Tài liệu Ứng dụng công nghệ EPON trong mạng truy cập băng rộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ VŨ THẮNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ EPON TRONG MẠNG TRUY CẬP BĂNG RỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ VŨ THẮNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ EPON TRONG MẠNG TRUY CẬP BĂNG RỘNG 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 Cảnh Tuấn Hà Nội – 2010 1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... 5 DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... 6 MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 8 CHƢƠNG 1: KIẾN TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY CẬP ........... 10 1.1 Tổng thể kiến trúc mạng............................................................................... 10 1.1.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN ....................................................... 11 1.1.1.1 Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN ..................................... 11 1.1.1.2 Phân tích ............................................................................................. 12 1.1.2 Cấu trúc vật lý của mạng NGN .............................................................. 16 1.1.2.1 Cấu trúc vật lý..................................................................................... 17 1.1.2.2 Các thành phần mạng và chức năng .................................................... 17 1.1.3 Mạng truy cập ........................................................................................ 20 1.1.3.1 Khái niệm về mạng truy cập ............................................................... 20 1.1.3.2 Các công nghệ mạng truy cập ............................................................. 21 1.2 Một số công nghệ truy cập băng rộng điển hình .......................................... 22 1.2.1 Công nghệ xDSL ................................................................................... 22 1.2.2 Công nghệ HFC- CATV (Cable Television) .......................................... 23 1.2.3 Công nghệ truy cập trên cáp quang. ....................................................... 26 1.2.4 Công nghệ ethernet ................................................................................ 28 1.2.4.1 Giới thiệu chung ................................................................................. 28 1.2.4.2 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet ....................................................... 29 1.2.4.3 Topo Bus ............................................................................................ 29 1.2.4.4 Topo Star ............................................................................................ 30 1.2.4.5 Topo Ring ........................................................................................... 31 1.2.4.6 Cấu trúc khung – quá trình truyền dữ liệu trong mạng ethernet ........... 32 2 CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET (EPON) .............................................................................................................................. 35 2.1 Cáp quang .................................................................................................... 35 2.1.1 Sự truyền sáng trong cáp quang ............................................................. 35 2.1.2 Sợi quang đơn mode và đa mode ........................................................... 36 2.1.3 Phƣơng thức tán sắc ............................................................................... 37 2.1.4 Bộ tách, ghép quang............................................................................... 38 2.1.5 WDMA và TDMA trong EPON ............................................................ 39 2.2 Tổng quan về mạng quang thụ động ethernet (EPON) ................................. 40 2.3 Kiến trúc mạng quang thụ động ethernet (EPON) ........................................ 42 2.3.1 Topology EPON .................................................................................... 42 2.3.2 Hƣớng xuống (Downstream).................................................................. 43 2.3.3 Hƣớng lên (Upstream) ........................................................................... 43 2.4 Giao thức điều khiển đa điểm (MPCP) ......................................................... 45 2.4.1 Qúa trình xử lí gán băng thông ............................................................... 46 2.4.1.1 Chế độ gán khe thời gian theo kiểu đƣờng ống ................................... 47 2.4.1.2 Chế độ tự động tìm ............................................................................. 50 2.4.1.3 Đo thời gian Rount-trip Time .............................................................. 54 2.4.2 Chức năng logical topology emulation (TLE) ........................................ 56 2.4.2.1 Kiến trúc P2P (point to point) ............................................................. 57 2.4.2.2 Chia sẻ môi trƣờng truyền (SME) ....................................................... 59 2.4.2.3 Chế độ kết hợp P2PE và SME ............................................................. 61 CHƢƠNG 3: TRIỂN KHAI THIẾT LẬP CÔNG NGHỆ EPON TRONG MẠNG TRUY CẬP BĂNG RỘNG VIETTEL HÀ NỘI ................................................... 63 3.1 Hiện trạng hệ thống truy cập băng rộng Viettel Hà Nội ................................ 63 3.2 Nhiệm vụ thiết kế mở rộng mạng Viettel Hà Nội ......................................... 66 3.2.1 Tiêu chí thiết kế ..................................................................................... 66 3.2.2 Số liệu thiết kế ....................................................................................... 67 3.3 Xác định cấu trúc mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội.......................... 68 3.4 Lựa chọn công nghệ truy cập ....................................................................... 70 3.4.1 Hệ thống truy cập băng rộng sử dụng công nghệ EPON ........................ 70 3.4.2 Hệ thống truy cập sử dụng công nghệ ADSL ......................................... 72 3.4.2.1 DSLAM .............................................................................................. 72 3 3.4.2.2 Xác định dung lƣợng IP Switch .......................................................... 74 3.4.2.3 Xác định dung lƣợng Multilayer-Switch ............................................. 76 3.5 Lựa chọn thiết bị cho mạng truy cập Viettel Hà Nội .................................... 77 3.6 Kiểm tra đo thử ............................................................................................ 83 3.6.1 Lƣu lƣợng của hệ thống EPON-FTTH ................................................... 83 3.6.2 Lƣu lƣợng của hệ thống ADSL .............................................................. 85 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 88 4 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADSL Asymetric Digital Subcriber Line Đƣờng dây thuê bao số không đối xứng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ DSL Digital Subcriber Line Thuê bao số DSLAM DSL Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy nhập DSL EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động Ethernet FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới nhà IP Internet Protocol Giao thức mạng ITU-T International Telecommunication Union Tổ chức viễn thông quốc tế MG Media Gateway Cổng truyền thông MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng truyền thông MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng truyền thông MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới OLT Optical Line Terminal Đầu cuối đƣờng dây quang ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang BRAS BroadBand Remote Access Server Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa MPCP Multipoint control protocol WDM Wavelength Division Multiplexing Giao thức điều khiển đa điểm Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: So sánh hai công nghệ xDSL và HFC ................................................... 25 Bảng 3.1: Dự đoán số lƣợng thuê bao ADSL Viettel Hà Nội đến năm 2015 .......... 68 Bảng 3.2: Dự báo số lƣợng thuê bao FTTH-EPON Viettel Hà Nội đến năm 2015. 68 Bảng 3.3: Dung lƣợng kết nối tới DSLAM ............................................................ 73 Bảng 3.4: Dung lƣợng kết nối tới IP Switch .......................................................... 75 Bảng 3.5: Dung lƣợng kết nối tới Multilayer Switch ............................................. 77 Bảng 3.6: Các giao thức cần đƣợc DSLAM hỗ trợ ................................................ 77 Bảng 3.7: Các giao thức Switch Agg cần hỗ trợ .................................................... 79 Bảng 3.8: Các giao thức cần đƣợc multilayer switch hỗ trợ ................................... 81 Bảng 3.9: Các giao thức OLT cần hỗ trợ .............................................................. 82 6 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Kiến trúc tổng thể mạng ........................................................................ 10 Hình 1.2: Cấu trúc mạng thế hệ mới ...................................................................... 11 Hình 1.3: Cấu trúc chức năng hoàn chỉnh NGN .................................................... 12 Hình 1.4: Cấu trúc chức năng của mạng NGN ....................................................... 12 Hình 1.5: Cấu trúc vật lí mạng NGN ..................................................................... 17 Hình 1.6: Các thành phần chính của mạng NGN ................................................... 17 Hình 1.7 : Mạng truy cập internet ADSL ............................................................... 21 Hình 1.8: Mạng ADSL qua hệ thống DSLAM IP .................................................. 22 Hình 1.9: Kiến trúc mạng CATV........................................................................... 23 Hình 1.10: Triển khai cáp quang P2P tới khách hàng ............................................ 26 Hình 1.11: Triển khai cáp quang sử dụng switch phân phối................................... 26 Hình 1.12: Triển khai PON ................................................................................... 27 Hình 1.13: Topo dạng bus ..................................................................................... 30 Hình 1.14: Topo dạng sao ..................................................................................... 31 Hình 1.15: Topo dạng ring .................................................................................... 32 Hình 1.16: Cấu trúc khung ethernet ....................................................................... 32 Hình 2.1: Hiện tƣợng phản xạ trong cáp quang ..................................................... 35 Hình 2.2: Sợi quang đa mode và đơn mode ........................................................... 37 Hình 2.3: Coupler 8x8 đƣợc tạo ra từ nhiều bộ 2x2 ............................................... 38 Hình 2.4: PON sử dụng một sợi quang .................................................................. 40 Hình 2.5: Các kiểu topology của PON ................................................................... 42 Hình 2.6: Lƣu lƣợng hƣớng xuống trong EPON .................................................... 43 Hình 2.7: Lƣu lƣợng hƣớng lên trong EPON ......................................................... 44 Hình 2.8: Qúa trình xử lí gán băng thông trong EPON .......................................... 47 Hình 2.9: Cơ chế gán khe thời gian tuần tự ........................................................... 48 Hình 2.10: Cơ chế gán khe thời gian kiểu đƣờng ống ............................................ 48 Hình 2.11: Qúa trình tách giữa thời gian đến của thông báo GATE và thời điểm bắt đầu truyền của khe thời gian .................................................................................. 50 Hình 2.12: Qúa trình xử lí và các thành phần trong chế độ tự động tìm kiếm ........ 52 Hình 2.13: Mối quan hệ giữa khe tìm kiếm và cửa sổ tìm kiếm. ............................ 52 7 Hình 2.14: Sử dụng trễ ngẫu nhiên trong quá trình tìm kiếm để tránh xung đột liên tục ......................................................................................................................... 53 Hình 2.15: Qúa trình tìm kiếm khi có và không có xung đột xảy ra với REGISTER_REQ .................................................................................................. 54 Hình 2.16: Đo RTT ............................................................................................... 55 Hình 2.17: Gán LLID hƣớng xuống ...................................................................... 58 Hình 2.18: Gán LLID hƣớng lên ........................................................................... 58 Hình 2.19: Cầu nối giữa ONU1 và ONU2 sử dụng P2PE ...................................... 59 Hình 2.20: Hƣớng xuống chế độ SME .................................................................. 60 Hình 2.21: Hƣớng lên trong chế độ SME .............................................................. 60 Hình 3.1: Mô tả hiện trạng cấu hình nguyên tắc hệ thống mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội ....................................................................................................... 65 Hình 3.2: Hiện trạng hệ thống truy cập băng rộng của Viettel Hà Nội ................... 66 Hình 3.3: Mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội khi triển khai EPON .............. 69 Hình 3.4: Mô hình triển khai EPON cung cấp dịch vụ FTTH từ OLT đến khách hàng ...................................................................................................................... 70 Hình 3.5: DSLAM MA5300 của Huawei .............................................................. 78 Hình 3.6: Switch S6506R của Huawei................................................................... 79 Hình 3.7: Switch T160G của ZTE ......................................................................... 81 Hình 3.8: OLT ZXA10 C220 của ZTE .................................................................. 83 Hình 3.9: Lƣu lƣợng theo ngày của BRAS 3 ......................................................... 84 Hình 3.10: Lƣu lƣợng theo tháng của BRAS 3 ...................................................... 84 Hình 3.11: Lƣu lƣợng theo trong ngày của BRAS 1 .............................................. 85 Hình 3.12: Lƣu lƣợng theo tháng của BRAS 1 ...................................................... 85 Hình 3.13: Lƣu lƣợng theo ngày của BRAS 2 ....................................................... 86 Hình 3.14: Lƣu lƣợng theo tháng của BRAS 2 ...................................................... 86 8 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển nhƣ vũ bão của khoa học công nghệ, ngành viễn thông cũng có những bƣớc chuyển mình mạnh mẽ. Có thể nói viễn thông cùng với công nghệ thông tin đã tạo ra một diện mạo mới cho thế giới hiện đại. Đặc biệt khi hệ thống mạng băng rộng ra đời, các tiện ích phục vụ cho con ngƣời càng đƣợc thể hiện rõ ràng hơn. Chính vì những lợi ich thiết thực và to lớn của mạng băng rộng, các nhà cung cấp dịch vụ không ngừng đầu tƣ kinh phí để duy trì và phát triển hệ thống này. Viettel – một trong những đơn vị cung cấp dịch vụ viễn thông và công nghệ thông tin hàng đầu của Việt Nam cũng đang tích cực khai thác thị trƣờng băng rộng đầy tiềm năng trên. Bên cạnh sự đầu tƣ đúng đắn về chiến lƣợc Viettel luôn đi đầu trong việc nghiên cứu, ứng dụng những công nghệ truy cập băng rộng mới: EPON là một trong những công nghệ nhƣ vậy. Là một kĩ sƣ khai thác mảng băng rộng của Viettel vì thế việc chọn đề tài nghiên cứu : “ Ứng dụng công nghệ EPON trong mạng truy cập băng rộng “ của tôi là hết sức tự nhiên với mục tiêu: Đi sâu nghiên cứu khả năng ứng dụng của công nghệ EPON nhằm phục vụ quá trình triển khai công nghệ EPON trong mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội, mang công nghệ truy cập băng rộng EPON và lợi ích to lớn của nó đến với từng ngƣời, từng nhà. Nội dung nghiên cứu của đề tài tập trung vào những vấn đề lớn của mạng truy cập băng rộng: - Cấu trúc mạng truy cập băng rộng - Tìm hiểu, so sánh, lựa chọn các công nghệ truy cập băng rộng với EPON là trọng tâm - Nghiên cứu, ứng dụng, triển khai công nghệ EPON trong mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội. 9 Với tính cấp thiết trong nghiên cứu và triển khai, đề tài tập trung nghiên cứu theo ba chƣơng: Chƣơng 1 : Kiến trúc và các công nghệ mạng truy cập. Chƣơng 2 : Công nghệ mạng quang thụ động ethernet (EPON). Chƣơng 3: Triển khai công nghệ EPON trong mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội. Trong quá trình thực hiện đề tài tác giả đã nhận đƣợc sự chỉ dẫn tận tình của các thầy, cô trƣờng Đại học Công Nghệ. Do sự hạn chế về thời gian và trình độ, luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót vì vậy rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn. Nhân dịp này xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô trƣờng Đại học Công Nghệ. Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS Nguyễn Cảnh Tuấn, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành đề tài. 10 CHƢƠNG 1: KIẾN TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY CẬP 1.1 Tổng thể kiến trúc mạng Cho đến nay, kiến trúc tổng thể của hệ thống mạng hiện đại vẫn là xu hƣớng mở, ở giai đoạn hiện tại đã có khuyến nghị chính thức của Liên minh Viễn thông thế giới ITU về cấu trúc của mạng thế hệ mới NGN[8]. NGN là hệ thống mạng thế hệ mới tích hợp rất nhiều dịch vụ khác nhau. Một số hãng cung cấp thiết mạng đã đƣa ra giải pháp của mình cho hệ thống mạng này. Các hãng đƣa ra mô hình cấu trúc tƣơng đối rõ ràng và các giải pháp mạng khá cụ thể nhƣ Alcatel, Siemens, Ericsions. Hình 1.1: Kiến trúc tổng thể mạng Có thể nói việc nghiên cứu tổng thể kiến trúc mạng chính là đi sâu nghiên cứu mạng NGN. Nhìn một cách tổng thể với các mô hình NGN hiện đại đƣợc đƣa ra, kiến trúc tổng thể của mạng NGN đƣợc chia ra thành : cấu trúc chức năng và cấu trúc vật lí 11 1.1.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN Về cấu trúc chức năng, mạng NGN có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau: - Lớp nết nối (Access + Transport/ Core) - Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) - Lớp điều khiển (Control) - Lớp quản lý (Management) Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng tƣơng thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang đƣợc các nhà khai thác quan tâm. 1.1.1.1 Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN Hình 1.2: Cấu trúc mạng thế hệ mới Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc mạng thế hệ mới còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ. Trong môi trƣờng phát triển cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ. Nhƣ vậy theo ITU [9] thì mô hình chức năng hoàn chỉnh của mạng NGN sẽ gồm năm lớp nhƣ trình bày ở hình 1.3 dƣới đây. 12 Hình 1.3: Cấu trúc chức năng hoàn chỉnh NGN 1.1.1.2 Phân tích Hình 1.4: Cấu trúc chức năng của mạng NGN 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 rẽ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn. 13 Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSTN thực chất là đã đƣợc tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch. Bây giờ, sự thông minh ấy nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm (softswitch) cũng đƣợc gọi là một bộ điều khiển cổng truyền thông (Media Gateway Controller) hoặc là một tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mới. Các giao diện mở hƣớng tới các ứng dụng mạng thông minh (INIntelligent Network) và các server ứng dụng mới tạo điều kiện dễ dàng cho việc nhanh chóng cung cấp dịch vụ và đảm bảo đƣa ra thị trƣờng trong thời gian ngắn. Tại lớp truyền thông, các cổng đƣợc đƣa vào sử dụng để làm thích ứng thoại và các phƣơng tiện khác với mạng chuyển mạch gói. Các media gateway này đƣợc sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RGW- Residental Gateway), với các mạng truy cập (AGWAccess Gateway) hoặc với mạng PSTN (TGW- Trunk Access). Các server phƣơng tiện đặc biệt rất nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn nhƣ cung cấp các âm quay số hoặc thông báo. Ngoài ra, chúng còn có các chức năng tiên tiến hơn nhƣ : trả lời bằng tiếng nói tƣơng tác và biến đổi văn bản sang tiếng nói hoặc tiếng nói sang văn bản. Các giao diện mở của kiến trúc mới này cho phép các dịch vụ mới đƣợc giới thiệu nhanh chóng. Đồng thời chúng cũng tạo thuận tiện cho việc giới thiệu các phƣơng 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. Hệ thống chuyển mạch NGN đƣợc phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống nhƣ công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay : lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy cập và truyền tải. Các giao diện mở có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới đƣợc đƣa 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.  Lớp truyền tải Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch  Phần truyền dẫn - Lớp vật lý : Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bƣớc sóng quang DWDM sẽ đƣợc sử dụng. 14 - Lớp 2 và lớp 3 + Truyền dẫn trên mạng lõi (core network) dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất lƣợng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ. + ATM hay IP/MPLS có thể đƣợc sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS. Phần chuyển mạch + Là các router sử dụng ở biên mạng lõi khi lƣu lƣợng lớn, ngƣợc lại, khi lƣu lƣợng thấp, switch có thể đảm nhận luôn chức năng của những router này. + Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS) - Các thiết bị lớp truyền tải tiếp xúc với lớp truy cập là các cổng truyền thông (MG– Media Gateway) bao gồm: + Các cổng truy cập: AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng truy cập, RG (Residental gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà. + Các cổng giao tiếp: TG (Trunking Gateway) kết nối giựa mạng lõi với mạng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di động - Chức năng + Lớp truyền tải có khả năng tƣơng thích các kỹ thuật truy cập khác với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đƣờng trục. Hay nói cách khác, lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trƣờng ( chẳng hạn nhƣ PSTN, FramRelay, LAN, vô tuyến,…) sang môi trƣờng truyền dẫn gói đƣợc áp dụng trên mạng lõi và ngƣợc lại. Nhờ đó, các nút chuyển mạch (ATM + IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy cập dƣới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển. + Lớp truyền tải có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lƣu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thƣớc gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép,… đối với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM). Lớp ứng dụng sẽ đƣa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện các yêu cầu đó.  Lớp truy cập - Lớp vật lý + Hữu tuyến : Cáp đồng, xDSL hiện đang sử dụng. Tuy nhiên trong tƣơng lai truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm ƣu thế và thị trƣờng xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại. 15 + Vô tuyến : thông tin di động - công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh. - Lớp 2 và lớp 3 : Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy cập. - Thành phần + Phần truy cập gồm các thiết bị truy cập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến. + Các thiết bị truy cập tích hợp IAD.Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy cập (tƣơng tự, số,TDM, ATM, IP,…) để truy cập vào mạng dịch vụ NGN. - Chức năng Nhƣ tên gọi, lớp truy cập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đƣờng trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích hợp. Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn nhƣ các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định, VoDSL,VoIP …  Lớp điều khiển - Thành phần Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch còn gọi là Media Gateway Controller hay Call Agent đƣợc kết nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP nhƣ : SGW ( Signaling Gateway), MS (Media Sever), FS (Feature Server), AS (Application Server). - Chức năng Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Cụ thể, lớp điều khiển thực hiện : + Định tuyến lƣu lƣợng giữa các khối chuyển mạch. + Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện cổng. + Phân bổ lƣu lƣợng và các chỉ tiêu chất lƣợng đối với mỗi kết nối (hay mỗi luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS. + Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp media. Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng thời thực hiện các cảnh báo. 16 + Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển. + Quản lý và bảo dƣỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển. Thiết lập và quản lý hoạt động của các luồng yêu cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng. Báo hiệu với các thành phần ngang cấp. Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng đƣợc tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mới đƣợc đƣa vào nhanh chóng và dễ dàng.  Lớp ứng dụng - Thành phần Lớp ứng dụng gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node), thực chất là các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải. - Chức năng Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng và truy cập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ đƣợc điều khiển từ lớp điều khiển nhƣ dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng.  Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ lớp kết nối cho đến lớp ứng dụng.Tại lớp quản lý, ngƣời ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, nhƣ một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động. Tuy nhiên cần phân biệt các chức năng quản lý với các chức năng điều khiển. Vì căn bản NGN sẽ dựa trên các giao diện mở và cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi trƣờng đa nhà đầu tƣ, đa nhà khai thác, đa dịch vụ. 1.1.2 Cấu trúc vật lý của mạng NGN NGN - Next Gerneration Network – cần đƣợc 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 hƣớng NGN, ngƣời 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 đƣợc hiệu quả khai thác tối đa. 17 1.1.2.1 Cấu trúc vật lý Hình 1.5: Cấu trúc vật lí mạng NGN 1.1.2.2 Các thành phần mạng và chức năng Hình 1.6: Các thành phần chính của mạng NGN 18 Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan tâm, nhƣng ở đây ta chỉ nghiên cứu những thành phần chính thể hiện rõ nét sự tiên tiến của NGN so với mạng viễn thông truyền thống. Cụ thể là : - Media Gateway (MG) - Media Gateway Controller (MGC - Call Agent - Softswitch) - Signaling Gateway (SG) - Media Server (MS) - Application Server (Feature Server)  Media Gateway - Media gateway cung cấp phƣơng 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 đƣợc mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần đƣợc nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây ngƣời ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) 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 - Các chức năng của một Media Gateway: + Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP (Real Time Protocol). + Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP -Digital Signal Processing) dƣới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC). Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này. + Hỗ trợ các giao thức đã có nhƣ loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1. + Quản lý tài nguyên và kết nối T1. + Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP. + Có phần mềm Media Gateway dự phòng. + Cho phép khả năng mở rộng Media Gateway về: cổng(ports), cards, các nút mà không làm thay đổi các thành phần khác.  Media Gateway Controller - MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch. Nó đƣa 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, nhƣ PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lƣu lƣợng thoại và dữ liệu qua các mạng khác