TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ MỚI

NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với cấu trúc mạng đa dịch vụ dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất các hệ thống quản lý và điều khiển.. Bắt nguồn từ sự phát triển của

TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ MỚI 1.1 Định nghĩa

Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN - Next Generation Network) đang là xu hướng ở nhiều nước trên thế giới do các tính chất tiên tiến của nó như hội tụ các loại tín hiệu, mạng đồng nhất và băng thông rộng Tại Việt Nam, lĩnh vực viễn thông đang phát triển mạnh và nhu cầu người dùng về các loại hình dịch vụ mới ngày càng cao, vì vậy việc nghiên cứu để tiến lên NGN cũng là vấn đề cấp bách

NGN là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùng một cơ sở hạ tầng dựa trên nền tảng IP, làm việc trên cả phương tiện truyền thông vô tuyến và hữu tuyến NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với cấu trúc mạng đa dịch vụ dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất các hệ thống quản lý và điều khiển Các ứng dụng cơ bản bao gồm thoại, hội nghị truyền hình và nhắn tin hợp nhất như voice mail, email và fax mail, cùng nhiều dịch vụ tiềm năng khác

Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN Song vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho mạng NGN Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạng thế hệ mới nhưng 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 NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động

Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM và 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 có thể cung cấp cho mạng IP một lượng lưu lượng dữ liệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng 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 cốt lõi 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 số đó không được dự tính khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay

1.2 Động cơ xuất hiện mạng thế hệ mới

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

và các dịch vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ Các hệ thống mạng công cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, truyền dữ liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng lấn, tách rời được triển khai để đáp ứng những yêu cầu của chúng Do vậy, một sự chuyển đổi sang hệ thống mạng chuyển mạch gói tập trung là không thể tránh khỏi khi mà dữ liệu thay thế vị trí của thoại

và trở thành nguồn tạo ra lợi nhuận chính Cùng với sự bùng nổ Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả năng mạng thế hệ mới sẽ dựa trên giao thức IP Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ quan trọng và do đó, những thay đổi này dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lượng cao qua IP

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

•Cải thiện chi phí đầu tư

Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống được cải tiến chậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính Các chuyển mạch kênh này hiện đang chiếm phần lớn trong cơ sở hạ tầng PSTN Tuy nhiên chúng chưa thật sự tối

ưu cho mạng truyền số liệu Kết quả là ngày càng có nhiều dòng lưu lượng số liệu trên

mạng PSTN đến mạng Internet và sẽ xuất hiện một giải pháp với định hướng số liệu làm trọng tâm để thiết kế mạng chuyển mạch tương lai, nền tảng dựa trên công nghệ chuyển

mạch gói cho cả thoại và dữ liệu

Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhà khai thác lựa chọn nhà cung cấp

có hiệu quả nhất cho từng lớp mạng của họ Truyền tải dựa trên gói cho phép phân bổ băng tần linh hoạt, loại bỏ nhu cầu nhóm trung kế kích thước cố định cho thoại, nhờ đó giúp các nhà khai thác quản lý mạng dễ dàng hơn, nâng cấp một cách hiệu quả phần mềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệ thống

• Xu thế đổi mới viễn thông

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

giới đã ép buộc các nhà khai thác lớn phải mở cửa để các công ty mới tham gia thị trường cạnh tranh Trên quan điểm chuyển mạch, các nhà cung cấp thay thế phải có khả năng giành được khách hàng địa phương nhờ đầu tư trực tiếp vào “những dặm cuối cùng” của đường cáp đồng Điều này dẫn đến việc gia tăng cạnh tranh Các NGN thực sự phù hợp để

hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình được luật pháp cho phép khai thác

•Các nguồn doanh thu mới

Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và xuất hiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại Kết quả là phần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh của họ dưới ánh sáng của các dự báo này Cùng lúc đó, các nhà khai thác mới sẽ tìm kiếm mô hình kinh doanh mới cho phép họ nắm lấy thị phần, mang lại lợi nhuận cao hơn trên thị trường viễn thông

Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các dịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video

1.3 Đặc điểm của NGN

• Sử dụng cộng nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch) thay thế các thiết bị

chuyển mạch phần cứng (Hardware) cồng kềnh Các mạng của từng dịch vụ riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổng đài duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ Softswitch được ví như “trái tim” của NGN

• Mạng hội tụ thoại và dữ liệu, cố định và di động Các loại tín hiệu được

truyền tải theo kỹ thuật chuyển mạch gói, xu hướng sắp tới đang tiến lên sử dụng mạng IP với kỹ thuật QoS như MPLS

• Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: mạng truyền dẫn quang với

công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

1.4 Cấu trúc NGN

Cấu trúc NGN bao gồm 5 lớp chức năng:

• Lớp truy nhập dịch vụ (service access layer)

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

Lớp ứng dụng/dịch vụ

Lớp điều khiển

Lớp chuyển tải dịch vụ vụ Lớp truy nhập dịch vụ Thiết bị đầu cuối

Giao tiếp chuẩn

Giao tiếp chuẩn Thành phần NGN

Thành phần có liên quan đến NGN

Mạng lõiLớp quản lý

• Lớp điều khiển (control layer)

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

• Lớp quản lý (management layer)

Hình 1.1: Cấu trúc lớp mạng của NGN

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

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

vô tuyến cố định …)

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

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

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

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

Lớp ứng dụng / dịch vụ Lớp điều khiển Lớp chuyển mạch Thiết bị chuyển mạch mềm

Mạng truy cập N/M Thiết bị đầu cuối

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

vụ như dịch vụ mạng thông minh IN (Intelligent Network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển… Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API Nhờ giao diện mở này mà nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên mạng Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp này

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

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

1.5 Các thành phần của NGN

Mối tương quan giữa cấu trúc phân lớp chức năng và các thành phần chính của NGN được mô tả trong hình 1.2

Hình 1.2: Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong NGN Theo hình 1.2 ta nhận thấy, các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truy nhập (Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thông (Media Gateway) nằm ở biên của mạng trục Thiết bị quan trọng nhất của NGN là Softswitch nằm ở tâm của mạng trục (hay còn gọi là mạng lõi) Softswitch điều khiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua

Điều khiển truyền thông

PBX

các giao thức Hình 1.3 liệt kê chi tiết các thành phần NGN cùng với các đặc điểm kết nối

của nó đến mạng công cộng (PSTN)

Hình 1.3: Các thành phần chính trong NGN

Mô tả hoạt động của các thành phần

 Thiết bị Softswitch

Thiết bị softswitch là thiết bị đầu não trong mạng NGN Nó làm nhiệm vụ điều khiển cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng để tạo một cuộc gọi trong mạng NGN hoặc xuyên qua

nhiều mạng khác (ví dụ PSTN, ISDN) Softswitch còn được gọi là Call Agent (vì chức

năng điều khiển cuộc gọi của nó) hoặc Media Gateway Controller - MGC (vì chức năng

điều khiển cổng truyền thông Media Gateway)

Thiết bị Softswtich có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway) Softswitch điều khiển

cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính:

• Ngang hàng (peer-to-peer): giao thức giữa Softswitch và Softswitch, giao thức

sử dụng là BICC hay SIP

• Điều khiển truyền thông: giao tiếp giữa Softswitch và Gateway, giao thức sử dụng là MGCP hay Megaco/H.248

 Cổng truyền thông

Nhiệm vụ của cổng truyền thông (MG-Media Gateway) là chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng khác, thông thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet), hoặc từ dạng mạch analog/ISDN sang dạng gói Việc chuyển đổi này được điều khiển bằng Softswitch MG thực hiện việc mã hoá, giải mã

và nén dữ liệu

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

 Cổng truy nhập

Cổng truy nhập (AG - Access Gateway) là một dạng của MG Nó có khả năng giao tiếp với máy PC, thuê bao của mạng PSTN, xDSL và giao tiếp với mạng gói IP qua giao tiếp STM Ở mạng hiện nay, lưu lượng thoại từ thuê bao được kết nối đến tổng đài chuyển mạch PSTN khác bằng giao tiếp V5.2 thông qua cổng truy nhập Tuy nhiên, trong NGN, cổng truy nhập được điều khiển từ Softswitch qua giao thức MGCP hay Megaco/H.248 Lúc này, lưu lượng thoại từ thuê bao sẽ được đóng gói và kết nối vào mạng trục IP

 Cổng báo hiệu

Cổng báo hiệu (Signalling Gateway - SG) đóng vai trò như cổng giao tiếp giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 - Signalling System 7, giao thức được dùng trong PSTN) và các điểm được quản lý bởi thiết bị Softswitch trong mạng IP Cổng SG đòi hỏi một đường kết nối vật lý đến mạng SS7 và phải sử dụng các giao thức phù hợp SG tạo ra một cầu nối giữa mạng SS7 và mạng IP, dưới sự điều khiển của Softswitch SG làm cho Softswitch giống như một điểm nút bình thường trong mạng SS7 Lưu ý rằng SG chỉ điều khiển SS7, còn

MG điều khiển các mạch thoại thiết lập bởi cơ chế SS7

 Mạng trục IP

Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp công nghệ ATM hoặc MPLS Vấn đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành hai xu hướng Các dịch vụ và ứng dụng trên NGN được quản lý và cung cấp bởi các máy chủ dịch vụ (server) Các máy chủ này hoạt động trong mạng thông minh (IN - Intelligent Network) và giao tiếp với mạng PSTN thông qua SS7

1.6 Các dịch vụ mạng thế hệ mới

Mạng viễn thông đang có xu hướng chuyển dần sang mạng thế hệ mới, một loạt các vấn đề được đặt ra như kiến trúc của các mạng, mạng truyền tải, chuyển mạch, v.v… cho mạng thế hệ mới Các dịch vụ thế hệ mới là một trong những vấn đề quan trọng nhất được đặt ra đối với các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ viễn thông

NGN có khả năng cung cấp phạm vị rộng các loại dịch vụ, bao gồm:

• Các dịch vụ tài nguyên chuyên dụng (như cung cấp và quản lý các bộ chuyển, các cầu nối hội nghị đa phương tiện đa điểm, các thư viện nhận dạng tiếng nói.v.v )

• Các dịch vụ lưu trữ và xử lý (cung cấp và quản lý các đơn vị lưu trữ thông tin về thông báo, file servers, terminal servers, nền hệ điều hành (OS platforms), v.v…)

• Các dịch vụ trung gian - middleware (như môi giới, bảo mật, bản quyền, v.v…)

• Các dịch vụ ứng dụng cụ thể (như các ứng dụng thương mại, các ứng dụng thương mại điện tử, v.v…)

• Các dịch vụ cung cấp nội dung mà nó có thể cung cấp hoặc môi giới nội dung thông tin (như đào tạo, các dịch vụ xúc tiến thông tin, v.v…)

• Các dich vụ tương tác, tương tác với các ứng dụng khác, các dịch vụ khác, các mạng khác, các giao thức hoặc các định dạng khác

• Các dịch vụ quản lý bảo dưỡng, vận hành và quản lý các dịch vụ và mạng truyền thông

Dưới đây là một số dịch vụ mà chúng ta tin tưởng rằng nó sẽ chiếm một vị trí quan trọng trong NGN

• Dịch vụ thoại (voice telephony): NGN vẫn cung cấp các loại dịch vụ thoại đang tồn tại, về mặt dịch vụ thì vẫn đảm bảo nhưng công nghệ thì thay đổi

• Dịch vụ dữ liệu (data service): Thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối

• Các dịch vụ đa phương tiện (Multimedia services): Cho phép nhiều người có thể tương tác với nhau qua thoại, video, nó cho phép vừa nói chuyện vừa hiển thị thông tin

• Mạng riêng ảo (Virtual private networks - VPNs):

Thoại VPNs: Cải thiện khả năng mạng cho phép tổ chức phân tán về mặt địa lý, mở rộng hơn và có thể phối hợp các mạng riêng đang tồn tại với các phần của mạng PSTN

Dữ liệu VPNs: Cung cấp thêm các khả năng bảo mật các đặc tả mạng đó cho phép khách hàng sử dụng địa chỉ IP chia sẻ như một VPN

• Tính toán mạng công cộng (Public Network Computing - PNC): Cung cấp các dịch vụ tính toán dựa trên cơ sở mạng công cộng cho thương mại và các khách hàng

• Bản tin hợp nhất (Unified Messaging): Hỗ trợ cung cấp các dịch vụ voicemail, email, fax mail, pages qua các giao diện chung Thông qua các giao diện như vậy, người sử dụng sẽ truy nhập, cũng như là được thông báo, các loại bản tin khác nhau, độc lập với phương tiện truy nhập

• Môi giới thông tin (Information Brokering): Bao gồm tìm kiếm và quảng cáo và cung cấp thông tin đến các khách hàng tương ứng với nhà cung cấp

• Thương mại điện tử (E - commerce): Cho phép khách hàng mua hàng hoá, dịch

vụ được xử lý bằng điện tử trên mạng

• Các dịch vụ chuyển cuộc gọi (Call Center Service): Một thuê bao có thể chuyển một cuộc gọi thông thường đến trung tâm phân phối cuộc gọi bằng cách kích chuột trên một trang Web Cuộc gọi có thể được định đường đến một tác nhân thích hợp

• Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive Gaming): Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi trực tương tác

• Quản lý tại gia (Home manager): Với sự ra đời của các thiết bị thông minh, các dịch vụ này có thể giám sát và điều khiển các hệ thống bảo vệ tại nhà

Ngoài các dịch vụ đã nêu ở trên còn có rất nhiều các dịch vụ khác có thể triển khai trong môi trường NGN như: Các ứng dụng trong y học, chính phủ điện tử, nghiên cứu đào tạo từ xa, nhắn tin đa phương tiện, v.v… Như vậy các dịch vụ thế hệ mới là rất đa dạng và phong phú, việc xây dựng phát triển và triển khai chúng là mở và linh hoạt Chính vì vậy

nó rất tiện cho các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng triển khai dịch vụ đến cho khách hàng trong môi trường NGN

1.7 Giải pháp xây dựng mạng thế hệ mới của ngành

1.7.1 Giải pháp xây dựng NGN trên cơ sở mạng hiện tại

Cơ sở hạ tầng của mạng hiện tại được tổ chức lại và phát triển dần lên Nâng cấp các thiết bị chuyển mạch hiện có (công nghệ TDM) để hỗ trợ các dịch vụ mới chất lượng cao như video, số liệu Đồng thời có thể bổ sung có hạn chế một số chuyển mạch đa dịch vụ (chuyển mạch mềm) tại một số nút mạng chính, đặc biệt là trung tâm điều khiển và ứng dụng của các vùng lưu lượng

Giải pháp này có hai phương án

• Phương án 1

Phương án này áp dụng cho những nhà khai thác mạng có yêu cầu hiện đại hoá và

mở rộng mạng trong thời gian ngắn

Bước1: Đối với mạng thoại TDM thì triển khai mạng truyền dẫn SDH, chuyển mạch ATM

đồng thời bổ sung thiết bị telephony server để quản lý thoại Đối với mạng số liệu thì dữ nguyên kỹ thuật IP/MPLS hoặc ATM/FR và trang bị thêm các cổng gateway, thực hiện kết nối giữa mạng thoại và mạng số liệu ở các nút ở biên mạng

Bước 2: Tiếp tục phát triển kỹ thuật SDH, ATM cho mạng thoại Với mạng số liệu thì phát

triển thành mạng đa dịch vụ IP/MPLS và tăng cường khả năng của các cổng giao tiếp ở các nút biên mạng (chúng có nhiệm vụ kết nối giữa mạng đa dịch vụ và mạng thoại) Trang bị thêm IP telephone server cho quản lý mạng đa dịch vụ Bước 3: Xây dựng chỉ còn một mạng thống nhất cho thoại và dữ liêu nhưng lúc này chưa

phải là mạng tích hợp đa dịch vụ hoàn toàn Mạng PSTN sử dụng TDM sẽ không còn tồn tại riêng biệt Tiếp tục tích hợp và phát triển mạng đa dịch vụ IP/MPLS Bước 4: Hình thành mạng tích hợp dịch vụ hoàn toàn Lúc này chỉ còn mạng đa dịch vụ

IP/MPLS tồn tại và phát triển Và telephony server và IP telephone server sẽ quản

lý mạng đa dịch vụ

• Phương án 2

Phương án này áp dụng cho những nhà khai thác mạng có yêu cầu hiện đại hoá và

mở rộng mạng trong thời gian dài