Tổng quan về mạng NGN

Chương 1 Tổng quan Về mạng NGN 1.1 Xu hướng phát triển công nghệ và các dịch vụ viễn thông 1.1.1 Xu hướng phát triển công nghệ viễn thông Trong quá trình phát triển, các động lực thúc đẩy sự tiến bộ của kỹ thuật viễn thông là: Công nghệ điện tử với xu hướng phát triển hướng tới sự tích hợp ngày càng cao của các vi mạch. Sự phát triển của kỹ thuật số. Sự kết hợp giữa truyền thông và tin học, các phần mềm hoạt động ngày càng hiệu quả. Công nghệ quang làm tăng khả năng tốc độ và chất lượng truyền tin, chi phí thấp,... Với sự gia tăng cả về số lượng và chất lượng của các nhu cầu dịch vụ ngày càng phức tạp từ phía khách hàng đã kích thích sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông. Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thoả mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai. Thị trường viễn thông trên thế giới đang đứng trong xu thế cạnh tranh và phát triển hướng tới mạng viễn thông toàn cầu tạo ra khả năng kết nối đa dịch vụ trên phạm vi toàn thế giới. Xu hướng phát triển công nghệ điện tử - viễn thông - tin học ngày nay trên thế giới được ITU - T thể hiện một cách tổng quát trong hình 1.1, các dịch vụ thông tin được chia thành hai xu thế: + Hoạt động kết nối định hướng + Hoạt động không kết nối Công nghệ ATM phát triển cho phép phát triển các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ. Trong khi đó sự ra đời của công nghệ IP đã nâng cao độ tin cậy và sự đa dạng dịch vụ. Cạnh tranh với CO IP CL CO ATM PSTN/ISDN Môi trường viễn thông QoS không được đảm bảo QoS được đảm bảo QoS cao Hình 1.1 Các xu hướng phát triển trong công nghệ mạng Sự phát triển dịch vụ Các dịch vụ phát triển tiếp theo của mạng hiện tại Các dịch vụ phát triển tiếp theo của mạng thế hệ mới Các dịch vụ hiện nay của mạng hiện tại Các dịch vụ hiện nay của mạng thế hệ mới Sự phát triển mạng IEC và LEC truyền thống Xen kẽ CLEC, ISP, P ,… Hình 1.2 Xu hướng phát triển mạng và dịch vụ Hai xu hướng phát triển này dần tiệm cận và hội tụ với nhau tiến tới ra đời công nghệ ATM/IP ( Asynchronous Transfer Mode/Internet Protocol ). Sự phát triển mạnh mẽ của nhu cầu dịch vụ và các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng. 1.1.1.1 Công nghệ truyền dẫn Khởi đầu của công nghệ truyền dẫn là truyền thoại trên các sợi cáp đồng.Với công nghệ dùng cáp đồng, dịch vụ mạng cung cấp chủ yếu là thoại tương tự. Khi nhu cầu dịch vụ băng rộng xuất hiện ngày càng nhiều và chất lượng đòi hỏi cũng cao hơn, nhưng công nghệ truyền dẫn cũ lại không thể đáp ứng. Hiện nay, mạng là sự kết hợp của nhiều mạng dựa trên những công nghệ khác nhau. Ngoài cung cấp các dịch vụ băng rộng, mạng còn có xu hướng tạo ra một mạng đồng nhất có khả năng cung cấp đa dịch vụ, dựa trên công nghệ IP/ATM và TDM. Đó là mạng thế hệ sau NGN ( Next Generation Network ). Dưới đây là một số công nghệ truyền dẫn chủ yếu được dùng trong mạng NGN. a) Cáp quang Kỹ thuật quang đã được phát triển rất mạnh, hiện nay trên 60 % lưu lượng thông tin được truyền đi trên toàn thế giới được truyền trên mạng quang. Công nghệ truyền dẫn quang SDH ( Synchronous Digital Hierarchy ) cho phép tạo nên các đường truyền dẫn tốc độ cao ( 155Mb/s, 622Mb/s, 2.5 Gb/s ) với khả năng vu hồi bảo vệ của các mạng vòng đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước và ở Việt nam . Kỹ thuật ghép bước sóng WDM ( Wave Division Multiplexing ) đang đóng một vai trò ngày càng quan trọng trong việc đáp ứng các nhu cầu về dung lượng tăng lên trong tương lai với chi phí chấp nhận được. WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách kết hợp một số các 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 các truyền dẫn lên 5 Gb/s, 10 Gb/s và 20 Gb/s. b) Vô tuyến VIBA: Công nghệ truyền dẫn SDH cũng phát triển trong lĩnh vực VIBA, nhưng chất lượng truyền dẫn không cao so với công nghệ truyền dẫn quang. Các thiết bị VIBA SDH hiện nay trên thị trường có tốc độ n x STM-1. Vệ tinh, có hai loại: LEO: Low Earth Orbit - Vệ tinh quỹ đạo thấp. MEO: Medium Earth Orbit - Vệ tinh quỹ đạo trung bình. Thị trường thông tin vệ tinh trong khu vực đã có sự phát triển mạnh trong những năm gần đây và còn tiếp tục trong các năm tới. Các loại hình dịch vụ vệ tinh đã rất phát triển như: truy nhập Internet, các dịch vụ băng rộng, ... Ngoài các ứng dụng phổ 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 ( Code Division Multi Access ), thông tin vệ tinh ngày càng có xu hướng phát triển đặc biệt trong lĩnh vực thông tin di động, thông tin cá nhân, ... 1.1.1.2 Công nghệ chuyển mạch a) Công nghệ chuyển mạch TDM Trong mạng viễn thông sử dụng công nghệ TDM thông thường thì lưu lượng thoại được vận chuyển qua các tổng đài nội hạt, các tổng đài chuyển tiếp và cuối cùng là mạng đường trục TDM. Mạng điện thoại là ví dụ điển hình sử dụng công nghệ TDM, trong đó mỗi kênh được dành riêng cho một kênh vật lý. Với chuyển mạch kênh, một đường truyền thông dành riêng được thiết lập trước khi truyền dữ liệu, chính vì vậy hiệu quả sử dụng chuyển mạch kênh không cao, bởi vì dung lượng kênh được dành ngay cả khi không có số liệu truyền đi. Ngoài ra, đối với chuyển mạch sử dụng công nghệ TDM tốc độ truyền dữ liệu là không đổi giữa hai cổng truyền thông. b) Công nghệ ATM Các công nghệ chuyển mạch trước đây và đang sử dụng phổ biến hiện nay không thoả mãn được đa phương tiện, đa dịch vụ băng rộng tương lai. Những dịch vụ này bao gồm video theo yêu cầu, hội nghị truyền hình, điện thoại thấy hình và truyền số liệu tốc độ cao. ATM là một công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, tốc độ cao, dựa trên cơ sở phương pháp chuyển mạch gói. ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tế bào. Mỗi tế bào có chiều dài cố định ngắn, bao gồm trường thông tin người sử dụng và trường tiêu đề trong. Vị trí của gói chủ yếu không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ mà dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Mỗi một tế bào có thể truyền tại tốc độ 155 Mbit/s, 622 Mbit/s hoặc lớn hơn trên các mạng truyền dẫn SDH. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau. Các hệ thống chuyển mạch ATM sẽ được thiết kế chế tạo để có khả năng kết nối làm việc với các mạng hiện tại. Hiện nay, cơ sở hạ tầng viễn thông của các nước gồm có các mạng sau: Telex, PSTN, N - ISDN, đường kênh thuê ( leased lines ), mạng truyền hình cáp, ... Vì vậy cần có sự kết nối giữa hệ thống ATM mới và hệ thống cũ. c) Chuyển mạch IP IP là kiến trúc của mạng Internet. Trong kiến trúc này, IP đóng vai trò lớp 3. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp ( ICMP ). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận; địa chỉ là một số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới đích. Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút. Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin ( forwarding table ) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích. Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng tới đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. ở cách này, mỗi nút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập. Phương thức này, do vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin. Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, với phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo loại dịch vụ, ... Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương thức như CIDR ( Classless Interdomain Rouing ), kích thước của bảng chuyển tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể được mở rộng mà không cần thực hiện bất kì một thay đổi nào. Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng. Ngoài ra, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ. d) Công nghệ chuyển mạch MPLS Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP ( như cơ cấu định tuyến ) và của ATM ( như thông lượng chuyển mạch ). Mô hình IP - over - ATM của IETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM. Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng. Tuy nhiên, cách này không tận dụng được hết khả năng của ATM như đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM. Ngoài ra, cách tiếp cận này không thích hợp với mạng có nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt. Công nghệ MPLS là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP. MPLS tách rời chức năng của IP router ra làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các IP router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kĩ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói tin và nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, và do vậy cải thiện khả năng của thiết bị. Các router sử dụng kĩ thuật này được gọi là LSR ( Label Switching Router ). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể hoạt động với các giao thức định tuyến internet khác nhau như OSPF ( Open Shortest Path First ) và BGP ( Border Gateway Protocol ). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến cổ điển. Công nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng được dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC ( Forwarding Equivalence Class ) có thể được xác định bởi giá trị của nhãn. Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính chất của cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt. Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại. e) 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 như 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. Khi chuyển mạch quang được đưa vào sử dụng, tốc độ chuyển mạch sẽ tăng lên rất nhiều so với các thiết bị chuyển mạch sử dụng mạch điện tử, do đó sẽ đáp ứng tốt hơn các dịch vụ trong tương lai. 1.1.1.3 Công nghệ mạng truy nhập Trong vài thập kỷ qua, quan điểm truyền thống đối với đường dây thuê bao đã thay đổi do nhu cầu truy nhập các dịch vụ tiên tiến - yêu cầu chất lượng dịch vụ cao, thời gian đáp ứng sửa chữa cung cấp dịch vụ, giảm chi phí vận hành. Các phương pháp truy nhập đa kênh bao gồm : TDMA, FDMA, CDMA. Các kỹ thuật truy nhập này có thể kết hợp sử dụng với các kỹ thuật khác. Các dịch vụ tiên tiến có nhu cầu truy nhập thông qua mạng nội hạt bao gồm: các dịch vụ băng rộng, mạng nội bộ, ISDN tốc độ cơ bản, hội nghị truyền hình, kết nối LAN/LAN tại tốc độ 2Mbit/s và tại tốc độ cao hơn,... a) Mạng truy nhập quang Mạng đa truy nhập sử dụng kỹ thuật ghép bước sóng là mạng sử dụng bước sóng một cách hiệu quả bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang ở các bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang. Một trong các ứng dụng đầu tiên của ghép kênh theo bước sóng WDM là việc sử dụng các bộ ghép bước sóng trong mạng quang thụ động. Cấu trúc mạng quang thụ động cũng có thể được sử dụng để truyền các dịch vụ băng rộng như truyền hình cáp CATV, truyền hình có độ nét cao ( HDTV ) và ISDN băng rộng cũng như các dịch vụ thoại nhờ kỹ thuật ghép bước sóng. Mạng quang này được gọi là mạng quang thụ động băng rộng. Mỗi một bước sóng quang có thể được sử dụng cho các dịch vụ khác nhau hoặc cũng có thể dành riêng cho một thuê bao. Mạng đa truy nhập sử dụng kỹ thuật ghép bước sóng ( WDMA ) được chia làm hai loại chính là: mạng WDMA đơn bước ( hay còn gọi là các mạng WDMA quang hoá hoàn toàn ) và mạng WDMA đa bước. Các mạng đa truy nhập phân chia sóng mang phụ. Mạng sử dụng kỹ thuật này được chia làm hai loại là mạng đơn kênh và mạng đa kênh. b) Mạng truy nhập vô tuyến Kỹ thuật vô tuyến phát triển dựa trên kỹ thuật số tạo khả năng phát triển các dịch vụ phi thoại, đưa lại chất lượng tốt, dung lượng lớn, độ tin cậy và tính bảo mật cao. Những loại hình thông tin vô tuyến phát triển mạnh nhất hiện nay là thông tin vô tuyến cố định ( WLL - Wireless Local Loop ) và thông tin vô tuyến di động. Các kỹ thuật truy nhập khác nhau là: TDMA và CDMA. Xu hướng phát triển chính của kỹ thuật truy nhập vô tuyến trong tương lai là ngày càng nâng cao chất lượng truyền dẫn, dung lượng, độ tin cậy và có thể truyền được thoại và các dịch vụ số băng rộng. ứng dụng của kỹ thuật truy nhập vô tuyến WLL: truy nhập vô tuyến WLL rất linh hoạt và có thể được sử dụng với các mục đích khác nhau: Triển khai nhanh chóng tại những nơi có địa hình hiểm trở, phức tạp; không có khả năng lắp đặt tuyến cáp từ tổng đài tới thuê bao. Sử dụng tại những khu vực có dân cư thưa thớt, khoảng cách giữa thuê bao và tổng đài lớn, địa hình phức tạp. Việc lắp đặt các tuyến cáp truy nhập tại những vùng này có chi phí rất lớn và do đó truy nhập vô tuyến là giải pháp tốt nhất và hiệu quả nhất. Giải pháp truy nhập vô tuyến WLL là điển hình ở khu vực nông thôn. Lắp đặt thuê bao nhanh chóng chỉ trong vòng vài ngày tại những thuê bao đặc biệt. Cung cấp cho các sự kiện đặc biệt như thể thao, triển lãm, ... WLL có những lợi thế hơn hẳn so với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống ở nhiều khía cạnh: Lắp đặt triển khai nhanh chóng. Không cần nhân công xây dựng và đi dây tới thuê bao do đó giảm được chi phí lắp đặt và bảo dưỡng. Dễ dàng thay đổi lại cấu hình, lắp đặt lại vị trí của thuê bao một cách nhanh chóng và dễ dàng. Nếu như hệ thống WLL không còn thấy cần thiết nữa thì thiết bị của hệ thống có thể dễ dàng chuyển tới lắp đặt ở vị trí mới. Trong những môi trường thuận lợi nhất định chẳng hạn như ở khu vực nông thôn thì chi phí lắp đặt của hệ thống truy nhập vô tuyến WLL giảm hơn so với truy nhập cáp đồng, đó là chưa kể đến chi phí vận hành và bảo dưỡng cũng thấp hơn nhiều. Tuy nhiên kỹ thuật truy nhập vô tuyến WLL cũng có những nhược điểm: Dung lượng bị giới hạn theo dải phổ được cung cấp. Chất lượng bị suy giảm phụ thuộc nhiều vào môi trường truyền dẫn. Nhiễu và suy hao vô tuyến là vấn đề cần được quan tâm trong hệ thống vô tuyến. Truy nhập vô tuyến đòi hỏi phải có nguồn nuôi cho thuê bao. Điều này đã góp phần làm tăng thêm chi phí của thiết bị đầu cuối. Vấn đề bảo mật cần phải được quan tâm đúng mức vì đối với các hệ thống truy nhập vô tuyến nếu không mã hoá thông tin thì việc nghe trộm là rất dễ dàng. c) Các phương thức truy nhập cáp đồng Một hướng phát triển truy nhập tốc độ cao từ thuê bao đến tổng đài không dùng cáp quang mà dùng chính trên đôi cáp đồng truyền thống, vì những lý do khác nhau mà truy nhập cáp đồng vẫn luôn và sẽ tồn tại. HDSL ( high bit - rate Digital subscriber line - Đường dây thuê bao số tốc độ cao ), sử dụng công nghệ VLSI trong những thiết bị đầu cuối HDSL. Công nghệ tiên tiến này cho phép HDSL được lắp đặt vào mạch cáp đôi. HDSL là một luồng số không lặp tốc độ truyền dẫn 1,536 Mbit/s. HDSL ở dạng cơ bản chỉ phù hợp cho những khoảng cách ngắn. Tuy nhiên, xây dựng bộ lặp HDSL sẽ làm tăng khoảng cách hoạt động. ADSL ( Asymmetric digital subscriber line - Đường dây thuê bao số không đối xứng ) là một công nghệ mới. ADSL có tốc độ 1,536 Mbit/s đơn công, hướng về thuê bao, một kênh đơn công số liệu và điều khiển tốc độ thấp hướng về tổng đài, dịch vụ POST song công, tất cả trên một đôi cáp. Tốc độ đường truyền thực sự đối với ADSL là gần 1,6 Mbit/s để cung cấp tín hiệu điều khiển và tiêu đề. ADSL là công nghệ không sử dụng bộ lặp. Tính bất đối xứng của ADSL giới hạn những ứng dụng của nó trong một thị trường viễn thông nhất định, cụ thể là thị trường dân cư. ADSL được thiết kế để chuyển tải những loại ứng dụng nhất định đến hộ thuê bao dân cư, gồm có: truyền hình giáo dục từ xa, Đa phương tiện, Số liệu tốc độ cao (tới 1,546 Mbit/s), Video giải trí quảng bá và phim theo yêu cầu, ... d) Xu hướng phát triển mạng truy nhập băng rộng Trong mạng truy nhập băng rộng mục tiêu, tất cả các dịch vụ băng hẹp sẽ được kết hợp vào cùng một đường truy nhập như là đối với các dịch vụ băng rộng, nhưng trong quá trình phát triển những dịch vụ này có thể được truy nhập riêng biệt. Ba cấu trúc cho mạng truy nhập được sử dụng trong các doanh nghiệp là: truy nhập riêng biệt cho băng rộng; truy nhập kiểu ghép kênh; truy nhập mục tiêu. e) Truy nhập riêng biệt cho băng rộng Theo phương pháp này các dịch vụ băng rộng được đưa tới khách hàng qua đường truy nhập riêng biệt tới tổng đài nội hạt ATM. Như vậy sẽ không có sự ảnh hưởng nào tới các dịch vụ mạng hiện tại. Sử dụng kỹ thuật truy nhập riêng biệt tới mỗi một mạng tạo điều kiện thuận lợi hơn cho nhà khai thác trong việc giới thiệu các dịch vụ băng rộng cho bất cứ ai và bất cứ khi nào xuất hiện nhu cầu hoặc là khi có quyết định về mặt chính sách trong việc cung cấp các dịch vụ. Nó cũng có thể được dựa trên các kỹ thuật sớm nhất của ATM. Tuy nhiên, điều này sẽ dẫn tới việc phức tạp đa chủng loại của mạng. Ưu điểm của phương pháp này là chi phí ban đầu thấp; khả năng tạo ra lợi nhuận sớm; không bị ảnh hưởng bởi mạng truy nhập băng hẹp; cho phép sớm giới thiệu ATM đầu cuối - đầu cuối ( end - to - end ATM connectivity ). Tuy nhiên nó cũng có một số nhược điểm như sự kết hợp giữa các dịch vụ mới và các dịch vụ đang tồn tại là khó khăn, việc vận hành và bảo dưỡng mạng phức tạp. f) Hệ thống truy nhập kiểu ghép kênh Phương pháp này sử dụng một luồng truy nhập băng rộng đơn nhất tới khách hàng để truyền tải đồng thời các dịch vụ băng hẹp và ATM. Với kỹ thuật ghép kênh ATM tất cả các dịch vụ được truyền trên ghép kênh ATM và các dịch vụ băng hẹp được tách ra khi đi tới khách hàng. Ưu điểm của phương pháp này là chi phí ban đầu chấp nhận được; có khả năng tạo ra lợi nhuận nhanh; có khả năng sớm giới thiệu ATM đầu cuối - đầu cuối ( end - to - end ); bước đầu đơn giản hoá việc vận hành và quản lý mạng nội hạt. Nhược điểm của phương pháp ghép kênh ATM là cuộc đàm thoại tới và từ ATM cho các dịch vụ băng hẹp có thể bị trễ. g) Truy nhập mục tiêu Phương pháp này giúp cho khách hàng sử dụng đầy đủ nhất thiết bị ATM của mình bằng cách tạo khả năng truy nhập ATM đầy đủ vào một tổng đài ATM. Ưu điểm của các phương pháp truy nhập mục tiêu là khả năng hướng tới mạng truy nhập mục tiêu nhanh hơn và thu lợi nhuận lớn nhất; linh hoạt nhất cho khách hàng; đơn giản nhất trong việc vận hành và bảo dưỡng mạng truy nhập thuê bao. Tuy nhiên chi phí ban đầu cao do sự cần thiết phải có các tổng đài gateway cho các mạng phi ATM, và các giao diện ( giữa các thiết bị phi ATM và thiết bị ATM ). 1.1.2 Xu hướng phát triển của các dịch vụ viễn thông Mạng viễn thông số liên kết đa dịch vụ cung cấp một số lượng lớn các loại hình dịch vụ khác nhau. Mạng không chỉ hỗ trợ cho các ứng dụng thoại và truyền số liệu có sẵn mà còn có khả năng cung cấp thêm nhiều loại dịch vụ mới. Các dịch vụ của mạng bao gồm: Dịch vụ Fax Dịch vụ Teletext Dịch vụ Videotext Ngày nay nhu cầu đối với các dịch vụ băng rộng tăng lên không ngừng. Cùng với sự đã và đang phát triển vượt bậc của công nghệ truyền dẫn, chuyển mạch, công nghệ xử lý ảnh, xử lý tín hiệu, các ứng dụng phần mềm xử lý ngày càng phong phú và sự kết hợp giữa công nghiệp viễn thông và tin học ngày càng tăng. Do đó cần thiết phải tạo ra một mạng mềm dẻo nhằm đáp ứng nhu cầu của các đối tượng sử dụng lẫn các nhà khai thác. Khi mạng có dung lượng đủ lớn để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng nhanh của khách hàng thì phạm vi các loại hình dịch vụ mà nó có thể hỗ trợ cũng tăng lên. ITU - T phân tích các dịch vụ băng rộng làm hai loại đó là các loại dịch vụ tương tác và các dịch vụ phân bố: Các dịch vụ tương tác Các dịch vụ phân bố Một cách khác nữa để phân chia các loại dịch vụ băng rộng, đó là: Các dịch vụ phục vụ cho việc kinh doanh Các dịch vụ thông thường phục vụ cho các hộ thuê bao Bảng 1.1 Các ứng dụng có triển vọng trong tương lai khi triển khai mạng băng rộng Các dịch vụ phục vụ kinh doanh Các dịch vụ thông thường phục vụ các hộ thuê bao Dịch vụ truyền hình ảnh tốc độ cao Dịch vụ phân bố tín hiệu video Tự động thiết kế (CAD/CAM/CAE) Dịch vụ quảng bá TV/HDTV Tư vấn, chiếu chụp y khoa Dịch vụ quảng bá giáo dục từ xa Chế bản, xử lý ảnh Các dịch vụ video trả tiền theo lần xem Trao đổi các hình ảnh đồ hoạ có độ phân giải cao Dịch vụ video theo yêu cầu Dịch vụ quảng cáo, chào hàng qua video Mua hàng từ xa Đa phương tiện tương tác Giáo dục từ xa có tương tác Hội thảo từ xa Phối hợp trong công tác xuất bản. Các dịch vụ tư vấn Thực tại ảo Điện thoại đa phương tiện Các dịch vụ dùng chung tài nguyên Đa phương tiện tương tác Thư điện tử đa phương tiện Các dịch vụ 700, 800, 900 đa phương tiện Giáo dục tương tác từ xa Dịch vụ Internet có hỗ trợ đa phương tiện Các trò chơi điện tử tương tác Điện thoại đa phương tiện và thực tại ảo Bảng 1.2 Yêu cầu kỹ thuật của một số loại dịch vụ Dịch vụ Tốc độ bít Chuẩn Độ phân giải (điểm ảnh x dòng) Tốc độ khung (khung/giây) Videophone tương tự 5 - 10 Kbit/s Không có 170 ´ 128 2 - 5 Điện thoại thấy hình tốc độ cơ bản 56 - 128 Kbit/s P ´ 64 176 ´ 144 5 - 10 Truyền hình hội nghị ³ 384 Kbit/s P ´ 64 352 ´ 288 15 - 30 Đa phương tiện tương tác 1 - 2 Mbit/s MPEG Tối đa 252 ´ 288 15 - 30 NTSC số 3 - 10 Mbit/s NTSC 720 ´ 480 30 Truyền hình phân giải cao > 15 Mbit/s FCC 1200 ´ 800 60 Hình vẽ 1.3 trình bày các yêu cầu về tốc độ cụ thể của từng loại dịch vụ. Hình 1.3 Tốc độ bit và thời gian chiếm kênh của các dịch vụ băng rộng 1.2 Mạng thế hệ sau (Next Generation Network) 1.2.1 Định nghĩa NGN Tổng đài Mạng thoại truyền thống Mạng chuyển mạch gói Các công nghệ nền tảng IP, ATM, MPLS MGCP, BICC, SIP MEGACO Mạng đa dịch vụ Quản lý tập trung Truy nhập đa dịch vụ Mạng xương sống QoS NGN Tổng đài Tổng đài Tổng đài Hình 1.4 Mạng hợp nhất Mạng viễn thông thế hệ sau là một mạng có 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, NGN là mạng hợp nhất của các loại mạng hiện có. Để có thể hợp nhất được thì cần phải có một sự thay đổi lớn về mặt công nghệ, các công nghệ nền tảng ở lớp truyền tải ( ATM, IP, MPLS, ... ) cũng như công nghệ ở lớp điều khiển mạng ( MGCP, MEGACO, SIP, BICC, ... ). Ta sẽ xem xét rõ hơn những công nghệ mới này và hoạt động của chúng ở phần sau. 1.2.2 Cấu trúc mạng NGN 1.2.2.1 Mô hình tham chiếu OSI Mô hình tham chiếu OSI là mô hình tham chiếu chủ yếu cho các hoạt động thông tin trên mạng. Hầu hết các nhà chế tạo sản phẩm đều tạo ra các sản phẩm của họ trên cơ sở tham chiếu đến mô hình OSI. Mô hình chia làm 7 lớp: Lớp ứng dụng Lớp trình bày Lớp phiên Lớp truyền tải Lớp mạng Lớp liên kết dữ liệu Lớp vật lý Hình 1.5 Mô hình OSI Chức năng của từng lớp trong mô hình OSI + Lớp 7: Lớp ứng dụng, cung cấp dịch vụ mạng cho các ứng dụng của người dùng. Các chương trình ứng dụng như: chương trình xử lý bảng tính, chương trình xử lý văn bản, ... + Lớp 6: Lớp trình bày, đảm bảo thông tin mà lớp ứng dụng của một hệ thống đầu cuối gửi tới lớp ứng dụng của hệ thống khác có thể đọc được. + Lớp 5: Lớp phiên, thiết lập, quản lý và kết thúc các phiên thông tin giữa hai chủ thể truyền nhận. Lớp phiên cung cấp các dịch vụ của nó cho lớp trình bày. Nó cũng đồng bộ hội thoại giữa hai lớp trình bày của hai host và quản lý các cuộc trao đổi dữ liệu giữa chúng. Bên cạnh sự điều khiển phiên làm việc, lớp phiên còn chuẩn bị những thứ cần thiết cho truyền dữ liệu hiệu quả, phân lớp dịch vụ, và thông báo mở rộng các sự cố của lớp phiên, lớp trình bày và lớp ứng dụng. + Lớp 4: Lớp vận chuyển, phân đoạn dữ liệu từ hệ thống host truyền và tải thiết lập dữ liệu vào một luồng dữ liệu tại hệ thống host nhận. + Lớp 3: Lớp mạng, cung cấp kết nối và chọn lựa đường dẫn giữa hai hệ thống host trên mạng. Đây chính là sự chọn đường, định tuyến và đánh địa chỉ. + Lớp 2: Lớp liên kết dữ liệu, cung cấp khả năng chuyển dữ liệu tin cậy xuyên qua liên kết vật lý. Lớp này gắn liền với việc đánh địa chỉ vật lý, cấu hình mạng, truy xuất mạng, thông báo lỗi, thứ tự phân phối frame và điều khiển luồng. + Lớp 1: Lớp vật lý, định nghĩa các quy cách về điện, cơ, thủ tục và các đặc tả chức năng để kích hoạt, duy trì và dừng một liên kết vật lý giữa các hệ thống đầu cuối. ( Các mức điện áp, tốc độ chuyển dữ liệu vật lý, cự ly truyền tối đa, các đầu nối vật lý, ...) 1.2.2.2 Mô hình cấu trúc phân lớp NGN Mạng NGN chia làm 4 lớp như sau: Lớp ứng dụng Lớp điều khiển Lớp truyền tải Lớp truy nhập Hình 1.6 Mô hình phân lớp NGN Ngoài ra còn có lớp quản lý xuyên suốt từ lớp 1 đến lớp 4 của mô hình mạng NGN. Lớp ứng dụng và dịch vụ mạng Cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN, trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách hàng,... Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Lớp điều khiển Bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua điều khiển các thiết bị chuyển mạch (ATM+IP) của lớp chuyển tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập Lớp điều khiển có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng, dịch vụ. Các chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Lớp truyền tải Mạng đường trục có chức năng chính là truyền tải mọi loại hình thông tin dưới dạng gói IP dưới sự điều khiển của softswitch trong lớp điều khiển. Bao gồm các nút chuyển mạch, các bộ định tuyến, các thiết bị truyền dẫn có dung lượng lớn. Kết nối với lớp truy nhập thông qua các Media Gateway. Lớp truy nhập Thu thập tất cả các loại hình thông tin từ các end user, chuyển đổi thành các gói IP để truyền qua mạng truyền tải đường trục. 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, cáp quang hoặc vô tuyến. các thiết bị truy nhập có thể cung cấp các loại cổng truy nhập POTS, VOIP, IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động v.v.. Kết nối với lớp truyền tải thông qua các Media gateway. 1.2.3 Các phần tử trong mạng NGN 1.2.3.1 Cấu trúc mạng NGN ( theo MSF ) IP (or ATM or MPLS) network BICC SIGTRAN MGCP/H248 MEGACO PSTN / ISDN SS7 SS7 PSTN PSTN / ISDN SS7 SS7 PSTN MGCP/H248 MEGACO C7/IP SIGTRAN C7/IP SIGTRAN Management ISP Contend provider SNMP, API POTS ISDN-BA ISDN-PRA V5.x/TR8/GR303 xDSL ATM FR LL/CES Signalling gateway Media gateway MGC Access Signalling gateway POTS ISDN-BA ISDN-PRA V5.x/TR8/GR303 xDSL ATM FR LL/CES Hình 1.7 Kiến trúc tổng thể cho mạng NGN 1.2.3.2 Các phần tử trong mạng NGN 1) Media Gateway Là thiết bị phối hợp nằm giữa mạng lõi chuyển mạch gói của NGN và mạng chuyển mạch kênh truyền thống. Tác dụng chính của nó là chuyển đổi thông tin từ dạng chuyển mạch kênh sang dạng gói và ngược lại. Cung cấp các dịch vụ như VoIP, VoATM, Dial - In ( RAS, LAC ), kênh ảo ( Virtual Trunking ), ... Hỗ trợ QoS với thời gian trễ nhỏ nhất cho các ứng dụng yêu cầu thời gian thực như thoại, video, ... 2) MGC ( Media Gateway Controller ) Là thiết bị trung tâm thực hiện toàn bộ chức năng giám sát, điều khiển các cuộc gọi trong NGN. Giao diện mở cho phép nâng cấp mở rộng dễ dàng. Hỗ trợ các giao thức chuẩn MGCP, MEGACO, SIP, H323, ... 3) Signaling Gateway Cung cấp SS7 trên TDM, ATM, IP, ... nhằm phối hợp báo hiệu giữa mạng TDM truyền thống và mạng NGN. Cung cấp các đặc tính mới như SMS, WAP, ... Hỗ trợ các liên kết báo hiệu tốc độ cao, nhiều mạng báo hiệu số 7 đồng thời, giám sát quản lý báo hiệu nhằm tối ưu hoá tài nguyên mạng 4) Hệ thống thiết bị truyền tải Nút chuyển mạch IP - ATM tốc độ cao lớp trên ( ATM Switch, IP Switch, ... ) Thiết bị định tuyến lõi, biên ( Router, LSR, ... ) Thiết bị truyền dẫn quang dung lượng lớn lớp dưới ( SDH, DWDM, SONET ) 5) Hệ thống thiết bị truy nhập Hỗ trợ toàn bộ các giao diện truy nhập phía xa như VoDSL, ADSL/SDSL, ISDN - BA, ... và tách riêng các ứng dụng thoại và truyền dữ liệu đưa vào các mạng xương sống riêng biệt ( mạng TDM và mạng lõi NGN ). Cung cấp các loại cổng truy nhập khác nhau POTS, VOIP, IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động, ... 1.3 Giải pháp và cấu trúc NGN của một số nhà cung cấp và các tổ chức quốc tế Với sự phát triển không ngừng của công nghệ mạng viễn thông, tin học. Đặc biệt là gần đây với sự xuất hiện của mạng NGN thì hầu hết tất cả các các nhà sản xuất thiết bị và các tổ chức, các diễn đàn trên phạm vi quốc tế đều tham gia để xây dựng, đóng góp ý kiến của mình cho sự phát triển của NGN. Có thể kể đến một số tên tuổi lớn của các nhà cung cấp thiết bị: Alcatel, Cisco, Siemens, Nortel, Ericsson; các tổ chức như ITU-T, IETF, IEEE, ETSI, MSF (diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ). Ta sẽ nghiên cứu mô hình của các nhà cung cấp thiết bị này do mạng viễn thông của Việt Nam hiện nay đang sử dụng phần lớn thiết bị của họ, và của các tổ chức quốc tế quan trọng đối với việc đưa ra các khuyến nghị cũng như các chuẩn để có thể áp dụng trên toàn thế giới. 1.3.1 Mô hình của ALCATEL Alcatel đưa ra mô hình mạng thế hệ sau với các lớp: Lớp truy nhập và truyền tải Lớp trung gian Lớp điều khiển Các dịch vụ mạng độc lập Thiết bị mạng đã có Lớp điều khiển Lớp dịch vụ mạng Lớp truy nhập và truyền tải Dịch vụ/báo hiệu mạng đã có Truy nhập từ xa Lớp trung gian Khách hàng Người sử dụng Lớp dịch vụ mạng. Hình 1.8 Sơ đồ mạng NGN tương lai của hãng Alcatel Alcatel giới thiệu các chuyển mạch đa dịch vụ, đa phương tiện 1000 MM E10 và Alcatel 1000 Softswitch cho giải pháp xây dựng mạng NGN. 1000 MM E10 là các hệ thống cơ sở để xây dựng mạng viễn thông thế hệ mới từ mạng hiện có. Năng lực xử lý của hệ thống rất lớn so với các hệ thống E10 trước đây, lên đến 8 triệu BHCA, tốc độ chuyển mạch ATM có thể lên tới 80 Gbit/s. Đặc điểm lớn nhất của hệ thống này là chuyển một số chức năng liên quan đến điều khiển cuộc gọi như chương trình kết nối ATM bán cố định, chương trình xử lý số liệu cho việc lập kế hoạch đánh số, định tuyến, điểm điều khiển dịch vụ nội hạt, quản lý kết nối băng rộng, ... lên các máy chủ chạy trên UNIX. 1.3.2 Mô hình của CISCO Cisco là một nhà cung cấp thiết bị mạng rất nổi tiếng, có thị phần lớn trên thế giới. Ngày nay khi khái niệm chuyển mạch và router ngày càng hội tụ vào nhau thì ảnh hưởng của Cisco đối với mạng NGN càng được thể hiện rõ rệt. Cisco xây dựng NGN trên cơ sở là một mạng duy nhất cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ trên mạng viễn thông hiện có. Cisco còn đóng góp rất lớn trong việc đưa ra mô hình mạng NGN cũng như giải pháp áp dụng cho mạng truyền tải đối với mạng NGN là công nghệ MPLS mà ta sẽ xem xét rõ hơn ở phần sau. Tinh thần mạng NGN của Cisco thể hiện ở một số đặc điểm sau: Truy nhập đa dịch vụ Kiến trúc module dựa trên gói chung Mạng có tính kế thừa Được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn mở Có khả năng về băng rộng Hợp nhất đa dịch vụ/đa phương tiện dựa trên công nghệ IP Mô hình phân lớp của Cisco cho mạng NGN được thể hiện như sau: Quản lý ứng dụng Báo hiệu và điều khiển Chuyển mạch và định tuyến Truyền tải Hình 1.9 Mô hình phân lớp NGN của Cisco. Mô hình mạng tương lai của Cisco Hình 1.10 Mô hình mạng tương lai Giải pháp của Cisco cho mạng lõi NGN là tất cả dựa trên công nghệ IP/MPLS Hình 1.11 Mạng lõi của Cisco Chiến lược của Cisco cho việc tương tác giữa các mạng PSTN/ATM/IP Giao thức báo hiệu giữa các MGC là SIP - T và BICC Giao thức báo hiệu giữa MGC và MG là DSS1 hoặc H.248 Giao thức báo hiệu giữa MGC và PSTN là ISUP ( SS7 ) Hình 1.12 Tương tác PSTN/ATM/IP 1.3.3 Mô hình của Ericsson Máy chủ ứng dụng IP Q U ả n l ý Com Server H.323 HLR SCP Máy Chủ PLMN Máy chủ PSTN/ ISDN MGW MGW MGW MGW MGW Truy nhập vô tuyến Truy nhập hữu tuyến PBX/LAN intranet Mạng điện thoại khác Mạng đa dịch vụ / IP khác Mạng đường trục kết nối ứng dụng Điều khiển Hình 1.13 Cấu trúc mạng thế hệ tiếp theo của Ericsson Ericsson giới thiệu giải pháp mạng thế hệ mới có tên ENGINE. ENGINE tạo ra một mạng lõi cung cấp nhiều dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất. Nó bao gồm toàn bộ các sản phẩm mạng đa dịch vụ của Ericsson và đây là một tập hợp các giải pháp và sản phẩm. Cấu trúc mạng mới ENGINE hướng tới các ứng dụng, cấu trúc này dựa trên các liên hệ Client/Server và Gateway/Server. Các ứng dụng gồm có phần client trên máy đầu cuối và các Server trong mạng giao tiếp với nhau qua các giao diện mở và hướng tới mạng độc lập với dịch vụ. Cũng như các hãng khác, mạng ENGINE được phân thành 3 lớp, sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, đó là: Lớp dịch vụ/điều khiển. Lớp kết nối xử lý các thông tin người sử dụng, chuyển mạch và định tuyến lưu lượng hay lớp vận chuyển. Lớp truy nhập. Lớp dịch vụ/điều khiển bao gồm các Server có chức năng điều khiển các cuộc gọi PSTN/ISDN và số liệu, cung cấp các dịch vụ mạng thông minh IN, Multimedia có thời gian thực trên cơ sở hệ thống xử lý AXE của Ericsson. Lớp kết nối xử lý các thông tin người sử dụng, chuyển mạch và định tuyến lưu lượng hay còn gọi là lớp vận chuyển với phần lõi chuyển mạch chính là ATM AXD 301 có dung lượng từ 10 đến 160 Gbit/s và có khả năng mở rộng đến 2.500Gbit/s trong tương lai. Đồng thời hệ thống chuyển mạch ATM AXD 301 có thể được sử dụng như một giao diện giữa mạng lõi và các mạng truy nhập khác ( mạng cố định, mạng vô tuyến cố định và mạng di động ). Lớp truy nhập đảm bảo khả năng truy nhập của thuê bao từ các mạng cố định, vô tuyến cố định, di động và các mạng truy nhập khác. Ericsson giới thiệu sản phẩm ENGINE access ramp gồm các dòng sản phẩm đáp ứng yêu cầu của giải pháp mạng cần triển khai ( truy nhập băng hẹp, đa truy nhập, truy nhập kiểu ADSL, phân tách DSL, chuyển mạch ghép, chuyển mạch đơn, tích hợp ATM,...). Đối với cấu hình truy nhập băng hẹp, việc chuyển mạch sẽ do chuyển mạch nội hạt thực hiện. Để cung cấp các dịch vụ ATM, ENGINE access ramp sẽ phối hợp với mạng ATM công cộng. Sản phẩm mạng mới ENGINE của Ericsson có 3 giải pháp ứng dụng đó là mạng trung kế, mạng chuyển mạch và mạng tích hợp. Mạng trung kế ( Trunked Network ): đây là bước đầu tiên để tiến đến mạng đa dịch vụ, chuyển mạch ATM lắp ghép với tổng đài TOLL của mạng PSTN sẽ cho phép lưu lượng thoại được vận chuyển như lưư lượng data trên mạng đường trục. Lưu ý lưu lượng thoại vẫn được điều khiển chuyển mạch trước khi đưa tới chuyển mạch ATM. Mạng chuyển mạch ( Switched Network ): sử dụng thay thế mạng đường trục hoàn toàn bằng chuyển mạch gói cho các ứng dụng IP và ATM. Thực hiện điều khiển cuộc gọi lưu thoại sẽ do server lớp điều khiển thực hiện và quá trình chuyển mạch sẽ do chuyển mạch ATM ( Media Gateway thực hiện - lớp kết nối xử lý ). Mạng tích hợp ( Integral Network ): là giải pháp cung cấp đầy đủ các tính năng của mạng thế hệ sau. Việc điều khiển cuộc gọi sẽ đựơc tập trung bởi các Telephony Server lớp điều khiển thực hiện, các hệ thống chuyển mạch ATM sẽ thay thế các chuyển mạch nội hạt và nút truy nhập để cung cấp các dịch vụ băng rộng cho thuê bao. Cấu trúc này còn được gọi là mạng đa dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối ( end - to - end multi - service network ). 1.3.4 Mô hình mạng của Siemens Giải pháp mạng NGN của Siemens dựa trên cấu trúc phân tán, xoá đi khoảng cách giữa mạng PSTN và mạng số liệu. Các hệ thống đưa ra vẫn dựa trên cấu trúc phát triển của hệ thống chuyển mạch mở nổi tiếng của Siemens là EWSD. Siemens giới thiệu giải pháp mạng thế hệ mới có tên SURPASS. Phần chính của SURPASS là hệ thống SURPASS hiQ, đây có thể coi là hệ thống chủ tập trung ( centralized server ) cho Lớp Điều khiển của mạng với chức năng như một hệ thống cửa ngõ ( gateway ) mạnh để điều khiển các tính năng thoại, kết hợp khả năng báo hiệu mạnh để kết nối với nhiều mạng khác nhau. Trên hệ thống này có khối chuyển đổi báo hiệu số 7 của mạng PSTN/ISDN sang giao thức điều khiển cửa ngõ trung gian MGCP. Tuỳ theo chức năng và dung lượng, SURPASS hiQ được chia thành các loại SURPASS hiQ 10, 20 hay SURPASS hiQ 9100, 9200, 9400. Khai báo và quản lý dịch vụ Quản lý kết nối Quản lý mạng Lớp điều khiển Lớp truy nhập Lớp chuyển tải Truyền dẫn quang Cổng nối POTS, ISDN IP, ATM, FR... CABLE Vô tuyến ... Định tuyến/ chuyển mạch Định tuyến/ chuyển mạch Mạng truy nhập đa dịch vụ PSTN/ ISDN Các mạng hiện có DN Hình 1.14 Mô hình cấu trúc mạng thế hệ sau của Siemens Để quản lý tất cả hệ thống của SURPASS, Siemens đưa ra NetManager. Hệ thống quản lý này sử dụng giao thức quản lý SNMP và chạy trên nền JAVA, có giao diện HTTP để có thể quản lý qua trang WEB. 1.3.5 Mô hình của ITU Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN nằm trong mô hình lớn của cấu trúc hạ tầng thông tin toàn cầu GII ( Global Infomation Infrastructure ) do ITU đưa ra. Mô hình này bao gồm 3 lớp chức năng sau đây: Các chức năng ứng dụng Các chức năng trung gian bao gồm: Các chức năng điều khiển dịch vụ Các chức năng quản lý Các chức năng cơ sở bao gồm: Các chức năng mạng ( chức năng chuyển tải và điều khiển ) Các chức năng lưu giữ và xử lý Các chức năng giao diện người - máy Giao diện chương trình ứng dụng Giao diện chương trình cơ sở Các chức năng trung gian Cấu trúc Các chức năng ứng dụng Các chức năng cơ sở Cung cấp dịch vụ xử lý và lưu trữ thông tin phân tán Các chức năng giao tiếp người–máy Các chức năng xử lý và lưu trữ Chức năng điều khiển Chức năng truyền tải Chức năng điều khiển Chức năng truyền tải Cung cấp dịch vụ truyền thông chung Truyền thông và nối mạng thông tin Hình 1.15 Các chức năng GII và mối quan hệ của chúng. Phần mạng truy nhập bao gồm các kết nối Vô tuyến: điện thoại không dây/ thông tin di động,.. Hữu tuyến: đầu cuối thoại, TV, máy tính,.. Kết nối với mạng truy nhập khác Trong Draft khuyến nghị Y.120 ITU đưa ra mô hình tham chiếu với các loại điểm tham chiếu. Tương ứng với các loại điểm tham chiếu này là các loại giao diện kết nối. 1.3.6 Một số hướng nghiên cứu của IETF IETF ( Internet Engineering Task Force ) là tổ chức nghiên cứu các tiêu chuẩn mở đối với các nhà thiết kế, khai thác, cung cấp, ... chủ yếu trong lĩnh vực Internet. Theo IETF, cấu trúc của cơ sở hạ tầng thông tin toàn cầu sử dụng giao thức cơ sở IP cần phải có mạng chuyển tải toàn cầu sử dụng giao thức IP với bất cứ công nghệ lớp kết nối ( layer link ) nào. Nghĩa là, IP cần có khả năng chuyển tải các truy nhập và đường trục có giao thức kết nối khác nhau. Đối với mạng truy nhập trung gian, IETF có IP trên mạng chuyển tải cáp ( IP CDN – Cable Data Network ) và IP với môi trường không gian ( vô tuyến ) Đối với mạng đường trục, IETF có hai giao thức chính là IP trên ATM và mạng quang phân cấp số đồng bộ SONET/SDH; IP với giao thức điểm nối điểm ( PPP - Point to Point ) với SONET/SDH. Với các công nghệ kết nối mới, IETF định nghĩa cách thức truyền IP trên lớp kết nối. Mô hình IP over ATM của IETF xem IP như một lớp trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM. Phương thức tiếp cận này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức. IETF đưa ra nhiều tiêu chuẩn về MPLS ( Multiprotocol Label Switching ). MPLS là kết quả phát triển của IP Switching sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP. 1.3.7 Mô hình của MSF MSF ( Multiservice Switching Forum ) đưa ra mô hình cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ bao gồm các lớp như sau: Lớp thích ứng Lớp chuyển mạch Lớp điều khiển Lớp ứng dụng Và lớp quản lý đặc biệt liên quan đến lớp thích ứng, chuyển mạch và điều khiển. Hình1.16 Cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ ... TCP/IP Video ATM Multiservice ... Voice Lớp ứng dụng Bộ điều khiển IP/MPLS Bộ điều khiển Voice/SS7 Bộ điều khiển ATM/SVC TDM FR Chuyển mạch lai ghép Lớp điều khiển Lớp chuyển mạch Lớp thích ứng Các giao thức, giao diện, API báo hiệu/IN tiêu chuẩn Lớp quản lý Các giao diện logic và vật lý tiêu chuẩn Các giao thức, giao diện mở rộng Với cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ của MSF cần có một số chú ý sau: Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp thích ứng, chuyển mạch và điều khiển. Cần phân biệt các chức năng quản lý với các chức năng điều khiển. Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào ( ở đây mô tả các loại giao thức và báo hiệu hiện đã và đang được sử dụng như: IP/MPLS, Voice/SS7, ATM/SVC ). Các chức năng của lớp điều khiển bao gồm : Định tuyến và định tuyến lại lưu lượng giữa các khối chuyển mạch. Thiết lập các 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 lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối hoặc mỗi luồng và thực hiện việc quản lý giám sát điều khiển để đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng. Điều khiển các chức năng của lớp thích ứng. Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp thích ứng. Thống kê và ghi lại các thông số và chi tiết về cuộc gọi ( như số lượng cuộc gọi, thời gian,... ) và các cảnh báo. Lớp điều khiển cần được tổ chức theo kiểu modul và có thể bao gồm một số bộ điều khiển độc lập. Ví dụ: có thể bao gồm các bộ điều khiển riêng rẽ cho các dịch vụ: thoại/báo hiệu số 7, ATM/SVC, IP/MPLS. Thu nhận thông tin báo hiệu từ mỗi cổng và chuyển các thông tin này tới các thành phần khác trong mạng. Điều phối kết nối và các thông số của lớp thích ứng như: tốc độ bit, loại mã hoá,.. với các thành phần của lớp thích ứng tại các chuyển mạch đa dịch vụ đầu xa. Lớp thích ứng cung cấp chức năng báo cáo và giám sát tới lớp điều khiển và lớp quản lý một cách thích hợp với các giao thức điều phối này. Quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển. Thiết lập quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các luồng yêu cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng đặc biệt và thông tin các trạng thái này cho các khối chức năng dịch vụ mạng đặc biệt. Báo hiệu với các thành phần ngang cấp. Lớp ứng dụng bao gồm các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic dịch vụ của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như trường hợp dịch vụ thoại truyền thống. 1.3.8 Mô hình của ETSI Với mục tiêu cung cấp tất cả các dịch vụ viễn thông truyền thống và các dịch vụ viễn thông mới bao gồm: PSTN/ISDN, X.25, FR, ATM, IP, GSM, GPRS,... ETSI phân chia việc nghiên cứu cấu trúc mạng theo các lĩnh vực sau: Lớp chuyển tải trên cơ sở công nghệ quang. Công nghệ gói trên cơ sở mạng lõi dung lượng cao trên nền IP/ATM. Điều khiển trên nền IP. Dịch vụ và ứng dụng trên nền IP. Quản lý trên cơ sở IT và IP. Và các vấn đề khác như truy nhập đa dịch vụ trên cơ sở đa công nghệ. Các nhà khai thác mạng và các ứng dụng đối với khách hàng Chức năng mạng thông minh cơ bản Chức năng mạng cơ bản Giao diện dịch vụ thoại Giao diện dịch vụ số liệu Giao diện dịch vụ tính cước Giao diện dịch vụ chỉ dẫn Chức năng chuyển tải mạng Hình 1.17 Cấu trúc chức năng mạng NGN theo ETSI Theo phân lớp của ETSI thì mạng NGN có 5 lớp chức năng. Các ứng dụng đối với khách hàng từ các nhà khai thác mạng thông qua các giao diện dịch vụ, các giao diện dịch vụ được phân loại thành 4 loại. Cấu trúc mạng NGN theo ETSI bao gồm 4 lớp: Lớp kết nối Lớp điều khiển và các ứng dụng truyền thông Lớp các ứng dụng và nội dung Lớp quản lý. Trong mô hình cấu trúc này, lớp kết nối bao gồm cả truy nhập và lõi cùng với các cổng trung gian, nghĩa là lớp kết nối theo cấu trúc này bao gồm toàn bộ các thành phần vật lý/các thiết bị trên mạng. Lớp quản lý là một lớp đặc biệt, khác với lớp điều khiển. Theo hình 1.18, lớp quản lý có tính năng xuyên suốt nhằm quản lý 3 lớp còn lại. Điều khiển truyền thông Servers Các ứng dụng dịch vụ Di động Các dịch vụ điện thoại Điện thoại Định vị Bản tin Điện thoại di động Dữ liệu di động PMS/SMR VoIP Bộ điều khiển Lõi / Chuyển tải Các mạng IP/đa dịch vụ khác Các mạng điện thoại khác Truy nhập Truy nhập Truy nhập Di động Cố định Băng rộng Kết nối Quản lý Hình 1.18 Cấu trúc mạng NGN theo ETSI 1.3.9 Mô hình NGN của VNPT Đối với nước ta, mạng NGN đã và đang được xây dựng, do đó bản đồ án chỉ giới thiệu mô hình mạng NGN của VNPT đang xây dựng. Hình 1.3.12 Mô hình phân lớp mạng NGN của VNPT Hình 1.3.13 Cấu hình chi tiết mạng NGN của VNPT Lớp truyền tải: 3 core switch router M160 của Juniper thông lượng chuyển mạch là 160Gb/s đặt tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và Đà Nẵng. 10 Edge router đặt tại các tỉnh thành. Băng thông kết nối giữa các core router là 155Mb/s. Lớp truy nhập tại mỗi tỉnh, thành: tại các tỉnh lắp đặt các Media gateway, BRAS và DSLAM. Media gateway cho giao diện giữa mạng PSTN và mạng NGN để truyền tải lưu lượng thoại đường dài. BRAS và DSLAM dùng để kết nối thuê bao ADSL. Kết luận chương 1 Qua những phần đã được trình bày ở trên, có thể thấy sự ra đời của mạng NGN là một sự tất yếu từ yêu cầu người sử dụng và khả năng đáp ứng của cơ sở hạ tầng mạng. ở nước ta, mạng NGN cũng đã và đang được ứng dụng nhằm đáp ứng nhu cầu mở rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ. Do cơ sở hạ tầng mạng còn nhiều yếu kém nên hiện nay việc ứng dụng diễn ra theo từng bước. Từ việc nghiên cứu mô hình của các hãng và các tổ chức trên thế giới, qua đó có thể thấy mô hình của cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau: Lớp truy nhập ( Access ) Lớp chuyển tải ( Transport, Core ) Lớp điều khiển ( Control ) Lớp ứng dụng ( Application ) Lớp quản lý ( Management ) Trong cấu trúc mạng mới mà các hãng và các tổ chức đề xuất, các chức năng truyền dẫn và chuyển mạch được gộp chung trong lớp chuyển tải ( còn được gọi là lớp lõi ). Mô hình của một vài hãng gộp chung lớp truy nhập và lớp truyền tải. Với các mô hình này các thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch chỉ được xem như các công cụ thực hiện chức năng chuyển tải lưu lượng. Cấu trúc mạng mới đa phương tiện, đa dịch vụ nên đòi hỏi các thủ tục kết nối phải đáp ứng việc cung cấp các dịch vụ thông tin từ đầu cuối đến đầu cuối một cách thông suốt. Trong mô hình mạng mới các chức năng điều khiển và quản lý được đặc biệt chú ý. Lớp điều khiển: Hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại giao thức. Lớp Quản lý: Là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp khác trong cấu trúc mạng.