BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 59 -
CHƯƠNG 3:
CHUYỂN MẠCH MỀM
SOFTSWITCHING
----WX----I. GIỚI THIỆU CHUNG
Ta đã được tìm hiểu về tổng thể cũng như cấu trúc của mạng NGN. Và
thành phần cốt lõi trong mạng NGN, thành phần có khả năng liên kết các
loại thông tin trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất, đó chính là MGC
(Media Gateway Controller). MGC có thể thực hiện được điều này nhờ sử
dụng phần mềm điều khiển “thế hệ mới” - chuyển mạch mềm (Softswitch).
Trong chương này ta sẽ đi tìm hiểu về chuyển mạch mềm.
Do thoại là một trong những dòch vụ cơ bản của bất kỳ mạng viễn
thông nào nên phần lớn nội dung của chương này đề cập đến khía cạnh thoại
của mạng thế hệ sau. Và trước hết, hoạt động của mạng cung cấp dòch vụ
thoại hiện nay sẽ được xét đến.
1. Hoạt động của PSTN
Trong mạng PSTN (Public Switched Telephone Network), công
nghệ chuyển mạch kênh được sử dụng để có thể truyền thông tin từ đầu
cuối đến đầu cuối. Đối với chuyển mạch kênh, ta sử dụng kỹ thuật ghép
kênh phân thời gian TDM (Time Division Multiplex). Quá trình chuyển
mạch thoại trong PSTN chính là sự chuyển mạch các khe thời gian
(timeslot).
Có 2 dạng chuyển mạch khe thời gian đó là chuyển mạch thời gian
(T) và chuyển mạch không gian (S). Mỗi dạng chuyển mạch đều có
những ưu và nhược điểm riêng. Trong thực tế, 2 dạng này được kết hợp
để tạo ra chuyển mạch nhiều tầng.

hiệu
Thoại
SCPHình 3.1: Hoạt động của mạng PSTN
SCP: Service Control Point
Ghi chú: chuyển mạch lớp 5 chính là chuyển mạch ở tổng đài nội
hạt, chuyển mạch lớp 4 chính là chuyển mạch ở tổng đài toll/tandem.
Trước khi quá trình truyền thoại thực sự xảy ra, quá trình báo hiệu
sẽ diễn ra trước. Khi có 1 thuê bao nhấc máy, quá trình báo hiệu sẽ bắt
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 61 -
đầu diễn ra trên 1 kênh ấn đònh trước. Cho đến khi thuê bao bò gọi nhấc
máy thì quá trình thiết lập cuộc gọi sẽ kết thúc, kênh thoại sẽ được thiết
lập (thông qua các khe thời gian còn rỗi, trừ khe 0 và khe 16) và quá trình
đàm thoại bắt đầu. Khi có một bên gác máy, quá trình báo hiệu kết thúc
cuộc gọi bắt đầu và kênh thoại cũng như quá trình báo hiệu dành cho
cuộc gọi này chỉ thật sự được giải phóng khi bên còn lại gác máy. Trên
đây chỉ mô tả khái quát hoạt động của PSTN đối với 1 cuộc gọi thông
thường. Các bước thực hiện một cuộc gọi sẽ được xét chi tiết hơn trong
những phần sau.
2. Nhược điểm của chuyển mạch kênh
Trong quá trình hoạt động, chuyển mạch kênh đã bộc lộ những yếu
điểm của mình. Sau đây là những nhược điểm chính của chuyển mạch
kênh:
- Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt:
Việc đầu tư một tổng đài nội hạt lớn với chi phí cao cho
vùng có vài ngàn thuê bao là không kinh tế do đó các tổng đài

tầng là mạng gói. Vì thế việc chuyển từ mạng viễn thông hiện tại lên
mạng thế hệ mới phải trải qua nhiều giai đoạn. Do PSTN hiện tại vẫn
hoạt động tốt và dòch vụ do nó cung cấp khá tin cậy (99.999%) nên việc
chuyển cả mạng truy nhập và mạng lõi của PSTN thành mạng gói là rất
tốn kém. Để tận dụng sự hoạt động tốt của PSTN và ưu điểm của chuyển
mạch gói, cấu hình mạng NGN bao gồm chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói được thể hiện như trong hình sau:

IP Network
(WDM/SDH/ATM)
MPLS, Mutticast
Resident
gateway
GPRS
UMTS
Wireless
Access
gateway
Wireless
gateway
DNS
Network
Management
AAA
Charging
Telephone
Users
Directory
Server
Wireless


AAA: Accounting, Authentication, and Authorization
DNS: Domain Name Server
DSL: Digital Subscriber Line
GE: Gigabit Ethernet
GPRS: General Packet Radio Service
IP Sec: Internet Protocol Security
ISP: Internet Service Provider
LAN: Local Area Network
MAN: Metropolitan Access Network
MGC: Media Gateway Controller
MPLS: Multi Protocol Label Switching
RSVP: ReSerVation Protocol
SDH: Synchronous Digital Hierarchy
UMTS: Universal Mobile Telecommunications Network
WDM: Wavelength Division Multiplex
Theo hình trên, tổng đài lớp 5 hay tổng đài nội hạt dùng chuyển
mạch kênh (circuit-switched local-exchange) (thể hiện qua phần mạng
PSTN) vẫn được sử dụng. Như đã biết, phần phức tạp nhất trong những
tổng đài này chính là phần mềm dùng để điều khiển quá trình xử lý cuộc
gọi. Phần mềm này chạy trên một bộ xử lý chuyên dụng được tích hợp
sẵn với phần cứng vật lý chuyển mạch kênh. Hay nói cách khác phần
mềm sử dụng trong các tổng đài nội hạt phụ thuộc vào phần cứng của
tổng đài. Điều này gây khó khăn cho việc tích hợp mạng PSTN và mạng
chuyển mạch gói khi xây dựng NGN – là mạng dựa trên cơ sở mạng gói.
Một giải pháp có thể thực thi là tạo ra một thiết bò lai (hybrid
device) có thể chuyển mạch thoại ở cả dạng kênh và gói với sự tích hợp
của phần mềm xử lý cuộc gọi. Điều này được thực hiện bằng cách tách
riêng chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức năng chuyển mạch vật lý.
Thiết bò đó chính là MGC sử dụng chuyển mạch mềm Softswitch.

thực thi các đặc tính cuộc gọi).
Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý
được thực hiện bởi cổng phương tiện Media Gateway (MG), còn xử lý cuộc
gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng phương tiện Media Gateway
Controller (MGC).

Một số lý do chính cho thấy việc tách 2 chức năng trên là một giải
pháp tốt:
- Cho phép có một giải pháp phần mềm chung đối với việc xử lý
cuộc gọi. Và phần mềm này được cài đặt trên nhiều loại mạng
khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng gói (áp
dụng được với các dạng gói và môi trường truyền dẫn khác nhau).
- Là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn,
tiết kiệm đáng kể trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm
xử lý cuộc gọi.
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 65 -
- Cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dòch vụ
điều khiển từ xa thiết bò chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách
hàng, một yếu tố quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của
mạng trong tương lai.

III. VỊ TRÍ CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM TRONG MÔ HÌNH PHÂN
LỚP CHỨC NĂNG CỦA NGN
Do có chức năng là xử lý cuộc gọi (Call control) nên vò trí tương ứng
của Softswitch trong mô hình phân lớp chức năng của NGN là lớp Điều
khiển cuộc gọi và báo hiệu (Call Control and Signaling Layer). Và các thực
thể chức năng của Softswitch là MGC-F, CA-F, IW-F, R-F và A-F.


Server
Media Gateway
Controller
Signaling
Gateway
Media
Gateway
Media Gateway
Controller
Media Gateway
Controller
SS7
Non IP
network
PSTN
TDM/ATM
IP networkHình 3.4: Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng thế hệ sau NGN

ATM: Asynchronous Transfer Mode
IP: Internet Protocol
PSTN: Public Switched Telephone Network
SS7: Signaling System 7
TDM: Time Division Network

Ghi chú: các thiết bò thuộc mạng IP là các router, các chuyển mạch
thuộc mạng backbone để truyền tải các gói tin đi. Trong khi đó mạng không
IP (non IP network) là mạng có các thiết bò đầu cuối không phải thuộc mạng

Media Server
MS-F
Signaling Gateway
SG-F
Media Gateway
MG-F
MGC-F
Media Gateway
Controller
Inter-Operator
ManagerHình 3.5: Chức năng của Media Gateway Controller

Xin xem chi tiết phần Cấu trúc chức năng của mạng NGN, chương 2 để hiểu rõ chức
năng của từng thực thể chức năng.
Chú thích: CA-F và IW-F là 2 chức năng con của MGC-F. CA-F
được kích hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi. Và IW-F
được kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng báo
BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 68 -
hiệu khác nhau. Riêng thực thể chức năng Inter-operator Manager có
nhiệm vụ liên lạc, trao đổi thông tin giữa các MGC với nhau.
Media Gateway Controller có nhiệm vụ tạo cầu nối giữa các mạng
có đặc tính khác nhau bao gồm PSTN, SS7, IP.
Các chức năng chính của Media Gateway Controller:
- Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên
một Media Gateway.

Media
Server
Media Gateway
Controller
Signaling
Gateway
Media
Gateway
Media Gateway
Controller
Media Gateway
Controller
SIGTRAN
MGCP
Megaco
SIPSIP
SIP
MGCP
SIP
ENUM/TRIP
SS7
Non IP
network
PSTN
TDM/ATM
IP networkHình 3.6: Giao thức sử dụng giữa các thành phần


AS-F
AS
MS-F
MS
SIP/H.323
network
MGC khác
SIP/MGCP
ENUM
TRIP
AS
SIP
ENUM/TRIP
Access
Proxy
AGS-F
AG
MG-F
SS7
network
PSTN
MGC
SS7
TDM
RTP/RTCP
SIGTRAN
MGCP/Megaco
RTP
RTCP
SIGTRAN


- 71 -

2. Khái quát hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch
Ở đây chỉ xét trường hợp thuê bao gọi đi là một thuê bao thuộc
mạng cung cấp dòch vụ thoại truyền thống PSTN. Các trường hợp khác thì
hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch cũng sẽ tương tự. Hoạt động
của phần mềm này bao gồm các bước sau:
(1) Khi có một thuê bao nhấc máy (thuộc PSTN) và chuẩn bò thực hiện
cuộc gọi thì tổng đài nội hạt quản lý thuê bao đó sẽ nhận biết trạng
thái off-hook của thuê bao. Và Signaling Gateway (SG) nối với
tổng đài này thông qua mạng SS7 cũng nhận biết được trạng thái
mới của thuê bao.
(2) SG sẽ báo cho Media Gateway Controller (MGC) trực tiếp quản lý
mình thông qua CA-F đồng thời cung cấp tín hiệu dial-tone cho
thuê bao. Ta gọi MGC này là caller-MGC.
(3) Caller-MGC gởi yêu cầu tạo kết nối đến Media Gateway (MG) nối
với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F.
(4) Các số do thuê bao nhấn sẽ được SG thu thập và chuyển tới caller-
MGC.
(5) Caller-MGC sử dụng những số này để quyết đònh công việc tiếp
theo sẽ thực hiện. Các số này sẽ được chuyển tới chức năng R-F
và R-F sử dụng thông tin lưu trữ của các server để có thể đònh
tuyến cuộc gọi. Trường hợp đầu cuối đích cùng loại với đầu cuối
gọi đi (nghóa là cũng là một thuê bao của mạng PSTN): nếu thuê
bao bò gọi cũng thuộc sự quản lý của caller-MGC thì thực hiện
bước (7). Nếu thuê bao này thuộc sự quản lý của một MGC khác
thì thực hiện bước (6). Còn nếu thuê bao này là một đầu cuối khác
loại thì MGC sẽ đồng thời kích hoạt chức năng IW-F để khởi động
bộ điều khiển tương ứng và chuyển cuộc gọi đi. Lúc này thông tin


V. ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM
1. Ưu điểm
- Cho cơ hội mới về doanh thu:
Với công nghệ mạng cho phép hội tụ các ứng dụng thoại, số
liệu, video cùng công nghệ chuyển mạch mới, nhiều dòch vụ giá trò
gia tăng hoàn toàn mới được ra đời. Các dòch vụ này hứa hẹn sẽ
đem lại doanh thu cao hơn so với các dòch vụ thoại truyền thống.
Do sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm, có tính chất phân
tán, các nhà cung cấp dòch vụ có thể cung cấp dòch vụ cho một nhóm
nhỏ khách hàng, hay bất cứ nơi nào và khi nào mà họ muốn. BÀI GIẢNG NGN Chương 3: Chuyển mạch mềm

- 73 -

- Thời gian tiếp cận thò trường ngắn:
Do công nghệ chuyển mạch mới dựa trên phần mềm nên các
dòch vụ mới ra đời cũng dựa trên phần mềm. Điều này làm cho việc
triển khai các dòch vụ mới cũng như nâng cấp dòch vụ đang cung cấp
trở nên nhanh chóng hơn.
Ngoài ra nhà khai thác mạng có thể mua một dòch vụ mới từ
nhà cung cấp thứ ba để triển khai nhanh chóng dòch vụ khách hàng
yêu cầu. Đây chính là một trong những đặc điểm khác biệt của
mạng thế hệ sau NGN mà các mạng hiện tại không có.
- Khả năng thu hút khách hàng:
Cùng với việc đưa vào sử dụng mạng thế hệ mới, việc đưa vào
sử dụng chuyển mạch mềm còn giới thiệu với khách hàng nhiều
dòch vụ mới hấp dẫn đồng thời cho phép họ tự lựa chọn và kiểm soát