BÁO HIỆU và điều KHIỂN kết nối

RAS Register, Administrator and Signalling Đăng ký, quản lý và báo hiệu RASF Resource and Admission Control Functions Chức năng điều khiển và chấp nhận tài nguyên RED Random Early Detect

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG

BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

CHỦ BIÊN: ThS GVC Hoàng Trọng Minh

1 ThS GVC Hoàng Trọng Minh (Chủ biên)

LỜI NÓI ĐẦU

Hạ tầng truyền thông trong những năm gần đây đã và đang trong giai đoạn biến chuyển mạnh mẽ và đa dạng trên cả khía cạnh kỹ thuật và công nghệ Với xu hướng hội tụ các công nghệ mạng, hàng loạt các giải pháp điều khiển kết nối mới được đưa

ra nhằm thích ứng với các điều kiện mạng và nâng cao chất lượng dịch vụ cho người sử dụng

Một trong các vấn đề quan trọng nhất liên quan tới các kết nối trong mạng được đặt ra là vấn đề báo hiệu và điều khiển kết nối Vấn đề này không chỉ liên quan trực tiếp tới hiệu năng hệ thống mà còn là cơ sở phát triển cho các ứng dụng trên các hạ tầng công nghệ Vì vậy, nội dung của cuốn tài liệu giảng dạy này nhằm cung cấp các kiến thức then chốt liên quan tới các hoạt động báo hiệu và điều khiển trong mô hình mạng truyền thông mới Bên cạnh các mục tiêu học thuật, tài liệu sẽ khái quát các giải pháp đã và đang được sử dụng trong hệ thống mạng viễn thông hiện nay Hơn nữa, tài liệu sẽ giúp người đọc có được góc nhìn hệ thống về kiến trúc điều khiển mạng nhằm phân tích được các điểm mạnh, điểm yếu của từng giải pháp cụ thể để phát triển trong môi trường thực tiễn

Bố cục của bài giảng được phân bổ theo 5 chương với các phân vùng mạng từ kiến trúc mạng viễn thông truyền thống tới mạng hội tụ trên nền IP Các khái niệm

cơ bản của lý thuyết điều khiển, mô hình kiến trúc và phân loại báo hiệu được trình bày đầu tiên và khép lại bởi các giải pháp thực thi trong các chương tiếp theo Trong quá trình viết tài liệu, nhóm biên soạn đã nhận được sự giúp đỡ của rất nhiều thầy

cô đồng nghiệp Nhóm biên soạn xin chân thành cám ơn và luôn ghi nhận sự góp ý của các thầy cô, các bạn sinh viên để cuốn bài giảng ngày càng hoàn thiện

T/M nhóm biên soạn

Hoàng Trọng Minh

PTIT

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC ii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii

DANH MỤC CÁC BẢNG x

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 2

1.2.1 Các vấn đề chung của điều khiển 2

1.2.2 Cách tiếp cận điều khiển hệ thống viễn thông 4

1.3 CÁC THUỘC TÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 8

1.4 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 12

1.4.1 Điều khiển cung cấp QoS 12

1.4.2 Tiếp cận RACS và RASF 16

1.4.3 Điều khiển cấu trúc 19

1.4.4 Điều khiển trạng thái 21

1.5 KIẾN TRÚC VÀ PHÂN LOẠI BÁO HIỆU 22

1.5.1 Phân loại báo hiệu 22

1.5.2 Một số đặc tính của báo hiệu 24

1.5.3 Chức năng báo hiệu trong mô hình OSI 25

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 28

CHƯƠNG 2: BÁO HIỆU TRONG MẠNG CỐ ĐỊNH 30

2.1 KIẾN TRÚC MẠNG HỘI TỤ THEO HƯỚNG MÁY CHỦ CUỘC GỌI 30

2.1.1 Mô hình kiến trúc mạng 33

2.1.2 Các giải pháp kết nối 36

2.1.3 Chức năng mặt bằng báo hiệu và điều khiển 39

2.2 HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7 41

PTIT

2.2.1 Mô hình kiến trúc chức năng 41

2.2.2 Thành phần mạng báo hiệu số 7 43

2.2.3 Xử lý định tuyến và thủ tục thiết lập cuộc gọi 44

2.3 BỘ GIAO THỨC BÁO HIỆU H.323 51

2.3.1 Thành phần mạng báo hiệu H.323 51

2.3.2 Các giao thức báo hiệu cuộc gọi trong H.323 54

2.3.3 Nguyên tắc hoạt động của thủ tục báo hiệu cuộc gọi 56

2.4 GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP 57

2.4.1 Thành phần mạng báo hiệu SIP 59

2.4.2 Kiến trúc chức năng 60

2.4.3 Bản tin SIP và giao thức SDP 61

2.4.4 Thủ tục trao đổi thông tin của SIP 63

2.5 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CỔNG PHƯƠNG TIỆN MEGACO 67

2.5.1 Kiến trúc chức năng báo hiệu Megaco/H.248 67

2.5.2 Các lệnh và thủ tục trao đổi thông tin 69

2.6 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CUỘC GỌI ĐỘC LẬP KÊNH MANG BICC 75 2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 79

CHƯƠNG 3: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 81

3.1 BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO 81

3.1.1 Các thế hệ phát triển mạng di động tế bào 81

3.1.2 Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM 85

3.1.3 Mạng thông minh 91

3.2 BÁO HIỆU TẠI MẠNG TRUY NHẬP 94

3.2.1 Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub 96

3.2.2 Báo hiệu tại giao diện Iur và Iu 99

3.3 THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG MẠNG LÕI 102

3.3.1 Thiết lập cuộc gọi với ISUP/BICC 102

3.3.2 Báo hiệu trên giao diện Gn 106

3.3.3 Báo hiệu xử lý chuyển vùng 108

PTIT

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 111

CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP IMS 113

4.1 KIẾN TRÚC PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP 113

4.1.1 Mô hình kiến trúc IMS 114

4.1.2 Các thành phần chức năng 116

4.1.3 Các giao thức của IMS 122

4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA SIP TRONG IMS 123

4.2.1 Đặc tính kỹ thuật 123

4.2.2 Các thủ tục báo hiệu SIP trong IMS 124

4.3 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU KHÁC TRONG IMS 128

4.3.1 Giao thức Diameter 128

4.3.2 Giao thức COPS 130

4.3.3 Nén báo hiệu trong IMS 131

4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 133

CHƯƠNG 5: BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LIÊN MẠNG 135 5.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC MẠNG 135

5.1.1 Hội tụ mạng cố định và di động 135

5.1.2 Cấu trúc FMC dựa trên IMS 136

5.1.3 Mô hình tham chiếu IMS trong FMC 137

5.2 GIAO THỨC TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SIGTRAN 143

5.3 KẾT NỐI LIÊN MẠNG IMS-CS 151

5.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 153

TÀI LIỆU THAM KHẢO 155

PTIT

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAA

Authentication Authorization Accounting Nhận thực trao quyền và thanh toán

AMPS

Advanced Mobile Phone Service

Hệ thống các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến

API

Application Programable Interface Giao diện lập trình ứng dụng mở AS/FS

Application Server/ Feature

ATM Asynchronous Transfer Mode Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ BSS Bussiness Support System Hệ thống trợ giúp kinh doanh

CAC Call Admission Control

Kỹ thuật điều khiển chấp nhận cuộc gọi

CBQ Class Based Queuing Hàng đợi dựa trên phân lớp dịch vụ COPS Common Open Policy Service

Giao thức dịch vụ chính sách mở chung

FSM Finite State Machine Máy hữu hạn trạng thái

GII

Global Information Infrastructure Cấu trúc thông tin toàn cầu GSM

Global System for Mobile communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu IAD Intergated Access Device Thiết bị truy nhập tích hợp

PTIT

IAM Initial Adress Message Bản tin địa chỉ khởi tạo

IETF

Internet Engineering Task

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện

IP Internet Protocol Giao thức Internet

LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu

LTI Linear and Time-Invariant Tuyến tính và bất biến theo thời gian LTR Logic Transfromational Rule Luật ánh xạ logic

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị

MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng đa phương tiện MIME

Multipurpose Internet Mail Extentions

Mở rộng thư điện tử internet đa mục đích

MPLS Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTUP Mobile Telephone User Part

Phần người sử dụng cho mạng điện thoại di động

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp

NUM Network Utility Maximization Bài toán tối ưu hiệu năng mạng OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối hệ thống mở

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất

PLMR Public Land Mobile Radio Vô tuyến di động mặt đất công cộng PMD People Making Decision Quyết định của người điều hành QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến

RAS

Register, Administrator and Signalling Đăng ký, quản lý và báo hiệu RASF

Resource and Admission Control Functions

Chức năng điều khiển và chấp nhận tài nguyên

RED Random Early Detection Thuật toán loại bỏ gói sớm

RSVP

Resource ReserVation

SCF Service Control Function Chức năng điều khiển dịch vụ

SIO Service Information Octet Trường thông tin dịch vụ

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SLA Service Level Agreement Thỏa thuận cung cấp dịch vụ

SPC Stored Program Control Điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPDF

Service-Based Policy Decision Function

Chức năng quyết định chính sách dịch

vụ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDM Time Division Mode Phương thức chia thời gian

TUP Telephone User Part Phần người sử dụng cho mạng thoại UTRAN

UMTS Terestrial Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

VoIP Voice over Internet Protocol Truyền thoại theo giao thức internet

WFQ Weight Fair Queuing PTITHàng đợi trọng số công bằng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình chung của một hệ thống điều khiển 2

Hình 1.2: Cấu trúc logic của thỏa thuận cung cấp chất lượng dịch vụ 13

Hình 1.3: Các kỹ thuật cung cấp QoS cho mạng viễn thông 13

Hình 1.4: Các mô hình cung cấp dịch vụ 15

Hình 1.5: Kiến trúc của phân hệ RACS 17

Hình 1.6: Kiến trúc của phân hệ RACF 18

Hình 1.7: Phân loại các kỹ thuật báo hiệu 23

Hình 1.8: Mô hình tham chiếu kết nối hệ thống mở OSI 26

Hình 2.1: Các chức năng GII và mối quan hệ 33

Hình 2.2: Kiến trúc mạng NGN theo ETSI 35

Hình 2.3: Các thành phần chính trong mạng thế hệ kế tiếp 36

Hình 2.4: Kết nối MGC với các thành phần khác của NGN 40

Hình 2.5: Chức năng của bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC 40

Hình 2.6: Kiến trúc SS7 và mô hình tham chiếu OSI 42

Hình 2.7: Mã điểm theo tiêu chuẩn ANSI và ITU 44

Hình 2.8: Cấu hình nút và liên kết mạng SS7 45

Hình 2.9: Trường thông tin lớp 3 của bản tin báo hiệu 46

Hình 2.10: Lưu đồ báo hiệu cho cuộc gọi ISDN 51

Hình 2.11: Các thành phần mạng H.323 52

Hình 2.13: Chức năng của một Gatekeeper 54

Hình 2.14: Mô hình kết nối báo hiệu trong H.323 55

Hình 2.15: Tiến trình xử lý báo hiệu một cuộc gọi đơn giản trong H.323 56

Hình 2.16: Cấu trúc của hệ thống SIP 59

Hình 2.17: Kiến trúc điều khiển của MEGACO 68

Hình 2.18: Giao thức MEGACO trong mô hình OSI 69

Hình 2.19: Mô tả cuộc gọi MEGACO 71

Hình 2.20: Lưu đồ các bản tin xử lý cuộc gọi qua giao thức MEGACO/H248 73

Hình 2.21: Kiến trúc giao thức BICC 76

PTIT

Hình 2.22: Cấu trúc các nút mạng BICC 77

Hình 2.23: Cấu trúc chức năng nút dịch vụ 78

Hình 2.24: Cấu trúc chức năng nút dàn xếp dịch vụ 78

Hình 2.25: Mô hình giao thức của BICCC 79

Hình 3.1: Lộ trình phát triển các thế hệ mạng di động 84

Hình 3.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống GSM 85

Hình 3.3: Phân lớp chức năng của SS7 trong mạng GSM 86

Hình 3.4: Vị trí các giao diện trong hệ thống GSM 88

Hình 3.5: Các thủ tục chuyển vùng qua MAP/E 89

Hình 3.6: Các điều hành của MAP trong trường hợp cuộc gọi từ mạng PSTN 90

Hình 3.7: Điều hành MAP liên quan tới dịch vụ bản tin ngắn SMS 91

Hình 3.8: Mô hình khái niệm mạng IN 93

Hình 3.9: Cấu trúc của UMTS 94

Hình 3.10: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub 98

Hình 3.11: Kiến trúc giao thức mạng UMTS 99

Hình 3.12: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iur 100

Hình 3.13: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-CS 101

Hình 3.14: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-PS 102

Hình 3.15: Tiến trình cuộc gọi ISUP 103

Hình 3.16: Các giao thức trên giao diện E 103

Hình 3.17: Lưu đồ cuộc gọi BICC (1/5) 104

Hình 3.18: Lưu đồ cuộc gọi BICC (2/5) 104

Hình 3.19: Lưu đồ cuộc gọi BICC (3/5) 105

Hình 3.20: Lưu đồ cuộc gọi BICC (4/5) 105

Hình 3.21: Lưu đồ cuộc gọi BICC (5/5) 106

Hình 3.22: Giao diện Gn cho đường hầm IP 107

Hình 3.23: Các chức năng của GTP trong UMTS 108

Hình 3.24: Các giao diện UMTS giữa hai UTRAN 109

Hình 3.25: Chuyển giao nội 3G-MSC 110

PTIT

Hình 4.1: Vị trí và mối quan hệ của IMS 113

Hình 4.2: Truy nhập với IMS 114

Hình 4.3: Kiến trúc phân lớp của phân hệ IMS 115

Hình 4.4: Luồng bản tin báo hiệu đăng ký 125

Hình 4.5: Luồng bản tin báo hiệu thiết lập phiên 126

Hình 4.6: Luồng bản tin người dùng A lấy thông tin hiện diện người dùng B 127

Hình 4.7: Kiến trúc SigComp 132

Hình 5.1: Cấu trúc hội tụ FMC trên nền IMS 137

Hình 5.2: Mô hình tham chiếu cấu trúc FMC dựa trên IMS 138

Hình 5.3: Điểm hội tụ và chức năng FMC 140

Hình 5.4: Kiến trúc giao thức SIGTRAN 143

Hình 5.5 : Bộ giao thức SIGTRAN 144

Hình 5.6: Vị trí chức năng và hoạt động của M2UA 146

Hình 5.7: Vị trí chức năng và hoạt động của M2PA 147

Hình 5.8: Vị trí chức năng và hoạt động của M3UA 149

Hình 5.9: Vị trí chức năng và hoạt động của SUA 150

Hình 5.10: Kiến trúc kết nối liên mạng IMS-CS 151

Hình 5.11: Bản tin thiết lập cuộc gọi giữa người dùng IMS gọi người dùng CS 152

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Các giao diện và giao thức cơ bản của hệ thống GSM 87PTIT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

KẾT NỐI Tóm tắt: Nội dung của chương khái quát các vấn đề chung liên quan tới báo hiệu

và điều khiển kết nối bao gồm các khái niệm, mô hình, nguyên lý chung và phân loại các kiểu báo hiệu trong mạng truyền thông hiện nay Bên cạnh các kiến thức cơ

sở về điều khiển và báo hiệu, trong chương sẽ đưa ra các chức năng của hoạt động báo hiệu và điều khiển kết nối trên khía cạnh mô hình tham chiếu

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Hệ thống viễn thông ngày nay đã trở thành một phần quan trọng không thể thiếu của hạ tầng truyền thông trong xã hội Sự phát triển đa dạng các dịch vụ đã tạo ra hàng loạt các sức ép mới không chỉ đối với nhà cung cấp dịch vụ mà còn tác động trực tiếp tới các nhà khai thác và triển khai hạ tầng Bên cạnh khả năng đáp ứng các yêu cầu cung cấp dịch vụ bằng các giải pháp kỹ thuật và công nghệ kết nối mới, mục tiêu tối ưu mạng bằng các phương pháp điều khiển hiện đại cũng được đặt ra như là vấn đề then chốt của các nỗ lực cải thiện hiệu năng mạng Vì vậy, các vấn đề cốt lõi của điều khiển và báo hiệu cần được tường minh nhằm lột tả bản chất của các giải pháp kỹ thuật và công nghệ hiện đang ứng dụng trong hệ thống viễn thông Báo hiệu được định nghĩa là một cơ chế cho các phần tử mạng trao đổi thông tin giữa chúng để thiết lập đường dẫn truyền thông Hệ thống báo hiệu là một tập các phương pháp hoặc thủ tục cho các thực thể mạng trao đổi thông tin để thiết lập truyền thông Báo hiệu được coi là một phần của cơ chế điều khiển mạng trên khía cạnh phục vụ quá trình kết nối truyền thông Bên cạnh mục tiêu kết nối, các yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ và hiệu năng mạng được thực thi bởi các cơ chế điều khiển kết nối Vì vậy, báo hiệu và điều khiển kết nối là chức năng then chốt của tất

cả các môi trường mạng

Chức năng báo hiệu trong mạng truyền thông có mối quan hệ tới cơ chế định tuyến trực tiếp hoặc gián tiếp do định tuyến cho biết nơi nhận các bản tin báo hiệu

PTIT

Chức năng báo hiệu được thực hiện trên nhiều lớp của kiến trúc mạng Thông thường các giao thức báo hiệu thuộc lớp phiên của mô hình OSI (Open System Interconnection) phục vụ cho các nhiệm vụ điều khiển và kết nối truyền thông Ngoài ra, báo hiệu còn được sử dụng để yêu cầu nhận thực người dùng hay thu thập thông tin tài nguyên khả dụng để phục vụ cho các kết nối hoặc điều khiển lớp ứng dụng

1.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

1.2.1 Các vấn đề chung của điều khiển

Dưới góc độ lý thuyết điều khiển chung, mạng viễn thông là một hệ thống kỹ thuật được thiết kế nhằm đạt được một số mục tiêu nhất định Hai mục tiêu quan trọng nhất là thích ứng và bền vững (ổn định) Thích ứng cho phép một hệ thống tiếp tục đạt được một số mục tiêu hiệu năng dưới điều kiện thay đổi môi trường điều hành như tải hay lỗi thành phần mạng Bền vững ngăn ngừa hệ thống trượt hoặc chuyển tới trạng thái không điều khiển được do ảnh hưởng của các đầu vào Lý thuyết điều khiển cung cấp các bộ công cụ mạnh để xây dựng các hệ thống tương thích và bền vững Ví dụ, bằng công cụ mô hình hóa toán học các hành vi của một

hệ thống cho thấy sự trái ngược giữa tương thích và bền vững, hệ thống có độ tương thích lớn càng dễ bất ổn định Nhằm tiếp cận hệ thống viễn thông dưới góc độ lý thuyết điều khiển, mục này khái quát các khái niệm và thành phần chung của lý thuyết điều khiển

Hình 1.1: Mô hình chung của một hệ thống điều khiển

PTIT

Một hệ thống điều khiển có hồi tiếp được minh họa trên hình 1.1 Giả thiết chung cho các thành phần của hệ thống là liên tục, tuyến tính và bất biến thời gian

Đưa một tín hiệu đầu vào u, hệ thống đáp ứng đầu ra y được bổ sung tín hiệu nhiễu loạn không điều khiển được w Mục tiêu điều khiển là duy trì đầu ra tại một số giá trị tham chiếu r ngay cả khi có nhiễu bằng một bộ điều khiển Bộ điều khiển so sánh giá trị tín hiệu tham khảo với tín hiệu đầu ra đo được b (có thể xuất hiện lỗi đo lường) Bộ điều khiển chọn một tín hiệu điều khiển u nhằm đảm bảo đầu ra tương

lai phù hợp với đầu vào tham chiếu bất kể lỗi đo hoặc các dao động

Như vậy, toàn bộ hệ thống và thành phần bộ điều khiển đều đặc trưng bởi một đầu vào và một đầu ra với đầu ra phụ thuộc vào đầu vào Hệ thống điều khiển được chia thành hai loại: hệ thống không điều khiển mở và hệ thống điều khiển đóng Hệ thống phức tạp bao gồm nhiều bước điều khiển đệ quy và cần được mô hình hóa nhằm tường minh các bước và xác định được hiệu quả điều khiển

a, Vấn đề mô hình hóa

Mô hình hóa một hệ thống được bắt đầu từ việc phân tích và xác định đặc tính hoạt động của hệ thống và các thành phần thiết bị Trong đó gồm quá trình xác định bản chất vật lý của các thành phần, các giới hạn hoạt động và kiểu hoạt động của hệ thống (tuyến tính hay phi tuyến) Các thành phần của hệ thống được mô tả trong

khái niệm nỗ lực (effort) và luồng (flow) Nỗ lực thể hiện một đầu vào hệ thống gây

ra một hiệu ứng phản ánh bằng khái niệm luồng Tích của chúng là công suất và tổng công suất trong một khoảng thời gian gọi là năng lượng (enery) Trong hệ thống viễn thông và máy tính, lượng dữ liệu tại một nguồn cần gửi đi là nỗ lực và tốc độ dữ liệu cần gửi đi tương ứng là luồng Các thành phần hệ thống có thể là thành phần chủ động hay bị động Các phần tử chủ động tạo ra công suất để các luồng chuyển qua hệ thống trong khi các phần tự bị động chỉ tiêu tốn năng lượng nhưng không tạo ra công suất Nhiệm vụ phân bổ công suất trong thời gian hoạt động của hệ thống được gọi là điều hành động Cụ thể, nguồn dữ liệu là thành phần chủ động và bộ đệm là thành phần bị động của một mạng

PTIT

Sau quá trình xác định đặc tính của các thành phần trong hệ thống là tổ chức xây dựng các luật ràng buộc Luật ràng buộc chỉ ra các phương pháp giải cho mục tiêu điều khiển và tối ưu hệ thống

Hệ thống điều khiển đạt được mục tiêu khi trạng thái điều hành đạt cân bằng lý tưởng (Zero) Trong trường hợp xác định được lỗi điều hành, cấp độ điều khiển phụ thuộc rất lớn vào tính tương thích của luật điều khiển được áp dụng Các biểu thức toán học thể hiện điều hành của hệ thống là vấn đề cuối cùng của bài toán mô hình hóa hệ thống

b, Biểu diễn toán học

Có ba cách thông dụng để biểu diễn một hệ thống bằng toán học gồm: Biến trạng

thái, đáp ứng xung và hàm truyền đạt Giả thiết hệ thống tuân theo mô hình bất biến thời gian và tuyến tính LTI (Linear and Time-Invariant) Nếu hệ thống có một đầu

ra y(t) tại thời điểm t của một đầu vào u(t), thì ta có đầu ra y(t-T) với đầu vào u(t-T)

Vì vậy, nếu y(t)=G(u(t)), thì y(t-T)=G(u(t-T)) Hệ thống tuyến tính là hệ thống có tính chất xếp chồng nên nếu đầu vào u 1 dẫn tới đầu ra y 1 , đầu vào u 2 dẫn tới đầu ra

y 2 thì đầu vào (k 1 u 1 +k 2 u 2 ) dẫn tới đầu ra (k 1 y 1 +k 2 y 2 ) Vì vậy, nếu y 1 =G(u 1 ) và

y 2 =G(u 2 ) ta có k 1 y 1 +k 2 y 2 = G(k 1 u 1 +k 2 u 2 ) Đối với hệ thống LTI, ta luôn chọn t khởi tạo bằng 0 và đầu vào tín hiệu bằng Zero khi t<0

1.2.2 Cách tiếp cận điều khiển hệ thống viễn thông

Dưới góc độ tiếp cận hệ thống, hầu hết mô hình toán học đầy đủ cho hệ thống viễn thông được biểu diễn dưới một cấu trúc logic điều khiển phân tán phức hợp để

xử lý các sự kiện và lưu lượng ngẫu nhiên Chức năng điều khiển và phương thức hoạt động của các phần tử mạng đưa ra dưới dạng kết hợp nhằm giải quyết mục tiêu tối ưu nguồn tài nguyên mạng Vì vậy, mục tiêu chính của bài toán điều khiển hệ thống viễn thông là đưa ra các quyết định tốt nhất trước sự thay đổi của lưu lượng mạng hay yêu cầu của người dùng với điều kiện đảm bảo được tính bền vững của hệ điều khiển

PTIT

Hệ thống viễn thông hiện nay sử dụng hai phương pháp chuyển mạch: chuyển mạch kênh cho các ứng dụng điện thoại truyền thống và chuyển mạch gói cho các ứng dụng phi thoại Xu thế hiện nay cho thấy kỹ thuật chuyển mạch gói hiện đang tiếp tục chiếm ưu thế do hiệu quả sử dụng tài nguyên so với các hệ thống sử dụng

kỹ thuật chuyển mạch kênh Các hệ thống viễn thông này hoạt động trên cơ sở của giao thức Internet (IP) Một hệ thống viễn thông có thể biểu diễn như một hệ thống phức hợp, phân tán qua các miền lớn để cung cấp hạ tầng cho chuyển phát và phân phối thông tin từ nguồn tới đích Các cơ chế điều hành tự động được thực hiện bởi các chương trình và thuật toán ghi sẵn Hoạt động điều hành phụ thuộc chủ yếu vào một số thiết bị nhằm hiệu chỉnh mô hình điều hành và cấu trúc liên kết nối cũng như các giải pháp quyết định của người điều hành tác động vào phương thức hoạt động của mạng Tất cả các thành phần đó có thể coi như một phức hệ điều khiển của mạng truyền thông Hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng được xác định qua số lượng gói tin chuyển phát thành công tới đích bằng các tuyến đường đi tối ưu dưới các yêu cầu cung cấp chất lượng dịch vụ tới ứng dụng

Khái niệm về điều khiển rất rộng và thường được hiểu bởi hai thuật ngữ là điều khiển và quản lý Tổ chức quản lý cho mạng viễn thông thường chỉ ra cấp cao nhất

là quyết định của người điều hành PMD (People Making Decision) Một hệ thống viễn thông thông dụng thường cho thấy có nhiều phương pháp điều khiển trong mạng viễn thông và quyết định cuối thuộc về PMD Vì vậy, có thể tồn tại nhiều mô hình điều khiển trong mạng viễn thông, việc phát triển một mô hình điều khiển nào

đó phải dựa trên cấu trúc biểu diễn của mô hình điều khiển bằng các mô hình Đặc tính chủ chốt của các hệ thống phức như các mạng viễn thông là không thể biểu diễn bằng một mô hình toán học đơn nhất Các hệ thống này được biểu diễn bởi các

mô hình khác nhau Mỗi mô hình tương xứng với lý thuyết hệ thống chỉ phản ánh được một số đặc tính của hệ thống ví dụ như: Đặc tính tổng quát của hệ thống (tính toàn vẹn, ổn định, giám sát, điều khiển, mở, động, độ tin cậy …); Đặc tính cấu trúc (cấu thành, kết nối, phức tạp, phân cấp, mềm dẻo…); Đặc tính chức năng (chịu đựng, hiệu năng, hiệu suất, chính xác, kinh tế)

PTIT

Sở dĩ tồn tại số lượng lớn các mô hình như vậy là do sự phức tạp và đồ sộ của biểu diễn tổng quát cũng như là thiếu khả năng hình thức hóa nhiều tiến trình xử lý trong các hệ thống phức Nó tạo ra các khó khăn trên cả khía cạnh phân tích và tổng hợp các mô hình toán học cũng như tìm kiếm giải pháp lựa chọn tiêu chuẩn điều khiển thích hợp Vì vậy, các phương pháp điều khiển tình huống được ứng dụng cho

hệ thống phức và quyết định cuối cùng thuộc về người điều hành PMD PMD chịu trách nhiệm quyết định toàn bộ hoặc hoặc một phần điều khiển hệ thống Để thực hiện điều đó người điều hành sử dụng kinh nghiệm, trực giác trên cơ sở các thủ tục

tự động để điều hành và xử lý trực tiếp hoặc thông qua hệ thống trợ giúp điều hành Cốt lõi của các phương pháp điều khiển tình huống là mô hình ký hiệu Mô hình

ký hiệu là mô hình biểu diễn các phần tử của một ngôn ngữ sử dụng PMD Thông thường, nó là một tập hợp của các ký hiệu nghe-nhìn, dấu hiệu và hình vẽ chỉ ra các tình huống hiện thời, hoặc tiếp theo của hệ thống Tính chất riêng biệt của điều khiển tình huống tạo ra sự khác biệt giữa các phương pháp Các phân tích dưới đây chỉ ra các đặc điểm cơ bản của điều khiển tình huống trong hệ thống viễn thông

1 Điều khiển tình huống luôn yêu cầu một lượng nhất định các dữ liệu ban đầu dựa trên thông tin về một đối tượng điều khiển, các luật hoạt động và tiếp cận cho điều khiển Các nỗ lực này chỉ có ý nghĩa khi không sử dụng được các phương pháp khác để đặc tính hóa đối tượng cũng như thủ tục điều khiển Ví dụ, điều khiển tình huống một đối tượng là không cần thiết khi ta có thể biểu diễn đối tượng bằng một hệ phương trình vi phân Nhưng sẽ rất có ý nghĩa khi ở đây

có hàng nghìn hệ phương trình biểu diễn một hệ thống

2 Sự lựa chọn ngôn ngữ mô tả tình huống hiện thời của đối tượng là rất quan trọng Một ngôn ngữ phải phản ánh được các tham số chính và các mối quan hệ

để phân loại các đặc tính và tạo ra các bước điều khiển đơn lẻ

3 Ngôn ngữ định nghĩa tình huống không chỉ phản ánh tất cả thực tế số học và các mối quan hệ sử dụng đặc tính hóa đối tượng điều khiển mà còn lượng hóa các hiểu biết không thể hình thức bằng toán học

PTIT

4 Phân loại các tình huống và tổ hợp vào trong các lớp dưới các quyết định điều khiển đơn bước thường mang tính trừu tượng và chủ quan Điều này cho thấy thông tin về tình huống và quyết định điều khiển được đưa ra bởi hệ chuyên gia Tuy nhiên, sự hiểu biết của chuyên gia trong giai đoạn đầu có thể không đáp ứng được các tình huống hiện thời đối với một hệ thống lớn

5 Hướng dẫn và luật điều khiển đóng vai trò quan trọng trong các quyết định điều khiển Các luật này có tên là luật ánh xạ logic LTR (Logic Transfromational Rule) được khởi tạo bởi các chuyên gia và định nghĩa lại trong các xử lý điều hành hệ thống

6 Các hệ thống điều khiển tình huống không nhằm mục tiêu điều khiển tối ưu mà chỉ hướng tới hiệu quả không xấu hơn đối với cơ chế điều hành nhân công Điều này có được là do có thể đưa ra các quyết định khách quan trong cả trường hợp bình thường hay tới hạn nên còn được gọi là phương pháp kinh nghiệm

7 Hơn nữa, các quyết định từng bước không xác định chiến lược điều khiển cho các đối tượng điều khiển thời gian thực Các đối tượng này cần có các quyết định đệ quy để có được quyết định cuối cùng

Các vấn đề trên cho thấy các hệ thống viễn thông sử dụng tiếp cận điều khiển tình huống và cần có các tiêu chuẩn phù hợp để đánh giá định tính hoặc định lượng các yêu cầu điều khiển Thêm vào đó, sự phân loại các hệ thống viễn thông thành các miền mạng (cục bộ, vùng và diện rộng) nên điều khiển thường thuộc lớp cao của kiến trúc Ví dụ, một số bài toán điều khiển được thực hiện qua hàm mục tiêu chuẩn hóa như định tuyến hay điều khiển chống tắc nghẽn cũng vẫn là các điều khiển tình huống và không chỉ ra trực tiếp bài toán tối ưu Vì vậy, các hệ thống viễn thông hiện đại cần phát triển các phương pháp điều khiển dựa trên các thủ tục điều khiển như là một hệ thống quản lý mạng, tối ưu hóa định tuyến và các chức năng riêng biệt của các phần tử mạng

PTIT

1.3 CÁC THUỘC TÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Một hệ thống điều khiển cần thỏa mãn một số điều kiện: điều khiển được, nhận dạng, bền vững và bất biến Các phương pháp thống kê mẫu dưới giả thiết giám sát các biến ngẫu nhiên, tiến trình ngẫu nhiên và các trường ngẫu nhiên cũng như các tham số mẫu cho các giá trị khác nhau của các cửa sổ tương quan

a, Thuộc tính điều khiển

Điều khiển được là thuộc tính của một hệ thống khi chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác trong một khoảng thời gian yêu cầu Thuộc tính này được thể hiện

khi bất kỳ một thành phần nào của trạng thái x i (t) trong hệ thống S(t,x,u) được truy nhập cho hoạt động điều khiển (ảnh hưởng bởi u(t)) Để đảm bảo khả năng điều

khiển được, các điều kiện “lọc” phải được thỏa mãn Thuộc tính này có thể biểu diễn bằng khả năng chuyển giao giữa các trạng thái dưới điều kiện tài nguyên hạn chế Đặc tính điều khiển được tồn tại khi các điều kiện sau tồn tại: giám sát được, nhận dạng được, bền vững và bất biến

Khả năng giám sát được của hệ thống là khi hệ thống đảm bảo khả năng thu thập thông tin về mỗi thành phần của vector trạng thái x T( )t x x1, 2, ,x n Nếu một phép

đo có thể thực hiện không có lỗi thì biểu thức tất định sau có thể tồn tại

( ) ( )

y t Hx t (1.1)

Trong đó, H là hệ số tăng (hoặc giảm) dưới phép đo x(t) Nếu có lỗi trong phép

đo hoặc nhiễu trong kênh giám sát v(t) thì biểu thức 1.1 thành biểu thức ngẫu nhiên

Đánh giá mẫu có thể thu được từ công thức tính toán giá trị trung bình,

Với n là kích thước mẫu Cũng phương pháp tiếp cận, ta có thể tính toán độ phân

tán của mẫu bằng biểu thức

PTIT

Vì vậy, các đánh giá mẫu thu được sau một số chu kỳ thời gian để nhận được thống kê chính xác và thực hiện tính toán Trong một số trường hợp, trễ quá lớn trong quá trình thu thập mẫu dẫn tới không sử dụng được cho điều khiển

Đánh giá đệ quy giả thiết vấn đề xử lý thống kê mẫu trong thời gian thực theo

từng bước Mỗi bước đệ quy gắn liền với việc thu nhận giá trị mẫu hiện thời y k Giá trị này so sánh với giá trị trước đó (y k yˆk1) và bổ sung giá trị thu được với trọng

số 1/ Giá trị thu được thể hiện qua biểu thức sau:

tiến trình ngẫu nhiên x(k) biểu diễn cuộc gọi với nhiễu trắng Gassian v(k) Giám sát

ngẫu nhiên cho cả hai tiến trình, sự ngẫu nhiên của đối tượng giám sát có thể có vài khía cạnh khác nhau và chuỗi thống kê có thể tạo theo nhiều cách khác nhau Để lấy thống kê mẫu cần có một số bước: xác lập lớp của đối tượng giám sát (giá trị ngẫu nhiên hay tiến trình ngẫu nhiên); và tạo mẫu theo lựa chọn theo công thức

(1.8) Nếu giả thiết x(t) là một chuỗi ngẫu nhiên, ta có các giá trị hằng số

( (t)x const) trong thời gian giám sát T t t1, , ,2 t n Nhưng giá trị của x(t) và x(k) là

PTIT

không biết (vẫn đảm bảo tính ngẫu nhiên) Các giá trị nhận được của y k là y k y k

Đối với bất kỳ tổ chức tiến trình mẫu nào thì giá trị y k là độc lập do không tương quan với nhiễu Chuỗi mẫu thu được y k x kv k k, 1, 2, ,n được xử lý bởi công thức (1.5) để lấy các giá trị trung bình

Để tìm thống kê mẫu cho tiến trình x(t), ta cần chọn hai tham số chính: chu kỳ giám sát T 0 và tốc độ mẫu f d 1/d với giá trị d là khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu Việc lựa chọn tham số này phụ thuộc vào việc sử dụng các thống kê

là độ tin cậy khi xác định khả năng thực thi các hàm yêu cầu trong một khoảng thời gian Thành phần thứ hai “sống sót” xác định đặc tính thực thi hàm yêu cầu dưới một số điều kiện cho trước Thành phần thứ ba “bảo vệ nhiễu” là bất biến với các loại nhiễu Bền vững có thể hiểu theo nghĩa hẹp là độ ổn định của hệ thống Một hệ thống có thể chuyển tới trạng thái bất ổn định khi tham số hoặc hoạt động đầu vào không đúng Các hệ thống bền vững đưa ra các đáp ứng giới hạn với các đầu vào giới hạn Điều đó có nghĩa là tồn tại điều kiện ràng buộc giá trị đầu ra theo đầu vào

( ) / ( )

dy t dx t   (1.11)

PTIT

Hệ thống bền vững hoàn toàn khi ổn định với bất kỳ đầu vào nào Độ ổn định hệ thống có thể được nhìn nhận từ một số khía cạnh khác nhau: độ ổn định lyapunov,

Trường hợp hệ thống bất biến nếu bất kỳ một hoạt động đầu vào v(t) nào đều

không dẫn tới các đáp ứng không mong muốn ( )y t  y

1.4 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

1.4.1 Điều khiển cung cấp QoS

Cung cấp QoS cho các dịch vụ mạng luôn là vấn đề then chốt của các hệ thống truyền thông và thường gắn liền với các giải pháp quản lý mạng Các thuật toán điều khiển hệ thống viễn thông phải tính tới hàng loạt các đặc tính như: trạng thái phân tán của mạng trên cả khía cạnh không gian và thời gian; trễ khác nhau giữa các vòng điều khiển kết nối trạng thái và các phần tử mạng; nguyên tắc điều khiển manager/agent được thực hiện dưới tương tác của các đối tượng điều khiển tách biệt; tương tác giữa các phần tử mạng được thực hiện qua một tập giao thức phân cấp để xử lý tuần tự dữ liệu điều khiển

Chú ý rằng hiện nay chưa có một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh nào cho các mạng viễn thông, đặc biệt là mạng diện rộng MAN và WAN Vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ mạng được thông qua các thỏa thuận và hợp đồng lưu lượng theo một

số tham số QoS sau: thông lượng lượng mạng, độ tin cậy, tổn thất gói, trễ và biến động trễ (Rec Y.1540) Các tham số này được thể hiện qua thỏa thuận cung cấp dịch SLA (Service Level Agreement) còn gọi là hợp đồng lưu lượng giữa người sử dụng

và nhà cung cấp dịch vụ Khái niệm QoS có thể định nghĩa như tỷ lệ tổng thể của các đặc tính dịch vụ xác định mức độ thỏa mãn người dùng từ một dịch vụ nhất định Thông thường, QoS được đặc trưng bởi trễ kết nối, thông lượng dữ liệu và

PTIT

chất lượng kết nối Thỏa thuận SLA có thể được thực hiện trước các phiên truyền thông thực tế hoặc theo một số chu kỳ thời gian và được dùng để điều khiển các dịch vụ mạng Vì vậy, các thuật toán điều khiển chính thường gồm điều khiển tình huống, cận tối ưu thay vì điều khiển tất định thông qua các tiếp cận xác suất Qua các phân tích trên, một kiến trúc logic đưa ra gồm ba mặt bằng: điều khiển, dữ liệu

và quản lý được chỉ ra trên hình 1.2 Các tiếp cận chung bao gồm các phương pháp

và kỹ thuật sử dụng để cung cấp QoS được chỉ ra trên hình 1.3

Hình 1.2: Cấu trúc logic của thỏa thuận cung cấp chất lượng dịch vụ

Hình 1.3: Các kỹ thuật cung cấp QoS cho mạng viễn thông

Các kỹ thuật cho mặt bằng điều khiển Các kỹ thuật này liên quan trực tiếp tới

các đường dẫn dữ liệu của người dùng gồm 3 kỹ thuật chính (i) Kỹ thuật điều khiển chấp nhận cuộc gọi CAC (Call Admission Control) điều khiển các yêu cầu luồng lưu lượng mới phù hợp với trạng thái tài nguyên mạng CAC xác định các kết quả lưu lượng trong điều kiện tắc nghẽn hoặc suy giảm cấp độ chất lượng cho các dịch

vụ trong hệ thống hiện thời (ii) Kỹ thuật định tuyến QoS cung cấp sự lựa chọn tuyến thỏa mãn yêu cầu chất lượng dịch vụ của một luồng dữ liệu cụ thể Thông

PTIT

thường, chỉ một hoặc hai điều kiện ràng buộc được đưa ra làm cơ sở tính toán tuyến (iii) Kỹ thuật dự trữ tài nguyên thường được sử dụng trong các mạng IP dựa trên giao thức dự trữ tài nguyên nhằm dành trước tài nguyên cho luồng lưu lượng

Kỹ thuật cho mặt bằng dữ liệu Đó là một nhóm kỹ thuật liên quan trực tiếp tới

các luồng lưu lượng người sử dụng Một số kỹ thuật điển hình như quản lý bộ đệm, tránh tắc nghẽn, lập lịch và xếp hàng, phân loại và chia cắt lưu lượng Kỹ thuật quản

lý bộ đệm làm giảm các gói tin điều khiển đợi tại hàng đợi truyền dẫn Mục tiêu quan trọng nhất là tối thiểu hóa độ dành trung bình hàng đợi tại tốc độ cao nhằm tăng độ hiệu dụng kênh Bên cạnh đó, kỹ thuật quản lý bộ đệm nhằm phân bổ công bằng không gian đệm giữa các luồng lưu lượng khác nhau Giải pháp hiện nay sử dụng cơ chế quản lý bộ đệm tích cực để giải quyết các khả năng tắc nghẽn ví dụ như thuật toán loại bỏ gói sớm RED (Random Early Detection) Khi RED được áp dụng, chuỗi gói tin bị cắt bỏ dựa trên độ dài trung bình nhằm tránh các khả năng từ chối phục vụ Kỹ thuật tránh tắc nghẽn hỗ trợ mức tải mạng thấp hơn một chút thông lượng mạng thông qua giải pháp cắt tải lưu lượng

Tiếp cận đánh dấu gói tin được sử dụng để định nghĩa một mức dịch vụ cụ thể cho các gói tin khác nhau Việc đánh dấu gói tin thường được thực hiện tại các đầu vào bộ định tuyến qua thủ tục gán một số giá trị vào trường chức năng đặc biệt của tiêu đề gói tin

Mục tiêu chính của các kỹ thuật lập lịch và xếp hàng là lựa chọn một gói tin cụ thể từ bộ đệm để đưa vào kênh truyền Tùy thuộc vào hàm mục tiêu xử lý gói tin tại đầu ra mà cơ chế xử lý dựa trên một số luật cụ thể như: vào trước ra trước FIFO (First In – First Out), hàng đợi trọng số công bằng WFQ (Weight Fair Queuing) hay hàng đợi dựa trên phân lớp dịch vụ CBQ (Class Based Queuing)

Mục tiêu của xử lý chia cắt lưu lượng là điều khiển tốc độ và kích thước các luồng dữ liệu tại đầu vào mạng Lưu lượng ban đầu được chuyển qua các bộ đệm có cấu trúc đặc biệt để cho phép dự đoán các đặc tính luồng lưu lượng Hai thuật toán phổ biến sử dụng cho chia cắt lưu lượng là thuật toán thùng dò (leaky bucket) và

PTIT

thùng thẻ (token bucket) Thuật toán thùng dò thực hiện điều chỉnh tốc độ cho các luồng lưu lượng đầu vào, khi bộ đệm (thùng) đầy thì các gói vượt quá sẽ bị loại bỏ Trái ngược với thuật toán trên, thuật toán thùng thẻ không điều chỉnh tốc độ ra và cũng không loại bỏ gói Tốc độ đầu vào và đầu ra sẽ cân bằng khi có các thẻ bài trong các bộ đệm tương ứng Các thẻ được tạo ra với các tốc độ xác định và nằm dưới đáy thùng Các gói tin được chuyển đi phụ thuộc vào tham số tốc độ tạo thẻ và kích thước thùng

Các kỹ thuật liên quan tới mặt bằng quản lý Mặt bằng quản lý QoS gồm các kỹ

thuật chịu trách nhiệm duy trì, quản lý và điều khiển mạng tương thích với lưu lượng người sử dụng Một trong các kỹ thuật đó là đo kiểm để kiểm tra các tham số luồng dữ liệu thực tế để so sánh với giá trị yêu cầu trong SLA Sau khi phân tích các kết quả, các cơ chế điều khiển luồng lưu lượng được áp dụng trong từng điều kiện

cụ thể của mạng Giao thức dự phòng tài nguyên RSVP (Resource reservation Protocol) là giao thức đóng vai trò trung tâm nhằm cải thiện các cơ chế kỹ thuật trên cho nhiệm vụ dự phòng và quản lý tài nguyên Để cung cấp chất lượng dịch vụ theo yêu cầu trong từng giai đoạn chuyển phát gói tin, RSVP được tích hợp với các cơ chế định tuyến để điều khiển lưu lượng Các cơ chế này gồm: điều khiển truy nhập, phân loại lưu lượng, dữ liệu và lập kế hoạch hàng đợi… Hiện có 3 mô hình cung cấp dịch vụ trong các hệ thống viễn thông gồm: mô hình nỗ lực tối đa, tích hợp dịch

vụ và phân biệt dịch vụ (hình 1.4)

Hình 1.4: Các mô hình cung cấp dịch vụ

Mô hình tích hợp dịch vụ (IntServ) sử dụng các nguồn tài nguyên dự phòng tích

hợp cho một nhóm luồng lưu lượng nhất định và có thể gây ảnh hưởng xấu tới các luồng còn lại nhất là khi tài nguyên dự phòng không được sử dụng Tuy nhiên, mô hình này đảm bảo chặt chẽ chất lượng dịch vụ theo yêu cầu Thêm vào đó, mô hình

PTIT

không có các bộ công cụ đặc biệt để cung cấp QoS cho các luồng lớn (Macro) và

giới hạn trong miền ứng dụng tích hợp dịch vụ Mô hình này gắn kết chặt chẽ với khả năng đáp ứng tải lưu lượng của bộ định tuyến cũng như yêu cầu thay đổi phần mềm của bộ định tuyến để nhận diện các ứng dụng mạng

Các mô hình phân biệt dịch vụ (DifServ) hướng tới mục tiêu phân biệt dịch vụ cung cấp cho các lớp lưu lượng ghép Mục tiêu của mô hình là đưa ra các nguyên tắc cung cấp QoS cho các luồng lưu lượng lớn trên cơ sở mối quan hệ của các lớp dịch vụ

Mô hình nỗ lực tối đa hướng tới mục tiêu phân bổ công bằng các tài nguyên Mô hình này không hỗ trợ các cơ chế điều khiển nguồn tài nguyên mạng cũng như thuật toán phân bổ Bên cạnh đó, mô hình cho phép xảy ra tắc nghẽn nếu lưu lượng lớn

và không đảm bảo chuyển phát gói tin thành công Tuy nhiên, mô hình rất hiệu quả khi trong mạng không có yêu cầu chuyển phát lưu lượng thời gian thực

1.4.2 Tiếp cận RACS và RASF

Phân hệ điều khiển chấp nhận và tài nguyên RACS (The Resource and Admission Control Sub-System) thực hiện các chức năng điều khiển cho mạng truy nhập và các nút biên thuộc mức thực thi lõi Mức thực thi lõi là một phần của mạng với phương thức định tuyến sử dụng giao thức IP Mạng truy nhập là thành phần mạng sử dụng để tập trung và phân bổ lưu lượng tới người dùng đầu cuối Điều khiển tài nguyên trong mạng truy nhập tương đương với điều khiển lớp liên kết dữ liệu thuộc lớp 2 của mô hình kết nối hệ thống mở OSI Trong khái niệm của RACS, điều khiển tài nguyên không xem xét tới mức lõi mạng Điều khiển trực tiếp tài nguyên được thực hiện bởi một vài phần tử mạng xác định lưu lượng tại mức liên kết (mức 2) cũng như là các phần tử mạng đặt tại biên mạng truyền tải Thành phần A-RACF thực hiện các chức năng điều khiển liên quan trực tiếp tới nguồn tài nguyên của mạng truy nhập Thành phần chức năng quyết định chính sách dịch vụ SPDF (Service-Based Policy Decision Function) thực thi điều khiển dựa trên các

PTIT

chính sách đối với dịch vụ trên biên của mức lõi mạng Kiến trúc RACF được chỉ ra trên hình 1.5 không nhận bất kỳ một thông tin về cấu hình nào từ mức lõi mạng

Hình 1.5: Kiến trúc của phân hệ RACS

Quản lý QoS được thực hiện trên mô hình “Đẩy” theo nguyên lý Ponselle Trong trường hợp này, thành phần điều khiển gồm cả A-RACF và SPDF gửi các lệnh tới thiết bị truyền tải Ở đây không có sự mâu thuẫn trong các định nghĩa của ITU và ETSI đưa ra do đều là tổ chức xây dựng tiêu chuẩn Tuy nhiên, một số điểm khác biệt cũng cần được chỉ ra và phân tích như dưới đây

Thứ nhất, đó là một phần tử mạng thực hiện nhiệm vụ điều khiển, đối ngược với RACS, kiến trúc RACF xem xét tiến trình quản lý cho tất cả các phần mạng để cung cấp QoS theo yêu cầu

Bên cạnh đó, kiến trúc RACF cung cấp nhiều kịch bản quản lý nguồn tài nguyên mạng hơn kiến trúc RACS

ITU xác định kiến trúc quản lý QoS trong hệ thống tiêu chuẩn Ý tưởng chính của kiến trúc quản lý QoS được xây dựng trên nguyên tắc độc lập giữa lớp truyền tải và lớp dịch vụ Ví dụ, khi thoại được truyền qua giao thức IP trong mạng internet, lưu lượng thoại được truyền sau khi các thủ tục báo hiệu được hoàn tất giữa các phần tử của mạng báo hiệu Một phần lưu lượng báo hiệu được chuyển qua mạng cùng với mức ưu tiên tương tự như dữ liệu do tại mức mạng không có cơ cấu yêu cầu và đảm bảo QoS Để giải quyết vấn đề này, ITU đề xuất phân biệt mức

PTIT

truyền tải và mức ứng dụng độc lập nhau Cùng với khái niệm độc lập giữa các mức, nguồn tài nguyên mạng yêu cầu được cung cấp bởi mức mạng sau khi nhận được lệnh từ mức ứng dụng Theo đó, mức ứng dụng chịu trách nhiệm trao đổi các bản tin báo hiệu giữa các ứng dụng Mức truyền tải chịu trách nhiệm về độ tin cậy cho cả luồng lưu lượng điều khiển và các gói tin dữ liệu Chức năng điều khiển của mức truyền tải phục vụ các kết nối giữa các mức ứng dụng và truyền tải Chức năng này cho phép được được cung cấp dựa trên phân tích trạng thái tài nguyên và chính sách truy nhập được thiết lập bởi nhà khai thác tới người sử dụng Ngoài ra, chức năng này điều khiển các thiết bị mạng để cung cấp các dịch vụ yêu cầu Chức năng của RACF xác định tài nguyên khả dụng và thực hiện điều khiển được thể hiện trên hình 1.6

Hình 1.6: Kiến trúc của phân hệ RACF

Chức năng điều khiển dịch vụ SCF (Service Control Function) chịu trách nhiệm truyền dẫn dữ liệu báo hiệu trong thời gian thiết lập phiên truyền thông Chức năng này yêu cầu mức QoS trong phần tử đặc biệt của RACF Phần tử này xác định tài nguyên khả dụng của mạng để đáp ứng yêu cầu QoS và điều khiển thiết bị thực hiện nhiệm vụ Chức năng của dữ liệu cho mạng gắn thêm hỗ trợ hồ sơ gán mức QoS cho người dùng Trong thủ tục nhận dạng cuộc gọi, chức năng này kiểm tra yêu cầu truy nhập tài nguyên của người dùng Kiến trúc chức năng này được thiết kế độc lập với phía người sử dụng do RACF có thể ứng dụng cho cả mạng truy nhập và mạng lõi RACF gồm hai khối chức năng, khối thứ nhất chịu trách nhiệm thực thi các chính sách và luật yêu cầu PD-FE và khối chức năng thứ hai điều khiển tài nguyên

PTIT

lớp truyền tải TRC-FE Khối PD-FE xác định khả năng cung cấp dịch vụ thông qua một số thủ tục kiểm tra dữ liệu sau: hồ sơ người dùng trong mạng truy nhập, mức thỏa thuận dịch vụ, chính sách, mức ưu tiên và yêu cầu tài nguyên mạng Sau khi nhận được yêu cầu, PD-FE gửi thông tin truyền tải lưu lượng tới thiết bị mạng để yêu cầu cung cấp tài nguyên Thông tin này gồm một số nội dung như: các lệnh điều khiển gateway; đánh dấu các gói tin của luồng lưu lượng; dữ liệu địa chỉ lớp mạng và địa chỉ cổng cho chức năng chuyển đổi địa chỉ; điều khiển các tốc độ truyền dẫn; phương thức lọc lưu lượng; thứ tự của dữ liệu truyền

PD-FE đưa ra các quyết định điều khiển thiết bị của mạng truy nhập dựa trên một phần tử chức năng gọi là PE-FE PE-FE được đặt tại biên mạng để cung cấp các luật nhất định cho các luồng lưu lượng Trong mạng truyền thông thời gian thực, các chức năng của phần tử của phần tử PE-FE có thể thực hiện bởi một số thiết bị sau: Thiết bị biên điều khiển phiên SBC (Session Boundary Control); hệ thống kết cuối modem cáp; các bộ định tuyến biên Vì vậy, chức năng tạo quyết định PD-FE điều khiển chất lượng dịch vụ của mạng nhờ phần tử PE-FE được đặt trên biên mạng Phần tử chức năng điều khiển tài nguyên của giao thức truyền tải TRC-FE dò tìm trạng thái của tài nguyên mạng TRC-FE tạo ra các quyết định về cung cấp dịch

vụ dựa trên cơ sở dữ liệu độ khả dụng tài nguyên mạng Phần tử chức năng TRC-FE hướng tới điều khiển nguồn tài nguyên mạng truy nhập dựa trên giao thức truyền tải

sử dụng Khối PD-FE điều khiển nguồn tài nguyên lớp mạng truyền tải độc lập với giao thức truyền tải

1.4.3 Điều khiển cấu trúc

Đặc tính cấu trúc hệ thống được phản ánh thông qua các tính chất đặc thù Các tính chất đặc thù của một hệ thống viễn thông gồm các hệ thống của trung tâm truyền thông và các kết nối giữa chúng, tương ứng với định nghĩa về hệ thống là một tập các phần tử được kết nối với nhau

Cấu trúc mạng được định nghĩa tại một số mức khác nhau như: mức vật lý (nút

và liên kết), mức liên kết dữ liệu (kênh) và mức mạng (định tuyến) Các cấu trúc

PTIT

này có thể tĩnh hoặc động, thay đổi dưới các điều kiện lưu lượng hoặc phương thức điều khiển Thông thường, cấu trúc vật lý được giả định là không biến đổi theo thời gian Nhưng các nguồn tài nguyên vật lý khác nhau (miền tần số, thời gian) yêu cầu ứng dụng phân bố động các nguồn tài nguyên Nó liên quan trực tiếp tới tài nguyên như truy nhập không gian – thời gian, mã hóa không gian – thời gian, tái sử dụng tần số, antena thích ứng… Cấu trúc mạng cho mức kênh có thể tĩnh hoặc động tùy thuộc vào yêu cầu lưu lượng của thiết bị kết cuối Cấu trúc mạng trên mức mạng thường động kể cả phương pháp định tuyến tĩnh hoặc động đều cho thấy sự biến động của lưu lượng Vì vậy, mạng viễn thông hiện đại cần được ứng xử như một mạng có cấu trúc động Các thủ tục điều khiển khác nhau được sử dụng cho các cấu trúc động như vậy Các thủ tục này tạo thành chuỗi nhiệm vụ khác nhau từ đầu nguồn phát thông tin tới nơi nhận thông tin trong mạng

Các phương pháp chính sử dụng để cải thiện các thủ tục điều khiển cho một cấu trúc mạng là các phương pháp sử dụng phần mềm điều khiển dựa trên ngưỡng tự nhiên Điểm mạnh của ngưỡng tự nhiên là sự thay đổi cấu trúc điều khiển sau khi đạt được một vài điểm ngưỡng định trước Các tiêu đề gói tin đóng vai trò quan trọng trong giải pháp điều khiển này, khi các địa chỉ nguồn và đích được xác định, một số dữ liệu khác cho phép thực hiện một số chức năng xử lý trong quá trình các gói tin trên tuyến Cùng thời gian đó, Các phương pháp tối ưu được thực hiện Các phương pháp này cung cấp các cải thiện hoặc tối ưu cấu trúc mạng theo một vài tiêu chí

Với mục tiêu tối ưu cấu trúc mạng, vấn đề được nhìn nhận khi sự cần thiết của trong tối ưu điều khiển của một cấu trúc mạng tăng lên, dẫn tới các phương pháp điều khiển dựa trên phần mềm không đưa ra được các mức cung cấp QoS theo yêu cầu Ví dụ như, sự tắc nghẽn cổ chai, trễ lớn cũng như mức tổn thất gói tin cao Các

cơ chế định tuyến đảm bảo QoS thường thuộc bài toán NP- Complete và không ứng dụng được trong mạng thời gian thực Vì vậy, một số thủ tục tối ưu được phát triển

để tìm kiếm tuyến tối ưu Ví dụ giao thức OSPF sử dụng tiến trình tìm đường tối ưu theo trọng số để giải quyết một nhiệm vụ tối ưu trong lớp phân bổ các tài nguyên

PTIT

Thuật toán tìm kiếm được giải theo từng bước, trong đó mỗi bước kế tiếp được xây dựng trên cơ sở kết quả của bước phía trước và được coi như một nhiệm vụ của bài toán quy hoạch động

Tối ưu các thủ tục động trong điều khiển cấu trúc hệ thống viễn thông Với các điều kiện ràng buộc cho các mức QoS, để tránh rơi vào lớp bài toán NP-comlete khi phân bổ lại lưu lượng, ta sử dụng thuật toán đệ quy để giảm thiểu tắc nghẽn trong mạng Ý tưởng chính của thuật toán như sau: sử dụng chiến lược điều khiển tập trung cho toàn bộ hoặc một phần mạng

1.4.4 Điều khiển trạng thái

Các trạng thái chức năng của hệ thống viễn thông được phản ánh bởi các mô

hình cho từng mạng cụ thể Các trạng thái x(t) có thể thay đổi theo thời gian tùy

thuộc vào một số yếu tố Các trạng thái mong muốn có thể được thiết lập bởi các thủ tục điều khiển cho cả các yếu tố ảnh hưởng hay các trạng thái Hàm điều khiển cho một đối tượng cụ thể xác định một cơ cấu điều khiển cho đối tượng gồm: giám sát trạng thái, điều khiển sự thay đổi trạng thái, chỉ dẫn cho điều khiển thay đổi

trạng thái Vì vậy, cơ chế này đủ để tính toán không chỉ trạng thái hiện thời x(t) mà

có tính toán tốc độ thay đổi trạng thái dx(t)/dt Ở đây có ba miền chức năng của điều

khiển

(i) Giám sát hoạt động của một đối tượng để xác định sự thiếu hụt và tài

nguyên hiện có, phục vụ cho quá trình điều khiển Thường có hai trạng thái của một đối tượng được sử dụng trong điều khiển tài nguyên là cho phép và ngăn cản Mô hình điều khiển tài nguyên được sử dụng gồm mô hình khái niệm và mô hình rời rạc

(ii) Tải lưu lượng hoặc mức độ sử dụng của phần tử để xác định hiệu suất của

phần tử hay độ khả dụng của các tài nguyên Các trạng thái của đối tượng này thường là: không tải (idle), tải nhẹ (active) và tải nặng (bận)

PTIT

(iii) Trạng thái quản trị mô tả khả năng sử dụng các nguồn tài nguyên Trạng

thái này được chia thành 3 giai đoạn: truy nhập tài nguyên bị khóa (blocked), phương thức tắt hoặc ngừng

Các trạng thái của đối tượng điều khiển có các đặc tính khác nhau được mô tả qua các thuộc tính Các thuộc tính này dùng để đặc tính hóa hoạt động và sử dụng của một đối tượng trong hệ thống điều khiển liên quan tới các phương pháp điều khiển tình huống

1.5 KIẾN TRÚC VÀ PHÂN LOẠI BÁO HIỆU

Báo hiệu được sử dụng giữa người dùng và mạng hoặc giữa các phần tử mạng để trao đổi các thông tin điều khiển khác nhau như: mô tả lưu lượng, dịch vụ và nhận dạng kênh Nói cách khác, báo hiệu được sử dụng để thiết lập, giám sát và giải phóng các kết nối động Bao gồm các kết nối vật lý, ảo và kết nối logic Các kết nối tĩnh được cấu hình hoặc xử lý nhân công và có thể không sử dụng báo hiệu Ngoài

ra, báo hiệu cung cấp các phương tiện để dự trữ tài nguyên Báo hiệu cung cấp phương tiện để trao đổi các thông tin liên quan tới kết nối trong, trước hoặc sau khi các hoạt động truyền tải thông tin diễn ra

1.5.1 Phân loại báo hiệu

Các kỹ thuật báo hiệu có thể được phân loại theo một số cách khác nhau Mục này tập trung vào các phương pháp kỹ thuật báo hiệu khác nhau trên cơ sở mạng viễn thông và mạng truyền thông dữ liệu

Báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng: Trong mạng truyền thông dữ

liệu, báo hiệu trong băng liên quan tới việc sử dụng cùng kênh ảo để mạng thông tin báo hiệu và thông tin dữ liệu Báo hiệu ngoài băng là thông tin báo hiệu và dữ liệu được mang trên hai kênh ảo khác nhau Trong mạng viễn thông truyền thống, báo hiệu trong băng là báo hiệu sử dụng tần số trong băng tần thoại (300 Hz – 3400 Hz) Báo hiệu ngoài băng là báo hiệu sử dụng băng tần lớn hơn băng tần thoại (<4000 Hz) Cả báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng đều có điểm hạn chế riêng Báo

PTIT

hiệu trong băng dễ bị ảnh hưởng bởi mã hóa thoại có thể dẫn tới gián đoạn không mong muốn Báo hiệu ngoài băng cần bổ sung các thiết bị điện tử để hỗ trợ xử lý báo hiệu

Báo hiệu trong kênh và báo hiệu kênh chung: Cả báo hiệu trong băng và báo

hiệu ngoài băng trong mạng viễn thông đều có thể cùng loại là báo hiệu trong kênh Trong báo hiệu trong kênh, kênh vật lý mang cả thông tin báo hiệu cũng như là thoại/dữ liệu Báo hiệu kênh chung sử dụng kênh tách biệt để mang thông tin báo hiệu cho một số kết nối Báo hiệu trong kênh và báo hiệu kênh chung trong mạng viễn thông tương tự như báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng trong các mạng truyền thông dữ liệu

Hình 1.7: Phân loại các kỹ thuật báo hiệu

Báo hiệu kênh gắn kết và không gắn kết: Trong mạng viễn thông, báo hiệu

kênh chung được chia thành hai loại: báo hiệu kênh gắn kết và báo hiệu kênh không gắn kết Trong báo hiệu kênh chung gắn kết, các kênh báo hiệu và đường dẫn dữ liệu cùng đi qua một phần tử mạng Tuy nhiên, khác với báo hiệu trong kênh, các kênh báo hiệu này không cùng chia sẻ kênh vật lý với luồng dữ liệu Trong báo hiệu kênh chung kênh không gắn kết, không có sự tương ứng giữa các kênh báo hiệu và các đường dẫn dữ liệu Trong mạng truyền thông dữ liệu, ý nghĩa của báo hiệu kênh gắn kết và báo hiệu kênh không gắn kết phụ thuộc vào công nghệ mạng Ví dụ, Mạng truyền tải bất đồng bộ ATM hỗ trợ cả hai loại báo hiệu Trong báo hiệu kênh gắn kết, tất cả bản tin báo hiệu cho mỗi luồng ảo được trao đổi qua kết nối ảo cố

PTIT

định (VCI=5) của luồng ảo đó Trong báo hiệu kênh không gắn kết, các bản tin báo hiệu cho tất cả các luồng được trao đổi trên một luồng ảo và kết nối ảo cố định (VPI=0, VCI=5)

Từ các kỹ thuật giải thích trên đây dựa trên nền một kỹ thuật khác có tên gọi

metasignalling thường được nói đến trong nhiều tiêu chuẩn báo hiệu khác nhau Metasignalling chỉ ra quá trình xử lý thiết lập các kênh báo hiệu bằng các thủ tục

báo hiệu Kênh báo hiệu cũng được thiết lập để thiết lập các kênh cho truyền tải dữ liệu

1.5.2 Một số đặc tính của báo hiệu

Nhằm đưa ra góc nhìn tổng quát về báo hiệu trong hệ thống viễn thông hiện đại,

ta xem xét một số đặc tính của báo hiệu gồm: bản tin xác nhận, bảo vệ bộ định thời, thỏa thuận tham số, nhận dạng kết nối/cuộc gọi, mô hình máy hữu hạn trạng thái,mã hóa và giải mã bản tin

o Các bản tin xác nhận được yêu cầu do đặc tính không tin cậy tự nhiên của đường truyền thông Nhằm tăng độ tin cậy cho phiên truyền thông, một số cơ chế báo hiệu bắt tay “handshakes” được sử dụng trong các trường hợp phương tiện truyền thông không đảm bảo độ tin cậy

o Bộ định thời được sử dụng để tránh hiện tượng trễ thông tin quá lớn do bản tin báo hiệu tổn thất hoặc gián đoạn Bộ định thời được khởi tạo ngay sau khi bản tin được truyền đi, trong trường hợp bản tin báo hiệu bị mất hoặc bị loại bỏ, bộ định thời sẽ quá hạn và bản tin được truyền lại Nếu bản tin đến được đích an toàn và được xác nhận, bộ định thời ngừng đếm Việc lựa chọn chính xác giá trị định thời rất quan trọng, nếu giá trị quá nhỏ thì bộ định thời sẽ thường xuyên quá hạn Nếu lựa chọn giá trị định thời lớn sẽ chống lại mục tiêu giữ thời gian và thường được chọn khoảng gấp hai lần trễ truyền lan vòng giữa hai đầu cuối

o Thỏa thuận tham số truyền là lựa chọn tham số thực tế từ một tập tham số chung Đặc tính và phạm vi của thỏa thuận tham số phụ thuộc vào số lượng lần

PTIT

bắt tay Thủ tục bắt tay ba bước cung cấp nhiều phạm vi thỏa thuận hơn so với bắt tay hai bước

o Mô hình máy hữu hạn trạng thái FSM (Finite State Machine) được sử dụng để

mô hình hóa các thủ tục báo hiệu thông qua các trạng thái hữu hạn Một mô hình điển hình gồm 3 trạng thái cơ bản: thiết lập, truyền dữ liệu và giải phóng cùng với các bản tin báo hiệu chuyển dịch giữa chúng

o Trong các mạng truyền thông dữ liệu, báo hiệu thường được mã hóa trong khuôn dạng TLV (Type-Length-Value) Các khối thông tin trong bản tin có thể được mã hóa theo kiểu TLV để thể hiện loại bản tin, độ dài bản tin và các nội dung thực của bản tin

Phương thức truyền bản tin báo hiệu có thể chia thành hai loại: điểm tới điểm và điểm tới đa điểm Phương thức truyền báo hiệu điểm tới điểm là phương thức đơn giản, phổ biến nhất và được dùng cho hai điểm đầu cuối Đối với các ứng dụng đa đường hoặc quảng bá, phương thức báo hiệu điểm tới đa điểm được sử dụng để thiết lập các kết nối từ điểm gốc tới các nút lá Phương thức này tiết kiệm được lượng băng thông báo hiệu phụ thuộc vào độ sâu và rộng của cây Các điểm hạn chế gồm: khó thiết lập, quản lý và giải phóng kết nối báo hiệu; truyền thông đơn hướng và khó thiết lập thông tin từ nút lá tới nút gốc nhằm khởi tạo báo hiệu

1.5.3 Chức năng báo hiệu trong mô hình OSI

Do khái niệm báo hiệu và điều khiển kết nối là một khái niệm rộng nên có thể nhìn nhận từ nhiều khía cạnh khác nhau của mạng Mục này sẽ cung cấp một số đặc tính cơ bản của báo hiệu theo kiến trúc mô hình tham chiếu OSI Mô hình kết nối hệ thống mở OSI (ISO/IEC 7498-1) là mô hình khái niệm để đặc tính và tiêu chuẩn hóa các chức năng nội của một hệ thống truyền thông bằng cách phân chia thành các lớp trừu tượng Mô hình OSI nhóm các chức năng truyền thông tương tự vào một trong 7 lớp logic (hình 1.8)

Lớp Vật lý: Các mạch vật lý tạo ra lớp vật lý của mô hình OSI Lớp vật lý mô tả các

tín hiệu điện, quang sử dụng cho truyền thông và chỉ liên quan tới các đặc tính vật

PTIT

lý của tín hiệu điện hoặc quang gồm: điện áp, dòng điện, kiểu phương tiện, đặc tính vật lý của đầu nối, đồng bộ Báo hiệu và điều khiển kết nối sử dụng lớp vật lý tương tự như các luồng dữ liệu để thực hiện các tác vụ Một số nhiệm vụ báo hiệu tới thiết bị đầu cuối có thể sử dụng chính các tham số vật lý của đường truyền dẫn làm phương tiện báo hiệu và điều khiển Ví dụ như báo hiệu mạch vòng đường dây thuê bao sử dụng dòng điện xoay chiều để cấp chuông cho thuê bao điện thoại

Hình 1.8: Mô hình tham chiếu kết nối hệ thống mở OSI Lớp liên kết dữ liệu: Lớp liên kết dữ liệu cung cấp một liên kết tin cậy giữa các nút

có kết nối trực tiếp bằng cách phát hiện và có khả năng hiệu chỉnh lỗi có thể xảy ra tại lớp vật lý Lớp liên kết dữ liệu được chia thành hai phân lớp: điều khiển truy nhập phương tiện MAC (Media Access Control) và điều khiển liên kết dữ liệu LLC (Logical Link Control) Phân lớp MAC có thể chứa các giao thức điều khiển truy nhập với các thuật toán điều khiển khác nhau Ví dụ, giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang/ dò tìm xung đột CSMA/CD hay đa truy nhập cảm nhận sóng mang/ tránh xung đột CSMA/CA Phân lớp LLC chịu trách nhiệm cho các khung đồng bộ, kiểm tra lỗi và điều khiển luồng Các khe thời gian đặc biệt hoặc phần đầu hoặc kết thúc khung được sử dụng để mang các thông tin báo hiệu và điều khiển

Lớp mạng: Lớp mạng trong mô hình OSI chịu trách nhiệm quản lý thông tin địa chỉ

logic trong các gói tin và chuyển phát các gói tin đó tới địa chỉ chính xác Các địa chỉ lớp mạng là một phần không thể thiếu trong hoạt động của các giao thức báo

PTIT

hiệu nhằm điều khiển kết nối, chuyển phát bản tin báo hiệu và thiết lập các tham số báo hiệu và điều khiển Chức năng báo hiệu trong mạng viễn thông thường gắn liền với các cơ chế định tuyến do định tuyến luôn là bước đầu tiên trong quá trình thiết lập kết nối Trong mạng truyền thông dữ liệu, chức năng báo hiệu tại lớp mạng thường là một phần của chức năng định tuyến vì các giai đoạn thiết lập, truyền và giải phóng kết nối được thực hiện đồng thời

Lớp truyền tải: Lớp truyền tải xử lý các chức năng truyền tải như là chuyển phát tin

cậy hoặc không tin cậy dữ liệu tới đích Trong mạng máy tính, thiết bị gửi đi chịu trách nhiệm chia dữ liệu thành các gói nhỏ hơn nhằm phát lại khi bị tổn thất Các gói tổn thất được phát hiện bởi các bản tin xác nhận ACK từ phía thiết bị thu Biên cạnh đó, lớp truyền tải cung cấp tùy chọn địa chỉ dịch vụ cho các dịch vụ và ứng dụng lớp trên Các thông tin điều khiển và báo hiệu cũng dựa trên chỉ số cổng để đưa ra các quyết định điều khiển dịch vụ Các cơ chế điều khiển cửa sổ luồng thông tin được ứng dụng trực tiếp trên giao thức TCP rất phổ biến trong các môi trường mạng truyền thông Thông thường, bài toán tối ưu hiệu năng mạng NUM (Network Utility Maximization) được tối ưu tại lớp truyền tải cùng với các tham số lớp dưới được đặt ra như một vấn đề then chốt trong điều khiển

Lớp phiên: Lớp phiên chịu trách nhiệm thiết lập, quản lý và giải phóng các phiên

kết nối giữa các ứng dụng tại các điểm cuối của truyền thông Trong giai đoạn thiết lập, dịch vụ và các luật áp dụng cho dữ liệu cho phiên truyền thông giữa các thiết bị được đưa ra Khi các thiết bị đầu cuối thỏa thuận được luật truyền, giai đoạn truyền

dữ liệu được tiến hành Giải phóng phiên kết nối để dành tài nguyên cho các kết nối khác được thực hiện khi phiên truyền kết thúc Như vậy, phần lớn các tác vụ điều khiển và báo hiệu nằm tại lớp phiên nên các giao thức báo hiệu thường được coi thuộc lớp phiên của mô hình OSI

Lớp trình diễn: Lớp trình diễn nằm ngay dưới lớp ứng dụng, khi nhận được dữ liệu

từ lớp ứng dụng cần được gửi đi qua mạng, lớp trình diễn đảm bảo khuôn dạng truyền thích hợp cho thông tin dữ liệu đó cho phía bên nhận được thành công Các

PTIT

chức năng tạo khuôn dạng dữ liệu tại lớp trình diễn có thể gồm nén, mã hóa và đảm bảo rằng các tập mã ký tự thể hiện đúng tại phía bên nhận

Lớp ứng dụng: Lớp ứng dụng là lớp cao nhất trong mô hình OSI Dữ liệu lưu lượng

thực thường được phát sinh từ lớp ứng dụng Lớp ứng dụng là lớp tương tác gần nhất với người sử dụng thông qua các phần mềm ứng dụng Các chức năng của lớp ứng dụng thường gồm: nhận diện thành phần truyền thông, xác định nguồn tài nguyên khả dụng và đồng bộ truyền thông Một số tác vụ điều khiển và báo hiệu nhằm quản lý tài nguyên cho các ứng dụng được thực hiện tại lớp này

Qua tóm tắt các chức năng của mô hình OSI trên đây cho thấy, các tác vụ báo hiệu và điều khiển hiện diện hầu hết tại các lớp của mô hình Tuy nhiên, từ góc độ mạng thì các vấn đề báo hiệu chủ yếu tập trung tại lớp phiên của mô hình OSI thông qua các giao thức Vấn đề điều khiển tài nguyên cục bộ thường được xử lý tại các phân lớp thấp như lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu Các vấn đề điều khiển tối ưu hệ thống thường được tiến hành tại lớp mạng và lớp truyền tải của mô hình OSI

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Nội dung chương 1 tập trung vào vấn đề nền tảng của điều khiển hệ thống cũng như khái quát chung về báo hiệu trong mạng truyền thông Từ các nguyên tắc chung của điều khiển tới tiếp cận điều khiển trong mạng viễn thông cho thấy vấn đề điều khiển các hệ thống lớn như hệ thống viễn thông là rất phức tạp Tiếp cận điều khiển

hệ thống viễn thông hiện nay thường dựa trên một phần điều khiển tự động và quyết định cao nhất từ người điều hành Các thuộc tính cơ bản của hệ thống điều khiển cũng đã được trình bày nhằm giúp người đọc có được kiến thức trong phân tích các phương pháp điều khiển Cụ thể hơn, các giải pháp chính điều khiển mạng viễn thông cũng được đưa ra với các phân tích trên nhiều khía cạnh khác nhau Phần cuối của chương giới thiệu khái quát các vấn đề liên quan tới kiến trúc và phân loại báo hiệu là nền tảng ban đầu cho các chương tiếp theo

Các nội dung ôn tập chính trong chương

- Các phương pháp tiếp cận và thuộc tính điều khiển hệ thống viễn thông;

PTIT

- Các giải pháp điều khiển hệ thống viễn thông;

- Tiếp cận RACF và RASF;

- Kiến trúc và phân loại chức năng báo hiệu

PTIT