Tìm hiểu mạng thế hệ sau NGN (3G, 4G)

Tìm hiểu mạng thế hệ sau NGN (3G, 4G)

Tìm hiểu mạng thế hệ sau Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU  Sự tiến bộ của nền khoa học công nghệ thông tin đã góp phần làm cho đời sống xã hội ngày càng phong phú. Việt Nam là một nước đang trên đà phát triển và hội nhập, những ảnh hưởng tích cực và hệ quả ưu việt do công nghệ thông tin mang lại cho nền kinh tế và đời sống xã hội khoảng vài chục năm gần đây đã chứng minh điều này. Hệ thống mạng thế hệ sau NGN(3G,4G) là một phát triển vượt bậc của ngành công nghệ thông tin và viễn thông. Hiện nay nó là sự lựa chọn tối ưu cho ngành viễn thông bởi hàng loạt các tiện ích và dịch vụ nổi bật đó là sử dụng điện thoại video, dịch vụ Internet di động, xem phim, nghe nhạc theo yêu cầu với những người năng động, nhất là đối những người hay đi công tác xa, thường xuyên phải di chuyển. Trước ứng dụng và các dịch vụ to lớn đó của mạng thế hệ sau, việc nghiên cứu và tìm hiểu là một vấn đề khá thú vị và đang được sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu Đó là lý do chúng em chọn đề tài về: “Tìm hiểu mạng thế hệ sau )” Nội dung đề tài gồm 5 chương: Chương 1: Tổng quan về mạng thế hệ sau Chương 2: Cấu trúc mạng thế hệ sau Chương 3: Đặc điểm và các công nghệ mạng Chương 4: Dịch vụ mạng thế hệ sau Chương 5: Chiến lược và xu hướng phát triển Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới Thầy Huỳnh Nguyễn Thành Luân đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tới toàn thể các thầy cô giáo của Trường Cao Đẳng Công Thương Tp.HCM. Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới các thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Thông Tin, những người đã tận tình chỉ dạy cho em trong suốt quá trình học tại trường. Trang 1 Tìm hiểu mạng thế hệ sau Do trình độ và thời gian có hạn nên đồ án không thể tránh khỏi các thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự hướng dẫn và đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để tốt đồ án hoàn thiện hơn. Tp.HCM, ngày 12 tháng 6 năm 2011 Sinh viên thực hiện. Nguyễn Thanh phong_Trần Thị Bảo Trân NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN  Trang 2 Tìm hiểu mạng thế hệ sau Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau 1.1 Giới thiệu chương Cụm từ “mạng thế hệ sau” (Next Generation Network- NGN) bắt đầu được nhắc tới từ năm 1998. NGN là bước tiếp theo trong lĩnh vực truyền thông truyền thống trên thế giới được hỗ trợ bởi 3 mạng lưới: mạng thoại PSTN, mạng không dây và mạng số liệu (Internet). NGN hội tụ cả 3 mạng trên vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới và mở đường cho các cơ hội kinh doanh phát triển. Chương 1 giới thiệu về Mạng thế hệ sau (NGN), trình bày sơ lược về mạng viễn thông hiện tại, đặc điểm và hạn chế. Sau đó, mô tả kiến trúc mạng NGN bao gồm lớp truyền dẫn và truy cập, lớp truyền thông, lớp điều khiển, lớp ứng dụng và lớp quản lý. 1.2 Mạng viễn thông hiện tại 1.2.1 Khái niệm về mạng viễn thông hiện tại - Mạng viễn thông là phương tiện truyền thông tin từ đầu phát tới đầu thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng. Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối. - Thiết bị chuyển mạch gồm tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang. Các thuê bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt nối vào tổng đài quá giang. Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền được dùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế. - Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền các tín hiệu điện. Thiết bị truyền dẫn chia làm 2 loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn cáp quang. Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường là cáp kim loại. Tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang hoặc vô tuyến. Trang 3 Tìm hiểu mạng thế hệ sau - Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến. Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy Fax, máy tính, tổng đài PABX. Như vậy, mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: Mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn. Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền dẫn tạo thành các cấp mạng khác nhau. 1.2.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện tại - Mạng Telex: dùng để gởi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã hoá bằng 5 bit (mã Baudot). Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 đến 300 bit/s). -Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là POTS (Plain Old Telephone Service): ở đây thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN. -Mạng truyền số liệu: gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21 Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo 3 cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Community AntennaTelevision) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh, hay còn gọi là truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System). Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN (Local Area Network) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet,Token Bus và Token Ring. Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác. Ta không thể truyền tiếng nói qua mạng chuyển mạch gói X.25 vì trễ qua mạng này quá lớn. Xét về góc độ dịch vụ: gồm mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu. Xét về góc độ kỹ thuật: gồm mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ. Trang 4 Tìm hiểu mạng thế hệ sau 1.2.3 Những hạn chế của mạng Viễn thông hiện tại Như phân tích ở trên, hiện nay có nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại. Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau. Như vậy, hệ thống mạng viễn thông hiện tại có nhiều nhược điểm mà quan trọng nhất là: Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng. Thiếu mềm dẻo: sự ra đời của các công nghệ mới ảnh hưởng mạnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu. Ngoài ra, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau. Ta dễ dàng nhận thấy mạng hiện tại sẽ rất khó thích nghi với những đòi hỏi này. Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như sử dụng tài nguyên. Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng. Mặt khác, mạng viễn thông hiện nay được thiết kế nhằm mục đích khai thác dịch vụ thoại là chủ yếu. Kiến trúc tổng đài độc quyền làm cho các nhà khai thác gần như phụ thuộc hoàn toàn vào các nhà cung cấp tổng đài. Điều này không những làm giảm sức cạnh tranh cho các nhà khai thác, đặc biệt là những nhà khai thác nhỏ, mà còn tốn nhiều thời gian và tiền bạc khi muốn nâng cấp và ứng dụng các phần mềm mới. Các tổng đài chuyển mạch kênh đã khai thác hết năng lực và trở nên lạc hậu đối với nhu cầu của khách hàng. Đứng trước tình hình phát triển của mạng viễn thông hiện nay, các nhà khai thác nhận thấy rằng “sự hội tụ giữa mạng PSTN và mạng PSDN” là chắc chắn xảy ra. Cần có một cơ sở hạ tầng duy nhất cung cấp cho mọi dịch vụ (tương tự-số, băng hẹp-băng rộng, cơ bản- đa phương tiện, …) để việc quản lý tập trung, giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay. 1.3 Mạng viễn thông thế hệ sau 1.3.1 Định nghĩa Mạng viễn thông thế hệ sau có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như:  Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau).  Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc Trang 5 Tìm hiểu mạng thế hệ sau mạng hội tụ).  Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng).  Mạng nhiều lớp (mạng được phân ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM). Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể và chính xác nào cho mạng NGN. Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ở trên đây không thể bao hàm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ sau, nhưng nó có thể tương đối là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN. Như vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ sau là sự tích hợp mạng thoại PSTN (chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM) với mạng chuyển mạch gói (dựa trên kỹ thuật IP/ATM). Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN. Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động. Trang 6 Tìm hiểu mạng thế hệ sau Chương 2: Cấu trúc mạng NGN 2.1.Cấu trúc chức năng Nhìn chung NGN vẫn là một xu hướng mới mẻ do vậy chưa có một khuyến nghị chính thức nào được công bố rõ ràng để làm tiêu chuẩn về cấu trúc NGN, song dựa vào mô hình mà một số tổ chức và các hãng xây dựng ta có thể tạm hiểu cấu trúc NGN chức năng như sau: - Lớp kết nối (truy nhập và truyền dẫn/ở phần lõi) - Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) - Lớp điều khiển - Lớp quản lý Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề đang được các nhà khai thác quan tâm. Xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc NGN 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. Trang 7 Tìm hiểu mạng thế hệ sau Hình 11: Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ) Hình 12: Cấu trúc chức năng của NGN 2.1.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập 2.1.1.1 Phần truyền dẫn Trang 8 Tìm hiểu mạng thế hệ sau - Tại lớp vật lý truyền dẫn quang với công nghệ ghép kênh theo bước sóng DWDM sẽ được sử dụng. - Công nghệ ATM hay IP có thể được sử dụng truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS. - Các router được sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn và ngược lại khi lưu lượng nhỏ Switch – router có thể đảm nhận luôn chức năng những router này. - 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. Lớp ứng dụng sẽ đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện yêu cầu đó. 2.1.1.2 Phần truy nhập Với truy nhập hữu tuyến: có cáp đồng và xDSL đang được sử dụng. Tuy vậy trong tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON sẽ dần chiếm ưu thế, thị trường của xDSL và modem sẽ dần thu nhỏ lại. Với truy nhập vô tuyến ta có hệ thống thông tin di động GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh. Trong tương lại các hệ thống truy nhập không dây sẽ phát triển rất nhanh như truy nhập hồng ngoại, bluetooth, hay WLAN. Lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục qua cổng giao tiếp thích hợp. NGN cũng cung cấp hầu hết các truy nhập chuẩn cũng như không chuẩn của các thiết bị đầu cuối như: truy nhập đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX… 2.1.2 Lớp truyền thông Gồm các thiết bị là các cổng phương tiện như: - Cổng truy nhập: AG kết nối giữa mạng lõi và mạng truy nhập, RG kết nối mạng lõi và mạng thuê bao nhà. - Cổng giao tiếp: TG kết nối mạng lõi với mạng PSTN/ISDN, WG kết nối mạng lõi với mạng di động. Trang 9 Tìm hiểu mạng thế hệ sau Lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (FR, PSTN, LAN, vô tuyến…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại. 2.1.3.Lớp điều khiển Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch còn gọi là MGC hay Call agent, được kết nối với các thành phần khác nhau như: SGW MS FS AS để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP. Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ truyền thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Các chức năng quản lý và chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ có 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. 2.1.4 Lớp ứng dụng Lớp này gồm các nút thực thi dịch vụ ( thực chất là các server dịch vụ) cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải. Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ thực hiện điều khiển từ lớp điều khiển. Lớp ứng dụng kết nối với lớp điều khiển thông qua 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 dịch vụ mạng. 2.1.5.Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc 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. 2.2.Các thành phần của NGN NGN là mạng thế hệ kế tiếp không phải là mạng hoàn toàn mới do vậy khi xây dựng NGN ta cần chú ý vần đề kết nối NGN với mạng hiện hành và Trang 10 [...]... o Dịch vụ sử dụng mạng riêng ảo (VPN) Thoại qua mạng riêng ảo cải thiện khả năng mạng, cho phép các tổ chức phân tán về mặt địa lý, mở rộng hơn và có thể phối hợp các mạng riêng đang tồn tại với các phần tử của mạng PSTN Dữ liệu VPN cung cấp thêm khả năng bảo mật và các thuộc Trang 35 Tìm hiểu mạng thế hệ sau tính khác mạng của mạng cho phép khách hàng chia sẻ mạng Internet như một mạng riêng ảo, hay... ATM Trang 23 Tìm hiểu mạng thế hệ sau - Mạng chuyển mạch: 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 lượng thoại sẽ do server lớp điều khiển thực hiện và quá trình chuyển mạch sẽ do chuyển mạch ATM (MG thực hiện - lớp kết nối xử lí) - Mạng tích hợp: là giải pháp cung cấp đầy đủ các tính năng của mạng thế hệ sau Việc điều.. .Tìm hiểu mạng thế hệ sau tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa 2.2.1.Cấu trúc vật lý của NGN Hình 1: Cấu trúc vật lý của NGN 2.2.2.Các thành phần của NGN Trong NGN có rất nhiều thành phần song ở đây chỉ trình bày những thành phần thể hiện rõ nét sự tiên tiến của NGN so với mạng viễn thông truyền thống cụ thể là:... mang 4G 4G là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ 4, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng tới 1-1,5 GB/s Những công nghệ đình đám nổi lên gần đây như WiMAX 802.16m, Wibro, UMB, 3G LTE, DVB – H… dù đáp ứng tốc độ truyền lớn, song chỉ được xem là những công nghệ tiền 4G (pre -4G) Trang 26 Tìm hiểu mạng thế hệ sau Đặc tính được kỳ vọng nhất của mạng 4G là cung cấp... hình mạng thế hệ sau với các lớp: - Lớp truy nhập và truyền tải - Lớp trung gian - Lớp điều khiển - Lớp dịch vụ mạng Alcatel giới thiệu các chuyển mạch đa dịch vụ, đa phương tiện 1000MME10 và Alcatel 1000 Softswitch cho giải pháp xây dựng NGN Trong đó họ sản phẩm 1000MME10 là các hệ thống cơ sở để xây dựng mạng viễn thông thế hệ mới từ mạng hiện có Năng lực xử lí của hệ thống rất lớn so với các hệ thống... Teleephony 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 Đây là cấu trúc còn đang được gọi là đa dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối (end – to – end multi – service network) Trang 24 Tìm hiểu mạng thế hệ sau Chương 3: Đặc điểm và công nghệ mạng NGN 3.2.Đăc Điểm NGN có bốn đặc điểm chính :Trước hết, do... cấu trúc này sựa trên các liên hệ Client/Server và Gateway/Server Các ứng dụng gồm các 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 Trang 22 Tìm hiểu mạng thế hệ sau - Lớp kết nối xử lí thông... không kể mạng thuộc nhà cung cấp nào, không kể người dùng đang dùng thiết bị di động gì Người dùng trong tương lai sẽ thực sự sống trong một môi trường “tự do”, có thể kết nối mạng bất cứ nơi đâu với tốc độ cao, giá thành thấp, dịch vụ chất lượng cao và mang tính đặc thù cho từng cá nhân Trang 27 Tìm hiểu mạng thế hệ sau Chương 4: Dich vụ mạng NGN 4.1 GIỚI THIỆU Sự cạnh tranh gay gắt trong lĩnh vực mạng. .. hơn đối với các dịch vụ trên nền mạng NGN sẽ cho phép các nhà khai thác cung cấp với chi phí hiệu quả của các dịch vụ mới phức tạp hơn bằng cách xây dựng một lõi liên hệ với các dịch vụ truyền tải truyền thống Thêm vào đó, việc hợp nhất các ứng dụng Trang 30 Tìm hiểu mạng thế hệ sau NGN làm giảm chi phí bằng cách loại bỏ các nhược điểm của các dịch vụ riêng lẻ hiện nay NGN còn giảm thời gian thương mại... thông tin thông minh, NGN giúp người dùng quản lý sự quá tải của thông tin bằng cách cung cấp cho họ khả năng tìm, sắp xếp và lọc các bản tin hoặc dữ liệu, quản lý chúng cho mọi phương tiện Trang 33 Tìm hiểu mạng thế hệ sau 4.3.3 Các dịch vụ chính trong mạng NGN Rất nhiều dịch vụ, một số đã sẵn sàng, một số khác chỉ ở mức khái niệm trong giai đoạn đầu của quá trình triển khai NGN Trong khi một số dịch . đề tài về: Tìm hiểu mạng thế hệ sau )” Nội dung đề tài gồm 5 chương: Chương 1: Tổng quan về mạng thế hệ sau Chương 2: Cấu trúc mạng thế hệ sau Chương 3:. Trang 2 Tìm hiểu mạng thế hệ sau Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau 1.1 Giới thiệu chương Cụm từ mạng thế hệ sau (Next Generation