Mục lục Lời nói đầu Ch¬ng 1:Tỉng quan vỊ m¹ng thÕ hƯ sau NGN 1.1 Sự phát triển nhu cầu dịch vụ d÷ liƯu 1.2 Những hạn chế công nghệ tổng đài điện tử chuyển mạch kênh 1.2.1 Giá thành chuyển mạch tổng đài nội hạt 1.2.2 Không có phân biệt dịch vụ .9 1.2.3 Nh÷ng giíi hạn phát triển mạng 10 1.2.4 Khó khăn triển khai dịch vụ 11 1.3 M«i trờng cạnh tranh lĩnh vực viễn thông 11 1.4 Tỉng quan m¹ng thÕ hƯ sau NGN – Next Generation Network 13 1.4.1 Sù h×nh thành Mạng hệ NGN 13 1.4.2 Khái niệm mạng NGN .14 1.4.3 Đặc ®iĨm cđa m¹ng NGN 15 1.4.4 CÊu tróc cđa m¹ng NGN 16 1.4.5 C¸c thành phần mạng NGN 17 1.4.6 Các giao diện mạng thÕ hÖ sau NGN .22 4.6.3 Kết nối tới mạng riêng ảo VPN 24 Chơng 2:Công nghệ chuyển mạch mềm .25 2.1 Công nghệ chuyển mạch mềm theo quan điểm số nhà phát triĨn 25 2.2 Kh¸i niƯm Softswitch 28 2.3 Những lợi ích Softswitch - Công nghệ Chuyển mạch mềm 34 2.3.1 Những hội doanh thu 34 2.3.2 Khả thu hút, lắng nghe nhu cầu khách hàng 35 2.3.3 Dễ dàng mở rộng mạng, cải thiện dịch vơ vÉn tiÕt kiƯm chi phÝ x©y dùng, bảo dỡng mạng 35 2.3.4 Giảm chi phí điều hành mạng chi phí hoạt động trung bình 37 2.3.5 Thời gian tiếp cận thị trờng ngắn 37 2.3.6 An toàn vốn đầu t .38 2.4 Đặc điểm kỹ thuật chuyển mạch mỊm 40 2.4.1 C¸c giao thức điều khiển báo hiệu mạng NGN 41 2.4.1.1 B¸o hiƯu theo giao thøc H.323 42 2.4.1.2 Giao thức khởi tạo phiên SIP 2.4.1.3 MGCP vµ MEGACO 58 2.4.2 Giao tiếp báo hiệu Chuyển mạch mềm với mạng SS7 61 Chơng 3:giải pháp softswitch số hÃng cung cấpng cung cấp thiết bị viễn thông 77 3.1 Giải pháp Softswitch Siemens 77 3.1.1 Giải pháp Surpass dòng sản phÈm hiQ cña Siemens 77 3.1.2 hiQ 9200 Softswitch 81 3.1.3 KÕt luËn 82 3.2 Gi¶i pháp chuyển mạch mềm Cisco Systems 83 3.2.1 VSC 3000 (Virtual Switch Controller) 83 3.2.2 Cisco BTS 10200 Softswitch 87 3.2.3 KÕt luËn 90 3.3 Sản phẩm chuyển mạch mỊm cđa CommWorks .90 3.3.1 KiÕn tróc líp cđa Commworks 91 3.3.2 C¸c module Softswitch 92 3.3.3 KÕt luËn 95 3.4 HƯ thèng Softswitch cđa SONUS NETWORKS .96 3.4.1 C¸c module chÝnh Insignus Softswitch .97 4.1 KÕt luËn 102 4.2 Chơng 4: Xây dựng cấu trúc mạng đa dịch vụ dựa công nghệ Chuyển mạch mềm 103 4.1 Khảo sát nhu cầu trạng ứng dụng công nghệ Chuyển mạch mềm Việt nam 103 4.1.1 Hiện trạng chung ngành viễn thông .103 4.1.2 Hiện trạng công nghệ VoIP 106 4.1.3 Hiện trạng dịch vụ Internet 106 4.1.4 Nhu cầu công nghệ Chun m¹ch mỊm .107 4.2 Khảo sát, đánh giá sở hạ tầng kĩ thuật mạng công ty Thông tin Viễn thông Điện lùc .107 4.2.1 Mạng viễn thông ngành điện 107 4.2.2 C¸c dù ¸n ®ang triÓn khai 108 4.2.3 Qui mô dự án NGN VoIP ETC 109 4.3 X©y dựng cấu trúc mạng đa dịch vụ sở øng dơng Chun m¹ch mỊm 110 4.3.1 Nguyên tắc chung 110 4.3.2 CÊu tróc m¹ng chung 111 4.3.3 Líp m¹ng truy nhËp 111 4.3.4 Mạng phân phối biên 112 4.3.5 Líp mạng lõi hay mạng xơng sống 112 4.3.6 Trung tâm điều hành mạng 112 4.3.7 Ho¹t động cung cấp dịch vụ Chuyển mạch mềm 113 KÕt luËn Phô lục A Tài liệu tham khảo Phơ lơc B C¸c tõ viÕt t¾t Lời nói đầu Trong năm qua ngành Viễn thông Việt nam đà phát triển không ngừng với tốc độ tăng trởng cao Nắm bắt đợc xu phát triển mạng viễn thông giới, công ty viễn thông Việt nam, mà nòng cốt Tổng công ty Bu Viễn thông Việt nam (VNPT), đà đề chiến lợc phát triển đắn, tiến tới thiết lập mạng hệ sau NGN (Next Generation Network) sở hạ tầng thông tin qc gia nhÊt Cïng víi sù ph¸t triĨn cđa công nghệ mạng, công nghệ chuyển mạch tiến thêm bớc, đời công nghệ chuyển mạch mềm softswitch Trong năm trớc thị trờng thiết bị chuyển mạch điện tử dung lợng lớn hoàn toàn nằm kiểm soát số hÃng phơng Tây danh tiếng Tuy nhiên cách mạng công nghệ chuyển mạch đà tạo hội cho công ty tên tuổi nhng tỏ mềm dẻo nhà khổng lồ, công ty hoạt động lĩnh vực mạng truyền số liệu, chí nhà cung cấp dịch vụ tham gia thị trờng mẻ có nhiều hứa hẹn Khái niệm softswitch mẻ, trở nên phổ biến vài năm lại Hơn định nghĩa cụ thể cho softswitch, hÃng có quan niệm riêng sản phẩm Khái niệm Softswitch Media Gateway Controller (MGC) nhiều đợc đồng Tuy nhiên theo nhìn nhận tác giả thực đề tài softswitch hoàn chỉnh đơng nhiên có khối chức MGC, nhng nguyên tắc MGC không thiết phải có đầy đủ chức nh softswitch, thực vấn đề ngôn từ Tổng đài chuyển mạch mềm có nhiều chức khác, không điều khiển Gateway Một tổng đài, dù soft hay hard, thực quản lý thuê bao, đánh số, chuyển mạch Softswitch thay tổng đài nội hạt nh Tandem thực chất phần mềm chạy kiến trúc máy tính mở Tất nhiên hiểu softswitch thiết bị chuyển mạch phần mềm cha hoàn toàn xác, xét cho tổng đài điện tử phần mềm chạy kiến trúc phần cứng Vấn đề mấu chốt chỗ softswitch chuyển mạch gọi sư dơng c«ng nghƯ gãi (nh VoIP, IP video conferencing ) không chuyển mạch trực tiếp gọi TDM Với nhìn nhận tơng lai mạng hệ sau toàn IP, kể mạng truy nhập toàn IP, tác giả thực đề tài đặt mục tiêu tìm hiểu công nghệ softswitch khả phát triển sản phẩm Việt nam Nội dung đồ án gồm có chơng phụ lục Chơng 1: tác giả trình bày vấn đề tổng quan mạng hệ sau công nghệ chuyển mạch mềm, phân tích xu hớng phát triển công nghệ Chơng 2: tác giả trình bày công nghệ chuyển mạch mềm vấn đề kỹ thuật cốt lõi công nghệ chuyển mạch mềm Phần đầu tác giả đa mô hình kiến trúc Softswitch, dựa mô hình hai tổ chức MultiService Switching Forum, International Softswitch Consortium có tham khảo mô hình sản phẩm số hÃng Dựa mô hình Softswitch, tác giả sâu phân tích Softswitch dùa trªn ba híng giao tiÕp chÝnh cđa Softswitch mô hình mạng NGN : - Giao tiếp với phần tử mạng NGN qua giao thức điều khiển báo hiệu đà đợc phát triển năm qua gồm: H323, SIP, MGCP/H248 - Giao tiếp với mạng SS7, phần điều khiển báo hiệu mạng PSTN - Giao tiếp với phần mở rộng, phát triển dịch vụ với mô hình, giao tiếp lập trình më cho phÐp dƠ dµng triĨn khai vµ øng dơng dịch vụ vốn lợi ích chủ yếu Softswitch Chơng 3: cách phân tích giải pháp, sản phẩm Softswitch số nhà cung cấp thiết bị, minh hoạ vấn đề kĩ thuật đà nêu chơng cách cụ thể thực tế - Siemens, tên tuổi lớn số nhà cung cấp tổng đài chuyển mạch điện tử truyền thống, đa giải pháp Surpass hiQ Softswitch để khẳng định diện thị trờng mạng NGN - Cisco Systems, ngời khổng lồ lĩnh vực thiết bị giải pháp mạng, phát triển dòng sản phẩm Softswitch với tham vọng tiến sang thị trờng viễn thông công cộng - Sonus Commwork, hai hÃng non trẻ xuất nhng đà có chỗ đứng vững thị trờng với giải pháp Softswitch đáng ý Chơng 4: xây dựng cấu trúc mạng đa dịch vụ dựa công nghệ Chuyển mạch mềm Ngoài chơng nêu trên, đồ án có phụ lục, Phụ lục A Chữ viết tắt Phụ lục B Tài liệu tham khảo Mặc dù đợc hớng dẫn nhiệt tình ThS Nguyễn Thái Hà thầy cô môn với nỗ lực thân, nhng thời gian nguồn tài liệu hạn chế chắn nhiều thiếu sót, mong thầy cô đóng góp ý kiến Em xin chân thành cảm ơn! Chơng 1: Tổng quan mạng hệ sau NGN 1.1 Sự phát triển nhu cầu dịch vụ liệu Sự phát triển nhu cầu dịch vụ liệu đợc phản ánh tăng trởng băng thông lu lợng liệu Lu lợng liệu bao gồm liệu tuý (data) loại lu lợng dạng khác nh thông điệp, âm thanh, hình ảnh đợc truyền công nghệ liệu (chuyển mạch gói) phát triển nhanh Lu lợng liệu tăng trởng với phát triển Internet loại dịch vụ Bên cạnh đó, trình toàn cầu hoá diễn nhanh chóng làm cho môi trờng kinh doanh, với môi trờng tính toán mạng trải rộng tất châu lục Hiện mạng số liệu mạng thoại song song tồn với lu lợng gần tơng đơng Tuy nhiên mức độ phát triển lu lợng mạng số liệu gấp 10 đến 15 lần so với mạng thoại Nguyên nhân không bùng nổ hình dịch vụ Internet mà loại lu lợng mạng chuyển mạch kênh nh thoại fax đợc truyền ngày nhiều mạng liệu Mạng chuyển mạch gói toàn cầu dựa công nghệ TCP/IP vơn tới thiết bị đầu cuối không điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân, máy trò chơi, thiết bị đo, máy móc tự động hàng loạt thiết bị khác nh máy ảnh, máy quay phim, thiết bị gia dụng tạo động lực tăng trởng to lớn nhiều năm tới lu lợng liệu gói hai năm qua, lĩnh vực công nghệ thông tin đà chịu suy giảm phát triển mức trớc 10 Hình 1-1 So sánh tăng trởng băng thông mạng gói mạng TDM (Nguồn Siemens) Bảng minh hoạ tăng trởng băng thông lu lợng liệu chuyển mạch gói với chững lại công nghệ TDM truyền thống 1.2 Những hạn chế công nghệ tổng đài điện tử chuyển mạch kênh Hiện sở hạ tầng chuyển mạch viễn thông công cộng bao gồm nhiều mạng, công nghệ hệ thống khác nhau, hệ thống chuyển mạch kênh sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDMTime Division Multiplex) đà phát triển toàn diện dung lợng, chất lợng quy mô mạng lới Mạng PSTN ngày nói chung đáp ứng đợc tốt nhu cầu dịch vụ thoại khách hàng Tuy nhiên lĩnh vực cung cấp dịch vụ thoại có nhiều vấn đề cha đợc giải cách thực thoả đáng, cha nói đến dịch vụ khác Trong mạng chuyển mạch kênh ngày nay, có khách hàng cỡ vừa lớn đợc hởng lợi từ cạnh tranh thị trờng dịch vụ viễn thông, họ thuê số luồng E1 để đáp ứng nhu cầu Các khách hàng doanh nghiệp nhỏ, cỡ 16 line trở xuống đợc hởng u đÃi Trong thị trờng khách hàng nhỏ mang lại lợi nhuận lớn cho nhà khai thác dịch vụ Các nhà khai thác thu đợc nhiều từ gọi nội hạt thời gian ngắn, từ gọi đờng dài, từ dịch vụ tuỳ chọn khác nh Voicemail Hiện nay, tất dịch vụ thoại nội hạt đợc cung cấp thông qua tổng đài nội hạt theo công nghệ chuyển mạch kênh, đơn giản 11 chẳng có giải pháp khác Chính điều cản trở phát triển dịch vụ, nguyên nhân sau đây: 1.2.1 Giá thành chuyển mạch tổng đài nội hạt Thị trờng thiết bị chuyển mạch nội hạt số nhà sản xuất lớn kiểm soát họ thu lợi nhuận lớn từ thị trờng Các tổng đài nội hạt nhà sản xuất đợc thiết kế để phục vụ hàng chục ngàn, chí hàng trăm ngàn thuê bao Trong khả mở rộng chuyển mạch phải nghi ngờ, nhng chúng lại hoàn toàn không thích hợp để triển khai phục vụ cho vài ngàn ngời, giá thành thiết bị cao Mức thấp tổng đài nội hạt thờng khoảng vài triệu USD, số làm nản lòng nhà cung cấp dịch vụ, buộc họ dám tham gia vào thị trờng lớn Nếu có giải pháp cho tổng đài nội hạt đòi hỏi chi phí thấp nhiều so với tổng đài chuyển mạch kênh tính cạnh tranh thị trờng đợc kích thích, ngời đợc hởng lợi tất nhiên khách hàng với nhiều lựa chọn giá cớc thấp 1.2.2 Không có phân biệt dịch vụ Các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt cung cấp tập tính cho dịch vụ tuỳ chọn, nh đợi gọi đến, chuyển gọi, xác định số chủ gọi, hạn chế gọi Hầu hết dịch vụ đà tồn từ nhiều năm qua, dịch vụ hoàn toàn tơng ®èi hiÕm Thø nhÊt, bëi v× sÏ rÊt tèn kÐm phát triển thử nghiệm dịch vụ mới; thứ hai, tập dịch vụ có đà bao hàm hầu hết khả mà khách hàng thực nút bấm điện thoại 1.2.3 Những giới hạn phát triển mạng Các tổng đài chuyển mạch nội hạt sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh Trong hệ thống chuyển mạch, thông tin thoại tồn dới dạng luồng số 64Kbps, cổng vào chuyển mạch, luồng số 64Kbps đợc ghép/tách kênh phân chia theo thời gian vào luồng số tốc độ cao Quá trình định tuyến điều khiển gọi đợc gắn liền với cấu chuyển mạch Những lợi ích mặt kinh tế thoại gói thúc đẩy phát triển mạng truy nhập mạng đờng trục từ chuyển mạch kênh sang gói Và thoại gói dần đợc chấp nhận rộng rÃi mạng truy nhập 12 mạng đờng trục, tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt truyền thống đóng vai trò cầu nối hai mạng gói Việc chuyển đổi gói sang kênh phải đợc thực hai đầu vào chuyển mạch kênh, làm phát sinh chi phí phụ không mong muốn tăng thêm trễ truyền dẫn cho thông tin, đặc biệt ảnh hởng tới thông tin nhạy cảm với trễ đờng truyền nh tín hiệu thoại Nếu tồn giải pháp mà tổng đài nội hạt cung cấp dịch vụ thoại dịch vụ tuỳ chọn khác thiết bị chuyển mạch gói, thực chuyển đổi không cần thiết Điều mang lại lợi ích kép làm giảm chi phí tăng chất lợng dịch vụ (giảm trễ đờng truyền), bớc quan trọng tiến gần tới đích cuối cùng, mạng NGN Hình1-2 Cấu trúc mạng báo hiệu mạng PSTN Mô hình tổ chức mạng viễn thông thờng thấy là: mạng tổng đài TDM cấp thấp (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC mạng di động ) đợc nối với mạng lới trung kế điểm-điểm phức tạp nối tới tổng đài chuyển tiÕp cÊp cao h¬n (líp 3, 4) Khi mét cc gọi diễn hai tổng đài cấp thấp, thông tin trung kế nối trực tiếp hai tổng đài, đờng nối trực tiếp đà sử dụng hết, gọi đợc định tuyến thông qua tổng đài chuyển tiếp Một số gọi (ví dơ nh truy nhËp hép th tho¹i hay quay sè giọng nói ) lại đợc định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng tài nguyên tập trung phục vụ cho dịch vụ cao 13 cấp Kiến trúc đà đợc sử dụng nhiều năm nay, đà đợc cải tiến nhiều nhằm phục vụ ứng dụng thoại, nhiên có số giới hạn: Chi phí điều hành bảo dỡng cao, thời gian; việc định lại cấu hình nâng cấp mạng lới phải tiến hành liên tục nhằm để tránh bị nghẽn mạng, phải thiết lập mạng lớn nhu cầu thực tế cho tổng đài chuyển tiếp Ví dụ, tổng đài nội hạt đợc thêm vào mạng lới, phải xây dựng nhóm trung kế từ tổng đài ®ã tíi tỉng ®µi chun tiÕp vµ tíi mét sè tổng đài nội hạt khác Các trung kế điểm-điểm hoạt động với hiệu suất không cao chúng đợc thiết kế để hoạt động đợc cao điểm, cao điểm lại khác vùng mạng (ví dụ thành phố ban ngày ngoại ô lại buổi đêm) Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp mạng, tổng đài lại nối với nhóm tổng đài nội hạt, gọi phải chuyển qua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến đợc nơi lu giữ tài nguyên mạng (nh trờng hợp dịch vụ hộp th thoại) Trong mạng NGN tổng đài TDM đợc thay tổng đài chuyển mạch mềm (softswitch) Kết nối softswitch mạng chuyển mạch gói đa dịch vụ IP/ATM/MPLS Phần tiếp cận thuê bao mạng NGN BAN (Broadband Access Node) IAD (Integrated Access Device) hỗ trợ loại đầu cuối nh máy tính, máy điện thoại IP, máy điện thoại thông thờng Mạng NGN giao tiếp với mạng khác nh mạng PSTN mạng di động qua Media Gateway 1.2.4 Khó khăn triển khai dịch vụ Các dòng tổng đài phục vụ mạng công cộng ®Ịu mét sè h·ng lín ph¸t triĨn mét c¸ch độc lập, xây dựng từ tảng phần cứng tới mô đun phần mềm Mặc dù hÃng cam kết tuân theo chuẩn ITU nhng thực tế khả để hÃng thứ ba kết thừa phát triển thành nhà cung cấp thiết bị Do đó, việc phát triển dịch vụ cho nhà khai thác hoàn toàn phụ thuộc vào hÃng cung cấp thiết bị Quá trình triển khai, cài đặt, thử nghiệm đa vào hoạt động dịch vụ thờng tốn nhiều thời gian, chi phí hai bên 14