Tài liệu Tổng quan về các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục Lục MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..............................................................................................i Lêi nãi ®Çu..................................................................................................................1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN ......................................3 1.1. SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGN ....... 3 1.1.1. Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN ............................................................3 1.1.2. Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN ...................................4 1.2. KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN ........................................................... 5 1.2.1. Khái niệm......................................................................................................5 1.2.2. Các đặc điểm của mạng NGN ......................................................................7 1.3. KIẾN TRÚC MẠNG NGN ............................................................................................ 8 1.3.1. Kiến trúc chức năng của mạng NGN ............................................................8 1.3.2. Cấu trúc vật lý .............................................................................................11 1.4. CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG NGN ...................................................................... 12 1.4.1. Media Gateway (MG) .................................................................................12 1.4.2. Media Gateway Controller (MGC) .............................................................13 1.4.3. Signalling Gateway (SG) ............................................................................15 1.4.4. Hệ thống thiết bị truyền tải ........................................................................15 1.4.5. Hệ thống thiết bị truy nhập .........................................................................15 1.5. CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN ............... 16 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7 ................................18 2.1. VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7 (CCS7) ............................................. 18 2.2. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CCS7 ............................................... 18 2.3. CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA CCS7 ......................................................... 19 2.3.1. Sơ đồ khối chức năng .................................................................................19 2.3.2. Mối tương quan giữa CCS7 và mô hình OSI .............................................20 2.4. PHẦN CHUYỂN GIAO BẢN TIN – MTP.................................................................. 21 2.4.1. MTP mức 1 (đường số liệu báo hiệu) .........................................................21 2.4.2. MTP mức 2 (chức năng đường báo hiệu) ...................................................22 2.4.3. MTP mức 3 (chức năng mạng báo hiệu) ....................................................22 2.5. PHẦN ĐIỀU KHIỂN ĐẤU NỐI BÁO HIỆU – SCCP ................................................ 23 2.5.1. Các dịch vụ của SCCP ................................................................................23 2.5.2. Cấu trúc chức năng của SCCP ....................................................................24 2.5.3. Các thủ tục báo hiệu ...................................................................................24 2.6. PHẦN ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG GIAO DỊCH – TCAP ........................................... 26 2.6.1. Cấu trúc của TCAP .....................................................................................26 Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục Lục 2.6.2. Các hoạt động của TCAP ...........................................................................28 Chương 3. TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SỐ 7 QUA MẠNG IP – SIGTRAN ..........29 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................................. 29 3.2. GIỚI THIỆU VỀ SIGTRAN ........................................................................................ 31 3.3. ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN GIAO THỨC TRUYỀN TẢI MỚI ................................. 32 3.4. GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRUYỀN TẢI – SCTP ................................... 32 3.4.1. Tổng quan về kiến trúc của SCTP ..............................................................32 3.4.2. Tổng quan về chức năng của SCTP ............................................................33 3.4.3. Khuôn dạng tiêu đề chung của SCTP .........................................................34 3.5. M2PA ............................................................................................................................ 35 3.6. M2UA ........................................................................................................................... 36 3.7. SO SÁNH M2PA VÀ M2UA ....................................................................................... 37 3.8. M3UA ........................................................................................................................... 37 3.9. SUA .............................................................................................................................. 39 3.10. SO SÁNH M3UA VÀ SUA ....................................................................................... 41 Chương 4. CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN NGANG HÀNG .42 4.1. GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP......................................................................... 42 4.1.1. Các đặc điểm và chức năng của SIP ...........................................................42 4.1.2. Các khái niệm và các thành phần của hệ thống SIP ...................................44 4.1.3. Khái quát về hoạt động của SIP ..................................................................49 4.1.4. Các loại bản tin SIP ....................................................................................53 4.1.5. Đánh giá SIP ...............................................................................................56 4.2. H.323............................................................................................................................. 57 4.2.1. Tổng quan về H.323 ...................................................................................57 4.2.2. Kiến trúc mạng và các thành phần của H.323 ............................................58 4.2.3. Chồng giao thức sử dụng trong H.323........................................................64 4.2.4. Thiết lập và giải phóng cuộc gọi H.323 trong trường hợp đơn giản nhất ..68 4.2.5. So sánh SIP và H.323 .................................................................................69 4.3. GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN ĐỘC LẬP KÊNH MANG – BICC................................ 71 Chương 5. CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN CHỦ TỚ .............73 5.1. GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN CỔNG PHƯƠNG TIỆN – MGCP ................................. 73 5.1.1. Kiến trúc và các thành phần........................................................................73 5.1.2. Thiết lập cuộc gọi thông qua MGCP ..........................................................75 5.1.3. So sánh giữa MGCP, SIP và H.323 ............................................................76 5.1.4. Đánh giá giao thức MGCP .........................................................................77 5.2. MEGACO/H.248 .......................................................................................................... 77 5.2.1. Tổng quan về giao thức MEGACO/H.248 .................................................77 Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục Lục 5.2.2. Vị trí của giao thức MEGACO/H.248 trong mô hình OSI .........................78 5.2.3. Các chức năng của MEGACO/H.248 .........................................................78 5.2.4. Các khái niệm trong giao thức MEGACO/H.248 ......................................79 5.2.5. Truyền dẫn các bản tin của giao thức MEGACO/H.248 ............................82 5.2.6. Các lệnh được định nghĩa bởi giao thức MEGACO/H.248........................82 5.2.7. Cấu trúc bản tin MEGACO/H.248 .............................................................86 5.2.8. Hoạt động của giao thức MEGACO/H.248 ................................................86 5.2.9. Các ưu điểm của MEGACO/H.248 so với các giao thức điều khiển cổng phương tiện khác...................................................................................................87 KẾT LUẬN ..................................................................................................................89 PHỤ LỤC .....................................................................................................................90 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................92 Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAL AD ADSL ATM Adaptation Layer Analog to Digital Asymmetrical Digital Subscriber AG Line Access Gateway AS AS-F ASP ATM BCF BER 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 Frame Relay Gatekeeper General Packet Radio Service Gateway Serving Node Gateway Home Location Registration Hyper Text Markup Language HyperText Transfer Protocol DWDM FR GK GPRS GSN GW HLR HTML HTTP Phạm Vũ Huy, Đ2001VT 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 Trạm đăng ký thường trú Ngôn ngữ định dạng siêu văn bản Giao thức truyền tải siêu văn bản i Đồ án tốt nghiệp Đại học I/O IN IP ISDN ISN ISP ISUP ITU – T IVR IW-F LAN M2PA M2UA M3UA MC MCF MCU MEGACO MG MGC MGC-F MGCP MG-F MMSF MP MPLS MSF MTP MTU MTUP NAS NGN NSP OLO OSI PLMN PNO PSTN QoS Thuật ngữ viết tắt 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 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 MTP 2 User Adaptation mức 2 Thích ứng người sử dụng MTP MTP 3 User Adaptation mức 3 Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm Media Control Function Chức năng điều khiển phương tiện Multipoint Control Unit Đơn vị điều khiển đa điểm Giao thức điều khiển cổng phương Media Gateway Control tiện Media Gateway Cổng phương tiện Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng phương tiện MGC Function Chức năng MGC Giao thức điều khiển cổng phương Media Gateway Control Protocol tiện MG Function Chức năng MG Media Mapping and Switching Chức năng chuyển mạch và ghép Function nối phương tiện Multipoint Processor Bộ xử lý đa điểm Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức Media Server Function Chức năng máy chủ phương tiện Message Transfer Part Phần chuyển giao bản tin Maximum Transfer Unit Đơn vị chuyển giao cực đại Phần người sử dụng điện thoại di Mobile Telephone User Part động Network Access Server Máy chủ truy nhập mạng Next Generation Network Mạng thế hệ sau Network Service Point Điểm dịch vụ mạng Nhà vận hành mạng bản quyền Other Lisenced Operator khác Open Systems Interconnection Các liên kết hệ thống mở Mạng thông tin di động công cộng Public Land Mobile Network mặt đất Public Network Operator Nhà vận hành mạng công cộng Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại công cộng Quality of Service Chất lượng dịch vụ Phạm Vũ Huy, Đ2001VT ii Đồ án tốt nghiệp Đại học R–F SCR Routing Function Radio Access Network Application Part Request For Comments Residential Gateway Release Complete Resource Reservation Protocol Real Time Transport Control Protocol Real Time Transport Protocol Signalling Connection Control Part SCCP Connectionless Control SCCP Management Switched Circuit Network SCCP Connection – Oriented Control SCCP Routing SCTP Stream Control Transport Protocol SDH SDP SG-F SIGTRAN SIP SIP – CGI SMS SMTP SN SONET SP 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 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 Trunk Gateway Transaction Sublayer Transmission Sequence Number Transit Serving Node RANAP RFC RG RLC RSVP RTCP RTP SCCP SCLC SCM SCN SCOC SDSL TCAP TCP TDM TGW TSL TSN TSN Phạm Vũ Huy, Đ2001VT Thuật ngữ viết tắt 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 Cổng trung kế Phân lớp giao dịch Chỉ số tuần tự truyền dẫn Nút dịch vụ chuyển tiếp iii Đồ án tốt nghiệp Đại học TUP UA UAC UAS UDP UP VoDSL VoIP WAN 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 WDM Wavelength Division Multiplexing XML Extensible Markup Language UMTS Phạm Vũ Huy, Đ2001VT Thuật ngữ viết tắt 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 iv Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu Lêi nãi ®Çu Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, khi mμ ®êi sèng x· héi ngμy cμng ph¸t triÓn th× nhu cÇu trao ®æi th«ng tin cña con ng−êi còng t¨ng lªn rÊt nhiÒu c¶ vÒ møc ®é phong phó lÉn chÊt l−îng cña cña lo¹i h×nh dÞch vô. HiÖn nay, nh÷ng nhu cÇu ®ã kh«ng chØ cßn tËp trung vμo lo¹i h×nh dÞch vô tho¹i truyÒn thèng nh− tr−íc ®©y n÷a mμ cßn c¶ c¸c dÞch vô tho¹i cã h×nh ¶nh, héi nghÞ ®a ph−¬ng, cÇu truyÒn th«ng, kh«ng thÓ ®¸p øng ®−îc trªn c¬ së h¹ tÇng cña m¹ng viÔn th«ng tr−íc ®©y. Thùc tÕ nμy ®· ®Æt c¸c nhμ cung cÊp dÞch vô viÔn th«ng tr−íc mét th¸ch thøc rÊt lín lμ lμm sao cã thÓ ®¸p øng ®−îc nhu cÇu cña c¸c vÞ kh¸ch hμng khã tÝnh víi chi phÝ ®Çu t− thÊp nhÊt. Bªn c¹nh ®ã lμ sù ra ®êi cña c¸c c«ng nghÖ, kü thuËt míi, sù bïng næ cña Internet ®· trë thμnh ®éng lùc thóc ®Èy sù ra ®êi cña mét m¹ng viÔn th«ng thÕ hÖ míi – Next Generation Network (NGN). NGN kh«ng ph¶i lμ mét m¹ng cã c¬ së h¹ tÇng ®−îc x©y dùng hoμn toμn míi mμ nã ®−îc h×nh thμnh vμ ph¸t triÓn trªn nÒn t¶ng cña c¸c m¹ng thÕ hÖ tr−íc ®ã kÕt hîp víi kü thuËt chuyÓn m¹ch gãi theo giao thøc IP. Nhê ®−îc x©y dùng vμ ph¸t triÓn trªn c¬ së h¹ tÇng cña c¸c m¹ng thÕ hÖ tr−íc mμ c¸c nhμ cung cÊp dÞch vô viÔn th«ng kh«ng cÇn ph¶i bá vèn ®Çu t− ban ®Çu nhiÒu mμ vÉn cã kh¶ n¨ng thu l¹i lîi nhuËn cao. Nhê kü thuËt chuyÓn m¹ch gãi mμ NGN lμ mét m¹ng cã kh¶ n¨ng cung cÊp kh«ng chØ c¸c dÞch vô tho¹i th«ng th−êng mμ cßn cã kh¶ n¨ng cung cÊp c¶ c¸c dÞch vô sè liÖu, tho¹i vμ sè liÖu tÝch hîp, mét c¸ch mÒm dÎo vμ linh ho¹t. NGN ®· cã sù thay ®æi hoμn toμn vÒ mÆt kiÕn tróc, kiÕn tróc ph©n t¸n ®· ®−îc x©y dùng thay cho kiÕn tróc tËp trung nh− trong m¹ng chuyÓn m¹ch kªnh tr−íc ®©y. Trong kiÕn tróc míi nμy, kh¶ n¨ng th«ng minh (Intelligent) kh«ng ph¶i ®−îc tËp trung mμ ®−îc ph©n t¸n cho c¸c thiÕt bÞ n»m r¶i r¸c trong toμn kiÕn tróc m¹ng. KiÕn tróc ph©n t¸n vμ sù kÕt hîp gi÷a m¹ng thÕ hÖ cò vμ m¹ng thÕ hÖ míi ®· ®Æt ra cho c¸c giao thøc b¸o hiÖu vμ ®iÒu khiÓn mét vai trß hÕt søc quan träng trong viÖc phèi hîp ho¹t gi÷a c¸c thiÕt bÞ trong m¹ng thÕ hÖ míi vμ gi÷a c¸c thiÕt bÞ trong m¹ng thÕ hÖ cò víi c¸c thiÕt bÞ trong m¹ng thÕ hÖ míi. §©y còng chÝnh lμ lý do em lùa chän ®Ò tμi TæNG QUAN VÒ C¸C GIAO THøC B¸O HIÖU Vμ §IÒU KHIÓN TRONG M¹NG NGN, néi dung cña ®Ò tμi nμy gåm c¸c phÇn sau: Ch−¬ng 1. Tæng quan vÒ m¹ng thÕ hÖ sau NGN. Ch−¬ng 2. Tæng quan vÒ hÖ thèng b¸o hiÖu sè 7. Ch−¬ng 3. TruyÒn t¶i b¸o hiÖu sè 7 qua m¹ng IP – SIGTRAN. Ch−¬ng 4. C¸c giao thøc b¸o hiÖu vμ ®iÒu khiÓn ngang hμng. Ch−¬ng 5. C¸c giao thøc b¸o hiÖu vμ ®iÒu khiÓn chñ tí. Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu Do cßn rÊt nhiÒu h¹n chÕ vÒ tr×nh ®é vμ thêi gian nªn ®Ò tμi nμy sÏ kh«ng tr¸nh khái c¸c sai sãt. Em rÊt mong nhËn ®−îc sù chØ b¶o vμ gãp ý cña c¸c thÇy c« vμ c¸c b¹n. Em xin ch©n thμnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« trong khoa ViÔn th«ng 1 ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn tèt nhÊt cho em trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®å ¸n. Trong ®ã, ®Æc biÖt lμ c« Vò Thóy Hμ ®· tËn t×nh chØ b¶o, h−íng dÉn, gióp ®ì vμ ®éng viªn em vÒ mäi mÆt ®Ó em hoμn thμnh ®å ¸n nμy. Hμ Néi, th¸ng 9/2005 Sinh viªn: Ph¹m Vò Huy Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN Chương 1. TỔNG QUAN VỀ 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: ƒ Sử dụng băng tần không linh hoạt. ƒ Lãng phí tài nguyên hệ thống. ƒ Không có cơ chế phát hiện và sửa lỗi. ƒ 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 Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN 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. 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: a. 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. Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN 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. b. 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 mạng NGN thực sự phù hợp để hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình được luật pháp cho phép khai thác. c. 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: ƒ Mạng đa dịch vụ : cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau. ƒ Mạng hội tụ : hỗ trợ dịch vụ thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ. ƒ Mạng phân phối : phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng. ƒ Mạng nhiều lớp : tổ chức nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau. Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN 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. 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. Hình 1.1. Mạng hợp nhất 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. Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN 1.2.2. Các đặc điểm của mạng NGN Mạng NGN có bốn đặc điểm chính: ƒ Nền tảng là hệ thống mạng mở. ƒ Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới. ƒ Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất. ƒ 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: ƒ Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi. ƒ 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 Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN 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. 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: ƒ Lớp kết nối (truy nhập, truyền tải/lõi). ƒ Lớp trung gian (truyền thông). ƒ Lớp điều khiển. ƒ Lớp quản lý. 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. Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN: Hình 1.2. Cấu trúc mạng NGN (góc độ mạng) Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN 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 gia kinh doanh trong lớp ứng dụng/dịch vụ. Hình 1.3. Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ) 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. Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 9 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN Hình 1.4. Cấu trúc chức năng của NGN Các giao diện mở của kiến trúc cho phép các dịch vụ mới được triển khai nhanh chóng. Đồng thời tạo thuận lợi cho việc triển khai các phương thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giá trị truyền thống hiện tại thành nhiều dịch vụ có thể do các hãng khác nhau cung cấp. Hình 1.5. Cấu trúc hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 10 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN 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, đó là: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyền tải. 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. Đồng thời nhà khai thác có thể chọn lựa nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN. 1.3.2. Cấu trúc vật lý Hình 1.6. Cấu trúc vật lý của NGN NGN cần được hiểu rõ là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải là mạng hoàn toàn mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN, người ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa. Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 11 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN 1.4. CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG NGN Xét cấu trúc tổng thể cho mạng NGN theo MSF: Hình 1.7. Kiến trúc tổng thể cho mạng NGN 1.4.1. Media Gateway (MG) MG cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processor) thực hiện các chức năng: chuyển đổi AD (Analog to Digital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tín hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF,… MG có các chức năng sau: ƒ Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức thời gian thực (RTP – Real Time Protocol). ƒ Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP) dưới sự điều khiển của MGC. Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này. ƒ Hỗ trợ các giao thức đã có như loop – start, ground – start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1. ƒ Quản lý tài nguyên và kết nối T1. ƒ Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP. Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 12 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng NGN ƒ Có phần mềm MG dự phòng. ƒ Cho phép khả năng mở rộng MG về: cổng (port), cards, các nút, mà không làm thay đổi các thành phần khác. Hình 1.8. Cấu trúc của MG 1.4.2. Media Gateway Controller (MGC) ƒ MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm, và cũng thường được gọi là Call Agent hay Bộ điều khiển cổng (Gateway Controller), hay chuyển mạch mềm. Hình 1.9 trình bày kết nối của MGC với các thành phần khác của mạng NGN. ƒ MGC điều khiển xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện truyền thông. MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS. ƒ MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau. ƒ Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho chuyển mạch mềm. Phạm Vũ Huy, Đ2001VT http://www.ebook.edu.vn 13