Giáo trình Hệ thống viễn thông - Chương 5+6

chóng, cạnh tranh ngày càng gia tăng mạnh mẽ. Khái niệm mạng thế hệ mới (hay còn gọi là mạng thế hệ tiếp theo - NGN) ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mới, mang lại nguồn thu mới, góp phần giảm chi phí khai thác và đầu tư ban đầu cho các nhà kinh doanh. Một chiến lược để phát triển nhịp nhàng từ mạng hiện tại sang kiến trúc mạng mới là rất quan trọng nhằm giảm thiểu yêu cầu đầu tư trong giai đoạn chuyển tiếp, trong khi sớm tận dụng được những phẩm chất của mạng NGN. Tuy nhiên bất kỳ bước đi nào trong tiến trình chuyển tiếp này cũng cần tạo điều kiện dễ dàng hơn cho mạng để rốt cuộc vẫn phát triển sang kiến trúc NGN dựa trên chuyển mạch gói. Bất cứ giải pháp nào được chọn lựa thì các hệ thống chuyển mạch truyền thống cũng sẽ phải tồn tại bên cạnh các phần tử mạng công nghệ mới trong nhiều năm tới. Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau: + Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú, đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. + Mạng có cấu trúc đơn giản. + Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng. + Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới. + Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh. Việc tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý và nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bàn hành chính mà tổ chức theo vùng mạng hay vùng lưu lượng. Ở đây, chủ yếu chúng ta xem xét quá trình tiến hóa về cấu trúc từ mạng hiện có lên cấu trúc mạng NGN. Như hình vẽ, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn tạp”, chỉ được xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau. Xét đến mạng Internet, đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, thường được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc đặc trưng. Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như các dịch vụ có tính thời gian thực ( như thoại truyền thống). CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 46 Hình 5.1. Nhu cầu tiến hoá mạng Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới NGN cần tuân theo các chỉ tiêu: 1. NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành. 2. Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau. Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, nhưng tất cả các dịch vụ đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối. 3. Mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc gọi), thiết lập đường truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến. Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất lượng dịch vụ QoS). CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 47 Hình 5.2. Chiến lược phát triển Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức (ở hai lớp: kết nối và chuyển mạch). Trước hết là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn. Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3 nếu chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế hệ mới. Trong đó: + Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật lý + IP/MPLS làm nền cho lớp 3 + Công nghệ ở lớp 2 phải thỏa mãn: • Càng đơn giản càng tốt • Tối ưu trong truyền tải gói dữ liệu • Khả năng giám sát chất lượng, giám sát lỗi và bảo vệ, khôi phục mạng khi có sự cố phải tiêu chuẩn hơn của công nghệ SDH/SONE + Hiện tại công nghệ RPT (Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm đáp ứng các chỉ tiêu này. Xây dựng mạng truy nhập băng rộng (như ADSL, LAN, modem cáp,) để có thể cung cấp phương thức truy nhập băng rộng hướng đến phân nhóm cho thuê bao, cho phép truy nhập với tốc độ cao hơn. Hiện nay, việc xây dựng mạng con thông minh đang được triển khai một cách toàn diện, điều đó cũng có nghĩa là việc chuyển dịch sang mạng NGN đã bắt đầu. Thứ hai là chuyển dịch mạng đường dài (mạng truyền dẫn). Sử dụng cổng mạng trung kế tích hợp hoặc độc lập, chuyển đến mạng IP hoặc ATM, rồi sử dụng chuyển mạch mềm để điều khiển luồng và cung cấp dịch vụ. Sử dụng phương thức này có thể giải quyết vấn đề tắt nghẽn trong chuyển mạch kênh. CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 48 Hình 5.3. Sự hội tụ giữa các mạng  So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai: Thành phần mạng Công nghệ hiện tại Công nghệ tương lai Mạng truy nhập - Cáp xoắn băng hẹp - Truyền hình cáp số và tương tự chuyên dụng - GSM không dây - Cáp quang - Cáp xoắn băng hẹp - GSM không dây - Truyền hình cáp số và tương tự chuyên dụng - Cáp quang - Cáp xoắn băng rộng - Modem cáp - IP qua vệ tinh - Ethernet Chuyển mạch và định tuyến - Tổng đài PSTN - Chuyển mạch ATM - Chuyển mạch Frame Relay - Định tuyến IP - Định tuyến IP - Chuyển mạch quang Mạng truyền dẫn đường trục - PHD - SDH - DWDM Cùng với sự tiến hóa ở lớp truy nhập và truyền dẫn, chức năng chuyển mạch của tổng đài ở lớp điều khiển được thay thế bằng một phần mềm chuyển mạch thông minh gọi là Softswitch (hay Call Agent): CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 49 - Nhà cung cấp đưa ra tất cả các giải pháp trong một khối chuyểnmạch duy nhất: Phần cứng, phần mền mà các trình ứng dụng - Khách hàng phụ thuộc nhà cung cấp: không có đổi mới, chi phí vận hành và bảo dưỡng cao. - Các giải pháp đưa ra từ nhiều nhà cung cấp, ở nhiều mức độ khác nhau với nhiều sản phẩm nguồn mởtheo chuẩn. - Khách hàng tự do chọn lựa những sản phẩm tốt nhất để xây dựng từng lớp mạng trong hệ thống. Các chuẩn mở cho phép mở rộng và giảm chi. Thứ ba là mạng chuyển dịch mạng nội hạt. Tổng đài điện thoại có rất nhiều giá máy và nhiều dữ liệu dịch vụ thoại nội hạt, không chỉ đầu tư lớn mà việc cải tạo cũng sẽ rất khó khăn. Có thể dùng thiết bị tổng hợp truy nhập băng rộng, có dung lượng lớn, thay thế giá máy thuê bao hiện có, dùng cổng mạng truy nhập tốc độ cao đến mạng IP, nhằm nâng cấp chuyển mạch mềm và bộ phục vụ ứng dụng, bảo đảm cho dịch vụ thoại nội hạt và dịch vụ IP. CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 50 Hình 5.4. Hoạt động của chuyển mạch mềm trong NGN 5.1.2 Sự tiến hoá từ mạng hiện có lên NGN  Sự phát triển từ PSTN lên NGN Thoại luôn là dịch vụ được xét đến hàng đầu trong quá trình xây dựng mạng. Do đó, ở đây ta xem xét một minh họa về sự chuyển dịch thoại từ PSTN sang NGN. Mạng PSTN hiện tại: Phát triển lên NGN: CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 51  Đối với các mạng dịch vụ khác Từ những phân tích trên, chúng ta xây dựng sự tiến hóa bằng sơ đồ lớp chức năng của các mạng: • Mạng hiện tại: CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 52 • Mạng trong tương lai gần: • Mạng tương lai: CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 53  Sự phát triển của mạng hữu tuyến dựa trên công nghệ IP: Con đường phát triển của các mạng hiện tại là tạo ra một mạng chuyển mạch gói bên cạnh mạng PSTN để hỗ trợ thoại cũng như số liệu, và cấu hình để vận hành như một chuyển mạch quá giang khác. Để làm được việc này, điều cần thiết đối với mạng chuyển mạch gói là phải truyền thông được với PSTN nhờ sử dụng báo hiệu SS7. Truy cập tốc độ cao sẽ qua các công nghệ DSL (Digital Subcriber Line), các CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 54 modem cáp, các đầu cuối di động và vô tuyến băng rộng. Tuy nhiên truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ là xu thế phát triển của tương lai. Thoại là yếu tố quyết định trong sự phát triển sang các mạng đa dịch vụ. Một số lượng lớn các thiết bị đang xuất hiện trên thị trường để hộ trợ điện thoại trên các mạng IP. Các thiết bị này vừa phục vụ cho tư gia khách hàng vừa cho các mạng hữu tuyến. Có một sức nặng đằng sau ý kiến cho là IP là chọn lựa tất yếu cho tương lai. Các cổng VoIP quy mô doanh nghiệp vừa mới được đưa vào hoạt động và các nhà khai thác đã có các mạng IP toàn cầu, trong đó có cả nhà khai thác của Châu Á. Tập đoàn ITXC ( Internet Telephony Exchange Carrier) đã có một thỏa thuận với Viễn Thông Nhật Bản ( Telecom Japan) để kết cuối lưu lượng và các nút quốc tế của họ tại nhiều nước Châu Á. Công ty VIP Calling có nhiều nút tại Châu Á, kể cả một nút vừa được thông báo ở Đài Loan. Công ty Singtel đang cung cấp một tuyến kết nối từ Singapore tới Trung Quốc và Trung Quốc đã tiến hành thử nghiệm với điện thoại Internet, qua đó thấy rằng nó được sử dụng cho các cuộc gọi nội địa nhiều hơn quốc tế. VSNL ở Ấn Độ cũng đang tiến hành thử nghiệm với điện thoại Internet nhưng thu được chất lượng thoại kém vì thiếu dung lượng đường trục quốc tế. Các dịch vụ VoIP sẽ bắt đầu được sử dụng rộng rãi ở Hồng Kông từ 1/1/2000 khi chấm dứt sự độc quyền của HongKong Telecom. Nhiều nhà khai thác điện thoại Internet khác đang chuẩn bị dịch vụ ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Hồng Kông và Thái Lan. Để cung cấp truy nhập tốc độ cao, các modem cáp hiện nay được triển khai rộng rãi tại Mỹ, và ADSL đang được triển khai tại nhiều thành phố của Mỹ. Những công nghệ này cũng bắt đầu phát triển ở Châu Âu, Châu Á, đặc biệt là Trung Quốc, nơi mạng truyền hình cáp đã tới nhiều gia đình hơn cả PSTN. Trung Quốc đã thông báo chuyển sang điện thoại IP, coi đó là cơ sở mạng tương lai của họ. Các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cũng đang được hoạch định để cài đặt qua các hệ thống “cáp vô tuyến” ở nhiều vùng Châu Á và hãng Sony đã công bố kế hoạch triển khai một mạng vô tuyến băng rộng ở Nhật Bản trong vòng ba năm tới đây. Việt Nam đã có kế hoạch xây dựng mạng thế hệ mới. Theo cấu hình và tổ chức khai thác mạng dựa trên địa bàn hành chính hiện nay của mạng Viễn thông Việt Nam, chất lượng dịch vụ viễn thông được cung cấp sẽ bị ảnh hưởng. Vì vậy, việc cung cấp các dịch vụ Viễn thông và tổ chức khai mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý, nhu cầu phát triển dịch vụ và tổ chức theo cùng lưu lượng đã được đề xuất. Tuy nhiên, lộ trình vẫn chưa thể công bố. 5.1.3 Kết luận Xu hướng phát triển mạng Viễn thông theo cấu trúc mạng thế hệ mới là xu hướng chung trên thế giới. Mỗi quốc gia, mỗi nhà khai thác phải chọn một cách đi, một lộ trình phù hợp với tình hình thực tế mạng của mình. Không chỉ ở Việt Nam, nhiều nước trên thề giới, do đặc điểm địa lý, kinh tế, văn hóa, xã hội ở từng vùng mà nhu cầu phát triển dịch vụ viễn thông ở các vùng trong toàn quốc là khác nhau. Có sự chênh lệch khá lớn giữa nhu cầu và khả năng phát triển dịch vụ, khả năng thu hồi vốn đầu tư mạng viễn thông giữa các vùng trong cả nước, đặc biệt là giữa các đô thị và các các vùng nông thôn miền núi. Mặt khác, với tính chất truyền thông không chỉ là một ngành kinh doanh đơn thuần mà còn mang CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 55 ý nghĩa sâu sắc về chính trị, xã hội, an ninh quốc gia, đặc biệt trong nền kinh tế tri thức và xu thế mở cửa hội nhập. Do những đặc điểm này, ở nhiều quốc gia, việc tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý và nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bàn hành chính mà tổ chức theo vùng lưu lượng. Trong quá trình xây dựng và tổ chức mạng phạm vi giữa các lớp, việc kết nối giữa các thành phần mạng được xác định và phân định rõ ràng trách nhiệm và quyền lợi của các nhà kinh doanh dịch vụ (cung cấp dịch vụ) và các nhà kinh doanh mạng ( cung cấp kết nối), nhằm đảm bảo tính cạnh tranh lành mạnh để cùng phát triển, đồng thời giữ vững vai trò chủ đạo của Nhà nước nhằm đảm bảo an toàn thông tin, góp phần giữ vững an ninh chính trị, xã hội và phát triển kinh tế trên toàn quốc. Mạng Viễn thông Việt Nam mà nồng cốt là mạng viễn thông của tổng công ty BCVT VN đã được số hóa hoàn toàn về cả truyền dẫn lẫn chuyển mạch với các thiết bị công nghệ mới, hiện đại trên toàn quốc, cùng với mạng thuê bao rộng lớn và nhiều điểm cung cấp dịch vụ, là một thuận lợi lớn trong quá trình phát triển tiến tới cấu trúc mạng thế hệ mới cung cấp đa dịch vụ, đa phương tiện, chất lượng cao. 5.2 Cấu trúc chức năng của mạng NGN Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưa có một khuyến nghị chính thức nào của Liên minh Viễn thông thế giới ITU về cấu trúc của nó. Nhiều hãng viễnthông lớn đã đưa ra mô hình cấu trúc mạng thế hệ mới như Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC, Bên cạnh việc đưa ra nhiều mô hình cấu trúc mạng NGN khác nhau và kèm theo là các giải pháp mạng cũng như những sản phẩm thiết bị mới khác nhau. Các hãng đưa ra các mô hình cấu trúc tương đối rõ ràng và các giải pháp mạng khá cụ thể là Alcatel, Siemens, Ericsions. Nhìn chung từ các mô hình này, cấu trúc mạng mới 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 tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang được các nhà khai thác quan tâm. 1. Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 56 Hình 5.5. Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng) Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc mạng thế hệ sau còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ. Trong môi trường phát triển cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ. Hình 5.6. Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ) API : Application Program Interface 2. Phân tích CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 57 Hình 5.7. Cấu trúc luận lý 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 lẽ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn. Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSTN thực chất là đã được 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 được 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 hướng tới các ứng dụng mạng thông minh (IN- Intelligent Network) và các server ứng dụng mới tạo điều kiện dễ dàng cho việc nhanh chóng cung cấp dịch vụ và đảm bảo đưa ra thị trường trong thời gian ngắn. Tại lớp truyền thông, các cổng được đưa vào sử dụng để làm thích ứng thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói. Các media gateway này được sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RGW- Residental Gateway), với các mạng truy nhập (AGW- Access Gateway) hoặc với mạng PSTN (TGW- Trunk Access). Các server phương tiện đặc biệt rất nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như cung cấp các âm quay số hoặc thông báo. Ngoài ra, chúng còn có các chức năng tiên tiến hơn như : trả lời bằng tiếng nói tương tác và biến đổi văn bản sang tiếng nói hoặc tiếng nói sang văn bản. Các giao diện mở của kiến trúc mới này cho phép các dịch vụ mới được giới thiệu nhanh chóng. Đồng thời chúng cũng tạo thuận tiện cho việc giới thiệu các phương thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giá trị truyền thống hiện tại thành nhiều dịch vụ có thể do các hãng khác nhau cung cấp. Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyền tải. Các giao diện mở có sự CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 58 tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa 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. 5.2.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập  Phần truyền dẫn - Lớp vật lý: Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ được sử dụng. - 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 lượng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ. + ATM hay IP/MPLS có thể được sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS. + Mạng lõi có thể thuộc mạng MAN hay mạng đường trục + Các router sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn, ngược lại, khi lưu lượng thấp, switch – router có thể đảm nhận luôn chức năng của những router này. - Thành phần: + Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch PLM nhưng ở mạng đường trục, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM + Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi - Chức năng: + Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch. + Lớp truyền dẫn 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 lưu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thước 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 đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện các yêu cầu đó.  Phần truy nhập: - Lớp vật lý: + Hữu tuyến: Cáp đồng, xDSL hiện đang sử dụng. Tuy nhiên trong tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm ưu thế và thị trường xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại. + 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 nhập. - Thành phần: + Phần truy nhập gồm các thiết bị truy nhập 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 nhập tích hợp IAD. Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập (tương tự, số, TDM, ATM, IP,) để truy nhập vào mạng dịch vụ NGN. CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 59 - Chức năng: Như tên gọi, lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường 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 như 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, 5.2.2 Lớp truyền thông - Thành phần : Thiết bị ở lớp truyền thông là các cổng truyền thông (MG– Media Gateway) bao gồm : + Các cổng truy nhập: AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng truy nhập, 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 thông có khả năng tương thích các kỹ thuật truy nhập khác với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đường trục. Hay nói cách khác, lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (chẳng hạn như PSTN, FramRelay, LAN, vô tuyến,) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược 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 nhập dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển. 5.2.3 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 được kết nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP như: SGW ( Signaling Gateway), MS (Media Sever), FS (Feature Server), AS (Application Server). Theo MSF (MutiService Switching Forum), lớp điều khiển cần được tổ chức theo kiểu module và có thể bao gồm một số bộ điều khiển độc lập. Ví dụ có các bộ điều khiển riêng cho các dịch vụ : thoại / báo hiệu số 7, ATM / SVC, IP/MPLS, - 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 lưu lượng 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 lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng 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.  Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển. CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 60  Quản lý và bảo dưỡng 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 được 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 được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng. Hình 5.8. Các thành phần của Softswitch 5.2.4 Lớp ứng dụng 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 nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoạitruyền 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. Một số ví dụ về các loại ứng dụng dịch vụ được đưa ra sau đây: Các dịch vụ thoại Các dịch vụ thông tin và nội dung VPN cho thoại và số liệu Video theo yêu cầu Nhóm các dịch vụ đa phương tiện Thương mại điện tử Các trò chơi trên mạng thời gian thực. 5.2.5 Lớp quản lý CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 61 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, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, như 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 trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ. Từ những phân tích trên, ta xây dựng sơ đồ các thực thể chức năng của mạng NGN: Hình 5.9. Các thực thể chức năng của mạng NGN AS-F: Application Server Function MS-F: Media Server Function MGC-F: Media Gateway Control Function CA-F: Call Agent Function IW-F: Interworking Function R-F: Routing Function A-F: Accounting Function SG-F: Signaling Gateway Function MG-F: Media Gateway Function Nhiệm vụ của từng thực thể như sau: - AS-F: đây là thực thể thi hành các ứng dụng nên nhiệm vụ chính là cung cấp các logic dịch vụ và thi hành một hay nhiều các ứng dụng/dịch vụ. - MS-F: cung cấp các dịch vụ tăng cường cho xử lý cuộc gọi. Nó hoạt động như một server để xử lý các yêu cầu từ AS-F hoặc MGC-F. - MGC-F: cung cấp logic cuộc gọi và tín hiệu báo hiệu xử lý cuộc gọi cho một hay nhiều Media Gateway. - CA-F: là một phần chức năng của MGS-F. Thực thể này được kích hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi. - IW-F: cũng là một phần chức năng của MGC-F. Nó được kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau. - R-F: cung cấp thông tin định tuyến cho MGC-F. CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 62 - A-F: cung cấp thông tin dùng cho việc tính cước. - SG-F: dùng để chuyển các thông tin báo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP. - MG-F: dùng để chuyển thông tin từ dạng truyền dẫn này sang dạng truyền dẫn khác. Trên đây chỉ là những chức năng cơ bản nhất của mạng NGN. Và tùy thuộc vào nhu cầu thực tế mà mạng có thêm những chức năng khác nữa. 5.3 Cấu trúc vật lý NGN - Next Gerneration Network – cần được hiểu rõ là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải là mạng hoàn toàn mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN, người ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa. 5.3.1 Cấu trúc vật lý của mạng NGN Hình 5.10. Cấu trúc vật lý của mạng NGN 5.3.2 Các thành phần mạng và chức năng Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan tâm, nhưng 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: 1. Media Gateway (MG) 2. Media Gateway Controller (MGC - Call Agent - Softswitch) 3. Signaling Gateway (SG) 4. Media Server (MS) 5. Application Server (Feature Server) CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 63 Hình 5.11. Các thành phần chính của mạng NGN 5.3.2.1 Media Gateway (MG) Media Gateway cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal 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 tính hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF, CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 64 Hình 5.12. Cấu trúc của Media Gateway  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) dưới 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 như 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.  Đặc tính hệ thống : Một Media Gateway có các đặc tính sau: - Là một thiết bị vào/ra đặc hiệu (I/O) - Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các bản tin MGCP, thư viện DSP, - Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (logging) - Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP), mở rộng một vài giao diện T1/E1 với mạng TDM. - Mật độ khoảng 120 port (DSO’s). - Sử dụng bus H.110 để đảm bảo tính linh động cho hệ thống nội bộ 5.3.2.2 Media Gateway Controller (MGC) MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch. Nó đưa 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. CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 65 MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau. Nó còn được gọi là Call Agent do chức năng điều khiển các bản tin . Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho Softswitch. Hình 5.13. Cấu trúc Softswitch  Các chức năng của Media Gateway Controller - Quản lý cuộc gọi - Các giao thức thiết lập cuộc gọi thoại: H.323, SIP - Giao thức điều khiển truyền thông: MGCP, Megaco, H.248 - Quản lý lớp dịch vụ và chất lượng dịch vụ - Giao thức quản lý SS7: SIGTRAN (SS7 over IP) - Xử lý báo hiệu SS7 - Quản lý các bản tin liên quan QoS như RTCP - Thực hiện định tuyến cuộc gọi - Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call Detail Record) - Điều khiển quản lý băng thông - Đối với Media Gateway:  • Xác định và cấu hình thời gian thực cho các DSP  • Phân bổ kênh DS0  • Truyền dẫn thoại (mã hóa, nén, đóng gói) - Đối với Signaling Gateway, MGC cung cấp :  • Các loại SS7  • Các bộ xử lý thời gian  • Cấu hình kết nối  • Mã của nút mạng hay thông tin cấu hình - Đăng ký Gatekeeper  Đặc tính hệ thống - Là một CPU đặc hiệu, yêu cầu là hê thống đa xử lý, có khả năng mở rộng theo chiều ngang CHƯƠNG 5: MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 66 - Cần bộ nhớ lớn để lưu trữ cơ sở dữ liệu. Điều này cũng rất cần thiết cho các quá trình đa xử lý - Chủ yếu làm việc với lưu lượng IP, do đó yêu cầu các kết nối tốc độ cao - Hỗ trợ nhiều loại giao thức - Độ sẵn sàng cao. 5.3.2.3 Signalling Gateway Controller (SG) Signaling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu SS7 với mạng IP dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC). SG làm cho Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu.  Các chức năng của Signaling Gateway: - Cung cấp một kết