Báo hiệu trong mạng thế hệ sau NGN

BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 98 - CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU NGN ----WX---- I. GIỚI THIỆU VỀ BÁO HIỆU Quá trình báo hiệu là một quá trình không thể thiếu trong hoạt động của mạng viễn thông để giúp các thành phần trong mạng có thể trao đổi thông tin với nhau. Trong mạng thế hệ sau NGN có các loại báo hiệu sau: − Báo hiệu cuộc gọi: SIP, H.323 − Báo hiệu giữa MGC – MG hay giữa MGC – server: MGCP, Megaco/ H.248 − Báo hiệu cho PSTN: SIGTRAN − Báo hiệu QoS Trong chương 3 về chuyển mạch mềm ta đã nghiên cứu các giao thức báo hiệu SIP, MGCP và SIGTRAN. Riêng Megaco là giao thức phát triển từ MGCP nên ta sẽ không xét giao thức này. Báo hiệu QoS hiện sử dụng giao thức SIP để yêu cầu chất lượng dịch vụ yêu cầu nên ta cũng khộng xem xét báo hiệu SIP. Báo hiệu H.323 là thành phần quan trọng trong báo hiệu của VoIP (Voice over Internet Protocol) nên sẽ được tìm hiểu trong phần tiếp sau. II. BÁO HIỆU H.323 1. Tổng quan về H.323 H.32x là họ giao thức của ITU-T định nghĩa các dịch vụ đa phương tiện qua các mạng khác nhau và H.323 là một phần trong họ này. H.323 là giao thức xác định các thành phần, các giao thức cũng như các bước thực hiện để cung cấp dịch vụ đa phương tiện qua mạng gói. Các dịch vụ đa phương tiện ở đây có thể là truyền tín hiệu tiếng, tín hiệu hình thời gian thực và dữ liệu. Mạng gói có thể là Internet, EN BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 99 - (Enterprise Network), LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network), WAN (Wide Area Network). H.323 có thể cung cấp 1 trong 3 dịch vụ sau tiếng, hình hay dữ liệu cũng như tổ hợp các dịch vụ trên nên nó có thể được ứng dụng ở nhiều nơi như ứng dụng tại nhà khách hàng, doanh nghiệp hay công nghiệp giải trí. Ngoài ra nó có thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ đa phương tiện đa điểm (multipoint multimedia communications). 2. Các thành phần của H.323 Giao thức H.323 định nghĩa 4 thành phần sau: đầu cuối (terminal – được ký hiệu là T), cổng (gateway - GW), bộ giữ cổng (gatekeeper - GK), và đơn vị điều khiển đa điểm (multipoint control unit - MCU). Riêng với GK thì đây là thành phần lựa chọn, có thể có hoặc không có trong mạng. Và GW và MCU thường được coi là các điểm cuối (endpoint). Các thành phần này có thể được tập trung trong một hệ thống đơn hay được lắp đặt ở nhiều hệ thống khác nhau tại những vị trí địa lý cũng như vật lý khác nhau. Mô hình mạng H.323 được thể hiện trong hình sau: Mạng góiH.323Gatekeeper H.323 MCU H.323 Terminal H.323 Gateway PSTN ISDN Terminal Terminal V.70 Telephone H.320Telephone Hình 4.1: Mô hình mạng H.323 đơn giản BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 100 - Data - T.120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # Video - H.320 IP Phone - H.324 Media Gateway ISDN Telephone PSTN Media Gateway Data - T.120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # Video - H.320 IP Phone - H.324 Video - H.320 Multipoint Control Unit Gatekeeper Gatekeeper Front end Front end Terminal Terminal M ạn g IP M ạng IP Hình 4.2: Mạng H.323 Chồng giao thức mà H.323 hỗ trợ được trình bày trong hình sau: H.323 IP UDP RTP RTCP TCP/UDP TCP UDPUDP TCP Audio Codecs G.711 G.723.1 G.729 .. Video Codecs H.261 H.263 H.264 ..V.150 T.120 TCP/UDP T.38 H.225.0 Call Signaling H.245 H.225.0 RAS Terminal Control and ManagementDataApplications Media Control Multimedia Applications, User Interface Hình 4.3: Các giao thức thuộc H.323 BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 101 - Phần trình bày các giao thức cũng như hoạt động của các giao thức trong mạng H.323 sẽ được xem xét trong phần sau. 2.1 Terminal Là thành phần dùng trong truyền thông 2 chiều đa phương tiện thời gian thực được dùng trong việc kết nối các cuộc gọi. Đầu cuối H.323 có thể là một máy tính, một điện thoại, điện thoại truyền hình, hệ thống voicemail, thiết bị IVR (Interactive Voice Response) hay là 1 thiết bị độc lập có các ứng dụng đa phương tiện H.323. Ngoài ra nó còn tương thích với đầu cuối H.324 của mạng chuyển mạch kênh và mạng di động, đầu cuối H.310 của B-ISDN, đầu cuối H.320 của ISDN, v.v. Một đầu cuối H.323 phải hỗ trợ các đặc tính sau: − H.245 cho việc trao đổi khả năng của đầu cuối và để tạo các kênh thông tin. − H.225 cho quá trình báo hiệu và thiết lập cuộc gọi. − RAS cho việc đăng ký và điều khiển các hoạt động quản lý khác với GK. − RTP/RTCP được sử dụng cho việc truyền các gói thông tin thoại và hình. − G.711 cho quá trình mã hóa và giải mã tiếng nói, T.120 cho hội thảo dữ liệu và hỗ trợ khả năng tương tự của MCU. Hình sau minh họa các giao thức mà một đầu cuối H.323 phải hỗ trợ: Audio applications Video applications Quản lý cuộc gọi tại đầu cuối G.711 G.729 G.723.1 H.261 H.263 RTP RTCP H.225.0RAS H.225.0 Call signaling H.245 Control signaling T.120 Data Các giao thức truyền tải và giao diện mạng Hình 4.4: Chồng giao thức tại đầu cuối H.323 BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 102 - 2.2 Gateway GW là thành phần dùng để kết nối 2 mạng khác loại nhau. Một cổng H.323 dùng để liên kết mạng H.323 với mạng không phải là mạng chuẩn H.323. Việc kết nối giữa 2 mạng khác loại nhau thực hiện được nhờ việc dịch các giao thức (protocol translation) khác nhau cho quá trình thiết lập và giải tỏa cuộc gọi, việc chuyển đổi dạng thông tin giữa các mạng khác nhau và việc truyền thông tin giữa các mạng kết nối với GW. Tuy nhiên một GW sẽ không cần thiết cho việc liên lạc giữa các đầu cuối thuộc cùng mạng H.323. Cấu tạo của một gateway bao gồm một Media Gateway Controller (MGC), Media Gateway (MG) và Signaling Gateway (SG) được minh họa trong hình vẽ sau: SS7 PSTN Media GatewayMedia Gateway Controller SS7 link TDM Media Gateway Gatekeeper H.323 Terminal SIGTRAN MGCP/ Megaco RTP H.245 RAS Hình 4.5: Cấu tạo của gateway Chức năng của MGC, MG, SG được trình bày trong chương 1, phần Cấu trúc vật lý của mạng NGN. Các đặc tính cơ bản của một gateway: − Một GW phải hỗ trợ các giao thức hoạt động trong mạng H.323 và mạng sử dụng chuyển mạch kênh (SCN – Switched Circuit Network). − Về phía H.323, GW phải hỗ trợ báo hiệu điều khiển H.245 cho quá trình trao đổi khả năng hoạt động của terminal cũng như của GW, báo hiệu cuộc gọi H.225, báo hiệu RAS. BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 103 - − Về phía SCN, GW phải hỗ trợ các giao thức hoạt động trong mạng chuyển mạch kênh (như SS7 sử dụng trong PSTN). Các giao thức mà một GW phải hỗ trợ được minh họa trong hình sau: Dịch vụ tính cước Điều khiển cuộc gọi liên mạng (2 mạng khác loại) Bộ quản lý cuộc gọi GW H.245 Báo hiệu điều khiển H.225.0 Báo hiệu cuộc gọi H.225.0 RAS (client) RTCPRTP Lớp điều khiển cuộc gọi báo hiệu SCN Lớp điều khiển kết nối báo hiệu Giao diện vật lý báo hiệu SCNCác giao thức lớp truyền tải và giao diện mạng Hình 4.6: Chồng giao thức của một Gateway 2.3 Gatekeeper Một GK được xem là bộ não của mạng H.323, nó chính là điểm trung tâm cho mọi cuộc gọi trong mạng H.323. Mặc dù là thành phần tùy chọn nhưng GK cung cấp các dịch vụ quan trọng như việc dịch địa chỉ, sự ban quyền và nhận thực cho đầu cuối terminal và GW, quản lý băng thông, thu thập số liệu và tính cước. Ngoài ra nó cũng cung cấp dịch vụ định tuyến cuộc gọi. Đây là một chức năng có rất nhiều ưu điểm vì quá trình giám sát cuộc gọi cũng như định tuyến qua GK sẽ cung cấp hoạt động mạng tốt hơn. Điều này là do việc GK đưa ra quyết định định tuyến dựa trên rất nhiều yếu tố, ví dụ như yếu tố cân bằng tải giữa các GW. BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 104 - Bộ quản lý Gatekeeper H.225.0 RAS (server) H.225.0 Báo hiệu cuộc gọi H.245 Báo hiệu điều khiển Dịch vụ tính cước Dịch vụ thư mục Dịch vụ bảo mật Quản lý cuộc gọi/ chính sách Các giao thức truyền tải và giao diện mạng Hình 4.7: Chức năng của một Gatekeeper Các chức năng cần thiết của một GK: − Dịch địa chỉ (Address Translation): một cuộc gọi đi trong mạng H.323 có thể dùng bí danh (alias) để chỉ địa chỉ của đầu cuối đích (destination terminal). Do đó ta cần phải sử dụng chức năng này để dịch bí danh sang địa chỉ H.323. − Quản lý việc thu nhận điểm cuối (Admission Control): GK sử dụng báo hiệu RAS để quản lý việc tham gia vào mạng H.323 để có thể tham gia vào một kết nối nào đó của các điểm cuối dựa vào một số tiêu chuẩn như băng thông còn trống, sự cho phép hay một số tiêu chuẩn khác mà một số yêu cầu đặc biệt khác đòi hỏi đáp ứng. − Điều khiển băng thông (Bandwidth Control): GK điều khiển băng thông bằng báo hiệu RAS. Ví dụ nếu người điều hành mạng đã xác định số cuộc gọi tối đa được thực hiện cùng lúc thì mạng có quyền từ chối bất cứ cuộc gọi nào khi số cuộc gọi tại thời điểm đó đã đạt đến ngưỡng này. − Quản lý vùng hoạt động (Zone management): GK chỉ có thể thực hiện các chức năng trên đối với các terminal, GW và MCU thuộc vùng quản lý của nó. Hay nói cách khác BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 105 - GK định nghĩa các điểm cuối (endpoint) nó quản lý. Vùng hoạt động sẽ được định nghĩa ở phần tiếp sau. Các chức năng tùy chọn của GK: − Báo hiệu điều khiển cuộc gọi (Call Control Signaling). − Chấp nhận cuộc gọi (Call Authorization): GK có quyền quyết định cho một điểm cuối (endpoint) có thể thực hiện một cuộc gọi hay không. − Quản lý cuộc gọi (Call Management): chức năng này cho phép GK lưu trữ tất cả các thông tin về các cuộc gọi mà nó xử lý (các cuộc gọi xuất phát từ vùng hoạt động của nó). 2.4 Multipoint Control Unit Multipoint Control Unit (MCU) là thành phần hỗ trợ trong dịch vụ hội nghị đa điểm có sự tham gia của từ 2 terminal H.323 trở lên. Mọi terminal tham gia vào hội nghị đều phải thiết lập một kết nối với MCU. Và MCU quản lý tài nguyên phục vụ cho hội nghị, thương lượng giữa các terminal để xác định loại codec (Coder/ Decoder) nào cho tiếng và hình được sử dụng đồng thời xử lý dòng thông tin truyền. Một MCU bao gồm 2 thành phần con: bộ điều khiển đa điểm (Multipoint Controller – MC) và thành phần tùy chọn bộ xử lý đa điểm (Multipoint Processor – MP). BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 106 - H.245 Báo hiệu cuộc gọi Multipoint Controller Multipoint Processor Multipoint Control Unit RTP Các giao thức truyền tải và giao diện mạng Hình 4.8: Cấu tạo của Multipoint Control Unit MC có chức năng quản lý báo hiệu cuộc gọi. Trong lúc đó, MP xử lý việc trộn và chuyển mạch các dòng thông tin cũng như các quá trình xử lý thông tin khác. 3. Vùng hoạt động Một vùng hoạt động H.323 là tập hợp tất cả các đầu cuối, các GW và các MCU chịu sự quản lý duy nhất của một GK. Vùng hoạt động này độc lập với topo của mạng thực tế và có thể bao gồm nhiều đoạn mạng (segment) nối với nhau qua router hay các thiết bị khác. Mô hình về một vùng hoạt động đơn giản được minh họa trong hình sau: MCU GK GW T Vùng hoạt động H.323 Hình 4.9: Một vùng hoạt động BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 107 - 4. Các giao thức thuộc H.323 4.1 Các giao thức mã hóa, giải mã cho tín hiệu thoại và hình Các giao thức mã hóa và giải mã cho thoại gồm có: G.711 (64kbps), G.722 (64, 56 và 48kbps), G.723.1 (5.3 và 6.3kbps) và G.729 (8kbps). Các giao thức mã hóa và giải mã cho tín hiệu hình bao gồm: h.261 và H.263. Các giao thức này đề nghị SV tự nghiên cứu và tìm hiểu thêm (lưu ý về các kỹ thuật mã hóa và giải mã cũng như ưu nhược điểm của từng loại). 4.2 Giao thức báo hiệu RAS (H.225.0) Giao thức RAS (Registration, Admission and Status) là giao thức được sử dụng để thực hiện việc đăng ký, quản lý việc tham gia của các điểm cuối, thay đổi băng thông, trao đổi trạng thái và loại bỏ đăng ký giữa các điểm cuối với GK. Các bản tin RAS sẽ được trao đổi qua kênh báo hiệu RAS và kênh báo hiệu này sẽ được thiết lập đầu tiên trước khi các kênh khác được thiết lập. Ngoài ra, các bản tin RAS được truyền qua giao thức UDP không tin cậy nên việc trao đổi các bản tin này có thể bị timeout và dẫn đến việc chúng sẽ được phát lại. Các bản tin RAS truyền qua UDP nhờ các cổng 1718 (cho multicast) và 1719 (cho unicast – có nghĩa là chỉ truyền đến 1 nơi nhận). Ghi chú: các endpoint ở đây có thể là GW hay terminal. Phần lớn các bản tin RAS có 3 loại: yêu cầu (request, thường được viết tắt xRQ), xác nhận (confirm, viết ngắn gọn là xCF) và từ chối (reject, viết gọn là xRJ). Một số trường hợp đặc biệt sẽ được đề cập sau. Báo hiệu RAS có các chức năng cơ bản như sau: − Khám phá GK hay xác định GK (Gatekeeper discovery): cho phép một endpoint xác định GK điều khiển nó. Quá trình này có thể được thực hiện động hay tĩnh. Đối với quá trình xác định tĩnh thì điểm cuối đã biết trước địa chỉ truyền tải (transport address) hay địa chỉ mạng của GK quản lý nó. Đối với quá trình xác định động thì điểm cuối sẽ phát đi bản tin multicast GRQ (Gatekeeper discovery BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 108 - Request) để tìm GK điều khiển mình. Các GK sẽ phản hồi bằng bản tin GCF (confirm) để trả lời cho bản tin trên nếu nó chính là GK điều khiển của điểm cuối đó. Ngược lại nó sẽ đáp ứng bằng bản tin GRJ (reject). Có thể có 1 hay nhiều GK là GK điều khiển của điểm cuối đưa ra yêu cầu. − Đăng ký điểm cuối (Endpoint Registration): quá trình đăng ký được các điểm cuối sử dụng để tham gia vào một vùng hoạt động đồng thời nó thông báo cho GK quản lý nó địa chỉ truyền tải cũng như bí danh (alias) của mình. Điểm cuối muốn đăng ký đến 1 GK nào đó sẽ gởi bản tin RRQ (Registration Request). Nếu GK đồng ý cho điểm cuối tham gia vào mạng sẽ đáp ứng cho điểm cuối bằng bản tin RCF (confirm). Nếu không thì điểm cuối sẽ nhận được phản hồi RRJ (reject) và nó sẽ không được GK cung cấp bất cứ một dịch vụ nào. − Xác định vị trí của điểm cuối (Endpoint Location): đây là quá trình xác định địa chỉ truyền tải của một endpoint trong trường hợp chỉ biết bí danh của nó. Cả GK hay điểm cuối có thể thực hiện chức năng này. Bên có yêu cầu xác định điểm cuối sẽ phát bản tin LRQ (Location Request). Nơi nhận yêu cầu có đáp ứng được hay không thể hiện qua bản tin phản hồi LCF (confirm) hay LRJ (reject). − Điều khiển việc tham gia (Admission control): đây là quá trình xem xét sự cho phép tham gia của một endpoint nào đó vào một phiên làm việc. Đầu tiên, endpoint muốn tham gia vào phiên làm việc thì nó sẽ gởi yêu cầu đến GK quản lý nó bằng một bản tin ARQ (Admission Request). Nếu GK chấp nhận thì nó sẽ đáp ứng bằng bản tin ACF (confirm), ngược lại thì bản tin ARJ (reject) sẽ được trả về. − Thoát khỏi kết nối (Disengage): khi có 1 điểm cuối muốn thoát khỏi một kết nối thì nó sẽ gởi đến GK bản tin DRQ (Disengage Request). Nếu yêu cầu trên được đồng ý nó sẽ BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 109 - nhận được đáp ứng DCF (confirm), ngược lại sẽ nhận được DRJ (reject). − Sự thay đổi băng thông (Bandwidth change): đây là chức năng yêu cầu thay đổi băng thông cho một kết nối nào đó, có thể được yêu cầu bởi endpoint tham gia kết nối đó hay GK. Bên muốn thay đổi băng thông sẽ phát ra bản tin BRQ (Bandwidth Request). Bên nhận yêu cầu này nếu chấp nhận sẽ phản hồi bằng bản tin BCF (confirm), ngược lại sẽ đáp ứng bằng bản tin BRJ (reject). − Trao đổi thông tin trạng thái (Status hay còn gọi là Information): là quá trình được sử dụng bởi GK và endpoint để EP thông báo cho GK các thông tin trạng thái của một kết nối nào đó. Khi GK muốn biết thông tin trạng thái về cuộc gọi nào đó nó sẽ gởi bản tin IRQ (Information Request). Endpoint gởi trả các thông tin chi tiết về cuộc gọi yêu cầu bằng bản tin phản hồi là IRR (Information Response). − Ngoài ra trong báo hiệu RAS còn có một số chức năng sau: quá trình loại bỏ đăng ký của một điểm cuối ra khỏi vùng hoạt động và sự quản lý của 1 GK (Unregistration). Quá trình này là quá trình ngược lại với quá trình đăng ký, và các bản tin có thể được trao đổi khi thực hiện chức năng này là URQ (Unregistration Request), UCF (confirm), URJ (reject). Ngoài ra điểm cuối có thể biết độ khả dụng của tài nguyên (xem tài nguyên nó sử dụng đã đến giới hạn cho phép hay chưa) bằng cách gởi bản tin RAI (Resource Availability Indicate). GK sẽ phản hồi bằng bản tin RAC (Resource Availability Confirm). Một chức năng khác nữa là kích hoạt một số loại dịch vụ đặc biệt bằng bản tin SCI (Service Control Indication). Bản tin phản hồi là SCR (Service Control Response). Chức năng này được sử dụng bởi cả các điểm cuối và GK. Một số bản tin chức năng khác được sử dụng trong các trường hợp đặc BÀI GIẢNG NGN Chương 4: Báo hiệu - 110 - biệt là “Unknown Message Response” và “Non-standard Message”. 4.3 Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225 Đây là giao thức hỗ trực các chức năng báo hiệu cho một cuộc gọi, được sử dụng để thiết lập kênh kết nối giữa các endpoint. Quá trình trao đổi các bản tin báo hiệu cuộc gọi H.225 được thực hiện qua kênh báo hiệu cuộc gọi, là kênh truyền tin cậy sử dụng giao thức TCP. Các bản tin H.225 được trao đổi trực tiếp giữa các endpoint nếu không có GK trong mạng H.323. Nếu trong mạng có GK, các bản tin này có thể được truyền trực tiếp giữa các endpoint hay được truyền thông qua GK để tới các endpoint. Cách thức truyền sẽ được xác định trong quá trình thực hiện báo hiệu RAS, qua bản tin tham gia cuộc gọi. Các bản tin cơ bản bao gồm: − Bản tin SETUP: được sử dụng khi một điểm cuối muốn thực hiện một kết nối với một điểm cuối khác. Nếu nó sử dụng cách thức truyền thông qua GK thì muốn phát bản tin này đi trước hết nó phải nhận được bản tin ACF của GK. − Bản tin CALL PROCEEDING: bản tin này cho biết bản tin SETUP đã được nhận và thủ tục thiết l