Nghiên cứu công nghệ mạng NGN và cấu hình mạng NGN của VNPT

Nghiên cứu công nghệ mạng NGN và cấu hình mạng NGN của VNPT Nghiên cứu công nghệ mạng NGN và cấu hình mạng NGN của VNPT Nghiên cứu công nghệ mạng NGN và cấu hình mạng NGN của VNPT luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG NGN

VÀ CẤU HÌNH MẠNG NGN CỦA VNPT

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ : 605270 SINH VIÊN : VÕ MINH TRUNG

HÀ NỘI 2007

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Mục lục

Danh mục bảng và hình vẽ

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 01

1.1 Định hướng phát triển của mạng viễn thông 01

1.1.1 Về truyền dẫn 01

1.1.2 Về chuyển mạch 02

1.1.3 Về truyền số liệu và Internet 02

1.2 Những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh 03

1.2.1 Giá thành cao 03

1.2.2 Dịch vụ gia tăng rất hạn chế 03

1.2.3 Không tối ưu hóa về truyền dẫn, khả năng dự phòng thấp 04

1.3 Tổng đài chuyển mạch gói trong NGN 04

1.3.1 Định nghĩa mạng NGN 04

1.3.2 Các đặc điểm của mạng NGN 04

1.3.3 Ưu điểm của tổng đài chuyển mạch gói trong NGN 06

Chương 2 KIẾN TRÚC MẠNG NGN VÀ DỊCH VỤ 09

2.1 Cấu hình hệ chuyển mạch mạng thế hệ mới NGN 09

2.1.1 Lớp quản lý 09

2.1.2 Lớp dịch vụ 09

2.1.3 Lớp truyền dẫn và truy nhập 10

2.1.4 Lớp truyền thông 11

2.1.5 Lớp điều khiển 11

2.2 Một số phần tử đặc trưng và chức năng 12

2.2.1 Cổng phương tiện MG 13

2.2.2 Bộ điều khiển cổng phương tiện MGC 14

2.2.3 Cổng báo hiệu SG 15

2.2.4 Máy chủ phương tiện MS 16

2.2.5 Máy chủ ứng dụng AS 18

2.3 Dịch vụ cơ bản trong mạng NGN 19

2.3.1 Mô hình Parlay 19

2.3.2 Mô hình JAIN 23

2.3.3 Một số dịch vụ trong mạng NGN 23

Chương 3 CÔNG NGHỆ MẠNG LÕI TRONG NGN 25

3.1 Công nghệ mạng lõi IP/MPLS 25

3.1.1 Cấu trúc gói MPLS 26

3.1.2 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switch Path) 27

3.1.3 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC 28

3.1.4 Các phương thức trao đổi cơ sở dữ liệu trong bảng LIB giữa các LSP 29

3.1.5 Bảng chỉ mục chuyển tiếp nhãn chặng kế tiếp NHLFE 30

3.1.6 Giao thức phân phối nhãn LDP 31

3.2 Công nghệ ghép kênh quang phân chia theo bước sóng 33

Chương 4 GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU40 4.1 Báo hiệu H.323 40

4.1.1 Tổng quan về H.323 40

4.1.2 Các thành phần của H.323 41

4.1.2.1 Terminal 43

4.1.2.2 Gateway 44

4.1.2.3 Gatekeeper 45

4.1.2.4 Multipoint Control Unit 47

4.1.2.5 Vùng hoạt động 48

4.1.3 Các giao thức thuộc H.323 49

4.1.3.1 Các giao thức mã hóa, giải mã cho tín hiệu thoại và hình 49

4.1.3.2 Giao thức báo hiệu RAS (H.225) 49

4.1.3.3 Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225 52

4.1.3.4 Giao thức báo hiệu điều khiển H.245 54

4.1.4 Quá trình thực hiện báo hiệu 56

4.2 Giao thức SIP 59

4.2.1 Giao thức khởi tạo phiên SIP 59

4.2.2 Thành phần kiến trúc của SIP 60

4.2.3 Các chức năng của SIP 62

4.2.4 Đánh giá SIP 63

4.2.5 So sánh H.323 và SIP 63

4.3 Giao thức MGCP 66

4.3.1 Kiến trúc và thành phần 66

4.3.2 Thiết lập cuộc gọi 67

4.3.3 Đánh giá MGCP 68

4.3.4 So sánh giữa MGCP, SIP và H.323 69

4.4 Giao thức Megaco/H.248 71

4.5 Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập với kênh mang BICC 72

4.5.1 Cấu trúc kết nối cuộc gọi của BICC 73

Yêu cầu đối với BICC 74

4.5.2.2 Mô hình chức năng BICC 74

4.6 Giao thức SIGTRAN 77

Chương 5 CẤU HÌNH MẠNG NGN CỦA VNPT 79

5.1 Sự cần thiết cho việc xây dựng mạng NGN của VNPT 79

5.2 Cấu hình mạng NGN của VNPT 81

5.3 Đặc điểm mạng NGN của VNPT 88

5.3.1 Virtual Trunking 88

5.3.2 Giao tiếp giữa các hiQ9200 với nhau 93

5.3.3 Báo hiệu trong mạng NGN 96

5.3.4 QoS trong mạng NGN 97

Kết luận

Tài liệu tham khảo

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

Trang

Bảng 1.1 Bảng so sánh một số thông số cơ bản của hai công nghệ 08

Bảng 3.1 Bảng chỉ dẫn gắn nhãn tại các LSR biên hướng vào 28

Bảng 3.2 Bảng định tuyến nhãn LIB 28

Hình 2.1 Mô hình phân lớp hệ chuyển mạch NGN 09

Hình 2.2 Kiến trúc mạng NGN 12

Hình 2.3 Sơ đồ khối chức năng của Trunking Media Gateway 13

Hình 2.4 Sơ đồ khối của một cổng báo hiệu SG 16

Hình 2.5 Sơ đồ khối của MS 17

Hình 2.6 Mô hình Parlay 20

Hình 2.7 Kiến trúc Parlay 22

Hình 3.1 Cấu trúc mạng MPLS 25

Hình 3.2 Khuôn dạng gói MPLS 26

Hình 3.3 Đầu khuôn dạng màu MPLS 26

Hình 3.4 Các mặt phẳng trong MPLS 31

Hình 3.5 Tăng dung lượng bằng SONET TDM ( hay SDH ) 34

Hình 3.6 Tăng dung lượng bằng ghép bước sóng 35

Hình 3.7 Các kênh ghép bước sóng trong CWDM 37

Hình 4.1 Mô hình mạng H.323 đơn giản 41

Hình 4.2 Mạng H.323 42

Hình 4.3 Các giao thức thuộc H.323 42

Hình 4.4 Chồng giao thức tại đầu cuối H.323 43

Hình 4.6 Chồng giao thức của một gateway 45

Hình 4.7 Chức năng của một GateKeeper 46

Hình 4.8 Cấu tạo của MultiPoint Control Unit 48

Hình 4.9 Một vùng hoạt động 49

Hình 4.10 Quá trình báo hiệu cuộc gọi cơ bản sử dụng H.225 53

Hình 4.11 Quá trình thiết lập cuộc gọi 57

Hình 4.12 Quá trình báo hiệu điều khiển thiết lập cuộc gọi 57

Hình 4.13 Quá trình trao đổi thông tin 58

Hình 4.14 Quá trình kết thúc cuộc gọi 58

Hình 4.15 Cấu trúc của hệ thống SIP 60

Hình 4.16 Quan hệ giữa MG và MGC 67

Hình 4.17 Thiết lập cuộc gọi giữa A và B 68

Hình 4.18 Quan hệ giữa H.323, Gateway và MGC, MG 69

Hình 4.19 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP 70

Hình 4.20 Quá trình chuẩn hóa Megaco 71

Hình 4.21 Kết nối BICC 73

Hình 4.22 Mô hình chức năng của BICC 75

Hình 4.23 Cấu trúc điều khiển cuộc gọi loại 1 76

Hình 4.24 Cấu trúc điều khiển cuộc gọi loại 2 76

Hình 4.25 SIGTRAN Protocol Stack 78

Hình 5.1 Sơ đồ tổng thể mạng NGN của VNPT 82

Hình 5.2 Sơ đồ kết nối NGN phase 2 83

Hình 5.3 Cấu hình tại Hà Nội 85

Hình 5.4 Cấu hình tại thành phố Hồ Chí Minh 86

Hình 5.5 Cấu hình tại các tỉnh 87

Hình 5.6 Kiến trúc Virtual Trunking 88

Hình 5.7 Thứ tự bảng tin của mô hình Virtual Trunking 90

Hình 5.8 Fax Over IP 91

Hình 5.9 Modem Over IP 92

Hình 5.10 ISDN Data Over IP 93

Hình 5.11 Giao tiếp giữa các hiQ bằng BICC 94

Hình 5.12 Thứ tự bản tin giao tiếp giữa các hiQ 95

Hình 5.13 Mô tả về báo hiệu trong mạng NGN 97

ACF Admision Confirm Xác nhận chấp thuận

xứng

dụng

độc lập kênh mang

sóng thô

DWDM Dense wavelength division Ghép kênh theo bước sóng

nhãn

MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển bộ cổng

phương tiện

Interface

quang

thực

SCN Switched Circuit Network Mạng chuyển mạch kênh

sóng

LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới đang bước vào kỷ nguyên thông tin bắt nguồn từ công nghệ,

đa phương tiện Công nghệ trong lĩnh vực điện tử - viễn thông – tin học đang phát triển mạnh mẽ đặc biệt là lĩnh vực viễn thông tin học; nó đáp ứng nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của khách hàng bởi sự xuất hiện của xa lộ thông tin Biểu hiện đầu tiên của xa lộ thông tin là Internet, sự phát triển của nó là minh họa sinh động cho những động thái hướng tới xã hội thông tin

Ở Việt Nam với sự ổn định về an ninh chính trị cùng với sự tăng trưởng mạnh của nền kinh tế xã hội trước thềm hội nhập kinh tế quốc tế; đây

là vấn đề tốt tạo điều kiện thuận lợi cho ngành viễn thông Việt Nam phát triển Nhưng mạng PSTN hiện tại chưa đáp ứng được nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của khách hàng cũng như chưa theo kịp sự phát triển của thời đại Trước tình hình đó thì sự ra đời của một mạng viễn thông mới có cấu trúc mở, linh hoạt, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cho người sử dụng mà lại khai thác một cách có hiệu quả cao, dễ phát triển là một điều tất yếu giúp cho sự tồn tại của VNPT, đó là mạng thế hệ sau NGN, phát triển dựa trên cơ

sở mạng lõi IP – MPLS

Luận văn tập trung nghiên cứu các công nghệ chủ chốt sử dụng trong mạng NGN, Cấu hình mạng NGN của VNPT Luận văn được chia làm 5 chương:

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Quốc Trung đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em nghiên cứu khoa

học trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Đồng thời em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện tử Viễn thông, Cán bộ trung tâm bồi dưỡng và đào tạo sau đại học trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, người thân

và đồng nghiệp đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến quý báu và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt luận văn này

Hà Nội, năm 2007 Sinh viên

Võ Minh Trung

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN

Hiện nay nhu cầu về các dịch vụ viễn thông của khách hàng ngày càng tăng cao về cả loại hình dịch vụ và chất lượng dịch vụ Khách hàng ngày nay không chỉ có nhu cầu thuần túy về dịch vụ viễn thông chỉ là dịch vụ thoại mà nhu cầu về dịch vụ phi thoại như dịch vụ truyền số liệu, internet và các dịch

vụ đa phương tiện Đồng thời nhu cầu băng thông dịch vụ ngày càng cao, Hầu

tốc độ cao Băng thông dành cho các dịch vụ dữ liệu ngày rất lớn so với băng thông dành cho thoại

Đứng trước xu hướng tự do hóa thị trường, cạnh tranh và hội nhập, việc

là các nhà cung cấp dịch vụ thoại đang có xu hướng chuyển các dịch vụ thoại

từ TDM sang thoại IP để tích hợp băng thông thoại trên mạng lõi IP và tích hợp tất cả các dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng duy nhất là mạng NGN

1.1.1 V ề truyền dẫn

Mạng truyền dẫn vô tuyến được thay thế dần bằng truyền dẫn quang Hiện tại ở nhiều địa phương mạng Truyền dẫn vô tuyến được sử dụng dự phòng cho truyền dẫn sợi quang Trong mạng truyền dẫn quang thì hệ thống

thống quang SDH bị hạn chế tốc độ là 10Gbps nên trong thời gian gần đây các hệ thống truyền dẫn quang đường trục đang được thay thế dần bởi các hệ

thống ghép kênh quang theo bước sóng WDM (wavelength division

cao DWDM theo hướng NGN có băng thông cao hơn gấp nhiều lần WDM

1.1.2 V ề chuyển mạch

Mạng PSTN sử dụng nguyên lý chuyển mạch kênh đã được triển khai

và phát triển trong nhiều năm qua và có rất nhiều ứng dụng trong thông tin liên lạc thoại có chất lượng rất cao Nhưng hiện tại nó có một hạn chế rất lớn

là khó triển khai các dịch vụ mới do nó chỉ có khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng truyền thống còn đối với các dịch vụ giá trị gia tăng mới như dịch vụ thoại trên giao diện web (Webdial page, Freecall button,…) và các dịch vụ giải trí dựa trên mạng thông minh thông qua một số điện thoại duy nhất nào đó được đăng ký (19001570, 19001551, 19001779,…) Ngày nay mạng điện thoại chuyển mạch gói dựa trên công nghệ chuyển mạch mềm đang được triển khai và ứng dụng đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu về dịch

vụ của khách hàng do nó được thiết kế dựa trên một kiến trúc mở, dễ dàng phát triển các ứng dụng mới thông qua việc cài đặt thêm các phần mềm trên

cơ sở phần cứng sẵn có của nó

1.1.3 V ề truyền số liệu và Intetnet

Tốc độ phát triển của truyền dẫn số liệu phụ thuộc lớn vào tốc độ phát triển của mạng truyền dẫn Bởi vì băng thông của các mạng truyền dẫn đường trục (quốc gia và quốc tế) chủ yếu là cho băng thông thoại và băng

thoại chuyển tiếp qua tổng đài chuyển mạch kênh tốc độ 56Kbps), các dịch vụ

hẹp dựa trên công nghệ Wifi dần được thay thế bởi băng rộng trên nền công nghệ Winmax Đồng thời các dịch vụ điện thoại di động CDMA thế hệ 3G cũng được triển khai và hổ trợ dịch vụ số liệu tốc độ cao, tốc độ đỉnh có thể lên đến 2Mbps

Cùng với sự phát triển về băng thông truyền dẫn cho Intetnet (cả về băng thông truy nhập và băng thông đường trục) các dịch vụ trên Intetnet ngày càng phong phú, đa dạng do không bị hạn chế bởi băng thông Các trang web ngày nay không chỉ thuần tuý là mang thông tin trên nền các văn bản dạng text mà nó thực sự là một thế giới đa phương tiện Con người có thể đồng thời duyệt web, chơi game, giao dịch trên mạng, thậm chí có thể xem phim và nghe nhạc chất lượng cao như ngay tại máy PC của mình

1.2 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA TỔNG ĐÀI CHUYỂN MẠCH KÊNH

1.2.1 Giá thành cao

Đa số các tổng đài chuyển mạch kênh đều do một số hãng lớn độc quyền sản xuất, có thiết kế riêng và phụ thuộc vào mỗi nhà sản xuất và thường là với dung lượng thuê bao rất lớn hàng vài trăm ngàn từ đó dẫn đến giá thành cao

1.2.2 Dịch vụ gia tăng rất hạn chế

Các tổng đài chuyển mạch kênh có kiến trúc đúng theo từng nhà sản xuất nên gây khó khăn trong việc vận hành và bảo dưỡng, khó có thể thực hiện từ xa Các dịch vụ mà nó cung cấp rất hạn chế, chủ yếu vẫn chỉ là dịch

vụ thoại và một số các dịch vụ gia tăng thông thường như: hạn chế cuộc gọi đi

và đến, chuyển tiếp cuộc gọi, hiển thị số chủ gọi, … Nó không có khả năng cung cấp các dịch vụ gia tăng tiên tiến như các dịch vụ giải trí trên điện thoại, các dịch vụ điện thoại trả trước…

Do không tuân theo kiến trúc mở nên khi nhà cung cấp muốn sử dụng

và trong một số trường hợp là không thể thực hiện được Đồng thời chi phí vận hành cho mạng là rất cao, cần có nhiều nhân viên trực, theo dõi và xử lý các sự cố liên quan đến tổng đài

1.2.3 Không tối ưu hoá về truyền dẫn, khả năng dự phòng thấp

Đối với tổng đài chuyển mạch kênh thì các trung kế nối với nhau bằng các luồng E1 và mỗi kênh thoại liên đài sẽ chiếm một khe thời gian trong luồng E1 đó từ thời điểm bắt đầu đến thời điểm kết thúc cuộc gọi, do vậy sẽ rất lãng phí tài nguyên của mạng truyền dẫn nhất là đối với các cuộc gọi đường dài Bởi vì thông thường khi hai người đàm thoại thì xuất hiện rất nhiều khoảng lặng không có dữ liệu thoại, nếu trong những khoảng thời gian này khe thời gian đó giành cho các cuộc gọi khác thì sẽ tối ưu hơn Đồng thời khả năng dự phòng lưu lượng liên đài TDM khi một trung kế thoại giữa hai tổng đài nào đó có sự cố về truyền dẫn mà vẫn đảm bảo hai tổng đài đó liên lạc với nhau bình thường bằng cách vòng qua một tổng đài thứ ba là kém linh hoạt hơn so với giải pháp truyền dẫn gói thoại thông qua cơ chế tự động định tuyến lại khi một giao diện nào đó có sự cố của các router trong mạng NGN

1.3 TỔNG ĐÀI CHUYỂN MẠCH GÓI TRONG NGN

- Là một mạng mở

hiện độc lập với mạng lưới

- Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói

mới

+ Mạng NGN là một hệ thống mở: trong khi các khối chức năng

của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử độc lập, các phần tử được phân chia theo các chức năng tương ứng và phát triển độc lập, giao diện và

một kiến trúc mở, linh hoạt dễ dàng đáp ứng được các nhu cầu phát triển dịch

vụ mới cho khách hàng

+ Mạng NGN là mạng dịch vụ thúc đẩy: Mạng NGN thực hiện

chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi, chia tách cuộc gọi với truyền tải

Do đó dịch vụ độc lập với mạng, có nghĩa là trên một nền tảng mạng có thể triển khai được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau Thuê bao có thể tự bố trí

và xác định đặc trưng dịch vụ của mình mà không cần qua tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối

+ Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói: Với tính ưu việt của

mạng chuyển mạch gói như dễ dàng phát triển các node mạng mới, chế độ định tuyến linh hoạt, tối ưu hoá về mặt truyền dẫn, chuyển mạch,… Do vậy chuyển mạch gói là một tất yếu trong mạng NGN

+ Mạng NGN dễ dàng phát triển dịch vụ mới: Do các dịch vụ mới

trong mạng NGN được phát triển dựa trên kiến trúc sử dụng các server nên

sẽ có các dịch vụ mới dựa trên giao diện lập trình ứng dụng (API: Application programme interface)

Một cách tổng quan mạng NGN có cấu trúc như trong hình 1.1

1.3.3 Ưu điểm của tổng đài chuyển mạch gói trong NGN

Với những ưu điểm của mạng NGN như đã nói ở trên cho ta thấy một tổng đài chuyển mạch gói trong NGN có đầy đủ các tính năng của một tổng đài thế hệ mới Nó khắc phục một cách triệt để những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh Tổng đài chuyển mạch gói có thể đảm nhận nhiều chức năng như: Tổng đài nội hạt cung cấp các thuê bao truyền thống, tổng đài Toll liên tỉnh hoặc là tổng đài Gateway quốc tế

Các tổng đài chuyển mạch gói sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm

là softswitch, do vậy nó đạt được sự linh hoạt trong cấu hình, điều khiển và triển khai dịch vụ Nó có được các thế mạnh của công nghệ chuyển mạch mềm, cụ thể như sau:

services

- Mạng thế hệ sau có khả năng cho ra đời những dịch vụ giá trị gia tăng hoàn toàn mới hội tụ ứng dụng thoại, số liệu và video Các dịch vụ này hứa hẹn đem lại doanh thu cao hơn nhiều so với các dịch vụ truyền thống

- Do các dịch vụ của NGN được viết trên các phần mềm, do đó việc triển khai, nâng cấp, cũng như việc cung cấp các dịch vụ mới cũng trở nên dễ dàng

dụng hội tụ cả thoại, dữ liệu, video đến hàng loạt các dịch vụ khác mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp cho khách hàng; thêm nữa họ có khả năng kiểm soát các dịch vụ thông tin của mình điều này làm cho khách hàng luôn thoả mãn và lệ thuộc hơn vào nhà cung cấp dịch vụ, cơ hội kinh doanh của nhà cung cấp sẽ lớn hơn và ổn định hơn

mới cũng như mở rộng mạng có sẵn thì chuyển mạch mềm có chi phí ít tốn

tham gia thị trường của những nhà khai thác dịch vụ mới không còn lớn như trước nữa Hiện nay, sự cạnh tranh giữa các nhà khai thác dịch vụ chính là những dịch vụ gì mà họ có thể cung cấp cho khách hàng và độ hài lòng của

trung đầu tư vào việc viết phần mềm phát triển dịch vụ

- Giảm chi phí vận hành bảo dưỡng và quản lý mạng hiệu quả hơn

- Softswitch không còn các tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng

và nhân lực điều hành, chuyển mạch giờ đây sẽ là các máy chủ đặt phân tán trong mạng, được điều khiển bởi các giao diện thân thiện người sử dụng (GUI) do đó chi phí điều hành và hoạt động của mạng được giảm đáng kể

- Sử dụng băng thông có hiệu quả hơn: Do mạng truyền vận của NGN

là mạng chuyển mạch gói cho nên với cùng một cơ sở hạ tầng truyền dẫn thì

hiệu suất sử dụng băng thông của nó cao hơn nhiều so với mạng chuyển mạch kênh Thêm nữa, theo như thống kê đối với thoại thì 60% thời gian cuộc gọi

hiệu suất sử dụng băng thông một mức đáng kể

Bảng 1.1: Bảng so sánh một số thông số cơ bản của hai công nghệ

Phương pháp chuyển

giao diện đồ hoạ GUI thân thiện

Tập trung, riêng biệt theo từng nhà sản xuất, giao diện CLI

Khả năng tích hợp với

ứng dụng của nhà cung

cấp khác

Khả năng thay đổi mềm

trúc ban đầu

nửa tổng đài chuyển mạch kênh

Đắt hơn

Giá thành của cấu hình

bản có thể sử dụng cho mạng doanh nghiệp

Rất cao, tổng đài PSTN không thích hợp cho mạng doanh nghiệp

phương tiện và các ứng

dụng trên nền Web

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC MẠNG NGN VÀ DỊCH VỤ

Mạng NGN là một mạng dựa trên sự tích hợp của nhiều mạng khác

mạch NGN được phân thành 5 lớp như trong hình 2.1

Lớp điều khiển

Lớp truyền thông

Lớp truy nhập và truyền dẫn

từ đó có thể đưa ra chiến lược phát triển mạng trong tương lai

2.1.2 Lớp dịch vụ

Về phương diện khai thác mạng thì lớp dịch vụ là lớp quan trọng nhất, tại đây các dịch vụ viễn thông của nhà khai thác mạng được thực thi và cung cấp cho khách hàng Các dịch vụ cung cấp có thể khác nhau về băng thông, khác nhau về chất lượng dịch vụ và mức độ ưu tiên Một đặc trưng quan trọng của mạng NGN là cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ khác nhau trên một nền mạng duy nhất, nó có giao diện ứng dụng lập trình API (Application programme interface) với lớp dưới nó là lớp điều khiển Ngoài các dịch vụ truyền thống mà NGN cung cấp như thoại và dữ liệu thì các dịch

vụ mới của nó được thể hiện thông qua các gói phần mềm được cài đặt trên các máy chủ đặc tính FS (Feature server) và máy chủ ứng dụng AS (Application server) trong lớp ứng dụng

2.1.3 Lớp truyền dẫn và truy nhập

Về phương diện truyền dẫn vật lý, mạng NGN sử dụng công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense wavelenght division multiplex) cho mạng lõi có băng thông rất cao, do đó nó

có thể đáp ứng được việc mang vác toàn bộ lưu lượng của rất nhiều các dịch

vụ khác nhau

Công nghệ chuyển mạch lõi trong mạng NGN có thể là IP (Internet protocol) hay chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiple protocol label

băng thông lẫn chất lượng dịch vụ thì khuyến nghị là dùng công nghệ MPLS Nhưng trong giai đoạn ban đầu mới phát triển, số lượng dịch vụ còn ít, chủ yếu vẫn là các dịch vụ truyền thống và chưa có yêu cầu cao về cách đối xử với các dịch vụ khác nhau thì công nghệ IP được sử dụng do tính đơn giản và

dễ triển khai có chi phí đầu tư thấp hơn trên nền cơ sở sẵn có hiện nay

Phương thức truy nhập trong NGN hiện nay có thể sử dụng là hữu

không đối xứng xDSL) hay vô tuyến Nhưng xu thế trong tương lai phương thức truy nhập sẽ sử dụng truyền dẫn quang kéo đến từng hộ gia đình, có thể

là hai sợi quang nếu sử dụng bước sóng đơn hoặc chỉ cần một sợi nếu ghép bước sóng và tất cả các dịch vụ của thuê bao sẽ được truyền trên sợi quang này

2.1.4 Lớp truyền thông

Chức năng của lớp truyền thông là tạo ra sự tương thích giữa mạng lõi chuyển mạch gói trong NGN với các kỹ thuật truy nhập của mạng khác, do vậy mạng NGN có thể giao tiếp được với các mạng có trước đó như mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN (Public switching telephone network) và các mạng truy cập AN (Access network) khác Thiết bị đặc trưng trong lớp truyền thông là các gateway được điều khiển bởi các thiết bị ở lớp điều khiển bao gồm:

với mạng truy nhập

- Cổng trung kế (Trunking gateway): Là cổng giao tiếp giữa mạng lõi

và mạng PSTN/ISDN

lõi với các thuê bao tại nhà

lõi và mạng không dây

2.1.5 Lớp điều khiển

Trong mạng NGN lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển gateway dựa trên công nghệ chuyển mạch mềm (softswitch) mà hạt nhân là các bộ điều khiển cổng phương thức MGC (Media gateway controler) kết hợp với một số thiết bị khác như: cổng báo hiệu (Signaling gateway), máy chủ đặc

tính (feature server) và máy chủ ứng dụng (Application server) để thực hiện kết nối và cung cấp dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ một giao thực báo hiệu nào, nó có một số chức năng cơ bản sau:

- Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch

và tạo kết nối giữa các cổng tương ứng của các gateway thông qua giao thức điều khiển cổng phương tiện là MGCP (Media gateway control protocol)

- Điều khiển báo hiệu nội mạng và với các mạng ngoài

cuộc gọi và một số thông tin thống kê

chất lượng yêu cầu

2.2 MỘT SỐ PHẦN TỬ ĐẶC TRƯNG VÀ CHỨC NĂNG

Hình 2.2: Kiến trúc mạng NGN

Mobile Users

GPRS UMTS

ISP

Wireless

DNS

Directory Server

Wireless

Business Users

gateway

Access gateway

Signaling gateway

Telephone

PSTN

Trunk gateway

Resident gateway

GE, MAN

SS7

Appication / Feature Server

Kiến trúc mạng NGN tương ứng với các phần tử chức năng trong mô hình 5 lớp như trong hình 2.2:

Trong mạng NGN có rất nhiều phần tử mạng tương ứng vơi các chức năng của nó Trong số đó có một số phần tử mạng tiêu biểu tạo nên sự nổi bật của mạng NGN so với các mạng khác như:

giao tiếp này thông thường là giao diện G703 tốc độ 2Mbps để kết nối với card trung kế của tổng đài PSTN/ISDN cho lưu lượng thoại

Giao diện với mạng PSTN/

ISDN

Bộ xử lý số DSP Bộ gói hóa Giao diện với mạng IP

2 Mbps

2 Mbps

FE

GE

Hình 2.3: Sơ đồ khối chức năng của trunking media gateway

Chức năng của từng khối:

- Khối giao diện mạng PSTN/ISDN: Thực hiện tương thích về mặt tính hiệu vật lý, tương thích với các loại mã đường dây HDB3, AMI và có CRC hay không có CRC

- Bộ xử lý DSP (Digital signal processor): Thực hiện việc nén và giải nén tín hiệu số theo các chuẩn khác nhau như G729A, B, G711 và G723 và việc chuẩn mã hoá nào được dùng là tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng dịch

vụ QoS (Quality of service) của các dịch vụ thoại (Call Active Detection)

- Bộ gói hoá: thực hiện đóng gói tín hiệu thoại với các độ dài gói khác nhau tương ứng với các tốc độ gói khác nhau sao cho phù hợp nhất với thuộc tính thoại và yêu cầu về QoS

thoại sau đó chuyển tiếp qua một giao diện gói tốc độ cao dựa trên mạng IP thông qua các bộ định tuyến thu nhập (access router) Sau đó các gói tin này được đưa đến mạng gói lõi, giao thức định tuyến trong mạng lõi có thể là

thông tin định tuyến nhãn

2.2.2 Bộ điều khiển cổng phương tiện MGC

MGC là thành phần quan trọng nhất trong mạng NGN Nó là bộ điều khiển trung tâm của toàn bộ mạng, đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi thông qua việc điều khiển các cổng phương tiện MG và cổng báo hiệu SG Đồng thời nó là cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau với mạng NGN đặt biệt là mạng PSTN Cấu trúc của MGC thông thường bao gồm các máy chủ nối mạng (nối mạng LAN hoặc là mạng phân tán) đã được cài đặt các phần mềm chức năng tương ứng, từ mạng các máy chủ này sẽ có kết nối IP với các

MG và SG để điều khiển chúng thực hiện các chức năng cuộc gọi thông qua

- Chức năng cơ bản của MGC:

+ Quản lý cuộc gọi

+ Thực hiện các giao thức báo hiệu cuộc gọi như H323, SIP

+ Thực hiện các giao thức điều khiển MG như MGCP, Megaco

+ Quản lý lớp dịch vụ và chất lượng dịch vụ

+ Quản lý và điều khiển giao thức SS7 trên nền IP: Sigtran

+ Xử lý báo hiệu SS7

+ Quản lý các bản tin liên quan đến QoS như RTP, RTCP

+ Định tuyến cuộc gọi theo các chính sách khác nhau

của cuộc gọi

+ Đối với MG: Xác định và cấu hình thời gian thực cho các DSP, phân bổ kênh DS0 64Kbps, lựa chọn loại codec, kiểu nén và đóng gói thoại

+ Đối với SG: Điều khiền các SG tạo ra sự tương thích các bản tin SS7 trên nền TDM và trên IP

mạng báo hiệu số SS7 thông thường mặc dù trong nội dung mạng NGN có thể

sử dụng nhiều giao thức báo hiệu IP khác nhau

Hình 2.4: Sơ đồ khối của một cổng báo hiệu SG

Chức năng cơ bản của SG:

mạng SS7, ISDN

- Dịch bản tin báo hiệu kênh D sang bản tin ISUP và truyền dưới dạng gói truyền đến softswitch và ngược lại Căn cứ vào đó softswitch sẽ điều khiển các MG điều khiển đóng mở các kênh DS0 trên MG tương ứng với mỗi cuộc gọi thông qua giao thức MGCP

- Các SG thường hoạt động ở chế độ dự phòng (một SG là active và một là standby) để nâng cao độ ổn định của báo hiệu

tiếp của SG với mạng SS7 có thể khai báo là một hay nhiều node báo hiệu và vừa đảm nhiệm chức năng là một điểm kết cuối báo hiệu SP và điểm chuyển tiếp báo hiệu STP do đó nó làm cho phần báo hiệu của mạng NGN có tính

2.2.4 Máy ch ủ phương tiện MS

MS là phần tử hỗ trợ cho softswitch để thực hiện xử lý và tạo một số bản tin thông báo đặc biệt, kiến trúc thông thường của một MS có thể là một máy chủ đơn tích hợp hoặc ba máy chủ riêng biệt được nối mạng với nhau:

Máy chủ nội dung Máy chủ tài nguyên

Máy chủ điều khiển

lượng lớn để lưu trữ các nội dung trong các file âm thanh dạng WAV là các lời thông báo, hướng dẫn về các sự kiện trong đàm thoại đặc biệt là các hướng dẫn sử dụng trong dịch vụ trả trước

MG, nó thực hiện nhận dòng thông tin số của các file âm thanh trong máy chủ nội dung sau nén thoại và đóng gói rồi đưa đến mạng lõi IP dưới sự điều khiển của MGC thông qua giao thức MGCP

để thực hiện chức năng tương ứng

* Chức năng cơ bản của MS:

- Tạo các bản tin thông báo, hướng dẫn

- Thực hiện các chức năng của voice mail

- Thực hiện chức năng chuyển tiếng nói sang văn bản và ngược lại

biến đổi sang các con số tương ứng rồi gửi lên softswitch để xử lý tiếp

- Khả năng nhận biết tiếng nói, từ đó có thể hỗ trợ các dịch vụ tương tác bằng giọng nói Trong dịch vụ trả tiền trước người sử dụng sẽ được nghe

ấn phím hay bằng giọng nói tạo ra tính thân thiện của mạng NGN

- Hỗ trợ hội nghị truyền hình, các đoạn tiếng hướng dẫn

2.2.5 Máy chủ ứng dụng AS

Các máy chủ ứng dụng hoạt động ở lớp ứng dụng, nó được cài đặt rất nhiều phần mềm ứng dụng đặc trưng của doanh nghiệp mang tính chất tương mại cao Các máy chủ này thông thường tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP và không phụ thuộc nhiều vào softswitch về việc phân chia nhóm hay các thành phần ứng dụng Các máy chủ này giao tiếp với softswitch thông qua giao thức H323, SIP, LAPD,… tuỳ thuộc vào từng giải

* Một số ví dụ về chức năng của AS:

- Đối với các hệ thống tính cước software sử dụng chương trình CDR (Call detail record), nó chứa rất nhiều đặc tính như khả năng cho phép khách

hàng truy nhập vào bản tin tính cước của họ thông qua cuộc gọi thoại hay thông qua trình duyệt web

mạng riêng ảo được thiết lập cho khách hàng với các đặc tính sau: Băng thông xác định, đảm bảo QoS, bảo mật đường truyền thông qua các phép mã hoá riêng

- Tạo các dịch vụ khởi tạo cuộc gọi từ trang web, dịch vụ quay số đến một trung tâm khách hàng qua web

- Dịch vụ báo cho thuê bao có cuộc gọi đến khi đang vào Internet

2.3 DỊCH VỤ CƠ BẢN TRONG MẠNG NGN

Trong mạng NGN các dịch vụ được phát triển trên một hạ tầng mạng duy nhất Dịch vụ mạng phụ thuộc vào từng nhà cung cấp và được phát triển theo mô hình giao diện lập trình ứng dụng mở API với mục đích kết hợp những ứng dụng của công nghệ thông tin và mạng viễn thông để cung cấp dịch vụ cho khách hàng Trong đó có 2 mô hình cơ bản được rất nhiều nhà cung cấp thiết bị hỗ trợ là mô hình parlay và Jain

2.3.1 Mô hình Parlay:

Event Notification Callback

Authentication Callback

Authentication Callback

Call Control Manager Callback

Messaging Manager Callback

Third-Party Application

Authentication Event Notification Discovery Security

Call Control Messaging Others

Server Implementations within Secure Network Operator Domain

như: thoại, video và dữ liệu

mức dịch vụ theo một số tiêu chuẩn như băng thông hay QoS yêu cầu và nó

được đăng ký bởi ứng dụng khách đó Theo cách này nhà vận hành mạng có thể biết được thuê bao muốn bao nhiêu tài nguyên từ đó đưa ra các chính sách quản lý và cấp phát tương ứng

mạng bên ngoài như mạng Internet trong quá trình cung cấp dịch vụ thì cần

có các phương thức chống các xâm nhập trái phép từ bên ngoài và bảo mật thông tin cuộc gọi của khách hàng

cuộc gọi đến thì cuộc gọi này sẽ không được định tuyến trực tiếp đến biên mạng nơi mà một ứng dụng có trách nhiệm thực hiện ứng dụng yêu cầu nhưng ứng dụng đó sẽ được thông báo về cuộc gọi đó Sau đó nó sẽ điều khiển cuộc gọi và đưa ra những quyết định cho các giai đoạn tiếp theo Nếu cuộc gọi này được chuyển tiếp đến một cuộc gọi khác thì nó sẽ yêu cầu mạng định tuyến lại cuộc gọi

Quá trình cung cấp dịch vụ có thể được thể hiện thông qua hình 2.7

FrameWork Client Application

Có 4 nhóm giao diện dịch vụ như sau:

- Xử lý cuộc gọi: Thực hiện điều khiển cuộc gọi và sự tương tác giữa các thuê bao Giao diện này cho phép định tuyến, tính cước cuộc gọi và tạo tính tương tác giữa các thuê bao

gồm cả các cơ chế để cảnh báo khi có thư đến hay khi gửi nhận các bản tin

- Tính di động: Nó cho phép các ứng dụng xác định được vị trí các thuê bao của nó khi di chuyển từ vùng này sang vùng khác, có thể là thuê bao

di động hay thuê bao SIP, H323

- Quản lý kết nối: Bao gồm các chức năng giám sát và quản lý băng thông để đảm bảo chất lượng dịch vụ

2.3.2 Mô hình Jain

Cũng tương tự như mô hình parlay nhưng trong mô hình Jain có một

sự linh hoạt hơn về việc cung cấp và mở rộng dịch vụ cụ thể như sau:

thiết bị lớn có một số thiết kế cho riêng mình và đưa ra một số giao diện đặc

làm tăng giá thành sản phẩm Trong mô hình Jain các giao diện được mô phỏng trên nền giao diện thông dụng Java, do vậy nó rất linh hoạt trong việc cung cấp và mở rộng dịch vụ và trong việc liên hệ với các doanh nghiệp thứ 3

về cung cấp dịch vụ

- Truy cập an toàn: Cho phép các ứng dụng chạy bên ngoài mạng truy cập trực tiếp vào tài nguyên mạng và các thiết bị để thực hiện các hoạt động cũng như các chức năng

2.3.3 Một số dịch vụ trong mạng NGN:

Mạng NGN là một mạng tích hợp, nó không phải là mạng hoàn toàn mới do vậy về phương diện dịch vụ thì mạng NGN bao gồm hai loại dịch vụ chính là dịch vụ đã có trong mạng PSTN mà NGN hỗ trợ và các dịch vụ mà chỉ trong mạng NGN mới có, sau đây là một số dịch vụ cơ bản nhất:

giá trị gia tăng như: Hiển thị số chủ gọi, chuyển cuộc gọi, điện thoại tay ba,

… và trong thời gian đầu thì các dịch vụ thoại truyền thống trong mạng NGN vẫn là nguồn thu nhập chủ yếu của các nhà cung cấp dịch vụ

- Dịch vụ dữ liệu: Cho phép thiết lập kết nối thời gian thực giữa đầu cuối với đầu cuối cùng với các đặc tả về giá trị gia tăng như băng thông theo yêu cầu, tính tin cậy và phục hồi nhanh kết nối và hỗ trợ QoS

với nhau qua thoại, video và dữ liệu Dịch vụ đa phương tiện cho phép khách hàng vừa đàm thoại vừa có thể xem video và một số hoạt động đa phương tiện khác

triển khai rất phổ biến Nó được sử dụng cho các doanh nghiệp có nhiều chi nhánh trải rộng ở khắp mọi nơi có nhu cầu thông tin với nhau như khi họ đang

ở cùng một khu vực địa lý và trong cùng một mạng riêng của công ty Có 2 giải pháp mạng riêng ảo VPN đang được sử dụng là IPSec VPN và SSL VPN Với việc sử dụng cơ sở truyền dẫn là IP Internet do vậy tiết kiệm được chi phí của doanh nghiệp thay vì dùng các kênh thuê riêng với giá thuê kênh rất cao

- Các dịch vụ thông minh

hàng có thể vào trang web của các nhà cung cấp khác nhau và clíck chuột vào một biểu tượng đặc biệt họ có thể liên hệ miễn phí với nhà cung cấp và hỏi họ

về các thông tin mà họ quan tâm một cách trực tuyến, nó có tác dụng tốt cho các doanh nghiệp quảng bá sản phẩm của mình bằng việc đăng ký một tài khoản của dịch vụ này với nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hiện có triển khai mạng NGN

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ MẠNG LÕI TRONG NGN

3.1 CÔNG NGHỆ MẠNG LÕI IP/MPLS

Hình 3.1: Cấu trúc mạng MPLS Mạng NGN phát triển theo xu hướng tích hợp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau trên một cơ sở hạ tầng truyền tải gói duy nhất Trong khi đó các dịch vụ khác nhau yêu cầu vế chất lượng đường truyền là khác nhau Các dịch

vụ thời gian thực như thoại, video và các dịch vụ đa phương tiện khác yêu cầu

về QoS cao hơn hẳn so với các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực như dịch

vụ internet và các dịch vụ truyền số liệu thông thường Do vậy một vấn đề đặt

ra là mạng truyền tải gói cần phải có sơ chế phân biệt các loại hình dịch vụ khác nhau và có một cơ chế định tuyến linh hoạt có khả năng điều khiển lưu lượng tối ưu để cung cấp chất lượng Qos theo yêu cầu và giảm tối đa các sự

cố tắc nghẽn mạng, nếu xảy ra cũng sẽ được khắc phục nhanh chóng Công

nghệ IP không đáp ứng được yêu cầu nói trên một cách hiệu quả, do nó không

điều khiển lưu lượng trên mạng IP Do vậy trong mạng NGN công nghệ chuyển tải gói MPLS được khuyến nghị sử dụng do nó đáp ứng được các yêu cầu trên cho mạng NGN

Với R1, R2, R3, và R4 là các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Lasbel Switch Ruoter) lõi và R5, R6, R7, R8, R9, R10 và R11 là các LSR biên Các LSR biên thực hiện chức năng giao tiếp giữa mạng IP và mạng MPLS Các LSR thực hiện định tuyến các gói tin theo nhãn

20bits

CoS 3bits

S 1bit

TTL 8bits

Hình 3.3: đầu Khuôn dạng màu MPLS

nhãn label có độ dài 20 bits đóng vai trò là giá trị nhãn trong gói tin MPLS, quá trình định tuyến sẽ căn cứ vào nhãn này để chuyển tiếp gói tin từ router chuyển mạch nhãn LSR này đến LSR tương ứng Trường chỉ thị lớp dịch vụ CoS (Class of Service) độ dài 3bits được dùng cho các chức năng thử nghiệm Trường ngăn xếp S (Stack) có độ dài 1 bit để xác định xem có sự xếp chồng

nhãn hay không Cuối cùng là trường chỉ thị thời gian sống TTL (Time to Live) để qui định thời gian sống của gói trong mạng MPLS, giá trị ban đầu của nó là 255 và khi đi qua mỗi LSR

3.1.2 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switch Path)

Đường chuyển mạch nhãn là đường nằm giữa một LSR lối vào và một LSR lối ra Một số giao thức báo hiệu được sử dụng để thiết lập các LSP như LDP (Label Distribution Protocol), RSVP (Resource Reservation Protocol) Đồng thời để điều khiển các LSP một cách hiệu quả, mỗi LSP được gắn một hoặc một số các thuộc tính và các thuộc tính này được sử dụng khi xác định đường cho các LSP như sau:

một đường khi thiết lập LSP trên đó

lập thủ công hay tính toán tự động từ thuật toán định tuyến ràng buộc

nhiều LSP cùng cạnh tranh tài nguyên, các LSP nào có mức ưu tiên cao hơn

sẽ được cấp tài nguyên trước

chiếm dữ có phải nhường lại cho một LSP mới yêu cầu chiếm dữ tài nguyên hay không

- Thích nghi: Xác định khi một LSP đang sử dụng một đường nào đó

có chuyển sang một đường khác tối ưu hơn không khi đường tối ưu đó đã sẵn sàng

hiện tại gặp sự cố hay không