Xử lý chất lượng thoại trong mạng thế hệ mới NGN

Xử lý chất lượng thoại trong mạng thế hệ mới NGN Xử lý chất lượng thoại trong mạng thế hệ mới NGN Xử lý chất lượng thoại trong mạng thế hệ mới NGN 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

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt 3

Danh mục các hình vẽ đồ thị 5

I/Mở đầu 8

II/ Chương 1: Sơ lược về tình hình phát triển của ngành viễn thông quốc tế cũng như trong nước Sự cần thiết phải tiến lên mạng công nghệ mới NGN (Next Generation Network) 10

1.1 Tình hình viễn thông thế giới trong những năm gần đây 11

1.1.1 Công nghệ chuyển mạch IP (Internet Protocol) 12

1.1.2 Công nghệ chuyển mạch ATM(Asynchorous Transfer Mode) 16 1.1.3 Công nghệ chuyển mạch MPLS(Multi Protocol Label Switch) 17 1.1.4 Xu hướng phát triển mạng chuyển mạch kênh 20

1.1.5 Xu hướng phát triển mạng chuyển mạch gói 22

1.1.6 Công nghệ và dịch vụ mạng 22

1.1.6.1 Mạng dữ liệu kênh thuê bao (DDN) 22

1.1.6.2 Mạng số tích hợp dịch vụ (ISDN) 22

1.1.6.3 Mạng chuyển mạch gói (Packet Switching) 24

1.1.7 Thị trường viễn thông trên thế giới 27

1.2 Tình hình viễn thông ở Việt Nam và sự cần thiết tiến lên mạng NGN 29 1.2.1 Sơ lược về mạng viễn thông Việt Nam 29

1.2.2 Hạn chế của mạng viễn thông hiện tại 30

III / Chương 1: Mạng viễn thông thế hệ mới NGN 32

2.1 Định nghĩa 32

2.2 Tổng quan về cấu trúc mạng NGN 34

2.2.1Sự tiến hoá từ mạng hiện có lên mạng NGN 35

2.2.2 Cấu trúc luận lý của mạng NGN 42

2.2.3 Cấu trúc vật lý của mạng NGN 52

2.2.4 Tìm hiểu chi tiết về Media Gateway Controller 55

2.2.4.1 Khái niệm chuyển mạch mềm 57

2.2.4.2 Vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp

chức năng của NGN 58

2.2.4.3 Thành phần chính của chuyển mạch mềm 60

2.2.4.4 Khái quát hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch 62

2.2.4.5 ưu điểm và ứng dụng của chuyển mạch mềm 64

2.2.4.6 Các giao thức hoạt động trong mạng NGN 65

IV/ Chương 3: Xử lý chất lượng thoại trong mạng NGN 73 3.1 Các thông số ảnh hưởng đến QoS của VoIP 73

3.1.1 Độ trễ 73

3.1.1.1 Trễ do CODEC 73

3.1.1.2 Trễ do đóng gói 74

3.1.1.3 Trễ trên hàng đợi 74

3.1.1.4 Trễ chuyển tiếp 74

3.1.1.5 Trễ do truyền dẫn 75

3.1.1.6 Trễ nối tiếp 75

3.1.1.7 Trễ trong bộ đệm Jitter 75

3.1.2 Jitter gói (Trễ do biến động mạng) 76

3.1.3 Mất gói 78

3.2 Khởi tạo cuộc gọi trong VoIP 79

3.2.1 Cấu trúc chức năng của mạng VoIP trên NGN 80

3.2.2 Cấu trúc vật lý của mạng VoIP trên NGN 84

3.3 Chất lượng dịch vụ cho VoIP trên NGN 87

3.3.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) 88

3.3.2 Dịch vụ tích hợp (IntService) 89

3.3.3 Dịch vụ phân lớp (DiffServ) 91

3.3.4 Một số thuật toán cho quản lý tắc nghẽn trên hàng đợi 94

3.3.4.1 Priority Queuing (PQ) 95

3.3.4.2 Custom Queuing (CQ) 96

3.3.4.3 Weighted Fair Queuing (WFQ) 97

3.4 Sử dụng IP/MPLS kết hợp Diffserv và MPLS-TE 99

3.4.1 Diffserv trong MPLS 100

3.4.2 Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS (MPLS-TE) 103

V/ kết luận và thảo luận 108

VI/ tài liệu tham khảo 110

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt

Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt

Adsl Asynchronous Digital Subs Line Đường truyền thuê bao bất đối xứng

AF Accounting Function Chức năng Account đặc tính cước Api Application Interface Giao diện ứng dụng mở

ASF Application Server Function Chức năng server ứng dụng

Atdm Asynchronous Time Division

mutiplexing

Ghép kênh phân chia theo thời gian không đồng bộ

Atm Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ

BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đấu nối biên

CAF Call Agent Function Chức năng điều khiển cuộc gọi CIDR Classless Interdomain Routing Định tuyến đa miền

CSN Circuit Switch Network Mạng chuyển mạch kênh

CSR Cell Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch cell DDN Defense Data Network Mạng dữ liệu kênh thuê bao

DQDB Distributed Queuing Data Bus Phân phối Bus dữ liệu hàng đợi DSL Digital Subs Line Đường truyền thuê bao số

DSLAM DSL Access Multiplexing Bộ ghép kênh truy nhập DSL

DWDM Dense Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo

bước sóng mật độ cao FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Forwarding Equivalent Class Nhóm chuyển tiếp tương đương FSK Frequency Shift Key Bộ khoá chuyển dịch theo tần số IAD Intergrated Access Device Thiết bị truy cập tích hợp

IETF Internet Engineering Task Force Ban chuyên trách Internet

IPOA IP Over ATM IP qua ATM

ISO International Standard

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet IwF Interworking Function Chức năng liên vùng

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LSP Label Switching Protocol Giao thức chuyển mạch nhãn

LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSSP Least Stable Sequence Problem Vấn đề chuỗi có tính ổn định ít nhất

MG-F Media Gateway Function Chức năng cổng đấu nối

MGCP Media Gateway Controll Protocol Giao thức điều khiển cổng đấu nối MGC-F Media Gateway Controller-

Function

Chức năng điều khiển cổng đấu nối

MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng đấu nối

MPLS Multi Protocol Label Switching Bộ chuyển mạch nhãn đa giao thức

MS-F Media Server Function Chức năng server trung kế

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới

osi Open System Interconnection Hệ thống mở

OspF Open Shortest Path First Tìm đường dẫn ngẵn nhất

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ địên thoại truyền thống Psk Phase Shift Keying Bộ khoá chuyển dịch pha

psn Packet Switching Network Mạng chuyển mạch gói

RF Routing Function Chức năng định tuyến

RPT Resident Packet Transport Truyền dẫn gói trực tiếp

RTFM Realtime Flow Mesurement Đo luồng thời gian thực

Qam Quadrature Amplitude

Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

SCCP Signaling Connection

Control Part

Phần điều khiển kết nối báo hiệu

Sdh Synchronous Digital Hirearchy Hệ thống ghép kênh đồng bộ

SEN Service Excutive Node Nút thực thi dịch vụ

SIP Session Initiation Protocol Giao thức phiên

SG-F Signaling GatewayFunction Chức năng cổng báo hiệu

SMDS Switch Multigegabit Data Service Dịch vụ chuyển mạch dữ liệu Gegabit Sonet Synchronuos Optical Network Mạng quang đồng bộ

Ss7 Signaling System No7 Hệ thống báo hiệu số 7

Tdm Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian

Vci Virtual Channel Information Thông tin kênh ảo

Vpi Virtual Path Information Thông tin đường ảo

DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa các loại chuyển mạch gói khác nhau 25

Hình 1.2: So sánh chuyển mạch gói tốc độ cao và X.25 27

Hình 1.3: Biểu đồ tăng trưởng lưu lượng thoại và dữ liệu 28

Hình 1.4: Số thuê bao Internet trên toàn thế giới 28

Hình 1.5: Tỷ lệ lưu lượng thoại và dữ liệu từ năm 1996-2003 29

Hình2.1: Topo mạng thế hệ sau 35

Hình 2.2: Sự hội tụ giữa các mạng 37

Hình 2.3: Mạng PSTN hiện tại 38

Hình 2.4: Phát triển lên NGN 38

Hình 2.5: Các dịch vụ khác 39

Hình 2.6: Mạng hiện tại 39

Hình 2.7: Mạng tương lai gần 40

Hình 2.8: Mạng tương lai 40

Hình 2.9: Sự phát triển của mạng hữu tuyến dựa trên công nghệ IP 41

Hình 2.10: Cấu trúc mạng thế hệ sau 43

Hình 2.11:Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN(Nhìn từ góc độ dịch vụ) 43

Hình 2.12: Cấu trúc luận lý của mạng NGN 44

Hình 2.13: Mô hình NGN với Softswitch là lớp điều khiển 48

Hình 2.14: Cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ 49

Hình 2.15: Các thực thể chức năng trong NGN 51

Hình 2.16: Cấu trúc vật lý mạng NGN 53

Hình 2.17: Các thành phần chính mạng NGN 53

Hình 2.18: Cấu trúc của Sofswitch 54

Hình 2.19: Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN 56

Hình 2.20: Vị trí chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng NGN 57 Hình 2.21: Kết nối MGC với các thành phần khác trong mạng NGN 59

Hình 2.22: Chức năng của Media Gateway Controller 60

Hình 2.23: Giao thức sử dụng giữa các thành phần 61

Hình 2.24: Ví dụ sử dụng Media Gateway Controller 62

Hình 2.25: Các giao thức sử dụng trong NGN 65

Hình 2.26: Minh hoạ 1 về cuộc gọi sử dụng giao thức SIP 68

Hình 2.27: Minh hoạ 2 về cuộc gọi sử dụng giao thức SIP 69

Hình 2.30: Mào đầu của RTP 71

Hình 3.1: Mô hình thông số trễ trên mạng 75

Hình 3.2: Mô hình bộ đệm Jitter 76

Hình 3.3: Hiện tượng Jitter 76

Hình 3.4: Jitter 77

Hình 3.5: Mất gói do mất kêt nối vật lý 78

Hình 3.6: Gói bị hư hỏng 78

Hình 3.7: Bộ đệm bị tràn 78

Hình 3.8: Mất gói do gói bị loại bỏ 79

Hình 3.9: Mô hình chức năng của mạng VoIP 81

Hình 3.10: Kết nối cho mạng truy nhập 84

Hình 3.11: Cấu trúc một mạng VoIP trên NGN 86

Hình 3.12: Mô hình chất lượng dịch vụ 88

Hình 3.13: Mô hình hoạt động của Intservice 89

Hình 3.14: Mô hình hoạt động của Intservice 90

Hình 3.15: Mô hình DiffServ cho Router lõi 91

Hình 3.16: Sự phân lớp các gói DSCP trong Diffserv 94

Hình 3.17: Chức năng ToS trong gói VoIP 94

Hình 3.18: Mô hình cho quản lý hàng đợi của PQ 95

Hình 3.19: Mô hình cho quản lý hàng đợi của CQ 96

Hình 3.20: Mô hình cho quản lý hàng đợi của FWQ 97

Hình 3.21: So sánh Intserv và Diffserv 98

Hình 3.22: Trễ gói cho định tuyến đường đi khác nhau 98

Hình 3.23: Trễ gói do bị tắc nghẽn tại một nút mạng 99

Hình 3.24: Mô hình mạng Pure IP 99

Hình 3.25: Sắp xếp DSCP vào EXP trong E-LSP 100

Hình 3.26: E-LSP trong MPLS 101

Hình 3.27: Sắp xếp DSCP vào EXP trong L-LSP 102

Hình 3.28: L-LSP trong mạng MPLS 102

Hình 3.29: Mô hình quản lý hàng đợi 103

Hình 3.30: Luồng gói được hỗ trợ MPLS-TE 104

Hình 3.31:Mô hình hỗ trợ MPLS với Diffserv 105

Hình 3.32: Ví dụ về sử dụng hỗ trợ IP/MPLS với Diffserv 106

Mở đầu

Hiện nay cùng với sự bùng nổ thông tin toàn cầu, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng lớn Cùng với sự phát triển đó ngành viễn thông cũng phát triển không ngừng để đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin Ngày nay với sự phát triển không ngừng của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin của khách hàng ngày càng đa dạng và phức tạp Để đáp ứng được nhu cầu phức tạp đó, mạng viễn thông phải ngày càng phát triển để cung cấp nhiều loại hình dịch vụ hơn cho các đối tượng khách hàng khác nhau Hiện tại với nhiều loại công nghệ mạng viễn thông khác nhau cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau như thoại, truyền hình, thư điện tử, hộp thư thoại… Các loại hình dịch vụ này có các đặc điểm cơ bản khác nhau nhưng có thể phân loại làm hai loại chính là dịch vụ thời gian thực (thoại, hội nghị truyền hình…) và dịch vụ phi thời gian thực (dữ liệu, hộp thư thoại…)

Do đặc điểm cơ bản khác nhau nên đối với các công nghệ viễn thông trước

đó không thể cung cấp đồng thời các dịch vụ trên cùng một nền tảng mạng

Điều đó dẫn đến việc quản lý không được tập trung, khó tương thích các loại hình dịch vụ khác nhau gây nên hiệu quả sử dụng cũng như kinh doanh không cao

Một thực tế cho thấy việc đầu tư một mạng viễn thông công nghệ mới cần chi phí đầu tư ban đầu rất lớn trong khi đó các mạng công nghệ viễn thông hiện tại vẫn có thể đáp ứng phần lớn nhu cầu dịch vụ cơ bản của khách hàng

do đó để thuận tiện cho việc xây dựng, vận hành, bảo dưỡng và quản lý mạng cùng với việc phát triển thêm các loại hình dịch vụ mới phục vụ các lớp đối tượng khách hàng mà các mạng cũ không đáp ứng được, người ta đã đưa ra một loại công nghệ mạng mới có thể cung cấp tất cả các loại dịch vụ trên

đồng thời kết hợp sử dụng được với các công nghệ hiện có đang cung cấp dịch

vụ đảm bảo tính tối ưu trong kinh doanh

cứu và đưa ra loại hình công nghệ mới có thể đáp ứng được các yêu cầu trên là mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network), hiện nay công nghệ này

đang được triển khai ở Việt Nam

Ngày nay khi mà nhu cầu về thông tin liên lạc ngày càng đa dạng và phong phú viễn cảnh con người chỉ cần một thiết bị cầm tay có thể kết nối với cả thế giới đang dần dần trở thành hiện thực Khi đó nó đòi hỏi phải xây dựng được mạng viễn thông hịên đại tích hợp mọi dịch vụ trên nó (mạng NGN) với nền tảng mạng lõi của nó là mạng IP Khi đó vấn đề chất lượng thoại trên mạng IP

là rất quan trọng khi ta biết rằng thoại là một dịch vụ đòi hỏi thời gian thực và

nó đóng vai trò cốt lõi trong doanh thu của các nhà cung cấp dịch vụ mạng trong khi mạng IP không có tính thời gian thực Bản luận án của em xin trình bày về cấu trúc mạng thế hệ mới NGN và một số biện pháp xử lý chất lượng thoại VoIP (Voice over IP) trong mạng NGN

Trong phạm vi luận văn tốt nghiệp em xin trình bày về đề tài này với nội dung gồm chương như sau:

Chương 1: Sơ lược về tình hình phát triển của ngành viễn thông quốc tế cũng như trong nước Sự cần thiết phải tiến lên mạng công nghệ mới NGN (Next Generation Network)

Chương này đưa ra tình hình chung của ngành viễn thông thế giới cũng như ở Viêt Nam , những hạn chế về mặt công nghệ và xu hướng tất yếu phải triển khai mạng công nghệ mới NGN tại Việt Nam

Chương 2: Mạng viễn thông thế hệ mới NGN

Chương này đưa ra định nghĩa, cấu trúc, các phần tử mạng và nguyên tắc hoạt

động của mạng NGN, đồng thời giới thiệu các công nghệ nền tảng mà mạng NGN xây dựng trên nền công nghệ đó Đồng thời nó cũng đưa ra sự so sánh giữa mạng công nghệ mới NGN và các mạng trước đó để thấy được các ưu

điểm mà mạng NGN đem lại

Chương 3: Xử lý chất lượng thoại trong mạng NGN

Chương này nêu ra các nguyên nhân chủ yếu làm giảm chất lượng thoại trong mạng NGN, các mô hình chất lượng thoại và một số thuật toán làm giảm thiểu tắc nghẽn trong hàng đợi cũng như các nguyên nhân gây ra trễ thoại trong mạng, ứng dụng mô hình xử lý chất lượng thoại với các công nghệ chuyển mạch tiên tiến nhất hiện nay

Sau một thời gian dài tìm tài liệu, nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo PGS Đoàn Nhân Lộ, em đã hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp cao học Trong quá trình tìm hiểu nghiên cứu do thời gian, kiến thức còn bị hạn chế nên chắc chắn có những thiếu sót vì vậy em rât mong sự chỉ dẫn và đóng góp

ý kiến của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để em có thể nghiên cứu sâu hơn về lĩnh vưc này

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn PGS Đoàn Nhân Lộ đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho em có thể hoàn thành tốt bản luận văn này

Chương 1: Sơ lược về tình hình phát triển của ngành viễn thông quốc tế cũng như trong nước Sự cần thiết phải tiến lên mạng công nghệ mới NGN (Next

Generation Network)

1.1 Tình hình viễn thông thế giới trong những năm gần đây

tiên đánh dấu sự ra đời của ngành viễn thông cho đến nay đã có những thay

đổi với tốc độ chóng mặt Thế giới đang bước vào kỷ nguyên thông tin mới bắt nguồn từ công nghệ đa phương tiện, những biến động xã hội, toàn cầu hoá trong kinh doanh và giải trí phát triển ngày càng nhiều khách hàng sử dụng các phương tiện điện tử Biểu hiện đầu tiên cuả xa lộ thông tin là Internet, sự phát triển của nó là minh hoạ sinh động cho những động thái hướng tới xã hội thông tin

thông Mềm dẻo, linh hoạt, và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu hướng tới của chúng Nhiều loại hình dịch vụ viễn thông mới đã ra đời đáp ứng nhu cầu thông tin ngày càng cao của khách hàng Dịch vụ ngày nay có những thay đổi căn bản so với dịch vụ truyền thống trước đây (chẳng hạn như thoại) Lưu lượng thông tin cuộc gọi là sự hoà trộn của thoại và phi thoại Lưu lượng phi thoại liên tục gia tăng và bién động rất nhiêù Hơn nữa cuộc gọi số liệu diễn ra

Chính những điều này đã gây ra một áp lực cho mạng viễn thông hiện thời, phải đảm bảo truyền tải thông tin với tốc độ cao với giá thành hạ ở góc độ khác, sự ra đời của những dịch vụ mới này đòi hỏi phải có công nghệ thực thi tiên tiến Việc chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang công nghệ số đã đem lại sức sống mới cho mạng viễn thông Tuy nhiên những loại hình dịch vụ trên luôn đòi hỏi nhà khai thác phải đầu tư nghiên cứu những công nghệ viễn thông mới ở cả lĩnh vực mạng và chế tạo thiết bị Cấu hình mạng hợp lí và sử dụng các công nghệ chuyển giao thông tin tiến tiến là thử thách đối với nhà khai thác cũng như sản suất thiết bị

Có thể khẳng định giai đoạn hiện nay là giai đoạn chuyển dịch giữa công nghệ thế hệ cũ (chuyển mạch kênh) sang dần công nghệ mới (chuyển mạch gói) điều đó không chỉ diễn ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trong các công ty khai thác dịch vụ trong cách tiếp cận của nhà khai thác thế

hệ mới khi cung cấp các dịch vụ mới cho khách hàng Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ đánh giá và xem xét sự phát triển của công nghệ chuyển mạch một

điểm trọng yếu của mạng viễn thông trong tương lai

Trong các công nghệ chuyển mạch hiện nay thì IP (Internet Protocol) và

ATM (Asynchorous Tranfer Mode) đang được sự quan tâm đặc biệt do tính năng riêng của chúng Các phần sau sẽ tóm lược một số điểm chính của từng loại công nghệ này cũng như một công nghệ mới cho chuyển mạch IP là MPLS (Multi Protocol Label Switch)

1.1.1 Công nghệ chuyển mạch IP (Internet Protocol):

này IP đóng vai trò lớp 3 IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là một số duy nhất và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin 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) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút Kết quả 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 hưống đích Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch gói tin IP tới hướng đích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một ở cách này mỗi nút mạng tính toán chuyển tin một cách độc lập Phương thức này 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 chuyển gói tin sai hướng hay sẽ bị mất các gói tin Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Ví dụ với phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mạng mà đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích, điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo loại dịch vụ…

độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng mạng của chúng Giao thức định tuyến

động cho phép mạng phản ứng lại 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 CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thứơc của bảng chuyển tin được duy trì ở mức chấp nhận được và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể được mở rộng

mà không cần thực hiện bất kỳ một thay đổi nào

rộng cao Tuy nhiên việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương

thức định tuyến theo từng chặng Ngoài ra IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ Trong năm 1998 ngành công nghiệp đường trục Internet đã trải qua giai đoạn phát triển mạng mẽ cùng với sự cạnh tranh và hợp nhất dữ dội- hai

xu hướng này vẫn đang được tiếp tục trong tương lai Các nhà cung cấp đường trục Internet quốc gia như Tier I (Singapore) cung cấp một loạt các kiểu lựa chọn kết nối cho các ISP nội hạt và nội vùng, các nhà kinh doanh cỡ nhỏ và cỡ lớn cũng như người tiêu dùng Với các mạng cáp quang hiện đại của họ và của các hub chuyển mạch dựa trên ATM Cộng thêm các kết nối trực tiếp đến các NAP/MAE chính, họ hoàn toàn dư thừa dung lượng để điều khiển lưu lượng Việc liên kết và mua lại đang tiếp diễn cho phép các nhà cung cấp đường trục Tier I dẫn đầu củng cố thêm quyền điều khiển các tuyến Internet chính của

họ, nhưng vẫn có cạnh tranh giữa họ để gĩư giá truy nhập một cách phù hợp Mặc dù các nhà cung cấp Tier I đã không tiếp tục hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ Internet Tier thấp hơn thông qua các thoả thuận ngang hàng tự do,

điều này cần cung cấp chi phí cho việc mở rộng và nâng cấp mạng đường trục

để đáp ứng nhu cầu phát triển đối với các dịch vụ Internet của người tiêu dùng, các nhà kinh doanh cũng như các ISP

Do các công ty viễn thông thế hệ mới bắt đầu cung cấp thêm các tính năng với chi phí thấp hơn, các nhà kinh doanh lớn và nhỏ sẽ quan tâm và tin tưởng các ưu điểm của sự kết hợp các mạng thoại và số liệu Nó có thể chiếm một thời gian dài hơn để loại bỏ tất cả những lo lắng về các vấn đề chất lượng được

đề cập xung quanh việc thoại chạy trên nền IP, nhưng khi những lo lắng về chất lượng thoại nhạt dần và thêm nhiều các nhà khai thác chủ đạo bắt đầu cung cấp các dịch vụ thoại thông qua IP thì thị trường sẽ được thúc đẩy nhanh hơn

Khi điều này xảy ra kiểu truyền tải viễn thông cũ thoại thông qua mạng chuyển mạch kênh chia tách, dùng riêng sẽ chịu thua một mạng mới trong đó các dịch vụ không được định giá dựa trên khoảng cách và không ngừng cung

cấp những mức cước thấp hơn đến các khách hàng Điều đó không phải được thực hiện nhanh chóng Mặc dù tốc độ phát triển của các dịch vụ thế hệ mới chẳng hạn như điện thoại IP là rất đáng kể, nhưng thị trường này là rất nhỏ bé

so với thị trường các dịch vụ đường dài 90 tỉ USD tại Mĩ hiện nay Và hầu hết các công ty lớn vẫn đàm phán các dịch vụ đường dài ít hơn 0,05$ cho mỗi phút gọi thông qua mạng PSTN truyền thống bằng các mạng dùng riêng ảo truyền thống Có nghĩa là thoại qua IP sẽ vẫn chiếm ít hơn rất nhiều so với mạng PSTN đường dài truyền thống Trong thiên niên kỉ mới sẽ có một xu hướng hướng đến hội tụ các nhà khai thác, có thể từ 10-15 nhà khai thác lớn toàn cầu truyền tất cả lưu lượng thoại quốc tế Xu hướng hội tụ đã thâm nhập tất khắp trong số các ISP và các nhà khai thác liên quan Internet từ năm 1990 Các nhà khai thác viễn thông truyền thống chỉ có cách lựa chọn là lựa chọn IP

để trở thành người chiến thắng thực sự, bởi vì họ đang sở hữu phần lớn các khách hàng hiện nay

Quá trình tiếp tục hoàn thiện và nâng cao chất lượng dịch vụ qua IP được nhiều tổ chức tiêu chuẩn quan tâm Không chỉ có IETF (Internet Engineering Task Force) với các tiêu chuẩn RFC mà còn rất nhiều tổ chức khác như bản thân ITU hay ETSI cũng đưa ra và hoàn thiện các tiêu chuẩn liên quan đến mạng IP và đặc biệt là chất lượng IP Với ưu thế chi phí kết nối các thủ tục

điều khiển dịch vụ IP đơn giản hơn rất nhiều so với các thủ tục khác như ATM Tuy nhiên một số vấn đề đặc biệt quan trọng đó là chất lượng dịch vụ QoS mà mạng IP cung cấp chỉ dừng lại ở mức độ ‘Best Effort’ mà không thể bảo đảm theo yêu cầu đặc biệt cho các dịch vụ thời gian thực hay thoại truyền thống Đây là mặt hạn chế lớn nhất mà IP cần phải vượt qua để đảm bảo trở thành giao thức duy nhất cho sự hội tụ thoại-số liệu

1.1.2 Công nghệ chuyển mạch ATM (Asynchronous Transfer Mode)

ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt

ra thành nhiều phần gọi là tế bào Các tế bào này sau đó được truyền qua các kết nối ảo VC (Virtual Connection) Vì ATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu, video với chất lượng dịch vụ trên nhiều công nghệ băng rộng khác nhau, nó

được coi là công nghệ chuyển mạch hàng đầu và thu hút được nhiều quan tâm

hướng kết nối (Oriented) 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 Một

điểm khác nữa là ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ

cố định trong thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cấp cho kết nối một nhãn (label) Việc này thực hiện hai

điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nói đang hoạt động đi qua tổng đài Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của Router dùng IP

Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin thông qua Router Tuy nhiên ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên các cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP) kích thước của

hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy thông lượng của tổng

đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống

1.1.3 Công nghệ chuyển mạch MPLS (Multi Protocol Label Switch)

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viến thông đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể kết hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và của ATM (như thông lượng chuyển mạch) Mô hình IP over ATM của IETF coi IP như là một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con trên nền mạng ATM Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng Tuy nhiên cách này không tận dụng hết được ưu điểm của ATM Ngoài ra cách tiếp cận này không thích hợp với mạng nhiều Router và không thật hiệu quả trên một số mặt Tổ chức ATM-Forum dựa trên mô hình này đã phát triển công nghệ LANE và MPOA Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất dịch vụ của ATM

nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP switching ) sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP Thiết bị CSR (Cell Switch Router) của Toshiba ra

đời là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Tổng đài IP của Ipsilon về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điểu khiển bằng khối xử lí sử dụng công nghệ IP Công nghệ Tag Switching của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung thêm một số điểm mới như như FEC (Forwarding Equivalence Class), giao thức phân phối nhãn,…

Từ những kết quả trên nhóm làm việc về MPLS được thành lập năm 1997 với nhiệm vụ phát triển công nghệ chuyển mạch nhãn IP thống nhất mà kết quả của nó là công nghệ MPLS MPLS tách chức năng của IP Router ra làm hai phần riêng biệt chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển Phần chức năng chuyển gói tin với nhiệm vụ chuyển gói tin giữa các IP Router , sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM Trong MPLS nhãn là một số có

độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kĩ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của gói Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc

xử lí gói tin theo kiểu thông thường và do vậy cải thiện được khả năng của thiết bị Các Router sử dụng kĩ thuật này được gọi là LSR (Label Switching Router) Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR và thủ tục dán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của của các tuyến là hoàn toàn khả thi Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến cổ điển Ngoài ra MPLS còn có các cơ chế chuyển tuyến (Fast Rerouting) Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị

ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền là cao hơn các công nghệ khác Trong khi đó

Do vậy khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng được dễ dàng 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 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 (LSSP) được giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM (Realtime Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn sẽ được xác định nhanh chóng Tuy nhiên giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch

vụ (ví dụ như trễ từ điểm đầu đến điểm `cuối của miền MPLS) Việc đo trễ có thể được thực hiện bởi giao thức lớp hai Để giám sát được tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được

định trước, hệ thống giám sát có thể dùng một thiết bị nắn lưu lượng Thiết bị này sẽ cho phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay đổi các giao thức hiện có

Tóm lại MPLS là công nghệ IP có nhiều triển vọng Với tính chất của 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 là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại Sau đây ta sẽ nghiên cứu ưu nhược điểm của MPLS

• Ưu điểm:

1 Tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển,… để tránh mức độ phức tạp của NHRP, MPOA và các công nghệ khác trong IPOA truyền thống

2 Có thể giải quyết vấn đề phức tạp và nâng cao khả năng mở rộng đáng

kể

3 Tỉ lệ giữa chất lượng và giá thành cao

4 Nâng cao chất lượng Có thể thực hiện nhiều chức năng định tuyến mà các công nghệ trước đây không thực hiện được như định tuyến hiện điều khiển lặp… Khi định tuyến thay đổi dẫn đến khóa một đường nào đó MPLS có thể dễ dàng chuyển mạch luồng dữ liệu sang một luồng mới

Điều này không thể thực hiện được trong IPOA truyền thống

5 Sự kết hợp giữa IP và ATM tận dụng tối đa thiết bị , tăng hiệu quả đầu tư

6 Sự phân cách giữa các đơn vị điều khiển và các đơn vị chuyển mạch cho phép MPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN truyền thống Và để

thêm các chức năng mạng sau khi triển khai mạng MPLS chỉ đòi hỏi thay đổi phần mềm đơn vị điều khiển

• Nhược điểm

1 Hỗ trợ giao thức sẽ dẫn đến phức tạp trong vấn đề kết nối

2 Khó thực hiện hỗ trợ QoS xuyên suốt trước khi thiết bị đầu cuối người

sử dụng xuất hiện trên thị trường

việc chèn tế bào sẽ tốn nhiều tài nguyên bộ đệm hơn Điều này chắc chắn dẫn đến việc phải đầu tư nâng cấp cho thiết bị phần cứng ATM hiện tại

1.1.4 Xu hướng phát triển mạng chuyển mạch kênh:

nghệ mà những tiền đề này lại được xây dựng trên các thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch tương tự và mạng cáp đồng Hiện nay các tiền đề này không còn thích hợp nữa Công nghệ số phù hợp với mạng ít cấp và nguyên tắc định tuyến đơn giản Xu thế giảm cấp mạng cũng nhất quán với mục đích tăng cường sự bền vững của mạng Mạng chuyển mạch hiện đại có thể đạt được cùng một mức ổn định như mạng tương tự mà không cần lắp đặt thêm tổng đài như đối với mạng nhiều cấp Điều này được thực hiện bằng cách thiết lập các tổng đài quá giang và nhiều tuyến truyền dẫn dùng định tuyến lưu lượng full

Số cấp mạng nhỏ sẽ đơn giản hoá việc chuyển đổi sang cấu trúc mạng hoặc cấu trúc đinh tuyến mới

Theo nguyên tắc chung lưu lượng giữa hai tổng đài số (có độ sẵn sàng tuyệt

đối ) thường được tải qua một tuyến trực tiếp được thiết kế để đạt được mức chất lượng dịch vụ chuẩn Giải pháp này không thể đảm bảo an toàn của tuyến trong trường hợp mạng truyền dẫn bị hỏng Một giải pháp khác là dùng tuyến

trực tiếp hoạt động ở hiệu suất cao đồng thời với một hoặc nhiều tuyến chạy trên mạng xương sống qua hai hoặc nhiều tổng đài Tandem Giải pháp này

lý lưu lượng trở nên hiệu quả dễ lường trước được hơn và khả năng bảo toàn mạng trong trường hợp hỏng thiết bị cao Nguyên tắc định tuyến rất cần thiết cho việc:

- Đảm bảo kết nối tới thuê bao trong trường hợp kết nối truyền dẫn bị hỏng

- Tăng tới mức tối đa lưu lượng tải trên mạng khi xảy ra hỏng hóc hoặc quá tải, bảo vệ nguồn thu

- Đảm bảo các gói lưu lượng nhỏ không đủ lớn để thiết lập các tuyến trực tiếp-được kết hợp lại và gửi tới các tổng đài quá giang

Trong thực tế một thoả hiệp giữa giá thành và mức độ bảo toàn mạng có thể

đạt được nếu 80% hoặc 90% lưu lương tới được tải qua tuyến kết nối trực tiếp hiệu suất cao Lưu lương còn lại tràn qua một hoặc nhiều tổng đài Tandem

Độ an toàn mạng hợp lý đồng mghĩa chất lượng dịch vụ cao, điều này sẽ kích thích nhu cầu dịch vụ và tăng tổng thu nhập từ mạng

Nhiều phương pháp định tuyến động đang được xem xét trong thời gian vừa qua Tuy nhiên chưa có phương pháp nào đang được sử dụng mặc dù một số nơi đang tiến hành việc thử nghiệm (Bristish Telecom, Pacific Bell…) Các phương pháp này cho phép phân luồng trung kế tự động nhằm tận dụng tối đa

số thiết bị hiện có và năng thông lượng của mạng Có ý kiến cho rằng có thể

áp dụng định tuyến động trong mạng hình lưới đơn giản Nhưng lại không thể dùng được cho các mạng khác phức tạp hơn Ví dụ định tuyến động có thể dùng tại cấp cao trên mạng phân cấp như ở mức tổng đài quốc gia nhưng lại không áp dụng được cho cấp thấp vì trong trường hợp đó việc thay đổi nguyên tắc định tuyến sẽ trở nên hết sức phức tạp

Tóm lại cấu trúc mạng chuyển mạch cần được quy hoạch với cấu trúc đơn giản nhằm đảm bảo khả năng dễ chuyển đổi sang công nghệ mới khi cần thiết

1.1.5 Xu hướng phát triển mạng chuyển mạch gói

thường hoạt động trên những mạng riêng rẽ và nói chung mỗi mạng có phần cứng chuyển mạch và kênh truyền thống riêng ví dụ các dịch vụ máy tính chạy trên mạng X25, các dịch vụ tin báo dựa trên mạng điện báo… Mục đích của mạng số tích hợp là cung cấp được các dịch vụ chạy trên cùng cùng một mạng do đó sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng mạng và giảm được giá thành Phương pháp tiếp cận để mô tả các mạng viễn thông khác nhau và được định nghĩa bởi tổ chức chuẩn hoá quốc tế (ISO) và ITU-T Hai tổ chức này đã đề xướng kiến trúc mạng chuẩn gọi là “Mô hình tham chiếu kết nối hệ thống mở

đối với những ứng dụng của ITU-T” hay còn gọi là Mô hình tham chiếu OSI như trong các khuyến nghị X.200-X.250 của ITU-T Mô hình tham chiếu OSI mô tả các giao thức và các dịch vụ cần thiết đối với truyền số liệu

1.1.6 Công nghệ và dịch vụ mạng

Các kết nối truyền dũ liệu kênh thuê bao mà chuyển qua các thiết bị chuyển mạch thoại trong mạng thường được sử dụng trong các cơ quan có nhu cầu truyền dữ liệu lớn với tốc độ và độ bảo mật cao

1.1.6.2 Mạng số tích hợp dịch vụ (ISDN):

ISDN là một trong những tiến bộ đầu tiên nhằm mục đích cung cấp đồng thời một loạt các dịch vụ tích hợp được cả mạng dữ liệu và mạng thoại hiện nay Các tiêu chuẩn kỹ thuật của ISDN được định nghĩa trong các khuyến nghị I-series của CCITT Hai tốc độ truy cập được định nghĩa là :

• Truy nhập cơ sở : 30 kênh B (64Kbps)+1 kênh D (16Kbps)

• Truy nhập cơ bản: 2 kênh B+1 kênh D

Các sản phẩm khác của ISDN bao gồm

• Các dịch vụ chuyển mạch gói

được mở rộng và gọi là B-ISDN Hiện nay nó đang được định nghĩa bởi các nhóm nghiên cứu số 18 và 7 của CCITT Hai tốc độ truy nhập đã được thảo luận là:

• 1 kênh H4

• 3 kênh H1

• 30 kênh B

• 1 kênh D cho báo hiệu

Một số sản phẩm đi kèm với B-ISDN bao gồm:

• Các ứng dụng CAD từ xa

• Phân phối báo điện tử

ISDN băng rộng cần phải sử dụng cáp quang Sự bùng nổ của các dịch vụ dữ liệu trên toàn cầu, các dịch vụ truyền hình cáp và các dịch vụ hình ảnh tiên tiến khác sẽ mở đường cho sự phát triển của B-ISDN trong vòng 10 năm nữa

Đối với các nhà điều hành mạng viễn thông, một nhu cầu cấp bách là thiết lập

được mạng truyền dẫn có khả năng hỗ trợ được các dịch vụ băng rộng Điều này có nghĩa rằng cần phải có mạng cáp quang cho cả mạng lõi và mạng truy nhập khách hàng

Các dịch vụ khác được định nghĩa bởi ITU

Teletex : Khuyến nghị T60-T91, F200-F201

Video tex : Khuyến nghị F300, T100-T101

CCITT X.25 là một tiêu chuẩn giao thức được khuyến nghị vào năm 1976

Nó định nghĩa giao diện giữa thiết bị dữ liệu đầu cuối khách hàng và điện truy nhập mạng Chuyển mạch gói X25 chứa các thủ tục để kiểm tra và phục hồi lỗi rất kỹ lưỡng bởi vì vào thời điểm đó độ tin cậy của các thiết bị truyền dẫn

là rất thấp Các sản phẩm điển hình của X.25 bao gồm:

• Chuyển tiền điện tử tại điểm dịch vụ (EFTPOS)

• Videotex_menu được điều khiển bởi người sử dụng

• Teletex- Dữ liệu văn bản có cấu trúc (Các khuyến nghị CCITT F.200 và S.60)

• Kết nối máy chủ mạng LAN

B/ FAX

Thư điện tử truy nhập CSDL, các hệ thống thư tín quốc gia và quốc tế, các

hệ thống đặt chỗ

C/ Chuyển mạch gói tốc độ cao

Chuyển mạch gói tốc độ cao đòi hỏi cần phải có độ trễ chuyển mạch cực tiểu và khả năng chuyển mạch lớn, các chỉ tiêu này được đưa ra trong bảng sau

Hình 1.2:So sánh chuyển mạch gói tốc độ cao và X.25

Chuyển mạch gói tốc độ cao có khả năng hỗ trợ các dịch vụ bursty rất hiệu quả, dễ dàng đặt lại cấu hình và mở rộng Ngoài ra còn cung cấp các phương thức định tuyến và điều khiển tải rất có hiệu quả

D/ Frame Relay

Frame Relay (tương tự như X.25) truyền các khung dữ liệu có độ dài thay

đổi Nó được thiết kế để hoạt động trên mạng cáp quang có tần suất lỗi thấp và

đơn giản hoá giao thức khắc phục lỗi so với X.24 Điều này giúp cho nó có thể hoạt động với hiệu suất và tốc độ cao nhơn Frame Relay được định nghĩa trong khuyến nghị I.122, sản phẩm này được thiết kế nhằm mục đích lấp đi chỗ trống giữa X.25 tốc độ thấp và công nghệ ATM trong tương lai

E/ Công nghệ Cell Relay

Chuyển mạch gói Cell Relay tương tự như Frame Relay nhưng chỉ khác ở chỗ nó sử dụng các gói có độ dài cố định và nhỏ hơn gọi là tế bào (Cell)

F/ Distributed Queuing Data Bus (DQDB)

tốc độ cao DQDB được thiết kế để kết nối các mạng LAN sử dụng khái niệm mạng thành thị (Metropolitan Area Net-MAN) MAN là mạng có tốc độ cao

đáng tin cậy trong một vùng rộng lớn 50km và có thể hỗ trợ khả năng truyền gói dữ liệu và tiếng nói cũng như các dịch vụ cần phải đảm bảo về độ rộng băng Nó được định nghĩa trong tiêu chuẩn 802.6 của IEEE

G/ Dịch vụ dữ liệu chuyển mạch Multimegabit (SMDS)

Dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao được thiết kế để

• Hỗ trợ dữ liệu tốc độ bit thay đổi

• Hỗ trợ đánh điạ chỉ nhóm và che địa chỉ

• Cung cấp một cơ chế truyền dữ liệu công cộng chẳng hạn MAN

1.1.7 Thị trường viễn thông trên thế giới

Trong một vài năm gần đây, tốc độ tăng lưu lượng thoại là rất thấp gần như là không thay đổi Trong khi đó lưu lượng dữ liêu tăng rất nhanh (biểu đồ 1-3) Các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ cũng sớm nhận ra điều đó

Hình 1.3:Biểu đồ tăng trưởng lưu lượng thoại và dữ liệu

Hình 1.4:Số thuê bao Internet trên toàn thế giới

Toàn bộ mạng thoại (bao gồm cả mạng PSTN, mạng riêng…) hỗ trợ mọi ứng dụng cơ bản là thoại và một vài ứng dụng dữ liệu như lưu lượng modem đều sử dụng băng thông tương đối thấp (thường là 64 Kbps hoặc thấp hơn) Mạng dữ liệu (bao gồm mạng Internet, mạng riêng ảo, và các mạng ứng dụng đặc biệt khác chẳng hạn mạng đường trục SNA) hỗ trợ mọi ứng dụng dữ liệu Điều đó làm ảnh hưởng rất lớn đến sự tăng trưởng số lượng thuê bao Internet , dễ nhận thấy phần lớn lưu lượng Internet là thông tin World Web Wide, có ảnh hưởng

đến thương mại điện tử và một số ứng dụng khác

Hình 1.5: Tỉ lệ lưu lượng thoại và dữ liệu từ năm 1996-2003

1.2 Tình hình viễn thông ở Việt Nam và sự cần thiết tiến lên mạng NGN 1.2.1 Sơ lược về mạng viễn thông Việt Nam

Cấu trúc mạng :

Để phục vụ cho các dịch vụ thông tin như thoại, số liệu, fax, telex và các dịch vụ khác như điện thoại di động, nhắn tin, … nên nước ta hiện nay ngoài mạng chuyển mạch công cộng còn có các mạng khác của một số dịch vụ khác Riêng mạng Telex không kết nối vào mạng thoại của VNPT, còn các mạng khác đều được kết nối vào mạng VNPT thông qua các kênh trung kế hoặc các bộ MSU ( Main Switch Unit), một số khác lại truy nhập vào mạng PSTN qua các kênh thuê bao bình thường, sử dụng kỹ thuật DLC (Digital Loop Carrier), kỹ thuật truy nhập vô tuyến,…

Về cấu trúc mạng, mạng viễn thông của VNPT hiện nay chia thành 3 cấp: cấp quốc tế, cấp quốc gia, cấp nội tỉnh/ thành phố Xét về khía cạnh các chức năng của các hệ thống thiết bị trên mạng thì mạng viễn thông bao gồm: mạng chuyển mạch, mạng truy nhập, mạng truyền dẫn và các mạng chức năng khác

Các nhà khai thác dịch vụ truyền thống bao gồm: Tổng công ty bưu chính

viễn thông Việt Nam (VNPT), công ty viễn thông quân đội (Vietel), công

ty cổ phần viễn thông Sài Gòn (SPT), công ty viễn thông điện lực (ETC) Các nhà khai thác dịch vụ mới : FPT, SPT, Netnam…

1.2.2 Hạn chế của mạng viễn thông hiện tại

song tồn tại Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau Như vậy hệ thống mạng viễn thông có rất nhiều nhược

điểm :

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

• Thiếu mềm dẻo: Sự ra đời của công nghệ mới ảnh hưởng mạnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Ngoài ra sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông

trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán được, mỗi loại dịch vụ có tốc

độ truyền khác nhau Ta dễ dàng nhận thấy mạng hiện tại rất khó thích nghi với những đòi hỏi này

• Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như sử dụng tài nguyên Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác sử dụng

Mặt khác mạng viễn thông hiện nay đươc thiết kế nhằm mục đích khai thác dịch vụ thoại là chủ yếu Do đó đứng ở góc độ này, mạng đã phát triển tới một mức gần như giới hạn về sự cồng kềnh và mạng tồn tại một số khuyết điểm cần khắc phục Kiến trúc tổng đài độc quyền làm cho các nhà khai thác gần như phụ thuộc hoàn toàn vào các nhà cung cấp tổng đài Điều này không những làm giảm sức cạnh tranh cho các nhà khai thác, đặc biệt là những nhà khai thác nhỏ, mà còn tốn nhiều thời gian và tiền bạc khi muốn nâng cấp và ứng dụng các phần mềm mới Các tổng đài chuyển mạch kênh đã khai thác hết năng lực và trở nên lạc hậu với nhu cầu của khách hàng Các chuyển mạch Class 5 đang tồn tại làm hạn chế khả năng sáng tạo và triển khai các dịch vụ mới từ đó dẫn đến việc giảm lợi nhuận cho các nhà khai thác Sự bùng nổ lưu lượng thông tin đã khám phá sự kém hiệu quả của chuyển mạch kênh Chuyển mạch kênh truyền thống chỉ dùng để truyền lưu lượng thoại đã được dự đoán

Khi lượng dữ liệu tăng vượt lưu lượng thoại, đặc biệt là đối với dịch vụ truy

hạn hẹp Trong khi đó chuyển mạch kênh làm lãng phí băng thông khi các mạch đều rỗi trong một khoảng thời gian mà không có tín hiệu nào được truyền đi Đứng trước tình hình phát triển hiện nay của mạng viễn thông, các nhà khai thác nhận ra rắng sự hội tụ giữa mạng PSTN và PSDN chắc chắn xảy

ra Họ cần có một cơ sỏ hạ tầng duy nhất để cung cấp mọi dịch vụ (tương tự –số, cơ bản - đa phương tiện, băng rộng – băng hẹp) để quản lý tập trung,

giảm chi phí vận hành bảo dưỡng đồng thời hỗ trợ các dịch vụ các mạng hiện nay

Những năm gần đây bên cạnh những mạng chuyển mạch kênh truyền thống

đã xuất hiện mạng công nghệ mới sử dụng giao thức mạng TCP/IP với chuyển mạch gói nhằm tối ưu hoá, tận dụng hiệu quả băng tần đồng thời triển khai

được các dịch vụ tiên tiến với mức chất lượng cao hơn Với sự đòi hỏi phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng của dịch vụ viễn thông dẫn đến tất yếu phải hội tụ mọi yêu cầu về dịch vụ thay vì phân tán như hiện nay Một mạng lõi NGN sẽ thực hiện công viêc cho tất cả các mạng hiện tại như mạng PSTN, PSDN, VoIP, X25,GSM… Cùng với công nghệ TCP/IP và công nghệ mạng truyền dẫn DWDM các dịch vụ cũng sẽ được cung cấp băng tần lớn hơn nên chất lượng cũng sẽ cao hơn Một số hãng cung cấp sản phẩm sử dụng công nghệ NGN nổi tiếng như Siemen, Acatel, Eicsson…Công nghệ NGN gần như

đã được triển khai trên tất cả các nước trên thế giới

Chương 2: Mạng viễn thông thế hệ mới NGN

2.1 Định nghĩa:

Mạng NGN có rất nhiều cách định nghĩa tên gọi khác nhau ví dụ như

• Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau)

• Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ)

• Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng)

• Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng

độc lập 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 và cùng các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN nhưng vẫn chưa có định nghĩa cụ thể và chính xác nào cho mạng NGN Do đó định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ mới, nhưng có thể tương đối là khái niệm chung khi đề cập đến NGN

Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thông tin thế hệ mới (NGN) ra

đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng

sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động

Như vậy có thể xem mạng thông tin thế hệ mới là sự tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên

kỹ thuật IP/ATM Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN

đồng thời cũng có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gắng nặng của PSTN

Tuy nhiên NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn

là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di

động Vấn đề chủ đạo ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này Một vấn đề quang 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

đa phương tiện, phần lớn trong đó là không được trù liệu khi xây dựng hệ thóng mạng hiện nay

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

Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi

tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hoá các giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện nối thông giữa các mạng có cấu hình khác nhau

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

• Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi

• Chia tách cuộc gọi với truyền tải

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

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

Thứ ba, NGN là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất Mạng thông tin hiện nay dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp,

đều không thể lấy các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sử hạ tầng thông tin Nhưng mấy năm gần đây ,cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người

ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính, mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế mà người ta thường gọi là dung hợp ba mạng Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau: con người lần đầu tiên có được giao thức thống thống nhất mà ba mạng lớn

đều có thẻ chấp nhận được: đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia(NII)

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

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

Hình2.1: Topo mạng thế hệ sau

2.2/ Tổng quan về cấu trúc mạng NGN

2.2.1Sự tiến hoá từ mạng hiện có lên mạng NGN

Mạng NGN ra đời với các ưu điểm như tái kiến trúc mạng, tận dụng công nghệ đưa ra nhiều dịch vụ mới mang lại nguồn thu mới, góp phần giảm chi phí khai thác và đầu tư ban đầu cho các nhà khai thác Một điều rất quan trọng khiến mạng NGN được lựa chọn đó là các hệ thống chuyển mạch truyền thống vẫn tồn tại và tương thích được với các phần tử công nghệ mới trong nhiều năm tới Mạng NGN được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:

• Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú đa dạng đa dịch vụ và đa phương tiện

• Mạng có cấu trúc đơn giản

• Nâng cao hiệu qủa sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác bảo dưỡng

• Dễ dàng mở rộng dung lượng lượng, phát triển các dịch vụ mới

• Độ linh hoạt , tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh

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

Trước hết là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2và lớp 3 nếu chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế hệ mới Trong đó

Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở mức vật lý IP/MPLS làm nền cho lớp 3

Công nghệ ở lớp 2 phải thoả mãn

• Càng đơn giản càng tốt

• Tối ưu trong việc truyền tải gói dữ liệu

• Có khả năng giám sát chất lượng, giám sát lỗi và bảo vệ khôi phục mạng khi có sự cố phải tiêu chuẩn hon của công nghệ SDH/SONET Hiện tại công nghệ RPT (Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm

đáp ứng các chỉ tiêu này

Hình 2.2:Sự hội tụ giữa các mạng

Cùng với sự tiến hoá ở lớp truy nhập và truyền dẫn, để kết nối với hệ thống tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống, chức năng chuyển mạch của tổng đài ở lớp điều khiển được thay thế bằng một phần mềm chuyển mạch thông minh gọi là Softswitch (hay Call Agent)

Sự tiến hoá từ mạng hiện có lên mạng NGN:

Sù ph¸t triÓn tõ PSTN lªn NGN

H×nh 2.3: M¹ng PSTN hiÖn t¹i

H×nh 2.4:Ph¸t triÓn lªn NGN