108 Trang 5 Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt Adsl Asynchronous Digital Subs Line Đờng truyền thuê bao bất đối xứng AF Accounting Function Chức năng A
Tình hình viễn thông thế giới trong những năm gần đây
Công nghệ chuyển mạch IP (Internet Protocol)
IP là thành phần chính trong kiến trúc mạng Internet, đóng vai trò quan trọng ở lớp 3 Nó định nghĩa cơ cấu đánh số, chuyển tin, định tuyến và các chức năng điều khiển thấp (ICMP) Gói tin IP chứa địa chỉ duy nhất của bên nhận, mang thông tin cần thiết để chuyển gói tin tới đích một cách hiệu quả.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đờng đi tới các nút trong mạng
Cơ cấu định tuyến cần được cập nhật thông tin về topo mạng và nguyên tắc chuyển tin, đặc biệt trong BGP, để hoạt động hiệu quả trong môi trường mạng đa nút Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong bảng chuyển tin, giúp xác định chặng tiếp theo để gửi gói tin tới đích Dựa vào bảng này, cơ cấu chuyển tin thực hiện việc chuyển mạch gói tin IP Phương thức chuyển tin truyền thống hoạt động theo từng chặng một, yêu cầu tính toán tại tất cả các nút phải nhất quán để tránh chuyển gói sai hướng hoặc mất gói Tuy nhiên, phương thức này hạn chế khả năng của mạng, vì các gói tin tới cùng một địa chỉ qua cùng một nút sẽ bị truyền qua cùng một tuyến, làm giảm khả năng thực hiện các chức năng khác như định tuyến theo đích hoặc theo loại dịch vụ.
Phương thức định tuyến và chuyển tin nâng cao độ tin cậy và khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng linh hoạt trước sự cố bằng cách thay đổi tuyến khi router nhận biết sự thay đổi về topo mạng thông qua cập nhật thông tin trạng thái kết nối Với các phương thức như CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thước bảng chuyển tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và nhờ vào việc các nút tự thực hiện tính toán định tuyến, mạng có thể mở rộng mà không cần thay đổi cấu trúc.
IP là một giao thức chuyển mạch đáng tin cậy và có khả năng mở rộng cao, nhưng việc điều khiển lưu lượng gặp nhiều khó khăn do phương thức định tuyến theo từng chặng và không hỗ trợ chất lượng dịch vụ Kể từ năm 1998, ngành công nghiệp đường trục Internet đã phát triển mạnh mẽ với sự cạnh tranh và hợp nhất, xu hướng này vẫn tiếp tục trong tương lai Các nhà cung cấp đường trục Internet Tier I, như Singapore, cung cấp nhiều lựa chọn kết nối cho các ISP và người tiêu dùng với mạng cáp quang hiện đại và kết nối trực tiếp đến các NAP/MAE chính, đủ dung lượng để điều khiển lưu lượng Việc liên kết và mua lại giữa các nhà cung cấp Tier I tiếp tục diễn ra, củng cố quyền kiểm soát các tuyến Internet chính, mặc dù vẫn có sự cạnh tranh về giá truy cập Mặc dù các nhà cung cấp Tier I không còn hỗ trợ các ISP cấp thấp qua các thỏa thuận ngang hàng tự do, họ cần đầu tư vào việc mở rộng và nâng cấp mạng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của dịch vụ Internet cho người tiêu dùng và các doanh nghiệp.
Các công ty viễn thông thế hệ mới đang cung cấp tính năng với chi phí thấp hơn, thu hút sự quan tâm của các nhà kinh doanh lớn và nhỏ vào việc kết hợp
Khi mạng truyền tải viễn thông cũ gặp khó khăn trước sự phát triển của mạng mới không định giá dịch vụ dựa trên khoảng cách, các công ty lớn vẫn duy trì mức cước thấp hơn 0,05$ cho mỗi phút gọi qua mạng PSTN truyền thống Mặc dù dịch vụ điện thoại IP đang phát triển nhanh chóng, thị trường này vẫn còn nhỏ bé so với thị trường dịch vụ đường dài 90 tỉ USD tại Mỹ Trong thiên niên kỷ mới, sẽ có xu hướng hội tụ giữa các nhà khai thác, với khả năng từ 10-15 nhà khai thác lớn toàn cầu truyền tất cả lưu lượng thoại quốc tế Xu hướng hội tụ này đã bắt đầu từ năm 1990 và buộc các nhà khai thác viễn thông truyền thống phải chọn IP để trở thành người chiến thắng, vì họ đang nắm giữ phần lớn khách hàng hiện nay.
Quá trình nâng cao chất lượng dịch vụ qua IP đang thu hút sự quan tâm của nhiều tổ chức tiêu chuẩn, bao gồm cả IETF với các tiêu chuẩn RFC và các tổ chức như ITU, ETSI Chi phí kết nối và quy trình điều khiển dịch vụ IP đơn giản hơn nhiều so với các thủ tục như ATM Tuy nhiên, một vấn đề quan trọng là chất lượng dịch vụ QoS của mạng IP chỉ đạt mức ‘Best Effort’, không đảm bảo yêu cầu cho các dịch vụ thời gian thực và thoại truyền thống Đây là thách thức lớn nhất mà IP cần vượt qua để trở thành giao thức duy nhất cho sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu.
1.1.2 Công nghệ chuyển mạch ATM (Asynchronous Transfer Mode)
ATM (Asynchronous Transfer Mode) là công nghệ truyền tin tốc độ cao, cho phép xử lý nhiều dạng thông tin như thoại, số liệu và video, chia nhỏ chúng thành các tế bào để truyền qua các kết nối ảo (VC) Nhờ khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên nhiều công nghệ băng rộng, ATM được xem là công nghệ chuyển mạch hàng đầu Khác với định tuyến IP, ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, yêu cầu thiết lập kết nối trước khi gửi thông tin, có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động qua báo hiệu Kết nối này giữ cố định trong suốt quá trình trao đổi dữ liệu và được cấp nhãn tại các tổng đài ATM, giúp phân bổ tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào cục bộ, khác với bảng chuyển tin toàn mạng của Router IP.
Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM tương tự như việc chuyển gói tin qua Router, nhưng ATM cho phép chuyển mạch nhanh hơn nhờ vào nhãn gắn trên các cell có kích thước cố định, nhỏ hơn so với IP Kích thước bảng chuyển tin của ATM cũng nhỏ hơn nhiều so với IP Router, và quá trình này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng Do đó, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống.
1.1.3 Công nghệ chuyển mạch MPLS (Multi Protocol Label Switch)
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã tìm kiếm phương thức chuyển mạch kết hợp ưu điểm của IP và ATM Mô hình IP over ATM của IETF định nghĩa IP như một lớp trên lớp ATM, cho phép hai giao thức này hoạt động cùng nhau mà không cần thay đổi Tuy nhiên, phương pháp này không tận dụng hết ưu điểm của ATM và không hiệu quả trong các mạng nhiều Router Tổ chức ATM Forum đã phát triển công nghệ LANE và MPOA dựa trên mô hình này, nhưng các công nghệ này vẫn chưa khai thác được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM.
Công nghệ MPLS (Multiprotocol Label Switching) là sự tiến bộ của nhiều công nghệ chuyển mạch IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không làm thay đổi các giao thức định tuyến IP Thiết bị CSR (Cell Switch Router) của Toshiba là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay vì báo hiệu ATM Tổng đài IP của Ipsilon thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP Công nghệ Tag Switching của Cisco cũng tương tự nhưng bổ sung một số điểm mới như FEC (Forwarding Equivalence Class) và giao thức phân phối nhãn.
MPLS, được phát triển bởi nhóm làm việc thành lập năm 1997, là công nghệ chuyển mạch nhãn IP thống nhất, tách chức năng của IP Router thành hai phần: chuyển gói tin và điều khiển Chức năng chuyển gói tin sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn, cho phép xác định tuyến và nhãn mới cho gói tin một cách hiệu quả hơn so với phương pháp truyền thống Các Router sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label Switching Router) Phần điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến mạng như OSPF và BGP, giúp phân phối thông tin giữa các LSR và chuyển đổi thông tin định tuyến thành bảng định tuyến MPLS nổi bật với khả năng hỗ trợ điều khiển lưu lượng và thiết lập tuyến cố định, đảm bảo chất lượng dịch vụ cao hơn so với các giao thức định tuyến cổ điển Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến nhanh (Fast Rerouting), nhưng do tính chất chuyển mạch hướng kết nối, nó có thể bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi lỗi đường truyền.
Khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo dịch vụ mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý Công nghệ MPLS không chỉ nâng cao độ tin cậy mà còn đơn giản hóa việc quản lý mạng Bằng cách quản lý chuyển tin theo luồng thông tin và xác định các gói tin thuộc một FEC qua nhãn, MPLS cho phép các thiết bị đo lường mạng phân loại gói tin dễ dàng Lưu lượng qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSSP) được giám sát hiệu quả thông qua RTFM (Realtime Flow Measurement) Việc giám sát lưu lượng tại các LSR giúp phát hiện và xác định nhanh chóng vị trí nghẽn Tuy nhiên, phương pháp này không cung cấp đầy đủ thông tin về chất lượng dịch vụ, như độ trễ từ điểm đầu đến điểm cuối của miền MPLS Để đo độ trễ, có thể sử dụng giao thức lớp hai Hệ thống giám sát có thể sử dụng thiết bị nắn lưu lượng để theo dõi tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo tuân thủ các đặc tính lưu lượng mà không cần thay đổi giao thức hiện có.
MPLS là công nghệ IP tiềm năng, có khả năng cải thiện chất lượng dịch vụ cho mạng IP truyền thống nhờ vào cơ cấu định tuyến của nó Công nghệ này cũng giúp tăng cường thông lượng mạng một cách đáng kể Tuy nhiên, độ tin cậy vẫn là một thách thức thực tiễn có thể làm chậm quá trình triển khai MPLS trên Internet Bài viết này sẽ xem xét những nhược điểm của MPLS.
1 Tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển,… để tránh mức độ phức tạp của NHRP, MPOA và các công nghệ khác trong IPOA truyÒn thèng
2 Có thể giải quyết vấn đề phức tạp và nâng cao khả năng mở rộng đáng kÓ
3 Tỉ lệ giữa chất lợng và giá thành cao.
Xu hớng phát triển mạng chuyển mạch gói
Hạn chế lớn nhất của các mạng viễn thông hiện nay là sự hoạt động riêng rẽ của các dịch vụ trên các mạng khác nhau, với mỗi mạng có phần cứng chuyển mạch và kênh truyền thống riêng, ví dụ như dịch vụ máy tính trên mạng X25 và dịch vụ tin báo trên mạng điện báo Mạng số tích hợp ra đời nhằm cung cấp các dịch vụ hoạt động trên cùng một mạng, từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng và giảm chi phí Để mô tả các mạng viễn thông, tổ chức chuẩn hoá quốc tế (ISO) và ITU T đã đề xuất kiến trúc mạng chuẩn gọi là Mô hình tham chiếu kết nối hệ thống mở (OSI), được nêu trong các khuyến nghị X.200 và X.250 của ITU T, mô tả các giao thức và dịch vụ cần thiết cho việc truyền số liệu.
Công nghệ và dịch vụ mạng
1.1.6.1 Mạng dữ liệu kênh thuê bao (DDN):
Kết nối truyền dữ liệu qua kênh thuê bao, thông qua các thiết bị chuyển mạch thoại, thường được áp dụng tại các cơ quan cần truyền tải dữ liệu lớn với tốc độ nhanh và độ bảo mật cao.
1.1.6.2 Mạng số tích hợp dịch vụ (ISDN):
ISDN là một trong những tiến bộ đầu tiên hướng đến cung cấp đồng thời nhiều dịch vụ tích hợp cả mạng dữ liệu và mạng thoại hiện nay Theo các khuyến nghị I-series của CCITT, các tiêu chuẩn kỹ thuật của ISDN được định nghĩa, trong đó hai tốc độ truy cập được xác định là tốc độ truy cập cơ bản và tốc độ truy cập nguyên thủy.
• Truy nhập cơ sở : 30 kênh B (64Kbps)+1 kênh D (16Kbps)
• Truy nhập cơ bản: 2 kênh B+1 kênh D
Các sản phẩm khác của ISDN bao gồm
• Các dịch vụ chuyển mạch gói
ISDN băng hẹp, hay còn gọi đơn giản là ISDN, sử dụng công nghệ cáp đồng với tốc độ tối đa 2Mbps Tuy nhiên, ISDN băng hẹp không hỗ trợ các dịch vụ chất lượng cao Để có thể cung cấp dịch vụ này, cần phải áp dụng công nghệ băng rộng với mức giá hợp lý Tiêu chuẩn và công nghệ ISDN đã được mở rộng và được gọi là B ISDN, hiện đang được định nghĩa bởi các nhóm nghiên cứu số 18 và 7 của CCITT Hai tốc độ truy nhập chính đã được thảo luận trong bối cảnh này.
Một số kênh ngời sử dụng sẽ hỗ trợ dịch vụ này ví dụ:
• Kênh H1 tốc độ xấp xỉ 2 Mbps
• Kênh H2 tốc độ xấp xỉ 45 Mbps
• Kênh D tốc độ 16 hoặc 64 Kbps
Tốc độ của kênh phụ thuộc vào khả năng số để mã hóa hình ảnh, với hình ảnh chất lượng PAL hỗ trợ tốc độ khoảng 135Mbps Tốc độ truy cập 155 Mbps có thể được hình thành từ khả năng này.
Một số sản phẩm đi kèm với B ISDN bao gồm:-
• Hình ảnh chất lợng PAL
• Hình ảnh độ nét cao
• Các dịch vụ độ phân giải cao
• Các dịch vụ th hình ảnh
• Các ứng dụng CAD từ xa
• Phân phối báo điện tử
ISDN băng rộng yêu cầu sử dụng cáp quang để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về dịch vụ dữ liệu, truyền hình cáp và hình ảnh tiên tiến Sự phát triển của B-ISDN dự kiến sẽ diễn ra trong vòng 10 năm tới Đối với các nhà điều hành mạng viễn thông, việc thiết lập mạng truyền dẫn hỗ trợ dịch vụ băng rộng là cấp bách, đòi hỏi phải có mạng cáp quang cho cả mạng lõi và mạng truy cập khách hàng.
Các dịch vụ khác đợc định nghĩa bởi ITU
Hệ thống điều khiển thông báo khuyến nghị X400
Mối quan hệ giữa các dạng khác nhau của chuyển mạch gói đợc mô tả trong h×nh 1-1
CCITT X.25 là một tiêu chuẩn giao thức đợc khuyến nghị vào năm 1976
Giao diện giữa thiết bị dữ liệu đầu cuối khách hàng và mạng điện truy cập được định nghĩa bởi chuyển mạch gói X25, bao gồm các thủ tục kiểm tra và phục hồi lỗi rất kỹ lưỡng Điều này là cần thiết do độ tin cậy thấp của các thiết bị truyền dẫn vào thời điểm đó Các sản phẩm tiêu biểu của X.25 bao gồm nhiều ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực truyền thông dữ liệu.
• Chuyển tiền điện tử tại điểm dịch vụ (EFTPOS)
• Videotex_menu đợc điều khiển bởi ngời sử dụng
• Teletex- Dữ liệu văn bản có cấu trúc (Các khuyến nghị CCITT F.200 và S.60)
• Kết nối máy chủ mạng LAN
Th điện tử truy nhập CSDL, các hệ thống th tín quốc gia và quốc tế, các hệ thống đặt chỗ
C/ Chuyển mạch gói tốc độ cao
Hình 1.2:So sánh chuyển mạch gói tốc độ cao và X.25
Chuyển mạch gói tốc độ cao hỗ trợ hiệu quả các dịch vụ bursty, với khả năng cấu hình lại và mở rộng dễ dàng Nó cũng cung cấp các phương thức định tuyến và điều khiển tải hiệu quả.
Frame Relay, tương tự như X.25, truyền tải các khung dữ liệu có độ dài thay đổi và được thiết kế để hoạt động hiệu quả trên mạng cáp quang với tần suất lỗi thấp Giao thức khắc phục lỗi của nó đơn giản hơn so với X.24, giúp tăng cường hiệu suất và tốc độ truyền tải Được định nghĩa trong khuyến nghị I.122, Frame Relay nhằm lấp đầy khoảng trống giữa công nghệ X.25 tốc độ thấp và ATM trong tương lai.
Chuyển mạch gói Cell Relay tương tự như Frame Relay, nhưng khác biệt ở chỗ nó sử dụng các gói có độ dài cố định và nhỏ hơn, được gọi là tế bào (Cell).
F/ Distributed Queuing Data Bus (DQDB)
ISDN không đáp ứng đủ băng thông cần thiết để kết nối nhiều mạng LAN tốc độ cao Để khắc phục điều này, DQDB được phát triển nhằm kết nối các mạng LAN thông qua khái niệm mạng thành phố (Metropolitan Area Network - MAN) MAN là một mạng tốc độ cao, đáng tin cậy, có thể hoạt động trong phạm vi rộng lớn lên đến 50km, hỗ trợ truyền tải dữ liệu, giọng nói và các dịch vụ yêu cầu băng thông ổn định Tiêu chuẩn này được định nghĩa trong tiêu chuẩn 802.6 của IEEE.
G/ Dịch vụ dữ liệu chuyển mạch Multimegabit (SMDS)
Dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao đợc thiết kế để
• Hỗ trợ dữ liệu tốc độ bit thay đổi
• Hỗ trợ đánh điạ chỉ nhóm và che địa chỉ
• Cung cấp một cơ chế truyền dữ liệu công cộng chẳng hạn MAN
Thị trờng viễn thông trên thế giới
Trong những năm gần đây, tốc độ tăng trưởng lưu lượng thoại gần như không thay đổi, trong khi lưu lượng dữ liệu lại tăng nhanh chóng Điều này đã được các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ nhận ra sớm.
Hình 1.3:Biểu đồ tăng trởng lu lợng thoại và dữ liệu
Hình 1.4:Số thuê bao Internet trên toàn thế giới
Mạng thoại, bao gồm PSTN và mạng riêng, chủ yếu hỗ trợ các ứng dụng thoại và một số ứng dụng dữ liệu với băng thông thấp (thường 64 Kbps hoặc thấp hơn) Trong khi đó, mạng dữ liệu như Internet, mạng riêng ảo và các mạng ứng dụng đặc biệt hỗ trợ đầy đủ các ứng dụng dữ liệu Sự phát triển này đã ảnh hưởng lớn đến số lượng thuê bao Internet, với phần lớn lưu lượng Internet hiện nay là thông tin từ World Wide Web, tác động đến thương mại điện tử và nhiều ứng dụng khác.
Hình 1.5: Tỉ lệ lu lợng thoại và dữ liệu từ năm 1996 - 2003
Tình hình viễn thông ở Việt Nam và sự cần thiết tiến lên mạng NGN 29 1 Sơ lợc về mạng viễn thông Việt Nam
Hạn chế của mạng viễn thông hiện tại
Hiện nay, có nhiều mạng viễn thông khác nhau cùng tồn tại, mỗi mạng yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành và bảo dưỡng riêng Điều này dẫn đến sự đa dạng trong hệ thống mạng viễn thông, nhưng cũng tạo ra nhiều nhược điểm cần được khắc phục.
• Chỉ truyền đợc các dịch vụ độc lập tơng ứng với từng mạng
Sự ra đời của công nghệ mới đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến tốc độ truyền tín hiệu, đồng thời mở ra nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa thể dự đoán Mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau, và điều này khiến mạng hiện tại khó có thể thích nghi với những yêu cầu mới.
Hệ thống hiện tại gặp khó khăn trong việc bảo trì và vận hành, đồng thời cũng không tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên Tài nguyên có sẵn trong một mạng không thể được chia sẻ cho các mạng khác, dẫn đến lãng phí và giảm hiệu quả hoạt động.
Mạng viễn thông hiện nay chủ yếu được thiết kế để khai thác dịch vụ thoại, nhưng đã phát triển đến mức cồng kềnh và tồn tại nhiều khuyết điểm Kiến trúc tổng đài độc quyền khiến các nhà khai thác phụ thuộc vào nhà cung cấp, giảm sức cạnh tranh, đặc biệt là với các nhà khai thác nhỏ, đồng thời tốn thời gian và chi phí cho việc nâng cấp phần mềm Các tổng đài chuyển mạch kênh đã hết năng lực và không đáp ứng được nhu cầu khách hàng, dẫn đến giảm lợi nhuận Sự bùng nổ lưu lượng thông tin đã chỉ ra sự kém hiệu quả của chuyển mạch kênh truyền thống, vốn chỉ hỗ trợ lưu lượng thoại đã dự đoán trước Khi lưu lượng dữ liệu vượt quá lưu lượng thoại, thường xảy ra nghẽn mạch do nguồn tài nguyên hạn chế, trong khi chuyển mạch kênh lãng phí băng thông khi không có tín hiệu truyền đi Trước tình hình phát triển hiện nay, các nhà khai thác nhận ra sự cần thiết phải hội tụ giữa mạng PSTN và PSDN, tạo ra một cơ sở hạ tầng duy nhất để cung cấp mọi dịch vụ nhằm quản lý tập trung, giảm chi phí vận hành và hỗ trợ các dịch vụ mạng hiện tại.
Trong những năm gần đây, mạng công nghệ mới sử dụng giao thức TCP/IP với chuyển mạch gói đã xuất hiện bên cạnh các mạng chuyển mạch kênh truyền thống, nhằm tối ưu hóa băng tần và cung cấp các dịch vụ tiên tiến với chất lượng cao hơn Sự phát triển mạnh mẽ về số lượng và chất lượng dịch vụ viễn thông yêu cầu phải hội tụ mọi yêu cầu dịch vụ, thay vì phân tán như hiện nay Mạng lõi NGN sẽ phục vụ cho tất cả các mạng hiện tại như PSTN, PSDN, VoIP, X25, GSM, và kết hợp với công nghệ TCP/IP cùng công nghệ truyền dẫn DWDM, sẽ cung cấp băng tần lớn hơn và chất lượng dịch vụ tốt hơn Một số hãng cung cấp sản phẩm công nghệ NGN nổi tiếng như Siemens, Alcatel, Ericsson đã triển khai công nghệ này trên toàn cầu.
Chơng 2: Mạng viễn thông thế hệ mới NGN
Định nghĩa
Mạng NGN có rất nhiều cách định nghĩa tên gọi khác nhau ví dụ nh
• Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau)
• Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lu lợng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tô)
• Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng)
Mạng nhiều lớp là một kiến trúc mạng được phân phối thành nhiều lớp độc lập, mỗi lớp có chức năng riêng nhưng vẫn hỗ trợ lẫn nhau, khác với mạng TDM mà hoạt động như một khối thống nhất.
Mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và nhà cung cấp thiết bị viễn thông đang nghiên cứu chiến lược phát triển mạng NGN, vẫn chưa có định nghĩa cụ thể và chính xác cho mạng này Định nghĩa về mạng NGN được nêu ra không thể bao hàm hết mọi chi tiết, nhưng có thể coi là khái niệm chung khi đề cập đến mạng thế hệ mới.
Mạng thông tin thế hệ mới (NGN) ra đời từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng Đây là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép triển khai dịch vụ đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu, cũng như giữa mạng cố định và di động.
Mạng thông tin thế hệ mới được xem là sự tích hợp giữa mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, và mạng chuyển mạch gói dựa trên kỹ thuật IP/ATM Nó không chỉ có khả năng truyền tải tất cả các dịch vụ của PSTN mà còn cho phép nhập một lượng dữ liệu lớn vào mạng IP, giúp giảm tải cho PSTN.
NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn kết hợp truyền dẫn quang và công nghệ gói, cũng như mạng cố định và di động Việc tận dụng tối đa lợi thế từ quá trình hội tụ này là điều cốt yếu Thêm vào đó, sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng đối với một lượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp, chủ yếu là đa phương tiện, đã không được dự liệu trong quá trình xây dựng hệ thống mạng hiện tại.
1 Nền tảng là hệ thống mạng mở
2 Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lới
3 Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhÊt
4 Là mạng có dung lợng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng tăng, có đủ dung lợng để đáp ứng nhu cầu
Do áp dụng cơ cấu mở mà:
Các khối chức năng của tổng đài truyền thống được chia thành các phần tử mạng độc lập, mỗi phần tử được phân chia theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập.
2 Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tơng ứng
Tiếp đến mạng NGN là mạng dịch vụ thúc đẩy với đặc điểm của :
• Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi
• Chia tách cuộc gọi với truyền tải
Mục tiêu chính của việc chia tách là tạo ra dịch vụ độc lập với mạng, từ đó nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong cung cấp dịch vụ Khách hàng có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình mà không cần lo lắng về mạng truyền tải và loại hình đầu cuối, giúp tăng cường tính linh hoạt trong việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng.
Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói với giao thức thống nhất, đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin hiện đại Trong những năm gần đây, sự phát triển của công nghệ IP đã dẫn đến việc tích hợp các mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp thành một mạng IP thống nhất, được gọi là dung hợp ba mạng Giao thức IP cho phép các dịch vụ dựa trên IP kết nối với nhau, tạo ra một nền tảng kỹ thuật vững chắc cho hạ tầng thông tin quốc gia (NII).
Giao thức IP đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và là nền tảng cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù vẫn còn thua kém các chuyển mạch kênh về khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ cho dữ liệu Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, nhờ vào sự phát triển của các tiêu chuẩn mở, sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này.
Hình2.1: Topo mạng thế hệ sau
Tổng quan về cấu trúc mạng NGN
Sự tiến hoá từ mạng hiện có lên mạng NGN
Mạng NGN ra đời với nhiều ưu điểm như tái kiến trúc mạng và tận dụng công nghệ để cung cấp dịch vụ mới, giúp tăng nguồn thu và giảm chi phí khai thác cho các nhà khai thác Một yếu tố quan trọng khiến mạng NGN được ưa chuộng là khả năng tương thích với các hệ thống chuyển mạch truyền thống, cho phép duy trì hoạt động trong nhiều năm tới Việc lựa chọn mạng NGN dựa trên các nguyên tắc cơ bản này.
• Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú đa dạng đa dịch vụ và đa phơng tiện
• Mạng có cấu trúc đơn giản
• Nâng cao hiệu qủa sử dụng, chất lợng mạng lới và giảm thiểu chi phí khai thác bảo dỡng
• Dễ dàng mở rộng dung lợng lợng, phát triển các dịch vụ mới
Để chuyển đổi hiệu quả từ mạng viễn thông hiện tại sang mạng thế hệ mới, cần đảm bảo độ linh hoạt, tính sẵn sàng cao và năng lực tồn tại mạnh mẽ Quá trình chuyển dịch này cần được thực hiện theo ba mức khác nhau, tập trung vào hai lớp kết nối và chuyển mạch.
Chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn là bước đầu tiên trong việc xây dựng mạng thế hệ mới Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3, đặc biệt khi lựa chọn công nghệ IP làm nền tảng cho mạng.
Công nghệ ghép kênh bớc sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở mức vật lý IP/MPLS làm nền cho lớp 3
Công nghệ ở lớp 2 phải thoả mãn
• Càng đơn giản càng tốt
• Tối u trong việc truyền tải gói dữ liệu
• Có khả năng giám sát chất lợng, giám sát lỗi và bảo vệ khôi phục mạng khi có sự cố phải tiêu chuẩn hon của công nghệ SDH/SONET
Hiện tại công nghệ RPT (Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm đáp ứng các chỉ tiêu này
Hình 2.2:Sự hội tụ giữa các mạng
Với sự phát triển của lớp truy nhập và truyền dẫn, chức năng chuyển mạch của tổng đài truyền thống đã được thay thế bằng phần mềm chuyển mạch thông minh gọi là Softswitch (hay Call Agent), giúp kết nối hiệu quả với hệ thống tổng đài chuyển mạch kênh.
Sự tiến hoá từ mạng hiện có lên mạng NGN:
Sự phát triển từ PSTN lên NGN
Hình 2.3: Mạng PSTN hiện tại
Hình 2.4:Phát triển lên NGN
Hình 2.5: Các dịch vụ khác
Hình 2.7 : Mạng tơng lai gần
Hình 2.9: Sự phát triển của mạng hữu tuyến dựa trên công nghệ IP
Con đường phát triển của các mạng hiện tại là xây dựng một mạng chuyển mạch gói bên cạnh mạng PSTN để hỗ trợ thoại và dữ liệu Để đạt được điều này, mạng chuyển mạch gói cần giao tiếp với PSTN thông qua báo hiệu SS7 Truy cập tốc độ cao sẽ được cung cấp qua các công nghệ như DSL, modem cáp, đầu cuối di động và vô tuyến băng rộng Tuy nhiên, truyền dẫn quang DWDM và PON sẽ là xu thế phát triển trong tương lai.
Thoại đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các mạng đa dịch vụ Hiện nay, nhiều thiết bị mới đang được ra mắt trên thị trường nhằm hỗ trợ điện thoại trong các mạng IP Những thiết bị này không chỉ phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng mà còn hỗ trợ cho các mạng hữu tuyến.
Cấu trúc luận lý của mạng NGN
Mạng thế hệ mới (NGN) vẫn đang trong giai đoạn phát triển và chưa có khuyến nghị chính thức nào từ Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) về cấu trúc của nó Nhiều hãng viễn thông lớn như Acatel, Ericsson, Nortel, Siemen và Lucent đã giới thiệu các mô hình cấu trúc mạng NGN khác nhau, cùng với các giải pháp mạng và sản phẩm thiết bị mới Các hãng này đã đưa ra mô hình cấu trúc tương đối rõ ràng và các giải pháp mạng cụ thể, đặc biệt là Acatel, Siemen và Ericsson.
Nhìn chung từ các mô hình này cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau:
1 Líp kÕt nèi (Access+Transport/Core)
2 Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media)
Mô hình phân lớp chức năng của NGN:
Hình 2.10: Cấu trúc mạng thế hệ sau
Nếu xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc mạng NGN còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ
Hình 2.11:Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN(Nhìn từ góc độ dịch vụ)
Hình 2.12: Cấu trúc luận lý của mạng NGN
Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu
Sự thông minh trong xử lý cuộc gọi của mạng PSTN đã được tách ra từ phần cứng ma trận chuyển mạch và hiện nay nằm trong thiết bị chuyển mạch mềm (Softswitch), hay còn gọi là bộ điều khiển cổng truyền thông (Media Gateway Controller) hoặc tác nhân cuộc gọi (Call Agent) Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong kiến trúc mạng mới, với các giao diện mở hướng tới các ứng dụng thông minh (IN Intelligent Net) và các máy chủ ứng dụng mới, giúp nhanh chóng cung cấp dịch vụ và đáp ứng nhu cầu thị trường trong thời gian ngắn.
Trong các lớp truyền thông, cổng được sử dụng để tích hợp thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói Các Media Gateway phối ghép với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RGW-Residential Gateway), mạng truy cập (AGW-Access Gateway) hoặc mạng PSTN (TGW-Trunk Gateway) Các server phương tiện cung cấp nhiều chức năng, bao gồm âm thông báo và quay số, cũng như các tính năng tiên tiến như trả lời bằng tiếng nói tương tác và chuyển đổi văn bản sang tiếng nói hoặc ngược lại.
Hệ thống chuyển mạch NGN được chia thành bốn lớp riêng biệt: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông và lớp truy cập cùng truyền tải Việc sử dụng các giao diện mở giúp tách biệt dịch vụ và truyền dẫn, cho phép nhanh chóng và dễ dàng tích hợp các dịch vụ mới Điều này mang lại lợi thế cho các nhà khai thác trong việc lựa chọn nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN.
Lớp truyền dẫn và truy cập
Lớp vật lý: Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bơc sóng quang DWDM sẽ đợc sử dụng
Truyền dẫn trên mạng lõi (Core Net) sử dụng kỹ thuật gói để cung cấp tất cả các dịch vụ, đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) phù hợp với yêu cầu của từng loại dịch vụ.
ATM hay IP/MPLS có thể đợc sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS
Mạng lõi có thể thuộc mạng MAN hay mạng đờng trục
Các Router sử dụng ở biên mạng lõi khi lu lợng lớn ngợc lại khi lu lợng thấp , Switch Router có thể đảm nhận luôn chức năng của những Router này
Các thành phần chính của mạng bao gồm các nút chuyển mạch Router (IP/ATM hoặc IP/MPLS), các chuyển mạch kênh trong mạng PSTN, và các khối chuyển mạch PLMN ở mạng đường trục Kỹ thuật truyền tải chủ yếu được sử dụng là IP hoặc IP/ATM.
Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuôc gọi
Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyến mạch
Lớp truyền dẫn hỗ trợ nhiều mức QoS cho các dịch vụ khác nhau và có khả năng lưu trữ các sự kiện mạng như kích thước gói, tốc độ gói, độ trễ, tỷ lệ mất gói và jitter trong mạng chuyển mạch gói, cũng như băng thông và độ trễ trong mạng chuyển mạch kênh TDM Lớp ứng dụng sẽ đưa ra yêu cầu về năng lực truyền tải và thực hiện các yêu cầu đó.
Trong tương lai, công nghệ truyền dẫn quang như DWDM và PON (Passive Optical Network) sẽ trở thành xu hướng chủ đạo, trong khi cáp đồng và xDSL hiện tại sẽ dần dần bị thu hẹp trên thị trường.
Vô tuyến thông tin di động công nghệ GSM – CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh
Lớp 2 và lớp 3: Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy nhập
Phần truy cập bao gồm các thiết bị truy nhập, đóng vai trò là giao diện kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng thông qua hệ thống mạng ngoại vi, bao gồm cáp đồng, cáp quang hoặc công nghệ vô tuyến.
Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD
Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập (tơng tự, số, TDM, ATM, IP…) để truy nhập vào NGN
Lớp truy nhập trong mạng NGN đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thuê bao đầu cuối với mạng đường trục thông qua cổng giao tiếp MGW Mạng NGN có khả năng tương tác với nhiều thiết bị đầu cuối, bao gồm cả thiết bị chuẩn và không chuẩn, như 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 và VoIP.
Thành phần : Thiết bị ở lớp truyền thông là các cổng truyền thông (MG- Media Gateway) bao gồm:
Cổng truy nhập AG (Access Gateway) đóng vai trò kết nối mạng lõi với mạng truy nhập, trong khi cổng RG (Residential Gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà.
Các cổng giao tiếp: TG (Trunk Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng PSTN/ISDN WG (Wireless Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng mạng di động…
Lớp truyền thông có khả năng tương thích với nhiều kỹ thuật truy nhập khác nhau, bao gồm cả chuyển mạch gói IP và ATM trong mạng đường trục Chức năng chính của lớp này là chuyển đổi các loại môi trường như PSTN, Frame Relay, LAN và vô tuyến sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi, và ngược lại.
T×m hiÓu chi tiÕt vÒ Media Gateway Controller
Trong mạng NGN, MGC (Media Gateway Controller) là thành phần cốt lõi, có khả năng kết nối nhiều loại thông tin trên một hạ tầng duy nhất MGC thực hiện chức năng này nhờ vào phần mềm điều khiển thế hệ mới, được gọi là chuyển mạch mềm (Softswitch).
Trong tương lai, mạng thế hệ mới sẽ hoàn toàn dựa trên hạ tầng chuyển mạch gói, do đó việc chuyển đổi từ mạng viễn thông hiện tại sang mạng mới sẽ trải qua nhiều giai đoạn Mặc dù PSTN vẫn hoạt động hiệu quả với độ tin cậy cao (99.999%), việc chuyển đổi toàn bộ mạng truy cập và mạng lõi của PSTN sang mạng gói là một quá trình tốn kém Để tận dụng những ưu điểm của cả PSTN và mạng chuyển mạch gói, cấu hình mạng NGN sẽ bao gồm cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.
Tổng đài lớp 5 hay tổng đài nội hạt sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh (Circuit Switched local Exchange) trong mạng PSTN Phần mềm điều khiển xử lý cuộc gọi là phần phức tạp nhất, chạy trên bộ xử lý chuyên dụng tích hợp với phần cứng chuyển mạch kênh Sự phụ thuộc của phần mềm vào phần cứng gây khó khăn cho việc tích hợp giữa mạng PSTN và mạng chuyển mạch gói, đặc biệt trong việc xây dựng mạng NGN dựa trên chuyển mạch gói.
Hình 2.19:Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN
Một giải pháp khả thi là phát triển thiết bị lai (Hybrid device) cho phép chuyển mạch thoại ở cả hai hình thức kênh và gói, kết hợp với phần mềm xử lý cuộc gọi Việc này được thực hiện bằng cách tách biệt chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức năng chuyển mạch vật lý.
MGC, hay còn gọi là thiết bị chuyển mạch mềm Softswitch, đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý cuộc gọi trong mạng NGN.
2.2.4.1 Khái niệm chuyển mạch mềm:
Hiện nay có rất nhiều khái niệm về chuyển mạch mềm tỳ thuộc vào từng hãng khác nhau
Theo Mobile IN, Softswitch là ý tưởng tách phần cứng khỏi phần mềm mạng, đóng vai trò quan trọng trong mạng NGN Nortel cho rằng Softswitch là phần mềm mở, có khả năng thực hiện các chức năng thông tin phân tán trên môi trường máy tính mở, đồng thời tích hợp thông tin thoại, dữ liệu và video Nó cũng có khả năng phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau Copper Com cho biết Softswitch đại diện cho một phương pháp mới trong chuyển mạch thoại, giúp khắc phục những hạn chế của các tổng đài nội hạt truyền thống.
Khái niệm chuyển mạch mềm đề cập đến phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch, cho phép truyền tải nhiều loại thông tin thông qua các giao thức khác nhau.
Chức năng xử lý cuộc gọi bao gồm định tuyến cuộc gọi và quản lý, xác định vầ thực thi các đặc tính cuộc gọi
Chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng phương tiện (Media Gateway - MG), trong khi việc xử lý cuộc gọi thuộc về bộ điều khiển cổng phương tiện (Media Gateway Controller - MGC).
Có thể thấy rằng việc tách 2 chức năng trên là một giải pháp tốt bởi vì:
Giải pháp phần mềm chung cho việc xử lý cuộc gọi cho phép cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm mạng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, phù hợp với các dạng gói và môi trường truyền dẫn đa dạng.
Hệ điều hành và môi trường máy tính tiêu chuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy phát triển và ứng dụng phần mềm xử lý cuộc gọi, giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí.
Các phần mềm thông minh của nhà cung cấp dịch vụ cho phép điều khiển từ xa thiết bị chuyển mạch tại trụ sở khách hàng, điều này đóng vai trò quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của mạng trong tương lai.
2.2.4.2 Vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng của
Softswitch đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý cuộc gọi, nằm trong lớp điều khiển cuộc gọi và báo hiệu (Call Control and Signalling Layer) của mô hình phân lớp chức năng của NGN Các thực thể chức năng của Softswitch bao gồm MGC-F, CA-F, IW-F, RF và A-F.
Hình 2.20:Vị trí chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng NGN
2.2.4.3 Thành phần chính của chuyển mạch mềm
The main component of a Softswitch is the Media Gateway Controller (MGC), which is essential for its operation Additionally, other supporting elements include the Signalling Gateway (SG), Media Gateway (MG), Media Server (MS), Application Server (AS), and Feature Server (FS).
The Media Gateway is a component located on the Media Server layer, while the Signalling Gateway operates at the same level as the Media Gateway Controller (MGC) Additionally, the Media Server and Application Server are positioned on the upper layers, specifically within the Application and Service Layer.
Hình 2.21:Kết nối MGC với các thành phần khác trong mạng NGN
Các thiết bị trong mạng IP bao gồm Router và các chuyển mạch thuộc mạng Backbone, chịu trách nhiệm truyền tải các gói tin Ngược lại, mạng không IP (Non IP network) bao gồm các thiết bị đầu cuối không thuộc mạng IP, cũng như các mạng vô tuyến không dây Ví dụ về các thiết bị đầu cuối không thuộc mạng IP là thiết bị đầu cuối ISDN và IAD (Integrated Access Device) cho mạng DSL.
Một Media Controller Gateway có thể quản lý nhiều Media Gateway Và một Media gateway có thể nối đến nhiều loại khác nhau
Các thông số ảnh hởng đến QoS của VoIP
TrÔ do CODEC
Mỗi thuật giải nén đều có độ trễ liên quan, và chức năng này được thực hiện tại Gateway Việc lựa chọn kỹ thuật CODEC có thể giúp giảm độ trễ, nhưng có thể ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ và băng thông sử dụng Bảng dưới đây trình bày một số thông số của các kỹ thuật CODEC.
Trễ do đóng gói
Kích thước gói ảnh hưởng đến độ trễ trong mạng IP, vì vậy cần cân nhắc giữa độ trễ và băng thông khi chọn kích thước gói Để tối ưu hóa chi phí sử dụng mạng, mẫu thoại nhận từ TDM không được gửi ngay lập tức sau mỗi 125 ms mà được tích lũy trong vài mili giây trước khi được gửi đi trong gói.
IP có khả năng giảm độ trễ chỉ vài mili giây, nhưng việc lãng phí băng thông do tiêu đề cho mỗi gói tin thoại trong VoIP là khá lớn, lên tới 40 byte cho mỗi gói Theo chuẩn G.729, mỗi mẫu âm thanh kéo dài 10 ms.
Thông số này đợc thiết kế cho một mạng phải chọn lựa nhằm mục đích tối u cho mạng giữa băng thông và độ trễ
Trễ trên hàng đợi
Trễ trên hàng đợi là thời gian mà một gói dữ liệu phải chờ trong hàng đợi trước khi được gửi đi, phụ thuộc vào lưu lượng mạng và có thể dao động từ 0 giây (khi không có nghẽn) đến tổng thời gian truyền các gói trước đó (khi có nghẽn) Thành phần trễ này khó xác định và phụ thuộc vào cấu hình mạng cũng như cơ chế quản lý hàng đợi trên thiết bị chuyển mạch Nó cũng là yếu tố chính gây ra Jitter gói Để giảm thiểu trễ này trong mạng phục vụ dịch vụ thoại, bộ đệm của router cần được tối ưu hóa để tránh tình trạng các gói chờ quá lâu, đảm bảo đáp ứng yêu cầu thời gian thực của dịch vụ thoại.
TrÔ chuyÓn tiÕp
Trễ chuyển tiếp là khoảng thời gian từ khi router nhận gói dữ liệu đến khi gói được chuyển tiếp lên cổng giao tiếp Thông thường, thời gian trễ này là 10 ms cho các router biên và 1 ms cho các router lõi, tùy thuộc vào bộ chuyển mạch định tuyến mà thời gian xử lý có thể khác nhau.
TrÔ do truyÒn dÉn
Trễ do truyền dẫn là thời gian cần thiết để gói dữ liệu di chuyển qua môi trường truyền vật lý Trong các mạng truyền dẫn hiện nay, chủ yếu sử dụng công nghệ truyền dẫn quang, tốc độ truyền dẫn trên sợi quang thường đạt khoảng 60% so với tốc độ ánh sáng Trong khi đó, với cáp đồng, tốc độ truyền dẫn cao hơn, đạt khoảng 75% tốc độ ánh sáng.
TrÔ nèi tiÕp
Thời gian trễ tổng cộng của các bit trong gói khi router truyền dữ liệu lên đường truyền phụ thuộc vào kích thước gói và tốc độ của cổng kết nối Thông số này có thể được mô tả qua các yếu tố liên quan.
Để tối ưu hóa bốn thông số trễ cuối cùng trong mạng, việc thiết kế mạng cần chú trọng vào việc giảm số lượng router mà các gói tin phải đi qua từ các đầu cuối.
Trễ trong bộ đệm Jitter
Do tính chất của mạng gói, các gói dữ liệu được truyền qua các đường khác nhau, dẫn đến thời gian chờ khác nhau tại các thiết bị chuyển mạch Khi đến đích, các gói dữ liệu không đều và thứ tự bị xáo trộn so với dữ liệu gốc Bộ đệm jitter được sử dụng để khắc phục hiện tượng này.
Hình 3.2 : Mô hình bộ đệm Jitter.
Jitter gói (Trễ do biến động mạng)
Độ trễ trong VoIP đề cập đến thời gian mà các gói dữ liệu thoại phải di chuyển trên mạng, trong khi jitter liên quan đến sự đều đặn giữa các gói dữ liệu tại đầu nhận Tại đầu phát, các gói thoại được gửi với tốc độ cố định, nhưng do tính chất của mạng IP, độ trễ của các gói không đồng nhất Điều này dẫn đến việc các gói được gửi đều đặn nhưng khi nhận lại có tốc độ thay đổi, ảnh hưởng đến quá trình giải nén Hiện tượng jitter xuất hiện do sự không nhất quán trong thời gian truyền tải của các gói dữ liệu.
• Các gói IP gửi đi trên các đờng khác nhau, và có độ dài khác nhau
• Các gói IP phải nằm trên hàng đợi với thời gian khác nhau (tuỳ thuộc vào lu lợng mạng)
Jitter được xác định dựa trên khoảng thời gian giữa các gói dữ liệu nhận thành công Hai thông số quan trọng liên quan đến Jitter là thời gian trung bình giữa các gói nhận và độ lệch chuẩn của chúng Trong một mạng ổn định, thời gian trung bình giữa các gói nhận sẽ tương ứng với thời gian phát ra từ nguồn dữ liệu, trong khi độ lệch giữa các gói sẽ ở mức thấp.
Khi xác đinh jitter có ba vấn đề cần lu ý:
• Thứ tự gói bị sai
Trong các kỹ thuật CODEC, việc triệt bỏ khoảng lặng có thể giảm đáng kể thời lượng gói tin gửi đi, tiết kiệm từ 35% đến 50% băng thông Các gói RTP ngay sau khoảng lặng được đánh dấu, giúp xác định các khoảng lặng tại đầu cuối một cách hiệu quả.
Hiện tượng mất gói xảy ra khi khoảng thời gian giữa hai gói lớn, nhưng có thể xác định nhờ vào chỉ số thứ tự gói trên mào đầu RTP Khi các gói nhận được không đúng thứ tự, đây cũng là một trường hợp của Jitter Ví dụ, nếu gói đầu tiên được gửi đi với thời gian 0ms và nhận được sau 100ms, trong khi gói thứ hai được gửi đi tại thời điểm 20ms, điều này minh họa rõ ràng cho hiện tượng này.
Trong quá trình truyền dữ liệu, gói thứ ba được gửi sau 140 ms nhưng nhận được tại 120 ms, cho thấy rằng các gói nhận vẫn tuân theo khoảng thời gian chuẩn nhưng không theo thứ tự Để sắp xếp lại các gói đúng thứ tự, cần dựa vào chỉ số gói Để đảm bảo việc sắp xếp các gói dữ liệu thành công, bộ đệm jitter cần phải đủ lớn.
MÊt gãi
Mất gói là hiện tượng phổ biến trong mạng gói, ảnh hưởng lớn đến chất lượng dịch vụ, đặc biệt là với VoIP, nơi các gói thoại RTP được truyền tải qua lớp UDP Do tính chất thời gian thực của thoại, các gói mất không thể được gửi lại Tỉ lệ mất gói chấp nhận được thường khoảng 5% Nguyên nhân gây mất gói có thể do nhiều yếu tố, trong đó có việc mất kết nối vật lý.
Hình 3.5 : Mất gói do mất kết nối vật lý
Gói dữ liệu bị sai do nhiễu hoặc do lỗi trong truyền dẫn và bị phát hiện trong trờng sửa sai, gói này bị loại bỏ.
Xảy ra tắc nghẽn mạng, bộ đệm bị tràn
Hình 3.7: Bộ đệm bị tràn
Mất gói do sai thứ tự gói xảy ra tại Gateway, khi các gói thoại truyền qua mạng độc lập, dẫn đến việc các gói có thể đến đích không theo thứ tự Bộ đệm jitter được sử dụng để giảm tỷ lệ xáo trộn gói, tuy nhiên, khi mạng bị tắc nghẽn, độ lệch giữa các gói có thể gia tăng đáng kể.
Hình 3 8 : Mất gói do gói bị loại bỏ
Một số chức năng hỗ trợ CODEC cho phép khắc phục tình trạng mất gói đơn lẻ bằng cách thay thế gói bị mất bằng gói trước đó hoặc tín hiệu nhiễu nền, giúp người nghe không nhận ra dữ liệu đã bị mất.
Vấn đề mất gói trở nên phức tạp khi không chỉ có gói đơn lẻ bị mất mà còn xảy ra hiện tượng mất gói liên tiếp, với tỷ lệ mất gói vượt ngưỡng cho phép (5%) Đối với một số kỹ thuật CODEC sử dụng nén, hiện tượng này có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng tín hiệu sau khi giải nén.
Khởi tạo cuộc gọi trong VoIP
Cấu trúc chức năng của mạng VoIP trên NGN
Cho đến nay, VoIP trên mạng thế hệ sau vẫn là một xu hướng phát triển mới mẻ và chưa có khuyến nghị chính thức nào từ Liên minh Viễn thông Thế giới (ITU) về cấu trúc của nó Nhiều hãng viễn thông lớn như Alcatel, Ericsson, Nortel, Siemens, Lucent và NEC đã đưa ra các mô hình cấu trúc mạng khác nhau.
Bên cạnh việc phát triển nhiều mô hình cấu trúc mạng đa dạng, các giải pháp mạng cũng đi kèm với các sản phẩm thiết bị mới Từ những mô hình này, cấu trúc mạng mới thường có những đặc điểm chung, bao gồm các mặt bằng chức năng quan trọng.
• ứng dụng và dịch vụ (Application and Service)
• Báo hiệu và điềukhiển (Signaling & Control)
Hiện nay, thành phần điều khiển trong các mặt bằng chức năng đang trở nên phức tạp với nhiều loại giao thức khác nhau Vấn đề tương thích giữa các thiết bị của các hãng là một mối quan tâm lớn đối với nhiều nhà khai thác.
Mô hình phân lớp mặt bằng chức năng của mạng VoIP
Hình 3.9: Mô hình chức năng của mạng VoIP
Mô hình chức năng của mạng VoIP phân chia rõ rệt các chức năng của các phần tử trong mạng Mạng VoIP được chia thành 4 thành phần chức năng chính, giúp tối ưu hóa hiệu suất và quản lý thông tin liên lạc.
Vận chuyển, điều khiển và báo hiệu cuộc gọi, dịch vụ và ứng dụng, cùng với quản lý, là các chức năng được phân chia rõ ràng trong hệ thống.
Chức năng truyền tải (Transportation)
Truyền tải trong mạng VoIP đảm nhiệm vai trò quan trọng trong việc vận chuyển các thông điệp, bao gồm thông điệp báo hiệu cuộc gọi, thông điệp khởi tạo và thông điệp thông tin Nguyên lý truyền tải này áp dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để đảm bảo tính tương thích và hiệu quả cho từng loại thông tin ứng dụng.
Lớp truyền tải có khả năng hỗ trợ truy xuất báo hiệu cho các mạng bên ngoài và các cổng kết cuối đến mạng VoIP Các thiết bị trong khối chức năng truyền tải thường được điều khiển bởi khối chức năng điều khiển và báo hiệu Lớp truyền tải được chia thành ba miền: miền truyền tải IP, miền liên mạng và miền truy cập phi.
IP (Non-IP access domain)
Miền truyền tải IP cung cấp khả năng truyền tải cho mạng lõi, bao gồm chuyển mạch và định tuyến để truyền tải gói tin qua mạng VoIP Các thiết bị chính trong miền này bao gồm bộ định tuyến (Router) và bộ chuyển mạch (Switch) Ngoài ra, các công cụ hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) và các chính sách mạng cũng được triển khai trong miền này.
Các công cụ trong miền liên mạng đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải thông tin báo hiệu và dữ liệu từ các mạng bên ngoài vào mạng VoIP Chúng bao gồm các thiết bị như cổng báo hiệu (Signaling Gateway), cổng thông tin (Media Gateway) và cổng liên mạng (Interworking Gateway), giúp đảm bảo tính tương thích và hiệu quả trong quá trình giao tiếp.
MiÒn truy cËp phi IP
Miền truy cập phi IP là ứng dụng cơ bản cho các cổng phi IP và mạng không dây để kết nối với mạng VoIP Các thiết bị liên quan bao gồm cổng truy cập (Access Gateway), cổng kết nối với thuê bao (Residential Gateway), cổng ISDN và thiết bị truy cập tích hợp (Integrated Access Device - IAD) cho mạng DSL.
Chức năng điều khiển và báo hiệu cuộc gọi
Chức năng báo hiệu và điều khiển cuộc gọi là những yếu tố quan trọng trong mạng VoIP, đặc biệt trong việc truyền tải Các công cụ và chức năng trong phần điều khiển mạng sử dụng thông điệp báo hiệu từ chức năng vận chuyển để quản lý thiết lập và giải phóng kết nối Trong khối này có thể bao gồm Gateway Controller và Gatekeeper Ứng dụng và dịch vụ cung cấp các chức năng logic để thực hiện nhiều ứng dụng trên mạng VoIP, điều khiển quá trình cuộc gọi thông qua việc trao đổi thông tin với khối điều khiển và báo hiệu Các thiết bị như Application Server và Feature Server cũng nằm trong khối này, đồng thời có thể điều khiển các thành phần quan trọng như Media Server, IVR và bộ xử lý tone.
Lớp quản lý là một thành phần quan trọng trong cấu trúc mạng viễn thông, bao gồm từ lớp kết nối đến lớp ứng dụng Tại đây, người dùng có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, đồng thời theo dõi và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động Cần lưu ý rằng chức năng quản lý khác biệt với chức năng điều khiển, mỗi chức năng đều có vai trò riêng trong việc đảm bảo hiệu quả hoạt động của mạng.
Mô hình chức năng của mạng VoIP phân chia rõ ràng các chức năng của các phần tử trong mạng, bao gồm bốn thành phần chính: Vận chuyển (Transport), điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control & Signaling), quản lý (Management), và dịch vụ cùng ứng dụng (Service & Application).
Cấu trúc vật lý của mạng VoIP trên NGN
Trong cấu trúc vật lý của mạng VoIP trên NGN rất là phức tạp, có thể chia ra làm hai thành phần chính: mạng truy cập và mạng lõi
Hình 3.10 : Kết nối cho mạng truy nhập
Mạng truy cập đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thuê bao đầu cuối với mạng trục thông qua các cổng giao tiếp thích hợp Để hoạt động hiệu quả, mạng truy cập cần đảm bảo tính ổn định, độ tin cậy và khả năng mở rộng, nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của người dùng.
• Khả năng đáp ứng cho nhiều mạng truy cập khác nhau
• Dễ dàng triển khai các kỹ thuật truy cập mới mà không làm thay đổi kién trúc mạng hiện tại
• Có khả năng đáp ứng cho mật độ truy cập cao
Các cổng giao tiếp thờng đợc sử dụng để kết nối mạng:
• Trunk Gateway kết nối mạng lõi với mạng PSTN, GSM, ISDN cho việc chuyển đổi định dạng dữ liệu giao tiếp với mạng IP
• Access Gateway có chức năng giao tiếp giã mạng IP và mạng truy cập hữu tuyến hoặc vô tuyến, cung cấp khả năng truy cập cho PSTN, GSM, ISDN
• Signaling Gateway chuyển đổi giao tiếp báo hiệu giữa các mạng PSTN, GSM, ISDN với mạng IP thông qua MGC
Mạng lõi sử dụng kỹ thuật gói để cung cấp dịch vụ với chất lượng dịch vụ (QoS) tùy chỉnh cho từng loại dịch vụ Cấu trúc mạng IP được chia thành hai phần: mạng biên với các router biên và mạng lõi với các router lõi, giúp nâng cao khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ Mạng biên hoạt động trên nền tảng IP, trong khi mạng lõi sử dụng công nghệ MPLS Đối với mạng truyền dẫn quang, kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất truyền tải.
MGC trong mạng thực hiện các chức năng MGC-F, R-F và A-F, bao gồm việc kết cuối toàn bộ các báo hiệu và thực hiện báo hiệu liên mạng MGC cũng có vai trò điều khiển Trunk Gateway, Resident Gateway và International Gateway để cấp phát tài nguyên Đặc biệt, MGC giao tiếp với các MGC khác thông qua các giao thức như SIP, H.323 và Q.BICC.
Chất lợng dịch vụ cho VoIP trên NGN
Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort)
Dịch vụ trên Internet thường tuân theo nguyên tắc "Đến trước phục vụ trước", điều này gây khó khăn cho việc hỗ trợ các dịch vụ yêu cầu độ trễ thấp như video hay thời gian thực Hầu hết các dịch vụ hiện tại vẫn áp dụng nguyên tắc Best Effort, dẫn đến việc chất lượng dịch vụ thoại không được đảm bảo theo yêu cầu.
Dịch vụ tích hợp (IntService)
Trong hệ thống dịch vụ tích hợp, chất lượng dịch vụ (QoS) tập trung vào việc phân phối các gói dịch vụ trong mạng, đáp ứng các thông số quan trọng như băng thông, độ trễ gói và tỉ lệ mất gói, nhằm đảm bảo QoS cho các yêu cầu ứng dụng.
Hình 3.12 : Mô hình họat động của IntServ
Trong mô hình Intserv của IETF, việc phân bổ băng thông trong mạng cần được đảm bảo để quản lý lưu thông hiệu quả Phương pháp dịch vụ tích hợp (Integrated Service) dựa trên nguyên lý chấp nhận điều khiển, với mô hình Intserv yêu cầu đăng ký riêng tài nguyên mạng Bằng cách giữ trước tài nguyên mạng, Intserv xác định các yêu cầu về QoS của ứng dụng nhằm cung cấp tài nguyên cho các dịch vụ thời gian thực, đảm bảo độ trễ thấp.
Giao thức thiết lập Setup cho phép máy chủ và router dự trữ tài nguyên mạng để xử lý yêu cầu từ các đường lưu lượng riêng, trong đó RSVP và Q.2391 là những ví dụ tiêu biểu Đặc tính luồng xác định chất lượng dịch vụ QoS cho các luồng cụ thể, với luồng được định nghĩa là tập hợp các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS Nguyên tắc này bao gồm việc xác định băng thông tối thiểu mà mạng cần cung cấp để đảm bảo QoS cho các luồng yêu cầu Điều khiển lưu lượng trong các thiết bị mạng như máy chủ, router và switch bao gồm các thành phần cần thiết để hỗ trợ QoS, có thể được khai báo bởi giao thức RSVP hoặc thông qua nhân công Thành phần điều khiển lưu lượng cũng bao gồm việc xác định khả năng của các thiết bị mạng trong việc hỗ trợ QoS theo yêu cầu.
Thiết bị phân loại: (Classifier): nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ trên nội dung của một số trờng nhất định trong mào đầu gói
Thiết bị phân phối (Scheduler): cung cấp các mức chất lợng dịch vụ QoS qua kênh ra của thiết bị mạng
Các mức chất lợng dịch vụ cung cấp bởi Intserv gồm:
Dịch vụ kiểm soát tải cung cấp băng thông ổn định hơn so với dịch vụ Best Effort, không làm giảm chất lượng đáng kể khi lưu lượng mạng tăng cao Đây là
Mô hình hoạt động Intserv được minh họa trong Hình 3.14, cho thấy cách người gửi mô tả các yêu cầu và đặc tính của dòng lưu lượng đến mạng Mạng sẽ chỉ chấp nhận yêu cầu này nếu có đủ tài nguyên Khi đăng ký được thiết lập đến điểm cuối, các ứng dụng sẽ được gửi theo đường dẫn đã được chấp nhận của mạng.
u và nhợc điẻm của Intserv
u điểm : với kỹ thuật đăng ký giữ trớc tài nguyên trên mạng Intserv đảm bảo QoS cho từ đầu cuối đến đầu cuối rất tôt
Nhược điểm của việc sử dụng môi trường dữ liệu từ đầu cuối đến đầu cuối là cần phải có đường báo hiệu riêng biệt, điều này trở nên phức tạp khi quy mô mạng lớn, khiến việc báo hiệu theo từng luồng trở nên khó khăn.
Mô hình QoS của DiffServ áp dụng nguyên tắc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại ứng dụng để cung cấp dịch vụ ưu tiên trên mạng IP Hiện nay, IETF đã thành lập một nhóm làm việc DiffServ nhằm phát triển các tiêu chuẩn RFC liên quan đến DiffServ Mô hình này hỗ trợ DiffServ trong các mạng nhỏ.
Hình 3.15 : Mô hình DiffServ cho router lõi
Nguyên tắc cơ bản của DiffServ là định nghĩa một số lượng nhỏ các lớp dịch vụ và phân bổ tài nguyên mạng cho từng lớp đó Mục tiêu là giảm thiểu việc sử dụng giao thức báo hiệu cho từng luồng ứng dụng, bằng cách đánh dấu trực tiếp các gói dữ liệu.
Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng lõi vào các lớp dịch vụ
Các thiết bị chuyển mạch, router trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo nội dung của các bit đã đợc đánh dấu trong mào đầu của gói
Các nút mạng biên có chức năng khác biệt so với các nút mạng lõi bên trong, thực hiện phân lớp gói và điều kiện lưu lượng Tại đây, các gói được sắp xếp vào các lớp chuyển tiếp khác nhau, nhằm kiểm tra luồng lưu lượng theo đúng yêu cầu dịch vụ.
Các gói không được sắp xếp vào các lớp sẽ bị rớt Trong nút mạng lõi, quá trình chuyển tiếp gói dựa vào các lớp chuyển tiếp được gán trong tiêu đề gói.
Hoạt động cơ bản của Diffserv dựa vào Class of Service (CoS) và việc vận hành từng chặng Quản lý dịch vụ được thực hiện trên từng chặng và tương ứng với từng CoS đã được định nghĩa trước CoS được xác định trong Behavior Aggregate (BA) và Ordered Aggregate (OA), trong đó BA là các giá trị yêu cầu ưu tiên cho việc rớt gói, còn OA là giá trị dùng để phân loại và bao gồm nhiều giá trị cho mục đích đánh rớt gói Sự phân chia các lớp ở từng chặng (PSC) được định nghĩa dựa trên OA và chỉ liên quan đến việc phân chia theo loại lưu lượng.
Hình 3.16 : CÊu trúc ToS trong gói IP
Mô hình DiffServ sử dụng 8 bit trong trường ToS (Type of Service) của tiêu đề IP, trong đó bao gồm 3 bit để xác định độ ưu tiên lưu lượng, 3 bit cho độ ưu tiên của loại dịch vụ, và 2 bit không được sử dụng thường được gán giá trị 0.
Sáu bit đầu tiên trong trờng ToS đợc gọi là DSCP (Differential Service Code Point) và giá trị trong trờng DSCP đợc dùng dành riêng cho
The BA and IETF have established 14 Per Hop Behaviors (PHB), which include 1 Expedited Forwarding (EF-PHB) designed for services requiring low latency, jitter, and packet loss, typically associated with voice services Additionally, there are 12 Assured Forwarding (AF-PHB) classes, divided into 4 Priority Subclasses (PSC), each containing 3 levels of priority, alongside 1 Best Effort PHB.
EF-PHB, được định nghĩa theo IETF trong RFC3246, là một phương pháp phù hợp cho thoại, video và một số dịch vụ thời gian thực khác Với độ ưu tiên hàng đợi cao hơn tất cả các lớp lưu lượng khác, EF-PHB đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt hơn Đặc biệt, độ nghẽn của lưu lượng EF thường không vượt quá 30%.
Một số thuật toán cho quản lý tắc nghẽn trên hàng đợi
Giải pháp quản lý hàng đợi trên Router giúp sắp xếp lưu lượng và xác định phương thức ưu tiên cho gói dữ liệu trong hàng đợi.
Router kết nối vật lý và yêu cầu giải pháp hàng đợi phải đảm bảo phục vụ tất cả các ứng dụng trong trường hợp xảy ra tắc nghẽn.
Hìmh 3.18 : Mô hình cho quản lý hàng đợi của PQ
PQ là giải pháp tối ưu cho việc đảm bảo lưu lượng có độ ưu tiên cao, đặc biệt cho các ứng dụng yêu cầu đáp ứng thời gian thực như thoại và truyền hình hội nghị Các ứng dụng này được sắp xếp vào hàng đợi cao nhất, giúp cải thiện hiệu suất Hơn nữa, PQ cho phép cài đặt mức ưu tiên linh hoạt dựa trên giao thức mạng, loại giao tiếp, kích thước gói tin và theo ToS.
Trong hệ thống PQ, các hàng đợi được phân chia thành 4 mức ưu tiên: cao, trung bình, bình thường và thấp Trong quá trình truyền tải, các hàng đợi có độ ưu tiên cao sẽ được phục vụ trước một cách tuyệt đối so với các hàng đợi có mức độ ưu tiên thấp hơn.
Giải pháp này đảm bảo rằng dữ liệu thoại được xếp vào hàng đợi với độ ưu tiên cao nhất Khi sử dụng PQ, lưu lượng ứng dụng có độ ưu tiên cao lớn có thể dẫn đến tình trạng nghẽn cho các ứng dụng có độ ưu tiên thấp.
CQ đợc thiết kế cho phép các ứng dụng khác nhau chia sẻ tài nguyên
Giải pháp kết nối theo yêu cầu về băng thông độ trễ cho phép phân chia băng thông tùy theo nhu cầu của từng ứng dụng Trong trường hợp tắc nghẽn, CQ sẽ ưu tiên giải quyết lưu lượng cho từng ứng dụng bằng cách cấp phát băng thông ngay tại thời điểm đó Khi không có tắc nghẽn, băng thông sẽ được phân bổ cho các ứng dụng khác theo nhu cầu, với các hàng đợi được phục vụ theo cơ chế xoay vòng.
Hình 3.19 : Mô hình cho quản lý hàng đợi của CQ
Thuật toán quản lý hàng đợi CS có khả năng xử lý đồng thời 17 hàng đợi Thiết bị định tuyến phục vụ các hàng đợi theo cơ chế xoay vòng, đồng thời ưu tiên phục vụ các hàng đợi dựa trên trọng số của độ ưu tiên.
Thuật toán này giúp các ứng dụng duy trì băng thông ổn định ngay cả khi xảy ra tắc nghẽn Để tối ưu hóa việc cấp phát băng thông, người quản trị mạng cần nắm rõ tỷ lệ lưu lượng của từng ứng dụng.
WFQ đảm bảo không thiếu băng thông cho các ứng dụng khác nhau bằng cách phân chia băng thông cho các hàng đợi, tương tự như TDM Tuy nhiên, WFQ linh hoạt hơn nhờ vào khả năng cập nhật động; khi một ứng dụng không sử dụng băng thông, lượng băng thông đó sẽ được phân bổ cho các ứng dụng còn lại.
Giải pháp này không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu thời gian thực như thoại và video khi số lượng dịch vụ lớn, dẫn đến việc không đảm bảo độ ổn định và chất lượng dịch vụ.
Ưu tiên cho lưu lượng thoại là điều cần thiết, đặc biệt khi thuật toán này chỉ phù hợp với các giao tiếp có tốc độ thấp, dưới 2 Mb/s Mô hình hoạt động của thuật toán được minh họa rõ ràng trong hình vẽ kèm theo.
Hình 3.20: Mô hình cho quản lý hàng đợi của WFQ
So sánh IntServ và DiffServ
IntServ DiffServ Đảm bảo cho lớp dịch vụ khác nhau
Từ đầu cuối đến đầu cuối Đảm bảo nội bộ
Mức độ mềm dẻo Bị giới hạn bởi số luồng dữ liệu
Giới hạn bởi số lớp dịch vụ
Quản lý mạng Tương tự như chuyển mạch kênh
Tương tự như chuyển mạch gói IP thông thường
Bảng 3.21 : So sánh IntServ và DiffServ
Một số hạn chế trong mạng IP
Chuyển mạch theo địa chỉ IP gây ra trễ lớn trong việc truyền gói, với thời gian chuyển tiếp khoảng 10ms Mặc dù Diffserv phân lớp và chuyển tiếp gói theo cơ chế ưu tiên, nhưng không đảm bảo chất lượng end-to-end cho gói Khi lưu lượng mạng tăng cao, hiện tượng jitter có thể xảy ra, dẫn đến mất thứ tự gói và không đảm bảo yêu cầu chất lượng cho thoại.
Hình 3.23 : Tr ễ gói khi bị tắc nghẽn tại một nút mạng
Hai kỹ thuật hỗ trợ QoS cho mạng IP là Intserv và DiffServ Intserv phù hợp với mạng truy cập có nhu cầu luồng thấp, trong khi DiffServ có khả năng đáp ứng cho mạng lõi nhỏ Mô hình ứng dụng cho mạng "Pure IP" có thể được mô tả một cách đơn giản như sau:
Hình 3.24 : Mô hình mạng IP (Pure IP).
Sử dụng IP/MPLS kết hợp Diffserv và MPLS-TE
Diffserv trong MPLS
Nguyên tắc hỗ trợ Diffserv trong MPLS được mô tả trong RFC 3270, với thách thức đầu tiên là các LSR chỉ quyết định việc chuyển tiếp gói dựa trên nhãn chèn mà không tính đến PHB Để khắc phục vấn đề này, việc gán 3 bit EXP trong mào đầu của MPLS được thực hiện nhằm mang thông tin Diffserv trong mạng MPLS.
Giải pháp này cho phép chèn thông tin PHB vào mào đầu MPLS, tuy nhiên, có một vấn đề phát sinh: trong khi DSCP có 6 bit, thì EXP chỉ có 3 bit.
3 bit Có hai giải pháp thực hiện cho việc chuyển đổi
Giải pháp cho mạng hỗ trợ dưới 8 PHB bao gồm việc gán trực tiếp một DSCP vào EXP tương ứng, với mỗi EXP đại diện cho một PHB cụ thể Trong quá trình chuyển đổi gói, nhãn sẽ xác định hướng chuyển tiếp gói, trong khi EXP sẽ đảm bảo việc nhận diện đúng PHB.
H ×nh 3.25 : Sắp xếp DSCP vào EXP trong E -LSP.
Các bit EXP trong MPLS có thể được thiết lập dựa trên DSCP trong tiêu đề IP hoặc theo yêu cầu của quản lý mạng Các LSP được thiết lập cho PHB dựa trên EXP được gọi là E-LSP, cho phép truyền tải đến 8 PHB trên một LSP.
Giải pháp thứ hai hỗ trợ cho mạng có khả năng đáp ứng cho nhiều hơn
8 PHB, với 3 bit EXP không có khả năng phân biệt PHB, trong trờng hợp này sử dụng
Hinh 3.27 : Sắp xếp DSCP vào EXP trong L - LSP
Sử dụng thêm trường nhãn kết hợp với EXP bit trong quá trình chuyển tiếp gói, giúp xác định việc chuyển tiếp và ưu tiên LSP EXP chứa thông tin về độ ưu tiên của gói gán trên LSP, từ đó PHB được xác định dựa trên cả nhãn và EXP bit Các LSP thiết lập sử dụng thông tin PHB trên nhãn được gọi là L-LSP, có khả năng mang một hoặc nhiều PHB mà chúng có chung.
‘Scheduleing’ nhng khác nhau độ u tiên rớt gói
Mỗi giải pháp cho LSP đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng E-LSP, mặc dù có nguyên lý vận hành đơn giản, nhưng không đảm bảo khả năng cung cấp nhiều lớp dịch vụ Điều này có thể dẫn đến tình trạng thiếu băng thông cho các ứng dụng yêu cầu QoS cao khi chạy trên cùng một LSP.
Giải pháp E-LSP yêu cầu thiết lập cơ chế quản lý hàng đợi riêng biệt cho từng lớp dịch vụ trên cùng một LSP Mô hình quản lý hàng đợi cho các router lõi trong E-LSP được đơn giản hóa nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo chất lượng dịch vụ.
Hình 3.29 : Mô hình quản lý hàng đợi
L-LSP có nguyên lý vận hành phức tạp hơn E-LSP, nhưng lại hỗ trợ ưu tiên cho các LSP, thiết lập lớp ứng dụng theo yêu cầu QoS, từ đó mang lại khả năng đáp ứng mềm dẻo hơn và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng.
Kỹ thuật lu lợng trong MPLS (MPLS- TE)
Kỹ thuật lưu lượng được sử dụng để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng hiệu quả hơn bằng cách phân bổ lưu lượng lên các kết nối vật lý giữa các nút mạng Quá trình này bao gồm việc tính toán đường dẫn từ nguồn đến đích cho luồng lưu lượng; khi đường dẫn được thiết lập, lưu lượng sẽ được chuyển tải qua đó Đây là một yếu tố quan trọng mà giao thức IP không thực hiện được MPLS hỗ trợ kỹ thuật điều khiển lưu lượng thông qua khả năng quản lý các LSP.
MPLS-TE giới thiệu khái niệm độ ưu tiên cho các LSP, nhằm đánh dấu những LSP quan trọng cần QoS cao như độ trễ và jitter thấp Quá trình thực hiện yêu cầu rằng khi không có LSP ưu tiên cao, tài nguyên mạng sẽ được cấp phát cho LSP có độ ưu tiên thấp hơn Các LSP ưu tiên cao khi thiết lập phải có đường dẫn tối ưu nhất tại thời điểm đó Trong trường hợp cần định tuyến lại, các LSP ưu tiên cao sẽ có cơ hội thiết lập trước.
TE đa ra 8 mức u tiên cho các LSP, độ u tiên cao nhất là 0, và thấp nhất là
7 Trong mức u tiên có hai giá trị u tiên kết hợp lại: Độ u tiên thiết lập LSP và độ u tiên cho lu giữ LSP đã thiết lập u tiên thiết lập điều khiển cho quá trình truy cập tài nguyên còn hiện diện, u tiên lu giữ điều khiển việc lu giữ tài nguyên hiện đang có của LSP Tại thời điểm thiết lập LSP khi tài nguyên hiện diện không còn đáp ứng đợc theo yêu cầu thì độ u tiên thiết lập LSP so sánh với độ u tiên các LSP khác đang chiếm giữ, và có thể chiếm tài nguyên khi nó có độ u tiên cao hơn
Mục đích của điều khiển lưu lượng là xác định một tuyến đường trong mạng dựa trên các tham số ràng buộc như băng thông yêu cầu cho LSP, số nút mạng mà lưu lượng đã đi qua (để tránh định tuyến vòng), và mức ưu tiên so với các LSP khác.
Khi thiết lập LSP, cần đảm bảo các thông số ràng buộc được cập nhật tại từng nút mạng và được quảng bá trên toàn mạng Mỗi nút sẽ cập nhật thông số này cho tất cả các kết nối trong mạng.
Hình 3.30 : Luồng gói được hỗ trợ MPLS -TE
Mô hình ứng dụng này trên mạng không hỗ trợ MPLS-TE dẫn đến việc gói được định tuyến theo đường ngắn nhất, gây ra tắc nghẽn mạng khi lưu lượng đột biến Điều này làm giảm hiệu quả sử dụng băng thông khi mạng phải xử lý lưu lượng cao.
Khi mạng được hỗ trợ MPLS TE, đường dẫn được chọn do băng thông tại LSR2 không đủ đáp ứng QoS yêu cầu Mô hình này có khả năng chống tắc nghẽn khi lưu lượng mạng đột biến và sử dụng băng thông hiệu quả hơn Tuy nhiên, mô hình này không hỗ trợ Diffserv, dẫn đến khả năng không đáp ứng QoS cho từng ứng dụng yêu cầu QoS khác nhau.
Mô hình ứng dụng thứ hai, được cải thiện từ mô hình đầu tiên, hỗ trợ thêm Diffserv, cho phép LSR 4 đáp ứng băng thông cho các lớp dịch vụ khác nhau Tuy nhiên, dịch vụ voice không đáp ứng được QoS yêu cầu, vì vậy cần thiết lập một L LSP riêng theo đường LSR2 Trong trường hợp băng thông không đủ để thiết lập LSP cho tất cả các lớp dịch vụ từ LSR1 đến LSR5, việc phân chia lớp dịch vụ voice giúp giảm yêu cầu băng thông, từ đó có thể đáp ứng yêu cầu thiết lập cho dịch vụ này Đây là một trong những ưu điểm nổi bật của L-LSP.
Hình 3.31 : Mô hình hỗ trợ MPLS với DiffServ
Với giải pháp dùng MPLS sẽ cải thiện hơn so vói mạng IP:
- Giảm đợc thời gian chuyển tiếp gói ở các bộ địnhtuyến ở lõi mạng
Để tránh mất gói và giảm thời gian trễ trên bộ đệm jitter, việc áp dụng kỹ thuật IP/MPLS là rất quan trọng Ví dụ đơn giản về kỹ thuật này có thể giúp hiểu rõ hơn cách thức hoạt động và lợi ích của nó trong việc cải thiện chất lượng dịch vụ mạng.
Hình 3.32: Ví dụ về sử dụng IP/MPLS
Trong hệ thống mạng với 5 nút A, B, C, D và E, các đường dẫn được phân loại thành sơ cấp (Primary LSP), vòng (Detour LSP) và thứ cấp (Secondary LSP) Lưu lượng từ A đến E chủ yếu qua B và D bằng đường dẫn sơ cấp, trong khi LSP thứ cấp từ A đến E qua C có thể được báo hiệu trước hoặc không Khi xảy ra sự cố mất kết nối giữa D và E, nút D sẽ kích hoạt thuật toán FRR, thông báo cho A và B, đồng thời chuyển hướng lưu lượng qua đường dẫn vòng D-C-E Quá trình này diễn ra nhanh chóng, thường trong dưới 50ms, và khi LSP thứ cấp được thiết lập, lưu lượng sẽ được chuyển mạch theo LSP mới mà không còn sử dụng đường dẫn vòng.
Kết luận và thảo luận
Qua quá trình nghiên cứu, tôi đã hiểu rõ hơn về mạng thế hệ mới NGN và xu hướng phát triển tất yếu của ngành viễn thông toàn cầu Sự hội tụ của tất cả dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất giúp các nhà cung cấp giảm thiểu nhân lực vận hành, đồng thời nâng cao chất lượng quản lý dịch vụ.
Sự tiện ích trong dịch vụ viễn thông ngày càng được nâng cao nhờ công nghệ chuyển mạch IP/MPLS, cho phép khách hàng sử dụng các dịch vụ chất lượng cao như tin nhắn thoại, xem phim, video và định vị GPS chỉ với một thiết bị nhỏ gọn Công nghệ này, dựa trên mạng truyền dẫn DWDM/SONET, đáp ứng đầy đủ các tính năng và tiêu chí kỹ thuật của dịch vụ viễn thông Chuyển mạch MPLS kết hợp giữa IP và ATM mang lại tốc độ truyền tải cao, tỷ lệ lỗi bít thấp, và khả năng định tuyến linh động, giảm thiểu tắc nghẽn và độ trễ, từ đó nâng cao chất lượng mạng, đặc biệt cho các dịch vụ thời gian thực như thoại và video.
Mặc dù có nhiều dịch vụ gia tăng hiện nay, dịch vụ thoại truyền thống, đặc biệt là thoại đường dài, vẫn mang lại doanh thu cao nhất Do đó, chất lượng dịch vụ thoại qua công nghệ chuyển mạch mới MPLS/IP (VoIP) là mối quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu và nhà cung cấp dịch vụ toàn cầu Mạng MPLS/IP xuất phát từ mạng truyền tải dữ liệu không thời gian thực và có độ trễ cao, với nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền thông như trễ mạng, tổn thất gói và biến động trễ Điều này khiến mạng chuyển mạch không phù hợp với dịch vụ thoại, khi khách hàng đã quen với mạng truyền thống có độ trễ thấp và tính chính xác cao.
Hạn chế về chất lượng dịch vụ của mạng MPLS/IP hiện nay đang trở thành thách thức lớn đối với các ứng dụng thông tin đa phương tiện thời gian thực.
Để tận dụng các ưu điểm của mạng chuyển mạch MPLS/IP, cần khắc phục những nhược điểm liên quan đến xử lý tín hiệu nguồn, truyền tải và xử lý tín hiệu tại đầu thu.