Tài liệu Tl kien truc mang truyen thong

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC KIẾN TRÚC VÀ TỔ CHỨC MẠNG TRUYỀN THÔNG CHUYÊN ĐỀ CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN Nội dung tiểu luận:  Mạng thế hệ sau NGN  Vấn đề truyền tải báo hiệu trong mạng NGN  Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN Học viên:  Phạm Quang Hưng  Lê Thị Hoàng Linh  Đinh Xuân Công Ngày 25 tháng 05 năm 2017 Giáo viên hướng dẫn PGS. TS Nguyễn Tiến Ban Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Mục lục MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ.................................................................................................iv DANH SÁCH BẢNG BIỂU...........................................................................................vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT..............................................................................................vii LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. MẠNG THẾ HỆ SAU NGN.....................................................................2 1.1. SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGN.........................................................................................................................2 1.1.1. Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN.............................................................2 1.1.2. Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN....................................3 1.2. KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN.............................................4 1.2.1. Khái niệm.......................................................................................................4 1.2.2. Các đặc điểm của mạng NGN.......................................................................5 1.3. KIẾN TRÚC MẠNG NGN..............................................................................7 1.3.1. Kiến trúc chức năng của mạng NGN.............................................................7 1.3.2. Cấu trúc vật lý..............................................................................................10 1.4. CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG NGN........................................................10 1.4.1. Media Gateway (MG)..................................................................................11 1.4.2. Media Gateway Controller (MGC)..............................................................12 1.4.3. Signalling Gateway (SG).............................................................................14 1.4.4. Hệ thống thiết bị truyền tải.........................................................................14 1.4.5. Hệ thống thiết bị truy nhập..........................................................................14 1.6. KẾT LUẬN.....................................................................................................14 CHƯƠNG 2. VẤN ĐỀ TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU TRONG MẠNG NGN..............15 2.1. VAI TRÒ CỦA BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN......15 2.2 GIAO TIẾP BÁO HIỆU GIỮA CHUYỂN MẠCH MỀM VÀ BÁO HIỆU SỐ 7..............................................................................................................................16 2.2.1. Báo hiệu số 7................................................................................................16 2.2.1.1. Các phần tử trong mạng báo hiệu số 7.....................................................17 2.2.1.2. Tập giao thức SS7.....................................................................................19 2.2.2. Phần chuyển tiếp bản tin –Message Transfer Part MTP.............................19 2.2.3.Phần ứng dụng ISDN-ISUP..........................................................................19 2.2.4. Phần ứng dụng điều khiển kết nối báo hiệu SCCP.....................................19 2.2.5. Phần ứng dụng khả năng giao dịch – TCAP...............................................19 2.2.6. Liên kết báo hiệu giữa mạng SS7 và Chuyển mạch mềm..........................20 i Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Mục lục 2.3. TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SỐ 7 QUA MẠNG IP – SIGTRAN.................20 2.3.1. Khái quát.....................................................................................................20 2.3.2. SIGTRAN..................................................................................................22 2.3.3. Sự ra đời giao thức truyền tải mới...............................................................23 2.3.4. Giao thức điều khiển luồng truyền tải – SCTP...........................................23 2.3.4.1. Tổng quan về kiến trúc của SCTP............................................................24 2.3.4.2. Tổng quan về chức năng của SCTP..........................................................24 2.3.4.3. Khuôn dạng tiêu đề chung của SCTP.......................................................25 2.3.5. M2PA............................................................................................................25 2.3.6. M2UA...........................................................................................................27 2.3.7. So sánh M2PA VÀ M2UA...........................................................................28 2.3.8. M3UA...........................................................................................................28 2.3.9. SUA..............................................................................................................30 2.3.10. So sánh M3UA VÀ SUA...........................................................................31 2.4 Thủ tục thực hiện cuộc gọi qua mạng NGN....................................................32 2.5. KẾT LUẬN………………………………………………………………………...33 CHƯƠNG 3. CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN................................................................................................................................34 3.1. GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP..........................................................34 3.1.1. Khái quát về SIP..........................................................................................34 3.1.2. Các bản tin của SIP.....................................................................................36 3.1.3. Khả năng tìm gọi song song của SIP...........................................................39 3.1.4. Các quá trình thiết lập cuộc gọi của SIP.....................................................40 3.2. Bộ giao thức H.323.........................................................................................41 3.2.1. Giới thiệu về H.323......................................................................................41 3.2.2. Kiến trúc mạng và các thành phần của H.323.............................................42 3.2.2.1. Đầu cuối H.323.........................................................................................43 3.2.2.2. Cổng phương tiện (GW)...........................................................................44 3.2.2.3. Giám sát cổng truyền thông (GK)............................................................44 3.2.2.4. Đơn vị điều khiển đa điểm (MCU)...........................................................47 3.2.3. Chồng giao thức sử dụng trong H.323........................................................48 3.2.3.1. Bản tin báo hiệu cuộc gọi H.225..............................................................49 3.2.3.2. Bản tin điều khiển cuộc gọi H.245...........................................................51 3.2.3.3. Giao thức truyền tải thời gian thực RTP...................................................52 3.2.3.4. Giao thức điều khiển thời gian thực RTCP..............................................52 3.2.4. Thiết lập và giải phóng cuộc gọi H.323 trong trường hợp đơn giản nhất. .52 ii Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Mục lục 3.2.5. So sánh SIP và H.323...................................................................................54 3.3. GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN ĐỘC LẬP KÊNH MANG – BICC.................56 3.4.GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CỔNG PHƯƠNG TIỆN – MGCP...................57 3.4.1. Kiến trúc và các thành phần.........................................................................57 3.4.2. Thiết lập cuộc gọi thông qua MGCP...........................................................59 3.4.3. So sánh giữa MGCP, SIP và H.323.............................................................60 3.4.4. Đánh giá giao thức MGCP...........................................................................60 3.5. GIAO THỨC MEGACO/H.248....................................................................61 3.5.1.Vị trí của giao thức MEGACO/H.248 trong mô hình OSI………………..62 3.5.2. Các chức năng của MEGACO/H.248.........................................................62 3.5.3. Các khái niệm trong giao thức MEGACO/H.248.......................................63 3.5.4. Truyền dẫn các bản tin của giao thức MEGACO/H.248............................66 3.5.5. Cấu trúc bản tin MEGACO/H.248..............................................................67 3.5.6. Hoạt động của giao thức MEGACO/H.248................................................67 3.5.7. Các ưu điểm của MEGACO/H.248 so với các giao thức điều khiển cổng phương tiện khác....................................................................................................70 3.6. KẾT LUẬN.....................................................................................................70 KẾT LUẬN.....................................................................................................................72 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................73 iii Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Danh sách bảng biểu DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.2. Cấu trúc mạng NGN.....................................................................................7 Hình 1.3. Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN...................................................................8 Hình 1.4. Cấu trúc chức năng của NGN......................................................................9 Hình 1.5. Cấu trúc hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ.................................................9 Hình 1.6. Cấu trúc vật lý của NGN...........................................................................10 Hình 1.7. Kiến trúc tổng thể cho mạng NGN............................................................10 Hình 1.8. Cấu trúc của MG........................................................................................11 Hình 1.9. Chức năng của MGC..................................................................................13 Hình 1.10. Ví dụ sử dụng MGC.................................................................................14 Hình 2.1. Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN...16Hình 2.2. Cấu trúc mạng báo hiệu số 7..............................................................................................17 Hình 2.3. Các kiểu link báo hiệu SS718 Hình 2.4. Truyền tải báo hiệu đơn giản qua môi trường IP.......................................21 Hình 2.5. Kiến trúc mạng sử dụng SIGTRAN...........................................................22 Hình 2.6 . Mô hình chồng giao thức SIGTRAN..................................................................22 Hình 2.7. Cấu trúc gói SCTP......................................................................................24 Hình 2.8. Các chức năng SCTP..................................................................................25 Hình 2.9. Khuôn dạng tiêu đề SCTP..........................................................................25 Hình 2.10. Vai trò và vị trí của M2PA........................................................................26 Hình 2.11. Vai trò và vị trí M2PA trong mạng toàn IP..............................................26 Hình 2.12. Vai trò và vị trí của M2UA.......................................................................27 Hình 2.13. Vai trò và vị trí của M3UA.......................................................................29 Hình 2.14. Vai trò và vị trí của M3UA trong kiến trúc toàn IP.................................29 Hình 2.15. Vai trò và vị trí của SUA..........................................................................30 Hình 2.16. Vai trò và vị trí của SUA trong kiến trúc toàn IP.....................................31 Hình 3.1. Các thành phần trong báo hiệu SIP............................................................35 Hình 3.2. Quá trình thiết lập cuộc gọi qua Proxy server...........................................40 Hình 3.3. Quá trìnhCuộc gọi theo chế độ Redirect Server........................................41 Hình 3.4. Kiến trúc mạng và các thành phần H.323..................................................42 Hình 3.5. Đầu cuối H.323...........................................................................................43 Hình 3.6. Cấu tạo GW................................................................................................44 Hình 3.7. Cấu trúc GK................................................................................................45 Hình 3.8. Vai trò và vị trí của GK..............................................................................45 Hình 3.9. Cấu tạo của MCU.......................................................................................47 Hình 3.10. Một vùng hoạt động đơn giản..................................................................48 vi Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Danh sách bảng biểu Hình 3.11. Chồng giao thức H.323............................................................................49 Hình 3.12. Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN........53 Hình 3.13. Thiết lập cuộc gọi H.323..........................................................................53 Hình 3.14. Quan hệ giữa MG và MGC......................................................................58 Hình 3.15. Thiết lập cuộc gọi giữa A và B.................................................................59 Hình 3.16. Kiến trúc điều khiển của MEGACO/H.248.............................................61 Hình 3.17. Vị trí của MEGACO/H.248 trong OSI....................................................62 Hình 3.18. Vị trí và chức năng của giao thức MEGACO/H.248..............................63 Hình 3.19. Cấu trúc bản tin MEGACO/H.248..........................................................67 Hình 3.20. Cuộc gọi giữa 2 RGW theo giao thức H248............................................67 Hình 3.21. Lưu đồ cuộc gọi giữa 2 người dùng thuộc 2 RGW được quản lý bởi cùng một MGC...........................................................................................................70 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1. So sánh 2 giao thức chủ/tớ và ngang hàng....................................................15 Bảng 2.2. So sánh M2PA và M2UA...............................................................................28 Bảng 2.3. So sánh giữa M3UA và SUA.........................................................................31 Bảng 3.1. Các bản tin đáp ứng........................................................................................38 Bảng 3.2. Các chức năng Gatekeeper.............................................................................46 Bảng 3.3. Các thông báo của H.225 RAS......................................................................49 Bảng 3.4. Các thông báo của Q.931...............................................................................50 Bảng 3.5. Các thông báo của H.245...............................................................................51 Bảng 3.6. So sánh giữa SIP và H.323............................................................................54 Bảng 3.7. Các báo hiệu trong MGCP.............................................................................58 Bảng 3.8. Các lệnh trao đổi thông tin trong MGCP.......................................................59 Bảng 3.9. So sánh H.323 và MGCP...............................................................................60 vii Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Danh sách bảng biểu viii Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông tắt Thuật ngữ viết THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAL AD ADSL AG AS AS-F ASP ATM BCF BER ATM Adaptation Layer Analog to Digital Asymmetrical Digital Subscriber Line Access Gateway Application Server Application Server Function Application Server Process Asynchronous Transfer Mode Bearer Control Function Basic Encoding Rule BICC Bearer Independent Call Control BIWF BRN CA CA-F CAS CC CCS7 CDR CIC CMN CPL CPU CR CSF CSL DER DNS DPC DSP DTMF DUP Bearer Interworking Function Bearer Relay Node Call Agent CA Function Chanel Associated Signalling Connection Confirm Common Chanel Signalling N0 7 Call Detail Record Curcuit Identification Code Call Mediation Node Call Processing Language Central Processing Unit Connection Request Call Serving Function Component Sublayer Distinguished Encoding Rule Domain Name System Destination Point Code Digital Signal Processor Dual Tone MultiFrequancy Data User Part Dense Wavelength Division Multiplexing DWDM FR GK GPRS GSN GW Frame Relay Gatekeeper General Packet Radio Service Gateway Serving Node Gateway Lớp thích ứng ATM Biến đổi tương tự sang số Đường dây thuê bao số bất đối xứng Cổng truy nhập Máy chủ ứng dụng Chức năng máy chủ ứng dụng Xử lý máy chủ ứng dụng Chế độ truyền tải không đồng bộ Chức năng điều khiển kênh mang Quy tắc mã hóa căn bản Giao thức điều khiển độc lập kênh mang Chức năng tương tác kênh mang Nút chuyển tiếp kênh mang Tác nhân cuộc gọi Chức năng CA Báo hiệu kênh kết hợp Xác nhận kết nối Báo hiệu kênh chung số 7 Bản ghi chi tiết cuộc gọi Mã nhận dạng kênh Nút dàn xếp cuộc gọi Ngôn ngữ xử lý cuộc gọi Đơn vị xử lý trung tâm Yêu cầu kết nối Chức năng dịch vụ cuộc gọi Phân lớp thành phần Quy tắc mã hóa phức tạp Hệ thống tên miền Mã điểm đích Bộ xử lý tín hiệu số Tín hiệu đa tần kép Phần người sử dụng số liệu Ghép kênh phân chia theo bước sóng chặt Chuyển tiếp kiểu khung Giám sát cổng phương tiện Dịch vụ vô tuyến gói chung Nút dịch vụ cổng Cổng phương tiện vii Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông tắt HLR HTML HTTP I/O IN IP ISDN ISN ISP ISUP M2UA M3UA MC MCF MCU Home Location Registration Hyper Text Markup Language HyperText Transfer Protocol Input/Output Intellingent Network Internet Protocol Integrated Service Digital Network Interface Serving Node Internet Service Provider ISDN User Part International Telecommunication Union – Telephone Interactive Voice Response Interworking Function Local Area Network MTP 2 Peer – to – Peer Adaptation MTP 2 User Adaptation MTP 3 User Adaptation Multipoint Controller Media Control Function Multipoint Control Unit MEGACO Media Gateway Control MG MGC MGC-F Media Gateway Media Gateway Controller MGC Function MGCP Media Gateway Control Protocol MG-F MG Function Media Mapping and Switching Function ITU – T IVR IW-F LAN M2PA MMSF MP MPLS MSF MTP MTU Multipoint Processor Multiprotocol Label Switching Media Server Function Message Transfer Part Maximum Transfer Unit MTUP Mobile Telephone User Part NAS NGN NSP OLO OSI Network Access Server Next Generation Network Network Service Point Other Lisenced Operator Open Systems Interconnection Thuật ngữ viết Trạm đăng ký thường trú Ngôn ngữ định dạng siêu văn bản Giao thức truyền tải siêu văn bản Đầu vào/ đầu ra Mạng thông minh Giao thức Internet Mạng số tích hợp đa dịch vụ Nút dịch vụ giao diện Nhà cung cấp dịch vụ Internet Phần người sử dụng ISDN Liên minh viễn thông thế giới về thoại Phúc đáp thoại tương tác Chức năng hoạt động tương tác Mạng cục bộ Thích ứng MTP mức 2 ngang hàng Thích ứng người sử dụng MTP mức 2 Thích ứng người sử dụng MTP mức 3 Bộ điều khiển đa điểm Chức năng điều khiển phương tiện Đơn vị điều khiển đa điểm Giao thức điều khiển cổng phương tiện Cổng phương tiện Bộ điều khiển cổng phương tiện Chức năng MGC Giao thức điều khiển cổng phương tiện Chức năng MG Chức năng chuyển mạch và ghép nối phương tiện Bộ xử lý đa điểm Chuyển mạch nhãn đa giao thức Chức năng máy chủ phương tiện Phần chuyển giao bản tin Đơn vị chuyển giao cực đại Phần người sử dụng điện thoại di động Máy chủ truy nhập mạng Mạng thế hệ sau Điểm dịch vụ mạng Nhà vận hành mạng bản quyền khác Các liên kết hệ thống mở viii Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông tắt PLMN Public Land Mobile Network PNO PSTN QoS R–F Public Network Operator Public Switched Telephone Network Quality of Service Routing Function Radio Access Network Application Part RANAP RFC RG RLC RSVP RTCP Request For Comments Residential Gateway Release Complete Resource Reservation Protocol Real Time Transport Control Protocol RTP SCCP SCLC SCM SCN SCOC SCR SCTP SDH SDP SDSL SG-F SIGTRAN SIP SIP – CGI SMS SMTP SN SONET SP Real Time Transport Protocol Signalling Connection Control Part SCCP Connectionless Control SCCP Management Switched Circuit Network SCCP Connection Oriented Control SCCP Routing Stream Control Transport Protocol Synchronous Digital Hierarchy Session Description Protocol Symmetrical Digital Subscriber Line SG Function Signalling Transport Session Initiation Protocol SIP – Common Gateway Interface Short Message Service Simple Mail Transfer Protocol Serving Node Synchronous Optical Network Signalling Point SPC Store Program Control SPS – F SS7 SSN STC STP SUA TCAP TCP TDM SIP Proxy Server Function Signalling System N0 7 Subsystems Number Signalling Transport Converter Signalling Transfer Point SCCP User Adaptation Transaction Capabilities Application Part Transmission Control Protocol Time Division Multiplexing Thuật ngữ viết Mạng thông tin di động công cộng mặt đất Nhà vận hành mạng công cộng Mạng điện thoại công cộng Chất lượng dịch vụ Chức năng định tuyến Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến Khuyến nghị chung Gateway thường trú Giải phóng hoàn toàn Giao thức giành trước tài nguyên Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực Giao thức truyền tải thời gian thực Phần điều khiển kết nối báo hiệu Điều khiển phi kết nối Quản lý SCCP Mạng chuyển mạch kênh Điều khiển hướng kết nối Định tuyến SCCP Giao thức điều khiển truyền tải luồng Hệ thống phân cấp số đồng bộ Giao thức mô tả phiên Đường dây thuê bao số đối xứng Chức năng SG Giao thức truyền tải báo hiệu Giao thức khởi tạo phiên Giao diện cổng phương tiện chung Dịch vụ bản tin ngắn Giao thức truyền thư đơn giản Nút dịch vụ Mạng quang đồng bộ Điểm báo hiệu Tổng đài điều khiển bằng chương trình lưu trữ Chức năng SIP Proxy Server Hệ thống báo hiệu số 7 Chỉ số phân hệ Bộ chuyển đổi truyền tải báo hiệu Điểm truyền tải báo hiệu Thích ứng người sử dụng SCCP Ứng dụng khả năng giao dịch Giao thức truyền tải Ghép kênh phân chia theo thời gian ix Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông tắt TGW TSL TSN TSN TUP UA UAC UAS UDP UMTS UP VoDSL VoIP WAN WDM XML Trunk Gateway Transaction Sublayer Transmission Sequence Number Transit Serving Node Telephone User Part User Agent UA Client UA Server User Datagam Protocol Universal Mobile Telecommunication System User Part Voice Digital Subscriber Line Voice over IP Wide Area Network Wavelength Division Multiplexing Extensible Markup Language Thuật ngữ viết Cổng trung kế Phân lớp giao dịch Chỉ số tuần tự truyền dẫn Nút dịch vụ chuyển tiếp Phần người sử dụng điện thoại Tác nhân người sử dụng UA khách UA chủ Giao thức gói tin người dùng Hệ thống thông tin di động toàn cầu Phần người sử dụng Đường dây thuê bao số Thoại trên nền IP Mạng diện rộng Ghép kênh phân chia theo thời gian Ngôn ngữ định dạng mở rộng x Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông tắt Thuật ngữ viết xi Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Chương 1 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, trong ngành công nghiệp viễn thông đang diễn ra sự hội tụ của viễn thông với công nghệ thông tin, hội tụ của các dịch vụ thoại truyền thống và các dịch vụ mới. Điều này có ảnh hưởng lớn đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải có cấu trúc mở, linh hoạt cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau cho người sử dụng, hiệu quả khai thác cao, dễ phát triển….Để đáp ứng được các yêu cầu này, một số nhà sản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình về cấu trúc mạng thế hệ sau NGN. Mạng này không phải là một mạng có cở sở hạ tầng được xây dựng hoàn toàn mới mà nó được hình thành và phát triển trên nền tảng của các mạng thế hệ trước đó kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch gói theo giao thức IP. Nhờ được xây dựng và phát triển trên cơ sở hạ tầng của các mạng thế hệ trước mà các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không cần phải bỏ vốn đầu tư ban đầu nhiều mà vẫn có khả năng thu lại lợi nhuận cao. Nhờ kỹ thuật chuyển mạch gói mà NGN là một mạng có khả năng cung cấp không chỉ các dịch vụ thoại thông thường mà còn có khả năng cung cấp cả các dịch vụ số liệu, thoại và số liệu tích hợp một cách mềm dẻo và linh hoạt. NGN đã có sự thay đổi hoàn toàn về mặt kiến trúc, kiến trúc phân tán đã được xây dựng thay cho kiến trúc tập trung như trong mạng chuyển mạch kênh trước đây. Trong kiến trúc mới này khả năng thông minh (Intelligent) không phải được tập trung mà được phân tán cho các thiết bị nằm rải rác trong toàn kiến trúc mạng. Kiến trúc phân tán và sự kết hợp giữa mạng thế hệ cũ và mạng thế hệ mới đã đặt ra cho các giao thức báo hiệu và điều khiển một vai trò hết sức quan trọng trong việc phối hợp hoạt động giữa các thiết bị trong mạng thế hệ mới và giữa các thiết bị trong mạng thế hệ cũ với các thiết bị trong mạng thế hệ mới. Đây cũng chính là lý do mà em lựa chọn đề tài: “các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN”. Nội dung của đề tài này gồm các phần sau:  Chương 1: Mạng thế hệ sau NGN  Chương 2: Vấn đề truyền tải báo hiệu trong mạng NGN  Chương 3: Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN Do còn rất nhiều hạn chế về trình độ và thời gian nên đề tài này sẽ không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô và các bạn. Hà Nội, ngày....tháng....năm 2017 Nhóm học viên thực hiện 1 Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Chương 1 CHƯƠNG 1. MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 1.1. SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGN 1.1.1. Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN Có một điều rõ ràng là thị trường thông tin đang thay đổi một cách nhanh chóng. Sự thay đổi này không chỉ liên quan đến các nhà sản xuất, các nhà nghiên cứu thị trường viễn thông mà còn tới nhiều đối tượng trong các lĩnh vực khác nhau của xã hội. Phương thức mà con người trao đổi thông tin, giao tiếp với nhau, kinh doanh với nhau đang dần dần được thay đổi cùng với những thay đổi của nền công nghiệp viễn thông. Các đường dây điện thoại không chỉ còn mang thông tin thoại mà còn truyền cả số liệu và video. Thông tin thoại, số liệu, fax, video và các dịch vụ khác đang được cung cấp tới các đầu cuối là máy điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân, các máy móc tự động…với các yêu cầu về chất lượng dịch vụ từ phía người sử dụng ngày càng cao. Lưu lượng thông tin số liệu đã vượt xa lưu lượng thông tin thoại và vẫn tăng không ngừng với tốc độ gấp 10 lần tốc độ tăng của lưu lượng thông tin thoại. Chuyển mạch kênh, vốn là đặc trưng của mạng PSTN truyền thống trong suốt thế kỷ qua đang nhường bước cho chuyển mạch gói trong mạng thế hệ sau vì không còn thích hợp nữa và tỏ ra có nhiều nhược điểm đối với các dịch vụ phi thoại:  Sử dụng băng tần không linh hoạt.  Lãng phí tài nguyên hệ thống.  Không có cơ chế phát hiện và sửa lỗi.  Hiệu năng sử dụng không cao... Để thoả mãn nhu cầu của khách hàng, đồng nghĩa với việc gia tăng lợi nhuận, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông yêu cầu những giải pháp công nghệ mới thay thế (hoặc bổ sung) cho mạng PSTN. Cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách hàng, công nghệ chuyển mạch gói cũng góp phần đưa ngành công nghiệp viễn thông chuyển sang một thời kỳ mới. Công nghệ chuyển mạch gói đưa ra các giải pháp chuyển giao thông tin dưới dạng các gói tin theo phương thức hướng kết nối hay phi kết nối trên các kênh ảo. Mạng chuyển mạch gói có thể được xây dựng theo các giao thức khác nhau: X25, IP,...trong đó giao thức IP là giao thức đang được quan tâm nhiều nhất. Mạng chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP được coi là giải pháp công nghệ đáp ứng được sự gia tăng nhu cầu của khách hàng. Với khả năng của mình, các dạng lưu lượng khác nhau được xử lý hoàn toàn trong suốt trong mạng IP, điều này cho phép mạng IP có khả năng cung cấp các loại dịch vụ phong phú và đa dạng, bao gồm cả các dịch vụ đa phương tiện chứ không riêng gì các dịch vụ thoại. 2 Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Chương 1 Như vậy, để dáp ứng các yêu cầu đặt ra, các nhà quản trị mạng có 2 sự lựa chọn, hoặc là xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới cho mạng IP hoặc là xây dựng một mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên hạ tầng mạng PSTN hiện có. Hạ tầng mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế chỉ trong một sớm, một chiều và vì thế phương án thứ hai là sự lựa chọn đúng đắn – đó là mạng thế hệ sau NGN – Next Generation Network. Như vậy mạng thế hệ sau (NGN: Next Generation Network) đã được hình thành, đó không phải là một cuộc cách mạng mà là một bước phát triển. 1.1.2. Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển theo hàm số mũ của nhu cầu truyền dẫn dữ liệu và các dịch vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ. Các hệ thống mạng công cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, truyền dữ liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng lấn, tách rời được triển khai để đáp ứng những yêu cầu của chúng. Do vậy, một sự chuyển đổi sang hệ thống mạng chuyển mạch gói tập trung là không thể tránh khỏi khi mà dữ liệu thay thế vị trí của thoại và trở thành nguồn tạo ra lợi nhuận chính. Cùng với sự bùng nổ Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả năng mạng thế hệ mới sẽ dựa trên giao thức IP. Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ quan trọng và do đó, những thay đổi này dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lượng cao qua IP. Ngoài những động lực về mặt kỹ thuật thì trong khía cạnh kinh doanh cũng có các động lực dẫn tới sự ra đời của mạng NGN:  Cải thiện chi phí đầu tư Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống được cải tiến chậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính. Các chuyển mạch kênh này hiện đang chiếm phần lớn trong cơ sở hạ tầng PSTN. Tuy nhiên chúng chưa thật sự tối ưu cho mạng truyền số liệu. Kết quả là ngày càng có nhiều dòng lưu lượng số liệu trên mạng PSTN đến mạng Internet và sẽ xuất hiện một giải pháp với định hướng số liệu làm trọng tâm để thiết kế mạng chuyển mạch tương lai, nền tảng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhà khai thác lựa chọn nhà cung cấp có hiệu quả nhất cho từng lớp mạng của họ. Truyền tải dựa trên gói cho phép phân bổ băng tần linh hoạt, loại bỏ nhu cầu nhóm trung kế kích thước cố định cho thoại, nhờ đó giúp các nhà khai thác quản lý mạng dễ dàng hơn, nâng cấp một cách hiệu quả phần mềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệ thống.  Xu thế đổi mới viễn thông 3 Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Chương 1 Khác với khía cạnh kỹ thuật, quá trình giải thể đang ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách thức hoạt động của các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới. Xuyên suốt quá trình được gọi là “mạch vòng nội hạt không trọn gói”, các luật lệ của chính phủ trên toàn thế giới đã ép buộc các nhà khai thác lớn phải mở cửa để các công ty mới tham gia thị trường cạnh tranh. Trên quan điểm chuyển mạch, các nhà cung cấp thay thế phải có khả năng giành được khách hàng địa phương nhờ đầu tư trực tiếp vào “những dặm cuối cùng” của đường cáp đồng. Điều này dẫn đến việc gia tăng cạnh tranh. Các mạng NGN thực sự phù hợp để hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình được luật pháp cho phép khai thác.  Các nguồn doanh thu mới Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và xuất hiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại. Kết quả là phần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh của họ dưới ánh sáng của các dự báo này. Cùng lúc đó, các nhà khai thác mới sẽ tìm kiếm mô hình kinh doanh mới cho phép họ nắm lấy thị phần, mang lại lợi nhuận cao hơn trên thị trường viễn thông. Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các dịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video. 1.2. KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN 1.2.1. Khái niệm Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như:  Mạng đa dịch vụ : cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau.  Mạng hội tụ : hỗ trợ dịch vụ 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 : tổ chức nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau. Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN. Song vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho mạng NGN. Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạng thế hệ mới nhưng là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN. 4 Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Chương 1 Hình 1.1. Mạng hợp nhất Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động. Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM và mạng chuyển mạch gói dựa trên kỹ thuật IP/ATM. Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời có thể cung cấp cho mạng IP một lượng lưu lượng dữ liệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng PSTN. Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động. Vấn đề cốt lõi ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này. Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một khối lượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn trong số đó không được dự tính khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay. 1.2.2. Các đặc điểm của mạng NGN Mạng NGN có bốn đặc điểm chính:  Nền tảng là hệ thống mạng mở.  Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới.  Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất. 5 Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Chương 1  Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu. Trước hết, do áp dụng cơ cấu mở mà: Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập. 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 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 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 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 một trong các mạng đó làm 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 ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn 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 nhất mà 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 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 so 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 điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này. 6 Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Chương 1 1.3. KIẾN TRÚC MẠNG NGN 1.3.1. Kiến trúc chức năng của mạng NGN Hiện nay chưa có một khuyến nghị chính thức nào của ITU-T về kiến trúc NGN. Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình kiến trúc NGN như Alcatel, Siemens, NEC, Lucent, Ericsson,…và kèm theo là các giải pháp mạng cùng các sản phẩm thiết bị mới. Từ các mô hình này, kiến trúc NGN có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau:  Lớp kết nối (truy nhập, truyền tải/lõi).  Lớp trung gian (truyền thông).  Lớp điều khiển.  Lớp quản lý. Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN: Hình 1.2. Cấu trúc mạng NGN Trong các lớp trên, lớp điều khiển là phức tạp nhất với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang được các nhà khai thác quan tâm. Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ, mô hình cấu trúc NGN còn có thêm lớp ứng dụng/dịch vụ. Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gi kinh doanh trong lớp ứng dụng/dịch vụ. 7 Tiểu luận môn học Kiến trúc và tổ chức mạng truyền thông Chương 1 Hình 1.3. Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN Phân tích: Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho thoại và dữ liệu. Các khối trong tổng đài hiện nay được phân chia thành các lớp mạng riêng lẻ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn. Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch PSTN thực chất đã được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch. Sự thông minh đó nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm (softswitch) hay bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (Media Gateway Controller) hay tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mới. Các giao diện mở hướng tới các ứng dụng mạng thông minh (IN – Intelligent Network) và các máy chủ ứng dụng (Aplication Server) mới tạo điều kiện dễ dàng cho việc cung cấp dịch vụ và đảm bảo đưa ra thị trường trong thời gian ngắn. Tại lớp trung gian (truyền thông), các cổng phương tiện (MG) được đưa vào sử dụng để thích ứng thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói. Các MG này được sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RG – Residential Gateway), hoặc với các mạng truy nhập (AG – Access Gateway), hoặc với mạng PSTN (TGW – Trunk Gateway). Các máy chủ phương tiện đặc biệt thực hiện nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như cung cấp các âm quay số hoặc bản tin thông báo. Ngoài ra, chúng còn có các chức năng tiên tiến hơn như: trả lời bằng tiếng nói tương tác và biến đổi văn bản sang tiếng nói hoặc ngược lại. 8