Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN

Tải bản đầy đủ

sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và cơng
nghệ gói, giữa mạng cố định và di động. Điều đáng quan tâm là làm thế nào để có
thể tận dụng hết lợi thế của sự hội tụ này.
Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển của nhu cầu truyền dẫn dữ liệu và các dịch
vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ. Các hệ thống mạng cơng
cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, truyền dữ
liệu thơng tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng lấn, tách rời được
triển khai để có thể đáp ứng được nhu cầu này. Do vậy, một sự chuyển đổi sang hệ
thống mạng chuyển mạch gói tập trung là khơng thể tránh khỏi và trở thành nguồn
tạo ra lợi nhuận chính. Cùng với sự bùng nổ của Internet trên tồn cầu, rất nhiều khả
năng mạng thế hệ mới sẽ dựa trên giao thức IP. Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ
quan trọng và do đó những thay đổi này dẫn đến u cầu thoại chất lượng cao qua
IP.
1.2 Đặc điểm của NGN
• Sử dụng cơng nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch) thay thế các thiết bị
chuyển mạch phần cứng (Hardware) cồng kềnh. Các mạng của từng dịch vụ
riêng rẽ được kết nối với nhau thơng qua sự điều khiển của một thiết bị tổng
đài duy nhất.
• Mạng hội tụ thoại và số liệu, cố định và di động: Các loại tín hiệu được
truyền tải theo kỹ thuật chuyển mạch gói, xu hướng sắp tới đang tiến lên sử
dụng mạng IP với kĩ thuật QoS như MPLS.
• Mạng băng thơng rộng cung cấp đa dịch vụ: Mạng truyền dẫn quang với cơng
nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (Dense
Wavelength Division Multiplexing).

1.3 Cấu trúc và các thành phần chức năng của mạng NGN
1.3.1 Cấu trúc phân lớp
Cấu trúc NGN bao gồm 5 lớp chức năng:
-

Lớp truy nhập

-

Lớp truyền thơng

-

Lớp điều khiển

-

Lớp ứng dụng/dịch vụ

-

Lớp quản lí

Hình 1.1 Cấu trúc phân lớp của mạng NGN
Lớp truy nhập dịch vụ: Lớp này cung cấp các kết nối giữa th bao đầu
cuối và mạng đường trục qua cổng giao tiếp MGC thích hợp. Mạng NGN kết nối tới
hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và khơng chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch
vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ, điện thoại số PSTN, di động vơ
tuyến, di động vệ tinh, vơ tuyến cố định, VoiIP… Các thiết bị truy nhập cung cấp
các kết nối với các thiết bị đầu cuối th bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng,

cáp quang hoặc thơng qua mơi trường vơ tuyến (thơng tin di động, vệ tinh, truy nhập
vơ tuyến cố định…).
Lớp truyền thơng: Bao gồm các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ
thống truyền dẫn (SDH, WDM). Lớp này có khả năng tương thích các kĩ thuật truy
nhập khác với các kĩ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đường trục. Hay
nói cách khác lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại mơi trường (PSTN,
FramRelay, LAN, vơ tuyến…) sang mơi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên
mạng lõi và ngược lại. Nhờ đó, thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc
gọi giữa các th bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của các thiết bị điều
khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển.
Lớp điều khiển: Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành
phần chính là Softswitch còn gọi là Media Gateway Contronller hay Call Agent,
được kết nối với các thành phần khác nhằm để kết nối cuộc gọi hay quản lí địa chỉ
IP như: SGW (Signaling Gateway), MS (Media Server), FS (Feature Server), AS
(Application Server).

Hình 1.2 Các thành phần của chuyển mạch mềm
Lớp điều khiển được tổ chức theo các module và có thể bao gồm một số bộ
điều khiển độc lập như các bộ điều khiển dành riêng cho các dịch vụ: Thoại/báo hiệu
số 7, ATM/SVC, IP/MPLS… Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các
dịch vụ thơng suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kì loại giao thức hay báo hiệu
nào và thực hiện các chức năng sau:
-

Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch.

-

Thiết lập u cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều
khiển sắp xếp các nhãn giữa các giao diện cổng.

-

Phân bố lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối và thực hiện
giám sát điều khiển để đảm bảo QoS.

-

Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với media. Thống
kê và ghi lại các thơng số về chi tiết cuộc gọi, đồng thời thực hiện các cảnh
báo.

-

Thu nhận thơng tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thơng tin này đến các
thành phần thích hợp trong lớp điều khiển.

-

Quản lí bảo dưỡng các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển. Thiết lập quản
lí các luồng u cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng. Báo hiệu với các
thành phần ngang cấp.
Các chức năng như quản lí, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích

hợp trong lớp điều khiển.
Lớp ứng dụng/dịch vụ: Lớp này cung cấp các dịch vụ có băng thơng khác
nhau và ở nhiều mức độ. Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp
điều khiển thơng qua các giao diện mở API. Nhờ giao diện mở này mà nhà cung cấp
dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên

mạng. Trong mơi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia
kinh doanh trong lớp này.
Lớp ứng dụng dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như: Các dịch vụ
thoại, VPN cho thoại và số liệu, video theo u cầu, dịch vụ đa phương tiện, thương
mại điện tử, các trò chơi trên mạng thời gian thực. Bên cạch đó còn các dịch vụ
mạng thơng minh IN (Intelligent Network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng
Internet cho khách hàng thơng qua lớp điều khiển…
Lớp quản lí: Đây là lớp đặc biệt xun suốt các lớp trên. Các chức năng
quản lí được chú trọng là: Quản lí mạng, quản lí dịch vụ, quản lí kinh doanh.

1.4.2 Các thành phần trong mạng NGN

c server

ng dụng

Lớ
p ứ
ng dụng
Lớ
p điề
u khiể
n
Lớ
p truyề
n thô
ng

Softswitch hay
Media Gateway
Controller
Media
Gateway

Lớ
p truy nhậ
p vàtruyề
n dẫ
n
Switch - Router

Router


c doanh
nghiệ
p lớ
n


c cô
ng ty nhỏ
/
Khá
ch hà
ng tại

n phò
ng tại
nhà
/ Vù
ng dâ
n cư
gia,...

Thuêbao di độ
ng

Hình 1.3 Các thành phần chức năng
Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong mạng NGN có mối quan hệ
tương quan với nhau. Theo hình 1.4 ta nhận thấy, các thiết bị đầu cuối kết nối đến
mạng truy nhập (Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thơng (Media

Gateway) nằm ở biên của mạng trục. Thiết bị quan trọng nhất của NGN là
Softswitch nằm ở tâm của mạng trục (hay còn gọi làm mạng lõi). Softswitch điều
khiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức. Hình 1.5 liệt kê
chi tiết các thành phần NGN cùng với các đặc điểm kết nối của nó đến mạng cơng
cộng (PSTN).

Hình 1.4 Các thành phần trong mạng
Mơ tả hoạt động của các thành phần:
• Thiết bị Softswitch
Thiết bị Softswitch là thiết bị đầu não trong mạng NGN. Nó làm nhiệm vụ
điều khiển cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng để tạo một cuộc gọi trong mạng NGN
hoặc xun qua nhiều mạng khác (Ví dụ PSTN, ISDN). Softswitch còn được gọi là

Call Agent (vì chức năng điều khiển cuộc gọi) hoặc Media Gateway Controller –
MGC (vì chức năng điều khiển cổng truyền thơng Media Gateway).
Thiết bị Softswitch có khả năng tương tác với mạng PSTN thơng qua các
cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thơng (Media Gateway).
Softswitch điều khiển cuộc gọi thơng qua các báo hiệu, có hai loại chính:
-

Ngang hàng (peer- to- peer): Giao thức giữa Softswitch và Softswitch, giao
thức sử dụng là BICC hay SIP.

-

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

• Cổng truyền thơng
Nhiệm vụ của cổng truyền thơng (MG – Media Gateway) là chuyển đổi việc
truyền thơng từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng khác, thơng
thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet) hoặc từ dạng mạch
analog/ISDN sang dạng gói. Việc chuyển đổi này được điều khiển bằng Softswitch.
MG thực hiện việc mã hóa, giải mã và nén dữ liệu.
Ngồi ra, MG còn hỗ trợ các giao tiếp với mạng điện thoại truyền thống
(PSTN) và các giao thức khác như CAS (Channel Associated Signalling) và ISDN.
Vậy MG cung cấp phương tiện truyền thống để truyền tải thoại, dữ liệu, fax và hình
ảnh giữa mạng truyền thống PSTN và mạng IP.
• Cổng truy nhập
Cổng truy nhập (AG – Access Gateway) là một dạng của MG. Nó có khả
năng giao tiếp với máy PC, th bao của mạng PSTN, xDSL và các giao tiếp với
mạng gói IP qua giao tiếp STM. Mạng hiện nay, lưu lượng thoại từ th bao được
kết nối đến tổng đài chuyển mạch PSTN khác bằng giao tiếp V5.2 thơng qua cổng
truy nhập. Tuy nhiên, trong NGN cổng truy nhập được điều khiển từ Softswitch qua

giao thức MGCP hay Megaco/H.248. Lúc này, lưu lượng thoại từ th bao sẽ được
đóng gói và kết nối vào mạng IP.
• Cổng báo hiệu
Cổng báo hiệu (Signalling Gateway – SG) đóng vai trò như cổng giao tiếp
giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 – Signalling System 7) và được quản lí bởi thiết bị
Softswitch trong mạng IP. Cổng SG đòi hỏi một đường kết nối vật lí đến mạng SS7
và phải sử dụng các giao thức phù hợp. SG tạo ra một cầu nối giữa mạng SS7 và
mạng IP, dưới sự điều khiển của Softswitch. SG làm cho softswitch giống như một
điểm nút bình thường trong mạng SS7. Lưu ý rằng SG chỉ điều khiển SS7, còn MG
điều khiển các mạch thoại thiết lập bởi cơ chế SS7.
• Mạng trục IP
Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp cơng nghệ ATM hoặc MPLS.
Vấn đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành hai xu hướng. Các dịch vụ và
ứng dụng trên NGN được quản lí và cung cấp bởi các máy chủ dịch vụ (server). Các
máy chủ này hoạt động trong mạng thơng minh (IN – Intelligent Network) và giao
tiếp với mạng PSTN thơng qua SS7.

1.5 Các cơng nghệ được áp dụng cho mạng NGN
Ngày nay các u cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã
thúc đẩy nhanh chóng sự phát triển của thị trường cơng nghệ điện tử - tin học – viễn
thơng. Nhưng xu hướng phát triển đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm
cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai.
Các cơng nghệ áp dụng trong mạng NGN như: IP, ATM, IP over ATM và MPLS.
1.5.1 Cơng nghệ IP
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin được thực hiện theo
cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu truyền tin, cơ cấu định
tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp. Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận,

địa chỉ này là duy nhất trong tồn mạng và có đầy đủ thơng tin cần thiết cho việc
chuyển gói tin đến đích.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính tốn đường đi tới các nút mạng. Do vậy,
cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thơng tin về poto mạng, thơng tin về
ngun tắc truyền tin và nó phải hoạt động trong mơi trường mạng gồm nhiều nút.
Kết quả tính tốn của cơ cấu định tuyến được lưu trong bảng định tuyến (Forwarting
table) chứa thơng tin về chặng tiếp theo để có thể chuyển gói tin đến hướng đích.
Dựa vào bảng chuyển tin, cơ cấu truyền tin chuyển mạch các gói IP hướng tới đích.
Phương thức chuyển tin truyền thống là từng chặng một. Phương thức này u cầu
kết quả tính tốn của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất qn với nhau. Sự
khơng nhất qn của kết quả sẽ dẫn tới việc chuyển gói tin sai hướng, điều này dẫn
tới việc mất gói tin.
Kiểu chuyển tiếp từng chặng ảnh hưởng đến khả năng của mạng. Ví dụ như,
nếu các gói tin chuyển đến cùng một địa chỉ đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được
truyền cùng một tuyến tới đích. Điều này khiến cho mạng khơng thể thực hiện được
một số chức năng như định tuyến theo đích, theo dịch vụ. Tuy nhiên, phương thức
này định tuyến và chuyển gói tin này 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 những
sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được về sự thay đổi poto mạng thơng
qua việc cập nhật lại thơng tin về trạng thái kết nối.
Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở
rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện ở phương thức định
tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng khơng hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
1.5.2 ATM
Cơng nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thơng tin
được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, trong đó vị trí của gói khơng phụ

thuộc vào đồng hồ đồng bộ mà dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Các
chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau.
ATM có hai đặc điểm quan trọng :
-

Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào
ATM , các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và 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 dàng hơn.

-

Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm
giúp cho việc định tuyến được dễ dàng.
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là cơng nghệ chuyển mạch

hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi
thơng tin được gửi đi. ATM u cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân cơng hoặc
thiết lập một cách tự động thơng qua báo hiệu. Mặt khác, ATM khơng thực hiện định
tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xun suốt được xác định trước khi trao
đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong q trình thiết lập
kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực
hiện hai điều: Dành cho kết nối một số tài ngun và xây dựng bảng chuyển tế bào
tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thơng tin về các
kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thơng tin về tồn mạng
chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP.
Q trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển 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 và việc này được thực hện trên các thiết bị phần cứng chun
dụng. Do vậy, thơng lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thơng lượng của IP
router truyền thống.

1.5.3 IP over ATM
Hiện nay, trong xây dựng mạng IP, có đến mấy loại kỹ thuật, như IP over SDH/
SONET, IP over WDM và 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, mà 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 u cầu tính thời gian thực còn tương đối cao đối với mạng
lưới, IP over ATM vẫn là kỹ thuật được chọn trước tiên hiện nay. Cho nên việc
nghiên cứu đối với IP over ATM vẫn còn rất quan trọng. Mà MPLS chính là 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 là 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 hồn tồn độc lập với
nhau, giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP…) nữa mới đảm
bảo nối thơng. 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 xét lại.
Trước hết, vấn đề nổi bật nhất là trong phương thức chồng xếp, phải thiết lập
các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết. Như thế có thể sẽ
gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ
sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải làm ( như số VC, lượng tin điều khiển)
đều có cấp số nhân bình phương của N điểm nút. Khi mà mạng lưới ngày càng rộng
lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng lưới q tải.
Thứ hai là phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP over ATM ra
làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật
lý. Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ có ảnh
hưởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau. Mặt khác, khi lưu