw)

BRN

(Sw)

BRN

(Sw)

new network

GSNTSN



78

Trong nút SN, các thực thể thực hiện chức năng dịch vụ cuộc gọi (CSF) và chức

năng điều khiển kênh mang (BCF) có thể xây dựng tách biết. Báo hiệu điều khiển

kênh mang cuộc gọi CBC đƣợc quy định trong ITU-T Q.1950.

Thủ tục báo hiệuđầu vào

Thủ tục báo hiệuđầu ra

Chức năng dịch vụ cuộc gọi(CSF)

Báo hiệu điều khiển kênh mang cuộcgọi(CBC)

Nút dịch vụ (SN)

BCF

BIWF Báo hiệu điều khiển kênh mangBáo hiệu điều khiển kênh mang

Báo hiệuđiều khiểncuộc gọi


Kênh mang

Hình 2.23: C ấ u trúc chức năng nút dịch vụ

Việc liên lạc giữa các SN để điều khiển kênh mang đƣợ c thực hiện bở i giao thức

báo hiệu điều khiển kênh mang (BCS). Báo hiệu điều khiển kênh mang có thể đƣợ c

triển khai trên một phƣơng thức truyền tải tách biệt hoặc có thể đƣợ c truyền tải theo

cơ chế đƣờ ng hầm theo phƣơng năm ngang trong giao thức BICC giữa hai CSF

đồng cấp và theo phƣơng năm dọc giữa CSF và BCF. Giao thức đƣờ ng hầm điều

khiển kênh mang (BCTP) đƣợ c miêu tả trong Q.1990.

Thủ tục báo hiệuđầu vào

Thủ tục báo hiệuđầu ra

Chức năng dịch vụ cuộc gọi(CSF)

Nút mediation cuộc gọi(CMN)

BCF

BIWF Báo hiệu điều khiển kênh mangBáo hiệu điều khiển kênh mang


Kênh mang


Hình 2.24: C ấ u trúc chức năng nút dàn xế p d ịch vụ

Cả SN và CMN đƣợ c mô hình hóa k ỹ bằng thuật “Half Call”. Mọi k ịch bản xử lý

cuộc gọi đƣợ c chia thành một thủ tục báo hiệu đầu vào và một thủ tục báo hiệu đầu

ra trong phạm vi của Q.1902, ít nhất một trong hai thủ tục này là BICC.



79

(ii) Mô hình chứ c năng

Hình 2.25 chỉ ra mô hình giao thức của BICC chứa các phần tử chức năng trong

hình 2.23 và 2.24 bao gồm:

o Khối các chu trình BICC bao gồm các chức năng của thành phần CSF trong

mô hình chức năng.

o Các chức năng giao thức của thành phần BCF của mô hình chức năng đƣợ c

phân tán giữa các khối chức năng ánh xạ và điều khiển vật mang. Các chức

năng khác đƣợ c chứa trong thành phần BCF.

o

Vị trí mô tả BICC để cậ p tớ i các sự kiện báo hiệu vật mang thu nhận/gửi từ/điBCF, nó liên quan tớ i sự sử dụng giao diện chung cho khối chức năng ánh xạ

trong hình 2.25.

Giao thức BICC

Signalling TransportConverter

MappingFunction

Điều khiển kênhmang

Signalling Transport

Layers

Giao thức điềukhiển kênh

mang

Giao thứcđiều khiểncuộc gọi

Transport

Specific interface

Bearer

Specific interface

Giao diệnchung

Giao diệnchung

Hình 2.25: Mô hình giao thứ c của BICCC

o

Vị trí mô tả BICC liên quan tớ i các bản tin BICC đang gửi/nhận liên quan tớ i

sử dụng giao diện chung cho khối chuyển đổi truyền dẫn báo hiệu, xem ITU-

T Q.2150.0.

2.7 K ẾT LUẬN CHƯƠNG

Nôi dung chƣơng 2 đƣa ra các vấn đề báo hiệu trong mạng cố định theo hƣớ ng

tiế p cận máy chủ cuộc gọi tiến tớ i mạng thế hệ k ế tiế p. Hệ thống báo hiệu số 7 trong



80

mạng điện thoại công cộng truyền thống là thành phần then chốt chung cho cả mạng

di động công cộng mặt đất. Sự hội tụ mạng IP và mạng PSTN đã đƣợc ITU đƣa ra

cấu trúc hệ thống báo hiệu và điều khiển mớ i bao gồm các giao thức trong chồng

giao thức H.323 và các giao thức phụ tr ợ. Trong chƣơng cũng đã khái quát giao

thức báo hiệu k ết nối sử dụng phổ biến hiện nay không chỉ cho xu hƣớ ng hội tụ

mạng internet và PSTN mà còn vớ i các mạng di động thế hệ sau (SIP). Các giao

thức điều khiển cổng k ết nối và báo hiệu điều khiển ngang cấ p giữa các thành phần

điều khiển mạng cũng đƣợc trình bày dƣớ i khía cạnh kiến trúc chức năng, bản tin và

mô hình hoạt động.


- Kiến trúc mạng hội tụ tiến tớ i mạng thế hệ k ế tiế p;

- Kiến trúc chức năng và hoạt động của hệ thống báo hiệu số 7;

- Kiến trúc chức năng, các giao thức báo hiệu trong H.323;

- Đặc điểm hoạt động của giao thức khở i tạo phiên SIP;

- Kiến trúc và hoạt động của giao thức điều khiển cổng đa phƣơng tiện.



81

CHƯƠNG 3: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG

Tóm tắt: N ội dung của chương t ậ p trung vào các mô hình báo hiệu trong mạng

thông tin di động bao g ồm các mạng di động thế hệ hai và thế hệ ba. Các thủ t ục

báo hiệu đượ c phân chia thành các vùng mạng truy nhậ p vô tuyế n và vùng mạng lõi

cùng vớ i các k ế t nố i báo hiệu t ớ i các hạ t ầng mạng khác.

3.1 BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO

3.1.1 Các thế hệ phát triển mạng di động tế bàoTừ cuối những năm 1970, vớ i sự ra đờ i của các công nghệ, các mạng vô tuyến di

động tế bào đã đƣợ c phát triển r ất nhanh chóng. Thậ p k ỷ 1980 chứng kiến sự ra đờ i

của một số hệ thống vô tuyến tế bào tƣơng tự, thƣờng đƣợ c gọi là các mạng vô

tuyến di động mặt đất công cộng PLMR (Public Land Mobile Radio). Các hệ thống

loại này đƣợ c gọi là hệ thống vô tuyến di động tế bào thế hệ thứ nhất 1G (1st

Generation), tiêu biểu là Hệ thống các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AMPS

(Advanced Mobile Phone Service) của Mỹ công tác trên dải tần 800 MHz và Hệ

thống điện thoại di động Bắc Âu NMT 450 (Nordic Mobile Telephony) công tác

trên dải tần 450 MHz, r ồi sau đó trên cả dải 900 MHz (NMT 900). Làm việc ở dải

UHF, các mạng này cho thấy một sự thay đổi vƣợ t bậc về độ phức tạ p của các hệ

thống thông tin liên lạc dân sự. Chúng cho phép những ngƣờ i sử dụng có đƣợ c các

cuộc đàm thoại trong khi di động vớ i nhau hay vớ i bất k ỳ đối tƣợ ng nào có nối tớ i

các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN hoặc các mạng thông tin số đadịch vụ tích hợ p ISDN.

Trong những năm 1990 đã có những bƣớ c tiến hơn nữa vớ i việc áp dụng các hệ

thống thông tin di động tế bào số (digital cellular system). Các hệ thống mớ i này

đƣợ c gọi là các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ hai 2G (2nd Generation), tiêu

biểu là Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile

communications) của Châu Âu công tác trên dải tần 900 MHz và 1800 MHz, các hệ



82

thống của Mỹ IS-136 làm việc trên hai dải 800 MHz và 1900 MHz hay IS-95 công

tác trên dải 800 MHz và các hệ thống viễn thông không dây số (digital cordless

telecommunication system) nhƣ Hệ thống viễn thông không dây số của Châu Âu

DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Trong số các hệ thống 2G

k ể trên, hệ thống GSM đƣợ c xem là hệ thống thành công nhất. Ngoài các dịch vụ

điện thoại truyền thống, các hệ thống vô tuyến di động số thế hệ thứ hai cung cấ p

một mảng các dịch vụ mới khác nhƣ thƣ thoại (voice-mail), truyền số liệu tốc độ

thấ p, truyền fax, các tin ngắn (short message)...

Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chủ yếu vẫn nhắm vào phục vụ dịch vụ thoại. Dịch vụ số liệu mà chúng đáp ứng đƣợ c chủ yếu là dịch vụ truyền số

liệu chuyển mạch kênh tốc độ thấp (dƣới 10 kb/s), không đáp ứng đƣợ c các nhu cầu

truyền số liệu ngày càng tăng. Chính sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu đối vớ i

các dịch vụ dữ liệu, nhất là đối với Internet, đã thúc đẩy mạnh mẽ công nghiệ p vô

tuyến và là động lực chính đối vớ i sự phát triển các hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ ba 3G (3rd Generation) đa dịch vụ. Các nỗ lực phát triển thông tin di động

3G đƣợc phát động trƣớ c tiên tại Châu Âu. Vào năm 1988, dự án RACE 1043 đã

đƣợ c hình thành vớ i mục đích ấn định công nghệ và dịch vụ cho hệ thống 3G gọi là

Hệ thống viễn thông di động vạn năng (UMTS: Universal Mobile

Telecommunications System). Song song vớ i dự án RACE 1043, Liên minh viễn

thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) cũng thành lậ p ban

TG8/1, ban đầu đặt dƣớ i sự bảo tr ợ của CCIR (Uỷ ban tƣ vấn quốc tế về vô tuyến),

nhằm phối hợ p hoạt động nghiên cứu phát triển hệ thống 3G vớ i tên gọi Hệ thống

viễn thông di động mặt đất công cộng tƣơng lai (FPLMTS: Future Public Land

Mobile Telecommunications System), mục đích ban đầu là xây dựng một tiêu chuẩn

3G chung cho toàn thế giới. Sau này TG8/1 đã bỏ tên gọi FPLMTS, thay bằng Viễn

thông di động quốc tế cho năm 2000 (IMT-2000: International Mobile

Telecommunications-2000) và chấ p nhận một họ các tiêu chuẩn cho 3G. Dự án

IMT-2000 đã xây dựng các yêu cầu chung nhất cho các hệ thống thông tin di động



83

3G nhằm phục vụ nhiều loại hình dịch vụ, vớ i tốc độ tối đa lên tớ i 2 Mb/s. Các yêu

cầu cơ bản đối vớ i các hệ thống thông tin di động 3G, một cách vắn tắt, bao gồm:

+ Có khả năng truyền thông đa phƣơng tiện vớ i các tốc độ: a) 384 kb/s (đi bộ) và

144 kb/s (trên xe) đối vớ i môi trƣờ ng ngoài tr ờ i (out-door) có vùng phủ sóng tƣơng

đối r ộng; b) tới 2 Mb/s đối với môi trƣờ ng trong nhà (in-door) có vùng phủ sóng

hẹ p;

+ Có khả năng cung cấp đa dịch vụ nhƣ thoại, hội nghị truyền hình (video

conferencing), dữ liệu gói. Hỗ tr ợ cả các dịch vụ chuyển mạch kênh lẫn chuyển

mạch gói và truyền dữ liệu không đối xứng (tốc độ bít cao trên đƣờ ng xuống và tốcđộ bít thấp trên đƣờ ng lên);

+ Có khả năng lƣu động và chuyển vùng quốc gia lẫn quốc tế;

+ Có khả năng tƣơng thích, cùng tồn tại và liên k ết vớ i vệ tinh viễn thông;

+ Cơ cấu tính cƣớc theo dung lƣợ ng truyền chứ không theo thờ i gian k ết nối;

Đã có tới mƣời sáu đề xuất tiêu chuẩn cho các hệ thống 3G, trong đó mƣờ i cho

các mạng 3G mặt đất và sáu cho các hệ thống di động vệ tinh MSS (Mobile Satellite

Systems). Đa số các đề xuất đều ủng hộ chọn CDMA (Code Division Multiple

Access-Đa truy nhập theo mã) làm phƣơng thức đa truy nhậ p và ITU chấ p thuận các

tiêu chuẩn trong IMT-2000 sẽ bao gồm năm công nghệ sau:

+ IMT DS (Direct Sequence): Công nghệ này đƣợ c gọi r ộng rãi là UTRA FDD

và W-CDMA, trong đó UTRA là Truy nhậ p vô tuyến mặt đất cho UMTS (UMTS

Terrestrial Radio Access), FDD là song công phân chia theo tần số (Frequency

Division Duplex), còn W trong W-CDMA là băng rộng (Wideband);

+ IMT MC (MultiCarrier): Hệ thống này (còn đƣợ c gọi là cdma2000) là phiên

bản 3G của IS-95 (nay đƣợ c gọi là cdmaOne), sử dụng đa sóng mang;

+ IMT TC (Time Code): Đây là UTRA TDD, tức là kiểu UTRA sử dụng song

công phân chia theo thờ i gian (Time Division Duplex);



84

+ IMT SC (Single Carrier): IMT đơn sóng mang, nguyên thuỷ là một dạng của

GSM pha 2+ gọi là EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution);

+ IMT FT (Frequency Time): IMT tần số-thờ i gian, là hệ thống viễn thông không

dây tăng cƣờ ng DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunications).

Hiện nay, ITU thực hiện việc phân loại các mạng di động quốc tế thành 3 loại hệ

thống gồm: các hệ thống IMT-2000 là các hệ thống 3G (UMTS, CDMA2000); hệ

thống enhanced IMT-2000 (thế hệ sau 3G) và IMT-Advance là hệ thống 4G. Để

tiến tớ i 4G, LTE đƣợc coi là con đƣờ ng chính hiện nay cho sự phát triển công nghệ

và đƣợ c phát triển bở i 3GPP.

Hình 3.1: Lộ trình phát triể n các thế hệ mạng di động

3GPP-LTE là công nghệ hƣớ ng tớ i hệ thống di động tốc độ cao và tích hợ p vớ i

các chuẩn ứng dụng dịch vụ khác. Do đó, ngƣờ i dùng có thể dễ dàng thực hiện cuộc

gọi hoặc truyền dữ liệu giữa LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS trên nền

WCDMA. 3GPP-LTE hỗ tr ợ cơ chế cấ p phát phổ tần linh động và các dịch vụ đa

phƣơng tiện tốc độ cao khi thiết bị di chuyển.



85

3.1.2 Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM

Kiến trúc hệ thống GSM đƣợ c chia làm 3 phần: phân hệ tr ạm gốc BSS, phân hệ

chuyển mạch và mạng NSS, phân hệ vận hành và bảo dƣỡ ng OSS. Mỗi phân hệ có

các nhiệm vụ riêng và đƣợ c cấu trúc bở i các thực thể chức năng. BSS gồm có bộ

thu phát gốc BTS và bộ điều khiển tr ạm gốc BSC. BSS cung cấ p và quản tr ị tuyến

thông tin giữa thuê bao di động MS và NSS. NSS là bộ não của toàn bộ mạng GSM,

nó bao gồm trung tâm chuyển mạch cho di động MSC và 4 nút mạng thông minh là

đăng ký thuê bao nhà HLR, đăng ký thuê bao khách VLR, đăng ký nhận dạng thiết

bị EIR và trung tâm nhận thực AuC. OSS cung cấ p phƣơ ng tiện để các nhà cungcấ p dịch vụ có thể điều khiển và quản tr ị mạng. Nó gồm các trung tâm vận hành và

bảo dƣỡ ng OMC làm nhiệm vụ khai thác, quản lý, bảo dƣỡ ng.

Hình 3.2: Các thành phần cơ bản của hệ thố ng GSM

Nguyên thủy thì phân hệ OSS thuộc quyền sở hữu của mạng và không liên quan

đến báo hiệu. Còn đứng về mặt thuật ngữ của lớ p vật lý thì môi tr ƣờ ng không khí

trên giao diện MS-BTS để truyền dẫn sóng vô tuyến và dùng LAP-D là giao thức

lớ p 2. MSC không k ết nối tr ực tiế p vớ i BTS mà thông qua BSC, đƣợ c coi nhƣ là

giao diện giữa phần vô tuyến và phần chuyển mạch. K ết nối giữa BTS và BSC



86

thông qua giao diện A – bis. Giao diện A-bis là đƣờ ng liên k ết số 64 kbps, sử dụng 3

giao thức để truyền tải thông tin báo hiệu đến MSC:

o Thủ tục truy nhậ p đƣờ ng trên kênh D (LAPD)

o Quản tr ị tr ạm thu phát gốc (BTSM)

o Bảo dƣỡ ng và vận hành A-bis (ABOM)

o Phần ứng dụng truyền tải tr ực tiế p (DTAP)

Giao thức LAPD đƣợ c dùng nhƣ giao thức lớ p 2, cung cấ p khả năng trao đổi

thông tin cần thiết từ nút - nút để gửi các gói tin qua mạng. Giao thức BTSM dùng

để quản lý các thiết bị vô tuyến của tr ạm gốc và giao diện giữa tr ạm gốc vớ i MSC.Dữ liệu và các thông tin báo hiệu khác đƣợ c gửi từ tr ạm gốc thông qua một giao

thức của SS7 - phần DTAP.

Hình 3.3: Phân l ớ p chức năng của SS7 trong mạng GSM

Các giao thức SS7 đƣợ c sử dụng trong mạng di động để cung cấ p thông tin báo

hiệu cho việc thiết lậ p và giải phóng các k ết nối cũng nhƣ chia sẻ những thông tintrong cơ sở dữ liệu cho các thực thể của mạng. Ngăn xế p của SS7 sử dụng cho

mạng di động đƣợ c thể hiện trên hình 3.3.

MSC k ết nối vớ i mạng cố định thông qua giao thức ISUP hoặc TUP. Cùng vớ i

MTP và SCCP, còn có thêm một số các giao thức khác để MSC giao tiế p vớ i các

thực thể khác trong hệ thống GSM. Đó là các giao thức:

o

Phần ứng dụng di động MAP



87

o Phần ứng dụng di động phân hệ tr ạm gốc BSSMAP

o Phần ứng dụng truyền tải tr ực tiế p DTAP

o

Phần ứng dụng khả năng phiên dịch TCAP

Trên giao diện A giữa phân hệ BSS và MSC sử dụng phần ứng dụng hệ thống

tr ạm gốc BSSAP. BSSAP có thể đƣợ c chia thành phần ứng dụng quản tr ị hệ thống

tr ạm gốc BSSMAP và phần ứng dụng truyền tải tr ực tiế p DTAP.

BSSAP đƣợ c sử dụng để trao đổi các bản tin giữa BSC và MSC mà BSC thực sự

phải xử lý ví dụ nhƣ bản tin quản tr ị tài nguyên vô tuyến RR. Còn DTAP bao gồm

những bản tin mà phân hệ NSS và máy di động MS trao đổi vớ i nhau. Những bảntin này (ví dụ bản tin quản tr ị k ết nối CM, bản tin quản tr ị di động MM) là trong

suốt đối vớ i BSC. BSC chỉ làm chức năng chuyển tiế p bản tin mà không xử lý nó.

Phần ứng dụng di động MAP là giao thức của SS7 hỗ tr ợ cho mạng di động. Nó

định ngh ĩ a những hoạt động giữa các thành phần mạng nhƣ MSC, HLR, VLR, EIR

và mạng cố định. Các lớ p truyền tải, phiên và trình diễn không sử dụng trong SS7,

các chức năng này đƣợ c nhóm trong lớ p ứng dụng sử dụng ISUP và TUP. Các giao

thức MAP đƣợ c thiết k ế là MAP/B và MAP/H tuỳ thuộc vào chức năng của giao

tiế p. Các giao diện và giao thức của GSM đƣợ c trình bày trong bảng 3.1 và hình

dƣớ i đây.

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

Giao di ện L iên k ế t Mô t ả

Um MS-BSS Giao tiế p môi tr ƣờ ng đƣợ c sử dụng để trao đổi

thông tin giữa MS-BSS. LAPDm là thủ tục sửa đổi từ LAPD d cho báo hiệu.

Abis BSC-BTS Giao diện nội bộ của BSS sử dụng liên k ết giữa

BSC và BTS. A bis cho phép điều khiển thiết bị vô

tuyến và chỉ định tần số trong BTS.

A BSS-MSC Quản lý nguồn tài nguyên và tính di động của MS.

B MSC-VRL Xử lý báo hiệu giữa MSC và VRL. Giao tiế p B sử



88

dụng giao thức MAP/B.

C GMSC-

HRLSMSG-

HRL

Sử dụng để điều khiển các cuộc gọi từ trong vùng

GSM ra ngoài và ngƣợ c lại. Giao thức MAP/C sử dụng cho thông tin định tuyến và tính cƣớ c qua các

gateway.

D HRL-VRL Giao thức MAP/D sử dụng để trao đổi dữ liệu liên

quan tớ i vị trí của MS và các số liệu phụ của thuê

bao.

E MSC-MSC Giao thức MAP/E sử dụng để trao đổi thông tin

chuyển vùng giữa các MSC.F MSC-EIR Giao thức MAP/F sử dụng để xác nhận tr ạng thái

IMEI của MS.

G VRL-VRL Giao thức MAP/G sử dụng để chuyển các thông

tin thuê bao trong các thủ tục cậ p nhật vị trí vùng.

H MSC-

SMSG

Giao thức MAP/H hỗ tr ợ truyền bản tin nhắn tin

ngắn SMS.

I MSC-MS Giao diện I là giao diện giữa MSC và MS. Các bảntin trao đổi qua giao diện I qua BSS là trong suốt.

Hình 3.4: V ị trí các giao diện trong hệ thố ng GSM



89

Các hoạt động điều hành của MAP có thể chia thành 5 phần chính nhƣ sau: quản

lý di động; vận hành và bảo dƣỡ ng; xử lý cuộc gọi; hỗ tr ợ dịch vụ bổ sung; dịch vụ

bản tin ngắn SMS.

Quản lý di động

Các tác vụ quản lý di động gồm một số các nội dung sau: Quản lý vị trí, tìm kiếm

vị trí của MS, quản lý truy nhậ p, chuyển giao vùng, quản lý nhận thực, quản lý bảo

mật, quản lý IMEI, quản lý thuê bao, nhận dạng thuê bao và khôi phục lỗi.

Để hạn chế các thông tin trao đổi giữa HRL, các HRL chỉ chứa các thông tin về

MSC/VRL quản lý thuê bao hiện thờ i. Việc quản lý vị trí gồm một số tác vụ nhƣ:

Cậ p nhật vùng, loại bỏ vùng, gửi nhận dạng, xác định MS.

Chuyển vùng giữa các MSC đƣợ c thực hiện bở i một chuỗi các thủ tục báo hiệu

gồm: Chuẩn bị chuyển vùng, gửi tín hiệu tớ i k ết cuối, xử lý báo hiệu truy nhậ p,

chuyển báo hiệu truy nhậ p và chuyển vùng. Các thủ tục cơ bản đƣợ c thể hiện qua ví

dụ trên hình 3.5 dƣớ i đây. Các thủ tục đƣợ c thực hiện qua giao thức MAP/E, cậ p

nhật vị trí mớ i của MS đƣợ c thực hiện qua MAP/D không thể hiện trong hình vẽ.

Hình 3.5: Các thủ t ục chuyể n vùng qua MAP/E



90

V ận hành và bảo dưỡ ng

Vận hành và bảo dƣỡng đƣợ c chia thành hai vùng chính: Giám sát thuê bao và

nhiệm vụ hỗn hợ p. Giám sát thuê bao gồm hai tr ạng thái kích hoạt và không kích

hoạt, tr ạng thái kích hoạt giám sát thuê bao đƣợ c khở i tạo từ HRL yêu cầu VRL

kiểm tra tr ạng thái của thuê bao và gửi về MSC để giám sát MS. Nhiệm vụ hỗn hợ p

sử dụng trong mạng GSM hiện nay chỉ thực hiện nhiệm vụ trao đổi thông tin về

thuê bao giữa HRL và VRL.

X ử lý cuộc g ọi

Các thủ tục xử lý cuộc gọi chủ yếu dựa trên các thông tin định tuyến, khi các

thuê bao tìm kiếm và xác nhận các địa chỉ MSC đích, các thủ tục do MAP không

còn cần thiết. Riêng việc xử lý cuộc gọi qua gateway của trung tâm chuyển mạch di

động GMSC thì vẫn phải sử dụng các giao thức MAP/C.

Hình 3.6 : Các điề u hành của MAP trong trườ ng hợ p cuộc g ọi t ừ mạng PSTN

Trong tr ƣờ ng hợ p một thuê bao từ mạng cố định PSTN gọi sang mạng di động,

các bản tin khở i tạo ISUP IAM đƣợ c gửi tớ i gateway chứa thông tin số bị gọi. Dựa

trên các con số này, mạng PSTN định tuyến cuộc gọi tớ i GMSC thích hợ p. GMSC

chứa nhận dạng thuê bao di động trong cơ sở dữ liệu sẽ sử dụng điều hành MAP tớ i

HRL để tim kiếm MS. Nếu thuê bao đang trong tr ạng thái chuyển vùng, các thông

tin trao đổi giữa HRL và VRL đƣợ c thực thi để đảm bảo quá trình định tuyến thành



91

công. Hình vẽ 3.6 chỉ ra thủ tục của MAP trong tr ƣờ ng hợ p cuộc gọi từ mạng

PSTN.

H ỗ tr ợ d ịch vụ bổ sung

Các dịch vụ bổ sung đƣợ c thực thi qua các điều hành MAP gồm có một số tác vụ

nhƣ: Đăng ký dịch vụ bổ sung, xoá dịch vụ bổ sung, kích hoạt dịch vụ bổ sung, huỷ

bỏ kích hoạt dịch vụ bổ sung, liên k ết điều hành dịch vụ bổ sung, đăng ký mật khẩu

và lấy mật khẩu.

Dịch vụ bản tin ng ắ n SMS

Dịch vụ bản tin ngắn SMS là một trong các dịch vụ cơ bản của hệ thống di động

GSM, các điều hành dịch vụ bản tin ngắn SMS gồm có một số tác vụ: Chuyển bản

tin ngắn, gửi thông tin định tuyến cho bản tin ngắn, báo cáo tr ạng thái bản tin, cảnh

báo từ trung tâm nhắn tin và thông tin của trung tâm dịch vụ. Các thông tin trao đổi

giữa MSC đƣợ c thực hiện qua giao thức MAP/E đƣợ c chỉ ra trên hình vẽ 3.7 dƣớ i

đây.

Hình 3.7 : Điề u hành MAP liên quan t ớ i d ịch vụ bản tin ng ắ n SMS

3.1.3 Mạng thông minh

Mạng thông minh (IN – Intelligent Network) là mạng viễn thông tách r ờ i dịch

vụ, nghĩa là sự thông minh đƣợ c lấy ra từ thiết bị chuyển mạch và trong các máy

tính phân bổ trên mạng. Mạng thông minh cung cấ p tớ i ngƣờ i vận hành mạng



92

phƣơng tiện để phát triển và điều khiển các dịch vụ một cách linh hoạt và hiệu quả

hơn. IN cung cấp năng lực mạng thoả mãn nhu cầu thay đổi thƣờ ng xuyên của

khách hàng, tính thông minh của mạng tr ở nên phân tán với độ phức tạ p ngày càng

tăng nhanh. IN/1 thể hiện mô hình thực hiện dịch vụ ở bên ngoài các hệ thống

chuyển mạch, đặt trong những cơ sở dữ liệu gọi là những điểm điều khiển dịch vụ

(SCP – Service Controll Points). Hai dịch vụ cần đến IN/1 là dịch vụ 800 (hay điện

thoại miễn phí) và xác minh thẻ cuộc gọi (hay dịch vụ thực hiện hóa đơn luân phiên

[ABS]). Để giao tiế p vớ i nguyên tắc thực hiện dịch vụ giá tr ị gia tăng, phần mềm

phải đƣợ c triển khai trong những hệ thống chuyển mạch. Phần mềm hệ thống

chuyển mạch này cho phép thừa nhận hệ thống chuyển mạch khi nó cần thiết để

giao tiế p vớ i một SCP thông qua mạng SS7. Sau khi IN/1 xuất hiện thì các nhà cung

cấp liên tục đƣa ra các dịch vụ mới, nhƣng có 1 điều không đổi đó là : mạng thông

minh IN là mạng viễn thông độc lập dịch vụ. Mạng IN cho phép các hệ thống

chuyển mạch và các hệ thống điều khiển dịch vụ xuất xứ từ các nhà cung cấ p khác

nhau làm việc vớ i nhau một cách độc lập và trơn tru. Điều này cung cấ p cho các nhà

điều hành mạng các phƣơng tiện để phát triển và điều khiển dịch vụ hiệu quả hơn.Các dịch vụ mớ i có thể đƣợ c giớ i thiệu một cách nhanh chóng trong mạng và dễ

dàng đƣợ c thiết lậ p phù hợ p vớ i nhu cầu của khách hàng mà không phải thay đổi

cấu trúc của các nút chuyển mạch trong mạng.

Mô hình mang tính khái niệm về mạng thông minh bao gồm 4 mặt phẳng. Mỗi

mặt phẳng tƣợng trƣng cho một quan điểm trừu tƣợng khác nhau về các khả năng

đƣợc mạng cấu trúc theo kiểu IN. Các quan điểm này lần lƣợt nhằm vào các khía

cạnh dịch vụ, tính năng tổng thể, tính năng phân phối và các khía cạnh vật lý của

mạng IN.

Mặt phẳng dịch vụ: Mặt phẳng dịch vụ minh hoạ cho các dịch vụ cung cấp bởi

mạng IN (Chẳng hạn dịch vụ Prepaid, Freephone ,Tevoting…). Một dịch vụ bao

gồm nhiều đặc tính dịch vụ SF (Service Feature) và có thể đƣợc tăng cƣờng vào các

đặc tính dịch vụ khác. SF có 2 loại: lõi dịch vụ và tùy chọn dịch vụ. Một đặc tính

dịch vụ SF là phần tử nhỏ nhất của một dịch vụ mà ngƣời sử dụng dịch vụ có thể



93

nhận thức đƣợc. Những SF đóng vai trò trong việc đặc tả và thiết kế các dịch vụ

mới phức tạp hơn, muốn tạo ra một dịch vụ chỉ cần tạo ra SF phần lõi và khi muốn

nâng cấp dịch vụ thì chỉ cần kết hợp thêm các SF tùy chọn. Nhờ vậy mà các dịch vụ

trong mạng IN sẽ đƣợc cung cấp một cách nhanh chóng và đa dạng hơn.

Hình 3.8: Mô hình khái niệm mạng IN

Mặt phẳng chức năng tổng thể GFP (Global Function Plane): GFP tạo ra mô hình

chức năng mạng từ quan điểm tổng thể. Vì vậy mạng có cấu trúc IN đƣợc nhìn nhậnnhƣ là một thực thể đơn trong GFP. Trong mặt phẳng này, dịch vụ và các SF đƣợc

định nghĩa lại về mặt chức năng mạng rộng, những chức năng này không phải là

dịch vụ hay đặc tính dịch vụ riêng biệt nữa mà đƣợc tham chiếu nhƣ là các khối xây

dựng dịch vụ độc lập. Khối xây dựng dịch vụ độc lập xử lý cuộc gọi cơ sở và

chƣơng trình Logic - dịch vụ tổng thể GSL (Global Service Logic). GSL mô tả các

khối xây dựng dịch vụ độc lập kết hợp với nhau nhƣ thế nào đƣợc sử dụng để mô tả

đặc tính dịch vụ SF.

Mặt phẳng chức năng phân phối DFP (Distributed Functional Plane): DFP gồm

các thực thể chức năng FE (Functional Entity). Một chƣơng trình logic dịch vụ

(SLP) trong GFP đƣợc đại diện bởi một nhóm các SIB phân phối tại các FE. Đặc

biệt, mỗi SIB đƣợc thực hiện trong DFP bởi một chuỗi các hoạt động của thực thể

chức năng cụ thể FEA (Functional Entity Action) đƣợc thực hiện trong các FE. Một



94

số trong các FEA này tạo ra luồng thông tin giữa các FE; có nghĩa trao đổi bản tin

giữa các FE sẽ thông qua FEA.

Mặt phẳng vật lý: Mặt phẳng vật lý của mô hình mạng thông minh bao gồm các

thực thể vật lý PE khác nhau và sự tƣơng tác giữa chúng. Mỗi PE gồm một hoặc

nhiều FE xác định chức năng trong mạng IN. Có thể đặt một hoặc nhiều thực thể

chức năng FE trong một PE. Ngoài ra một FE không thể đƣợc tách ra giữa hai PE,

một FE đƣợc ánh xạ hoàn toàn trong một PE. Cuối cùng, trƣờng hợp bản sao của

một FE có thể đƣợc ánh xạ đến các PE khác mặc dù không cùng PE.

3.2 BÁO HIỆU TẠI MẠNG TRUY NHẬP

Nhằm tìm hiệu báo hiệu trong mạng thông tin di động hiện nay, mục này sẽ phân

tích các giao diện báo hiệu trong mạng truy nhậ p của hệ thống UMTS. UMTS là sự

phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM (GSM, GPRS & EDGE), là công nghệ

duy nhất đƣợc các nƣớ c châu Âu công nhận cho mạng 3G. GSM và UMTS cũng là

dòng công nghệ chiếm thị phần lớ n nhất trên thị trƣờng thông tin di động.

Các thành phần thiết bị chính và các giao diện của UMTS đƣợ c chỉ ra trên hình3.9.

Hình 3.9: C ấ u trúc của UMTS

UE (User Equipment): Thiết bị ngƣờ i sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣờ i

sử dụng vớ i hệ thống. UE gồm hai phần:



95

o Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến đƣợ c sử dụng

cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.

o

Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông

tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lƣu giữ các

khóa nhận thực và một số thông tin của thuê bao cần thiết.

UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhậ p vô tuyến có

nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhậ p vô tuyến. UTRAN gồm

hai phần tử:

o

Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nócũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.

o Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài

nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợ c k ết nối với nó). RNC còn là điểm

truy cậ p tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấ p cho mạng lõi CN.

CN (Core Network): Mạng lõi gồm các thành phần sau.

o

HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thƣờng trú lƣu giữ thôngtin chính về lý lịch dịch vụ của ngƣờ i sử dụng. Các thông tin này bao gồm:

Thông tin về các dịch vụ đƣợc phép, các vùng không đƣợ c chuyển mạng và các

thông tin về dịch vụ bổ sung nhƣ: trạng thái chuyển hƣớ ng cuộc gọi, số lần

chuyển hƣớ ng cuộc gọi.

o MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là

tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấ p các dịch vụ chuyển mạch

kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển

mạch kênh. VLR có chức năng lƣu giữ bản sao về lý lịch ngƣờ i sử dụng cũng

nhƣ vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.

o GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch k ết nối vớ i mạng ngoài.

o SGSN (Serving GPRS): Có chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợ c sử dụng cho

các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).



96

o GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ

phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

Các mạng ngoài: Bao gồm mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói.

o Mạng CS : Mạng k ết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.

o Mạng PS : Mạng k ết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

Các giao diện vô tuyế n: gồm một số giao diện sau.

o Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này

tuân theo một khuôn dạng chung cho các thẻ thông minh.

o Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cậ p các phần tử cố định của hệ

thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan tr ọng nhất của UMTS.

o Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN vớ i CN, nó cung cấ p cho các nhà khai

thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.

o Giao diện Iur : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất

khác nhau.

o

Giao diện Iub: Giao diện cho phép k ết nối một nút B vớ i một RNC.

3.2.1 Xử lý cuộc gọi tại giao diện I ub

Giao diện Iub nằm giữa RNC và một node B. RNC điều khiển node B thông qua

Iub một số tác vụ nhƣ: thỏa thuận tài nguyên vô tuyến, bổ sung hoặc loại bỏ các tế

báo khỏi node B, hỗ tr ợ các kiểu truyền thông khác nhau và các liên k ết điều khiển.

Giao diện Iub cho phép truyền dẫn liên tục chia sẻ giữa giao diện Abis/GSM và

giao diện Iub, tối thiểu số lƣợ ng tùy chọn có sẵn trong phần chức năng giữa RNC và

node B. Bên cạnh chức năng điều khiển các ô, thêm hoặc loại bỏ các liên k ết vô

tuyến trong các ô thuộc quản lý của các node B, Iub hỗ tr ợ chức năng O&M của

node B. Iub cho phép chuyển mạch giữa các kiểu kênh khác nhau nhằm duy trì k ết

nối. Các chức năng chi tiết của Iub nhƣ sau:



97

o Tái định vị bộ điều khiển mạng dịch vụ vô tuyến SRNC (Serving Radio

Network Controller): Chuyển chức năng SRNC cũng nhƣ các nguồn tài

nguyên liên quan tớ i Iu từ một RNC này tớ i một RNC khác.

o Quản lý kênh mang truy nhậ p vô tuyến RAB (Radio Access Bearer): bao gồm

thiết lậ p, quản lý và giải phóng kênh mang truy nhậ p vô tuyến.

o Yêu cầu giải phóng RAB: gửi yêu cầu giải pháp kênh mang truy nhậ p vô

tuyến tớ i mạng lõi CN.

o Giải phóng các tài nguyên k ết nối Iu: giải phóng toàn bộ tài nguyên liên quan

tớ i một k ết nối Iu. Gửi yêu cầu giải phóng toàn bộ k ết nối Iu tớ i mạng lõi CN.

o Quản lý các tài nguyên truyền tải Iub: quản lý liên k ết Iub, quản lý cấu hình ô,

đo hiệu năng mạng vô tuyến, quản lý sự kiện tài nguyên, quản lý kênh truyền

tải chung, quản lý tài nguyên vô tuyến, sắ p xế p cấu hình mạng vô tuyến.

o Quản lý thông tin hệ thống và lƣu lƣợng các kênh chung: Điều khiển chấ p

nhận, quản lý công suất, truyền dữ liệu.

o Quản lý lƣu lƣợ ng của các kênh cố định: Quản lý và giám sát liên k ết vô

tuyến, chỉ định và giải tỏa kênh, báo cáo thông tin đo kiểm, quản lý kênhtruyền tải dành riêng, truyền dữ liệu.

o Quản lý lƣu lƣợ ng các kênh chia sẻ: Chỉ định và giải tỏa kênh, quản lý công

suất, quản lý kênh truyền tải, truyền dữ liệu.

o Quản lý đồng bộ và định thời: Đồng bộ kênh truyền tải, đồng bộ khung, đồng

bộ giữa node B và RNC, đồng bộ giữa các node B.

Để hiểu rõ chức năng xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub, ta xem xét một tiến trình

thực hiện cuộc gọi theo các bƣớc nhƣ sau (hình minh họa 3.10). Các bƣớ c tiến hành

xử lý cuộc gọi gồm:

Bƣớ c 1: Một yêu cầu k ết nối điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio

Resource Controller) đƣợ c gửi từ UE tớ i RNC.

Bƣớ c 2: Nguồn tài nguyên vô tuyến cần cung cấ p cho quá trình thiết lậ p một

kênh truyền tải cố định DCH (Dedicated Channel) để mang các kênh điều khiển



98

logic dành riêng DCCH (Dedicated Control Channel), các DCCH đƣợ c sử dụng để

truyền các bản tin của RRC và NAS (NonAccess Stratum).

Bƣớ c 3: Khi DCH và DCCH không khả dụng, các bản tin báo hiệu để thiết lậ p

k ết nối cho RRC đƣợ c truyền nhờ RACH (Random Access Channel) hƣớng đi và

FACH (Forward Access Channel) hƣớ ng về.

Hình 3.10: Thủ t ục trao đổ i thông tin báo hiệu qua Iub

Bƣớ c 4: Thủ tục mã hóa/ nhận thực đƣợ c yêu cầu từ mạng đƣợ c sử dụng để kiểm

tra lần hai nhận dạng UE và chuyển mã giữa RNC và UE nếu cần.

Bƣớ c 5: Thiết lậ p cuộc gọi thoại bắt đầu bở i bản tin SETUP trong lớ p

MM/SM/CC. Bản tin Setup gồm con số thiết bị bị gọi và chuyển tớ i RNC tớ i miền

mạng chuyển mạch kênh.

Bƣớ c 6: Vùng mạng chuyển mạch kênh định nghĩa QoS cho cuộc gọi thoại. Cácgiá tr ị QoS là các tham số trong kênh mang truy nhậ p vô tuyến RAB. RAB gán thủ

tục tƣơng thích vớ i thiết lậ p kênh mang trong mạng SS7. RAB cung cấ p một kênh

cho thoại gói giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị chuyển mạch trong vùng mạng

chuyển mạch kênh.

Bƣớ c 7: Tái cấu hình liên k ết vô tuyến cung cấ p nguồn tài nguyên để thiết lậ p

kênh mang vô tuyến trong bƣớ c tiế p theo.



99

Bƣớ c 8: Bên cạnh việc thỏa thuận tham số trong thủ tục gán RAB, một kênh vô

tuyến mới đƣợ c thiết lập để mang các kênh lƣu lƣợ ng dành riêng DTCH. Nếu sử

dụng mã AMR để mã hóa thoại, ba kênh DTCH đƣợ c thiết lậ p gồm: Lớ p A, Lớ p B

và Lớ p C.

Bƣớ c 9: Giải phóng cuộc gọi thoại đƣợ c thực hiện ngay sau khi RRC đƣợ c giải

phóng nếu không còn dịch vụ nào đƣợ c kích hoạt. Cả hai kênh điều khiển và lƣu

lƣợng dành riêng đƣợ c giải phóng. Cuối cùng, RNC giải phóng tài nguyên vô tuyến

bị khóa cho cả hai kênh để dành cho các cuộc gọi khác.

3.2.2 Báo hiệu tại giao diện I ur và I u

Để xem xét các thủ tục báo hiệu liên quan tớ i giao diện Iur và Iu, ta xem xét

chồng giao thức mạng UMTS dƣớ i khía cạnh mặt bằng điều khiển nhƣ trên hình

3.11.

Hình 3.11: Kiế n trúc giao thứ c mạng UMTS

Một kiến trúc giao thức mạng UMTS đƣợ c chia thành ba lớ p: Lớ p mạng truyền

tải gồm các giao thức truyền tải và các chức năng để cung cấ p nguồn tài nguyên

AAL2 cho phép trao đổi thông tin giữa UTRAN và mạng chuyển mạch kênh; Lớ p

mạng vô tuyến gồm các giao thức và chức năng để quản lý giao diện vô tuyến và

truyền thông giữa các thành phần của UTRAN hay giữa UTRAN và UE; Lớ p mạng

hệ thống gồm các giao thức truy nhậ p mạng để truyền thông giữa mạng chuyển

mạch kênh và UE. Mỗi một lớp đƣợ c chia thành mặt bằng điều khiển để truyền các



100

thông tin báo hiệu và mặt bằng ngƣời dùng để truyền lƣu lƣợ ng dữ liệu ngƣờ i sử

dụng.

a, M ặt b ằng điều khi ể n / ngườ i dùng I ur

Giao diện Iur giữa các RNC chỉ ra hai giải pháp trên lớ p truyền tải gồm: SCCP

và các bản tin RNSAP chạy trên nền của SSCOP hoặc SCCP trên nền M3UA nếu

lớ p truyền tải là lớ p IP.

Hình 3.12: M ặt bằ ng d ữ liệu/ điề u khiể n của Iur

Các giao thức sử dụng trong mặt bằng điều khiển/ dữ liệu của Iur đảm nhiệm các

chức năng sau: IP: cung cấ p các dịch vụ phi k ết nối giữa các mạng và gồm các tính năng đánh

địa chỉ, xác lậ p kiểu dịch vụ, phân mảnh và ghép gói tin và hỗ tr ợ bảo mật.

SCTP: giao thức truyền dẫn điều khiển luồng SCTP (Sream Control

Transmission Protocol) cung cấ p chức năng xác nhận lỗi cho luồng dữ liệu. Các vấn

đề ngắt dữ liệu, tổn thất dữ liệu hay trùng lặp đƣợc xác định bở i số thứ tự và trƣờ ng

kiểm tra tổng. SCTP cho phép truyền lại nếu phát hiện ra lỗi gây ngắt luồng dữ liệu.

MTP3-B: Phần chuyển bản tin mức 3 dùng cho mạng băng rộng cung cấ p nhận

dạng và chuyển các bản tin mức cao, đồng thờ i cung cấ p chức năng định tuyến và

chia tải.

M3UA: Lớp tƣơng thích ngƣờ i dùng MTP mức 3 tƣơng đƣơng các chức năng

của MTP3. M3UA đƣợ c mở r ộng để truy nhậ p tớ i các dịch vụ MTP3 cho các ứng

dụng điều khiển từ xa dựa trên IP.



101

SCCP: Cung cấ p dịch vụ truyền bản tin giữa hai điểm báo hiệu bất k ỳ trong cùng

một mạng.

RNSAP: Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến RNSAP (Radio Network

Subsystem Application Part) gồm các giao thức truyền thông sử dụng trên giao diện

Iur và sử dụng luật mã hóa gói PER (Packet Encoding Rule).

a, M ặt b ằng điều khi ể n / ngườ i dùng I u-CS

Chồng giao thức điều khiển/ ngƣờ i dùng Iu-CS bao gồm một số giao thức.

AMR: Mã hóa đa tốc độ thích ứng AMR (Adaptive Multirate Codec) cung cấ p

một miền tốc độ r ộng cho dữ liệu và sử dụng cho mã hóa tốc độ thấ p cho giao diện

vô tuyến.

TAF: Chức năng tƣơng thích đầu cuối (Terminal Adaptation Function) là giao

thức hỗ tr ợ biến đổi nhiều kiểu thiết bị đầu cuối khác nhau vào mạng.

RLP: giao thức liên k ết vô tuyến (Radio Link Protocol) điều khiển truyền dẫn dữ

liệu giữa mạng GSM và UMTS.

Hình 3.13: M ặt bằ ng d ữ liệu/ điề u khiể n của Iu-CS

Vùng chuyển mạch kênh liên quan tớ i một tậ p các thực thể xử lý lƣu lƣợng ngƣờ i

sử dụng cũng nhƣ các báo hiệu liên quan. Tại đây gồm các thành phần MSC,

GMSC, VRL và chức năng liên kết liên mạng IWF tớ i mạng PSTN.

c, M ặt b ằng điều khi ể n / ngườ i dùng I u-PS

Vùng chuyển mạch gói gồm các thực thể liên quan tớ i truyền dẫn gói, SGSN,

GGSN và cổng biên.



102

Hình 3.14: M ặt bằ ng d ữ liệu/ điề u khiể n của Iu-PS

Lƣu lƣợng IP đƣợ c truyền tải trên AAL5 của ATM. Vì vậy không tồn tại lớ p

ALCAP trong mặt bằng điều khiển để thiết lậ p và xóa bỏ các k ết nối ảo chuyển

mạch của lớ p AAL2.

3.3 THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG MẠNG LÕI

3.3.1 Thiết lập cuộc gọi vớ i ISUP/BICC

Trên giao diện giữa các MSC, ISUP đƣợ c sử dụng để thiết lậ p và giải phóng các

cuộc gọi qua miền mạng chuyển mạch kênh. Một chức năng tƣơng tự trên giao diện

Nc là BICC đƣợc định nghĩa trong 3GPP rel 4. BICC tƣơng thích một phần vớ iISUP khi phần lớ n các bản tin báo hiệu đều cùng tên nhƣng không thể hoạt động

ngang hàng. Phần khác biệt chính là ISUP sử dụng chỉ một khe thờ i gian trong

luồng E1 hoặc T1 vớ i tốc độ không đổi (64kbps hoặc 56 kbps). Trong khi BICC có

khả năng cung cấp và điều khiển bất k ỳ một mức chất lƣợ ng dịch vụ nào cho các

k ết nối từ đầu cuối tới đầu cuối. Các dịch vụ khả thi cung cấ p cho thuê bao 3G trong

Rel 4 có thể đƣa ra từ các k ết nối kênh hẹ p tớ i các luồng đa phƣơng tiện thờ i gian

thực.

Có ít nhất hai giao thức cung cấ p dịch vụ truyền tải cho bản tin ISUP và BICC

gồm bản tin SS7 MTP và M3UA. Các địa chỉ đƣợ c tìm thấy trong nhãn định tuyến.

Mỗi mạng SS7 trao đổi địa chỉ của nút gửi bằng mã điểm báo hiệu SPC. Nhãn định

tuyến thuộc đơn vị báo hiệu bản tin MTP mức 2 trong trƣờ ng hợ p dựa trên luồng

E1, T1 hoặc nằm một phần trên MTP3-B nếu sử dụng hệ thống truyền tải ATM.

Phía gửi bản tin MSU hoặc MTP3-B đƣợ c gọi là mã điểm đi OPC và phía nhận là



103

mã điểm đến DPC. Tham số SLS đƣa thông tin về liên k ết báo hiệu số 7 sẽ thuộc

nhóm liên k ết nào sử dụng để gửi bản tin. Độ dài của SPC phụ thuộc vào cùng địa

lý. Trong trƣờ ng hớ p sử dụng báo hiệu M3UA, địa chỉ IP đƣợ c sử dụng để nhận

dạng máy chủ MSC.

Hình 3.15: Tiế n trình cuộc g ọi ISUP

Một cuộc gọi ví dụ trên hình 3.15 chỉ ra các thủ tục cần thiết cho một cuộc gọi

ISUP thành công. Các bản tin ISUP đƣợc trao đổi giữa hai MSC và đƣợ c k ết nối bở i

STP vớ i nhiệm vụ duy nhất là định tuyến bản tin báo hiệu. STP không thiết lậ p hoặc

giải phóng cuộc gọi nhƣng đóng vai trò quan trọng của các dịch vụ mạng thông

minh.

Trên hình 3.15 cho thấy các thủ tục thiết lậ p cuộc gọi BICC trên giao diện E.

BICC sử dụng dịch vụ truyền tải MTP để trao đổi bản tin báo hiệu qua liên k ết

ATM. Dịch vụ mang đƣợc điều khiển bở i BICC là thoại qua ATM sử dụng kênh ảo

chuyển mạch AAL2 trên giao diện E.

Hình 3.16: Các giao thứ c trên giao diện E



104

Để rõ các thủ tục thiết lậ p và giải phóng một cuộc gọi sử dụng BICC, ta xem xét

các lƣu đồ trên hình 3.17. Mỗi nút mạng đƣợ c nhận dạng bở i SPC SS7 là một phần

của nhãn định tuyến MTP. Các bản tin trên giao diện IuCS đƣợ c lọc bở i giao thức

SCCP. Trên giao diện E, tất cả các bản tin BICC đều có cùng OPC hoặc DPC tƣơng

ứng với nhãn điện thoại MTP và đƣợ c thêm giá tr ị CIC của BICC nếu cùng một

cuộc gọi. Các bản tin trao đổi giữa NAS và gán RAB đƣợ c thực hiện trên IuCS bao

gồm cả chức năng nhận thực và bảo mật (hình 3.18).

Hình 3.17 : Lưu đồ cuộc g ọi BICC (1/5)

Hình 3.18: Lưu đồ cuộc g ọi BICC (2/5)

Nhƣ chỉ ra trên hình 3.19, sau khi thiết lậ p RAB thành công, bản tin IAM BICC

đƣợ c gửi trên giao diện E tớ i gateway MSC. IAM của BICC chứa mã cuộc gọi hiện

thời CIC=1 (Call Instance Code) để sử dụng cho các bản tin BICC khác trong cùng



105

một cuộc gọi. Thêm vào đó, số thuê bao bị gọi có thể tự động bổ sung hoặc bớ t số 0

đối vớ i các cuộc gọi quốc tế.


Số chỉ định vùng là địa chỉ E.164 tạo ra các thông tin nhận dạng địa lý của chủ

gọi. Nhận dạng ngữ cảnh ứng dụng chỉ ra phần tử dịch vụ ứng dụng truyền tải liên

k ết kênh mang trên thực thể BICC tại gateway MSC. Phần tử này sẽ đƣợ c gán vào

các nguồn tài nguyên cần thiết để thiết lập kênh lƣu lƣợ ng trên giao diện E. Địa chỉ

IP của MSC đƣợ c gửi đi trên bản tin IAM để các mạng truyền tải SS7 liên k ết vớ i

các mạng dựa trên nền IP hoặc ATM.


Sau khi nhận đƣợ c IAM, GMSC tr ả lờ i bằng một bản tin truyền tải ứng dụng

APM (Application Transport Mechanism) ngƣợ c lại tớ i MSC. Bản tin này chƣa các



106

tham số về kênh mang đƣợ c thiết lậ p, giá tr ị nhận dạng biding nếu kênh mang sử

dụng kênh ảo chuyển mạch AAL2.


Các bản tin phản ánh hành vi của hai thuê bao A, B cùng chức năng nhƣ trong

cuộc gọi ISUP. Trigger giải phóng cuộc gọi BICC thực hiện giải phóng cả kênh

mang truy nhậ p vô tuyến RAB và các kênh mang thực hiện bở i RANAP (IuCS) và

các thủ tục ALCAP.

3.3.2 Báo hiệu trên giao diện Gn

Giao diện Gn xác định k ết nối giữa các nút hỗ tr ợ GPRS (GPRS Support

Nodes- GSNs) khác nhau. Chúng có thể là nút hỗ tr ợ GPRS phục vụ (Serving

GPRS Nodes-SGSNs) nếu chúng có một k ết nối tớ i UTRAN sử dụng giao diện

IuPS và/hoặc k ết nối tớ i GERAN sử dụng giao diện Gb, hoặc nút hỗ tr ợ GPRS

Gateway (Gateway GPRS Support Nodes-GGSNs) nếu chúng có một k ết nối tớ i

một mạng dữ liệu gói (Packet Data Network-PDN, ở đây là mạng Internet công

cộng) sử dụng giao diện Gi hoặc tớ i mạng PLMN khác (Public Land Mobile

Network- mạng di động mặt đất công cộng) sử dụng giao diện Gp. Giao diện Gn

cũng sử dụng để k ết nối tất cả các SGSNs vớ i nhau.

Trong cả giao diện Gp và Gn giao thức đƣờ ng hầm GPRS (GPRS Tunneling

Protocol-GTP) đều đƣợ c sử dụng. Mạng giao vận phía dƣớ i mặt bằng điều khiển là

MTP (cho tin nhắn báo hiệu GTP-C) và mặt bằng ngƣờ i dùng GTP (cho IP payload)



107

đƣợ c dựa trên IP chạy trên Ethernet hoặc liên k ết ATM. Để cung cấ p một dịch vụ

giao vận nhanh giữa các thực thể GTP ngang hàng, giao thức UDP đƣợ c sử dụng.

TCP vớ i mức độ tin cậy cao hơn UDP đƣợc định nghĩa trong các tài liệu tiêu chuẩn

nhƣ mọt sự thay thế, nhƣng không đƣợ c sử dụng bởi ngƣời điều hành mạng và các

nhà sản xuất vì nó sẽ làm giảm thông lƣợ ng dữ liệu trong miền PS.

Hình 3.22: Giao diện Gn cho đườ ng hầm IP

Nhƣ trong hình 3.22, mục đích chính của giao diện Gn là đóng gói và tạo đƣờ ng

hầm cho các gói tin IP. Tạo đƣờ ng hầm dữ liệu nghĩa là dẫn dữ liệu một cách thông

suốt qua mạng lõi. Giữa các GSNs, một đƣờ ng hầm GTP-U (GTP User Plane) đƣợ c

tạo cho mỗi ngữ cảnh PDP của một ngƣời đăng ký GPRS. Qua đƣờ ng hầm này, tất

cả các gói tin IP trong đƣờng lên và đƣờ ng xuống đƣợ c dẫn tr ực tiế p. Một tậ p các

tin nhắn báo hiệu GTP đƣợ c sử dụng để tạo, điều chỉnh và xoá đƣờ ng hầm. Những

tin nhắn GTP-C này đƣợc trao đổi bằng một đƣờ ng hầm độc lậ p giữa các GSNs.

Các thông số của đƣờ ng hầm nhƣ tốc độ thông lƣợng,… đƣợc xác định tr ực tiế p từ

thoả thuận về chất lƣợ ng dịch vụ QoS trong PDP context. Vì lớ p giao vận IP mang

các gói tin dữ liệu GTP, bao gồm dữ liệu mặt bằng ngƣờ i sử dụng IP nên việc đóng

gói IP-trong-IP có thể đƣợ c theo dõi trên giao diện Gn do địa chỉ của lớ p IP thấ p

hơn lớ p giao vận thuộc SGSN và GGSN và chỉ liên quan tớ i giao diện Gn. Địa chỉ

IP trong các gói tin IP đƣờ ng hầm (đƣợ c vận chuyển bở i GTP T-PDU) là địa chỉ IP

của ngƣời đăng ký GPRS và máy chủ IP (IP Server).

Kiến trúc của GTP gồm có ba mặt bằng: mặt bằng điều khiển (GTP-C); mặt bằng

ngƣờ i sử dụng (GTP-U) và GTP tính cƣớ c.



108

Hình 3.23 cho thấy những chức năng này có thể tìm thấy ở giữa những nút nào

của kiến trúc mạng.

Hình 3.23: Các chức năng của GTP trong UMTS

GTP-C quản lý thiết lậ p và giải phóng các đƣờ ng hầm ngƣờ i dùng cụ thể giữa các

GSNs để trao đổi thông tin báo hiệu GTP. Sau đó, nó đƣợ c sử dụng để tạo, sửa đổi

và xoá các đƣờ ng hầm mặt bằng ngƣờ i dùng giữa các GSNs. Nhiệm vụ thứ ba của

GTP-C là hỗ tr ợ , quản lý di động và quản lý chỉ định vùng tuỳ chọn.

GTP-U đƣợc dùng để truyền tải các gói tin IP đến và đi từ mạng chuyển mạch gói

giống nhƣ Internet. Nó đƣợ c sử dụng trong cả giao diện IuPS và giao diện Gn. Tuy

nhiên, các đƣờ ng hầm trên giao diện IuPS đƣợc điều khiển bở i báo hiệu RANAP.

GTP’ đƣợ c dùng giữa GSNs và chức năng cổng tính cƣớc (CGF) để truyền các bản

tin chi tiết cƣớ c.

3.3.3 Báo hiệu xử lý chuyển vùng

Báo hiệu xử lý chuyển vùng cho UMTS gồm hai kiểu chính: chuyển giao giữa

các MSC trong cùng mạng 3G và chuyển giao giữa mạng 2G-3G. Mục này tậ ptrung vào các nội dung liên quan tớ i báo hiệu chuyển vùng trong nội mạng 3G. Nhƣ

đã biết, giao thức ứng dụng di động MAP không chỉ sử dụng cho truyền thông giữa

các cơ sở dữ liệu mà còn điều hành thông tin trao đổi giữa các MSC cũng nhƣ hỗ

tr ợ chức năng truyền tải cho các giao thức truy nhậ p mạng vô tuyến RAN lớ p 3

khác nhau. MAP có thể mang các bản tin RANAP đƣợc trao đổi giữa các RNC k ết

nối tớ i các MSC khác nhau. Khi RANAP hỗ tr ợ một phần chức năng truyền tải cho

giao thức RRC, các bản tin RANAP mang thông tin RRC MSC trên giao diện E



109

trong vùng mạng 3G, đƣợ c nhúng trong các hoạt động của MAP. Các RNC của

cùng một UTRAN có thể k ết nối qua giao diện Iur nhƣng không có giao diện Iur

cho các RNC khác UTRAN.

Hình 3.23 chỉ ra hai UTRAN khác nhau k ết nối qua giao diện E của vùng CS và

giao diện Gn của vùng PS. Nếu có một tình huống chuyển vùng của một UE thuộc

hai UTRAN, CRNC của các ô này cần thông tin tới các CRNC khác để đảm bảo

chuyển giao không gây lỗi.

Hình 3.24: Các giao diện UMTS giữ a hai UTRAN

Vấn đề trao đổi thông tin giữa UE và mạng đƣợ c bắt đầu bằng việc thiết lậ p một

k ết nối RRC. RNC1 điều khiển k ết nối RRC này và k ết cuối trên các giao diện Iu

đƣợ c gọi là RNC phục vụ (SRNC). Nếu UE di chuyển, nó cần liên hệ vớ i một ô củamột RNC khác. Hai RNC này thuộc cùng một UTRAN và k ết nối vớ i nhau qua giao

diện Iur . Nếu hai ô hoạt động trên cùng tần số thì chuyển giao mềm có thể diễn ra.

Nếu UE mất liên hệ với các ô đƣợc điều khiển bởi RNC ban đầu thì chỉ còn RNC

phía sau cung cấ p tài nguyên vô tuyến cho k ết nối. Tuy nhiên nếu UE tiế p tục di

chuyển khi cuộc gọi vẫn đang đƣợ c hoạt hóa thì có thể có một ô của một Node B

khác còn tốt hơn. Điều này dẫn tớ i việc chuyển giao cứng giữa RNC thứ 2 và RNC

mớ i thứ 3 này. Trong trƣờ ng hợ p chuyển vùng cứng các tham số của k ết nối RRC



110

đƣợ c chuyển tiếp đến SRNC mớ i và k ết nối giữa các RNC đƣợ c thực hiện thông

qua giao diện E của miền lõi CS. Các bƣớ c xử lý chuyển vùng nội mạng 3G đƣợ c

tóm tắt theo các bƣớ c sau:

Bướ c 1: Thủ tục chuyển giao nội 3G-MSC đƣợ c khở i phát bở i báo cáo đo RRC khi

một thiết bị mớ i hoạt động cùng tần số vớ i một thiết bị cũ. (hình 3.25).

Bướ c 2: Khi SRNC (RNC 1) nhận đƣợ c bản tin báo cáo RRC, quyết định thực hiện

chuyển giao sang RNC 2. Khi không tồn tại giao thức Iur giữa các RNC, thủ tục

chuyển giao buộc phải là chuyển giao cứng cùng vớ i tái chỉ định lại SRNS tại cùng

thời điểm. Tiến trình này đƣợ c xử lý bởi SRNC cũ, là thành phần gửi bản tin yêucầu tái định vị RANAP tớ i MSC của nó.

Bướ c 3: Dựa trên bảng định tuyến của MSC phục vụ, RNC 2 đƣợ c xác định có k ết

nối tớ i một MSC khác nhƣ trên hình 3.24. Vì vậy, MSC cần gửi bản tin yêu cầu tái

định vị RANAP tớ i MSC khác tớ i RNC 2. Do kênh lƣu lƣợ ng của cuộc gọi cần

chuyển tớ i MSC mớ i, MSC phục vụ gửi bản tin chuẩn bị chuyển vùng MAP chứa

RANAP tớ i MSC mớ i.

Hình 3.25: Chuyể n giao nội 3G-MSC

Bướ c 4: MSC mớ i chuyển bản tin yêu cầu tại định vị RANAP tớ i RNC 2.



111

Bướ c 5: RNC 2 chỉ định tất cả các nguồn tài nguyên vô tuyến để chuẩn bị cho k ết

nối UE. Đặc biệt, các chức năng lậ p lịch và điều khiển quản tr ị đƣợ c kiểm tra và

tính toán tƣơng thích vớ i các tậ p tham số của RNC 1. Tùy thuộc vào k ết quả tính

toán mà chuyển giao có đƣợ c thực hiện hay không qua bản tin RRC đƣợ c gửi đi từ

RNC 2. Nếu yêu cầu QoS thay đổi, bản tin tái cấu hình kênh mang vô tuyến đƣợ c

gửi đi, trên ví dụ cho thấy bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợ c gửi.

Bướ c 6 : RNC 2 gửi bản tin xác nhận tái định vị RANAP tới RNC 2 để đáp lại bản

tin tái cấu hình kênh vật lý RRC.

Bướ c 7 : Tr ả lờ i bản tin tiền chuyển giao MAP đƣợ c gửi bở i MSC mớ i tớ i MSC phục vụ cũ. Bản tin này chứa xác nhận tái định vị RANAP gồm thông tin tái cấu

hình kênh vật lý RRC.

Bướ c 8: MSC cũ gửi lệnh tái định vị RANAP tới RNC 1. Khi đó bản tin tái cấu hình

kênh vật lý đƣợc đƣa ra bở i RNC 2 nhúng trong bản tin này một lần nữa. bản tin

lệnh tái định vị ra lệnh cho RNC 1 k ết thúc các luật hiện áp dụng cho k ết nối.

Bướ c 9: Bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợ c chuyển bở i RNC 2 qua Iub cũ và giaodiện Uu tớ i UE.

Bướ c 10: Dựa trên các thông tin thu đƣợ c từ bản tin yêu cầu tái cấu hình kênh vật lý

RRC, chuyển giao đƣợ c thực hiện và bản tin hoàn tất tái cấu hình kênh vật lý đƣợ c

gửi đi trên giao diện Iub mớ i tớ i RNC 2.


Nội dung chƣơng 3 tậ p trung vào các nội dung liên quan tớ i kiến trúc, các giao

thức báo hiệu và điều khiển k ết nối trong mạng di động. Kiến trúc báo hiệu cho hệ

thống GSM (2G) đƣợ c thực hiện chủ yếu trên hệ thống báo hiệu số 7 vớ i sự hỗ tr ợ

của mạng thông minh. Trong mạng UMTS, các giao thức báo hiệu và điều khiển

đƣợ c chia tách thành hai phần chính gồm báo hiệu trên mạng truy nhậ p UTRAN và

báo hiệu tại mạng lõi. Các thủ tục báo hiệu cơ bản đƣợ c trình bày thông qua các ví

dụ cụ thể mang tính chất điển hình.



112


- Kiến trúc và các điểm tham chiếu báo hiệu của hệ thống GSM;

-

Đặc tính chức năng mặt bằng điều khiển của các giao diện Iub, Iu, Iur;- Xử lý báo hiệu vớ i ISUP/BICC tại mạng lõi;

- Thủ tục báo hiệu xử lý chuyển vùng nội mạng 3G.



113

CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG

TIỆN IP IMS

Tóm tắt: Tiế p cận phân hệ đa phương tiện IP đóng vai trò then chố t trong quá

trình hội t ụ giữ a mạng cố định và di động và internet hiện nay. Nhằ m sáng t ỏ các

vấn đề liên quan t ớ i báo hiệu và điề u khiể n trong IMS, nội dung chương này sẽ

trình bày các khía cạnh liên quan của IMS như cấ u trúc chức năng, thành phần và

các giao thứ c báo hiệu liên quan. Bên cạnh báo hiệu và điề u khiể n cuộc g ọi đa

phương tiện qua giao thứ c SIP, các giao thứ c hỗ tr ợ nhận thực, tính cướ c hay thiế t

l ậ p chính sách cho các cuộc g ọi cũng sẽ đượ c trình bày.

4.1 KIẾN TRÚC PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP

Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị đầu cuối di động và mạng xã hội

đã và đang đem lại hàng loạt tiện ích mới cho ngƣờ i sử dụng. Nhu cầu phát triển

một phân hệ tích hợ p các dịch vụ internet vào di động nhằm tạo ra một mạng di

động thế hệ k ế tiếp đƣợc xác định bằng giải pháp công nghệ IMS.

Hình 4.1: V ị trí và mố i quan hệ của IMS

Hình 4.1 thể hiện một cấu trúc hội tụ mạng với tâm điểm là IMS hỗ tr ợ cả miền

chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh. Việc phát triển của IMS là sự nỗ lực

hợ p tác giữa tổ chức tiêu chuẩn đứng đầu cho mạng di động 3GPP và tổ chức đứng

đầu cho mạng Internet là IETF. IETF cung cấp đặc tả các giao thức và công nghệ

nền tảng trong khi 3GPP phát triển kiến trúc khung làm việc, tích hợ p các giao thức

cần thiết để cung cấ p cho hệ thống di động các khả năng nhƣ chuyển vùng giữa các



114

nhà điều hành, phân biệt chất lƣợ ng dịch vụ và tính cƣớ c. Các yêu cầu cơ bản về

cấu trúc của một hệ thống IMS đã đƣợc đặt ra gồm: hỗ tr ợ các phiên truyền thông

đa phƣơng tiện IP; k ết nối IP cho các thiết bị di động trên cả vùng mạng nhà và

mạng khách; đảm bảo chất lƣợng thông tin cho các phiên đa phƣơng tiện; hỗ tr ợ các

chính sách sử dụng đúng tài nguyên yêu cầu; đảm bảo an toàn thông tin trong các

môi trƣờ ng k ết nối; hỗ tr ợ chính sách tính cƣớ c; thực hiện chuyển vùng linh hoạt;

phối hợ p k ết nối vớ i các mạng khác; ứng dụng cơ chế điều khiển dịch vụ linh hoạt;

phân lớ p cấu trúc và đa dạng hình thức truy nhậ p.

4.1.1 Mô hình kiến trúc IMSMục tiêu của kiến trúc IMS là cung cấ p nhiều giá tr ị gia tăng hơn cho nhà cung

cấ p mạng, ngƣờ i phát triển ứng dụng, ngƣờ i cung cấ p dịch vụ cũng nhƣ ngƣờ i sử

dụng các thiết bị đầu cuối. Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới đƣợ c triển khai một

cách nhanh chóng vớ i chi phí thấ p. Vớ i IMS, nhà cung cấ p mạng sẽ không chỉ làm

công tác chuyển tải thông tin một cách đơn thuần mà tr ở thành tâm điểm trong việc

phấn phối dung lƣợ ng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm

bảo chất lƣợ ng dịch vụ cũng nhƣ kị p thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác

nhau của khách hàng. Một mạng IMS đƣợc định nghĩa trong một kiến trúc mặt

phẳng ngang gồm 3 lớ p chức năng.

Hình 4.2: Truy nhậ p vớ i IMS

Lớp đầu tiên là lớ p mang. Lớ p này truyền tải dung lƣợ ng báo hiệu và các luồng lƣu

lƣợng đa phƣơng tiện. Lớ p này bao gồm các thiết bị phần cứng nhƣ thiết bị chuyển



115

mạch, bộ định tuyến và các thực thể xử lý phƣơng tiện nhƣ cổng đa phƣơng tiện hay

máy chủ phƣơng tiện. IMS đóng vai trò nhƣ một lớ p truy nhậ p không phụ thuộc

mạng để k ết nối đến nhiều loại mạng khác nhau hiện có (hình 4.2).

Lớ p thứ hai trong kiến trúc IMS là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của

mạng báo hiệu nhƣ CSCF, HSS, MGCF…để hỗ tr ợ điều khiển phiên chung, điều

khiển phƣơng tiện và chức năng điều khiển truy nhậ p qua các giao thức báo hiệu

nhƣ SIP, Diameter, H248. Lớp điều khiển là chức năng cốt lõi của IMS để truyền

thông báo hiệu và các yêu cầu điều khiển tớ i các thành phần thiết bị trong phiên.

Lớ p thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớ p dịch vụ. Lớ p này bao gồm các Server ứngdụng nhƣ server ứng dụng SIP, Server truy nhậ p dịch vụ mở bên thứ 3 và các điểm

điều khiển dịch vụ mở k ế thừa từ các hệ thống truyền thống. IMS đƣa ra các điều

khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà, các thành phần của mạng báo hiệu

đƣợ c phân phối trong lớ p dịch vụ và lớp điều khiển. Cấu trúc phân lớp đƣợ c thể

hiện trên hình 4.3.

Hình 4.3: Kiế n trúc phân l ớ p của phân hệ IMS

Một trong các yếu tố tạo nên tính ƣu việt của hệ thống IMS trong mục tiêu

k ết nối là các cơ chế báo hiệu và điều khiển. Cụ thể là thông qua hai giao thức

báo hiệu là SIP và giao thức Diameter. Giao thức SIP đƣợ c sử dụng để thiết lậ p,

duy trì và k ết thúc các phiên đa phƣơng tiện. Còn giao thức Diameter đƣợ c sử

Lớp Điều

Khiển

CSCF

MRFC

MRFP

MGCF

BGCF

SEG

SGW

IMS_MGWGGSNSGSN

HSS

ASAS

RANWLAN,

ADSL,Cáp

…

PSTN/ các

mạng CS

mở rộng

Các

mạng IP

mở rộng

Lưu lượ ng báo hiệu

Lưu lượng ngườ i dùng

Lớ p ng

Dụng

Lớ p Truyền

tải

AS



116

dụng cho nhận thực trao quyền và thanh toán (AAA) đối vớ i các dịch vụ của

ngƣờ i sử dụng. Nếu so sánh vớ i giao thức báo hiệu SS7 truyền thống, giao thức

đƣợ c sử dụng trong mạng chuyển mạch kênh cung cấ p dịch vụ thoại, chức năng

giao thức SIP tƣơng tự nhƣ ISUP còn giao thức Diameter và các ứng dụng của

nó tƣơng ứng vớ i giao thức dựa trên TCAP. Để truyền tải giao thức báo hiệu

trong IMS, giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP và giao thức điều khiển

truyền tải TCP chạy trên nền IPv4/IPv6 đƣợ c sử dụng.

4.1.2 Các thành phần chức năng

Mục này phân tích các thực thể IMS và các chức năng cơ bản. Các thực thể chức

năng trong IMS có thể chia thành 6 loại cơ bản: nhóm quản lý phiên và định tuyến

(CSCF); cơ sở dữ liệu (HSS, SLF); dịch vụ (máy chủ ứng dụng, MRFC, MRFP);

các phần tử chức năng liên mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW); các bộ phận

chức năng hỗ tr ợ (PDF, SEG, THIG); tính cƣớ c. Dƣới đây sẽ phân tích các chức

năng cơ bản theo các thực thể trong IMS.

a, Th ự c th ể ch ức năng điều khi ể n phiên cu ộc g ọi (CSCF)

Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) thực chất là một máy chủ

SIP và đóng vai trò trung tâm của IMS. CSCF có nhiệm vụ xử lý báo hiệu SIP trong

IMS. Có ba loại chức năng điều khiển phiên khác nhau: CSCF uỷ quyền (Proxy-

CSCF: P-CSCF); CSCF phục vụ (Serving-CSCF: S-CSCF) và CSCF tham vấn

(Interrogating-CSCF: I-CSCF). Mỗi CSCF có nhiệm vụ riêng. Thƣờ ng thì tất cả các

CSCF tham gia trong suốt quá trình đăng ký thiết lậ p phiên và định hình cơ chế

định tuyến SIP. Ngoài ra, tất cả các chức năng đều có khả năng gửi số liệu tính cƣớ c

tớ i bộ chức năng tính cƣớ c offline. Có vài chức năng thông thƣờ ng mà P-CSCF và

S-CSCF có thể thực hiện. Các thực thể có khả năng giải phóng phiên thay cho thuê

bao (ví dụ khi S-CSCF phát hiện ra một phiên đang treo - không sử dụng, hoặc P-

CSCF nhận đƣợ c thông báo kênh mang truyền thông bị mất) và có khả năng kiểm

tra nội dung của giao thức mô tả phiên (SDP) hoặc kiểm tra các loại hoặc các mã

truyền thông trong giao thức này. Khi SDP đang sử dụng không phù hợ p vớ i chính



117

sách của nhà khai thác, CSCF từ chối yêu cầu và gửi bản tin thông báo lỗi SIP tớ i

UE.

CSCF đại diện ( ủ y quyề n)

P-CSCF là điểm k ết nối, giao tiế p đầu tiên của các thuê bao trong hệ thống IMS.

Có ngh ĩ a là tất cả lƣu lƣợ ng báo hiệu SIP từ UE sẽ đƣợ c gửi tớ i P-CSCF. Ngƣợ c lại,

tất cả các k ết cuối báo hiệu SIP từ mạng đƣợ c gửi từ P-CSCF tớ i UE. Bốn chức

năng cơ bản của P-CSCF bao gồm: nén SIP, k ết hợ p bảo mật IP (IPSec), tƣơ ng tác

vớ i chức năng quyết định chính sách (PDF) và xác định phiên khẩn cấ p. Có thể có

một hoặc nhiều P-CSCF trong một mạng. P-CSCF thực hiện các chức năng sau:

o Chuyển tiế p các yêu cầu SIP REGISTER tớ i CSCF truy vấn (I-CSCF) dựa trên

tên miền do UE cung cấ p.

o Chuyển tiế p các yêu cầu và đáp ứng SIP của UE tớ i CSCF phục vụ (S-CSCF).

o Chuyển tiế p các yêu cầu và đáp ứng SIP tớ i UE.

o Phát hiện các yêu cầu thiết lậ p phiên.

o Tạo thông tin tính cƣớc để gửi cho nút tính cƣớ c CCF.

o Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu SIP và duy trì liên k ết bảo mật giữa UE và P-CSCF.

Chức năng này đƣợ c cung cấ p bở i giao thức bảo mật IPsec và tải tin bảo mật

đóng gói ESP.

o Nén và giải nén các bản tin SIP từ UE. P-CSCF hỗ tr ợ nén bản tin dựa trên ba

RFC: [RFC3320], [RFC3485] và [RFC3486].

o Chức năng kiểm tra phƣơng tiện. P-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin giao

thức mô tả phiên (SDP) và kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện haycodec. Khi SDP không phù hợ p vớ i chính sách của nhà khai thác thì P-CSCF sẽ

loại bỏ yêu cầu và gửi bản tin báo lỗi SIP tớ i UE.

o Duy trì bộ định thờ i phiên. Các bộ định thờ i phiên cho phép P-CSCF phát hiện

và giải phóng tài nguyên do các phiên đang bị treo chiếm dụng.



118

o Tƣơng tác vớ i chức năng quyết định chính sách (PDF). PDF chịu trách nhiệm

triển khai chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP). Trong Release 5, PDF là một

thực thể logic của P-CSCF, còn trong Release 6 PDF đứng riêng một mình.

Thông thƣờ ng một mạng IMS sẽ có nhiều P-CSCF tùy thuộc vào quy mô và độ

dƣ của mạng. Mỗi P-CSCF chỉ phục vụ một số lƣợng các đầu cuối IMS nhất định.

CSCF truy vấ n

CSCF truy vấn (I-CSCF) là một SIP Proxy nằm tại biên giớ i của vùng quản lý.

Địa chỉ của các I-CSCF trong một miền sẽ đƣợ c liệt kê trong các bản ghi DNS của

miền đó. Khi muốn xác định bƣớ c nhảy tiế p theo cho một bản tin nào đó của thủ tục

SIP thì máy chủ SIP phải biết đƣợc địa chỉ của ít nhất là một I-CSCF của miền mà

bản tin đó cần đến. Có thể có nhiều I-CSCF bên trong một mạng. I-CSCF thực hiện

các chức năng sau:

o Liên lạc với HSS để thu đƣợ c tên của S-CSCF đang phục vụ khách hàng.

o

Đăng ký (gán) một S-CSCF dựa trên dung lƣợ ng nhận đƣợ c từ HSS.

o

Tạo và gửi thông tin tính cƣớ c tới nút tính cƣớ c CCF.o

Cung cấ p chức năng che giấu. I-CSCF có chứa một tính năng gọi là THIG –

cổng liên mạng che giấu cấu hình. THIG đƣợ c sử dụng để che cấu hình và dung

lƣợ ng của mạng từ phía bên ngoài mạng của nhà khai thác.

Số lƣợ ng I-CSCF trong một mạng tùy thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng đó.

CSCF phục vụ

CSCF phục vụ (S-CSCF) là một máy chủ SIP đóng vai trò trung tâm của mặt

bằng báo hiệu vớ i chức năng chủ yếu là điều khiển phiên. Ngoài tƣ cách là một máy

chủ thì S-CSCF còn hoạt động nhƣ một bộ đăng ký SIP, có nghĩa nó chứa một ràng

buộc giữa vị trí khách hàng (là địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối nơi khách hàng đăng

nhập) và địa chỉ SIP của bản ghi thuộc về khách hàng đó (còn gọi là nhận dạng

chung cho khách hàng). Có thể có nhiều S-CSCF bên trong mạng. S-CSCF thực

hiện các chức năng sau:



119

o Điều khiển các yêu cầu đăng ký nhƣ một register. S-CSCF nhận biết đƣợc địa

chị IP của UE và P-CSCF nào đang đƣợ c UE sử dụng nhƣ một điểm truy cậ p

IMS.

o Nhận thực ngƣờ i dùng bằng cơ chế nhận thực và đồng thuận khoá IMS (AKA)

giữa UE và mạng nhà.

o Tải thông tin ngƣờ i dùng và dữ liệu liên quan đến dịch vụ từ HSS trong suốt quá

trình đăng ký hoặc khi xử lý một yêu cầu tới ngƣời dùng không đƣợc đăng ký.

o

Định tuyến lƣu lƣợng đầu cuối di động tớ i P-CSCF và định tuyến lƣu lƣợ ng

khởi xƣớ ng từ di động tớ i I-CSCF, thực thể chức năng điều khiển cổng thoát

BGCF) hay máy chủ ứng dụng (AS).

o Thực hiện chức năng điều khiển phiên. S-CSCF có thể hoạt động giống nhƣ một

máy chủ đại diện.

o

Tƣơng tác vớ i các nền tảng dịch vụ.

o Phiên dịch số E.164 tới URI dùng để nhận dạng tài nguyên hợ p nhất sử dụng cơ

chế phiên dịch hệ thống tên miền (DNS). Chức năng này là cần thiết do việc

định tuyến cho một bản tin SIP trong IMS chỉ sử dụng các SIP URI, nghĩa làtrong trƣờ ng hợ p một khách hàng quay một số điện thoại thay vì sử dụng SIP

URI thì S-CSCF phải sử dụng các dịch vụ phiên dịch số.

o Giám sát bộ định thời đăng ký và có thể đăng ký lại khi cần.

o Thực hiện kiểm tra phƣơng tiện. S-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin SDP và

kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay codec. Khi SDP không phù hợ p

vớ i chính sách của nhà điều hành hoặc yêu cầu dịch vụ của khách hàng thì S-

CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi đi bản tin báo lỗi SIP.

o Duy trì bộ đinh thờ i phiên. Nó cho phép S-CSCF phát hiện và giải phóng các tài

nguyện do các phiên đang chiếm dụng.

o Tạo và gửi thông tin tính cƣớ c tớ i nút tính cƣớc CCF để tính cƣớ c offline và tớ i

hệ thống OCS để tính cƣớ c online.



120

Số lƣợ ng S-CSCF trong một mạng phụ thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng

đó. Mỗi S-CSCF chỉ phục vụ cho một số lƣợ ng thiết bị đầu cuối IMS nhất định.

Khác vớ i P-CSCF và I-CSCF, S-CSCF luôn nằm ở mạng nhà.

b , Cơ sở d ữ l i ệu HSS/HLR

Về khía cạnh k ỹ thuật, máy chủ thuê bao mạng nhà HSS là sự cải tiến từ HLR.

Trong IMS, HSS là trung tâm lƣu trữ thông tin của khách hàng, bao gồm tất cả dữ

liệu liên quan đến việc xử lý các phiên đa phƣơng tiện cho khách hàng đó. Những

dữ liệu này là thông tin định vị, thông tin an ninh (gồm thông tin nhận thực và thông

tin trao quyền), thông tin hồ sơ khách hàng (các dịch vụ mà khách hàng đăng ký) vàthông tin về S-CSCF đƣợ c gán cho mỗi khách hàng.

Chức năng HLR đƣợ c sử dụng để hỗ tr ợ cho các thực thể miền PS nhƣ SGSN và

GGSN. Nó cho phép thuê bao truy nhậ p tớ i các dịch vụ miền PS. HLR cũng hỗ tr ợ

cho các thực thể miền CS nhƣ MSC hay các server MSC. Nó cho phép thuê bao

truy nhậ p tớ i các dịch vụ miền CS và hỗ tr ợ roaming tớ i các mạng miền CS

GSM/UMTS.

Trong một mạng có thể có nhiều HSS tùy vào số lƣợ ng thuê bao. Tuy nhiên, tất

cả dữ liệu của một khách hàng phải đƣợc lƣu trữ trong một HSS duy nhất. Các

mạng có từ hai HSS tr ở lên thì phải bổ sung thêm một SLF (có chức năng ánh xạ

địa chỉ khách hàng đến HSS). Khi một nút gửi truy vấn đến SLF trong đó có chứa

địa chỉ của khách hàng thì nó sẽ đƣợ c HSS tr ả lờ i toàn bộ thông tin có liên quan đến

khách hàng đó.

c, Máy ch ủ ứ ng d ụng (AS)

Các server ứng dụng không hoàn toàn là các thực thể IMS, chúng là các chức

năng phía trên IMS. Tuy nhiên các AS ở đây đƣợ c mô tả nhƣ một phần chức năng

IMS do thực thể này cung cấ p các dịch vụ đa phƣơng tiện giá tr ị thặng dƣ trong

IMS. AS có thể nằm tại mạng nhà hay mạng của nhà cung cấ p dịch vụ thứ ba, trong

đó ngƣời điều hành mạng nhà đã thỏa thuận về vấn đề cung cấ p dịch vụ vớ i nhà



121

cung cấ p thứ ba này. AS sẽ không giao tiế p vớ i HSS khi nó không nằm trên mạng

nhà. Các chức năng chính của AS bao gồm:

o Khả năng xử lý và tác động tới phiên SIP thu đƣợc.

o Khả năng tạo ra các yêu cầu SIP.

o Khả năng gửi thông tin thanh toán tới bộ phận tính cƣớc.

d, Th ự c th ể ch ức năng quản lý tài nguyên và phương tiện MRF

Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phƣơng tiện (MRF) có chức năng

cung cấp tài nguyên đa phƣơng tiện trong mạng nhà, các luồng phƣơng tiện hỗn

hợ p, chuyển mã giữa các bộ codec, thu nhận thông tin thống kê và phân tích các

loại phƣơng tiện.

MRF đƣợ c chia thành nút nằm trên mặt bằng báo hiệu (MRFC) và nút nằm trên

mặt bằng phƣơng tiện (MRFP). MRFC hoạt động nhƣ một tác nhân khách hàng

SIP, nó giao tiế p vớ i S-CSCF thông qua giao thức SIP và có chức năng điều khiển

tài nguyên trong MRFP thông qua giao diện H.248.

MRFP thực hiện tất cả các chức năng liên quan đến phƣơng tiện, ví dụ nhƣ thể

hiện (playing) và tr ộn lẫn (mixing) phƣơng tiện. MRF luôn luôn nằm ở mạng nhà.

e, Th ự c th ể ch ức năng điều khi ể n c ổng phương tiện (MGCF)

MGCF là thực thể cho phép giao tiế p giữa IMS và ngƣờ i dùng CS. Nó thực hiện

các chức năng sau:

o Điều khiển những phần của tr ạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển k ết nối

cho các kênh phƣơng tiện trong một IMS-MGW.

o Truyền thông vớ i các thực thể CSCF, BGCF, và PSTN.

o Quyết định tr ạm tiế p theo phụ thuộc vào số định tuyến cho những cuộc gọi vào

từ các mạng truyền thống.

o

Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa những giao thức điều khiển cuộc gọi

ISUP/TCAP và phân hệ IMS .

o

Thông tin ngoài băng nhận đƣợ c trong MGCF đƣợc đẩy tớ i CSCF/IMS-MGW.



122

o Gửi thông tin tính cƣớ c tớ i CCF.

f, Th ự c th ể ch ức năng điều khi ể n c ổ ng (BGCF)

BGCF chịu trách nhiệm lựa chọn lối thoát đến miền CS. Quá trình này có thể

lựa chọn ra lối thoát trong chính mạng cấ p phát BGCF hoặc lối thoát tớ i mạng khác.

Trong trƣờ ng hợ p thứ nhất, BGCF sẽ lựa chọn một thực thể chức năng MGCF để

xử lý phiên. Trƣờ ng hợ p thứ hai, BGCF sẽ chuyển tiế p phiên tớ i BGCF khác trong

mạng đƣợ c lựa chọn. Ngoài ra, BGCF cũng có chức năng gửi thông tin tính cƣớ c tớ i

CCF.

4.1.3 Các giao thứ c của IMS

Khi phát triển IMS, 3GPP thực hiện phân tích các nội dung ETSI đã thực hiện

khi chuẩn hóa các giao thức cho GSM để thiết k ế bổ sung các giao thức cho IMS.

Phần lớ n các giao thức báo hiệu và điều khiển trong IMS đều mang tính k ế thừa và

đơn giản trong tích hợ p hệ thống.

Giao thức điều khiển phiên: Các giao thức điều khiển phiên đóng một vai trò then

chốt vớ i bất k ỳ một cấu trúc mạng truyền thông do liên quan tr ực tiế p tớ i hiệu năng

hệ thống mạng. 3GPP lựa chọn giao thức SIP để thiết lậ p và quản lý các phiên đa

phƣơng tiện truyền trên mạng IP và trong IMS.

Giao thức nhận thực, cấ p quyền và tính cƣớ c AAA: Ngoài các giao thức điều

khiển phiên k ể trên thì giao thức AAA cũng có vai trò quan trọng không kém.

Trong IMS, giao thức AAA đƣợ c sử dụng là Diameter. Diameter (RFC 3588) là

giao thức phát triển từ RADIUS (RFC 2865) (là một giao thức đƣợ c sử dụng r ộngrãi trên Internet để thực hiện AAA. Ví dụ, khi một khách hàng quay số đến một nhà

cung cấ p dịch vụ Internet (ISP) thì Server của mạng truy nhậ p sẽ sử dụng giao thức

RADIUS để nhận thực và trao quyền cho khách hàng truy nhậ p vào mạng). Giao

thức Diameter đƣợ c chia thành các ứng dụng Diameter. Diameter đƣợ c IMS sử

dụng ở một số giao diện, nhƣng không phải tất cả giao diện đều sử dụng chung một



123

ứng dụng Diameter. Ví dụ hai ứng dụng Diameter dùng để tƣơng tác vớ i SIP trong

quá trình khở i tạo phiên và tính cƣớ c sẽ phải khác nhau.

Các giao thức hỗ tr ợ khác: Ngoài SIP và Diameter thì IMS vẫn còn sử dụng nhiều

giao thức khác, ví dụ nhƣ: COPS (Common Open Policy Service, RFC 2748) là

giao thức có chức năng truyền các chính sách giữa các điểm quyết định chính sách

PDP và các thực hiện chính sách PEP; MEGACO/H.248 đƣợ c sử dụng để điều

khiển các node trong mặt bằng phƣơng tiện; RTP (Real-Time Transport Protocol,

RFC 3550) và RTCP (RTP Control Protocol, RFC 3550) đƣợc dùng để truyền các

phƣơng tiện thờ i gian thực nhƣ hình ảnh và âm thanh.4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA SIP TRONG IMS

Giao thức khở i tạo phiên đƣợ c thiết k ế để hỗ tr ợ việc thiết lập các phiên đa

phƣơng tiện giữa các ngƣờ i sử dụng trên mạng IP. Cùng vớ i việc điều khiển cuộc

gọi, SIP cũng hỗ tr ợ các chức năng nhƣ di động của ngƣờ i sử dụng và chuyển

hƣớ ng cuộc gọi trong IMS gồm:

o

Báo hiệu SIP đầu cuối đầu cuối giữa các ngƣờ i sử dụng IP di động và cố định.o Các Internet IP có thể cung cấ p các dịch vụ giá tr ị ra tăng cho ngƣờ i sử dụng di

động.

o SIP đƣợ c thiết k ế nhƣ một giao thức IP vì thế nó thích hợ p tốt vớ i các giao thức

IP và các dịch vụ khác.

o

SIP đơn giản và tƣơng đối dễ thực hiện.

4.2.1 Đặc tính k ỹ thuậtKhi triển khai SIP trong IMS các nhà phát triển nhận ra r ằng có sự khác biệt so

vớ i phiên bản SIP cho Internet. Một số các mở r ộng đƣợc định nghĩa trong các RFC

bổ sung thêm các tính năng mớ i và làm cho SIP tr ở thành giao thức báo hiệu khá

phức tạ p. Việc sử dụng SIP cho việc thiết lậ p phiên trên những liên k ết băng thông

hạn chế nhƣ các giao diện vô tuyến hoặc các liên k ết nối tiế p tốc độ thấ p dẫn đến

thờ i gian thiết lậ p cuộc gọi dài. Để khắc phục yếu điểm đó cơ chế nén báo hiệu gọi



124

là SigComp đã đƣợ c phát triển bở i tổ chức IETF. Tiêu đề riêng P-Header (RFC

3329) nhƣ P-preferred-identity, th P-access-network-info, P-asserted-identity, P-

calledparty- id đƣợ c bổ sung thêm cho mạng IMS để cung cấ p các dịch vụ riêng

biệt. Các tiêu đề này đƣợc định nghĩa thêm để chuyển các thông tin xác đáng vào

mạng nhƣng nó chƣa đủ để phát triển các phần tử chuẩn mực trong IMS. Các chuẩn

mở r ộng khác nhƣ chuẩn thỏa thuận bảo mật (RFC 3329), xác thực phƣơng tiện

(RFC 3313), dành trƣớ c tài nguyên trong IMS (RFC 3312), SDP mở r ộng đƣợc đề

xuất hỗ tr ợ thêm cho SIP trong IMS. So sánh vớ i SIP của trong IETF mà ở đó chủ

gọi sử dụng SIP yêu cầu một con đƣờ ng cụ thể trong tiêu đề Route. Trong IMS, P-

CSCF loại bỏ con đƣờng này và đảm bảo tuân theo việc định tuyến SIP IMS. Các

yêu cầu SIP luôn đƣợc định tuyến đến S-CSCF mạng nhà ở cả mạng khở i tao và

k ết cuối. S-CSCF sử dụng cơ sở dữ liệu ngƣờ i dùng (download xuống trong quá

trình đăng ký) để liên k ết vớ i các AS SIP xử lý các yêu cầu SIP. Các tiêu chí lọc

khở i tạo lúc đầu IFC (The Initial Filter Criteria) trong cơ sở dữ liệu thuê bao cung

cấ p một logic đơn giản để quyết định sẽ liên k ết vớ i AS nào. Các luật này mang tính

ổn định tức là nó không thay đổi trong một chu k ỳ.

4.2.2 Các thủ tục báo hiệu SIP trong IMS

Để nắm đƣợ c hoạt động của SIP trong IMS ta xem xét các thủ tục báo hiệu thông

qua các ví dụ tƣơng ứng vớ i một số k ịch bản có thể xảy ra.

(i) Đăng ký và thiết lậ p phiên: ví dụ thứ nhất chỉ ra một thủ tục khở i tạo đăng ký,

cho r ằng ngƣời dùng đã chuyển mạng sang mạng khách. Thủ tục này bắt đầu vớ i

yêu cầu đăng ký SIP ngƣờ i dùng đƣợ c gửi từ P-CSCF của mạng khách. Vì băngthông vô tuyến hạn chế, bản tin đƣợc nén trƣớ c khi gửi đi bởi ngƣờ i dùng và

đƣợ c giải nén ở P-CSCF. Nếu có nhiều S-CSCF tồn tại trong mạng nhà của

ngƣờ i sử dụng, một I-CSCF cần thiết để triển khai lựa chọn một S-CSCF phục

vụ phiên của ngƣời dùng đó. Trong trƣờ ng hợ p này P-CSCF quyết định một địa

chỉ của I-CSCF mạng nhà của ngƣờ i dùng bằng cách sử dụng tên miền mạng nhà

ngƣờ i dùng và chuyển bản tin REGISTER tớ i I-CSCF. Sau khi I-CSCF gửi đáp



125

ứng nhận thực ngƣờ i dùng (UAR) tớ i HSS, HSS tr ả lại địa chỉ của khả thi của S-

CSCF. I-CSCF lựa chọn một S-CSCF và chuyển bản tin đăng ký.

UE P-CSCF

Mạng nhà Mạng khách

I-CSCF S-CSCF HSS

1. SIP: đăng ký

3. SIP: đăng ký

2. Diameter: UAR, UAA

4. Diameter: MAR, MAA5. SIP: 401

6. SIP: đăng ký2. Diameter: UAR, UAA

8. SIP: đăng ký9. Diameter: SAR, SAA

10. Điều khiểndịch vụ qua AS

11. SIP: 200 OK

Yêu cầu/Trả lời Yêu cầu

Trả lời

Hình 4.4: Luồng bản tin báo hiệu đăng ký

Trong lúc xác nhận đăng ký, S-CSCF lấy lại vector nhận dạng từ HSS qua

giao thức Diameter Đáp ứng nhận thực đa phƣơng tiện MAR và tr ả lại ngƣờ i

dùng bản tin SIP 401 không đƣợ c nhận thực mà có thể mang số liệu hỏi đáp nhận

thực. Sau khi tính toán đáp ứng nhận thực, ngƣờ i dùng gửi đến S-CSCF một bản

tin đăng ký khác đƣợ c mang bởi đáp ứng hỏi đáp. S-CSCF xác nhận lại đáp ứng

và nếu đáp ứng đúng, nó tải xuống thuộc tính thuê bao từ HSS qua một đáp ứng

yêu cầu chỉ định máy chủ SAR Diameter. S-CSCF có thể liên lạc vớ i một Server

ứng dụng để điều khiển dịch vụ nhƣ trong thuộc tính của thuê bao. trƣớ c khi tr ả

lại bản tin 200 OK tới ngƣờ i sử dụng.

Trong ví dụ thứ hai chỉ ra luồng báo hiệu một thiết lậ p phiên giữa hai ngƣờ i

dùng IMS, cho r ằng có nhiều S-CSCF đƣợ c triển khai. Một thủ tục thiết lậ p

phiên là một quá trình của việc tìm ra các phần tử mạng và các thành phần báo

hiệu. Khi định tuyến bản tin đăng ký, I-CSCF của ngƣờ i bị gọi truy vấn HSS của



126

ngƣờ i bị gọi để tìm địa chỉ của một S-CSCF đƣợ c chỉ định qua bản tin Diameter

yêu cầu thông tin vị trí LIR. HSS đáp ứng lại bằng bản tin Diameter tr ả lờ i thông

tin vị trí LIA.

S-CSCF

Mạng nhà chủgọi Mạng nhà bị gọi

I-CSCF HSS S-CSCF

1. SIP: Yêu cầu

Yêu cầu/Trả lời Yêu cầu

Trả lời


3. SIP: Yêu cầu 4.Diameter: LIR, LIA

5. SIP: Yêu cầu


7. SIP: Yêu cầu

8. SIP: 183 Phát

triển phiên

9. SIP: 200 OK

10. SIP: Xác nhận

Hình 4.5: Luồng bản tin báo hiệu thiế t l ậ p phiên

Trƣớ c khi gửi bản tin đăng ký, S-CSCF của chủ gọi và ngƣờ i bị gọi có thể

liên lạc vớ i Server ứng dụng để điều khiển dịch vụ và tính cƣớ c cho dịch vụ tải

xuống trong khi đăng ký ngƣờ i dùng. K ỹ thuật phân giải địa chỉ và định tuyến

bản tin SIP chuẩn đƣợ c sử dụng để định tuyến bản tin đăng ký từ chủ gọi tớ i UE

bị gọi trên tất các các con đƣờ ng. Các con đƣờ ng nhận đƣợ c là UE chủ gọi, P-

CSCF mạng khách chủ gọi, S-CSCF mạng khách chủ gọi, I-CSCF bị gọi, S-CSCF bị gọi, P-CSCF mạng khách bị gọi và UE bị gọi. Bản tin tr ở lại từ UE bị

gọi đi theo đƣờng ngƣợ c lại. Thủ tục thoả thuận một phiên cung cấ p tr ả lời cơ

bản cũng đƣợ c kiểm soát trong thời điểm này. Điều này đƣợ c hoàn thành qua

giao thức mô tả phiên SDP đƣợ c mang bở i thân của bản tin SIP (ví dụ bản tin

đăng ký vớ i một mờ i gọi và bản tin 200 OK vớ i một tr ả lờ i).



127

Phân phối dịch vụ IMS: Kiến trúc phân phối dịch vụ IMS bao gồm S-CSCF,

Server ứng dụng AS, chức năng điều khiển tài nguyên đa phƣơng tiện MRF và

HSS. Trong đó S-CSCF đóng vai trò nhƣ một điểm điều khiển phiên trung tâm,

các server ứng dụng và MRF là các điểm thi hành dịch vụ. Để thi hành điều

khiển logic dịch vụ cho một thuê bao, S-CSCF kiểm tra yêu cầu SIP nhận đƣợ c.

Thông tin đƣợ c kiểm tra bao gồm kiểu báo hiệu SIP, tiêu đề, URI yêu cầu và mô

tả phiên. Nếu điểm chốt phù hợ p, S-CSCF sẽ lựa chọn một Server ứng dụng và

định tuyến yêu cầu SIP tớ i AS trong dịch vụ đƣợ c thực thi.

Server ứng dụng SIP (SIP AS), cƣ trú trong mạng nhà và cung cấ p dịch vụ dựa trên giao thức SIP. Trong một ví dụ đƣợ c minh hoạ trong hình dƣới đây chỉ

ra luồng bản tin cho thủ tục liên quan đến server có mặt, nơi ngƣờ i dùng A lấy

thông tin hiện diện của ngƣờ i dùng B, và dịch vụ hiện diện đóng vai trò nhƣ một

UA.

UE A

Mạng nhà của thuê bao A và B

Lõi IMSPresence

Server

1. SIP: SUBCRIBER

UE B

2. SIP: 200 OK

3. SIP: Thông báo

4. SIP: 200 OK

5. SIP: Công bố

6. SIP: 200 OK

3. SIP: Thông báo

4. SIP: 200 OK

Hình 4.6: Luồng bản tin ngườ i dùng A l ấ y thông tin hiện diện ngườ i dùng B

Các bƣớ c trong thủ tục này nhƣ sau: 1-2: A lấy thông tin hiện diện của ngƣờ i dùng

B; 3-4: Sever hiện diện thông báo cho A về hiệu lực hiện tại của B; 5-6: B thay đổi

trang thái hiệu lực của mình; 7-8: Server hiện diện thông báo cho A bản cậ p nhận hiệu

lực của B.



128

4.3 CÁC GIAO THỨ C BÁO HIỆU KHÁC TRONG IMS

4.3.1 Giao thứ c Diameter

Diameter là một giao thức ngang hàng, cả client và server đều có thể gửi hoặc nhận

yêu cầu và đáp ứng. Giao thức Diameter đƣợ c dùng cho quá trình nhận thực, xác

thực, tài khoản. Diameter sử dụng cả TCP và SCTP cho việc truyền tải; sử dụng

IPsec và TLS cho việc bảo mật.

Diameter gồm hai phần chính: giao thức Diameter nền tảng và ứng dụng

Diameter. Giao thức Diameter nền tảng cần thiết cho việc phân phối các đơn vị dữ

liệu Diameter, thỏa thuận các khả năng, điều khiển lỗi và cung cấ p sự mở r ộng. Cònứng dụng Diameter định nghĩa các đơn vị dữ liệu và chức năng ứng dụng riêng.

Diameter nền tảng giao thức là cơ sở cho các Diameter ứng dụng. Diameter định

nghĩa một số thành phần sau:

Diamerter client: một thực thể chức năng, thông thƣờng đặt tại biên mạng, sử

dụng để điều khiển truy nhậ p

Diameter server: thực thể chức năng xử lý các yêu cầu nhận thực, xác thực và

kiểm toán cho một vùng riêng.

Proxy: chức năng chuyển tiế p các bản tin Diameter, tạo các quyết định chính

sách dựa trên cách sử dụng tài nguyên và dự liệu. Một proxy có thể thay đổi các

bản tin để thiết lậ p các quyết định chính sách nhƣ điều khiển cách sử dụng tài

nguyên, cung cấp điều khiển quản tr ị, và dự liệu.

Relay: chuyển tiế p bản tin Diameter dựa trên thông tin định tuyến liên quan và

các thực thể trong bảng định tuyến vùng. Nó chỉ có thể can thiệ p vào thông tin

định tuyến mà không thể can thiệ p vào các dữ liệu khác.

Redirect agent: chỉ dẫn từ client đến server và cho phép chúng truyền thông vớ inhau.

Translation agent: cho phép chuyển đổi giao thức giữa Diameter và các giao

thức AAA khác nhƣ là RADIUS.

Trong IMS, Diameter đƣợ c sử dụng tại các giao diện Cx, Dx giao tiế p giữa I-

CSCF, S-CSCF vớ i HSS, SLF và Sh, Dh giữa các AS vớ i SLF, HSS. Mục đích là

để lấy thông tin xác thực, cấ p quyền ngƣờ i dùng hoặc cậ p nhật thông tin ngƣờ i

dùng. Ngoài ra còn dùng cho giao diện Ro phục vụ cho việc tính cƣớ c. Ngoài những



129

đặc điểm chung nhƣ đã nêu trên về mặt giao thức. Vớ i mỗi giao diện có một số đặc

điểm riêng.

(i) V ớ i các giao diện Cx, Dx

Trƣờ ng hợ p này, I-CSCF và S-CSCF đóng vai trò là Diameter client; HSS là

Diameter server và SLF có vai trò chuyển hƣớ ng (Redirect agent). Giao diện Cx

chứa ba loại thủ tục chính: quản lý vị trí, xử lý số liệu thuê bao và nhận thực thuê

bao. Ứ ng dụng Diameter trên Cx và Dx là nhƣ nhau. Tuy nhiên, Dx chỉ có trách

nhiệm chuyển tiế p bản tin.

Hình 4.9: V ị trí của các giao diện trong IMS

Mục đích sử dụng Diameter trong giao diện Cx, Dx gồm:

o Chỉ định một S-CSCF đã đƣợ c chỉ định cho một ngƣờ i dùng.

o

Tải xuống các hƣớ ng xác thực ngƣời dùng. Các hƣớng này đƣợc lƣu trongHSS.

o Nhận thực khi ngƣờ i dùng chuyển vùng trong một mạng khách.

o Lƣu trữ trong HSS địa chỉ của các S-CSCF đã đƣợ c chỉ định cho ngƣờ i dùng.

o Để thông báo cho HSS về tr ạng thái đăng ký của nhận dạng ngƣờ i dùng.

o Tải xuống từ HSS lƣợ c sử ngƣờ i dùng bao gồm các tiêu chuẩn lựa chọn.

o Đẩy lƣợ c sử ngƣờ i dùng từ HSS tớ i S-CSCF khi lƣợ c sử ngƣời dùng thay đổi.

o Cung cấ p các thông tin cần thiết cho I-CSCF khi cần lựa chọn S-CSCF.



130

(ii) V ớ i giao diện Sh

Một AS (SIP AS hay OSA SCS) có thể cần số liệu thuê bao hoặc cần xác định

S-CSCF nào để gửi yêu cầu SIP đến đó. Loại thông tin này đƣợc lƣu trữ tại HSS. Vì

thế, cần điểm tham chiếu giữa HSS và AS. Điểm tham chiếu Sh dùng giao thức

Diameter. Các thủ tục đƣợ c chia thành hai loại chính: xử lý số liệu và khai báo/thuê

dùng số liệu. Giao diện này định nghĩa một số loại dữ liệu ngƣời dùng nhƣ sau:

o Repository data: AS sử dụng HSS để lƣu trữ dữ liệu trong suốt. Dữ liệu này

chỉ có thể hiểu đƣợ c bở i máy chủ dịch vụ thiết lậ p dịch vụ. Dữ liệu này khác

nhau tùy từng ngƣờ i dùng và tùy từng dịch vụ

o

Public identifiers : danh sách các nhận dạng công cộng của ngƣờ i dùngo

IMS user state: tr ạng thái đăng ký của ngƣời dùng trong IMS. Đó có thể là:

đăng ký, chƣa đăng ký, chờ đợ i trong quá trình chứng thực hoặc chƣa đăng ký

nhƣng S-CSCF chỉ định tới ngƣời dùng đó.

o S-CSCF name: chứa địa chỉ của S-CSCF đƣợ c chỉ định cho ngƣờ i dùng

o Initial filter criteria: chứa thông tin kích hoạt cho một dịch vụ.

o Location information: chứa vị trí của ngƣờ i dùng trong miền chuyển mạch

kênh và miền chuyển mạch gói

o

User state: chứa tr ạng thái của ngƣờ i dùng trong miền chuyển mạch kênh và

miền chuyển mạch gói.

o Charging information: chứa địa chỉ của chức năng tính cƣớ c.

4.3.2 Giao thứ c COPS

COP là giao thức đƣợ c IETF chuẩn hóa nhằm thực hiện việc quản lý, cấu hình và

áp đặt chính sách. Giao thức này hoạt động theo mô hình Client/Server. Nó định

nghĩa một giao thức yêu cầu và đáp ứng một cách đơn giản trong việc trao đổi thôngtin chính sách giữa server quyết định chính sách và client của nó. Trong đó điểm

thực thi chính sách (PEP) đƣợc xem là client và server là điểm quyết định chính

sách (PDP). COPS điều khiển chính sách theo hai mô hình chính: (i) Outsourcing

và (ii) Configuration. Trong (i) PEP chỉ định một PDP bên ngoài chịu trách nhiệm

xử lý những sự kiện gửi ra từ PEP. Mô hình này cho thấy sự tƣơng quan một – một

giữa những sự kiện ở PEP và những quyết định từ một PDP. (ii) Không giống nhƣ

mô hình trƣớ c là không có sự ánh xạ tr ực tiế p những sự kiện tại PEP và những



131

quyết định từ PDP. PDP có thể cấu hình những sự kiện bên ngoài đƣợ c khở i tạo bở i

một PEP bất k ỳ và sự kiện gửi từ PEP có thể đƣợ c xử lý bở i PDP cùng khối vớ i nó

hoặc PDP thuộc khối khác. Xét về mặt thời gian thì mô hình này linh động hơn mô

hình outsourcing.

COPS sử dụng TCP để truyền những bản tin đáng tin cậy giữa PEP và PDP.

Không giống nhƣ giao thức client/server khác, cặ p bản tin yêu cầu/đáp ứng này phải

phù hợ p vớ i cặ p bản tin yêu cầu/đáp ứng khác. Ở đây server có thể áp đặt chính

sách cho client và xóa những chính sách trên client nêu chính sách đó không còn giá

tr ị nữa. PEP khở i tạo k ết nối TCP đến PDP. PEP gửi yêu cầu và nhận những quyếtđịnh chính sách từ PDP và liên lạc giữa PEP và PDP là sự trao đổi yêu cầu / đáp

ứng. Tuy nhiên PDP/PEP có thể gửi đi những bản tin độc lậ p. Ví dụ PDP gửi những

quyết định tớ i PEP buộc PEP thay đổi những chính sách đƣợ c PDP chấ p nhận trƣớ c

đó và PEP có thể gửi những bản tin báo cáo về tr ạng thái cho PDP…

COPS đƣợ c sử dụng trong liên lạc giữa khối PDF và GGSN tạo sự k ết nối giữa

IMS và mạng GPRS. Thông qua COPS các chính sách nhƣ băng thông, tiêu chí điều

khiển chấ p nhận, QoS… đƣợc PDF điều khiển thiết lậ p trên nền tảng truyền tải của

mạng hội tụ nhằm cung cấ p các loại hình dịch vụ cho khách hàng.

4.3.3 Nén báo hiệu trong IMS

Nhằm tƣơng thích vớ i tốc độ truyền dữ liệu thấ p của các đƣờ ng liên k ết vô tuyến,

IMS bổ sung cơ chế nén báo hiệu nhằm tăng hiệu quả của quá trình truyền thông

báo hiệu và đƣợ c thực hiện thông qua SigComp. SigComp là một cơ chế mà các

giao thức lớ p ứng dụng dùng để nén bản tin trƣớ c khi gửi vào mạng. Nó không chỉ

cung cấp phƣơng thức giảm thiểu kích thƣớ c bản tin SIP mà còn có những chức

năng giải nén cho một phạm vi r ộng lớ n các thuật toán nén. Cơ chế nén SigComp

đƣợc xem nhƣ một lớ p nằm giữa SIP và giao thức lớ p truyền tải. Về mặt kiến trúc

SigComp đƣợc chia làm năm thực thể:

o Bộ điều phối nén: Đây là giao diện giữa ứng dụng và hệ thống SigComp. Nó

sẽ yêu cầu một bộ nén đƣợ c chỉ thị bở i ứng dụng thông qua một nhận dạng



132

nhóm. Bộ điều phối nén sẽ gửi tr ả lại các bản tin đã đƣợc nén đến đích của

chúng.

o

Bộ điều phối giải nén: Là giao diện giữa hệ thống SigComp và ứng dụng

tƣơng ứng. Nó yêu cầu UDVM thực hiện giải nén bản tin. Sau đó nó gửi bản

tin đã đƣợ c giải nén đến phần ứng dụng. Nếu ứng dụng đó yêu cầu bộ giải

nén duy trì tr ạng thái bản tin nó sẽ gửi tr ả lại một nhận dạng tƣơng ứng.

o Bộ nén: Đây là thực thể thực hiện nén bản tin ứng dụng. Nó sử dụng một

nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Các bản tin đã đƣợc nén đƣợ c gửi đến bộ điều

phối nén.

Hình 4.7: Kiế n trúc SigComp

o UDVM: là thiết bị ảo giải nén tổng thể (vạn năng)UDVM (Universal

Decompressor Virtual Machine). Nó cung cấ p các chức năng giải nén. Khi

thu nhận một bản tin SigComp, bản tin này đƣợc lƣu trong bộ nhớ giải nén.

Các mã byte và từ điển nén đƣợc lƣu tại thực thể giải nén sẽ đƣợ c nạ p choUDVM để UDVM thực hiện giải nén. Sau khi bản tin đó đƣợ c giải nén, thông

tin mà nó lƣu trữ đƣợ c sử dụng để cậ p nhật từ điển và lƣu lại thành một tr ạng

thái mớ i.

o Bộ xử lý tr ạng thái: Lƣu trữ thông tin về tr ạng thái các bản tin SigComp.

Ứ ng dụng SIP có thể nhóm các bản tin có liên quan vớ i nhau lại. Ví dụ các bản

tin thuộc cùng hội thoại hoặc có cùng địa chỉ node k ế tiế p. Ứ ng dụng SIP sẽ định vị



133

bộ nén cho mỗi một nhóm và lƣu lại thông tin tr ạng thái tƣơng ứng. Nó cũng xác

định khi nào thì một nhóm này đƣợ c tạo ra hoặc loại bỏ. Một nhóm bản tin đƣợ c

xác định bở i một nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Ứ ng dụng cũng chịu trách nhiệm xác

định nhận dạng cho bộ giải nén. Khi nó thu nhận đƣợ c một bản tin đã đƣợ c giải nén

nó sẽ xác định nhận dạng nhóm tƣơng ứng cho bản tin và cung cấ p cho hệ thống

SigComp.

Trong IMS thực thể thực hiện nén và giải nén bản tin đến và đi từ đầu cuối là P-

CSCF. Bản tin SIP đƣợ c nén bở i SigComp trong UE gửi qua giao diện vô tuyến,

tr ạm gốc BS, bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC của mạng truy nhậ p vô tuyến mặtđất UTRAN. Từ UTRAN nó sẽ đƣợ c gửi qua node SGSN và GGSN để tớ i P-CSCF

là nơi mà các bản tin SigComp đƣợ c giải nén. Từ P-CSCF bản tin SIP đƣợ c gửi đi

không cần nén. Trong pha đăng ký thiết bị ngƣờ i dùng và chức năng P-CSCF thông

báo cho nhau mong muốn thực hiện nén bản tin và khả năng của mình nhƣ kích

thƣớ c bộ nhớ, năng lực xử lý, tr ạng thái và các lệnh nén. Khi UE hoặc P-CSCF

muốn gửi một bản tin SIP đƣợ c nén nó phải gửi bản tin đến bộ điều phối nén. Bộ

điều phối nén gửi bản tin đến bộ nén, tìm tr ạng thái nén cần thiết, nhận dạng nhóm

và sử dụng một thuật toán nén để mã hóa bản tin. Cuối cùng bộ điều phối nén gửi

bản tin đã đƣợc nén đến lớ p truyền tải để phân phối đến P-CSCF. Tại P-CSCF khi

bộ điều phối giải nén nhận đƣợ c một bản tin, nó kiểm tra tiền tố của bản tin đó và

xác định bản tin đã đƣợ c nén và gửi đến UDVM. UDVM truy vấn bộ quản lý tr ạng

thái để nhận lấy tr ạng thái tƣơng ứng cho giải nén bản tin. Sau khi giải nén UDVM

sẽ gửi tr ả bản tin lại bộ điều phối để gửi đến phần ứng dụng.


Nội dung chƣơng tậ p trung vào các khía cạnh liên quan tớ i báo hiệu trong IMS.

Kiến trúc chức năng và các điểm tham chiếu của IMS đƣợ c trình bày nhằm chỉ rõ

các chức năng và giao thức phối hợ p hoạt động trong IMS. Đặc tính hoạt động của

giao thức SIP đƣợ c trình bày trong chƣơng này đƣợ c khái quát bởi các điểm khác

biệt nhất định với môi trƣờ ng mạng IP thuần. Bên cạnh đó, các giao thức hỗ tr ợ cho



134

k ết nối đa phƣơng tiện cũng đƣợ c trình bày trên các khía cạnh chức năng nhận thực,

xác lậ p chính sách hay nén thông tin cũng đƣợ c trình bày.


- Kiến trúc, thành phần chức năng và các điểm tham chiếu IMS;

- Các thủ tục SIP ứng dụng trong IMS;

- Đặc tính của giao thức Diameter, COPS;

- Cơ chế nén báo hiệu trong SigComp.



135

CHƯƠNG 5: BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN K ẾT NỐI LIÊN

MẠNG

Tóm tắt: V ấn đề k ế t nối liên điều hành và đảm bảo các phiên k ế t nố i truyề n thông

t ừ một hạ t ầng mạng này sang hạ t ầng mạng khác luôn được đặt ra trong nỗ l ự c hội

t ụ mạng. Chương này chỉ ra các vấn đề cơ bản của điề u khiể n chấ p nhận k ế t nố i,

kiến trúc điề u khiể n phân tán và các giao thứ c, thủ t ục báo hiệu cho k ế t nố i liên

mạng.

5.1 XU HƯỚ NG PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC MẠNG

5.1.1 Hội tụ mạng cố định và di động

Nhƣ trong chƣơng 2 đã trình bày sơ lƣợ c về xu hƣớ ng hội tụ hạ tầng mạng truyền

thông trong những năm gần đây. Bên cạnh hƣớ ng tiế p cận máy chủ cuộc gọi, tậ p

trung vào mục tiêu gắn k ết giữa hạ tầng mạng cố định vớ i mạng internet, tiế p cận

IMS đƣợ c coi là giải pháp tiềm năng hiện nay cho mục tiêu hội tụ mạng di động và

mạng cố định và đƣợ c gọi là FMC (Fixed Mobile Convergence). Mạng hội tụ cố

định/di động cho phép thuê bao di động có thể chuyển vùng ra ngoài vùng phục vụ

của mạng di động mà vẫn có khả năng truy nhậ p các dịch vụ cung cấ p trong mạng

thƣờ ng trú. Sự phát triển của công nghệ mạng lõi theo hƣớ ng dựa trên mạng IP là

giải pháp lâu dài để tích hợ p các công nghệ mạng khác nhau và tích hợ p các mạng

cố định và di động. Mạng hội tụ FMC tạo cơ hội cho phép mở r ộng phạm vi và

vùng phục vụ của các dịch vụ mà các mạng trƣớc đó không thể thực hiện đƣợ c.

Tiế p cận này hoàn toàn có thể từng bƣớ c thay thế cho tiế p cận chuyển mạch mềm

trong tƣơng lai. Khái niệm FMC liên quan đến vấn đề hội tụ mạng cố định và mạng

di động. Do vậy, những nghiên cứu về FMC xoay quanh hai mạng: cố định và di

động. Đối với mạng di động, các công nghệ mạng sau đây có thể đƣợc sử dụng để

thực hiện việc hội tụ với mạng cố định:

o Miền IMS: liên quan đến việc sử dụng miền IMS của 3GPP để cung cấ p các

dịch vụ dựa trên SIP.



136

o PLMN-CS: miền chuyển mạch kênh cung cấ p dịch vụ thoại (không đƣợc điều

khiển bở i IMS).

o

PLMN-PS: miền chuyển mạch gói cung cấ p các dịch vụ chuyển mạch gói

(không đƣợc điều khiển bở i IMS).

Mạng cố định có thể đƣợc phân thành 3 loại công nghệ truy nhập cố định sau

đây, có thể thực hiện hội tụ với mạng di động:

o Mạng vô tuyến: Thiết bị đầu cuối truy nhậ p vớ i mạng cố định qua giao diện

vô tuyến (ví dụ: các chuẩn IEEE 802.11, 802.15 và 802.16). Thuê bao có thể

sử dụng cùng một loại đầu cuối để truy nhậ p cả mạng di động và mạng vôtuyến cố định (sử dụng đầu cuối hai chế độ). Chức năng điều khiển đối vớ i

mạng này bao gồm IMS và UMA.

o Truy nhậ p cố định băng rộng: Thiết bị đầu cuối truy nhậ p mạng cố định qua

k ết nối hữu tuyến. Thuê bao không thể sử dụng cùng một loại thiết bị để truy

nhậ p cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của mạng này

là IMS.

o Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN: Thiết bị đầu cuối là điện

thoại cố định truyền thống. Thuê bao không thể sử dụng cùng một đầu cuối để

truy nhậ p tớ i cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của

mạng cố định này là: PES k ết hợ p vớ i IMS;UMA-J:POTS đƣợ c k ết nối vớ i

miền PLMN-CS sử dụng cổng k ết nối; thiết bị chuyển mạch PSTN; PES k ết

hợ p vớ i chuyển mạch mềm.

5.1.2 Cấu trúc FMC dự a trên IMS

Cấu trúc FMC dựa trên IMS thể hiện trên hình 5.1. Cấu trúc này đƣợc xây dựng

với giả thiết rằng: một nền tảng dịch vụ IMS chung đƣợc thực hiện để cung cấp các

dịch vụ cả mạng cố định và di động. Nền tảng IMS hội tụ này có thể đƣợ c sử dụng

để chuyển các dịch vụ giữa các thiết bị đầu cuối k ết nối vớ i các mạng khác nhau

dựa trên khả năng kết nối (reachability), sở thích của thuê bao hoặc yêu cầu rõ ràng

của thuê bao. Cấu trúc này cũng có thể đƣợ c sử dụng để chuyển các dịch vụ từ một



137

hệ thống truy nhậ p này sang một hệ thống truy nhập khác để hỗ tr ợ tính liên tục

dịch vụ cho các thiết bị đầu cuối đa chế độ; những thiết bị này có thể k ết nối đến

đồng thời các điểm truy nhậ p vô tuyến cố định và mạng di động.

Hình 5.1: C ấ u trúc hội t ụ FMC trên nề n IMS

Cách sử dụng thay thế cho chuyển giao mức dịch vụ là phƣơng thức chuyển giao

lớ p truyền tải bằng cách sử dụng các giao thức quản lý di động phù hợ p. Loại

chuyển giao này yêu cầu một lõi chuyển mạch gói chung trong đó thông tin nhận

thực và thông tin QoS của phần truy nhậ p mạng có thể đƣợ c chuyển giữa các phân

hệ truy nhậ p khác nhau.

Trong vấn đề hội tụ cố định di động, cấu trúc hỗ tr ợ tính liên tục dịch vụ giữa

mạng chuyển mạch gói điều khiển bở i IMS vớ i các mạng di động chuyển mạch

kênh là điểm mấu chốt của vấn đề đảm bảo QoS. Cấu trúc này yêu cầu các chức

năng hội tụ PS/CS điển hình để k ết nối giữa mạng điều khiển bở i IMS vớ i mạng

CS. Những chức năng này đƣợ c thể hiện trên hình 5.1 bao gồm: lớ p dịch vụ FMC

app và IWF ở lớ p truyền tải. Những chức năng này sẽ có trong mạng IMS để tận

dụng các giao diện CS. Cấu trúc phỏng tạo PSTN/ISDN dựa trên IMS có thể đƣợ c

coi là cấu trúc FMC dựa trên IMS do cấu trúc IMS hội tụ có thể cung cấ p các dịch

vụ đồng thời cho thuê bao di động và đầu cuối PSTN/ISDN.

5.1.3 Mô hình tham chiếu IMS trong FMC

Mục tiêu lâu dài của FMC là cung cấp cho thuê bao các dịch vụ không hạn chế

trong môi trƣờng truy nhập mạng cố định và di động. Hình 5.2 mô tả các miền

mobile PS ANfixed PS AN mobile CS AN

IMS

mobile CS core

IWF

FMCappl.

PS Core Convergence fixed mobile

IMS Convergence

PS/CSConver-gence

service transfer

mobile PS ANfixed PS AN mobile CS AN

IMS

mobile CS core

IWF

FMCappl.

PS Core Convergence fixed mobile

IMS Convergence

PS/CSConver-gence

service transfer



138

mạng cho cả mạng cố định và di động để thể hiện các mức hội tụ khác nhau có thể

đạt đƣợc với cấu trúc này.

UserEquipment

Domain

application

service

domain

3rdParty

Applications

ApplicationService

Domain

SessionControlDomain

(IMSCore)

CoreTransportDomain

AccessTransportDomain

Radio/wired

AccessDomain

Access Aggregation

Domain

OtherNetworks

Hình 5.2: Mô hình tham chiế u cấ u trúc FMC d ự a trên IMS

Miền truyền tải truy nhậ p (Access Transport) hỗ tr ợ k ết nối giữa miền thiết bị

đầu cuối thuê bao (User Equipment Domain) vớ i miền truyền tải lõi (Core

Transport Domain) độc lậ p vớ i công nghệ truy nhậ p. Bên trong miền truyền tải truy

nhậ p, chúng ta phân biệt giữa khối miền truy nhậ p hữu tuyến/ không dây

(Radio/Wired Access Domain, bao gồm phân hệ truy nhậ p DSLAM, tr ạm gốc và bộ điều khiển tr ạm gốc 3G, điểm truy nhập WLAN…) vớ i miền tích hợ p truy nhậ p

(Access Aggregation Domain, thực hiện chức năng tậ p hợp lƣu lƣợ ng từ nhiều miền

truy nhậ p hữu tuyến/ không dây chuyển tớ i nút biên). Cấu trúc mạng GPRS (một

phần mạng truy nhậ p k ết nối IP 3GPP) là ví dụ đặc trƣng cho miền tích hợ p truy

nhập. Tƣơng tự nhƣ vậy, mạng k ết nối DSLAM tớ i các thiết bị biên BRAS/IP cũng

là một ví dụ điển hình của miền tích hợ p truy nhậ p. Một miền tích hợ p truy nhậ p di

động phải chứa các chức năng quản lý di động.

Miền truyền tải lõi cũng phải chứa chức năng quản lý di động để hỗ tr ợ tính di

động giữa các miền truy nhập khác nhau (vd nhƣ: chức năng quản lý di động của

máy chủ thƣờ ng trú MIP). Miền truyền tải lõi k ết nối vớ i các miền truy nhậ p trong

cùng một mạng và vớ i các miền truyền tải lõi của các mạng khác để hỗ tr ợ chức

năng xử lý đa phƣơng tiện khi cần. Chức năng truy nhậ p mạng, chức năng điều



139

khiển truy nhậ p và quản lý tài nguyên đều đƣợ c thực hiện ở các miền truy nhậ p và

miền truyền tải lõi.

Truyền tải IP trong mạng lõi tại mặt phẳng truyền tải cho phép ghép nối giữa các

công nghệ truy nhập cố định và di động. Tuy vậy, khả năng làm việc liên mạng giữa

các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau tại lớp truyền tải không đủ hỗ trợ tính

di động toàn cầu trong môi trƣờng hỗn tạp nhƣ vậy; lớp điều khiển thực hiện các

công việc nhƣ: các cơ chế nhận thực và nhận dạng thuê bao, các chức năng xác thực

và điều khiển truy nhập, quản lý và phân bổ địa chỉ IP, quản lý môi trƣờng thuê bao

(VHE), quản lý thông tin về thuê bao và khả năng truy nhập tới số liệu thuê bao…để đảm bảo hội tụ toàn phần giữa các công nghệ truy nhập và giữa các mạng khác

nhau.

Điều khiển phiên kết nối giữa thiết bị đầu cuối thuê bao với các mạng khác đƣợc

hỗ trợ bởi miền điều khiển phiên (Section Control Domain) – miền này chứa các

chức năng hỗ trợ dịch vụ vị trí và dịch vụ hiển thị. Miền điều khiển phiên giao diện

với miền truyền tải lõi để truyền các yêu cầu tài nguyên truyền tải và thông tin NAT

binding nếu cần. Miền này cũng giao tiếp với miền truyền tải truy nhập (để truyền

thông tin vị trí trong trƣờng hợp miền truy nhập hữu tuyến).

Cuối cùng, miền dịch vụ ứng dụng (Application Service Domain) chứa các chức

năng hỗ trợ các dịch vụ thông tin và nhắn tin đƣợc xây dựng bên trên các dịch vụ

điều khiển phiên.

Cấu trúc FMC sử dụng miền điều khiển phiên và miền dịch vụ chung cho cả thuê

bao cố định và di động. Miền điều khiển phiên là phần cốt yếu của tiêu chuẩn IMS

của 3GPP. Hội tụ dịch vụ bao gồm một số tính năng dịch vụ FMC cơ bản có thể

đƣợ c mô tả dƣới đây sử dụng các miền dùng chung và các điểm tham chiếu chung

cho cả đầu cuối cố định và di động:

o Truy nhậ p cùng dịch vụ từ các đầu cuối khác nhau vớ i các số nhận dạng công

cộng khác nhau (một thiết bị đầu cuối thuê bao có thể chứa nhiều số nhận

dạng công cộng).



141

chuyển giao lớ p dịch vụ, yêu cầu các thiết bị đầu cuối phải hỗ tr ợ cả hai giao diện

vô tuyến và miền điều khiển phiên phải hỗ tr ợ đăng ký đồng thờ i cùng một số nhận

dạng riêng. Để hỗ tr ợ chuyển giao lớ p dịch vụ cho một đầu cuối đa chế độ, chức

năng FMC đƣợ c thực hiện ở miền ứng dụng có thể lựa chọn giữa các phiên. Điểm

hội tụ này đƣợ c các nhà cung cấ p dịch vụ chấ p nhận. Những nhà cung cấ p này vận

hành cả mạng truy nhậ p và mạng lõi cố định dựa trên công nghệ chuyển mạch gói

PS và mạng truy nhậ p và mạng lõi di động cũng dựa trên PS.

Cách thứ hai hỗ tr ợ tính liên tục dịch vụ cho các thiết bị đầu cuối đa chế độ

là sử dụng chức năng FMC ở miền truyền tải lõi. Đối với trƣờ ng hợ p này, chứcnăng FMC điều khiển chuyển giao giữa các miền truy nhậ p và giữa các chế độ QoS

và các truy nhậ p mạng k ết hợ p vớ i chế độ đó. Nếu miền truy nhậ p dích có thể hỗ tr ợ

cùng một chế độ QoS vớ i miền truy nhập đang phục vụ thì miền điều khiển phiên

không cần tham gia quá trình chuyển giao. Nếu miền truy nhập đích hỗ tr ợ QoS

thấp hơn so vớ i miền truy nhậ p gốc thì miền điều khiển phiên cần tham gia vào việc

quyết định chuyển giao. Nếu mạng đích có khả năng tăng QoS của một phiên thì

miền điều khiển phiên cần đƣợc thông báo điều này bở i vì có thể nó sẽ tăng QoS

của phiên đầu cuối – đến đầu cuối tùy theo các tính năng của mạng truy nhậ p và của

thiết bị đầu cuối ở đầu bên kia.

Chức năng FMC tại lớ p truyền tải có thể đƣợ c k ết hợ p vớ i chức năng FMC tại

lớ p dịch vụ. Trên thực tế, cần thiết phải k ết hợ p chuyển giao lớ p dịch vụ của một

thiết bị đầu cuối đa chế độ với tính năng truyền tải dịch vụ (ví dụ dịch vụ video) từ

thiết bị đó tớ i một đầu cuối khác có khả năng hiển thị tốt hơn. Hội tụ lớ p dịch vụ và truyền tải giả thiết r ằng tất cả các dịch vụ đƣợ c tải trên

miền truyền tải lõi và miền truy nhậ p chuyển mạch gói. Việc chuyển đổi tất cả các

mạng di động từ chuyển mạch kênh sang dịch vụ thoại chuyển mạch gói sẽ r ất mất

thời gian. Do đó, ngƣời ta quan tâm đến khả năng hỗ tr ợ tính liên tục dịch vụ đối

vớ i các cuộc gọi thoại giữa miền truy nhậ p cố định PS và miền truy nhập di động

CS. Khả năng làm việc liên mạng giữa miền PS và CS đƣợ c hỗ tr ợ bở i các cổng



142

phƣơng tiện và cổng báo hiệu. Những chức năng này không đặc trƣng cho FMC bở i

vì dù sao đi nữa thì các thiết bị đầu cuối của hai mạng này phải có khả năng liên lạc

vớ i nhau. Chức năng FMC ở miền dịch vụ bên trên có khả năng hỗ tr ợ hai mạng

này (miền CS và miền PS) và sự lựa chọn miền phục vụ là tùy theo yêu cầu của

thuê bao hoặc nhà khai thác. Cấu hình này đƣợ c chấ p nhận bở i nhiều nhà cung cấ p

dịch vụ vận hành cả mạng di động CS và mạng cố định PS.

Việc k ết hợ p giữa 3 mô hình hội tụ trên có thể đƣợ c sử dụng cho phép thực hiện

chuyển vùng giữa các miền PS và CS hoặc k ết hợp tính năng truyền tải dịch vụ và

chuyển giao với tính năng Enhanced VPN giữa miền CS và PS. Tóm lại, cấu trúcFMC dựa trên IMS đƣợ c thực hiện theo các nguyên tắc sau:

o Cấu trúc hỗ tr ợ các dịch vụ trên nền IMS trên bất k ỳ thiết bị đầu cuối nào có

hỗ tr ợ tính năng IMS.

o Thiết bị đầu cuối thuê bao có thể k ết nối vớ i bất k ỳ miền truyền tải truy nhậ p

chuyển mạch gói nào vớ i các giao diện tƣơng thích có khả năng truyền tải

giao thức giữa thiết bị thuê bao vớ i mạng IMS một cách trong suốt.

o Các miền truyền tải truy nhậ p có thể k ết nối đến một miền truyền tải lõi

không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập. Điều đó có nghĩa là các giao diện

giữa miền truy nhậ p và lõi giống nhau không phụ thuộc vào công nghệ truy

nhậ p.

o Các giao diện giữa miền truyền tải lõi và nền tảng dịch vụ IMS cần dựa trên

các tính năng yêu cầu hỗ tr ợ các tính năng và dịch vụ trên nền IMS; không

loại tr ừ việc sử dụng các nền tảng dịch vụ khác để hỗ tr ợ giao diện này.o

Các giao diện cần hỗ tr ợ việc chia sẻ phƣơng tiện giữa miền truyền tải lõi và

miền truy nhậ p sử dụng nhiều nhà cung cấ p nền tảng dịch vụ khác nhau.

Nhƣ vậy, có thể thấy r ằng xu hƣớ ng hội tụ mạng giữa mạng cố định và internet cần

thiết có các giao thức điều khiển liên mạng giữa các MGC và thực hiện chuyển đổi

thông tin báo hiệu giữa SS7 và mạng IP. Trong khi đó, báo hiệu điều khiển liên

mạng của kiến trúc FMC dựa trên IMS đƣợ c thực hiện thông qua giao thức SIP.



143

Mục tiế p theo sẽ giớ i thiệu về giao thức truyền tải báo hiệu SIGTRAN và mô hình

k ết nối chuyển vùng

5.2 GIAO THỨ C TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SIGTRAN

Vấn đề liên k ết báo hiệu giữa các mạng PSTN vớ i mạng IP dựa trên giao thức

truyền tải báo hiệu SIGTRAN (Signalling Transport). SIGTRAN là một nhóm làm

việc tr ực thuộc IETF, đƣợc hình thành vào năm 1999 vớ i nhiệm vụ thiết lậ p một

kiến trúc dùng để truyền tải các dữ liệu báo hiệu thờ i gian thực qua mạng IP. Nhiệm

vụ chủ yếu không chỉ về mặt kiến trúc mà còn bao gồm cả việc định nghĩa một bộ

giao thức dùng cho việc truyền tải các bản tin báo hiệu SS7 và ISDN qua mạng

chuyển mạch gói. Nhóm làm việc đã đƣa ra mô hình kiến trúc của giao thức

SIGTRAN, gồm ba thành phần sau:

Hình 5.4: Kiế n trúc giao thứ c SIGTRAN

o Giao thức Internet chuẩn hoá bao gồm các giao thức tiêu chuẩn trong bộ giao

thức TCP/IP.

o Giao thức truyền tải báo hiệu chung: Giao thức này hỗ tr ợ một tậ p hợ p chung

của các chức năng truyền tải báo hiệu tin cậy. Đặc biệt trong đó phải k ể đến giao

thức truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

là một giao thức truyền tải mới đƣợc định nghĩa bở i IETF tại RFC 2960.

o Giao thức tƣơng thích: Hỗ tr ợ các hàm nguyên thuỷ cụ thể chẳng hạn nhƣ các

chỉ thị quản lý yêu cầu bở i một giao thức báo hiệu ứng dụng đặc biệt. Các giao

thức lớp con tƣơng thích mới đƣợc định nghĩa bở i IETF RFC 2960 gồm: M2PA



144

(MTP2-User peer-to-peer adaptation), M2UA (MTP2-User adaptation), M3UA

(MTP3-User adaptation), SUA (SCCP-User adaptation) và IUA (ISDN User

adaptation). Chú ý r ằng tại một thời điểm chỉ có duy nhất một giao thực đƣợ c

thực hiện.

Nhƣ vậy bộ giao thức này đƣợ c hình thành từ một lớ p truyền tải mớ i - giao thức

truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol) và một

tậ p hợ p của các lớp tƣơng thích UA (User Adaptation), các lớp tƣơng thích này

cung cấ p các dịch vụ giống nhƣ các tầng thấ p của mạng SS7 và ISDN. Hình 5.5

minh hoạ chi tiết hơn về các giao thức của SIGTRAN.

Hình 5.5 : Bộ giao thứ c SIGTRAN

Vùng xám đậm chính là các giao thức mớ i của SIGTRAN, trong khi các vùng

nhạt hơn là các giao thức đang tồn tại. Các lớp UA đƣợc đặt tên theo dịch vụ mà

chúng thay thế chứ không căn cứ vào đối tƣợ ng sử dụng dịch vụ đó. Ví dụ M3UA

tƣơng thích với SCTP để cung cấ p nhiều dịch vụ của lớ p MTP3 chứ không phải chỉ

cung cấ p một dịch vụ cho MTP3. Tất cả các lớ p thích ứng SIGTRAN đều phục vụ

cho một số một số mục đích chung sau:

o

Dùng để vận chuyển các giao thức báo hiệu lớp cao hơn thông qua cơ chế truyền

tải tin cậy dựa trên nền IP.

o Cung cấ p lớ p dịch vụ tƣơng tự tại giao diện của mạng PSTN tƣơng ứng. Chẳng

hạn, ít nhất thì M3UA phải khiến cho ngƣờ i dùng của nó nhìn nhận nó giống



145

nhƣ MTP3 về mặt dịch vụ (M3UA không thực sự thay thế các tính năng và hoạt

động của MTP3).

o

Các lớ p thích ứng hoàn toàn trong suốt đối với ngƣời dùng. Ngƣờ i sử dụng dịch

vụ sẽ không nhận thấy r ằng lớ p thích ứng đƣợ c thay thế giao thức ban đầu.

o Loại bỏ các lớ p SS7 mức thấ p càng nhiều càng tốt.

SIGTRAN hiện thời đƣa ra sáu lớ p thích ứng sau:

o M2UA: cung cấ p các dịch vụ của MTP2 trong mô hình client-server,

chẳng hạn nhƣ SG - to - MG. Đối tƣợ ng sử dụng của nó sẽ là MTP3.

o

M2PA: cung cấ p các dịch vụ của MTP2 theo mô hình peer-to-peer, ví dụ nhƣ các kết nối SG - to - SG. Đối tƣợ ng sử dụng của nó là MTP3.

o M3UA: cung cấ p các dịch vụ của MTP3 trong cả hai kiểu kiến trúc:

client-server (SG - to - MGC) và peer-to- peer. Đối tƣợ ng sử dụng của nó

sẽ là SCCP và/ hoặc ISUP.

o SUA: cung các các dịch vụ của SCCP trong kiến trúc peer-to-peer, ví dụ

SG - to - IP SCP. Đối tƣợ ng sử dụng của nó là TCAP hoặc phần ứng

dụng dựa trên khả năng trao đổi khác.

o IUA: cung cấ p các dịch vụ của lớ p liên k ết dữ liệu ISDN (LAPD). Ngƣờ i

dùng của nó là một thực thể ISDN mức 3.

o V5UA: cung cấ p các dịch vụ của giao thức V.5.2

Khung làm việc của bộ giao thức SIGTRAN là khá mềm dẻo, do đó cho phép

chúng ta có thể thêm vào các lớ p mớ i khi cần. Để xác định rõ hơ n các đặc tính

truyền tải báo hiệu của giao thức SIGTRAN ta xem xét một số lớ p thích ứng cơ bảnsau:

(i) Lớp tương thích ngườ i dùng MTP2 (M2UA): Giao thức thích ứng ngƣờ i dùng

phần chuyển giao bản tin mức 2 (M2UA -MTP2 user adaptation) đƣợ c sử dụng để

chuyển giao các bản tin báo hiệu số 7 phần ngƣờ i dùng MTP2 (ví dụ các bản tin

MTP3) qua mạng IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. Cụ thể M2UA truyền dữ liệu

của ngƣờ i dùng MTP2 giữa một lớp MTP2 đặt tại SG và một lớp MTP3 đặt tại



146

MGC. Nhƣ vậy nó hoạt động giống nhƣ mô hình Client - Server trong đó MGC là

Client và SG là Server. M2UA hỗ tr ợ :

o Ranh giớ i giao diện giữ a MTP2/MTP3: Giao diện SS7 giữa MTP3/MTP2

(MTP2-User) vẫn đƣợ c giữ lại tại điểm đầu cuối trong mạng IP, do đó lớ p

giao thức M2UA đƣợ c yêu cầu cung cấ p cho các User của nó tậ p các dịch

vụ tƣơng đƣơng vớ i các dịch vụ mà MTP2 đã cung cấ p cho MTP3.

o Giao tiế p giữ a các module quản lý l ớp đặt t ại SG và MGC: M2UA cung

cấ p một số bản tin nhằm hỗ tr ợ cho giao tiế p giữa các module quản lý lớ p

đặt tại SG và MGC diễn ra thuận lợi hơn.o

H ỗ tr ợ quản lý các liên k ết đang hoạt động giữ a SG và MGC: Lớ p M2UA

ở SG có nhiệm vụ giữ tr ạng thái của các xử lý máy chủ ứng dụng ASP

(Application Server Process) đƣợ c cấu hình. Một tậ p các hàm nguyên

thuỷ giữa M2UA và module quản lý lớp đƣợc định nghĩa nhằm giúp cho

module này quản lý liên k ết giữa SG và MGC. Lớ p M2UA có thể dựa vào

chỉ dẫn của module quản lý lớp để thiết lậ p một liên k ết SCTP vớ i một

node M2UA ngang cấ p.

Vị trí chức năng của M2UA đƣợ c chỉ ra trên hình 5.6 dƣớ i đây. Chức năng liên

k ết node là chức năng xử lý báo hiệu mức cao tiế p nhận và xử lý các thông tin hoạt

hoá và loại bỏ liên k ết, số thứ tự các bản tin, thủ tục đệm và truyền lại bản tin.

Hình 5.6: V ị trí chức năng và hoạt động của M2UA



147

(ii) Lớ p thích ứ ng ngang cấp ngườ i dùng M2PA. Giao thức thích ứng ngang cấ p

ngƣờ i dùng sử dụng các dịch vụ của SCTP để hỗ tr ợ việc truyền các bản tin báo

hiệu MTP3 của hệ thống SS7 qua mạng IP. M2PA có khả năng xử lý đầy đủ bản tin

MTP3 và quản lý mạng giữa bất kì hai nút SS7 nào giao tiế p vớ i nhau qua mạng IP.

M2PA hỗ tr ợ :

o Điều khiển liên tục hoạt động của các giao thức MTP3 ngang cấ p qua một

k ết nối vớ i mạng IP.

o Ranh giớ i giao diện giữa MTP2 và MTP3, quản lý các liên k ết truyền tải

SCTP và lƣu lƣợ ng thay cho các liên k ết của MTP2.o

Báo cáo k ị p thời các thay đổi về tr ạng thái đến phần quản lý.

Hình 5.7: V ị trí chức năng và hoạt động của M2PA

M2PA là phƣơng tiện giúp cho các lớ p MTP3 cùng cấ p ở các SG có thể giao tiế p

tr ực tiế p vớ i nhau. Thực chất nó là sự mở r ộng của hệ thống SS7 thông qua mạng

IP. Mô hình kiến trúc sử dụng M2PA đƣợ c chỉ ra trên hình 5.8.

Kiến trúc này áp dụng cho k ết nối SG - to - SG, nó đóng vai trò nhƣ chiếc cầu

nối giữa hai mạng SS7.Trong trƣờ ng hợ p này mỗi SG có thể k ết nối vớ i nhiều SG

khác và chúng không cần biết về lớp bên trên mà chúng đang hỗ tr ợ . MTP3 có mặt

tại mỗi SG để tham gia vào việc định tuyến và quản lý các liên k ết của

MTP2/M2PA. Do có sự hiện diện của MTP3 nên mỗi SG sẽ cần phải có mã điểm

của riêng nó.



148

Việc thay thế các liên k ết của MTP2 vớ i M2UA nhằm để phân biệt với trƣờ ng

hợ p truy cậ p IP SCP từ SG (dịch vụ này đƣợ c cung cấ p bở i SUA). ở trƣờ ng hợ p của

SUA, nó đƣợ c biết lớ p trên của nó là TCAP (hoặc các phần ứng dụng khác), trong

khi đó thì M2PA hoàn toàn không biết gì về các lớ p SS7 bên trên của nó.

Sự khác nhau quan tr ọng về mặt chức năng của M2PA so vớ i M2UA là M2PA

bản thân nó thực sự cung cấ p dịch vụ giống nhƣ MTP2. Còn M2UA chỉ cung cấ p

một giao diện cho dịch vụ của MTP2 ở phía đầu xa.

(iii) Lớ p thích ứng ngườ i dùng MTP3 (M3UA). Lớ p thích ứng ngƣờ i dùng phần

chuyển giao bản tin mức 3 (M3UA - MTP3 user adaptation) định nghĩa một giaothức hỗ tr ợ cho việc truyền tải các bản tin báo hiệu của ngƣờ i dùng MTP3 (ví dụ

các bản tin ISUP/SCCP) qua mạng IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. Giao thức này

sẽ đƣợ c sử dụng ở giữa một SG và một MGC hoặc một cơ sở dữ liệu thƣờ ng trú IP.

M3UA thích hợ p cho việc truyền các bản tin của bất cứ phần ngƣờ i dùng MTP3

nào. Danh sách các lớ p giao thức này bao gồm ISUP, SCCP, và phần ngƣờ i dùng

điện thoại TUP. Các bản tin của giao thức ứng dụng các khả năng trao đổi (TCAP)

và giao thức ứng dụng mạng truy cậ p vô tuyến (RANAP - Radio Access Network

Application Protocol) đƣợ c truyền tải trong suốt bở i M3UA giống nhƣ tải của

SCCP bở i vì chúng là các giao thức của ngƣờ i dùng SCCP.

Thực chất M3UA tƣơng tự nhƣ M2UA và nó hoạt động theo mô hình Client -

Server nhằm cung cấ p cho lớ p bậc cao của hệ thống SS7 một giao thức để truy cậ p

từ xa đến các lớ p thấp hơn. Nhờ có M3UA mà dịch vụ của MTP3 có thể đƣợ c cung

cấ p tại MGC (chẳng hạn nhƣ việc huỷ k ết nối ISUP ở MGC). Đây cũng có thể coilà sự mở r ộng của hệ thống SS7 trong mạng IP.

Hình 5.9 dƣới đây minh hoạ kiến trúc mà ở đó M3UA đƣợ c sử dụng. Kiến trúc

này thích hợp cho các trƣờ ng hợ p sau:

o Mật độ của các liên k ết SS7 đủ lớn để khiến cho một cổng SG đứng độc

lậ p có thể thông qua.

o

Các liên k ết SS7 có thể truy cậ p vật lý tại một điểm đơn nào đó.



149

Hình 5.8: V ị trí chức năng và hoạt động của M3UA

Lớ p M3UA có nhiệm vụ duy trì giao diện giữa MTP3 - ISUP qua k ết nối SCTP.

Các lệnh và yêu cầu truyền dữ liệu xuống tầng bên dƣớ i của ISUP ở MGC đƣợ c

mang bởi M3UA và đƣợc đƣa đến giao diện cao hơn của MTP3 ở SG. Còn các chỉ

thị và các bản tin dữ liệu đến đƣợ c chuyển lên phía trên từ MTP3 ở SG và đƣợ c

mang bởi M3UA (qua SCTP) đến giao diện thấp hơn của ISUP ở MGC.

(iv) Giao thứ c thích ứng ngườ i dùng SUA. Giao thức thích ứng ngƣờ i dùng SCCP

(SUA - SCCP user adaptation) đƣợc dùng để truyền tải bất k ỳ bản tin báo hiệu của

ngƣờ i dùng SCCP (ví dụ TCAP, RANAP v.v…) qua mạng IP sử dụng các dịch vụ

của SCTP. Giao thức này đƣợ c thiết k ế theo kiểu module và có tính đối xứng do đó

cho phép nó hoạt động trong các kiến trúc đa dạng chẳng hạn nhƣ kiến trúc SG tớ i

điểm cuối báo hiệu IP cũng nhƣ kiến trúc điểm k ết cuối báo hiệu IP ngang cấ p .

SUA hỗ tr ợ :

o

Trao đổi các bản tin của phần ngƣờ i dùng SCCP (các bản tin TCAP,

RANAP…)

o Dịch vụ SCCP phi k ết nối

o Dịch vụ SCCP hƣớ ng k ết nối

o Quản lý các liên k ết truyền tải SCTP giữa một node SG và một hoặc nhiều

node báo hiệu dựa trên nền IP



150

o Phân phối các node báo hiệu IP

o Báo cáo k ị p thời các thay đổi về tr ạng thái cho phần quản lý

SUA cung cấp phƣơng tiện nhờ đó phần ứng dụng (chẳng hạn nhƣ TCAP) ở

một điểm điều khiển dịch vụ IP SCP có thể đƣợ c thực hiện thông qua SG. Kiến trúc

mạng gắn vớ i SUA cho phép có hàng loạt các điểm điều khiển dịch vụ IP SCP

thông qua một SG đơn. Các IP SCP này không có lớ p MTP3 nội hạt và do đó chúng

không cần mã điểm SS7. Sau đây là mô hình kiến trúc ở đó SUA đƣợ c sử dụng giữa

SG và IP SCP.

Hình 5.9: V ị trí chức năng và hoạt động của SUA

Chức năng của SUA có thể đƣợ c cung cấ p bở i MTP2 hoặc các lớ p thích ứng

MTP2. Tuy nhiên SUA có một chức năng quan trọng đó là chuyển đổi giữa địa chỉ

SCCP và địa chỉ IP (tại SG). Nếu không có chức năng này thì SCCP sẽ phải có mặt

ở tất cả các điểm IP SCP và mạng SS7 mở r ộng sẽ cần đến thông tin của các SCCP

này. SUA có thể biết đƣợ c sự hiện diện của từng điểm IP SCP bằng cách cung cấ p

một địa chỉ SCCP để bao phủ tất cả các node.

Dịch vụ của các cơ sở dữ liệu cá nhân đƣợc đánh địa chỉ thông qua số phân hệ

SSN (Subsystem Number). SUA cung cấ p dịch vụ không giống nhƣ dịch vụ biên

dịch tiêu đề toàn cầu (GTT - Global Title Translation) để sắ p xế p các SSN vào



151

trong k ết nối SCCP (đƣợc dùng để định tuyến các bản tin của phần ứng dụng đến

điểm điều khiển dịch vụ IP SCP thích hợ p).

SUA cũng là một giao thức khá mềm dẻo, nó hỗ tr ợ các phần ứng dụng đang

chạy giữa hai node trong toàn bộ mạng IP. Điều này đặc biệt thích hợp đối vớ i các

mạng mới ra đời. Đối vớ i các mạng này thì một mạng báo hiệu SS7 truyền thống

chạy ở phía dƣớ i có thể không cần thiết. Trong trƣờ ng hợp này ngăn xế p IP SCP sẽ

giống nhau ở cả hai node (dựa trên IP). Ngoài ra SUA còn cho phép truy cập đến

các cơ sở dữ liệu dịch vụ trong mạng SS7 từ mạng IP.

5.3 K ẾT NỐI LIÊN MẠNG IMS-CS

Trong mạng hiện tại, dịch vụ thoại chuyển mạch kênh truyền thống vẫn tồn tại

cùng vớ i dịch vụ đa phƣơng tiện chuyển mạch gói. Do đó tồn tại một k ết nối liên

mạng giữa IMS với CS để cung cấ p dịch vụ thoại và phân hệ IMS cung cấ p một

kiến trúc chuyển mạch mềm phân tán nhƣ hình 5.10.

BGCF

MGCF

IM-MGW

BGCF

SGW

S-CSCF

I/P-CSCF

Mạng CS Mạng PS

Mi(SIP)Mk(SIP)

ISUP

M3UA

TDM IP

ISUP/

SS7

ISUP/

SS7

Mn

(H.248)

Mw

(SIP)

ISUP/

SS7

Hình 5.10: Kiế n trúc k ế t nố i liên mạng IMS-CS

Cổng báo hiệu SGW đƣợ c sử dụng để k ết nối các mạng báo hiệu khác nhau, nhƣ

các mạng báo hiệu dựa trên SCTP/IP và các mạng báo hiệu SS7. SGW thực hiện

chuyển đổi báo hiệu (cả hai chiều) tại mức truyền tải giữa truyền tải báo hiệu dựa

trên SS7 và dựa trên IP (SCTP/IP, SS7MTP). MGCF hỗ tr ợ thông tin giữa các

ngƣờ i sử dụng IMS và miền CS. Chức năng điều khiển cổng phƣơng tiện MGCF và

cổng phƣơng tiện IM (IM MGW) chịu trách nhiệm cho báo hiệu và chuyển đổi các



152

phƣơng tiện giữa miền mạng PS và các mạng chuyển mạch kênh. MGCF giao tiế p

vớ i S-CSCF (hoặc BGCF) qua giao thức SIP. Báo hiệu cuộc gọi (SS7/ISUP) đƣợ c

chuyển từ cổng báo hiệu của mạng CS đến MGCF qua giao thức SIGTRAN. MGCF

phải phiên dịch các bản tin giữa SIP và ISUP để đảm bảo tƣơng tác giữa hai giao

thức này. Tất cả các báo hiệu điểu khiển cuộc gọi từ ngƣờ i dùng sử dụng CS đều

đƣợc đƣa đến MGCF để chuyển đổi ISUP (hay BICC) vào các giao thức SIP, sau đó

chuyển phiên đến IMS. Tƣơng tự tất cả các báo hiệu phiên khở i nguồn từ IMS đến

các ngƣờ i sử dụng CS đƣợ c gửi đến MGCF. BGCF quyết định nơi kết nối liên

mạng khi một phiên đƣợ c khở i tạo từ một ngƣờ i dùng IMS. Nếu k ết nối liên mạng

xuất hiện trong cùng mạng, BGCF sẽ lựa chọn một MGCF, trong trƣơng hợp ngƣợ c

lại, nó liên lạc vớ i một BGCF thuộc mạng của nhà khai thác khác.

BGCF

Mạng nhà của thuê bao chủ gọi và bị gọi

MGCF

2. Truy vấnENUM

SGW

1. SIP: Yêu cầu

5. H248: Điềukhiển MGW

S-CSCF

3. SIP: Yêu cầu

4. SIP: 100 Thử lại

6. ISUP/M3UA: IAM7. ISUP/MTP3: IAM8. SIP: 183 Phát

triển phiên9. SIP: PRACK

10. SIP: 200 OK

12. ISUP/M3UA: ACM11. ISUP/MTP3: ACM

13. SIP: 180 Chuông

14. SIP: PRACK

15. SIP: 200 OK 16. ISUP/MTP3: ANM

17. ISUP/M3UA: ANM

18. H248: Điềukhiển MGW

19. SIP: 200 OK

20. SIP: ACK

Hình 5.11: Bản tin thiế t l ậ p cuộc g ọi giữa ngườ i dùng IMS g ọi ngườ i dùng CS



153

Luồng báo hiệu thiết lậ p phiên giữa một ngƣờ i dùng IMS gọi ngƣờ i dùng CS

đƣợ c minh hoạ trên hình 5.11. Lƣu ý là cả chủ gọi và ngƣờ i bị gọi trong cùng mạng

nhà. Thủ tục này bắt đầu khi tác nhân ngƣờ i dùng IMS gửi một bản tin yêu cầu SIP

INVITE vớ i một yêu cầu URI của định dạng TEL-URI. Trong khi xác nhận một bản

tin INVITE, S-CSCF giao tiế p vớ i một server chữ số điện tử ENUM (Electronic

Number) để chuyển đổi định dạng TEL-URI thành SIP-URI. Nếu TEL-URI không

đƣợc lƣu trữ trong server ENUM (biểu thị ngƣờ i bị gọi không phải là một ngƣờ i

dùng IMS), S-CSCF sẽ chuyển (qua giao diện Mi) bản tin yêu cầu INVITE tớ i một

BGCF mà nó quyết định chuyển mạng sẽ sảy ra trong cùng một mạng nhƣ trên ví

dụ. BGCF lựa chọn một MGCF và chuyển bàn tin INVITE qua giao diện Mj. Đầu

tiên MGCF phụ thuộc vào IM-MGW để phân chia tài nguyên cho ngƣờ i dùng IMS

và sau đó gửi một bản tin IAM của phần ngƣời dùng ISDN tƣơng ứng tớ i SGW sử

dụng M3UA để truyền tải. Một bản tin tƣơng tự đƣợ c gửi tớ i mạng SS7 từ SGW

nhƣng sử dụng MTP 3 để truyền tải. Sau khi bản tin IAM đƣợ c phát ra tớ i mạng

SS7, bản tin ACM và ANM thông tƣờ ng tr ở lại tớ i MGCF, khi gửi tớ i ngƣờ i dùng

bản tin tƣơng ứng chuông 180 và bản tin 200 OK. Chú ý khi ngƣờ i dùng IMS nhậnmột đáp ứng tạm thờ i (ví dụ SIP 180 hoặc 183) ngƣờ i dùng sẽ gửi lại bản tin SIP

PRACK để xác nhận đáp ứng.


Nội dung chƣơng 5 hƣớ ng tr ực tiế p vào tiế p cận hội tụ mạng cố định/ di động là

xu hƣớ ng hội tụ mạng truyền thông hiện nay. Kiến trúc IMS đóng vai trò quan trong

trong vấn đề k ết nối và điều khiển liên mạng giữa miền chuyển mạch kênh, miềnmạng di động và miền mạng chuyển mạch gói trên nền IP. Trong chƣơng đã đề cậ p

chi tiết tớ i giao thức truyền tải báo hiệu đƣợ c sử dụng để k ết nối liên mạng theo

hƣớ ng chuyển mạch mềm và mô hình k ết nối liên mạng cho một cuộc gọi từ miền

CS sang miền IMS.


- Kiến trúc hội tụ FMC dựa trên IMS;



154

- Mô hình tham chiếu IMS trong FMC;

- Kiến trúc chức năng và luồng báo hiệu trong SIGTRAN;

-

Mô hình và kiến trúc báo hiệu k ết nối liên mạng IMS-CS.



155

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Anh

[1] Popovskij, Vladimir, Barkalov, Alexander, Titarenko, Larysa, “Control and Adaptation in Telecommunication Systems”, Springer, 2011.

[2] John G. van Bosse, Fabrizio U. Devetak, “Signaling in Telecommunication Networks”, second edition, John Wiley & Sons, Inc., 2007.

[3] Travis Russell, “THE IP MULTIMEDIA SUBSYS TEM (IMS): Session Control and

Other Network Operations”, The McGraw-Hill, 2008.

[4] Ralf Kreher, Torsten Ruedebusch, “UMTS Signaling: UMTS Interfaces, Protocols, Message Flows and Procedures Analyzed and Explained”, John Wiley & Sons, Inc.,

2012.[5] Miikka Poikselka,Georg Mayer, Hisham Khartabil and Aki Niemi, “THE IMS IP

Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain”, John Wiley & Sons, Inc.,2004.

[6] Harry G. Perros, “Connection-oriented Networks SONET/SDH, ATM, MPLS and

Optical Networks”, John Wiley & Sons, Inc., 2005.

[7] Frank Ohrtman, “Softswitch : Architecture for VoIP”, McGraw-Hill Professional,

2002

bg bao hieu va dieu khien ket noi

Documents