Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN

Signalling Transfer PointNext Generation NetworkQualify of ServiceInterner ProtocolMulti Protocol Label Switching Wavelength Division MultiplexingDense Wavelength Division Multiplexing A

MỤC LỤC

PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 1

PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên thực tập : Nguyễn Anh Tú

Đơn vị thực tập : Viện Khoa Học Bưu Điện

Thời gian thực tập : Từ ngày 23/6/2014 đến ngày 18/07/2014 NHẬN XÉT CỦA CƠ SỞ THỰC TẬP

1 Chấp hành nội quy và quy định của cơ quan:

Xác nhận của cơ quan thực tập

(Ký, ghi rõ họ tên và đóng dấu)

Hà nội, ngày , tháng…., năm 2014

Người đánh giá

(Ký và ghi rõ họ tên)

VIỆN KHOA HỌC BƯU ĐIỆN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập Tự do Hanh phúc

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

(Thời gian thực tập: Từ ngày 23/06/2014 đến ngày 18/07/2014 )

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Anh Tú

Lớp: D10VT5

NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ:

1 Chấp hành kỷ luật: ………

2 Ý thức học tập: ………

3 Quan hệ, giao tiếp: ………

4 Điểm: …………

CÁC Ý KIẾN KHÁC : ………

………

………

………

………

………

………

Ngày… , tháng……, năm 2014 Giáo viên hướng dẫn thực tập

(Ký và ghi rõ họ tên)

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Thuật ngữ tiếng anh Thuật ngữ tiếng việt

Signalling Transfer PointNext Generation NetworkQualify of Service

Interner ProtocolMulti Protocol Label Switching Wavelength Division

MultiplexingDense Wavelength Division Multiplexing

Asynchronous Transfer Mode

Synchronous Digital HierachyIntelligent Network

Media Gateway Media gateway ControllerSignaling Gateway

Application ServeSession Intiation ProtocolMedia gateway Control Protocol

Media Gateway controllerSignaling System No 7Reservation ProtocolUniversal Mobile Telecommunications Network

Mạng chuyển mạch công cộng

Truyền hình cáp

Vệ tinh truyền hình trực tiếp Ghép kênh phân chia theo thờigian

Điểm báo hiệu Mạng thế hệ sau Chất lượng dịch vụ Giao thức InternetChuyển mạch nhãn đa giao thức

Đa truy nhập phân chia theobước sóng

Đa truy nhập phân chia theobước sóng dày đặc

Phương thức truyền không đồng

bộ Phân cấp số đồng bộ Mạng thông minhCổng đa phương tiện Điều khiển cổng đa phương tiện Cổng tín hiệu

Dịch vụ ứng dụng Giao thức phiên khởi tạo Giao thức điều khiển cổng đaphương tiện

Giao thức báo hiệu số 7 Giao thức dự trữ tài nguyênMạng viễn thông quốc gia

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Nội dung Trang

Hình 1.1 Minh họa hoạt động của PSTN cùng với báo hiệu số 7 6

Hình 2.1 Cấu trúc lớp mạng của NGN 10

Hình 2.2 Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong mạng NGN 12

Hình 2.3 Các thành phần chính trong mạng NGN 13

Hình 3.1 Phân loại giao thức báo hiệu trong chuyển mạch mềm 15

Hình 3.2 Các giao thức cơ bản ứng dụng trong mạng Softswitch 16

Hình 3.3 Cấu hình mạng H323 17

Hình 3.4 Cấu tạo của Gateway 18

Hình 3.5 Chức năng của một Gatekeeper 19

Hình 3.6 Các thành phần của hệ thống SIP 21

Hình 3.7 Mô hình chức năng của SIGTRAN 22

Hình 3.8 Ngăn xếp giao thức SIGTRAN 23

Hình 3.9 MG và MGC 24

Hình 3.10 Thiết lập cuộc gọi giữa A và B 25

Hình 3.11 Kiến trúc điều khiển của MEGACO 26

Hình 3.12 Vị trí và chức năng của giao thức MEGACO/H.248 27

Hình 3.13 Giao thức MEGACO trong mô hình OSI 27

Hình 3.14 Mô tả cuộc gọi MEGACO 29

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN-Next Generation Network ) đang là xu hướng

ở nhiều nước trên thế giới do các tính chất tiên tiến của nó như hội tụ các loại tín hiệumạng đồng nhất và băng thông rộng

Tại Việt Nam, lĩnh vực viễn thông đang phát triển mạnh và nhu cầu người dùng vềcác loại hình dịch vụ mới ngày càng cao

NGN là mạng hội tụ cả thoại ,video và dữ liệu trên cùng một cơ sở hạ tầng dựatrên nền tảng IP,làm việc trên cả phương tiện truyền thông vô tuyến và hữu tuyến.NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với cấu trúc mạng đa dịch vụ dựa trên cơ

sở hạ tầng có sẵn ,với sự hợp nhất các hệ thống quản lý và điều khiển Các ứng dụng

cơ bản bao gồm thoại , hội nghị truyền hình và nhắn tin hợp nhất như voice mail,email

và fax mail,cùng nhiều dịch vụ tiềm năng khác Và phần quan trọng nhất trong mạngNGN là chuyển mạch mềm Nó được coi là trái tim của NGN

Do những thực tế và suy nghĩ trên, em đã chọn đề tài “Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN” làm đề tài cho báo cáo thực tập của mình

Trong quá trình làm đề tài ,mặc dù em đã cố gắng nhiều nhưng do trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự phê

bình, hướng dẫn và giúp đỡ của thầy cô và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Đức Thủy đã tận tình hướng

dẫn em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài này

1.1.Đặc điểm của mạng viễn thông hiện tại

Các mạng viễn thông hiện nay có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, 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

 Truyền hình : truyền bằng sóng vô tuyến, CATV, DBS

Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng chomục đích khác Ví dụ : không thể truyền tiếng nói qua mạng chuyển mạch góiX25 vì trễ quá lớn

1.2.Sự hạn chế của mạng viễn thông hiện tại

Hệ thống mạng viễn thông hiện tại có nhiều nhược điểm nhưng quan trọng là:

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

 Thiếu mềm dẻo

 Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như sử dụng tài nguyên.Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác sửdụng

Ví dụ :

- Trong mạng PSTN công nghệ chuyển mạch kênh được sử dụng để có thểtruyền thông tin tử đầu cuối đến đầu cuối Đối với chuyển mạch kênh ta sửdụng kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian TDM Quá trình chuyển mạchthoại trong PSTN chính là sự chuyển mạch các khe thời gian

- Có hai dạng chuyển mạch khe thời gian đó là chuyển mạch thời gian (T) vàchuyển mạch thời gian (S) Mỗi dạng chuyển mạch đều có những ưu vànhược điểm riêng

- Trong thực tế, hai dạng này kết hợp với nhau tạo thành chuyển mạch nhiềutầng Hỗ trợ hoạt động trong mạng cung cấp dịch vụ thoại là báo hiệu R2 vàdịch vụ báo hiệu số 7.

Hiện nay, hầu hết trên mạng PSTN của cả nước đều sử dụng báo hiệu số 7(SS7) SS7 là báo hiệu sử dụng một kênh riêng để truyền thông tin báo hiệucho mọi cuộc gọi, thường là khe thời gian số 16 đối với 24 khe thời gian( chuẩn Châu Âu)

- Thông thường báo hiệu số 7 được tích hợp sẵn trong các tổng đài trên mạng

Do đó, các tổng đài chuyển mạch còn đóng vai trò là các điểm báo hiệu STP(Signalling Transfer Point) trong mạng SS7

Hình 1.1: Minh hoạ hoạt động của PSTN cùng với báo hiệu số 7

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 ratrước Khi có một thuê bao nhấc máy, quá trình báo hiệu sẽ bắt đầu diễn ra trên mộtkênh ấn định trước cho đến khi thuê bao gọi nhấc máy thì quá trình thiết lập cuộc gọi

sẽ kết thúc, kênh đàm thoại sẽ được thiết lập ( thông qua các khe thời gian còn rỗi trừkhe 0 và khe 16) và quá trình đàm thoại bắt đầu khi có một bên gác máy, quá trình báohiệu kết thúc cuộc gọi bắt đầu và kênh thoại cũng như quá trình báo hiệu dành chocuộc gọi này chỉ thực sự giải phóng khi bên còn lại gác máy Trên đây chỉ mô tả khái

quát hoạt động của PSTN đối với một cuộc gọi thông thường Các bước thực hiện mộtcuộc gọi sẽ được xét chi tiết hơn trong những phần sau.

1.3.Các yếu tố thúc đẩy mạng thế hệ sau

Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển theo hàm số mũ của nhu cầu truyền dẫn

dữ liệu và các dịch vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ Các hệthống mạng công cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưulượng thoại, truyền dữ liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên cácmạng chồng lấn, tách rời được triển khai để đáp ứng những yêu cầu của chúng

Do vậy, một sự chuyển đổi sang hệ thống mạng chuyển mạch gói tập trung làkhông thể tránh khỏi khi mà dữ liệu thay thế vị trí của thoại và trở thành nguồn tạo ralợi nhuận chính Cùng với sự bùng nổ Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả năngmạng thế hệ mới sẽ dựa trên giao thức IP Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ quantrọng và do đó, những thay đổi này dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lượng cao quaIP

Những lý do chính dẫn tới sự xuất hiện của mạng thế hệ mới :

 Cải thiện chi phí đầu tư

Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống được cảitiến chậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính Các chuyểnmạch kênh này hiện đang chiếm phần lớn trong cơ sở hạ tầng PSTN Tuy nhiênchúng chưa thật sự tối ưu cho mạng truyền số liệu Kết quả là ngày càng cónhiều dòng lưu lượng số liệu trên mạng PSTN đến mạng Internet và sẽ xuất hiện mộtgiải pháp với định hướng số liệu làm trọng tâm để thiết kế mạng chuyển mạch tươnglai, nền tảng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu

Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhà khai thác lựa chọn nhàcung cấp có hiệu quả nhất cho từng lớp mạng của họ Truyền tải dựa trên gói chophép phân bổ băng tần linh hoạt, loại bỏ nhu cầu nhóm trung kế kích thước cố địnhcho thoại, nhờ đó giúp các nhà khai thác quản lý mạng dễ dàng hơn, nâng cấp mộtcách hiệu quả phần mềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệthống

 Xu thế đổi mới viễn thông

Khác với khía cạnh kỹ thuật, quá trình giải thể đang ảnh hưởng mạnh mẽ đếncách thức hoạt động của các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới Xuyênsuốt quá trình được gọi là “mạch vòng nội hạt không trọn gói”, các luật lệ của chính

phủ trên toàn thế giới đã ép buộc các nhà khai thác lớn phải mở cửa để các công tymới tham gia thị trường cạnh tranh Trên quan điểm chuyển mạch, các nhà cung cấpthay thế phải có khả năng giành được khách hàng địa phương nhờ đầu tư trực tiếpvào “những dặm cuối cùng” của đường cáp đồng Điều này dẫn đến việc gia tăngcạnh tranh Các NGN thực sự phù hợp để hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình đượcluật pháp cho phép khai thác.

 Các nguồn doanh thu mới

Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và xuấthiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại Kết quả làphần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh của

họ dưới ánh sáng của các dự báo này

Cùng lúc đó, các nhà khai thác mới sẽ tìm kiếm mô hình kinh doanh mới chophép họ nắm lấy thị phần, mang lại lợi nhuận cao hơn trên thị trường viễn thông.Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với cácdịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video

CHƯƠNG 2:

KIẾN TRÚC MẠNG THẾ HỆ SAU

2.1.Định nghĩa mạng NGN

Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN - Next Generation Network)đang là xu hướng ở nhiều nước trên thế giới do các tính chất tiên tiến của nó nhưhội tụ các loại tín hiệu, mạng đồng nhất và băng thông rộng Tại Việt Nam, lĩnh vựcviễn thông đang phát triển mạnh và nhu cầu người dùng về các loại hình dịch vụ mớingày càng cao, vì vậy việc nghiên cứu để tiến lên NGN cũng là vấn đề cấp bách NGN là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùng một cơ sở hạ tầngdựa trên nền tảng IP, làm việc trên cả phương tiện truyền thông vô tuyến và hữutuyến NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với cấu trúc mạng đa dịch vụ dựatrên cơ sở hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất các hệ thống quản lý và điều khiển Cácứng dụng cơ bản bao gồm thoại, hội nghị truyền hình và nhắn tin hợp nhất như voicemail, email và fax mail, cùng nhiều dịch vụ tiềm năng khác

Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấpthiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược pháttriển NGN Song vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho mạng NGN

Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạngthế hệ mới nhưng là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN

2.2.Đặc điểm mạng NGN

2.2.1.Sử dụng cộng nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch)

Để thay thế các thiết bị chuyển mạch phần cứng (Hardware) cồng kềnh Các mạngcủa từng dịch vụ riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết

bị tổng đài duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ Softswitch được ví như

“trái tim” của NGN

2.2.2.Mạng hội tụ thoại và dữ liệu, cố định và di động:

Các loại tín hiệu được truyền tải theo kỹ thuật chuyển mạch gói, xuhướng sắp tới đang tiến lên sử dụng mạng IP với kỹ thuật QoS như MPLS

2.2.3.Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ:

Mạng truyền dẫn quang với công nghệ WDM (Wavelength DivisionMultiplexing) hay DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

2.3.Cấu trúc mạng NGN

Cấu trúc NGN bao gồm 5 lớp chức năng:

 Lớp truy nhập dịch vụ (service access layer

 Lớp truyền tải dịch vụ (service transport/core layer)

 Lớp điều khiển (control layer)

 Lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service layer)

 Lớp quản lý (management layer)

Hình 2.1: Cấu trúc lớp mạng của NGN

Lớp truy nhập dịch vụ: Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các kết nối

với các thiết bị đầu cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc cáp quang, hoặc thông qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập

vô tuyến cố định …

Lớp truyền tải dịch vụ: Bao gồm các nút chuyển mạch (AMT+IP) và các hệ

thống truyền dẫn (SDH, WDM), thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển Hiện nay đang còn nhiều tranh cãi khi sử dụng ATM hay MPLS cho lớp truyền tải này

Lớp điều khiển: Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển nối cuộc gọi

giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (AMT+IP) của lớp truyền tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập Lớp điều khiển có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng/dịch vụ Các chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển

Lớp ứng dụng/dịch vụ: Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch

vụ như dịch vụ mạng thông minh IN (Intelligent Network), trả tiền trước, dịch vụgiá trị gia tăng Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển… Hệ thống ứng

dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mởAPI Nhờ giao diện mở này mà nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứngdụng và triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên mạng.

Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanhtrong lớp này

Lớp quản lý: Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp trên.Các chức năng quản

lý được chú trọng là: quản lý mạng,quản lý dịch vụ, quản lý kinh doanh

2.4.Các thành phần mạng NGN

Mối tương quan giữa cấu trúc phân lớp chức năng và các thành phần chính của NGN được mô tả trong hình sau :

Hình 2.2: Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong NGN

Theo hình 1.2 ta nhận thấy, các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truy nhập(Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thông (Media Gateway) nằm ởbiên của mạng trục Thiết bị quan trọng nhất của NGN là Softswitch nằm ở tâm củamạng trục (hay còn gọi là mạng lõi) Softswitch điều khiển các chức năng chuyểnmạch và định tuyến qua các giao thức Hình 1.3 liệt kê chi tiết các thành phần NGNcùng với các đặc điểm kết nối của nó đến mạng công cộng (PSTN)

Thiết bị Softswtich có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway) Softswitch điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính:

- Ngang hàng (peer-to-peer): giao thức giữa Softswitch và Softswitch, giao thức sử dụng là BICC hay SIP

- Điều khiển truyền thông: giao tiếp giữa Softswitch và Gateway,giaothức

sử dụng là MGCP hay Megaco/H.248

 Cổng truyền thông

Nhiệm vụ của cổng truyền thông (MG-Media Gateway) là chuyển đổi việctruyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng khác, thôngthường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet), hoặc từ dạng mạchanalog/ISDN sang dạng gói Việc chuyển đổi này được điều khiển bằng Softswitch

MG thực hiện việc mã hoá, giải mã và nén dữ liệu

Ngoài ra, MG còn hỗ trợ các giao tiếp với mạng điện thoại truyền thống(PSTN) và các giao thức khác như CAS (Channel Associated Signalling) và ISDN.Tóm lại, MG cung cấp phương tiện truyền thông để truyền tải thoại, dữ liệu, fax vàhình ảnh giữa mạng truyền thống PSTN và mạng IP

 Cổng truy nhập

Cổng truy nhập (AG - Access Gateway) là một dạng của MG Nó có khả năng giao tiếp với máy PC, thuê bao của mạng PSTN, xDSL và giao tiếp với mạng gói IP qua giao tiếp STM Ở mạng hiện nay, lưu lượng thoại từ thuê bao được kết nối đến tổng đài chuyển mạch PSTN khác bằng giao tiếp V5.2 thông qua cổng truy

nhập Tuy nhiên, trong NGN, cổng truy nhập được điều khiển từ Softswitch qua giao thức MGCP hay Megaco/H.248 Lúc này, lưu lượng thoại từ thuê bao sẽ được đóng gói và kết nối vào mạng trục IP

 Cổng báo hiệu

Cổng báo hiệu (Signalling Gateway - SG) đóng vai trò như cổng giao tiếp giữamạng báo hiệu số 7 (SS7 - Signalling System 7, giao thức được dùng trong PSTN) vàcác điểm được quản lý bởi thiết bị Softswitch trong mạng IP Cổng SG đòi hỏi một đường kết nối vật lý đến mạng SS7 và phải sử dụng các giao thức phù hợp SG tạo

ra một cầu nối giữa mạng SS7 và mạng IP, dưới sự điều khiển của Softswitch SG làmcho Softswitch giống như một điểm nút bình thường trong mạng SS7 Lưu ý rằng SG chỉ điều khiển SS7, còn MG điều khiển các mạch thoại thiết lập bởi cơ chế SS7

 Mạng trục IP

Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp công nghệ ATM hoặc MPLS Vấn

đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành hai xu hướng Các dịch vụ và ứngdụng trên NGN được quản lý và cung cấp bởi các máy chủ dịch vụ (server) Các máychủ này hoạt động trong mạng thông minh (IN - Intelligent Network) và giao tiếpvới mạng PSTN thông qua SS7

CHƯƠNG 3:

CÁC GIAO THỨC MẠNG NGN

Trong mạng công cộng hiện nay có hai hệ thống báo hiệu đang được sử dụng đó