ĐỀ TÀI OPENFLOW THE NEXT GENERATION IN NETWORKING INTEROPERABILTY

ĐỀ TÀI OPENFLOW THE NEXT GENERATION IN NETWORKING INTEROPERABILTY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

ĐỀ TÀI

OPENFLOW

THE NEXT GENERATION IN NETWORKING INTEROPERABILTY

MÔN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

GVLT: Huỳnh Thị Bảo Trân

NHÓM 16

PHẦN 1: Báo cáo hoạt động nhóm

1 1/6/2013 18h Tìm hiểu đề tài và phân công công việc

2 8/6/2013 18h Gom bài và thảo luận lần 1

3 15/6/2013 18h Gom bài và thảo luận lần 2

4 17/6/2013 18h Chuẩn bị slide thuyết trình

3 Phân công công việc

STT Công việc

Phân côngThành

Tỉ lệ trêntoàn bộ côngviệc(%)

Mức độhoànthành(%)

Số lần trễdealine

Thuyết trình trước

PHẦN 2: Nội dung đề tài

Mục lục

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI

I. MẠNG VIỄN THÔNG HIỆN TẠI

1. Khái niệm về mạng viễn thông

Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng

Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết vị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối

Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang Các thuê bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt sẽ được nối vào tổng đài quá giang Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn đượcdùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế

Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền đưa các tín hiệu điện Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn cáp quang Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao môi trường truyền thường là cáp kim loại, tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang hoặc vô tuyến

Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến Truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại và cáp quang Truyền vô tuyến bao gồm vi ba, vệ tinh.Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy Fax,máy tính, tổng đài PABX

Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền dẫn tạo thành các cấp mạng khác nhau.

 Mạng viễn thông hiện nay được phân cấp như sau:

2. Các đặc điểm

Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẽ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó

 Mạng telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã hóabằng 5 bit Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 – 300 bit/s)

 Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là mạng POTS (Plain Old TelephoneService): thông tin tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thốngchuyển mạch điện thoại công cộng PSTN

 Mạng truyền số liệu: bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi sốliệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền sốliệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21

 Các tín hiệu truyền hình có thể được truyền theo 3 cách: truyền bằng sóng

vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp hoặc truyền qua hệthống vệ tinh

 PSTN ( Public Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại côngcộng PSTN phục vụ thoại và bao gồm hai loại tổng đài: tổng đài nội hạt (cấp5) và tổng đài tandem (tổng đài quá giang nội hạt cấp 4) Tổng đài tandemđược nối vào các tổng đài Toll để giảm mức phân cấp Phương pháp nâng cấpcác tandem là bổ sung cho mỗi nút một ATM core, các ATM core sẽ cung cấpdịch vụ băng rộng cho thuê bao, đồng thời hợp nhất các mạng số liệu hiện nayvào mạng chung ISDN Các tổng đài cấp 4 và cấp 5 là các tổng đài loại lớn,các tổng đài này có kiến trúc tập trung, cấu trúc phần mềm và phần cứng độcquyền

 ISDN ( Integrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp dịch vụ ISDNcung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng và xâydụng giao tiếp người sử dụng – mạng đa dịch vụ bằng một số giới hạn các kếtnối ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm các kết nối chuyểnmạch và không chuyển mạch Các kết nối chuyển mạch của ISDN bao gồmnhiều chuyển mạch thực, chuyển mạch gói và sự kết hợp của chúng

 PSDN (Public Switching Data Network)là mạng chuyển mạch số liệu côngcộng, chủ yếu cung cấp các dịch vụ số liệu Mạng PSDN bao gồm các PoP(Point of Presence) và các thiết bị truy nhập từ xa Hiện nay, PSDN đang pháttriển với tốc độ rất nhanh do sự bùng bổ của dịch vụ Internet và các mạng riêng

ảo (VPN).

 Mạng di động GMS (Global System for Mobile Telecom) là

mạng cung cấp dịch vụ thoại tương tự như PSTN nhưng qua đường truy nhập

vô tuyến Mạng này chuyển mạch dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia

theo thời gian và công nghệ ghép kênh theo tần số Các thành phần cơ bản củamạng này là: BSC (Base Station Controller), BTS (Base Transfer Station),HLR (Home Location Register), VLR (Visitor Location Register) và MS(Mobile Subcriber).

3. Những hạn chế của mạng viễn thông hiện tại

Hiện nay, có rất nhiều loại mạng khác nhau tồn tại song song, mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau Như vậy,

hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng nhất là:

 Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng

 Thiếu mềm dẻo: sự ra đời của các công nghệ mới ảnh hưởng mạnh mẽ tớitốc độ truyền tín hiệu Ngoài ra, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thôngtrong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc

độ truyền khác nhau và mạng hiện tại rất khó thích nghi với những đòi hỏinày

 Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như sữ dụng tàinguyên Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạngkhác cùng sử dụng

 Kiến trúc tổng đài độc quyền làm cho các nhà khai thác gần như phụ thuộchoàn toàn vào các nhà cung cấp tổng đài Điều này không những làm giàmsức mạnh cạnh tranh cho các nhà khai thác, đặc biệt là những nhà khai thácnhỏ, mà còn tốn nhiều thời gian và tiền bạc khi muốn nâng cấp và ứng dụngcác phần mềm mới

 Các tổng đài chuyển mạch kênh đã khai thác hết năng lực và trở nên lạc hậuđối với nhu cầu của khách hàng Các chuyển mạch lớp 5 đang tồn tại làmhạn chế khả năng sáng tạo và triển khai các dịch vụ mới, từ đó dẫn đến việclàm giảm lợi nhuận của các nhà khai thác

 Sự bùng nổ lưu lượng thông tin đã khám phá sự kém hiệu quả của chuyểnmạch kênh TDM Chuyển mạch kênh truyền thống chỉ dùng để truyền cáclưu lượng thoại có thể dự đoán trước và nó không hỗ trợ lưu lượng dữ liệutăng đột biến một cách hiệu quả Khi lượng dữ liệu tăng vượt lưu lượngthoại, đặc biệt đối với dịch vụ truy cập Internet quay số trực tiếp, thườngxảy ra nghẽn mạch do nguồn tài nguyên hạn hẹp Trong khi đó, chuyểnmạch kênh làm lãng phí băng thông khi các mạch đều trống trong mộtkhoảng thời gian mà không có tín hiệu nào được truyền đi

Đứng trước tình hình của mạng viễn thông hiện nay, các nhà khai thác nhậnthấy rằng “sự hội tụ giữa mạng PSTN và mạng PSDN” là chắc chắn xảy ra Họcần có một cơ sở hạ tầng duy nhất cung cấp cho mọi dịch vụ (tương tự - số, băng

hẹp – băng rộng, cơ bản – đa phương tiện,…) để việc quản lý tập trung, giảm chiphí bảo dưỡng và vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay.

II. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI

1. Định Nghĩa

Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau như:

 Mạng đa dịch vụ ( cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau )

 Mạng hội tụ ( hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ )

 Mạng phân phối ( phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng )

 Mạng nhiều lớp ( mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độclập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM ).Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển mạng viễn thông thế hệ mới này nhưng vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể vàchính xác nào cho mạng này Do đó, định nghĩa mạng viễn thông thế hệ mới nêu

ra ở đây không thể bao hàm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ mới, nhưng nó có thể tương đối là khái niệm chung nhất khi đề cập đến mạng viễn thông thế hệ mới.Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng viễn thông thế hệ mới ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động

Như vậy, có thể xem mạng viễn thông thế hệ mới là sự tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM với mạng chuyển mạch gói, dựa trên kỹ thuật IP/ATM Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vôn có của PSTN, đồng thờicũng có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN

Tuy nhiên, mạng viễn thông thế hệ mới không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa dịch vụ thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói.Vấn đề chủ đạo ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này.Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một khối lượng lớn dịch vụ và các ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn trong đó là không được trù liệu khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay

2. Đặc điểm của mạng viễn thông thế hệ mới

Có 4 đặc điểm chính:

 Nền tảng là hệ thống mạng mở

 Do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạnglưới.

 Là mạng chuyển mạch gói dựa trên một giao thức thống nhất

 Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng ngày càng tăng và

có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới,nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tổ chức tổ hợp các phần tử

có thể thực hiện nối thông giữa các mạng có cấu hình khác nhau

Mạng viễn thông thế hệ mới là mạng dịch vụ thúc đẩy với đặc điểm:

+ Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi

+ Chia tách cuộc gọi với truyền tải

Mục tiêu chính của việc chia tách là làm cho dịch vụ thật sự độc lập với mạng,thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ.Thuê bao cóthể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạngtruyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ vàứng dụng có tính linh hoạt cao

Mạng viễn thông thế hệ mới là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất.Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay là mạngtruyền hình cáp, đều không thể láy một trong các mạng đó làm nền tảng xây dựng

cơ sở hạ tầng thông tin Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người

ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hìnhcáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn màngười ta thường gọi là “ dung hợp ba mạng ” Giao thức IP làm cho các dịch vụlấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau, con ngườilần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhậnđược, đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia(NII)

Topo mạng thế hệ sau

3. Những vấn đề cần quan tâm khi phát triển mạng viễn thông thế hệ mới

Trước hết, các nhà cung cấp dịch vụ chính thống phải xem xét cơ sở TDM mà họ

đã lắp đặt và do vậy phải đối đầu với quyết định khó khăn về việc nâng cấp hệ thốngnày, nên đầu tư vốn cho thiết bị chuyển mạch kênh và xây dựng một mạng viễn thôngthế hệ mới xếp chồng, hay thậm chí nên thay thế các tổng đài truyền thống bằngnhững chuyển mạch mới của công nghệ sau này

Vấn đề lớn nhất cần cân nhắc khi sắp tới cần hỗ trợ dịch vụ thoại qua IP và hàng loạtcác dịch vụ giá trị gia tăng khác là cơ chế “ best effort ” phân phối các gói tin khôngcòn đủ đáp ứng nữa Một thách thức căn bản ở đây là mở rộng mạng IP theo chiềuhướng, khả năng cung cấp đa dịch vụ khi vẫn giữ được ưu thế của mạng IP Để đảmbảo QoS cần thiết, các nhà khai thác sẽ phải có khả năng cam kết cung cấp các thỏathuận về mức dịch vụ (SLA), các yêu cầu về băng tần và các tham số chất lượng.Một khía cạnh khác đảm bảo chất lượng là quy mô mạng phải đủ lớn để cung câpcho khách hàng nhằm chống lại hiện tượng nghẽn cổ chai trong lưu lượng của mạnglõi Một trong những đặc trưng của mạng viễn thông thế hệ mới chính là khả năngtăng số lượng của các giao diện mở nhưng điều đó cũng hàm chứa các nguy cơ đe dọa

an ninh mạng Do đó, đảm bảo an toàn thông tin trở thành vấn đề sống còn của cácnhà khai thác nhằm bảo vệ mạng chống lại sự tấn công từ phía các tin tặc

Một vấn đề không kém phần quan trọng là vấn đề về các giải pháp quản lý thíchhợp cho mạng viễn thông thế hệ mới Trong khi mong muốn xây dựng một mạngquản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch

vụ còn mang tính logic, tuy vậy nó vẫn bộc lộ đây là điểm rất cần lưu ý Mặc dù cònphải mắc nhiều thời gian và công sức trước khi hệ thống mạng được triển khai, nhưngmục tiêu này vẫn có giá trị thuyết phục và sẽ mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phíkhai thác, dịch vụ đa dạng

Tất cả những yếu tố trên dường như làm cho mạng viễn thông thế hệ mới mangđậm sự phức tạp Tuy nhiên, nên nhìn mạng viễn thông thế hệ mới trong mạng thôngtin toàn cầu ngày nay, trong đó các mạng chuyển mạch kênh truyền thống và chuyểnmạch gói song song tồn tại, các mạng di động và cố định không đơn giản trong việccùng khai thác, và thậm chí các thành phần mạng khác nhau trên mạng cũng yêu cầuphần quản lý riêng biệt Trên quan điểm đó, mạng viễn thông thế hệ mới hướng vềmột cái gì đó hết sức phức tạp, nhưng sẽ cho phép tiết kiệm chi phí khai thác mộtcách thích đáng

4. Sơ lược về các công nghệ

4.1 Công nghệ truyền dẫn

Trong cấu trúc mạng thế hệ mới, truyền dẫn là một thành phần của lớp kết nối(bao gồm truyền tải và truy nhập).Công nghệ truyền dẫn của mạng thế hệ mới làSDH, WDM với khả năng hoạt động mềm dẻo, linh hoạt, thuận tiện cho khai thác vàđều hành quản lý Các tuyến truyền dẫn SDH hiện có và đang được tiếp tục triển khairộng rãi trên mạng viễn thông là sự phát triển đúng hướng theo cấu trúc mạng mới.Cần tiếp tục phát triển các hệ thống truyền dẫn công nghệ SDH và WDM, hạn chế sửdụng công nghệ PDH

+ WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách kếthợp một số tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài các bước sóng khác nhau

và ta có thể sử dụng được các cửa sổ không gian, thời gian và độ dài bước sóng.Công nghệ WDM cho phép nâng tốc độ truyền dẫn lên 5Gb/s, 10Gb/s và 20Gb/s

Vô tuyến:

+ Vi ba: công nghệ truyền dẫn SDH cũng phát triển trong lĩnh vực vi ba, tuy nhiên

do những của môi trường truyền dẫn sóng vô tuyến nên tốc độ và chất lượngtruyền dẫn không cao so với công nghệ truyền dẫn cáp quang

+ Vệ tinh: vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO – Low Earth Orbit), vệ tinh quỹ đạo trungbình (MEO – Medium Earth Orbit) Thị trường thông tin vệ tinh trong khu vực đã

có sự phát triển mạnh trong những năm gần đây và sẽ còn tiếp trục trong tương lai.Các loại hình dịch vụ vệ tinh phát triển như: DTH tương tác, truy nhập Internet,các dịch vụ băng rộng, HDTV… Ngoài ra các ứng dụng phổ biến đối với nhu cầuthông tin quảng bá, viễn thông nông thôn, với sự kết hợp sử dụng các ưu điểm củacông nghệ CDMA, thông tin vệ tinh ngày càng có xu hướng phát triển đặc biệttrong lĩnh vực thông tin di động, thông tin cá nhân…

4.2 Công nghệ mạng truy nhập

Trong xu hướng phát triển mạng viễn thông thế hệ mới sẽ duy trì nhiều loạihình mạng truy nhập vào một môi trường truyền dẫn chung như:

+ Mạng truy nhập quang

+ Mạng truy nhập vô tuyến

+ Các phương thức truy nhập cáp đồng: HDSL, ADSL

+ Xu hướng phát triển truy nhập băng rộng

4.3 Công nghệ chuyển mạch

Chuyển mạch cũng là một thành phần trong lớp mạng chuyển tải của cấu trúcmạng viễn thông thế hệ mới nhưng có những thay đổi lớn về mặt công nghệ so vớicác thiết bị chuyển mạch TDM trước đây Công nghệ chuyển mạch của mạng thế

hệ mới là IP, ATM, ATM/IP hay MPLS thì hiện nay vẫn chưa xác định rõ, tuynhiên nói chung là dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép hoạt động vớinhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau

Công nghệ chuyển mạch quang: các kết quả nghiên cứu ở mức thử nghiệm đang hướng tới việc chế tạo các chuyển mạch quang Trong tương lai sẽ có các chuyển mạch quang phân loại theo nguyên lý sau: chuyển mạch quang phân chia theo không gian, chuyển mạch quang phân chia theo thời gian, chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

CHƯƠNG IICẤU TRÚCMẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI

I. SỰ TIẾN HÓA TỪ MẠNG HIỆN TẠI LÊN MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI

1. Chiến lược phát triển

Một chiến lược để phát triển nhịp nhàng từ mạng hiện tại sang kiến trúc mạng mới là rất quan

trọngnhằmgiảmthiểuyêucầuđầutưtronggiaiđoạnchuyểntiếp,trongkhisớmtậndụngđượcnhữngphẩmchấtcủamạngmạng viễn thong thế hệ

mới.Tuynhiênbấtkỳbướcđinàotrongtiếntrìnhchuyểntiếpnàycũngcầntạođiềukiệndễdànghơnchomạngđểrốtcuộcvẫnpháttriểnsangkiếntrúcmạng viễn thông thế hệ mớidựatrênchuyểnmạchgói.Bấtcứgiảiphápnàođượcchọnlựathìcáchệthốngchuyểnmạchtruyềnthốngcũngsẽphảitồntạibêncạnhcácphầntửmạngcôngnghệmớitrongnhiềunămtới

Mạngthếhệsauđượctổchứcdựatrêncácnguyêntắccơbảnsau:

o Đápứngnhucầucungcấpcácloạihìnhdịchvụviễnthôngphongphú,đadạng,đadịchvụ,đaphươngtiện

o Mạngcócấutrúcđơngiản

o Nângcaohiệuquảsửdụng,chấtlượngmạnglướivàgiảmthiểuchiphíkhaithácvàbảodưỡng

o Dễdàngmởrộngdunglượng,pháttriểncácdịchvụmới

o Độlinhhoạtvàtínhsẵnsàngcao,nănglựctồntạimạnh

Việctổchứcmạngdựatrênsốlượngthuêbaotheovùngđịalývànhucầupháttriểndịchvụ,khôngtổchứctheođịabànhànhchínhmàtổchứctheovùngmạnghayvùnglưulượng

Ởđây,chủyếuchúngtaxemxétquátrìnhtiếnhóavềcấutrúctừmạnghiệncólêncấutrú

cmạng viễn thong thế hệ mới

Như hình vẽ, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiềumạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn tạp”, chỉ đượcxây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khácnhau Xét đến mạng Internet,

đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàncầu, thường được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theomột kiến trúc đặc trưng Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như cácdịch vụ có tính thời gian thực ( như thoại truyền thống)

Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới mạng viễn thông thế hệ mới cầntuân theo các chỉtiêu :

o Mạng viễn thông thế hệ mới phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành

o Một kiến trúc mạng viễn thong thế hệ mới khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau,

và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau Một vài dịch vụ

có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, nhưng tất cả các dịch vụ đềuphải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối

o Mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộcgọi), thiết lập đường truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả chohữu tuyến cũng như vô tuyến

Vì vậy, mạng viễn thông thế hệ mới sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (pháttriển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng ( hỗ trợ them chất lượng dịch vụ QoS)

Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện cósang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức (ở hai lớp : kếtnối và chuyển mạch)

Trước hết là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn Hai lớp nàybao gồmlớp vật lý, lớp 2 và lớp 3 nếu chọn công nghệ IP làm nền chomạng thế hệ mới.Trong đó :

 Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vậtLý

 IP/MPLS làm nền cho lớp 3

 Công nghệ ở lớp 2 phải thỏa mãn:

o Càng đơn giản càng tốt

o Tối ưu trong truyền tải gói dữ liệu

o Khả năng giám sát chất lượng, giám sát lỗi và bảo vệ, khôi phục mạng khi có sự cố phải tiêu chuẩn hơn của công nghệ SDH/SONET

 Hiện tại công nghệ RPT (Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm đápứng các chỉ tiêu này

Thứ hai là chuyển dịch mạng đường dài (mạng truyền dẫn).Sử dụng cổngmạng trung kế tích hợp hoặc độc lập, chuyển đến mạng IP hoặc ATM, rồi sử dụngchuyển mạch mềm để điều khiển luồng và cung cấp dịch vụ Sử dụng phương thứcnày có thể giải quyết vấn đề tắt nghẽn trong chuyển mạch kênh

 So sánh công nghệ hiện tại và tương lai

Thành phần mạng Công nghệ hiện tại Công nghệ tương lai

Mạng truy nhập - Cáp xoắn băng hẹp

- Truyền hình cáp số vàtương tự chuyên dụng

Cùng với sự tiến hóa ở lớp truy nhập và truyền dẫn, chức năngchuyển mạchcủa tổng đài ở lớp điều khiển được thay thế bằng một phầnmềm chuyển mạch

thông minh gọi là Softswitch (hay Call Agent) :

 Nhà cung cấp đưa ra tất cả cácgiải

pháp trong một khối chuyển mạch duy

nhất : Phần cứng,phần mền mà các

trình ứngdụng

 Khách hàng phụ thuộc nhà cung cấp:

không có đổi mới, chiphí vận hành và

bảo dưỡng cao

 Các giải pháp đưa ra từ nhiều nhàcung cấp, ở nhiều mức độ khác nhau với nhiều sản phẩm nguồn mởtheo chuẩn

 Khách hàng tự do chọn lựa nhữngsản phẩm tốt nhất để xây dựng từnglớp mạng trong hệ thống Các chuẩn mở cho phép mở rộng vàgiảm chi phí

Hoạt động của chuyển mạch mềm trong mạng viễn thong thế hệ mới

Thứ ba là mạng chuyển dịch mạng nội hạt.Tổng đài điện thoại có rấtnhiều giámáy và nhiều dữ liệu dịch vụ thoại nội hạt, không chỉ đầu tư lớnmà việc cải tạocũng sẽ rất khó khăn Có thể dùng thiết bị tổng hợp truynhập băng rộng, có dunglượng lớn, thay thế giá máy thuê bao hiện có,dùng cổng mạng truy nhập tốc độ caođến mạng IP, nhằm nâng cấp chuyển mạch mềm và bộ phục vụ ứng dụng, bảođảm cho dịch vụ thoại nội hạt vàdịch vụ IP.

2. Sự tiến hóa từ mạng hiện tại lên mạng viễn thông thế hệ mới

 Sự phát triển từ PSTN lên mạng viễn thong thế hệ mới

Thoại luôn là dịch vụ được xét đến hàng đầu trong quá trình xây dựng mạng

Do đó, ở đây ta xem xét một minh họa về sự chuyển dịch thoại từ PSTN sangmạng viễn thong thế hệ mới

 Đối với các mạng dịch vụ khác

Từ những phân tích trên, chúng ta xây dựng sự tiến hóa bằng sơ đồ lớp chứcnăng của các mạng

 Mạng hiện tại:

GE : Gigabit Ethenet

 Mạng trong tương lai gần:

 Mạng trong tương lai:

 Sự phát triển của mạng hữu tuyến dự trên công nghệ IP:

Con đường phát triển của các mạng hiện tại là tạo ra một mạngchuyển mạchgói bên cạnh mạng PSTN để hỗ trợ thoại cũng như số liệu,và cấu hình để vận hànhnhư một chuyển mạch quá giang khác Để làmđược việc này, điều cần thiết đối vớimạng chuyển mạch gói là phải truyềnthông được với PSTN nhờ sử dụng báo hiệuSS7.Truy cập tốc độ cao sẽqua các công nghệ DSL (Digital Subcriber Line), cácmodem cáp, các đầucuốidi động và vô tuyến băng rộng.Tuy nhiên truyền dẫnquang DWDM,PON (Passive Optical Network) sẽ là xu thế phát triển của tươnglai.

Thoại là yếu tố quyết định trong sự phát triển sang các mạng đa dịchvụ Một sốlượng lớn các thiết bị đang xuất hiện trên thị trường để hộ trợđiện thoại trên cácmạng IP.Các thiết bị này vừa phục vụ cho tư gia kháchhàng vừa cho các mạng hữutuyến.Có một sức nặng đằng sau ý kiến cho làIP là chọn lựa tất yếu cho tươnglai.Các cổng VoIP quy mô doanh nghiệpvừa mới được đưa vào hoạt động và cácnhà khai thác đã có các mạng IPtoàn cầu, trong đó có cả nhà khai thác của ChâuÁ

Việt Nam đã có kế hoạch xây dựng mạng thế hệ mới.Theo cấu hìnhvà tổ chứckhai thác mạng dựa trên địa bàn hành chính hiện nay của mạngViễn thông ViệtNam, chất lượng dịch vụ viễn thông được cung cấp sẽ bịảnh hưởng Vì vậy, việccung cấp các dịch vụViễn thông và tổ chức khaimạng dựa trên số lượng thuê baotheo vùng địa lý, nhu cầu phát triển dịchvụ và tổ chức theo cùng lưu lượng đãđược đề xuất Tuy nhiên, lộ trình vẫnchưa thể công bố

II. CẤU TRÚC CHỨC NĂNG

Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưacó mộtkhuyến nghị chính thức nào của Liên minh Viễn thông thế giới ITUvề cấu trúc của

nó Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình cấu trúcmạng thế hệ mới nhưAlcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,…Bên cạnh việc đưa ra nhiều

mô hình cấu trúc mạng viễn thông thế hệ mới khác nhau và kèmtheo là các giảipháp mạng cũng như những sản phẩm thiết bị mới khácnhau Các hãng đưa ra các

mô hình cấu trúc tương đối rõ ràng và các giảipháp mạng khá cụ thể là Alcatel,Siemens, Ericsions

Nhìn chung từ các mô hình này, cấu trúc mạng mới có đặc điểm chunglà baogồm các lớp chức năng sau :

o Lớp nết nối (Access + Transport/ Core)

o Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media)

o Lớp điều khiển (Control)

o Lớp quản lý (Management)

Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiềuloạigiao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đềđang được cácnhà khai thác quan tâm

1. Mô hình phân lớp chức của mạng viễn thong thế hệ mới

Cấu trúc chức năng

Kiến trúc mạng mạng viễn thong thế hệ mới sử dụng chuyển mạch gói cho cảthoại và dữliệu.Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành cáclớpmạng riêng lẽ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêuchuẩn

Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch củaPSTN thựcchất là đã được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch.Bây giờ, sự thôngminh ấy nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyểnmạch mềm (softswitch) cũngđược gọi là một bộ điều khiển cổng truyềnthông (Media Gateway Controller) hoặc

là một tác nhân cuộc gọi (CallAgent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiếntrúc mạng mới Cácgiao diện mở hướng tới các ứng dụng mạng thông minh (IN-IntelligentNetwork) và các server ứng dụng mới tạo điều kiện dễ dàng choviệcnhanh chóng cung cấp dịch vụ và đảm bảo đưa ra thị trường trong thờigianngắn

Tại lớp truyền thông, các cổng được đưa vào sử dụng để làm thíchứng thoại vàcác phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói.Các mediagateway này được sửdụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối củakhách hàng (RGW- ResidentalGateway), với các mạng truy nhập (AGWAccessGateway) hoặc với mạng PSTN(TGW- Trunk Access).Các serverphương tiện đặc biệt rất nhiều chức năng khácnhau, chẳng hạn như cung cấp các âm quay số hoặc thông báo Ngoài ra, chúngcòn có các chức năngtiên tiến hơn như : trả lời bằng tiếng nói tương tác và biếnđổi văn bản sangtiếng nói hoặc tiếng nói sang văn bản

Các giao diện mở của kiến trúc mới này cho phép các dịch vụ mớiđược giớithiệu nhanh chóng Đồng thời chúng cũng tạo thuận tiện cho việcgiới thiệu cácphương thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giátrị truyền thống hiện tạithành nhiều dịch vụ có thể do các hãng khác nhaucung cấp

Hệ thống chuyển mạch của mạng viễn thong thế hệ mới được phân thành bốnlớp riêng biệt thayvì tích hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạchkênh hiện nay: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập vàtruyềntải Các giao diện mở có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn chophépcác dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng, dễ dàng; những nhà khai tháccóthể chọn lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong môhình mạngviễn thong thế hệ mới.

• ATM hay IP/MPLS có thể được sử dụng làm nền cho truyền dẫntrên mạng lõi để đảm bảo QoS

• Mạng lõi có thể thuộc mạng MAN hay mạng đường trục

• Các router sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn, ngược lại,khi lưu lượng thấp, switch – router có thể đảm nhận luôn chứcnăng của những router này

 Thành phần

• Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), cácchuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch PLMnhưng ở mạng đường trục, kỹ thuật truyền tải chính là IP hayIP/ATM

• Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi

• Vô tuyến : thông tin di động - công nghệ GSM hoặc CDMA, truynhập vô tuyến cố định, vệ tinh.

 Lớp 2 và lớp 3 : Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy nhập

 Thành phần :

• Phần truy nhập gồm các thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện đểkết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vicáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến

• Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹthuật truy nhập (tương tự, số, TDM, ATM, IP,…) để truy nhập vàomạng dịch vụ mạng viễn thông thế hệ mới

 Chức năng :

• Như tên gọi, lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầucuối và mạng đường trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếpMGW thích hợp

• Mạng viễn thông thế hệ mớikết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuốichuẩn và không chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điệnthoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điệnthoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định,VoDSL, VoIP, …

• Các cổng giao tiếp : TG (Trunking Gateway) kết nối giựa mạng lõivới mạng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõivới mạng di động,

 Chức năng :

• Lớp truyền thông có khả năng tương thích các kỹ thuật truy nhậpkhác với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đường trục.Hay nói cách khác, lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loạimôi trường ( chẳng hạn như PSTN, FramRelay, LAN, vô tuyến,…)sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi vàngược lại

• Nhờ đó, các nút chuyển mạch (ATM + IP) và các hệ thống truyềndẫn sẽ thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữacác thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của các thiết bịthuộc lớp điều khiển

2.3 Lớp điều khiển

 Thành phần

Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thànhphầnchính là Softswitch còn gọi là Media Gateway Controller hayCallAgent được kết nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọihayquản lý địa chỉ IP như : SGW ( Signaling Gateway), MS(MediaSever), FS (Feature Server), AS (Application Server).

Theo MSF (MutiService Switching Forum), lớp điều khiển cầnđược

tổ chức theo kiểu module và có thể bao gồm một số bộ điềukhiển độclập Ví dụ có các bộ điều khiển riêng cho các dịch vụ :thoại / báo hiệu

số 7, ATM / SVC, IP/MPLS, …

 Chức năng

Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụthôngsuốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệunào

Cụ thể , lớp điều khiển thực hiện :

• Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch

• Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng,điều khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện cổng

• Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối(hay mỗi luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS

• Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớpmedia Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồngthời thực hiện các cảnh báo

• Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin nàyđến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển

• Quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạmviđiều khiển Thiết lập và quản lý hoạt động của các luồng yêu cầuđốivới chức năng dịch vụ trong mạng Báo hiệu với các thànhphầnngang cấp

Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển.Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và

truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng

 Chức năng

Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ởnhiều mức độ Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiệnđiều khiển logic của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, cònmột số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụthoại truyền thống.Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông quacác giao diện mở API.Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể pháttriển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng.Một số ví dụ về các loại ứng dụng dịch vụ được đưa ra sau đây:

+ Các dịch vụ thoại

+ Các dịch vụ thông tin và nội dung

+ VPN cho thoại và số liệu

+ Video theo yêu cầu

+ Nhóm các dịch vụ đa phương tiện

+ Thương mại điện tử

+ Các trò chơi trên mạng thời gian thực

đa dịch vụ

Từ những phân tích trên, ta xây dựng sơ đồ các thực thể chức năng của mạngviễn thông thế hệ mới:

AS-F: Application Server Function

MS-F: Media Server Function

MGC-F: Media Gateway Control Function

CA-F: Call Agent Function

IW-F: Interworking Function

R-F: Routing Function

A-F: Accounting Function

SG-F: Signaling Gateway Function

MG-F: Media Gateway Function

Nhiệm vụ của từng thực thể như sau:

 AS-F: đây là thực thể thi hành các ứng dụng nên nhiệm vụ chính là

cung cấp các logic dịch vụ và thi hành một hay nhiều các ứng dụng/dịchvụ

 MS-F: cung cấp các dịch vụ tăng cường cho xử lý cuộc gọi Nó hoạt

động như một server để xử lý các yêu cầu từ AS-F hoặc MGC-F

 MGC-F: cung cấp logic cuộc gọi và tín hiệu báo hiệu xử lý cuộc gọi

cho một hay nhiều Media Gateway

 CA-F: là một phần chức năng của MGS-F Thực thể này được kích hoạt

khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi

 IW-F: cũng là một phần chức năng của MGC-F Nó được kích hoạt khi

MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau

 R-F: cung cấp thông tin định tuyến cho MGC-F.

 A-F: cung cấp thông tin dùng cho việc tính cước.

 SG-F: dùng để chuyển các thông tin báo hiệu của mạng PSTN qua

mạng IP

 MG-F: dùng để chuyển thông tin từ dạng truyền dẫn này sang dạng

truyền dẫn khác

Trên đây chỉ là những chức năng cơ bản nhất của mạng viễn thông thế hệmới.Và tùythuộc vào nhu cầu thực tế mà mạng có thêm những chức năng khácnữa.

III. CẤU TRÚC VẬT LÝ

a. Cấu trúc vật lý của mạng thế hệ mới

b. Các thành phần mạng và chức năng

Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quantâm,nhưng ở đây ta chỉ nghiên cứu những thành phần chính thể hiện rõ nét sựtiêntiến của mạng viễn thông thế hệ mới so với mạng viễn thông truyền thống Cụ thể

Cấu trúc của Media Gateway

Media Gateway cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữliệu, fax

và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN Trong mạng PSTN, dữliệu thoại đượcmang trên kênh DS0.Để truyền dữ liệu này vào mạng gói,mẫu thoại cần được nénlại và đóng gói Đặc biệt ở đây người ta sử dụngmột bộ xử lý tín hiệu số DSP(Digital Signal Processors) thực hiện các chứcnăng : chuyển đổi AD (analog todigital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội,bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tínhhiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF,…

 Các chức năng của một Media Gateway

 Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP (Real Time Protocol)

 Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal Processing) dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC)

Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này

 Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1

 Quản lý tài nguyên và kết nối T1

 Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP

 Có phần mềm Media Gateway dự phòng

 Cho phép khả năng mở rộng Media Gateway về: cổng(ports), cards, các nút màkhông làm thay đổi các thành phần khác

 Đặc tính hệ thống

Một Media Gateway có các đặc tính sau :

 Là một thiết bị vào/ra đặc hiệu (I/O)

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

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

 Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP), mở rộng một vài giao diện T1/E1 với mạng TDM

 Mật độ khoảng 120 port (DSO’s)

 Sử dụng bus H.110 để đảm bảo tính linh động cho hệ thống nội bộ

2. Media Gateway Controller (MGC)

MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch Nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó.Nó điều khiển SG thiết lập

và kết thúc cuộc gọi.Ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS

MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, nhưPSTN, SS7, mạng IP.Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệuqua các mạng khác nhau Nó còn được gọi là Call Agent do chức năng điềukhiển các bản tin

Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu choSoftswitch

Cấu trúc của SoftSwitch

 Các chức năng của Media Gateway Controller

 Quản lý cuộc gọi

 Các giao thức thiết lập cuộc gọi thoại : H.323, SIP

 Giao thức điều khiển truyền thông : MGCP, Megaco, H.248