Tài liệu Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch trong mạng ngn với giải pháp u-sys của huawei

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Lê Phƣơng Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch trong hệ thống mạng NGN với giải pháp U-SYS của Huawei LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Lê Phƣơng NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG NGN VỚI GIẢI PHÁP U-SYS CỦA HUAWEI Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Nguyễn Văn Tam Hà Nội – 2009 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NEXT GENERAL NETWORK – NGN ............. 2 1.1. Khái quát chung .................................................................................................. 2 1.2. Lý do xuất hiện mạng NGN ................................................................................ 2 1.2.1. Cải thiện chi phí đầu tư ............................................................................. 2 1.2.2. Xu thế đổi mới viễn thông ......................................................................... 2 1.2.3. Các nguồn doanh thu mới .......................................................................... 3 1.3. Đặc điểm của mạng NGN .................................................................................... 3 1.3.1. Đặc điểm chính .......................................................................................... 3 1.3.2. Nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ mới ......................................................... 4 1.4. Cấu trúc logic mạng NGN ................................................................................... 4 1.5.1. Lớp truyền dẫn và truy nhập ...................................................................... 6 1.5.2. Lớp truyền thông ....................................................................................... 6 1.5.3. Lớp điều khiển ........................................................................................... 6 1.5.4. Lớp ứng dụng và dịch vụ ........................................................................... 7 1.5.5. Lớp quản lý ............................................................................................... 7 1.6. Cấu trúc vật lý ..................................................................................................... 8 1.7. Các công nghệ được áp dụng cho mạng NGN ..................................................... 9 1.7.1. IP ............................................................................................................... 9 1.7.2. MPLS ...................................................................................................... 10 CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM - SOFTSWITCH ........... 12 2.1. Khái quát về công nghệ chuyển mạch mềm ....................................................... 12 2.1.1. Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch mềm ............................................ 12 2.2. Lợi ích của chuyển mạch mềm .......................................................................... 14 2.2.1. Đối với nhà khai thác và người sử dụng ................................................... 14 2.2.2. So sánh giữa chuyển mạch kênh truyền thống và chuyển mạch mềm ....... 16 2.3 Các ứng dụng chính của chuyển mạch mềm ....................................................... 18 2.3.1. Ứng dụng làm SS7/PRI Gateway ............................................................. 18 2.3.2. Ứng dụng làm Packet Tandem ................................................................. 20 2.2. Đặc điểm kĩ thuật của công nghệ chuyển mạch mềm ........................................ 24 2.2.1. Mô hình kiến trúc mạng thế hệ sau và các chức năng của Softswitch ....... 24 2.2.2. Các giao thức điều khiển và báo hiệu trong mạng NGN ........................... 27 2.3. Liên kết báo hiệu giữa mạng SS7 và Chuyển mạch mềm ............................ 51 CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP U-SYS CỦA HUAWEI .............................................. 53 3.1. Mô hình kỹ thuật ............................................................................................... 53 3.1.1. Cấu trúc phân lớp của giải pháp U-SYS .................................................. 54 3.2 Cấu trúc phần mềm ............................................................................................ 62 3.2.1. Tác vụ (TASK) ............................................................................................... 63 3.2.2. Hệ điều hành............................................................................................ 66 3.2.3. Cấu trúc dữ liệu và cơ sở dữ liệu.............................................................. 67 3.4. Vận hành, quản trị và bảo trì hệ thống U-SYS ................................................... 70 3.4.1. Mô tả chung............................................................................................. 70 3.4.2. Khai thác, bảo trì thiết bị và các công cụ làm việc ................................... 70 3.4.3.Đặc tính hệ thống vận hành và bảo trì của U-SYS .................................... 71 3.4.4. Khả năng ứng dụng thực tế và kết luận chương : ..................................... 71 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG MỞ CỦA ĐỀ TÀI ....................................................... 73 TỪ VIẾT TẮT.......................................................................................................... 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 75 TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AAA Authentication, Authorization, Accounting Nhận thực thuê bao, nhận thực dịch vụ, tính cước ACD Automatic Call Distributor Phân phối cuộc gọi tự động ACM Address Complete Message Bản tin hoàn tất địa chỉ AAL Atm Adaption Layer Lớp tương thích ATM ANM ANswer Message Bản tin trả lời API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ BCF Bearer Control Function Chức năng điều khiển kênh mang BHCA Busy Hour Call Attempt Cuộc gọi giờ cao điểm BICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập với kênh mang BIWF. Bearer InterWorking Function Chức năng làm việc liên mạng kênh mang BNC Backbone Network Connection Kết nối mạng xương sống CS Capability Set Tập khả năng CSF Call Service Function Chức năng dịch vụ cuộc gọi DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy nhâp đường dây thuê bao số. GK Gatekeeper GSN Gate Serving Node GW Gateway IAD Integrated Access Device Thiết bị truy nhập tích hợp IAM Initial Address Message Bản tin khởi tạo địa chỉ IN Intelligent Network Mạng thông minh IP Internet Protocol Giao thức Internet ISN Interface Serving Node Điểm phục vụ giao diện ISP Interner Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet Điểm phục vụ cổng Phần đối tượng người sử dụng mạng tích hợp đa dịch vụ Hiệp hội viễn thông quốc tế ISUP ISDN User Part ITU LAN International Telecommunications Union Local Area Network LE Local Exchange Tổng đài nội hạt MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm MP Multipoint Processor Bộ xử lý đa điểm MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm MGCP Media Gateway Control Protocol MGC Media Gateway Controller Giao thức điều khiển Gateway truyền thông Bộ điều khiển thuê bao M2UA MTP2 User Aption layer M3UA MTP3 User Adaption Layer M2PA MTP MTP2-User Peer-to-Peer Adaptation Layer Message Transfer Part Lớp tương thích người sử dụng MTP2 Lớp tương thích người sử dụng MTP3 Lớp tương thích ngang hàng người sử dụng MTP2 Phần truyền dẫn bản tin NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau OAM&P PBX Operation, Administration, Maintainance, and Performance Private Branch eXchange Vận hành, Quản trị, bảo dưỡng và giám sát hoạt động Tổng đài nhánh dành riêng POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ điện thoại truyền thống PRI Primary Rate Interface Giao diện tốc độ cơ bản PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại công cộng QoS Quality of Sevice Chất lượng dịch vụ RAS Registration, Admision, Status Đăng ký, Cho Phép, Trạng Thái RAS Remote Access Server Máy chủ truy cập từ xa RTCP Real-Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian Mạng cục bộ thực RTP Real-Time Transport Protocol SCN Switch Circuit Network Giao thức truyền vận thời gian thực Mạng chuyển mạch kênh SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ SCCP Signal Connection Control Part SCTP Stream Control Transport Protocol Phần ứng dụng điều khiển kết nối báo hiệu. Giao thức truyền vận điều khiển luồng. SDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SIGTRAN Signalling Transport Truyền vận báo hiệu SG Signalling Gateway Gateway báo hiệu SS7 Signalling System 7 Hệ thống báo hiệu số 7 SSP Service Switching Point Điểm chuyển mạch dịch vụ STP Signaling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệu SUA SCCP-User Adaptation Layer SUS SUSpend Lớp tương thích người sử dụng SCCP Ngừng SWN SWitch Node Điểm chuyển mạch TCAP TCP Transaction Capabilities Application Part Transmission Control Protocol Phần ứng dụng khả năng giao dịch Giao thức điều khiển truyền dẫn ToS Type of Sevice Kiểu dịch vụ TSN Transit Serving Node Điểm phục vụ chuyển tiếp UAC User Agent Client UAS User Agent Server VoIP Voice over IP Máy khách tác nhân người sử dụng Bộ phục vụ tác nhân người sử dụng Thoại trên giao thức IP DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.2: Cấu trúc mạng thế hệ mới [1] ......................................................................5 Hình 1.3: Cấu trúc mạng thế hệ mới (góc độ dịch vụ) ..................................................5 Hình 1.4: Các thành phần của Softswitch.....................................................................7 Hình 1.5: Cấu trúc vật lý mạng NGN ...........................................................................8 Hình 2.1: Thí dụ về hệ thống chuyển mạch kênh ........................................................ 17 Hình 2.2: Các module trong hệ thống chuyển mạch mềm ........................................... 17 Hình 2.3: So sánh giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm ............................... 19 Hình 2.4: Ứng dụng làm packet tandem ..................................................................... 21 Hình 2.5: Sử dụng Softswitch để cung cấp thoại đường dài........................................ 22 Hình 2.6: Mạng thế hệ mới và thuê bao doanh nghiệp ............................................... 23 Hình 2.7: Mạng thế hệ mới và thuê bao tư nhân......................................................... 23 Hình 2.8: Mô hình kiến trúc mạng NGN..................................................................... 25 Hình 2.9: Quan hệ giữa các giao thức trong mạng NGN ............................................ 28 Hình 2.10: Mô hình mạng H.323 đơn giản .................................................................29 Hình 2.12: Các chức năng giao thức của hệ thống VoIP ............................................ 31 Hình 2.13: Các thành phần trong hệ thống SIP ......................................................... 34 Hình 2.14: Thiết lập và hủy cuộc gọi trong SIP .......................................................... 36 Hình 2.15: H.248 trong media gateway ...................................................................... 39 Hình 2.16: Quan hệ giữa MG và MGC ...................................................................... 41 Hình 2.17: Thiết lập cuộc gọi giữa A và B..................................................................41 Hình 2.18: H.323 Gateway và MGC - MG .................................................................42 Hình 2.19: Báo hiệu thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP ................... 42 Hình 2.20: SIGTRAN .................................................................................................44 Hình 2.22: Mô hình của SIGTRANS khi MG và SG kết hợp với nhau ......................... 45 Hình 2.23: Vị trí của SCPTP trong SIGTRANS .......................................................... 46 Hình 2.24: Hoạt động của M2UA .............................................................................. 47 Hình 2.25: M3UA ...................................................................................................... 48 Hình 2.26: Mô tả về BICC ......................................................................................... 49 Hình 2.27: Mô hình giao thức BICC .......................................................................... 50 Hình 2.28: MG và SG kết nối với PSTN ..................................................................... 51 Hình 2.29: SUA......................................................................................................... 52 Hình 3.1: Giải pháp U-SYS của Huawei .................................................................... 54 Hình 3.2: Cấu trúc phân lớp của U-SYS ..................................................................... 54 Hình 3.3: Cấu trúc hệ thống của AMG5000 ............................................................... 55 Hình 3.4: Cấu trúc hệ thống của TMG8010 ............................................................... 56 Hình 3.5: Cấu trúc hệ thống của TMG8000 ............................................................... 57 Hình 3.6: Cấu trúc hệ thống của Packet terminal....................................................... 58 Hình 3.7: Cấu trúc của MSR ...................................................................................... 58 Hình 3.8: Cấu trúc phần cứng của thiết bị SoftX ........................................................ 60 Hình 3.9: Cấu trúc phần mềm của U-SYS ..................................................................62 Hình 3.10: Phân cấp phần mềm của U-SYS ............................................................... 63 Hình 3.11: Tác vụ liên lạc của U-SYS......................................................................... 63 Hình 3.12: Tác vụ xử lý cuộc gọi................................................................................ 65 Hình 3.13: Tác vụ quản lý cơ sở dữ liệu ..................................................................... 66 Hình 3.14: Cấu trúc cơ sở dữ liệu module..................................................................68 1 LỜI MỞ ĐẦU Trong khoảng một thập kỉ trở lại đây, môi trường kinh doanh trong lĩnh vực Viễn thông ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn bao giờ hết. Chất lượng dịch vụ sẽ trở thành chìa khóa để có thể dẫn đến thành công. Song song với xu thế này, nhu cầu về các dịch vụ truyền thông mới ngày càng tăng mạnh. Hệ thống mạng đang tồn tại sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh ngày càng bộc lộ rõ những nhược điểm của mình trong việc cung cấp các dịch vụ mới và không thể đáp ứng được các nhu cầu cấp bách trên. Cụm từ “mạng thế hệ mới – Next Generation Network” bắt đầu được nhắc tới từ năm 1998. NGN là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùng một cơ sở hạ tầng trên nền tảng IP, làm việc trên cả hai phương tiện truyền thông vô tuyến và hữu tuyến. NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với mạng đa dịch vụ dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất các hệ thống quản lí và điều khiển. NGN có thể cung cấp nhiều dịch vụ gia tăng chất lượng cao. Mạng thế hệ mới đang là xu hướng ở nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam, vì vậy, yêu cầu hiểu biết về mạng là cần thiết. Xuất phát từ ý tưởng đó, bản luận văn này sẽ trình bày về mạng NGN và công nghệ chuyển mạch trong mạng. Ngoài ra, luận văn còn mở rộng và đề cập tới giải pháp U-SYS của công ty Huawei, nơi em đang làm việc. Giải pháp này có tính ứng dụng cao và được các công ty viễn thông tại Việt Nam áp dụng. Để hoàn thành luận văn này, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ và lời góp ý từ thầy cô giáo và bạn bè. Em xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành đến thầy giáo Nguyễn Văn Tam, vì sự hướng dẫn tận tình và những lời khuyên bổ ích của thầy trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo giảng dạy trong trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội đã tận tình dạy dỗ và chỉ bảo em trong ba năm học vừa qua. 2 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NEXT GENERAL NETWORK – NGN 1.1. Khái quát chung Hiện nay, triển khai mạng NGN là hướng đi chung của các nhà mạng trong nước. Điều này phù hợp với xu thế chung của thế giới và sự phát triển của mạng viễn thông. Để tìm hiểu khai quát về mạng NGN, dưới đây là các nội dung:  Lý do xuất hiện mạng NGN  Đặc điểm của mạng NGN  Cấu trúc logic của mạng NGN 1.2. Lý do xuất hiện mạng NGN 1.2.1. Cải thiện chi phí đầu tƣ 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. 1.2.2. Xu thế đổi mới viễn thông Khác với khía cạnh kỹ thuật, quá trình giải thể đang ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách thức hoạt động của các 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. NGN thực sự phù hợp để hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình được luật pháp cho phép khai thác. 3 1.2.3. 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 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. 1.3. Đặc điểm của mạng NGN 1.3.1. Đặc điểm chính 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.  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. 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. Mạng NGN là mạng dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm:  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. 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 4 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. 1.3.2. Nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ mới Các nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ mới:  Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú và đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện.  Mạng có cấu trúc đơn giản.  Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác, bảo dưỡng.  Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới.  Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh.  Tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lí và nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bàn hành chính như trước đây mà tổ chức theo vùng mạng hay vùng lưu lượng. Xu hướng tổ chức mạng đơn giản, giảm số cấp chuyển mạch và chuyển tiếp truyền dẫn nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác, bảo dưỡng. 1.4. Cấu trúc logic mạng NGN Hiện nay vẫn chưa có một khuyến nghị cụ thể nào của ITU về cấu trúc của NGN. Có nhiều nhà viễn thông lớn trên thế giới đưa ra mô hình NGN như Alcatel, Siemens, Ericsion, Nortel, Lucent…[4] Từ những mô hình của các hãng, mô hình cấu trúc của NGN được chia ra làm bốn lớp chức năng:  Lớp truy nhập và truyền dẫn  Lớp truyền thông 5  Lớp điều khiển  Lớp quản lý Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng lẽ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyền dẫn. Các giao diện mở có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng, dễ dàng; những nhà khai thác có thể chọn lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN. Hình 1.2: Cấu trúc mạng thế hệ mới [1] Nếu xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc của NGN có thêm lớp ứng dụng dịch vụ. Hình 1.3: Cấu trúc mạng thế hệ mới (góc độ dịch vụ) 6 1.5.1. Lớp truyền dẫn và truy nhập Phần truyền dẫn: Thành phần: Gồm các nút chuyển mạch/ router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch PLM nhưng ở mạng đường trục, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM. Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi. Chức năng: Bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chuyển mạch. Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ nhiều mức QoS khác nhau cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại” các sự kiện trên mạng (tỷ lệ mất gói, độ trì hoãn…). Lớp ứng dụng sẽ đưa ra yêu cầu truyền tải và lớp truyền dẫn sẽ thực hiện yêu cầu này. Phần truy nhập: Thành phần: Phần truy nhập gồm các thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến. Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD (Intergrated Access Device). Chức năng: Lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao và mạng đường trục qua cổng giao tiếp MGW thích hợp. Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn như các thiết bị truy nhập đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, di động vô tuyến… 1.5.2. Lớp truyền thông Thành phần: Thiết bị ở lớp này là các cổng truyền thông gồm:  Các cổng truy nhập: AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng truy nhập, RG (Residental Gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà.  Các cổng giao tiếp: TG (Trunking Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di động… Chức năng: Chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (PSTN, FrameRelay LAN, vô tuyến…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại. Nhờ đó mà các nút chuyển mạch và các hệ thống truyền dẫn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của các thiết bị của lớp điều khiển. 1.5.3. Lớp điều khiển Thành phần: Bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch gồm Media Gateway Controller hay Call Agent được kết nối với các thành phần khác (như SGW, MS, FS, AS) để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP. 7 Hình 1.4: Các thành phần của Softswitch Theo MSF (Mutiservice Switching Forum), lớp điều khiển cần được tổ chức theo kiểu module và bao gồm một số bộ điều khiển độc lập. Chức năng: Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu đến cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. 1.5.4. Lớp ứng dụng và dịch vụ Thành phần: Bao gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node). Thực chất đây là các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải. Chức năng: Cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN, dịch vụ internet…cho khách hàng. Lớp này thực hiện cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và các mức chất lượng khác nhau. Một số loại dịch vụ sẽ do phía thuê bao tự thực hiện điều khiển logic dịch vụ và truy nhập trực tiếp vào lớp ứng dụng và dịch vụ, một số khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng và dịch vụ liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng. 1.5.5. Lớp quản lý Đây là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp. Tại đây, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông như một mạng riêng theo dõi và điều phối 8 các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động. Vì NGN dựa trên các giao diện mở và cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác và đa dịch vụ. 1.6. Cấu trúc vật lý Hình 1.5: Cấu trúc vật lý mạng NGN NGN có rất nhiều các thành phần mạng cần quan tâm, nhưng ở đây ta chỉ đề cập đến các thành phần thể hiện rõ sự tiến bộ của NGN so với các mạng trước đây.  MG (Media Gateway) là một thiết bị vào ra đặc hiệu cung cấp phương tiện truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN.  MGC (Media Gateway Controller) là đơn vị chức năng chính của Softswitch. Nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi, ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS. MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN, mạng IP…Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau.  SG (Signaling Gateway) là một thiết bị vào ra, nó tạo ra một chiếc cầu nối giữa mạng báo hiệu số 7 với mạng IP dưới sự điều khiển của MGC. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu.  Media server được dùng để xử lý các thông tin đặc biệt. Nó thực hiện các chức năng mới:  Chức năng voicemail cơ bản. 9  Hộp thư fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hoặc các bản tin ghi âm trước (pre-recorded message).  Khả năng nhận diện tiếng nói (nếu có).  Khả năng hội nghị truyền hình (video conference).  Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text)  Application Server/Feature Server Server đặc tính là một server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là Server ứng dụng thương mại. Vì hầu hết các Server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswith về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng. 1.7. Các công nghệ đƣợc áp dụng cho mạng NGN 1.7.1. IP IP là giao thức chuyển tiếp gói tin, nó đóng gói và chuyển gói tới đích một cách hiệu quả sử dụng địa chỉ trong phần header của gói. IP cung cấp dịch vụ chuyển dữ liệu hướng không kết nối, nó chỉ nỗ lực tối đa để chuyển gói tin tới đích chứ không đảm bảo chất lượng dịch vụ. 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 IP chứa địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng 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 và nó 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 bản chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới đích. Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin để chuyển mạch các gói IP hướng tới đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở cách này, mỗi nút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập. Vì vậy, phương thức này 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 tới chuyển gói tin sai hướng dẫn đến mất gói tin. Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ 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 dịch vụ. Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói khả năng mở 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. 10 1.7.2. MPLS MPLS là phương thức chuyển mạch phối hợp ưu điểm của IP và ATM. Trước khi phương thức này ra đời người ta cũng quan tâm tới mô hình IP over ATM của IETF xem IP như một lớp nằm trên lớp 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 được hết khả năng của ATM, không thích hợp với mạng nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt. Công nghệ MPLS sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi giao thức định tuyến của IP. Thiết bị CSR của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM.  MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt:  Chức năng chuyển gói tin: có nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như trong ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn thực chất là việc tìm nhãn cho một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của gói đó. Các router thực hiện kỹ thuật này gọi là LSR (Label Switch Router).  Chức năng điều khiển: gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, giao thức phân phối nhãn thiết lập nhãn trong các bảng định tuyến. 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)  Một số ưu diểm của MPLS:  MPLS đảm bảo chất lượng dịch vụ do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định. Ngoài ra, MPLS còn có 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 cao hơn. Trong khi đó các dịch vụ mà MPLS hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới.  Công nghệ MPLS giúp cho 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 một giá trị của nhãn. Do vậy trong miền MPLS các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin. Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn(LSP) được giám sát 1 cách dễ dàng dùng RTFM( realtime flow measurement). Bằng cách giám sát lưu lượng tại các 11 LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể 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 trễ từ điểm đầu tới điểm cuối của miền MPLS). Việc đo trễ có thể được thực hiện bởi giao thức lớp 2. Để giám sát 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 1 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 tính chất hiện có. Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch có nhiều triển vọng. MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Đồng thời cải thiện thông lượng của mạng một cách đáng kể. Ngoài ra, các công nghệ chuyển mạch mới được phát triển ngày càng cao để đảm bảo nhu cầu phát triển ngày nay của mạng viễn thông