Nghiên cứu mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm

Nghiên cứu mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm Nghiên cứu mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm Nghiên cứu mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ- VIỄN THƠNG -

-

MÃ SỐ: 62.50 - 70

NGUYỄN VĂN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VŨ SƠN

HÀ NỘI 2006

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ- VIỄN THƠNG -

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 62.50 – 70

NGHIÊN CỨU MẠNG NGN VÀ CƠNG NGHỆ

CHUYỂN MẠCH MỀM

NGUYỄN VĂN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VŨ SƠN

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy, TS NGUYễN Vũ SƠN, Khoa

Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa Hμ nội đã tận tình hướng dẫn vμ cung cấp tμi liệu tham khảo cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, với nội dung đề tμi: “Nghiên cứu mạng NGN vμ công nghệ chuyển mạch mềm”

Tôi xin chân thμnh cảm ơn Ban Giám Đốc Trung tâm Đμo tạo Sau đại học vμ các thầy cô Bộ môn Khoa Điện tử - Viễn thông của Trường Đại học Bách Khoa Hμ Nội đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn lμm cơ sở để tôi thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp cũng như những kiến thức qúy báu của Thầy Cô truyền đạt rất bổ ích cho công việc chuyên môn của tôi sau nμy

Tôi xin chân thμnh cảm ơn Ban Tổng Giám Đốc Công ty SPT đã quan tâm vμ tạo

điều kiện cho tôi hòan tất khóa học nμy, đồng thời gửi lời cảm ơn đến tất cả các đồng nghiệp hiện đang công tác tại SPT đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian qua

Cuối cùng xin cảm ơn tất cả bạn bè vμ các anh chị giúp đỡ , động viên vμ hướng dẫn tôi giải quyết những vấn đề nảy sinh khi thực hiện luận văn

Người thực hiện NGUYễN VĂN THÔNG

Hiện nay, mạng viễn thông với các hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống đang dần trở nên lỗi thời vì các hạn chế về băng thông, tốc độ truyền dẫn

mμ quan trọng hơn lμ hạn chế về dịch vụ cả về chất lượng lẫn số lượng Thời gian gần đây, hầu như toμn bộ lưu lượng do nhμ khai thác truyền tải vẫn lμ thoại Tuy nhiên, sự bùng nổ nhanh chóng của lưu lượng gói, khi thoại qua VoIP, Internet Telephony, các dịch vụ ứng dụng trên IP phát triển dẫn đến phải tìm kiếm một kiến trúc mạng mới, thậm chí phải đối đầu với việc tái cấu trúc mạng Bên cạnh

đó chi phí quản lý, vận hμnh vμ bảo dưỡng cao dẫn đến hiệu quả kinh tế thấp; chi phí đầu tư nâng cấp hệ thống mạng nhằm thoả mãn nhu cau ngμy cμng cao của người sử dụng đối với các dịch vụ viễn thông thực sự trở thμnh một gánh nặng đối với các doanh nghiệp viễn thông

Đứng trước xu hướng hội tụ của viễn thông vμ công nghệ thông tin, cùng với sự hội tụ các mạng viễn thông với các hệ thống vμ công nghệ khác nhau tạo nên sự hội tụ về dịch vụ, mạng viễn thông trong tương lai phải có một cấu trúc

mở, điều khiển vμ quản lý linh hoạt, cung cấp nhiều dịch vụ với chất lượng cao,

NGN) đã ra đời nhằm đáp ứng những yêu cầu đó Việc triển khai xây dựng mạng NGN chính lμ xu hướng tất yếu mμ hiện nay của các doanh nghiệp cung cấp dịch

vụ viễn thông đang triển khai vμ ứng dụng

Trong những năm qua Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam vμ các Doanh nghiệp khai thác viễn thông khác của Viêt Nam đã phát triển không ngừng với tốc độ tăng trưởng rất cao Nắm bắt được xu thế phát triển của mạng viễn thông trên thế giới các Doanh nghiệp Bưu chính viễn thông trong nước đã đề

ra chiến lược phát triển tiến tới thiết lập mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) lμ cơ sở hạ tầng thông tin để phát triển mạng vμ dịch vụ trong tương lai Cùng với sự phát triển của các công nghệ mạng, công nghệ chuyển mạch cũng tiến thêm một bước, đó lμ sự ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm softswitch Trong những năm trước đây thị trường thiết bị chuyển mạch điện tử dung lượng lớn hoμn toμn nằm trong sự kiểm soát của một số ít hãng phương tây danh tiếng Tuy nhiên cuộc cách mạng trong công nghệ chuyển mạch đã tạo ra cơ hội cho các công ty ít tên tuổi hơn nhưng tỏ ra mềm dẻo hơn các nhμ khổng lồ, các công ty hoạt động trong lĩnh vực mạng, dịch vụ vμ truyền số liệu tham gia thị trường rất mới mẻ với nhiều hứa hẹn với việc ứng các ưu điểm của mạng thế hệ sau

Trong khuôn khổ của luận văn với mục tiêu nghiên cứu, tìm hiểu các thμnh phần mạng vμ công nghệ, dịch vụ của mạng thế hệ sau, giải pháp mạng NGN của SIEMENS, ERICSSON vμ CISCO, qua đó để hiểu hơn về chuyển mạch mềm vμ các ứng dụng nhằm chọn lựa giải pháp triển khai mạng NGN thích hợp

Chương 2 đề cập đến cấu trúc, mô hình phân lớp vμ các vấn đề cần quan tâm trong mạng viễn thông thế hệ sau

Chương 3 giới thiệu một số dịch vụ vμ các vấn đề liên quan đến dịch vụ như bảo mật, chất lượng,…của mạng viễn thông thế hệ sau

Trong chương 4 tìm hiểu về họat động vμ các giao thức báo hiệu sử dụng trong chuyển mạch mềm

Chương 5 đưa ra một số ứng dụng của chuyển mạch mềm vμ sản phẩm chuyển mạch mềm của các hãng

Chương 6 giới thiệu sơ lược giải pháp triển khai mạng viễn thông thế hệ sau của Công ty Saigon Postel Corp (SPT)

Kết luận vμ kiến nghị

Ngòai 6 chương trong báo cáo còn có 4 phụ lục, đó lμ:

- Phụ lục 1 : Chữ viết tắt

- Phu lục 2 : Danh sách các hình vẽ vμ bảng biểu

- Phụ lục 3 : Tμi liệu tham khảo

- Phụ lục 4 : Thông tin các Nhμ cung cấp chuyển mạch mềm

Tuy nhiên, do thời gian vμ kiến thức còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót cũng như sai sót, kính mong Thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để nội dung luận văn thiết thực hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

Nguyễn Văn Thông

Lời cảm ơn

Lời giới thiệu

MụC LụC 1

CHƯƠNG 1 MạNG VIễN THÔNG THế Hệ SAU 1

1.1 Định nghĩa 1

1.2 Đặc điểm của mạng NGN 1

1.3 Động cơ xuất hiện mạng thế hệ sau: 3

1.3.1 Cải thiện chi phí đầu tư 3

1.3.2 Xu thế đổi mới viễn thông 4

1.3.3 Các nguồn doanh thu mới 4

1.4 Sự tiến hóa từ mạng hiện có liên NGN 5

1.4.1 Chiến lược tiến hóa 5

1.4.2 Sự phát triển từ PSTN lên NGN 10

1.5 Kết luận 13

CHƯƠNG 2 CấU TRúC MạNG VIễN THÔNG THế Hệ SAU (NEXT GENERATION NETWORK) 14

2.1 Các tổ chức quốc tế với việc xây dựng mô hình cấu trúc mạng thề hệ sau NGN 14

2.1.1 Mô hình của ITU 14

2.1.2 Một số hướng phát triển của IETF 15

2.1.3 Mô hình của MSF 16

2.1.4 Mô hình của ETSI 19

2.2 Các công nghệ lμm nền cho mạng thế hệ sau 21

2.2.1 IP 22

2.2.2 ATM 23

2.2.3 IP over ATM 24

2.2.4 MPLS 25

2.3 Bảng so sánh giữa các công nghệ 26

2.4 Cấu trúc luận lý (cấu trúc chức năng) của mạng NGN 28

2.4.1 Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN 28

2.4.2 Phân tích 29

2.4.3 Lớp truyền dẫn vμ truy nhập 30

2.4.4 Lớp truyền thông 32

2.4.5 Lớp điều khiển 32

2.4.6 Lớp ứng dụng 34

2.4.7 Lớp quản lý 34

2.5 Cấu trúc vật lý 35

2.5.1 Cấu trúc vật lý của mạng NGN 35

Trang

3.1 Dịch vụ 44

3.1.1 Xu hướng dịch vụ trong tương lai 44

3.1.2 Các đặc trưng của dịch vụ NGN 45

3.1.3 Kiến trc dịch vụ trong mạng NGN 49

3.2 Các vấn đề lin quan đến dịch vụ 53

3.2.1 Bảo mật 53

3.3 QoS (Quality of Service) 57

3.3.1 Giới thiệu 57

3.3.2 Các kỹ thuật phục vụ QoS 58

3.3.3 Các thông số QoS 62

CHƯƠNG 4 CHUYểN MạCH Sử DụNG TRONG MạNG THế Hệ SAU 64 4.1 Giới thiệu chung 64

4.2 Cấu trúc chuyển mạch 64

4.2.1 Cấu trúc chuyển mạch kênh 65

4.2.2 Nhược điểm của chuyển mạch kênh 67

4.2.3 Sự ra đời của chuyển mạch mềm (Softswitch) 68

4.2.4 Khái niệm về chuyển mạch mềm 69

4.2.5 Thμnh phần chính của chuyển mạch mềm 71

4.2.6 Giao thức điều khiển phiên SIP 84

4.2.7 So sánh H.323 vμ SIP 87

4.2.8 MGCP 90

4.2.9 Kết luận 92

4.3 Quản lý 92

4.3.1 Hệ thống hỗ trợ mạng đa dịch vụ: 93

4.3.2 Hỗ trợ cấu hình (Configuration Support) 94

4.3.3 Kiến trúc MN-OSS: 94

CHƯƠNG 5 CáC ứng dụng của chuyển mạch mềM Vμ giải pháp của các hãng 96

5.1 So sánh hoạt động của chuyển mạch mềm vμ chuyển mạch kênh 96

5.2 Ưu điểm vμ ứng dụng của chuyển mạch mềm 97

5.2.1 Ưu điểm 97

5.2.2 ứng dụng 99

5.3 Sản phẩm chuyển mạch mềm của các hãng 105

5.3.1 Giải pháp của Cisco 105

5.3.2 Giải pháp của ERICSSON: 108

5.3.3 Giải pháp của Simens: 114

5.4 Phương pháp tiếp cận phát triển Softswitch 118

5.4.1 Yêu cầu chung về sản phẩm 118

5.4.2 Vấn đề chọn hệ điều hμnh 119

CHƯƠNG 6 HIệN TRạNG Vμ GIảI PHáP PHáT TRIểN MạNG NGN CủA SPT 121

6.1 Xây dựng mạng NGN 121

6.2 X©y dùng m¹ng NGN cña SPT 128

6.2.1 Tæng quan m¹ng SPT 128

6.2.2 Nh÷ng nh−îc ®iÓm cña m¹ng SPT hiÖn t¹i 131

6.3 Gi¶i ph¸p triÓn khai NGN cña SPT 131

6.3.1 M« h×nh líp m¹ng NGN: 131

6.3.2 Gi¶i ph¸p kÕt nèi: 132

6.3.3 M¹ng trôc NGN SPT 132

6.3.4 B¸o hiÖu, Giao thøc vμ giao diÖn kÕt nèi trong m¹ng NGN SPT: 133

6.3.5 Softswitch 133

6.3.6 Giao diÖn API vμ Server øng dông trong m¹ng NGN 133

6.3.7 C«ng nghÖ truyÒn dÉn 134

6.3.8 C«ng nghÖ truy nhËp 134

6.4 KÕ ho¹ch x©y dùng m¹ng 134

6.4.1 Giai ®o¹n I 134

6.4.2 Giai ®o¹n II 136

6.5 KÕ ho¹ch kÕt nèi 140

6.5.1 KÕt nèi m¹ng NGN víi c¸c m¹ng bªn ngoμi 140

6.5.2 §Êu nèi bªn trong m¹ng NGN 143

6.5.3 B¸o hiÖu bªn trong m¹ng NGN 145

6.5.4 B¸o hiÖu gi÷a m¹ng NGN víi c¸c m¹ng bªn ngoμi 146

6.6 KÕt luËn: 147

KÕT LUËN Vμ KIÕN NGHÞ 148

DANH SáCH HìNH Vẽ

Hình 1-1: Topo mạng thế hệ sau 3

Hình 1-2: Các giao thức của mạng thế hệ sau 4

Hình 1-3: Nhu cầu tiến hóa mạng 6

Hình 1-4: Chiến lược phát triển 7

Hình 1-5: Sự hội tụ giữa các mạng 8

Hình 1-6: Hoạt động của chuyển mạch mềm trong NGN 9

Hình 1-7: Sự chuyển dịch thoại từ PSTN sang NGN 10

Hình 1-8: Các lớp chức năng của mạng 12

Hình 2-1: Cấu trúc luận lý NGN của ITU [18] 15

Hình 2-2: Cấu trúc luận lý NGN của MSF 16

Hình 2-3: Cấu trúc khối chức năng NGN của MSF 16

Hình 2-4: Lớp tương thích 17

Hình 2-5: Lớp chuyển mạch 17

Hình 2-6: Lớp điều khiển 17

Hình 2-7: Lớp ứng dụng 18

Hình 2-8: Lớp quản lý 19

Hình 2-9: Cấu trúc vật lý NGN của ETSI [19] 20

Hình 2-10: Cấu trúc chức năng NGN của ETSI [19] 21

Hình 2-11: Các xu hướng phát triển công nghệ mạng 22

Hình 2-12: Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng) 28

Hình 2-13: Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ) 29

Hình 2-14: Kiến trúc mạng thế hệ sau 29

Hình 2-15: Cấu trúc chuyển mạch đa dịch vụ 33

Hình 2-16: Các thực thể chức năng trong NGN 34

Hình 2-17: Cấu trúc vật lý mạng NGN 35

Hình 2-18: Các thμnh phần ýchính của mạng NGN 36

Hình 2-19: Sơ đồ khối Media Gateway 37

Hình 2-20: Sơ đồ khối Media Gateway Controller 39

Hình 3-1: Một số dịch vụ NGN điển hình 46

Hình 3-2: Dịch vụ VPN tiên tiến cho SOHO 47

Hình 3-3: Cấu trúc mạng đa dịch vụ (từ góc độ mạng) 49

Hình 3-4: Cấu trúc chức năng lớp ứng dụng 50

Hình 3-5: Các API đặt bên cạnh server ứng dụng 50

Hình 3-6: Mô hình cấu trúc vật lý 1 51

Hình 3-7: Mô hình cấu trúc vật lý 2 51

Hình 3-8: Cấu trúc điều khiển phân lớp 52

Hình 3-9: Kiến trúc phân lớp/ Giao diện dịch vụ mở 52

Hình 3-10: Các nguy cơ đối với các server vμ thμnh phần mạng 54

Hình 3-11: Mô hình bảo mật 54

Hình 3-12: Biện pháp chống lại các nguy cơ 56

Hình 3-13: Sự phát triển QoS 58

Hình 3-14: Các kỹ thuật QoS trong mạng IP 58

Hình 3-15: Mô hình dịch vụ IntServ 59

Hình 3-16: Mô hình DiffServ tại biên vμ lõi mạng 61

Hình 4-1: Cấu trúc chuyển mạch mềm 64

Hình 4-2: Cấu trúc chuyển mạch kênh 65

Hình 4-5: Cấu trúc mạng thế hệ sau 68

Hình 4-6: Chuyển mạch kênh 70

Hình 4-7: Thμnh phần của mạng chuyển mạch NGN 70

Hình 4-8: Kết nối MGC với các thμnh phần khác trong mạng NGN 71

Hình 4-9: Chức năng của Media Gateway Controller 72

Hình 4-10: Giao thức sử dụng giữa các thμnh phần 73

Hình 4-11: Ví dụ sử dụng Media Gateway Controller 74

Hình 4-12: Quan hệ giữa các giao thức trong mạng VoiP 76

Hình 4-13: Mạng H.323 77

Hình 4-14: Các giao thức thuộc H.323 77

Hình 4-15: Chồng giao thức tại đầu cuối H.323 78

Hình 4-16: Cấu tạo của gateway 79

Hình 4-17: Chồng giao thức của một Gateway 79

Hình 4-18: Chức năng của một Gatekeeper 80

Hình 4-19: Cấu tạo của Multipoint Control Unit 81

Hình 4-20: Quá trình thiết lập cuộc gọi 82

Hình 4-21: Quá trình báo hiệu điều khiển thiết lập cuộc gọi (xác định khả năng giữa các điểm cuối vμ mở kênh luận lý) 83

Hình 4-22: Quá trình trao đổi thông tin 83

Hình 4-23: Quá trình kết thúc cuộc gọi 84

Hình 4-24: Cấu trúc SIP 85

Hình 4-25: Thiết lập vμ huỷ cuộc gọi SIP 87

Hình 4-26: MG vμ MGC 90

Hình 4-27: Thiết lập cuộc gọi A-B 90

Hình 4-28: H.323 Gateway vμ MGC+MG 91

Hình 4-29: Báo hiệu thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 vμ MGCP 91

Hình 4-30: Quản lý dịch vụ tính cước 93

Hình 4-31: Cấu trúc trúc MN-OSS 95

Hình 5-1: ứng dụng lμm SS7 PRI gateway của softswitch 100

Hình 5-2: ứng dụng packet tandem 101

Hình 5-3: Sử dụng Softswitch để cung cấp thoại đường dμi 102

Hình 5-4: Mạng thế hệ sau vμ thuê bao doanh nghiệp 103

Hình 5-5: Mạng thế hệ sau vμ thuê bao tư nhân 104

Hình 5-6: Cấu trúc logic của BTS 10200 106

Hình 5-7: Mô hình mạng tổng quát 109

Hình 5-8: Sơ đồ khối TeS 110

Hình 5-9: Giải pháp NGN của SIEMENS 114

Hình 5-10: Giải pháp chuyển mạch nội hạt của SIEMENS 115

Hình 5-11: Giải pháp cho mạng truy nhập trong thời kỳ quá độ của SIEMENS 117

Hình 5-12: Nền tảng công nghệ Sun 119

Hình 6-1 :Mạng PSTN hiện tại 122

Hình 6-2: Kết nối các dịch vụ băng rộng 123

Hình 6-3: Triển khai truyền dẫn thoại IP 123

Hình 6-4: Chuyển đổi các node truy nhập 124

Hình 6-5: Chuyển đổi các chuyển mạch 125

Hình 6-6: Mạng viễn thông SPT 128

Hình 6-7: Mạng điện thoại cố định PSTN 129

Hình 6-8: Mạng VoIP 177 & Internet 130

Hình 6-12: Sơ đồ kết nối mạng NGN của SPT trong giai đoạn I, Bước 2 136

Hình 6-13: Mô hình mạng NGN SPT giai đoạn II 138

Hình 6-14: Sơ đồ kết nối mạng NGN với các mạng PSTN 141

Hình 6-15: Sơ đồ kết nối mạng NGN với mạng IP tích hợp 142

Hình 6-16: Sơ đồ mạng NGN kết nối với mạng băng rộng 142

Hình 6-17: Giải pháp kết nối các mạng tại TP.HCM 143

Hình 6-18: Giải pháp kết nối các mạng tại Hμ Nội giai đoạn I 144

Hình 6-19: Giải pháp kết nối các mạng tại Hμ Nội giai đoạn II 144

Hình 6-20: Giải pháp kết nối các mạng tại Đμ Nẵng 145

Hình 6-21: Giải pháp kết nối các mạng tại các tỉnh thμnh khác có đầu tư B-RAS .145

Hình 6-22: Cấu trúc báo hiệu bên trong mạng NGN 146

Hình 6-23: Cấu trúc mạng báo hiệu số 7 SPT 146

Hình 6-24: Cấu trúc báo hiệu H.323 giữa mạng NGN vμ mạng VoIP 147

DANH SáCH BảNG BIểU Bảng 1-1: So sánh mạng viễn thông hiện tại vμ mạng NGN 8

Bảng 2-1: So sánh đặc điểm giữa các công nghệ 26

Bảng 4-1: So sánh giữa H.323 vμ SIP 87

Bảng 4-2: So sánh giữa H.323 vμ MGCP 91

Bảng 5-1: So sánh các đặc tính của chuyển mạch kênh với chuyển mạch mềm 96

Bảng 5-2: Năng lực xử lý tối đa của hệ thống lμ như sau: 106

Bảng 5-3: Các giao thưc điều khiển 112

CHƯƠNG 1 MạNG VIễN THÔNG THế Hệ SAU

1.1 Định nghĩa

Mạng viễn thông thế hệ sau (NGN) có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như:

nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM)

Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế vμ cung các nhμ cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm vμ nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể vμ chính xác nμo cho mạng NGN Do đó định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hμm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ sau, nhưng nó có thể tương đối lμ 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 vμ công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng viễn thông thế hệ sau (NGN) ra đời lμ mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng vμ nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại vμ số liệu, giữa cố định vμ di động Như vậy, có thể xem mạng viễn thông thế hệ sau lμ sự tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên kỹ thuật IP/ATM Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng

có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vμo mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần lμ sự hội tụ giữa thoại vμ dữ liệu mμ còn lμ sự hội tụ giữa truyền dẫn quang vμ công nghệ gói, giữa mạng cố

định vμ di động Vấn đề chủ đạo ở đây lμ lμm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem

đến từ quá trình hội tụ nμy Một vấn đề quan trọng khác lμ sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một khối lượng lớn dịch vụ vμ ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn trong đó lμ không được trù liệu khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay

à Mạng NGN lμ mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất

Lμ mạng có dung lượng ngμy cμng tăng, có tính thích ứng cũng ngμy cμng tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng, vμ phát triển một cách độc lập

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

Việc phân tách lμm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới, nhμ kinh doanh có thể căn cứ vμo nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện nối thông giữa các mạng có cấu hình khác nhau Tiếp đến, mạng NGN lμ mạng dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm của:

Mục tiêu chính của chia tách lμ lμm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng, thực hiện một cách linh hoạt vμ có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ

Thuê bao có thể tự bố trí vμ xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ vμ loại hình đầu cuối Điều đó lμm cho việc cung cấp dịch vụ vμ ứng dụng có tính linh hoạt cao

NGN lμ mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất Mang thông tin hiện nay, dù lμ mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó lμm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ rμng lμ mạng viễn thông, mạng máy tính vμ mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó lμ

xu thế lớn mμ người ta thường gọi lμ “dung hợp ba mạng” Giao thức IP lμm cho các dịch vụ lấy IP lμm cơ sở đều có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mμ ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia Giao thức IP thực tế đã trở thμnh giao thức ứng dụng vạn năng vμ bắt

đầu được sử dụng lμm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn ở thế bất lợi so với các chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại

vμ cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, mμ nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót nμy

Hình 1-1: Topo mạng thế hệ sau 1.3 Động cơ xuất hiện mạng thế hệ sau:

Yếu tố hμng đầu lμ tốc độ phát triển theo hμm số mũ của nhu cầu truyền dẫn dữ liệu vμ các dịch vụ dữ liệu lμ 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 vμ 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 lμ không thể tránh khỏi khi mμ dữ liệu thay thế vị trí của thoại vμ trở thμnh nguồn tạo ra lợi nhuận chính Cùng với sự bùng nổ Internet trên toμn cầu, rất nhiều khả năng mạng thế hệ sau sẽ dựa trên giao thức IP Tuy nhiên, thoại vẫn lμ một dịch vụ quan trọng vμ do đó, những thay đổi nμy dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lượng cao qua IP

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

1.3.1 Cải thiện chi phí đầu tư

Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống được cải tiến chậm trễ vμ chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính Các chuyển mạch kênh nμy 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 lμ ngμy cμng có nhiều dòng lưu lượng số liệu trên mạng PSTN đến mạng Internet vμ sẽ xuất hiện một giải pháp với định hướng số liệu lμm trọng tâm để thiết kế mạng chuyển

liệu Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhμ khai thác lựa chọn nhμ 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 nhμ khai thác quản lý mạng dễ dμng hơn, nâng cấp một cách hiệu quả phần mềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệ thống

1.3.2 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 nhμ khai thác viễn thông lớn trên thế giới Xuyên suốt quá trình được gọi lμ “mạch vòng nội hạt không trọn gói”, các luật lệ của chính phủ trên toμn thế giới đã ép buộc các nhμ khai thác lớn phải mở cửa để các công ty mới tham gia thị trường cạnh tranh Trên quan điểm chuyển mạch, các nhμ cung cấp thay thế phải có khả năng giμnh được khách hμng địa phương nhờ đầu tư trực tiếp vμo “ những dặm cuối cùng” của đường cáp đồng Điều nμy dẫn đến việc gia tăng cạnh tranh Các giải pháp mạng NGN thực sự phù hợp để

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

Hình 1-2: Các giao thức của mạng thế hệ sau 1.3.3 Các nguồn doanh thu mới

Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại vμ xuất hiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại Kết quả lμ phần lớn các nhμ khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh của họ dưới ánh sáng của các dự báo nμy Cùng lúc đó, các nhμ 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

1.4 Sự tiến hóa từ mạng hiện có liên NGN

1.4.1 Chiến lược tiến hóa

Trong nhiều năm gần đây, nền công nghiệp Viễn thông vẫn đang trăn trở về vấn đề phát triển công nghệ căn bản nμo vμ dùng mạng gì để hỗ trợ các nhμ khai thác trong bối cảnh luật viễn thông đang thay đổi nhanh chóng, cạnh tranh ngμy cμng gia tăng mạnh mẽ Khái niệm mạng thế hệ sau (hay còn gọi lμ mạng thế hệ tiếp theo - NGN) ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mới, mang lại nguồn thu mới, góp phần giảm chi phí khai thác vμ đầu tư ban đầu cho các nhμ kinh doanh Một chiến lược để phát triển nhịp nhμng từ mạng hiện tại sang kiến trúc mạng mới lμ rất quan trọng nhằm giảm thiểu yêu cầu đầu tư trong giai đoạn chuyển tiếp, trong khi sớm tận dụng được những phẩm chất của mạng NGN Tuy nhiên bất kỳ bước đi nμo trong tiến trình chuyển tiếp nμy cũng cần tạo điều kiện

dễ dμng hơn cho mạng để rốt cuộc vẫn phát triển sang kiến trúc NGN dựa trên chuyển mạch gói Bất cứ giải pháp nμo được chọn lựa thì các hệ thống chuyển mạch truyền thống cũng sẽ phải tồn tại bên cạnh các phần tử mạng công nghệ mới trong nhiều năm tới

™ Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau :

dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện

thác vμ bảo dưỡng

Việc tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý vμ nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bμn hμnh chính mμ tổ chức theo vùng

mạng hay vùng lưu lượng ở đây, chủ yếu chúng ta xem xét quá trình tiến hóa về

Hình 1-3: Nhu cầu tiến hóa mạng Như hình vẽ, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thμnh một mạng “hỗn tạp”, chỉ được xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau Xét đến mạng Internet, đó lμ một mạng đơn lớn, có tính chất toμn cầu, thường được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn lμ theo một kiến trúc đặc trưng Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như các dịch vụ có tính thời gian thực ( như thoại truyền thống)

™ Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ sau NGN cần tuân theo các chỉ tiêu:

mạng hiện hμnh

khác nhau Mỗi nhμ cung cấp mạng hay dịch vụ lμ một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh vμ cung cấp dịch vụ khác nhau, vμ có thể sử dụng những kỹ thuật vμ giao thức khác nhau Một vμi dịch vụ có thể chỉ do một nhμ cung cấp dịch vụ đưa ra, nhưng tất cả các dịch vụ đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối

thiết lập đường truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) vμ từ mạng Internet công cộng (

hỗ trợ thêm chất lượng dịch vụ QoS)

Hình 1-4: Chiến lược phát triển

Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ sau, việc chuyển dịch phải phân ra lμm ba mức (ở hai lớp : kết nối vμ chuyển mạch)

Trước hết lμ chuyển dịch ở lớp truy nhập vμ truyền dẫn Hai lớp nμy bao gồm lớp vật lý, lớp 2 vμ lớp 3 nếu chọn công nghệ IP lμm nền cho mạng thế hệ sau Trong đó :

Công nghệ ở lớp 2 phải thỏa mãn:

có sự cố phải tiêu chuẩn hơn của công nghệ SDH/SONET

Hiện tại công nghệ RPT (Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm

đáp ứng các chỉ tiêu nμy Xây dựng mạng truy nhập băng rộng (như ADSL, LAN, modem cáp,…) để có thể cung cấp phương thức truy nhập băng rộng hướng đến phân nhóm cho thuê bao, cho phép truy nhập với tốc độ cao hơn Hiện nay, việc xây dựng mạng con thông minh đang được triển khai một cách toμn diện, điều đó cũng có nghĩa lμ việc chuyển dịch sang mạng NGN đã bắt đầu

Hình 1-5: Sự hội tụ giữa các mạng Thứ hai lμ chuyển dịch mạng đường dμi (mạng truyền dẫn) Sử dụng cổng mạng trung kế tích hợp hoặc độc lập, chuyển đến mạng IP hoặc ATM, rồi sử dụng chuyển mạch mềm để điều khiển luồng vμ cung cấp dịch vụ Sử dụng phương thức nμy có thể giải quyết vấn đề tắt nghẽn trong chuyển mạch kênh

Bảng 1-1: So sánh mạng viễn thông hiện tại vμ mạng NGN

Cáp xoắn băng hẹp GSM không dây Truyền hình cáp số

vμ tương tự chuyên dụng Cáp quang

Cáp xoắn băng rộng Modem cáp

IP qua vệ tinh Ethernet

Chuyển mạch vμ

định tuyến

Tổng đμi PSTN Chuyển mạch ATM

Định tuyến IP Chuyển mạch quang

Thμnh phần

mạng

Chuyển mạch Frame Relay

Định tuyến IP

Mạng truyền dẫn

đường trục

PDH SDH

DWDM

Cùng với sự tiến hóa ở lớp truy nhập vμ truyền dẫn, chức năng chuyển mạch của tổng đμi ở lớp điều khiển được thay thế bằng một phần mềm chuyển mạch

thông minh gọi lμ Softswitch (hay Call Agent) :

Hình 1-6: Hoạt động của chuyển mạch mềm trong NGN

1.4.2 Sự phát triển từ PSTN lên NGN

Thoại luôn lμ dịch vụ đ−ợc xét đến hμng đầu trong quá trình xây dựng mạng Do đó, ở đây ta xem xét một minh họa về sự chuyển dịch thoại từ PSTN sang NGN

Hình 1-7: Sự chuyển dịch thoại từ PSTN sang NGN

™ Đối với các mạng dịch vụ:

Sù tiÕn hãa c¸c líp chøc n¨ng cña m¹ng

Hình 1-8: Các lớp chức năng của mạng Con đường phát triển của các mạng hiện tại lμ tạo ra một mạng chuyển mạch gói bên cạnh mạng PSTN để hỗ trợ thoại cũng như số liệu, vμ cấu hình để vận hμnh như một chuyển mạch quá giang khác Để lμm được việc nμy, điều cần thiết đối với mạng chuyển mạch gói lμ phải truyền thông được với PSTN nhờ sử dụng báo hiệu SS7 Truy cập tốc độ cao sẽ qua các công nghệ DSL (Digital Subcriber Line), các modem cáp, các đầu cuối di động vμ vô tuyến băng rộng Tuy nhiên truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ lμ xu thế phát triển của tương lai Thoại lμ yếu tố quyết định trong sự phát triển sang các mạng đa dịch vụ Một số lượng lớn các thiết bị đang xuất hiện trên thị trường

để hộ trợ điện thoại trên các mạng IP Các thiết bị nμy vừa phục vụ cho tư gia khách hμng vừa cho các mạng hữu tuyến Có một sức nặng đằng sau ý kiến cho

lμ IP lμ chọn lựa tất yếu cho tương lai Các cổng VoIP quy mô doanh nghiệp vừa

mới được đưa vμo hoạt động vμ các nhμ khai thác đã có các mạng IP toμn cầu, trong đó có cả nhμ khai thác của Châu á

vụ, khả năng thu hồi vốn đầu tư mạng viễn thông giữa các vùng trong cả nước,

đặc biệt lμ giữa các đô thị vμ các các vùng nông thôn miền núi Mặt khác, với tính chất truyền thông không chỉ lμ một ngμnh kinh doanh đơn thuần mμ còn mang ý nghĩa sâu sắc về chính trị, xã hội, an ninh quốc gia, đặc biệt trong nền kinh tế tri thức vμ xu thế mở cửa hội nhập

Ngμy nay, xuất phát từ sự tư nhân hoá trong lĩnh vực viễn thông ở Việt Nam nói riêng vμ trên thế giới nói chung, nhiều nhμ cung cấp dịch vụ viễn thông đã ra

đời tạo nên một thị trường viễn thông cạnh tranh rất gay gắt Bên cạnh đó, trong bối cảnh phát triển không ngừng của nền kinh tế, nhu cầu về sự đa dạng dịch vụ với chất lượng cao, tốc độ truyền dẫn cao, băng thông rộng, khả năng di động vμ chi phí thấp từ phía người sử dụng đòi hỏi nhμ cung cấp dịch vụ phải có những chiến lược kinh doanh hiệu quả Hiệu quả đầu tư lμ mục tiêu hμng đầu, do đó, để tồn tại vμ phát triển các nhμ cung cấp dịch vụ phải giảm chi phí đầu tư cũng như chi phí vận hμnh vμ bảo dưỡng, tạo ra nhiều lựa chọn cho khách hμng khi sử dụng dịch vụ viễn thông, rút ngắn thời gian triển khai các dịch vụ mới, giảm giá thμnh dịch vụ, đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt nhất, đồng thời gia tăng độ linh hoạt trong quá trình cung cấp dịch vụ cho người khách hμng Từ những yêu cầu trên giải pháp triển khai xây dựng mạng NGN lμ hướng phát triển tất yếu của viễn thông Việt Nam vμ thế giói nói chung

CHƯƠNG 2 CấU TRúC MạNG VIễN THÔNG THế Hệ SAU

(NEXT GENERATION NETWORK)

2.1 Các tổ chức quốc tế với việc xây dựng mô hình cấu trúc mạng thề hệ sau NGN

Mạng thế hệ sau lμ vấn đề thu hút sự quan tâm của nhiều tổ chức viễn thông, điển hình lμ họat động của các tổ chức viễn thông sau đây:

Harmonization over Network – Giao thức viễn thông vμ Interent trên mạng)

mạch mềm)

Hiệp hội nghiên cứu cấu trúc mạng thông tin viễn thông)

Hình 2-1: Cấu trúc luận lý NGN của ITU [18]

™ Mạng truy cập bao gồm các kết nối

™ Kết nối với mạng truy cập khác

ITU đưa ra mô hình tham chiếu với các loại điểm tham chiếu, tương ứng với các loại điểm tham chiếu nμy lμ các loại giao diện kết nối (đang tiếp tục được ITU nghiên cứu)

Các ứng dụng dịch vụ thông tin qua các giao diện có thể giao tiếp với phần mạng khách hμng, phần mạng truy nhập hoặc phần mạng lõi Các phần mạng nμy đều có hai chức năng:

2.1.2 Một số hướng phát triển của IETF

đối với các nhμ thiết kế, khai thác, cung cấp, …chủ yếu trong lĩnh vực Internet

phải có mạng chuyển tải tòan cầu sử dụng giao thức IP với bất cứ công nghệ lớp kết nối (Layer link) nμo

- Đối với mạng đường trục, IETF có 2 giao thức chính lμ IP trên ATM vμ mạng quang phân cấp đồng bộ SONET/SDH vμ IP với gian thức điểm nối điểm (PPP- Point to Point) với SONET/SDH

Switching) MPLS lμ kết quả phát triển của IP Switching sử dụng cơ chế hóan đổi nhãn như của ATM để truyền gói tin mμ không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP

2.1.3 Mô hình của MSF

2.1.3.1 Cấu trúc luận lý

Hình 2-2: Cấu trúc luận lý NGN của MSF

Hình 2-3: Cấu trúc khối chức năng NGN của MSF

2.1.3.2 Lớp tương thích (Adaptation Plane)

Hình 2-4: Lớp tương thích Lớp tương thích chịu trách nhiệm cung cấp khả năng truy nhập cho rất nhiều các thiết bị User to Network Interface (UNI), Service Node Interface (SNI), Network to Network Interface (NNI) mμ hệ thống Multiservice Switching System

hỗ trợ

2.1.3.3 Lớp chuyển mạch (Switching Plane)

Hình 2-5: Lớp chuyển mạch

™ Chức năng:

vùng điều khiển Điều nμy có thể bao gồm cả các thiết bị tương thích vμ chuyển mạch từ xa kết nối thông qua các giao diện tiêu chuẩn như SONET/SDH Automatic Protection Switching (APS)

thích nằm trên những phần tử vật lý khác nhau thì các giao diện được xây dựng trên giao diện vật lý chuẩn

khiển chuyển mạch đến một hay nhiều bộ điều khiển

2.1.3.4 Lớp điều khiển (Control Plane)

Lớp điều khiển chịu trách nhiệm định tuyến lưu lượng giữa lớp chuyển mạch, lớp tương thích vμ lớp ứng dụng trong hệ thống chuyển mạch Lớp điều khiển xác định các nguồn tμi nguyên của lớp chuyển mạch vμ lớp tương thích

trong liên kết với lớp tương thích

dịch vụ video như SS7, Q.931, H.323…

điều khiển khác nhau

khiển Việc nμy bao gồm bắt vμ chuyển thông tin kênh D vμ báo hiệu SS7 cũng như giám sát sự kiện (như DTMF tone trên giao diện thoại)

codec, với các phần tử của lớp tương thích ngang hμnh trên các MSS khác 2.1.3.5 Lớp ứng dụng

Hình 2-7: Lớp ứng dụng Lớp dịch vụ bao gồm rất nhiều dịch vụ với các cấp khác nhau Một vμi dịch

vụ có thể tự điều khiển vμ truy xuất trực tiếp từ lớp ứng dụng Một số khác có thể

được kích hoạt từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống

™ Chức năng:

à DÞch vô tin nh¾n nh− email hay voice mail

gäi

vμ c¸c øng dông cung cÊp bëi c¸c m¹ng kh¸c Nã cßn cho phÐp dÞch vô ë líp øng dông truy xuÊt trùc tiÕp chøc n¨ng cña líp ®iÒu khiÓn

2.1.3.6 Líp qu¶n lý

H×nh 2-8: Líp qu¶n lý Líp qu¶n lý thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng qu¶n lý, MIB vμ c¸c giao diÖn trong MSS

à Lớp kết nối

Trong đó, lớp kết nối bao gồm cả truy nhập vμ lõi cùng các cổng trung gian, nghĩa lμ bao gồm tất cả các thμnh phần vật lý vμ thiết bị trên mạng Lớp quản lý

có tính năng xuyên suốt nhằm quản lý 3 lớp còn lại

ETSI đang tiếp tục nghiên cứu, thảo luận về mô hình cấu trúc mạng thế hệ sau NGN Với mục tiêu cung cấp tất cả các dịch vụ viễn thông truyền thống vμ các dịch vụ viễn thông sau gồm: PSTN/ISDN, X.25, FR, ATM, IP, GSM, GPRS, IMT2000… ETSI phân chia việc nghiên cứu cấu trúc mạng theo các lĩnh vực sau:

Hình 2-10: Cấu trúc chức năng NGN của ETSI [19]

2.2 Các công nghệ lμm nền cho mạng thế hệ sau

Ngμy nay, yêu cầu ngμy cμng tăng về số lượng vμ chất lượng dịch vụ đã thúc

đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông Những xu hướng phát triển công nghệ đã vμ đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hμng trong tương lai

Theo ITU, có hai xu hướng tổ chức mạng chính:

Trong hoạt động kết nối định hướng, các cuộc gọi được thực hiện với trình

tự : gọi số – xác lập kết nối – gửi vμ nhận thông tin – kết thúc Trong kiểu kết nối nμy, công nghệ ATM phát triển cho phép đẩy mạnh các dịch vụ băng rộng vμ nâng cao chất lượng dịch vụ Hoạt động không kết nối dựa trên giao thức IP như việc truy cập Internet không yêu cầu việc xác lập trước các kết nối , vì vậy chất lượng dịch vụ có thể không hoμn toμn đảm bảo như trường hợp trên Tuy nhiên

do tính đơn giản, tiện lợi với chi phí thấp, các dịch vụ thông tin theo phương thức

CL phát triển rất mạnh mẽ theo xu hướng nâng cao chất lượng dịch vụ vμ tiến tới cạnh tranh với các dịch vụ thông tin theo phương thức CO

Tuy vậy, hai phương thức phát triển nμy dần tiệm cận vμ hội tụ dẫn đến sự

ra đời công nghệ ATM/IP Sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ vμ các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng

Hình 2-11: Các xu hướng phát triển công nghệ mạng 2.2.1 IP

Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng trưởng theo cấp số nhân của thuê bao Internet đã lμ một thực tế không còn ai có thể phủ nhận Hiện nay lượng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đường trục trên thực tế đều lμ từ IP Trong công tác tiêu chuẩn hóa các loại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho IP đã trở thμnh trọng điểm của công tác nghiên cứu IP lμ giao thức chuyển tiếp gói tin Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến vμ các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin

IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ lμ số duy nhất trong toμn mạng vμ mang

đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) vμ nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút Kết quản tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích

Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng tới đích Phương thức chuyển tin truyền thống lμ theo từng chặng một ở cách nμy, mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập Phương thức nμy, do vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gói tin sai hướng, điều nμy đồng nghĩa với việc mất gói tin

Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Ví dụ, với phương thức nμy, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích Điều nμy khiến cho mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến vμ chuyển tin nμy nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến

động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối Với các phương thức như CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích thước của bản tin được duy trì ở mức chấp nhận được, vμ do việc tính toán

định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mμ không cần bất

cứ thay đổi nμo

Tóm lại, IP lμ một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy vμ khả năng mở rộng cao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức

định tuyến theo từng chặng Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ tốt chất lượng dịch

vụ

2.2.2 ATM

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vμo các gói tin có chiều dμi cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vμo đồng hồ đồng bộ vμ dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ vμ dịch vụ khác nhau

ATM có hai đặc điểm quan trọng:

bμo ATM , các tế bμo nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ lμm cho trễ truyền vμ biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo

điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dμng hơn

nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dμng

hướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu

kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu vμ được giữ cố

định trong suốt thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng

đμi ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn Việc nμy thực hiện hai

điều: dμnh cho kết nối một số tμi nguyên vμ xây dựng bảng chuyển tế bμo tại mỗi tổng đμi Bảng chuyển tế bμo nμy có tính cục bộ vμ chỉ chứa thông

tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đμi Điều nμy khác với thông tin về toμn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP

gói tin qua router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, vμ việc nμy được thực hện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng của tổng đμi ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống

2.2.3 IP over ATM

Hiện nay, trong xây dựng mạng IP, có đến mấy loại kỹ thuật, như IP over SDH/ SONET, IP over WDM vμ IP over Fiber Còn kỹ thuật ATM, do có các tính năng như tốc độ cao, chất lượng dịch vụ (QoS), điều khiển lưu lượng, … mμ các mạng lưới dùng bộ định tuyến truyền thống chưa có, nên đã được sử dụng rộng rãi trên mạng đường trục IP Mặt khác, do yêu cầu tính thời gian thực còn tương đối cao đối với mạng lưới, IP over ATM vẫn lμ kỹ thuật được chọn trước tiên hiện nay Cho nên việc nghiên cứu đối với IP over ATM vẫn còn rất quan trọng Mμ MPLS chính lμ sự cải tiến của IP over ATM kinh điển, cho nên ở đây chúng ta cần nhìn lại một chút về hiện trạng của kỹ thuật IP over ATM

IP over ATM truyền thống lμ một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoμn toμn độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông Điều đó hiện nay trên thực tế đã được ứng dụng rộng rãi Nhưng trong tình trạng mạng lưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng

đó cũng gây ra nhiều vần đề cần xem xétn lại

Trước hết, vấn đề nổi bật nhất lμ trong phương thức chồng xếp, phải thiết lập các liên kết PVC tại N điểm nút, tức lμ cần thiết lập mạng liên kết Như thế có thể sẽ gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức, tức lμ khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải lμm ( như số VC, lượng tin điều khiển) đều có cấp số nhân bình phương của N điểm nút Khi mμ mạng lưới ngμy cμng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ lμm cho mạng lưới quá tải

Thứ hai lμ, phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP over ATM

ra lμm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều lμ ở trong một mạng vật lý Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều nμy sẽ có

ảnh hưởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau Mặt khác, khi lưu lượng rất lớn, những bộ định tuyến nμy sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai đối với băng rộng Hai điểm nêu trên đều lμm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho mạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,…, nhưng không thể đáp ứng được nhu cầu của mạng đường trục Internet trong tương lai Trên thực tế, hai kỹ thuật nμy đang tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm

Thứ ba lμ, trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn không có cách nμo đảm bảo QoS thực sự

Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP vμ ATM đều lμm riêng lẻ, không xét gì đến kỹ thuật kia, điều nμy lμm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vμo một loạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức nμy Cách lμm như thế có thể gây ảnh hường không tốt đối với độ tin cậy của mạng

đường trục Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM – đa giao thức trên ATM) LANE (LAN Emulation – Mô phỏng LAN)… cũng chính lμ kết quả nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đó, nhưng các giải thuật nμy đều chỉ giải quyết được một phần các tồn tại, như vấn đề QoS chẳng hạn Phương thức mμ các kỹ thuật nμy dùng vẫn lμ phương thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ Hiện nay đã xuất hiện một loại kỹ thuật IP over ATM không dùng phương thức xếp chồng, mμ dùng phương thức chuyển mạch nhãn, áp dụng phương thức tích hợp Kỹ thuật nμy chính lμ cơ sở của MPLS

2.2.4 MPLS

Đối với các nhμ thiết kế mạng mμ nói, sự phát triển nhanh chóng, sự mở rộng không ngừng của mạng Internet, sự tăng vọt của lượng dịch vụ cũng như sự phức tạp của các loại hình dịch vụ , đã dần dần lμm cho mạng viễn thông hiện tại không còn kham nổi Một mặt, các nhμ khai thác than phiền khó kiếm được lợi nhuận, nhưng mặt khác thì thuê bao lại kêu ca lμ giá cả quá cao, tốc độ quá chậm Thị trường bức bách đòi hỏi có một mạng tốc độ cao hơn, giá cả thấp hơn

Đây lμ nguyên nhân căn bản để ra đời một loạt các kỹ thuật mới, trong đó có MPLS Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi lμ nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN), hay lμ IP đạt thanh công lớn trên thị trường hiện nay, đều tồn tại nhược điểm khó khắc phục được Sự xuất hiện của MPLS – kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự chọn lựa tốt đẹp cho cấu trúc mạng thông tin tương lai Phương pháp nμy đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến Hiện nay cμng có nhiều người tin tưởng một cách chắc chắn rằng MPLS sẽ lμ phương án lý tưởng cho mạng đường trục trong tương lai

MPLS tách chức năng của IP router lμm hai phần riêng biệt : chức năng chuyển gói tin vμ chức năng điều khiển Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế hóan đổi nhãn tương tự như ATM Trong MPLS, nhãn lμ một số có độ dμi cố định vμ không phụ thuộc vμo lớp mạng Kỹ thuật hóan đổi nhãn về bản chất lμ việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói vμ nhãn mới của nó Việc nμy

đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, vμ do vậy, cải thiện được khả năng của thiết bị Các router sử dụng kỹ thuật nμy được gọi lμ LSR (Label Switch Router) Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các

cho việc chuyển mạch MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) vμ BGP (Border Bateway Protocol) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng vμ cho phép thiết lập tuyến

cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến lμ hoμn toμn khả thi Đây

lμ một điểm vượt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển

Ngoμi ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting) Do MPLS lμ công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hơn các công nghệ khác Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp

mμ MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vμo cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng được dễ dμng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC có thể được xác

định bởi một giá trị của nhãn Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dμng dùng RTFM ( Real- Time Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện vμ vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp nμy không đưa ra được toμn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ điểm

đầu đến điểm cuối của miền MPLS)

Tóm lại, MPLS lμ một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tính chất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt Tuy nhiên, độ tin cậy lμ một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại

năng mở rộng cao

Do phương thức định tuyến theo từng chặng

Tích hợp ATM vμ

IP Chuyển gói tin trên cơ sở nhãn qua các

đường chuyển mạch nhãn LSP

Có thể áp dụng trên nhiều môi trường mạng

Công nghệ IP ATM MPLS

nên điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện

Nền tảng phần cứng ttốc

độ cao

khác nhau như : IP, ATM, Ethernet,FR

hiệu quả

Tốc độ chuyển mạch cao, mềm dẻo,

hỗ trợ QoS theo yêu cầu

Tích hợp các chức năng định tuyến, đánh

địa chỉ, điều khiển

Khả năng mở rộng tốt

Tỉ lệ giữa chất lượng vμ giá thμnh cao Kết hợp giữa IP vμ ATM cho phép tận dụng tối đa thiết bị , nâng cao hiệu quả đầu tư

Sự phân tách giữa

điều khiển vμ chuyển mạch cho phép MPLS

được triển khai trên nhiều phương tiện

trợ QoS

Giá thμnh cao, không mềm dẻo trong hỗ trợ những ứng dụng

IP, VoA

Hỗ trợ giao thức dẫn đến phức tạp trong kết nối

Khó thực thi QoS xuyên suốt cho đến khi thiết bị đầu cuối thích hợp cho người sử dụng xuất hiện trên thị trường

Việc hợp nhất các kênh ảo còn đang tiếp tục nghiên cứu Giải quyết việc chèn tế bμo sẽ chiếm nhiều tμi nguyên

Công nghệ IP ATM MPLS

phải nâng cấp cho các thiết bị ATM hiện tại

2.4 Cấu trúc luận lý (cấu trúc chức năng) của mạng NGN

Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn lμ xu hướng phát triển mới mẻ, chưa có một khuyến nghị chính thức nμo của Liên minh Viễn thông thế giới ITU về cấu trúc của nó Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình cấu trúc mạng thế hệ sau như Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,… Bên cạnh việc đưa

ra nhiều mô hình cấu trúc mạng NGN khác nhau vμ kèm theo lμ các giải pháp mạng cũng như những sản phẩm thiết bị mới khác nhau Các hãng đưa ra các mô hình cấu trúc tương đối rõ rμng vμ các giải pháp mạng khá cụ thể lμ Alcatel, Siemens, Ericsions Nhìn chung từ các mô hình nμy, cấu trúc mạng mới có đặc

điểm chung lμ bao gồm các lớp chức năng sau:

Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của hãng lμ vấn đề đang được các nhμ khai thác quan tâm

2.4.1 Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN

Lớp quản lý

Hình 2-12: Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng)

Xem xét từ góc độ kinh doanh vμ cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc

mạng thế hệ sau còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ Trong môi trường phát triển

cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thμnh phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ

Với API : Application Program Interface

Hình 2-13: Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ) 2.4.2 Phân tích