Nghiên cứu và phát triển ứng dụng công nghệ chuyển mạch mềm trong mạng di đông 3g

Do đó nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của công nghệ chuyển mạch mềm trong mạng 3G là nội dung chính của luận văn - Lịch sử nghiên cứu: Hệ thống thông tin di động thử nghiệm đầu t

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM TRONG MẠNG DI ĐÔNG 3G

HÀ NỘI – 2011

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGUYỄN HÙNG CƯỜNG

NGUYỄN HÙNG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM TRONG MẠNG DI ĐÔNG 3G

HÀ NỘI - 2011

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐỨC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ Khoa học này là do tôi nghiên cứu và được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Đức Các kết quả tham khảo từ các nguồn tài liệu cũng như các công trình nghiên cứu khoa học khác được trích dẫn đầy đủ Nếu có gì sai phạm về bản quyền, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường

Mục lục

Nguyễn Hùng Cường

CHƯƠNG I 13

TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN 13

1.1.Mạng viễn thông hiện tại 13

1.1.1.Các đặc điểm của mạng viễn thông 13

1.1.2.Những hạn chế của mạng Viễn thông hiện tại 15

1.2 Mạng Viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network) 15

1.2.1.Định nghĩa 15

1.2.2.Đặc điểm của mạng NGN 16

1.2.3.Những vấn đề cần quan tâm khi phát triển NGN 18

1.3 Xu hướng ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm 20

1.3.1 Sự phát triển của nhu cầu dịch vụ dữ liệu 20

1.3.2 Những hạn chế của công nghệ tổng đài điện tử chuyển mạch kênh 20

1.3.3 Môi trường cạnh tranh trong lĩnh vực viễn thông 24

1.3.4 Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm 26

CHƯƠNG II 29

CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM 29

2.1 Giới thiệu chung 29

2.2.Công nghệ chuyển mạch mềm 31

2.2.1 Định nghĩa Softswitch 31

2.2.2 Vị trí của chuyển mạch mềm trong NGN 33

2.2.3 Các thành phần chính của Softswitch 34

2.2.4 Media Gateway Controller 39

2.2.5 Hoạt động của chuyển mạch mềm 41

2.2.6 Ưu điểm của Softswitch 43

2.3 So sánh Chuyển mạch mềm và Chuyển mạch kênh 44

2.3.1 Đặc tính chuyển mạch 44

2.3.2 Cấu trúc chuyển mạch 48

2.3.3 Quá trình chuyển mạch 51

CHƯƠNG III 53

KIẾN TRÚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA SOFTSWITCH 53

3.1 Mô hình kiến trúc mạng và các chức năng của Softswitch 53

3.2 Các giao thức điều khiển và báo hiệu 58

3.2.1 Giao thức H.323 59

3.2.2 Giao thức thức khởi tạo phiên SIP (Session Initiation Protocol) 74

3.2.3 So sánh giữa H.323 và SIP 77

3.2.4 Giao tiếp dịch vụ qua H323 và SIP 80

3.2.5 Giao thức MGCP 81

3.2.6 MEGACO 83

3.3 Giao tiếp báo hiệu giữa chuyển mạch mềm với mạng SS7 84

3.3.1 Báo hiệu SS7 trong mạng PSTN 84

3.3.2 Liên kết báo hiệu giữa mạng SS7 và chuyển mạch mềm 87

CHƯƠNG IV 93

ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ 93

CHUYỂN MẠCH MỀM TẠI VIỆT NAM 93

4.1.1.Nhận định, đánh giá sự phát triển của thị trường di động-Xu hướng phát triển về công nghệ mạng lõi dịch vụ di động trên thế giới 93

4.1.2 Dự kiến về vấn đề phát triển mạng 3G 94

4.2 Đề xuất kiến trúc mạng 3G tai Việt Nam 95

4.2.1.Kiến trúc mạng phân lớp 95

Ưu điểm và nhược điểm của kiến trúc mạng không phân lớp: 96

Ưu điểm và nhược điểm của kiến trúc mạng phân lớp: 97

4.2.2 Yêu cầu đối với việc chuyển đổi kiến trúc mạng 3G và đề xuất các bước tiến đến mạng phân lớp 99

• Những yêu cầu đối với thiết bị MGW: 100

• Những yêu cầu đối với Thiết bị MSC Server/ VLR 102

KẾT LUẬN 108

Mục lục các hình minh họa

Hình 1.1 Mô hình mạng thế hệ sau 18

Hình 1.2 - Cấu trúc mạng và báo hiệu của mạng PSTN 23

Hình 2.1 – Cấu trúc mạng thế hệ sau 30

Hình 2.2 – Softswitch trong mạng viễn thông thế hệ sau 32

Hình 2.3 - Vị trí của Softswitch trong kiến trúc phân lớp của NGN 34

Hình 2.4 - Kết nối MGC với các thành phần khác trong mạng NGN 35

Hình 2.5 - Các thành phần chức năng của MGC 39

Hình 2.6 - Các giao thức sử dụng giữa các thành phần 41

Hình 2.7 - Kiến trúc PSTN và NGN 44

Hình 2.8 - Cấu trúc chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm 49

Hình 2.9 - Quá trình thực hiện cuộc gọi khi sử dụng chuyển mạch kênh 52

Hình 2.10 - Quá trình thực hiện cuộc gọi khi sử dụng chuyển mạch mềm 52

Hình 3.1 – Hoạt động của một hệ thống chuyển mạch mềm 53

Hình 3.2 – Mô hình kiến trúc mạng NGN 56

Hình 3.3 – Quan hệ giữa các giao thức trong mạng 59

Hình 3.4 - Mô hình mạng H.323 đơn giản 61

Hình 3.5 - Mạng H.323 61

Hình 3.6 - Các giao thức thuộc H.323 61

Hình 3.7 - Chồng giao thức tại đầu cuối H.323 62

Hình 3.8 - Cấu tạo của gateway 63

Hình 3.9 - Chồng giao thức của một Gateway 63

Hình 3.10 - Chức năng của một Gatekeeper 64

Hình 3.11 - Cấu tạo của Multipoint Control Unit 66

Hình 3.12 – Báo hiệu trực tiếp-Cùng gatekeeper 73

Hình 3.13 – Các thành phần trong báo hiệu SIP 75

Hình 3.14 – Thiết lập và chấm dứt cuộc gọi trong SIP 77

Hình 3.15 - Vị trí của các giao thức 82

Hình 3.16 – Cấu trúc mạng SS7 84

Hình 3.17 - Cấu trúc các giao thức của báo hiệu SS7 85

Hình 3.18 – MG và SG kết nối với PSTN 87

Hình 3.19 – Mô hình chức năng của SIGTRAN 89

Hình 4.1 Dự kiến phát triển mạng Việt Nam 95

Hình 4.2 Cấu trúc mạng phân lớp 96

HÌnh 4.3 :Đề xuất cấu trúc mạng 3G 98

Mục lục các bảng biểu Bảng 2.1 - Sự khác nhau giữa chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh 51

Bảng 3.1 So sánh giữa H.323 và SIP 79

Danh mục các từ viết tắt

CHAP PPP Challenge Handshake Authentication Protocol

DFI Digital Facilities Interface

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

E1 Digital Data Circuit Operation at 2,048 Mbps

E3 Digital Data Circuit Operation at 34,368 Mbps

ECPC Executive Cellular Processor Complex

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

ESCAM Extended Supplemental Channel Assignment Message

FDMA Frequency Division Multiple Access

GPS Global System for Mobile communication

GSM Global System for Mobile communication

HDLC High Level Data Link Cotrol Protocol

IMEI International Mobile Equipment Identity

IMSI International Mobile Subscriber Identity

ISDN Intergrated Services Digital Network

ISO International Standardization Organization

ITU International Telecommunications Union

ITU-T International Telecommunication Union-Telecom sector

MAP Mobile Application Part

OMC Operation and Maintenance Center

PDSN Packet Data Service Node

PPLCs Packet Pice Loading Coefficient

RPC

RPC

Reverse Power Control Radio Power Control

thông thế hệ thứ ba là giai doạn mới nhất trong sự tiến hóa của ngành viễn thông di

động Nếu 1G ( the first generation) của điện thoại di động là những thiết bị alonog, chỉ

có khả năng truyền thoại 2G ( the second generation) của điện thoại di động gồm cả hai chức năng truyền thoại và dữ liệu giới hàn dựa trên kỹ thuật số Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di đông thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT-2000 IMT-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và cho phép sử dụng nhiều phương tiện thông tin Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của hệ thống thông tin di

động thế hệ 2G và những năm 2000 3G mang lại cho người dùng các dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, giúp chúng ta thực hiện truyền thông tin thoại và dữ liệu như email và tin nhắn dạng văn bản download âm thanh và hình ảnh với băng tần cao Các ứng dụng gồm hội nghị video di động, chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại sử dụng máy ảnh, gửi và nhận email và file đính kèm dung lượng lớn, tải tệp tin MP3 và video, thay cho moderm kết nối đến máy tỉnh xách tay hay PDA và nhắn tin dạng chữ với chất

lượng cao Trong đó thiết bị trung tâm của mạng 3G là chuyển mạch mền hay còn gọi

là Softswtich

Trong quá trình làm luận văn em được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS

Nguyễn Văn Đức Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đức đã định hướng và đóng góp rất nhiều trong quá trình làm luận văn của em Tuy nhiên trong quá trình làm luận văn không tránh khỏi thiếu sót, em mong các thầy có ý kiến đóng góp để hoàn

thiện nội dung của luận văn của em, em xin chân thành cảm ơn

Học viên: Nguyễn Hùng Cường

- Lý do trọn đề tài:

Mạng thông tin di động 3G mang lại cho người dùng các dịch vụ giá trị gia tăng

cao cấp, giúp chúng ta thực hiện truyền thông tin thoại và dữ liệu như email và tin nhắn dạng văn bản download âm thanh và hình ảnh với băng tần cao Các ứng dụng gồm hội nghị video di động, chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại sử dụng máy ảnh, gửi

và nhận email và file đính kèm dung lượng lớn, tải tệp tin MP3 và video, thay cho

moderm kết nối đến máy tỉnh xách tay hay PDA và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao Trong đó thiết bị trung tâm của mạng 3G là chuyển mạch mền hay còn gọi là

Softswtich Do đó nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của công nghệ chuyển mạch mềm trong mạng 3G là nội dung chính của luận văn

- Lịch sử nghiên cứu:

Hệ thống thông tin di động thử nghiệm đầu tiên được sử dụng vào những năm

1930-1940 trong các cơ sở cảnh sát Hoa kỳ nhưng các hệ thống điện thoại thương mại thực sự chỉ ra đời vào khoảng những năm 1970 đầu những năm 1980 Các hệ thống

điện thoại kể trên là các hệ thống 1G

Khi số lượng thuê bao trong mạng di đông tăng lên, người ta thấy cần phải có biện

pháp nâng cao chất lượng mạng, chất lượng của các cuộc đàm thoại cững như cấp thêm một số dịch vụ bổ sung cho mạng Để giải quyết vấn đề này người ta nghĩ đến việc số hóa các hệ thống điện thoại di động, và điều này dẫn tới sự ra đời của các hệ thống

điện thoại thế hệ thứ 2 Ở châu âu, vào nhưng năm 1982 tổ chức các nhà cung cấp dịch

vụ viễn thông châu âu CEFT- Conference de postes et Telecommunication) đã thống nhất thành lập một nhóm nghiên cứu đặc biệt gọi là Group Special Mobile có nhiệm vụ xây dựng bộ các chỉ tiêu kỹ thuật cho mạng điện thoại di động toàn châu âu hoạt động

ở dải tần số 900 Mhz Nhóm nghiên cứu đã xem xét nhiều giải pháp khác nhau và cuối cùng đi đến thống nhất sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã băng hẹp (

Narrow Band TDMA) Năm 1988 phiên bản dự thào đầu tiên của GSM đã được hoàn thành và hệ thống GSM đầu tiên được triển khai vào những năm 1991 Kể từ khi ra

đời, các hệ thống thông tin di động GSM đã phát triển với tốc độ hết sức nhanh chóng,

có mặt ở hơn 140 quốc gia và có số thuê bao lên tới gần 1 tỷ Lúc này thuật ngữ GSM

có một ý nghĩa mói đó là hệ thống thông tin di động toàn cầu( Global System Mobile) Cũng như trong thời gian kể trên, ở Mỹ các hệ thống điện thoại tương tự thế thứ nhất AMPS được phát triển thành các hệ thống điện thoại thế hệ 2 tuân thủ các tiêu chuẩn của hiệp hội viễn thông Mỹ IS-136 Khi công nghệ CDMA ra đời, các nhà cung cấp

dịch vụ điện thoại di động ở Mỹ cung cấp dịch vụ mode song song, cho phép thuê bao

có thể truy cập vào cả hai mạng IS-136 và IS-95

Do nhận thức rõ về tầm quan trọng của các hệ thống thông tin di động mà ở Châu âu, ngay khi quá trình tiêu chuẩn hóa GSM chưa kết thúc người ta đã tiến hành dự án

nghiên cứu RACE 1043 với mục đích chính là xác định các dịch vụ và công nghệ cho

hệ thống thông tin di động thế hệ 3 cho năm 2000 Hệ thống 3G của châu âu gọi là

UMTS Những người thực hiện dự án mong muốn rằng hệ thống UMTS trong tương lai sẽ được phát triển từ các hệ thống GSM hiện tại Ngoài ra người ta còn có một

mong muốn rất lớn là hệ thống UMTS sẽ có khả năng kết hợp nhiều mạng khác nhau như PMR, MSS, WLAN…thành một mạng thống nhất có khả năng hỗ trợ các dịch vụ

số liệu tốc độ cao và quan trọng hơn đây sẽ là một mạng hướng dịch vụ

- Mục đích nghiên cứu của luận văn:

Trình bày được cấu trúc, chức năng các thành phần chính trong mạng 3G đặc biệt là

phần điều khiển chuyển mạch bằng phần mềm Softswtich Đối tượng nghiên cứu là

các phần tử mạng trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 Phạm vi nghiên cứu: trong hệ thống thông tin di động thế hệ 3 đang được triển khai rộng rãi tại Việt Nam

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN

1.1.Mạng viễn thông hiện tại

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 bị 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 được nối vào tổng đài quá giang Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng 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 dùng môi trường 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, 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

1.1.1.Các đặc điểm của mạng viễn thông

Các mạng viễn thông hiện tại 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

Xét về góc độ dịch vụ thì gồm các mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu

Xét về góc độ kỹ thuật bao gồm các mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ

PSTN (Public Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại

công cộng PSTN phục vụ thoại và bao gồm hai loại tổng đài: tổng đài nội hạt (cấp 5),

và tổng đài tandem (tổng đài quá giang nội hạt, cấp 4) Tổng đài tandem được nối vào các tổng đài Toll để giảm mức phân cấp Phương pháp nâng cấp các tandem là bổ sung cho mỗi nút một ATM core Các ATM core sẽ cung cấp dịch vụ băng rộng cho thuê bao, đồng thời hợp nhất các mạng số liệu hiện nay vào 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 độc quyền

ISDN (Integrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp dịch vụ

ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng và xây dựng giao tiếp người sử dụng - mạng đa dịch vụ bằng một số giới hạn các kết nối ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm các kết nối chuyển mạch và không chuyển mạch Các kết nối chuyển mạch của ISDN bao gồm nhiều chuyển mạch thực, chuyển mạch gói và sự kết hợp của chúng Các dịch vụ mới phải tương hợp với các kết nối chuyển mạch số 64 kbit/s ISDN phải chứa sự thông minh để cung cấp cho các dịch

vụ, bảo dưỡng và các chức năng quản lý mạng, tuy nhiên tính thông minh này có thể không đủ để cho một vài dịch vụ mới và cần được tăng cường từ mạng hoặc từ sự thông minh thích ứng trong các thiết bị đầu cuối của người sử dụng Sử dụng kiến trúc phân lớp làm đặc trưng của truy xuất ISDN Truy xuất của người sử dụng đến nguồn ISDN có thể khác nhau tùy thuộc vào dịch vụ yêu cầu và tình trạng ISDN của từng quốc gia

PSDN (Public Switching Data Network) là mạng chuyển mạch số liệu công

cộng PSDN 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 phát triển với tốc độ rất nhanh do sự bùng nổ của dịch vụ Internet và các mạng riêng ảo (Virtual Private Network)

Mạng di động GSM (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 thời gian và công nghệ ghép kênh phân tần số Các thành phần cơ bản của mạng này là: BSC (Base Station Controller), BTS (Base Transfer Station), HLR (Home Location Register), VLR ( Visitor Location Register) và MS ( Mobile Subscriber)

1.1.2.Những hạn chế của mạng Viễn thông hiện tại

Như ở trên có rất nhiều loại mạng khác nhau, 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:

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

o Thiếu mềm dẻo: Sự ra đời của các công nghệ mới ảnh hưởng mạnh mẽ tới tốc

độ truyền tín hiệu Ngoài ra, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau Ta dễ dàng nhận thấy mạng hiện tại sẽ rất khó thích nghi với những đòi hỏi này

o 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 cùng sử dụng

Đứng trước tình hình phát triển của mạng viễn thông hiện nay, các nhà khai thác viễn thông nhận thấy rằng "sự hội tụ giữa mạng PSTN và mạng PSDN" là chắc chắn xảy ra Họ cần 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 chi phí bảo dưỡng và vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay

Do đó định nghĩa mạng NGN 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 NGN Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thông tin thế hệ mới (NGN) 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 thông tin 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 vốn có của PSTN đồng thời cũng có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN

Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động 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 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

3 Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất

4 Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

Trước hết, do áp dụng cơ cấu mở mà :

-Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng, và phát triển một cách độc lập

-Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng

-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 tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện nối thông giữa các mạng có cấu hình khác nhau

Tiếp đến, mạng NGN là mạng dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm của:

-Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi

-Chia tách cuộc gọi với truyền tải

Mục tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng, thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trí

và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ

và loại hình đầu cuối Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao

Thứ ba, NGN là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin Nhưng mấy năm gần đây, 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 hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi

là "dung hợp ba mạng" Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia (NII)

Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được

sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn ở thế bất lợi so với các chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này

Hình 1.1 Mô hình mạng thế hệ sau

1.2.3.Những vấn đề cần quan tâm khi phát triển NGN

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 thống này, nên đầu tư vốn cho thiết bị chuyển mạch kênh và xây dựng một mạng NGN xếp chồng, hay thậm chí nên thay thế các tổng đài truyền thống bằng những chuyển mạch công nghệ mới sau này Họ cũng phải xem xét ảnh hưởng của sự gia tăng lưu lượng Internet quay số trực tiếp với thời gian giữ máy ngắn hơn nhiều Để duy trì cạnh tranh các nhà khai thác này cần tìm ra phương pháp cung cấp các dịch vụ mới cho các khách hàng của họ trong thời kỳ quá độ trước khi các mạng của họ tiến triển sang NGN một cách đầy đủ

Vấn đề lớn nhất cần cân nhắc khi sắp tới cần hỗ trợ dịch vụ thoại qua IP và hàng loạt các dịch vụ giá trị gia tăng khác là cơ chế "best effort" phân phối các gói tin không còn đủ đáp ứng nữa Một thách thức căn bản ở nay là mở rộng mạng IP theo nhiều hướng, khả năng cung cấp đa dịch vụ trong khi vẫn giữ được ưu thế của mạng IP Để

đảm bảo QoS cần thiết, các nhà khai thác sẽ phải có khả năng cam kết cung cấp các thỏa thuận về mức dịch vụ (SLA), các yêu cầu về băng tần và các tham số chất lượng

Một khía cạnh khác bảo đảm chất lượng là quy mô mạng phải đủ lớn để cung cấp cho khách hàng nhằm chống lại hiện tượng nghẽn cổ chai trong lưu lượng của mạng lõi Một trong những đặc trưng của NGN chính là khả năng tăng số lượng của các giao diện mở, nhưng điều đó cũng hàm chứa các nguy cơ đe dọa an ninh của mạng

Do đó, đảm bảo an toàn thông tin trở thành vấn đề sống còn của các nhà khai thác nhằm bảo vệ mạng chống lại sự tấn công từ phía các tin tặc Các công cụ an ninh và mật mã hóa phải luôn luôn sẵn sàng

Trong vòng hai thập kỷ vừa qua, công nghệ quang đã chứng minh được là một phương tiện truyền tải thông tin hiệu quả trên khoảng cách lớn, và hiện nay nó là công nghệ chủ đạo trong truyền dẫn trên mạng lõi Với các cải tiến hiện nay, như công nghệ ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng DWDM, nâng cao đáng kể hiệu quả kinh

tế về truyền tải trên mạng cáp quang Ngày nay, IP theo dự kiến sẽ trở thành giao diện hoàn thiện thực sự cho các mạng lõi NGN Vấn đề quan trọng ở đây là mạng cáp quang phải tối ưu cho điều khiển lưu lượng IP Một giải pháp có tính thuyết phục hiện nay là hội tụ các lớp dữ liệu và các lớp quang trong mạng lõi Việc hội tụ này mang lại một số lợi thế như cung cấp các dịch vụ tốc độ cao, bảo vệ dòng thông tin liên tục cho mạng quang với chuyển mạch nhãn đa giao thức chung MPLS

Một vấn đề không kém phần quan trọng là vấn đề về các giải pháp quản lý thích hợp cho mạng NGN Trong khi mong muốn xây dựng một mạng quản 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 nay là điểm rất cần lưu ý Mặc dù còn phải mất nhiều thời gian

và công sức trước khi hệ thống quản lý mạng được triển khai, nhưng mục tiêu này vẫn

có giá trị thuyết phục và sẽ mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí khai thác, dịch vụ

đa dạng

Tất cả những yếu tố trên nay dường như làm cho NGN mang đậm sự phức tạp Tuy nhiên nên nhìn mạng NGN trong mạng thông tin toàn cầu ngày nay, trong đó các mạng chuyển mạch kênh truyền thống và chuyển mạch gói song song tồn tại, các mạng

di động và cố định không đơn giản trong việc cùng khai thác, và thậm chí các thành phần mạng khác nhau trên mạng cũng yêu cầu phần quản lý riêng biệt Trên quan điểm

đó, NGN hướng về một cái gì đó hết sức phức tạp, nhưng sẽ cho phép tiết kiệm chi phí khai thác một cách thích đáng

1.3 Xu hướng ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm

1.3.1 Sự phát triển của nhu cầu dịch vụ dữ liệu

Sự phát triển của nhu cầu dịch vụ dữ liệu được phản ánh trong sự tăng trưởng trong băng thông và lưu lượng dữ liệu Lưu lượng dữ liệu bao gồm dữ liệu thuần tuý (data) và các loại lưu lượng dạng khác như thông điệp, âm thanh, hình ảnh được truyền bằng các công nghệ dữ liệu (chuyển mạch gói) đang phát triển rất nhanh Lưu lượng dữ liệu tăng trưởng cùng với sự phát triển của Internet và các loại dịch vụ trên đó Đồng thời là quá trình toàn cầu hoá diễn ra nhanh chóng làm cho môi trường kinh doanh, cùng với đó là môi trường tính toán mạng trải rộng ra tất cả các châu lục Hiện nay các mạng số liệu và mạng thoại đang song song tồn tại với lưu lượng gần tương đương nhau Tuy nhiên mức độ phát triển về lưu lượng của mạng số liệu gấp 10 đến 15 lần so với mạng thoại Nguyên nhân không chỉ là do sự bùng nổ các loại hình dịch vụ trên Internet mà còn các loại lưu lượng trên mạng chuyển mạch kênh như thoại và fax đang được truyền ngày càng nhiều trên các mạng dữ liệu Mạng chuyển mạch gói toàn cầu dựa trên công nghệ TCP/IP vươn tới các thiết bị đầu cuối không chỉ là điện thoại, thiết

bị di động, máy tính cá nhân, các máy trò chơi, thiết bị đo, các máy móc tự động và hàng loạt các thiết bị khác như máy ảnh, máy quay phim, các thiết bị gia dụng tạo ra động lực tăng trưởng to lớn trong nhiều năm tới của lưu lượng dữ liệu gói Mặc dù trong một hai năm qua, lĩnh vực công nghệ thông tin đã chịu những suy giảm do sự phát triển quá mức trước đó

1.3.2 Những hạn chế của công nghệ tổng đài điện tử chuyển mạch kênh

Hiện nay cơ sở hạ tầng chuyển mạch viễn thông công cộng bao gồm rất nhiều mạng, công nghệ và các hệ thống khác nhau, trong đó hệ thống chuyển mạch kênh sử dụng

công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM-Time Division Multiplex) đã phát

triển khá toàn diện về dung lượng, chất lượng và quy mô mạng lưới Mạng PSTN ngày nay nói chung đáp ứng được rất tốt nhu cầu dịch vụ thoại của khách hàng Tuy nhiên trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ thoại còn có nhiều vấn đề chưa được giải quyết một các thực sự thoả đáng, chưa nói đến những dịch vụ mới khác

Trong mạng chuyển mạch kênh ngày nay, chỉ có các khách hàng cỡ vừa và lớn được hưởng lợi từ sự cạnh tranh trong thị trường dịch vụ viễn thông, họ có thể thuê một số luồng E1 để đáp ứng nhu cầu của mình Các khách hàng doanh nghiệp nhỏ, cỡ

16 line trở xuống được hưởng rất ít ưu đãi Trong khi đó thị trường các khách hàng nhỏ mang lại lợi nhuận khá lớn cho các nhà khai thác dịch vụ Các nhà khai thác vẫn thu được rất nhiều từ các cuộc gọi nội hạt thời gian ngắn, từ các cuộc gọi đường dài, và từ các dịch vụ tuỳ chọn khác như Voicemail Hiện nay, tất cả các dịch vụ thoại nội hạt đều được cung cấp thông qua các tổng đài nội hạt theo công nghệ chuyển mạch kênh, đơn giản bởi vì chẳng có giải pháp nào khác Chính điều này là cản trở đối với sự phát triển của dịch vụ, bởi những nguyên nhân chính sau đây:

1.3.2.1 Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt

Thị trường thiết bị chuyển mạch nội hạt do một số nhà sản xuất lớn kiểm soát và

họ thu lợi nhuận lớn từ thị trường này Các tổng đài nội hạt của các nhà sản xuất này được thiết kế để phục vụ hàng chục ngàn, thậm chí hàng trăm ngàn thuê bao Trong khi khả năng mở rộng của các chuyển mạch này không có gì phải nghi ngờ, nhưng chúng lại hoàn toàn không thích hợp để triển khai phục vụ cho vài ngàn người, bởi vì giá thành thiết bị cao Mức thấp nhất của một tổng đài nội hạt thường ở khoảng vài triệu USD, một con số có thể làm nản lòng các nhà cung cấp dịch vụ, buộc họ chỉ dám tham gia vào các thị trường lớn nhất

Nếu có những giải pháp cho tổng đài nội hạt chỉ đòi hỏi chi phí thấp hơn nhiều so với tổng đài chuyển mạch kênh thì tính cạnh tranh trong thị trường này sẽ được kích thích, người được hưởng lợi tất nhiên sẽ là khách hàng với nhiều sự lựa chọn hơn và giá cước thấp hơn

1.3.2.2 Không có sự phân biệt dịch vụ

Các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt cung cấp cùng một tập tính năng cho các dịch vụ tuỳ chọn, như đợi cuộc gọi đến, chuyển cuộc gọi, xác định số chủ gọi, hạn chế cuộc gọi… Hầu hết các dịch vụ này đều đã tồn tại từ nhiều năm qua, các dịch vụ hoàn toàn mới tương đối hiếm Thứ nhất bởi vì sẽ rất tốn kém khi phát triển và thử nghiệm các dịch vụ mới, thứ hai cũng bởi vì tập các dịch vụ hiện có đã bao hàm hầu hết các khả năng mà một khách hàng có thể thực hiện trên các nút bấm điện thoại của mình

1.3.2.3 Những giới hạn trong phát triển mạng

Các tổng đài chuyển mạch nội hạt đều sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh Trong

hệ thống chuyển mạch, thông tin thoại tồn tại dưới dạng các luồng số 64Kbps, tại các cổng vào và ra của chuyển mạch, các luồng số 64Kbps này được ghép/tách kênh phân chia theo thời gian vào các luồng số tốc độ cao Quá trình định tuyến và điều khiển cuộc gọi được gắn liền với cơ cấu chuyển mạch

Những lợi ích về mặt kinh tế của thoại gói đang thúc đẩy sự phát triển của cả mạng truy nhập và mạng đường trục từ chuyển mạch kênh sang gói Và bởi vì thoại gói đang dần được chấp nhận rộng rãi trong cả mạng truy nhập và mạng đường trục, các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt truyền thống đóng vai trò cầu nối của cả hai mạng gói này Việc chuyển đổi gói sang kênh phải được thực hiện tại cả hai đầu vào ra của chuyển mạch kênh, làm phát sinh những chi phí phụ không mong muốn và tăng thêm trễ truyền dẫn cho thông tin, đặc biệt ảnh hưởng tới những thông tin nhạy cảm với trễ đường truyền như tín hiệu thoại

Nếu tồn tại một giải pháp mà trong đó các tổng đài nội hạt có thể cung cấp dịch vụ thoại và các dịch vụ tuỳ chọn khác ngay trên thiết bị chuyển mạch gói, thì sẽ không phải thực hiện các chuyển đổi không cần thiết nữa Điều này mang lại lợi ích kép là làm giảm chi phí và tăng chất lượng dịch vụ (giảm trễ đường truyền), và đó cũng là một bước quan trọng tiến gần tới cái đích cuối cùng, mạng NGN

Hình 1.2 - Cấu trúc mạng và báo hiệu của mạng PSTN

Mô hình tổ chức của mạng viễn thông thường thấy hiện nay là: một mạng tổng đài TDM cấp thấp nhất (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động…) được nối với nhau bằng một mạng lưới trung kế điểm-điểm khá phức tạp và nối tới tổng đài chuyển tiếp cấp cao hơn (lớp 3, 4) Khi một cuộc gọi diễn ra giữa hai tổng đài cấp thấp, thông tin sẽ đi trên trung kế nối trực tiếp giữa hai tổng đài, nếu đường nối trực tiếp đã sử dụng hết, cuộc gọi có thể được định tuyến thông qua tổng đài chuyển tiếp Một số cuộc gọi (ví dụ như truy nhập hộp thư thoại hay quay số bằng giọng nói ) lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng các tài nguyên tập trung phục vụ cho các dịch vụ cao cấp Kiến trúc này đã được sử dụng nhiều năm nay, và cũng đã được cải tiến rất nhiều nhằm phục vụ các ứng dụng thoại, tuy nhiên vẫn có một số giới hạn:

o Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao, mất thời gian; việc định lại cấu hình và nâng cấp mạng lưới phải tiến hành liên tục nhằm để tránh bị nghẽn mạng, hơn nữa luôn phải thiết lập mạng lớn hơn nhu cầu thực tế cho các tổng đài chuyển tiếp Ví dụ, khi một tổng đài nội hạt được thêm vào mạng lưới, phải xây dựng các nhóm trung kế từ tổng đài đó tới tổng đài chuyển tiếp và tới một số tổng đài nội hạt khác

o Các trung kế điểm-điểm hoạt động với hiệu suất không cao vì chúng được thiết

kế để hoạt động được trong những giờ cao điểm, và những giờ cao điểm này lại khác nhau trong các vùng của mạng (ví dụ ở thành phố là ban ngày còn ở ngoại

ô lại là buổi đêm)

o Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó lại nối với một nhóm các tổng đài nội hạt, cuộc gọi có thể phải chuyển qua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyên mạng (như trong trường hợp dịch vụ hộp thư thoại)

Trong mạng NGN các tổng đài TDM sẽ được thay thế bằng các tổng đài chuyển mạch mềm Kết nối các softswitch là mạng chuyển mạch gói đa dịch vụ IP/ATM/MPLS Phần tiếp cận thuê bao của mạng NGN là các BAN (Broadband Access Node) và IAD (Integrated Access Device) hỗ trợ các loại đầu cuối như máy tính, máy điện thoại IP, máy điện thoại thông thường… Mạng NGN giao tiếp với các mạng khác như mạng PSTN và mạng di động qua các Media Gateway

1.3.2.4 Khó khăn trong triển khai dịch vụ

Các dòng tổng đài phục vụ mạng công cộng đều do một số hãng lớn phát triển một cách độc lập, xây dựng từ nền tảng phần cứng tới các mô đun phần mềm Mặc dù các hãng đều cam kết tuân theo các chuẩn của ITU nhưng trên thực tế khả năng để một hãng thứ ba kết thừa phát triển các thành quả của nhà cung cấp thiết bị là không có Do

đó, việc phát triển các dịch vụ mới cho nhà khai thác hoàn toàn phụ thuộc vào hãng cung cấp thiết bị Quá trình triển khai, cài đặt, thử nghiệm và đưa vào hoạt động các dịch vụ mới thường tốn nhiều thời gian, chi phí của cả hai bên

1.3.3 Môi trường cạnh tranh trong lĩnh vực viễn thông

Trước đây việc cung cấp các dịch vụ viễn thông công cộng đều do các công ty độc quyền nắm giữ, các công ty này đều nằm dưới sự kiểm soát của chính phủ Nhận thức được tầm quan trọng của lĩnh vực viễn thông đối với nền toàn bộ kinh tế và cả xã hội, các quốc gia đều bằng những cách thức khác nhau dần tạo ra một thị trường viễn thông cạnh tranh Lợi nhuận cao đã dẫn đến việc ra đời hàng loạt các nhà khai thác

viễn thông mới Riêng đối với các nước đang phát triển, quá trình mở của hội nhập tạo

ra cạnh tranh không chỉ từ bên trong mà còn từ bên ngoài Bước sang thế kỉ 21, quá trình cạnh tranh sẽ diễn ra càng quyết liệt

Các nhà khai thác mới ra đời có lợi thế là đi thẳng vào công nghệ mới nhất Ngược lại, đối với những nhà khai thác mạng truyền thống, họ cần phải cân nhắc kỹ lưỡng trong việc đầu tư nâng cấp hệ thống cơ sở hạ tầng trên nền công nghệ TDM để đáp ứng các nhu cầu trong tương lai hay thay thế hoàn toàn các thiết bị của công nghệ

cũ với các cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới trên nền công nghệ của tương lai Họ cần phải xem xét đến việc lưu lượng trên mạng Internet sẽ bùng nổ nay mai trong khi vẫn còn

có các “cổ chai” trên phần mạng PSTN truyền thống Để duy trì được tính cạnh tranh của mình, tất cả các nhà khai thác sẽ phải đưa ra các dịch vụ mới kể cả trong quá trình quá độ lên mạng thế hệ tiếp sau NGN

Khoảng 10 năm trước đây các công ty viễn thông khá giống nhau, ngày nay do sự cạnh tranh khốc liệt, các nhà cung cấp dịch vụ phải tạo ra hướng đi cho riêng mình, vì thế sẽ tạo ra sự khác biệt Một số sẽ tập trung vào dịch vụ truyền số liệu trong khi một

số khác tập trung vào dịch vụ thoaị Một số tập trung vào khách hàng trong khi một số khác lại tập trung vào việc kinh doanh mua bán lưu lượng

Sự tăng nhanh của lưu lượng IP buộc các nhà cung cấp dịch vụ phải xem xét lại chiến lược của họ và kết quả là nhiều trong số họ đã đưa ra những kết luận khá giống nhau IP sẽ trở thành yếu tố cốt lõi ở tất cả các mạng Bất kì ứng dụng nào cũng có thể hoạt động trên cơ sở hạ tầng này Với các lợi thế của IP, giá của các ứng dụng tại đầu cuối sẽ giảm xuống Vì rằng nhiều cấu trúc mạng thế hệ sau có thể được triển khai, nên cước phí dịch vụ giảm xuống là điều không tránh khỏi

Điều này đặc biệt đúng với dịch vụ điện thoại Lợi nhuận trực tiếp từ dịch vụ này của các nhà cung cấp dịch vụ hiện thời sẽ không tăng mà thậm chí còn giảm đi trong vài năm tới Thậm chí các nhà cung cấp dịch vụ mạng không dây cũng không tránh khỏi sự ảnh hưởng: mạng không dây chỉ không dây ở phần truy nhập và sự cạnh tranh (trực tiếp từ các nhà cung cấp dịch vụ không dây khác và gián tiếp từ các nhà cung cấp dịch vụ mạng cố định) sẽ đẩy mức giá xuống thấp Đối với họ, việc duy trì hoặc gia

tăng doanh thu trung bình/1 người dùng trở thành động lực chính cho sự đổi mới chiến lược Điều đó chỉ được thực hiện bằng cách đưa ra các dịch vụ giá trị gia tăng

Tình trạng cũng tương tự cho các mạng truyền hình cáp, phương pháp gia tăng doanh thu trên đầu người nhờ đổi mới công nghệ và dịch vụ sẽ là nền tảng cho chiến lược phát triển mạng

Có một cách để các nhà cung cấp dịch vụ có thể giải quyết khó khăn này là mở rộng về mặt địa lí - xây dựng các mạng truy nhập ở cả thị trường hiện tại và ở cả thị trường mới Sự mong muốn vươn ra các thị trường mới sẽ làm gia tăng hơn nữa mức

độ cạnh tranh Vì thế, việc triển khai cơ sở hạ tầng để hỗ trợ sự đổi mới các ứng dụng

và dịch vụ trở thành một vấn đề quan trọng đối với các nhà khai thác mạng

Giải pháp thứ hai để giải quyết vấn đề giảm cước phí là làm tăng giá trị của các dịch vụ thông thường Bằng cách này có thể tránh được sự cạnh tranh giá cả và tạo ra nền tảng cho sự khác biệt

Nói chung, dù mục tiêu chiến lược khác nhau, nhưng dưới những áp lực này, tất

cả các nhà cung cấp dịch vụ đều có xu hướng tập trung ở một mô hình đa dịch vụ sử dụng cơ sở hạ tầng mạng tích hợp để cung cấp càng nhiều loại dịch vụ và càng cho nhiều khách hàng càng tốt Liệu họ có thành công hay không, điều này phụ thuộc vào khả năng đổi mới liên tục và có hiệu quả của các nhà cung cấp đa dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ truyền thống, lớn sẽ phải đương đầu với những khó khăn từ các nhà cung cấp mới, sử dụng các công nghệ mới để đánh vào các điểm yếu của họ Mạng đa dịch vụ được triển khai phải cho phép sự đổi mới liên tục các ứng dụng và dịch vụ thì mới giải quyết được những khó khăn này

1.3.4 Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm

Như chúng ta đã biết, công nghệ cơ bản liên quan đến tổng đài chuyển mạch kênh hiện nay đã phát triển quá chậm chạm so với tốc độ thay đổi và tốc độ chấp nhận liên quan đến công nghiệp máy tính Chuyển mạch kênh là các phần tử có độ tin cậy cao trong kiến trúc PSTN Tuy nhiên, chúng không bao giờ là tối ưu đối với chuyển mạch gói, đó là xét về mặt kỹ thuật Còn khi xem xét ở khía cạnh kinh doanh thu lợi nhuận thì :

™ Thứ nhất, do các nhà khai thác dịch vụ cạnh tranh và các nhà khai thác cấp trên cùng phụ thuộc vào một tập hữu hạn các sản phẩm tổng đài điện thoại nội hạt, chính điều đó buộc họ phải cung cấp các dịch vụ giống nhau Và khi đã cung cấp các dịch vụ giống nhau thì chỉ có một con đường duy nhất để thu hút khách hàng đó là chính sách giá cả, muốn có một lượng khách hàng lớn thì phải giảm giá cước Nhưng chỉ tạo sự chênh lệch về mặt giá cả vốn đã không phải là một chiến lược kinh doanh lâu dài tốt trong lĩnh vực viễn thông Nếu có giải pháp nào đó mà cho phép tạo ra các dịch vụ thật sự mới và hấp dẫn thì các nhà khai thác sẽ có cơ hội tạo sự khác biệt về mặt dịch vụ chứ không chỉ về giá cước

™ Thứ hai, khi xét về khía cạnh đầu tư, thì đối với bất kỳ một nhà đầu tư nào, trước khi có ý định đầu tư vào việc xây dựng mạng, thì yếu tố quan trọng đầu tiên mang tính quyết định đó là thời gian đầu tư và hoàn vốn, mà động lực của

nó là tỷ lệ giữa sự đổi mới và kết quả dự báo về kinh tế của công nghệ lõi được chọn trong mạng Do thời gian phát triển nhanh và chi phí vận hành cũng như bảo dưỡng các mạng chuyển mạch gói thấp hơn nhiều so với chuyển mạch kênh, nên các nhà điều hành mạng ngày nay tập trung chú ý đến công nghệ chuyển mạch gói IP

Do vậy, khi càng ngày càng nhiều lưu lượng dữ liệu chảy vào mạng qua Internet, thì hiển nhiên là cần phải có một giải pháp mới, đặt trọng tâm vào dữ liệu, cho việc thiết kế chuyển mạch của tương lai dựa trên công nghệ gói để chuyển tải chung cả thoại và dữ liệu Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ đã và đang cố gắng hướng tới việc xây dựng một mạng thế hệ sau Next Generation Network - NGN trên đó hội tụ các dịch vụ thoại, số liệu, đa phương tiện trên một mạng duy nhất - sử dụng công nghệ chuyển mạch gói trên mạng xương sống (Backbone Network) Đây là mạng của các ứng dụng mới và các khả năng mang lại lợi nhuận mà chỉ đòi hỏi giá thành thấp

Và đó không chỉ là mạng phục vụ thông tin thoại, cũng không chỉ là mạng phục vụ tryền số liệu mà đó là một mạng thống nhất, mạng hội tụ đem lại ngày càng nhiều các dịch vụ tiên tiến đáp ứng nhu cầu ngày một tăng, và khắt khe hơn từ phía khách hàng Chúng ta cũng cần phải nhấn mạnh một điều rằng, mạng thế hệ sau NGN không phải là một cuộc cách mạng về mặt công nghệ mà nó là một bước phát triển, một xu

hướng tất yếu Hạ tầng cơ sở mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế trong một sớm một chiều, vì thế NGN phải tương thích tốt với môi trường mạng sẵn có và phải kết nối hiệu quả với mạng PSTN

Những vấn đề mà mạng thế hệ mới cần giải quyết gồm :

- Vấn đề báo hiệu và điều khiển trên nhiều loại giao thức khác nhau cho hội tụ thông tin thoại, fax, số liệu, đa phương tiện

- Vấn đề kết nối với mạng chuyển mạch kênh hiện hữu, đặc biệt là kết nối phần báo hiệu (mạng SS7)

- Vấn đề phát triển dịch vụ

Giải pháp cốt lõi trong mạng NGN chính là công nghệ Softswitch - công nghệ chuyển mạch mềm

CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM

2.1 Giới thiệu chung

Trong quá trình hoạt động, chuyển mạch kênh đã bộc lộ những yếu điểm của mình khi mà nhu cầu về chất lượng và dịch vụ viễn thông ngày càng cao và mức độ cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ và cơ sở hạ tầng mạng viễn thông ngày càng gay gắt Sau đây là những nhược điểm chính của chuyển mạch kênh:

¾ 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 thường được lắp đặt cho vùng có số lượng thuê bao lớn Ngoài ra nhà cung cấp dịch vụ còn phải xem xét đến chi phí truyền dẫn và chi phí trên một đường dây thuê bao và việc lắp đặt tổng đài tại nơi đó có kinh tế, đem lại lợi nhuận hay không

¾ Dịch vụ không đa dạng, không có sự phân biệt dịch vụ cho các khách hàng khác nhau Đó là do các tổng đài chuyển mạch truyền thống cung cấp cùng một tập các tính năng của dịch vụ cho các khách hàng khác nhau Hơn thế nữa việc phát triển và triển khai một dịch vụ mới phụ thuộc nhiều vào nhà sản xuất, rất tốn kém và mất một thời gian dài

¾ Hạn chế về kiến trúc mạng, do đó khó khăn trong việc phát triển mạng Đó là do trong cơ cấu chuyển mạch, thông tin thoại đều tồn tại dưới dạng các dòng 64kbps nên không thể đáp ứng cho các dịch vụ mới có dung lượng lớn hơn Và do trong chuyển mạch kênh đầu vào và đầu ra được nối cố định với nhau nên việc định tuyến cuộc gọi

và xử lý đặc tính của cuộc gọi có mối liên kết chặt chẽ với phần cứng chuyển mạch Hay nói cách khác phần mềm điều khiển trong chuyển mạch kênh phụ thuộc rất nhiều vào phần cứng

¾ Ngoài ra khi một tổng đài được sản xuất thì dung lượng của nó là không đổi Do đó khi mở rộng dung lượng nhiều khi đòi hỏi đến việc phải tăng số cấp chuyển mạch, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc đồng bộ, báo hiệu cùng nhiều vấn đề phức tạp khác

Tuy hiện nay mạng PSTN và mạng thông tin di động vẫn hoạt động tốt và dịch vụ

do nó cung cấp khá tin cậy (99,999%) Nhưng theo xu hướng phát triển của thị trường viễn thông hiện tại, việc mở rộng quy mô và đa dạng hóa loại hình dịch vụ theo nhu cầu của khách hàng dựa trên nền tảng là mạng chuyển mạch kênh truyền thống là rất khó khăn và tốn kém

Trong tương lai, mạng thế hệ sau sẽ hoàn toàn dựa trên cơ sở hạ tầng là mạng gói

Do đó việc chuyển từ mạng viễn thông hiện tại lên mạng thế hệ mới phải trải qua nhiều giai đoạn

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:

Hình 2.1 – Cấu trúc mạng thế hệ sau Như đã biết, phần phức tạp nhất trong những tổng đài 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 phụ thuộc vào phần cứng của tổng đài Điều này gây khó khăn cho việc tích hợp mạng 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 bị 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

là bất cứ phần mềm nào thực hiện chức năng chuyển mạch đều là Softswitch Khái niệm này hiện vẫn đang là vấn đề gây tranh cãi giữa các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới Dưới đây, ta xem xét định nghĩa của một số nhà phát triền khác nhau:

Theo Nortel, Softswitch là một thành phần quan trọng nhất của mạng tương lai

(NGN - Next Generation Network) Softswitch là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính

mở và có những tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống Chuyển mạch mềm cho phép khả năng tích hợp thoại, số liệu và Video, nó cũng có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau ví dụ như mạng vô tuyến và mạng cáp

Theo Mobile IN, Softswitch là ý tưởng tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm

mạng Trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm không độc lập với nhau Mạng chuyển mạch kênh dựa trên những thiết bị chuyên dụng cho

việc kết nối và được thiết kế với mục đích phục vụ thông tin thoại Những mạng chuyển mạch gói hiệu quả hơn thì sử dụng giao thức Internet (IP) để định tuyến thông tin thoại và số liệu qua các con đường khác nhau và qua các thiết bị được chia sẻ

Theo Copper Com, Softswitch là tên gọi dùng cho một phương pháp tiếp cận mới

trong chuyển mạch thoại có thể giúp giải quyết được các thiếu sót của các chuyển mạch trong tổng đài nội hạt truyền thống Công nghệ Softswitch có thể làm giảm giá thành của các chuyển mạch nội hạt, và cho ta một công cụ hữu hiệu để tạo ra sự khác biệt về dịch vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và đơn giản hoá quá trình dịch chuyển từ mạng truyền thống sang mạng hỗ trợ thoại gói từ đầu cuối đến đầu cuối (end - to - end) trong tương lai

Hình 2.2 – Softswitch trong mạng viễn thông thế hệ sau Như vậy có thể nói rằng, mỗi nhà phát triển nhìn Softswitch dưới con mắt khác nhau Các nhà cung cấp nhỏ thường chỉ nhắc tới vai trò của Softswitch trong việc thay thế tổng đài nội hạt Đối với các hãng lớn, Softswitch còn được quan tâm nhiều tới với vai trò của một tổng đài chuyển tiếp

Tuy nhiên, thực chất của Chuyển mạch mềm 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 với 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

Với công nghệ 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)

Lý do của việc tách hai chức năng chuyển mạch vật lý và xử lý cuộc gọi là vì:

- 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

- 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

- Cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dịch vụ điều khiển từ

xa thiết bị 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

2.2.2 Vị trí của chuyển mạch mềm trong NGN

Do có chức năng là xử lý cuộc gọi nên vị trí tương ứng của Softswitch trong mô hình phân lớp chức năng của NGN là lớp điều khiển cuộc gọi (Call Control) và báo hiệu (Signaling Layer)

Hình 2.3 - Vị trí của Softswitch trong kiến trúc phân lớp của NGN

2.2.3 Các thành phần chính của Softswitch

Thành phần chính của chuyển mạch mềm Softswitch là bộ điều khiển cổng thiết

bị Media Gateway Controller (MGC) Bên cạnh đó còn có các thành phần khác hỗ trợ hoạt động như: Signaling Gateway (SG), Media Gateway (MG), Media Server (MS), Application Server (AS)/Feature Server (FS)

Trong đó:

- Media Gateway là thành phần nằm trên lớp Media Layer

- Signaling Gateway là thành phần ở trên cùng lớp với MGC

- Media Server và Application Server/Feature Server nằm trên lớp Application and Service Layer

Hình 2.4 - Kết nối MGC với các thành phần khác trong mạng NGN

Một Media Gateway Controller có thể quản lý nhiều Media Gateway, với Media Gateway thì có nhiều loại khác nhau để có thể kết nối với nhiều loại mạng khác nhau Như kết nối với mạng PSTN thì dùng Trunking Gateway, kết nối với mạng báo hiệu SS7 thì dùng Signaling Gateway

2.2.3.1 Signaling Gateway - SG

Signalling Gateway (SG) tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu số 7 với mạng

IP dưới sự điều khiển của MGC SG làm cho một Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu số 7 Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu

Các chức năng chính của SG:

- Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu

- Truyền thông tin báo hiệu giữa các MGC và SG thông qua mạng IP

- Cung cấp đường truyền dẫn cho thoại, dữ liệu và video

- Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn thông

Các đặc tính hệ thống của SG:

- SG là một thiết bị vào ra

- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, v.v

- Giao diện với mạng SS7 bằng cách sử dụng một luồng E1/T1, tối thiểu 2 kênh D, tối đa 16 kênh D

- Yêu cầu độ sẵn sàng cao: nhiều SG, nhiều liên kết báo hiệu

2.2.3.2 Media Gateway - MG

Media Gateway là thiết bị phối hợp nằm giữa mạng lõi chuyển mạch gói của mạng NGN và mạng chuyển mạch truyền thống bằng cách chuyển đổi dạng thức của

dữ liệu này sang dạng dữ liệu của mạng kia, nói cách khác Media Gateway cung cấp

khuôn dạng từ môi trường mạng truy nhập đến khuôn dạng môi trường mạng gói của NGN và ngược lại

Thực tế chức năng của các gateway cũng giống như chức năng của các thiết bị đa phương tiện đơn giản, chúng không có khả năng xử lý trí tuệ mạng mà chỉ có khả năng

để điều khiển thoại và điều khiển các dịch vụ đã được chuyển đổi

Nhiệm vụ chủ yếu của Media Gateway là chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng truyền dẫn khác Việc chuyển đổi có thể

là chuyển đổi phương tiện hay chuyển đổi giao thức đóng khung được cung cấp trong kiểu mạng thành khuôn dạng yêu cầu ở một kiểu mạng khác, thông thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (Packet) và ngược lại

Khi một cuộc gọi đến Media Gateway, Gateway sẽ không xử lý gì thêm các con

số cũng như không tìm xem đầu ra của cuộc gọi là ở đâu Đây là công việc của MGC, MGC điều khiển Media Gateway thông qua giao thức MGCP/MEGACO, MGC đóng vai trò điều khiển hoàn toàn còn Media Gateway chỉ thuần tuý thực hiện lệnh Giao thức MGCP/MEGACO điều khiển Media Gateway kết nối các đường lưu lượng đến từ bên ngoài chuyển mạch gói thành các luồng lưu lượng dạng mạch gói như RTP Ngoài

ra các MGC gửi các lệnh đến để yêu cầu Media Gateway tạo ra tín hiệu tone hay thay đổi thông tin cấu hình

Chức năng của Media Gateway

Media Gateway là phần tử giao diện then chốt giữa mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói và phải cung cấp các chức năng điều khiển đa phương tiện: chức năng xử lý báo hiệu như mã hoá, giải mã, nén dữ liệu thoại, chuyển mã, chuyển đổi Fax, chèn phương tiện , lọc và chuyển đổi modem tương tự

Một số chức năng chính của Media Gateway:

- Cung cấp các dịch vụ VoIP, VoATM, Dial-in (RAS), mô phỏng kênh (Virtual Trunking)

- Hỗ trợ QoS với thời gian trễ nhỏ nhất với các yêu cầu ứng dụng thời gian thực như thoại, video…

- Hỗ trợ các giao tiếp với mạng truyền thống (PSTN) và các giao tiếp như RAS và ISDN

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

- Cung cấp khe thời gian T1 là tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP) dưới sự điều khiển của MGC Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này

- Quản lý tài nguyên và kết nối T1

- Cho phép khả năng mở rộng Media Gateway về cổng, card, các nút mà không làm thay đổi các thành phần khác

- Các chức năng hướng H.323:

+ Biên dịch giữa khuôn dạng tín hiệu truyền âm thanh, hình ảnh, dòng số liệu (Ví dụ từ H.225 tới H.221 và ngược lại chuyển đổi các kênh mạng từ phía PSTN thành các dòng RTP…)

+ Biên dịch giữa các thủ tục truyền thông (Ví dụ từ H.245 đến H.242 và ngược lại), thiết lập cuộc gọi và giải phóng thủ tục cung cấp cho PSTN

và các sản phẩm lớp 3 Điều này giúp đỡ một cách đáng kể trong việc xây dựng các

MS

Các chức năng:

- Chuyển đổi thoại sang văn bản để gửi văn bản đến hòm thư hoặc máy nhắn tin bằng việc sử dụng đầu vào thoại

- Chức năng chuyển đổi thoại sang Web

- Chức năng hội nghị truyền hình bao gồm thiết lập hội nghị truyền hình và truyền qua H.323 hay SIP

- Truyền Fax qua IP sử dụng giao thức T.38, đây là chuẩn truyền fax qua IP thời gian thực

2.2.3.4 Application Server (AS)/Feature Server (FS)

Cung cấp tất cả các tính năng và các dịch vụ tạo ra doanh thu như tính cước, hội nghị đa điểm FS sử dụng các tài nguyên và các dịch vụ có liên quan nằm trong các thành phần khác của Softswitch Nó được định nghĩa như một máy chủ ở lớp ứng dụng thực hiện chức năng tập hợp các dịch vụ kinh doanh

Các dịch vụ giá trị gia tăng này có thể là một phần của Call Agent, hoặc cũng có thể được triển khai riêng biệt Các ứng dụng liên lạc với Call Agent thông qua các giao thức như SIP, H.323 và một số giao thức khác Các ứng dụng này thường độc lập với phần cứng nhưng chúng cũng có thể đòi hỏi truy nhập cơ sở dữ liệu phạm vi rộng