Tài liệu Nghiên cứu giải pháp ứng dụng hệ thống IPTV trên cơ sở mạng thế hệ mới (NGN)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ************* TRỊNH TỐ TOẢN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG HỆ THỐNG IPTV TRÊN CƠ SỞ MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN) Ngành: Công nghệ thông tin Mã số: 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐOÀN VĂN BAN Hà Nội -- 12/2007 – MỤC LỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT .................................................................................3 DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................8 MỞ ĐẦU .........................................................................................................................9 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN)................................10 1.1. Sơ lƣợc mạng viễn thông hiện tại ..................................................................10 1.2. Giới thiệu mạng thế hệ mới (NGN) ...............................................................14 1.3. Các công nghệ phát triển NGN .....................................................................18 1.4. Các dịch vụ trên NGN ...................................................................................20 1.5. Kết chƣơng ....................................................................................................24 Chƣơng 2. GIỚI THIỆU IPTV VÀ CÁC DỊCH VỤ ỨNG DỤNG ........................26 2.1. Khái niệm ......................................................................................................26 2.2. Kiến trúc tổng quan về hệ thống IPTV ..........................................................26 2.3. Các dịch vụ nội dung đƣợc cung cấp ............................................................31 2.4. Kết chƣơng ....................................................................................................38 Chƣơng 3. ĐẶC TẢ YÊU CẦU KỸ THUẬT HỆ THỐNG IPTV .........................40 3.1. Một số giải pháp IPTV của các hãng trên thế giới ........................................40 3.2. Yêu cầu kỹ thuật mạng truyền tải ..................................................................45 3.3. Giải pháp IPTV Headend ..............................................................................46 3.4. Video on Demand Server ..............................................................................53 3.5. Set Top Box (STB) ........................................................................................55 3.6. Hệ thống Middleware ....................................................................................58 3.7. Quản lý bản quyền số (Digital Right Management - DRM) .........................65 3.8. Kết chƣơng ....................................................................................................68 Chƣơng 4. PHƢƠNG ÁN TRIỂN KHAI HỆ THỐNG IPTV TẠI VIỆT NAM ....69 4.1. Phân tích khả năng triển khai dịch vụ IPTV tại Việt Nam ............................69 4.2. Đề xuất phƣơng án triển khai hệ thống IPTV ...............................................71 KẾT LUẬN ...................................................................................................................79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................80 THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 21CN (21st Century Network) Mạng thế kỉ 21. Cơ sở hạ tầng mạng toàn thế giới dựa trên công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS phục vụ cho các dịch vụ triple-play. AAA (Authentication, Authorization and Accounting) Việc xác thực, chứng thực và kiểm soát. ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Line)- Đường dây thuê bao số không đồng bộ. Cách thức truyền tải dữ liệu qua đường điện thoại truyền thống, và nhanh hơn nhiều so với kết nối điện thoại truyền thống, tốc độ download:8-10 Mbps, Upload: 128 Kbps. ADSL2+ Một tiêu chuẩn ADSL mới cho phép tăng tốc độ download. Tốc độ download đạt tới 24Mbbps API (Application Program Interface) Giao diện chương trình ứng dụng Một nhóm các chỉ dẫn đưa ra các yêu cầu bắt buộc để thực hiện việc trao đổi thông tin giữa 2 máy tính. ASI (Asynchronous Serial Interface) Chuẩn kết nối tín hiệu TV ATM (Asynchronous Transfer Mode) Network Mô hình truyền tải bất đồng bộ Mạng sử dụng công nghệ chuyển mạch các kết nối tâp chung được xây dựng để truyền tải dữ liệu sử dụng công nghệ ADSL. Tốc độ truyền tải trung bình là 155.52 Mbps hoặc 622.08Mbps. Tốc độ tối đa là 10Gbps. AVC (Advanced Video Mã hóa hình ảnh nâng cao Coding) BSS (Business Support Hệ hỗ trợ giao dịch System) CATV (Cable Television) Truyền hình cáp Thiết bị truyên tải băng thông rộng thường xử dụng cáp đồng trục 75 ôm để truyền tải đồng thời một số lượng lớn các kênh truyền hình theo tần số. CDN (Content Delivery Network) Mạng phân phối nội dung CPE (Customer Premise Equipment) Tập các thiết bị vật lý phía người dùng thuê bao IPTV. Có thể bao gồm cả điện thoại, STB và các dây cáp liên quan. DRM (Digital Rights Management) Hệ thống quản lí quyền số DSLAM (Digital Bộ tổng hợp truy nhập đường dây thuê bao số. Quản lí việc chứng thực, nhận dạng, bảo vệ, điều khiển và xác nhận mọi quyền sử dụng hợp pháp. Subscriber Line Access Multiplexer) Một thiết bi bao gồm một tập hợp các modem DSL để kết nối các đường DSL tới một đường ATM tốc độ cao DVB (Digital Video Broadcasting) Quảng bá hình ảnh số Một hệ thống truyền hình số trên tất cả các môi trường (vệ tinh, cáp, trạm mặt đất) và hỗ trợ các dịch vụ internet với tốc độ truyền lên đến 6Mbps EPG (Electronic Program Guide) Trang tương tác điện tử Một trang hướng dẫn cung cấp thông tin chi tiết của các chương trình hiện tại và tương lai, giúp cho người sử dụng lựa chọn. Các thông tin gồm có: tóm tắt chương trình, tìm kiếm nội dung hoặc kênh, tương tác trực tiếp với các chương trình được lựa chọn, lưu trữ, và chức năng điều khiển dành cho bố mẹ. FMC (Fixed Mobile Convergence) Sự hội tụ của điện thoại cố định và mobile. FTAM (File Transfer Access and Management) Giao thức kết hợp giữa giao thức truyền file FTP và truy nhập file từ xa. FTTH (Fiber to the Home) Mạng quang tới hộ gia đình Cho phép các dịch vụ triple-play được truy nhập qua một cáp quang FTTP (Fiber to the Premises) Mạng quang tới khu vực FTTx Sử dụng cho các công nghệ sử dụng mạng quang gồm FTTH, FTTP GigE (Gigabit Ethernet) Cung cấp băng thông 22 T3s với tốc độ truyền là 1Gbps H.264 Xem MPEG4 Part 10 H.320 Cho phép tương tác giữa các thiết bị hội thảo truyền hình từ các khu vực khác nhau thông qua dịch vụ chuyển mạch kênh như ISDN. H.323 Một chuẩn cho việc truyền dữ liệu hình ảnh thảo đa phương tiện qua giao thức mạng Hard-encoding Cách thức thực hiện nhúng dữ liệu trong quá trình sản xuất video mà sau đó nội dung không thể thay đổi được trừ khi mã hóa lại nội dung media. HDTV (HighDefinition Television) Hệ thống thông tin lien lạc sử dụng các cáp quang và các thành phần điện quang dể cung cấp các dịch vụ băng thông rộng tới các hộ gia đình và các trụ sở công ty.. Truyền hình chất lượng cao Một chuẩn truyền hình tăng gấp đôi số đường quét từ 525 lên đến 1050 đường và tăng tỉ lệ màn hình từ 12:9 lên 16:9. Tỉ lệ này tạo ra hiệu ứng như khung hình ảnh trong phim. IAD (Integrated Access Device) Thiết bị truy nhập tích hợp. Cho phép truy nhập mạng băng thông rộng với nhiều kênh truyền tải audio, data, video. IMS (IP Multimedia Subsystem) Là một kiến trúc framework thiết kế để cung cấp các dịch vụ multimedia trên nền mạng IP tới khách hàng. IMS hỗ trợ các thiết bị có dây và không dây truy cập các ứng dụng multimedia và voice dễ dàng hơn. In-band Management Quản trị thông qua các kênh dữ liệu thông thường (ví dụ Ethernet) để quản lý thiệt bị. Nó có hạn chế là chịu ảnh hưởng trực tiếp từ các thiệt bị được quản lý hoặc lỗi mạng. Xem thêm Out-band Management Chuyển mạch nhãn đa giao thức. IP/MPLS (Internet Protocol/MultiProtocol Hệ thống mạng cung cấp các mạng riêng ảo, mạng LAN, Label Switching) đường dây thuê bao, và các dịch vụ tốc độ cao Bộ tích hợp nhận và giải mã tần số IRD (Integrated Receiver/Descrambler) ISDN (Integrated Digital Services Network) Mạng dịch vụ số tổng hợp Chuẩn truyền thông quốc tế cho phép các đường dây điện thoại truyền thống truyền tải số thay vì truyền các tín hiệu tương tự, cho phép dữ liệu có thể t ruyền ở tốc độ nhanh hơn là trên các modem truyền thống. ITU (International Telecommunication Union) Tổ chức viễn thông quốc tế. Tổ chức quốc gia Mĩ thiết lập các chuẩn cho các thiết bị viễn thông như phần cứng ISDN, modem, và các máy fax. IXC (Interexchange Carrier) Hệ thống tổng đài quốc tế. Công ty điện thoại đường dài. LEC Xem ILEC Middleware Một lớp ứng dụng cung cấp giao diện và quá trình tương tác giữa các ứng dụng và các hệ thống điều hành hoặc giữa các giữa các hệ thống khác nhau. MPEG (Motion Picture Experts Group) Các chuẩn nén âm thanh và hình ảnh. MPEG2 Định dạng hình ảnh cho dịch vụ quảng bá. Thường sử dụng trên DVD hay truyền hình số. MPEG4 Part 2 Định dạng hình ảnh được sử dụng trên hệ thống điện thoại 3G để thu và phát hình ảnh. MPEG4 Part 10 Công nghệ nén cung cấp hình ảnh chất lượng MPEG2 nhưng tốc độ dữ liệu chỉ bằng một nửa. NII (Nation Information Infrastructure) Hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia nPVR (Network-based Personal Video Recorder) Một nguồn hình ảnh quảng bá mà người sử dụng có thể lưu trữ trên hệ thống hình ảnh. NVOD (Near On Demand) Video Chức năng xem cùng một bộ phim tại các thời điểm khác nhau, vì vậy phải có nhiều kênh truyền cho cùng một bộ phim. OEM (Original Equipment Manufacturer) Công ty thiết bị truyền thống. Để chỉ các công ty sản xuất các thiết bị mà sau đó thương mại hóa và bán nó cho các công ty khác. OSS (Operation Support System) Hệ thống hỗ trợ điều hành Hệ thống phần mềm cho phép các hoạt động điều hành của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông điều khiển và quản lí mạng của họ. Một giao diện cung cấp khả năng điều hành, quản lí, và duy trì cho các thành phần của mạng. Out-band Management Quản trị thông qua các kênh quản lý riêng để bảo trì thiết bị. Nó cho phép quản trị hệ thống có thể theo dõi và quản trị các server từ xa mà không quan tâm tới máy có bật hay không. Xem thêm In-band Management PIP (Picture-InPicture) Một đặc điểm trong truyền hình cho phép một chương trình có thể được xem trên toàn bộ khung hình, trong khi một hay nhiều chương trình khác được đặt trên một khung hình bên trong khung hình chính. PON (Passive Optical Network) Mạng quang bị động Mạng truy nhập cáp sử dụng đoạn cáp chia sẻ cho các hộ gia đình mà không phải sử dụng các đường cáp riêng rẽ từ trạm tổng đài, công ty điện thoại, hoặc các đầu cuối cáp TV. PPV (Pay Per View) Cho phép xem các hình ảnh với khung hình rộng hơn, nhưng không sử dụng cho các dịch vụ truyền hình quảng bá. PVR (Personal Video Recorder) Tiện ích trong truyền hình cho phép người sử dụng ghi lại các chương trình của họ. RSTP (Realtime Stream Transport Protocol) Giao thức chuẩn cho việc truyền các luồng media theo yêu cầu thời gian thực. SDH (Synchronous Digital Hierarchy) Chuẩn của Châu Âu cho việc truyền tải mạng quang đồng bộ. Với các chuẩn về định dạng, giao diện, lựa chọn truyền tải, và khả năng duy trì. Tốc độ truyền tải 150Mbps (tối thiểu) SDI (Serial Digital Interface) Chuẩn kết nối tín hiệu TV SIP (Session Initial Protocol) Giao thức khởi tạo phiên, là giao thức cho việc truyền tải âm thanh qua mạng IP. Xem thêm VoIP. SNMP (Simple Network Management Protocol) Giao thức quản trị mạng SONET (Synchronous Optical Network) Mạng quang đồng bộ STB (Set Top Box) Thiết bị cho phép hệ thống truyền hình trở thành giao diện người sử dụng internet, và cũng có thể cho phép hệ thống truyền hình nhận và giải mã hình ảnh quảng bá số. STM (Synchronous Tranfer Mode) Kiểu truyền đồng bộ (mạng quang), tốc độ cao truyền tải từ 150 Mbps tới 2.4Gbps TDM (Time Division Multiplexing) Kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian. Time Shifted TV Cho phép lưu lại (delay) kênh TV trong một khoảng thời gian nhất định. Triple-Play Các dịch vụ âm thanh, hình ảnh, và luồng dữ liệu trên cùng một mạng IP. Dịch vụ mạng tốc độ cao với tốc độ truyền tải từ 51.84Mbps tới 2.4Gbps Video De-Multiplexing Bộ giải điều chế hình ảnh. Video Multiplexing Bộ điều chế hình ảnh. VLAN (Virtual Local Area Network) Mạng LAN ảo Các trạm làm việc được kết nối với một thiết bị thông minh cung cấp các khả năng cho việc xác định các thành phần mạng LAN. VOD (Video On Demand) Dịch vụ cho phép nhiều người sử dụng yêu cầu cùng một hình ảnh tại một thời điểm. VoIP (Voice over Internet Protocol) Giao thức âm thanh qua mạng Internet Một cách gọi khác của điện thoại IP. Liên quan tới việc truyền các cuộc gọi qua mạng dữ liệu như kiểu mạng Internet gửi âm anh, fax và các thông tin khác mà không qua mạng điện thoại thoại truyền thống. WDM ( Wavelength Division Multiplexing) Phương pháp ghép kênh phân chia dải tần WiFi (Wireless Fidelity) Là tên của mạng không dây 802.11b. Là một chuẩn thay thế cho các cáp trong mạng Ethernet. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Các thành phần chính của mạng viễn thông ..................................................10 Hình 2. Cấu hình mạng cơ bản ...................................................................................11 Hình 3. Cấu trúc mạng phân cấp ................................................................................12 Hình 4. Topo mạng thế hệ mới ...................................................................................16 Hình 5. Kiến trúc mạng theo xu hướng mới ...............................................................18 Hình 6. Cấu trúc vật lý mạng NGN ............................................................................20 Hình 7. Mạng đa dịch vụ ............................................................................................21 Hình 8. Cấu trúc mạng đa dịch vụ ..............................................................................22 Hình 9. IPTV là công nghệ của tương lai ...................................................................26 Hình 10. Mô hình chung của hệ thống IPTV ...........................................................27 Hình 11. Các thành phần trong hệ thống IPTV Headend .........................................28 Hình 12. Mô hình giải pháp Middleware của Huawei .............................................29 Hình 13. Các dịch vụ IPTV có thể cung cấp ............................................................32 Hình 14. Kiến trúc phân lớp hệ thống IPTV của Huawei ........................................40 Hình 15. Hệ thống Huawei Middleware ..................................................................41 Hình 16. Mô hình hệ thống IPTV của UTStarcom ..................................................42 Hình 17. Mô hình hệ thống IPTV của Siemens .......................................................43 Hình 18. Tích hợp giải pháp bảo vệ nội dung của Verimatrix .................................44 Hình 19. Kiến trúc tổng thể hệ thống IPTV của ZTE ..............................................45 Hình 20. Mô hình luồng thông tin xử lý tại Head-end (Cisco) ................................47 Hình 21. Mô hình DRM với công nghệ của Verimatrix ..........................................66 Hình 22. Cấu trúc các thành phần hệ thống DRM ...................................................67 Hình 23. Thống kê về nhu cầu giải trí trong hộ gia đình .........................................69 Hình 24. Mô hình kết nối mạng cung cấp dịch vụ ...................................................73 Hình 25. Mô hình triển khai hệ thống IPTV ............................................................77 MỞ ĐẦU Cuối thập kỷ trước, cùng sự phát triển của các dịch vụ truyền hình vệ tinh, sự tăng trưởng của dịch vụ truyền hình cáp số, và đặc biệt là sự ra đời của HDTV đã để lại dấu ấn đối với lĩnh vực truyền hình. Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới đã xuất hiện một phương thức cung cấp dịch vụ mới hứa hẹn mạnh hơn với tiềm năng sẽ làm thay đổi phương thức truyền hình đã có. Internet Protocol Television (IPTV) đã ra đời, dựa trên sự hậu thuẫn của ngành viễn thông, đặc biệt là mạng băng rộng. IPTV dễ dàng cung cấp nhiều hoạt động tương tác hơn, tạo nên sự cạnh tranh mạnh mẽ hơn cho các doanh nghiệp kinh doanh dịch vụ truyền hình. Hãng In-Stat, một hãng nghiên cứu thị trường công nghệ cao có uy tín, gần đây đã dự báo rằng thị trường các dịch vụ IP video tại khu vực châu Á – Thái Bình Dương sẽ tăng trưởng tới gần 80% mỗi năm từ nay đến năm 2010 và sẽ tạo ra một thị trường 4,2 tỷ USD [2]. Hãng này cũng dự đoán châu Á sẽ chiếm tới một nửa trong tổng số thuê bao TV của các công ty điện thoại trên toàn thế giới vào năm 2009 với tổng số thuê bao tối thiểu 32 triệu. Các số liệu này cho thấy trong những năm còn lại của thập kỷ này, IPTV sẽ trở thành một dịch vụ có thị trường rộng lớn trên toàn cầu với châu Á tiếp tục dẫn đầu trong việc thu hút khách hàng. Các con số này cũng cho thấy đây là một thị trường năng động với rất nhiều cơ hội cho các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình có mô hình kinh doanh, hình thức cung cấp dịch vụ và công nghệ hợp lý. Tại Việt Nam, hiện có nhiều nhà khai thác dịch vụ viễn thông lớn đang cạnh tranh nhau nhằm cung cấp cho khách hàng các dịch vụ băng rộng với chất lượng cao và giá rẻ. Họ cũng đã nhận ra xu hướng phát triển của truyền hình trực tuyến và video theo yêu cầu, và đang có những bước đi mạnh mẽ. Một số website cung cấp thử nghiệm các chuơng trình truyền hình trực tuyến của VietNamNet, Công ty VTC, Đài truyền hình thành phố Hồ Chí Minh đã ghi nhận số lượng truy cập rất lớn, cho thấy sức hấp dẫn của dịch vụ này đối với công chúng. Theo ước tính, truyền hình cáp vẫn sẽ thống trị đến năm 2010, nhưng sau đó IPTV sẽ thực sự là đối thủ cạnh tranh với truyền hình số mặt đất và vệ tinh đối với người xem truyền hình [2]. Sự phát triển của IPTV chắc chắn sẽ nhanh hơn, nhưng với sự số hóa của truyền hình cáp và vệ tinh, các nhà cung cấp sẽ phải cạnh tranh để giành được khách hàng mới. Tùy thuộc vào thị trường cụ thể, các nhà khai thác dịch vụ IPTV sẽ phải bổ sung vào dịch vụ truyền hình quảng bá nhiều kênh với việc mở rộng cung cấp các dịch vụ đa dạng như VoD, Replay-TV (nPVR), In-home DVR, Gameshow, v.v... Với những phân tích trên đây, mục đích của đề tài này là nghiên cứu và tìm hiểu các công nghệ đã được phát triển và ứng dụng cho các hệ thống IPTV trên thế giới. Tiếp đó dựa trên hiện trạng và mô hình thực tế cơ sở hạ tầng mạng ở Việt Nam đề xuất giải pháp cho việc cung cấp hệ thống IPTV cùng các dịch vụ đi kèm, đảm bảo cung cấp và đáp ứng chất lượng dịch vụ một cách hiệu quả nhất. Qua việc triển khai rộng rãi các dịch vụ IPTV sẽ giúp các nhà khai thác mạng viễn thông Việt Nam nâng cao khả năng đáp ứng nhu cầu khách hàng, mở rộng lĩnh vực kinh doanh nội dung nghĩa là nâng cao năng lực cạnh tranh trong giai đoạn kinh tế thị trường. Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 10 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN) 1.1. Sơ lƣợc mạng viễn thông hiện tại 1.1.1. Khái niệm về mạng viễn thông Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng. Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính [6]: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối.  Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang. Các thuê bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt được nối vào tổng đài quá giang. Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế.  Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền đưa các tín hiệu điện. Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn cáp quang. Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường là cáp kim loại, tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang hoặc vô tuyến.  Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến. Truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại, cáp quang. Truyền vô tuyến bao gồm vi ba, vệ tinh.  Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy Fax, máy tính, tổng đài PABX. Hình 1. Các thành phần chính của mạng viễn thông Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: Mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn. Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền dẫn tạo thành các cấp mạng khác nhau. Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 11 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 2. Cấu hình mạng cơ bản Mạng viễn thông hiện nay được chia thành nhiều loại. Đó là mạng mắc lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng kín và mạng thang. Các loại mạng này có ưu điểm và nhược điểm khác nhau để phù hợp với các đặc điểm của từng vùng địa lý (trung tâm, hải đảo, biên giới,…) hay vùng lưu lượng (lưu thoại cao, thấp,…). Mạng viễn thông hiện nay được phân cấp như sau [6]: Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 12 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 3. Cấu trúc mạng phân cấp Trong mạng hiện nay gồm 5 nút:  Nút cấp 1: trung tâm chuyển mạch quá giang quốc tế.  Nút cấp 2: trung tâm chuyển mạch quá giang đường dài.  Nút cấp 3: trung tâm chuyển mạch quá giang nội hạt.  Nút cấp 4: trung tâm chuyển mạch nội hạt.  Nút cấp 5: trung tâm chuyển mạch từ xa. 1.1.2. Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện nay Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó [6].  Mạng Telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã hoá bằng 5 bit (mã Baudot). Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 tới 300 bit/s) Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 13 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là mạng POTS (Plain Old Telephone Service): ở đây thông tin tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN.  Mạng truyền số liệu: bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21.  Các tín hiệu truyền hình có thể được truyền theo ba cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Community Antenna Television) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh, hay còn gọi là truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System).  Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN (Local Area Network) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, Token Bus và Token Ring. Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác. Ví dụ ta không thể truyền tiếng nói qua mạng chuyển mạch gói X.25 vì trễ qua mạng này quá lớn. “Quá khứ là bàn đạp của tương lai”. Do vậy trước khi tìm hiểu mạng viễn thông thế hệ mới NGN, chúng ta cần rút kinh nghiệm từ lịch sử phát triển của các mạng hiện tại mà tiêu biểu là:  Xét về góc độ dịch vụ thì gồm các mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu.  Xét về góc độ kỹ thuật bao gồm các mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ. * PSTN (Public Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại công cộng. PSTN phục vụ thoại và bao gồm hai loại tổng đài: tổng đài nội hạt (cấp 5), và tổng đài tandem (tổng đài quá giang nội hạt, cấp 4). Tổng đài tandem được nối vào các tổng đài Toll để giảm mức phân cấp. Phương pháp nâng cấp các tandem là bổ sung cho mỗi nút một ATM core. Các ATM core sẽ cung cấp dịch vụ băng rộng cho thuê bao, đồng thời hợp nhất các mạng số liệu hiện nay vào mạng chung ISDN. Các tổng đài cấp 4 và cấp 5 là các tổng đài loại lớn. Các tổng đài này có kiến trúc tập trung, cấu trúc phần mềm và phần cứng độc quyền. * ISDN (Integrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp dịch vụ. ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng và xây dựng giao tiếp người sử dụng – mạng đa dịch vụ bằng một số giới hạn các kết nối ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm các kết nối chuyển mạch và không chuyển mạch. Các kết nối chuyển mạch của ISDN bao gồm nhiều chuyển mạch thực, chuyển mạch gói và sự kết hợp của chúng. Các dịch vụ mới phải tương hợp với các kết nối chuyển mạch số 64 kbit/s. ISDN phải chứa sự thông minh để cung cấp cho các dịch vụ, bảo dưỡng và các chức năng quản lý mạng, tuy nhiên tính thông minh này có thể không đủ để cho một vài dịch vụ mới và cần được tăng cường từ mạng hoặc từ sự thông minh thích ứng trong các thiết bị đầu cuối của người sử dụng. Sử dụng kiến trúc phân lớp làm đặc trưng của truy xuất ISDN. Truy xuất của người sử dụng đến nguồn Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 14 -------------------------------------------------------------------------------------------------------ISDN có thể khác nhau tùy thuộc vào dịch vụ yêu cầu và tình trạng ISDN của từng quốc gia. Cần thấy rằng ISDN được sử dụng với nhiều cấu hình khác nhau tùy theo hiện trạng mạng viễn thông của từng quốc gia. * PSDN (Public Switching Data Network) là mạng chuyển mạch số liệu công cộng. PSDN chủ yếu cung cấp các dịch vụ số liệu. Mạng PSDN bao gồm các PoP (Point of Presence) và các thiết bị truy nhập từ xa. Hiện nay PSDN đang phát triển với tốc độ rất nhanh do sự bùng nổ của dịch vụ Internet và các mạng riêng ảo (Virtual Private Network). * Mạng di động GSM (Global System for Mobile Telecom) là mạng cung cấp dịch vụ thoại tương tự như PSTN nhưng qua đường truy nhập vô tuyến. Mạng này chuyển mạch dựa trên công nghệ ghép kênh phân thời gian và công nghệ ghép kênh phân tần số. Các thành phần cơ bản của mạng này là: BSC (Base Station Controller), BTS (Base Transfer Station), HLR (Home Location Register), VLR ( Visitor Location Register) và MS ( Mobile Subscriber). Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ thu được lợi nhuận phần lớn từ các dịch vụ như leased line, Frame Relay, ATM, và các dịch vụ kết nối cơ bản. Tuy nhiên xu hướng giảm lợi nhuận từ các dịch vụ này bắt buộc các nhà khai thác phải tìm dịch vụ mới dựa trên IP để đảm bảo lợi nhuận lâu dài. Mạng riêng ảo (VPN) là một hướng đi của các nhà khai thác. Các dịch vụ dựa trên nền IP cung cấp kết nối giữa một nhóm các user xuyên qua mạng hạ tầng công cộng. VPN có thể đáp ứng các nhu cầu của khách hàng bằng các kết nối dạng any-to-any, các lớp đa dịch vụ, các dịch vụ giá thành quản lý thấp, riêng tư, tích hợp xuyên suốt cùng với các mạng Intranet/Extranet. Một nhóm các user trong Intranet và Extranet có thể hoạt động thông qua mạng có định tuyến IP. Các mạng riêng ảo có chi phí vận hành thấp hơn hẳn so với mạng riêng trên phương tiện quản lý, băng thông và dung lượng. Hiểu một cách đơn giản, VPN là một mạng mở rộng tự quản như một sự lựa chọn cơ sở hạ tầng của mạng WAN. VPN có thể liên kết các user thuộc một nhóm kín hay giữa các nhóm khác nhau. VPN được định nghĩa bằng một chế độ quản lý. Các thuê bao VPN có thể di chuyển đến một kết nối mềm dẻo trải dài từ mạng cục bộ đến mạng hoàn chỉnh. Các thuê bao này có thể dùng trong cùng (Intranet) hoặc khác (Extranet) tổ chức. Tuy nhiên cần lưu ý rằng hiện nay mạng PSTN/ISDN vẫn đang là mạng cung cấp các dịch vụ dữ liệu. 1.2. Giới thiệu mạng thế hệ mới (NGN) 1.2.1. Định nghĩa Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network-NGN) [6] có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn 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) Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 15 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 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 cung 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 một 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 nó có thể tương đối là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN. Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói 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 (Time Division Multiplexing), 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 gánh nặng của PSTN [6]. 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 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 đó là không được trù liệu khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay. 1.2.2. Đặc điểm của NGN Mạng NGN có bốn đặc điểm chính [6]: 1. Nền tảng là hệ thống mạng mở. 2. Mạng NGN là do dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới. 3. Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất. 4. Là mạng cho phép tăng 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 Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 16 -------------------------------------------------------------------------------------------------------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. Hình 4. Topo mạng thế hệ mới Thêm nữa, NGN là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất. Mang 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 (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 so với các chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 17 -------------------------------------------------------------------------------------------------------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. 1.2.3. Các ưu điểm của 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. Những lý do chính dẫn tới sự xuất hiện của mạng thế hệ mới: * 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 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 NGN thực sự phù hợp để hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình được luật pháp cho phép khai thác. Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 18 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 5. Kiến trúc mạng theo xu hướng mới * 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. 1.3. Các công nghệ phát triển NGN 1.3.1. Công nghệ truyền dẫn Trong cấu trúc mạng thế hệ mới, truyền dẫn là một thành phần của lớp kết nối (bao gồm chuyển tải và truy nhập). Công nghệ truyền dẫn của mạng thế hệ mới là SDH, WDM với khả năng hoạt động mềm dẻo, linh hoạt, thuận tiện cho khai thác và điều hành quản lý [6]. Các tuyến truyền dẫn SDH hiện có và đang được tiếp tục triển khai rộng rãi trên mạng viễn thông là sự phát triển đúng hướng theo cấu trúc mạng mới. Cần tiếp tục phát triển các hệ thống truyền dẫn công nghệ SDH và WDM, hạn chế sử dụng công nghệ PDH. Cáp quang:  Hiện nay trên 60% lưu lượng thông tin được truyền đi trên toàn thế giới được truyền trên mạng quang. Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 19 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Công nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo trên đường truyền dẫn tốc độc cao (n* 155 Mb/s) với khả năng bảo vệ của các mạch vòng đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước và ở Việt Nam.  WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách kết hợp một số tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài các bước sóng khác nhau và ta có thể sử dụng được các cửa sổ không gian, thời gian và độ dài bước sóng. Công nghệ WDM cho phép nâng tốc độ truyền dẫn lên 5Gb/s, 10Gb/s và 20Gb/s. Vô tuyến:  Vi ba: Công nghệ truyền dẫn SDH cũng phát triển trong lĩnh vực vi ba, tuy nhiên do những hạn chế của môi trường truyền dẫn sóng vô tuyến nên tốc độ và chất lượng truyền dẫn không cao so với công nghệ truyền dẫn quang.  Vệ tinh có 2 loại: Vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO – Low Earth Orbit) và Vệ tinh quỹ đạo trung bình (MEO – Medium Earth Orbit). Thị trường thông tin vệ tinh trong khu vực đã có sự phát triển mạnh trong những năm gần đây và sẽ còn tiếp tục trong những năm tới. Các loại hình dịch vụ vệ tinh đã rất phát triển như: DTH tương tác, truy nhập Internet, các dịch vụ băng rộng, HDTV,… Ngoài các ứng dụng phố biến đối với nhu cầu thông tin quảng bá, viễn thông nông thôn, với sự kết hợp sử dụng các ưu điểm của công nghệ CDMA, thông tin vệ tin ngày càng có xu hướng phát triển đặc biệt trong lĩnh vực thông tin di động, thông tin cá nhân,… 1.3.2. Công nghệ mạng truy nhập Trong xu hướng phát triển NGN sẽ duy trì nhiều loại hình mạng truy nhập vào một môi truyền dẫn chung như [6]:  Mạng truy nhập quang  Mạng truy nhập vô tuyến  Các phương thức truy nhập cáp đồng: HDSL, ADSL, …  Xu hướng phát triển mạng truy nhập băng rộng. Tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN) 20 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 6. 1.3.3. Cấu trúc vật lý mạng NGN Công nghệ chuyển mạch Chuyển mạch cũng là một thành phần trong lớp mạng chuyển tải của cấu trúc NGN nhưng có những thay đổi lớn về mặt công nghệ so với các thiết bị chuyển mạch TDM trước đây. Công nghệ chuyển mạch của mạng thế hệ mới là IP, ATM, ATM/IP hay MPLS thì hiện nay vẫn chưa xác định rõ, tuy nhiên nói chung là dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau [6]. Công nghệ chuyển mạch quang: các kết quả nghiên cứu ở mức thử nghiệm đang hướng tới việc chế tạo các chuyển mạch quang. Trong tương lai sẽ có các chuyển mạch quang phân loại theo nguyên lý sau:  Chuyển mạch quang phân chia theo không gian.  Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian.  Chuyển mạch quang phân chia theo độ dài bước sóng. 1.4. Các dịch vụ trên NGN 1.4.1. Giới thiệu Sự cạnh tranh gay gắt trong lĩnh vực mạng thông tin cũng như mạng viễn thông đang diễn ra trong những năm gần đây. Khi sự cạnh tranh gia tăng, điều đặc biệt quan trọng đối với các công ty là xác định vị trí thích hợp để mang lại thuận lợi cho bản thân mình, và để chuẩn bị cho môi trường truyền thông mới đang nổi lên. Trong môi trường