Mạng thế hệ mới NGN

PHẦN III: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM MẠNG NGN Khái niệm. NGN (viết tắt của Next Generation Network) Mạng NGN ra đời từ sự phát triển rực rỡ của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng hiện nay, cùng với nhu cầu về trao đổi thông tin ngày càng tăng cao của xã hội . Mạng thế hệ mới NGN 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: Xét về cấu trúc, NGN là mạng kết hợp hoàn chỉnh mạng thoại chuyển mạch kênh TDM truyền thống PSTN với mạng chuyển mạch dữ liệu PSDN. Xét về lưu lượng, NGN là mạng hỗ trợ sự hội tụ giữa lưu lượng thoại và số liệu trên một cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất. Hiện nay, mạng thế hệ mới NGN vẫn đang là vấn đề tranh cãi nóng bỏng của các tổ chức viễn thông quốc tế cũng như các hãng cung cấp các thiết bị viễn thông trên thế giới. Ngay cả tổ chức đứng đầu viễn thông thế giới là ITU-T vẫn chưa đưa ra một mô hình chuẩn hóa cụ thể nào của NGN cùng với các tiêu chuẩn của nó. Vì thế vẫn chưa có một định nghĩa rõ ràng và chính xác nào cho mạng NGN. Định nghĩa ở đây chỉ mang khái niệm chung chung về NGN. Các đặc điểm của NGN NGN là hệ thống mạng mở : giao diện và giao thức giữa các phần tử mạng phải dựa theo chuẩn mở. Hơn nữa, khác với các tổng đài truyền thống, các khối chức năng trong tổng đài thế hệ mới được tách thành các phần tử mạng độc lập. Nhờ vậy mà dễ dàng nâng cấp, phát triển hơn. Trong mạng NGN, dịch vụ thực hiện độc lập với mạng lưới. Điều này có nghĩa là mạng NGN đã hội tụ tất cả các mạng hiện có làm một, phục vụ được tất cả các dịch vụ của các mạng riêng lẻ trước đây đồng thời phát triển thêm các loại hình dịch vụ mới. Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức IP thống nhất. Thực tế giao thức IP đã trở thành giao thức vạn năng, có mặt ở mọi nơi, hạ tầng cơ sở cho IP đã có sẵn. Theo lý thuyết, IP ở thế bất lợi so với các chuyển mạch kênh trong việc hỗ trợ cho các dịch vụ thoại thời gian thực và truyền số liệu chất lượng cao. Tuy nhiên, với việc phát triển không ngừng của công nghệ truyền dẫn băng rộng như hiện nay thì IP đã khắc phục được nhược điểm của mình để trở thành giao thức thống nhất trong mạng NGN. Đặc điểm cuối cùng là có thể khẳng định rằng chỉ có mạng NGN mới có đủ dung lượng để đáp ứng mọi nhu cầu thông tin ngày càng tăng của xã hội. CẤU TRÚC MẠNG NGN Cấu trúc mạng NGN bao gồm 5 lớp chức năng: Lớp truy nhập dịch vụ (service access layer). Lớp chuyển tải dịch vụ (service transport/core layer) Lớp điều khiển (control layer) Lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service layer) Lớp quản lý (management layer). Hình 3.1: Cấu trúc mạng NGN Lớp ứng dụng/dịch vụ Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN (Intelligent network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển... Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ giao diện mở này mà nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên mạng. Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp này. Lớp điều khiển Lớp điều khiển có nhiệm vụ điều khiển kết nối giữa các đầu cuối, với yêu cầu tương thích với tất cả các loại giao thức và báo hiệu. Lớp điều khiển có thể được tổ chức theo kiểu module, theo đó các bộ điều khiển độc lập sẽ thực hiện các chức năng điều khiển khác nhau. Thiết bị chính trong lớp điều khiển là Softswitch (chuyển mạch mềm) làm nhiệm vụ báo hiệu và điều khiển cuộc gọi. Lớp chuyển tải dịch vụ Bao gồm các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn (SDH, WDM), thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến các cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển. Hiện nay đang còn nhiều tranh cãi khi sử dụng ATM hay MPLS cho lớp chuyển tải này. Lớp truy nhập dịch vụ Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc cáp quang, hoặc thông qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập vô tuyến cố định...) Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp tác động trực tiếp lên tất cả các lớp còn lại, làm nhiệm vụ giám sát các hoạt động của mạng. Lớp quản lý phải đảm bảo hoạt động được trong môi trường mở, với nhiều giao thức, dịch vụ và các nhà khai thác khác nhau. Xét trên góc độ dịch vụ, NGN còn có thêm lớp ứng dụng ngay phía trên lớp điều khiển, bao gồm các nút (server) cung cấp các dịch vụ khác nhau. Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API. CÁC THÀNH PHẦN TRONG NGN Hình 3.2: Cấu trúc phân lớp trong NGN Các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truy nhập (Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thông (Media Gateway) nằm ở biên của mạng trục. Thiết bị quan trọng nhất của NGN là Softswitch nằm ở tâm của mạng trục (hay còn gọi là mạng lõi). Softswitch điều khiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức. Hình 3.3: Các thành phần chính trong NGN Mô tả hoạt động của các thành phần Thiết bị Softswitch Thiết bị softswitch là thiết bị đầu não trong mạng NGN. Nó làm nhiệm vụ điều khiển cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng để tạo một cuộc gọi trong mạng NGN hoặc xuyên qua nhiều mạng khác Thiết bị Softswtich có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway). Softswitch điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính: Ngang hàng (peer-to-peer): giao thức giữa Softswitch và Softswitch, giao thức sử dụng là BICC hay SIP. Điều khiển truyền thông: giao tiếp giữa Softswitch và Gateway, giao thức sử dụng là MGCP hay Megaco/H.248. Cổng truyền thông Nhiệm vụ của cổng truyền thông (MG-Media Gateway) là chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng khác, thông thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet), hoặc từ dạng mạch analog/ISDN sang dạng gói. Ngoài ra, MG còn hỗ trợ các giao tiếp với mạng điện thoại truyền thống (PSTN) và các giao thức khác như CAS (Channel Associated Signalling) và ISDN. Cổng truy nhập Cổng truy nhập (AG - Access Gateway) là một dạng của MG. Nó có khả năng giao tiếp với máy PC, thuê bao của mạng PSTN, xDSL và giao tiếp với mạng gói IP qua giao tiếp STM. Cổng báo hiệu Cổng báo hiệu (SG - Signalling Gateway) đóng vai trò như một cổng giao tiếp giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 - Signalling System 7, giao thức được dùng trong PSTN) và các điểm được quản lý bởi thiết bị SW trong mạng IP. Cổng SG đòi hỏi một đường kết nối vật lý đến mạng SS7 và phải sử dụng các giao thức phù hợp. SG tạo ra một cầu nối giữa mạng SS7 và mạng IP, dưới sự điều khiển của SW. SG làm cho SW giống như một điểm nút bình thường trong mạng SS7. Mạng trục IP Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp công nghệ ATM hoặc MPLS. Vấn đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành hai xu hướng. Các dịch vụ và ứng dụng trên NGN được quản lý và cung cấp bởi các máy chủ dịch vụ (server). Các máy chủ này hoạt động trong mạng thông minh (IN - Intelligent Network) và giao tiếp với mạng PSTN thông qua SS7. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG NGN Sự phát triển mạng NGN tại Việt Nam là một xu thế tất yếu, phù hợp với quá trình phát triển NGN trên thế giới. Không nằm ngoài xu hướng chung đó, Việt Nam cũng đang có những bước phát triển mạng NGN của riêng mình. Phần này sẽ giới thiệu về tình hình triển khai mạng NGN của Tổng công ty Bưu chính-Viễn thông (VNPT) Nguyên nhân của sự phát triển mạng NGN Mạng PSTN của VNPT đã được xây dựng và phát triển khá toàn diện, cung cấp dịch vụ thoại truyền thống chất lượng tốt tới khách hàng. Tuy nhiên, sau nhiều năm hoạt động, PSTN đã bộc lộ một số hạn chế hầu như không thể khắc phục được. Chuyển mạch dựa trên công nghệ TDM cứng nhắc trong việc phân bổ băng thông (Nx64kb/s) và gặp nhiều khó khăn khi đưa ra các dịch vụ mới, nhất là khi triển khai mạng thế hệ sau. Mạng PSTN cần sự đầu tư lớn, giá thành thiết bị cao và cho phí vận hành mạng lớn. Hơn nữa, mạng PSTN có nhiều cấp khác nhau (Gateway quốc tế, Toll, tandem, Host) nên rất phức tạp trong việc phối hợp hệ thống báo hiệu, đồng bộ và triển khai dịch vụ mới. Trong khi đó, nhu cầu về các dịch vụ dữ liệu phát triển mạnh: Internet ngày càng phổ biến, những đòi hỏi về dịch vụ IP (IP VPN...), xu thế tích hợp IP/ATM/MPLS cho mạng thông tin trục...cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông thế giới đã dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi công nghệ mạng. Mạng mới ra đời phải có băng tần rộng, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ, đơn giản về cấu trúc và quản lý, dễ dàng phát triển dịch vụ và nhanh chóng cung cấp cho khách hàng. Mô hình và nguyên tắc tổ chức mạng NGN NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên cơ sở mạng truyền tải IP/MPLS. Đó là mạng mới với sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động. Trên cơ sở đó, mạng có thể triển khai các dịch vụ rất đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng nhu cầu về các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú. Việc quản lý mạng được thực hiện đơn giản, tập trung, nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí vận hành, bảo dưỡng. Với tính linh hoạt và độ ổn định cao, mạng dễ dàng mở rộng dung lượng phát triển dịch vụ mới. Hình 3.4: Cấu trúc mạng thoại PSTN Việt Nam hiện tại Triển khai mạng NGN của VNPT Sau gần 3 năm định hướng và lựa chọn, đến tháng 12/2003 VNPT (Công ty Viễn thông Liên tỉnh VTN) đã lắp đặt xong giai đoạn 1 mạng NGN, sử dụng giải pháp SURPASS của Siemens, đã đi vào vận hành thành công. Đây là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói được VNPT lựa chọn để thay thế cho mạng chuyển mạch kênh truyền thống. Với ưu thế cấu trúc phân lớp theo chức năng và sử dụng rộng rãi các giao diện ở API để kiến tạo dịch vụ mà không phụ thuộc nhiều vào các nhà cung cáp thiết bị và khai thác mạng, công nghệ NGN đã đáp ứng được yêu cầu kinh doanh trong tình hình mới là dịch vụ đa dạng, giá thành thấp, đầu tư hiệu quả và tạo được nguồn doanh thu mới. Để nâng cao hơn nữa năng lực của mạng lưới, VNPT quyết định đầu tư xây dựng tiếp pha 2, và đến ngày 15/08/2004 đã hoàn thành và đưa vào sử dụng. Mạng có 4 lớp là: lớp truy nhập, lớp chuyển tải, lớp điều khiển và lớp ứng dụng. Lớp truy nhập: được triển khai gồm một Media Gateway kết nối với mạng PSTN phục vụ cho dịch vụ VoIP và bộ BRAS kết nối trực tiếp với thiết bị DSLAM-HUB với khả năng chuyển mạch 10Gb/s, sử dụng công nghệ xDSL, có thể hỗ trợ các kết nối ADSL, SHDSL. Với hạ tầng mạng xDSL này, VNPT đã cung cấp các dịch vụ truy nhập Internet băng rộng Mega VNN tại nhiều tỉnh/thành phố trên cả nước. Ước tính đến cuối năm 2005, cả nước đã có khoảng 180.000 cổng xDSL. Lớp chuyển tải: gồm 3 nút trục quốc gia đặt tại Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và Đà Nẵng và 11 nút vùng đặt tại các tỉnh/thành phố trọng điểm khác với băng thông các tuyến trục và vùng là (STM-1) 155Mb/s dựa trên truyền dẫn SDH. Hiện tại băng thông tuyến trục đã nâng cấp lên STM-16 (2.5 Gb/s) dựa trên Ring 20Gb/s / WDM mới triển khai. Ba Router lõi M160 Juniper đặt tại Hà Nội, HCM, Đà Nẵng có khả năng chuyển mạch là 160Gb/s. Lớp điều khiển: gồm hai Softswitch HiQ9200 đặt ở Hà Nội và Hồ Chí Minh. Hệ thống Softswitch bao gồm các chức năng về điều khiển hệ thống mạng, cung cấp các giao diện mở để dễ dàng cho việc phát triển các ứng dụng dịch vụ, hỗ trợ nhiều loại giao thức điều khiển khác nhau nh­ư MGCP, H.323, Megaco/H.248, SIP, ... Hệ thống các Server ứng dụng (tuỳ theo từng loại hình dịch vụ Server ứng dụng có thể đặt tập trung hoặc phân tán). Bên cạnh đó hệ thống quản lý mạng tập trung và hệ thống tính c­ước tập trung góp phần quan trọng trong quản lý, vận hành và điều hành mạng. Lớp dịch vụ/ứng dụng: VNPT cung cấp một loạt các dịch vụ như: dịch vụ thẻ trả trớc 1719, dịch vụ 1800, 1900, và nhiều dịch vụ gia tăng khác. Các dịch vụ chủ yếu trên nền mạng NGN Dành cho người sử dụng (cá nhân) có ba dịch vụ: Dịch vụ điện thẻ trả trước 1719 (calling card 1719): Đây là dịch vụ gọi điện thoại nội hạt, đường dài trong nước và quốc tế với hình thức khách hàng mua thẻ mệnh giá để sử dụng. Người sử dụng chỉ cần mua thẻ điện thoại trả tiền trước có mệnh giá từ 30.000 đồng đến 500.000 đồng là có thể thực hiện cuộc gọi từ bất kỳ máy cố định nào thông qua việc gọi vào số dịch vụ 1719. Cước phí sẽ được trừ trực tiếp vào tài khoản của thẻ. Với cùng một thẻ khách hàng có thể lựa chọn thoại với tốc độ 64kbps hoặc tốc độ 8 kbps có mức giá khác nhau thực hiện các cuộc gọi liên tỉnh, quốc tế hoặc sang mạng di động. Đây là một dịch vụ rất tiện lợi khi không phải đăng ký dịch vụ, sử dụng dịch vụ VoIP giá rẻ ở bất kỳ đâu, người gọi chủ động mức tiền gọi và thẻ gọi có thời hạn lâu dài. Dịch vụ Call waiting Internet (báo cuộc gọi từ Internet):Cho phép người dùng nhận cuộc gọi đến số điện thoại cố định khi số này đang truy nhập Internet: Khi thuê bao đang vào mạng Internet mà có cuộc gọi đến thì màn hình máy tính sẽ hiển thị thông báo và thuê bao có thể có lựa chọn trả lời bằng máy tính, trả lời bằng điện thoại, chuyển sang máy điện thoại khác hay từ chối cuộc gọi. Dịch vụ Web Dial Page (gọi điện thoại qua trang Web): Dịch vụ Webdial page cho phép người sử dụng dịch vụ thực hiện cuộc gọi từ một trang Web trên Internet (Webdial page Server) tới một thuê bao PSTN. Cuộc gọi có thể là Phone-to-Phone (điện thoại tới điện thoại) hoặc PC-to-phone (máy tính tới điện thoại). Dành cho doanh nghiệp có năm dịch vụ: Dịch vụ Free Phone 1800: Dịch vụ miễn cước ở người gọi là dịch vụ này cho phép thực hiện cuộc gọi miễn phí tới nhiều đích khác nhau thông qua một số truy nhập thống nhất trên mạng với cước phí thuê bao gọi bằng cuộc gọi nội hạt. Cước phí đường dài của cuộc gọi sẽ được tính cho thuê bao đăng ký dịch vụ 1800. Đối với người sử dụng: không phải trả tiền cho cuộc gọi và có thể gọi tại bất kỳ nơi nào mà chỉ cần nhớ một số gọi. Đối với doanh nghiệp: Dịch vụ Free Phone đáp ứng nhu cầu của các doanh nghiệp cung cấp sản phẩm hoặc dịch vụ và các tổ chức mang tính xã hội như các công ty quảng cáo... có số lượng khách hàng đông đảo. Các công ty sử dụng dịch vụ Free Phone sẽ tăng khả năng tiếp xúc với khách hàng, tạo điều kiện cho doanh nghiệp thực hiện tốt hơn việc tiếp thị sản phẩm và dịch vụ qua đó chăm sóc khách hàng của mình được tốt hơn. Dịch vụ gia tăng 1900 về thông tin, giải trí, thương mại: Dịch vụ này được cung cấp bởi nhà khai thác viễn thông và công ty cung cấp dịch vụ thông tin cho khách hàng. Người sử dụng dịch vụ gọi đến một số điện thoại dễ nhớ do nhà khai thác viễn thông cung cấp để nghe thông tin (thể thao, thời tiết...), giải trí hoặc thương mại của công ty cung cấp dịch vụ thông tin. Mức cước cuộc gọi sẽ được thu cao hơn cước thoại thông thường và tiền cước thu được của người sử dụng được chia theo công thức thoả thuận giữa nhà khai thác và công ty cung cấp thông tin. Với dịch vụ này nhà cung cấp thông tin dễ dàng cung cấp thông tin về thời tiết, thể thao, thị trường giá cả hoặc tư vấn về y tế, giáo dục... Dịch vụ Free call button (gọi miễn phí từ trang Web): Cho phép thuê bao sử dụng Internet (ngay trên Website của doanh nghiệp) để thực hiện các cuộc gọi không mất tiền đến các trung tâm hỗ trợ bán hàng và phía doanh nghiệp sẽ trả tiền cho cuộc gọi này. Trong trang web của doanh nghiệp dịch vụ này sẽ có những biểu tượng cho phép người truy cập gọi từ máy tính sang số điện thoại của thuê bao dịch vụ khi bấm chuột vào biểu tượng. Dịch vụ gọi thương mại miễn phí (Commercial Free Call Service): Với dịch vụ này người sử dụng có thể gọi đến một số dịch vụ đặc biệt và sẽ được nghe một đoạn quảng cáo tương ứng. Sau khi nghe hết đoạn quảng cáo, người gọi sẽ được hướng dẫn thực hiện một cuộc gọi không mất tiền. Dịch vụ mạng riêng ảo Mega WAN: Mạng riêng ảo (VPN) là sự mở rộng của mạng riêng sử dụng các đường truyền qua mạng công cộng ví dụ như­ Internet. Dịch vụ mạng riêng ảo cung cấp kết nối mạng riêng ảo (LAN/WAN) cho khách hàng bằng các kênh riêng ảo trên nền mạng NGN. Khách hàng chỉ cần đăng ký các điểm và tốc độ cổng kết nối theo nhu cầu sử dụng. Nó giảm chi phí hơn rất nhiều so với dịch vụ thuê kênh riêng. Dịch vụ này rất hữu dụng cho những công ty mới không đủ khả năng xây dựng mạng WAN cho riêng mình: Giảm chi phí thông tin liên lạc nội bộ công ty (Intranet voice, video và data), tăng băng thông (bandwidth on demand) với xu hướng tin học hoá văn phòng và các hoạt động kinh doanh. Các dịch vụ IT trên mạng ngày càng da dạng (Tele-education, Tele-medecine, E-shopping.v.v..). Khách hàng chuyển từ thuê bao dịch vụ TDM Leased-line truyền thống sang dịch vụ VPN. Hướng phát triển mở rộng mạng NGN của VNPT: Mở rộng mạng NGN 64 tỉnh và thành phố, tăng cường năng lực mạng trục, các đường truyền nối router lõi với nhau, router lõi với router vùng sẽ được tăng tới STM-4 và STM-16, tăng cường năng lực các hệ thống ở lớp điều khiển, các dịch vụ ở lớp ứng dụng và đặc biệt là mở rộng hạ tầng xDSL cho tất cả các tỉnh còn lại với phạm vi vươn tới mọi huyện thị. Thực hiện thử nghiệm và thay thế các tổng đài lớp 5 bởi các Gateway của NGN. Cung cấp nhiều dịch vụ hơn như IP Centrex, hội nghị Web ... Ngoài ra, trong chiến lược hình thành tập đoàn với các Tổng công ty vùng, VNPT sẽ triển khai các mạng NGN nội hạt tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh. Mạng NGN nội hạt không chỉ kết nối liên mạng với NGN toàn quốc mà còn khai thác chung hạ tầng IP/MPLS với mạng Metro Internet cũng sẽ được xây dựng đồng thời. Hình 3.5: Mô hình mạng NGN của VNPT