ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM “TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN” CHƯƠNG 1 pot

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM “TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN” Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 1.1. SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGN 1.1.1. Sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN Có một điều rõ ràng là thị trường thông tin đang thay đổi một cách nhanh chóng. Sự thay đổi này không chỉ liên quan đến các nhà sản xuất, các nhà nghiên cứu thị trường viễn thông mà còn tới nhiều đối tượng trong các lĩnh vực khác nhau của xã hội. Phương thức mà con người trao đổi thông tin, giao tiếp với nhau, kinh doanh với nhau đang dần dần được thay đổi cùng với những thay đổi của nền công nghiệp viễn thông. Các đường dây điện thoại không chỉ còn mang thông tin thoại mà còn truyền cả số liệu và video. Thông tin thoại, số liệu, fax, video và các dịch vụ khác đang được cung cấp tới các đầu cuối là máy điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân, các máy móc tự động…với các yêu cầu về chất lượng dịch vụ từ phía người sử dụng ngày càng cao. Lưu lượng thông tin số liệu đã vượt xa lưu lượng thông tin thoại và vẫn tăng không ngừng với tốc độ gấp 10 lần tốc độ tăng của lưu lượng thông tin thoại. Chuyển mạch kênh, vốn là đặc trưng của mạng PSTN truyền thống trong suốt thế kỷ qua đang nhường bước cho chuyển mạch gói trong mạng thế hệ sau vì không còn thích hợp nữa và tỏ ra có nhiều nhược điểm đối với các dịch vụ phi thoại:  Sử dụng băng tần không linh hoạt.  Lãng phí tài nguyên hệ thống.  Không có cơ chế phát hiện và sửa lỗi.  Hiệu năng sử dụng không cao Để thoả mãn nhu cầu của khách hàng, đồng nghĩa với việc gia tăng lợi nhuận, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông yêu cầu những giải pháp công nghệ mới thay thế (hoặc bổ sung) cho mạng PSTN. Cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách hàng, công nghệ chuyển mạch gói cũng góp phần đưa ngành công nghiệp viễn thông chuyển sang một thời kỳ mới. Công nghệ chuyển mạch gói đưa ra các giải pháp chuyển giao thông tin dưới dạng các gói tin theo phương thức hướng kết nối hay phi kết nối trên các kênh ảo. Mạng chuyển mạch gói có thể được xây dựng theo các giao thức khác nhau: X25, IP, trong đó giao thức IP là giao thức đang được quan tâm nhiều nhất. Mạng chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP được coi là giải pháp công nghệ đáp ứng được sự gia tăng nhu cầu của khách hàng. Với khả năng của mình, các dạng lưu lượng khác nhau được xử lý hoàn toàn trong suốt trong mạng IP, điều này cho phép mạng IP có khả năng cung cấp các loại dịch vụ phong phú và đa dạng, bao gồm cả các dịch vụ đa phương tiện chứ không riêng gì các dịch vụ thoại. Như vậy, để dáp ứng các yêu cầu đặt ra, các nhà quản trị mạng có 2 sự lựa chọn, hoặc là xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới cho mạng IP hoặc là xây dựng một mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên hạ tầng mạng PSTN hiện có. Hạ tầng mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế chỉ trong một sớm, một chiều và vì thế phương án thứ hai là sự lựa chọn đúng đắn – đó là mạng thế hệ sau NGN – Next Generation Network. Như vậy mạng thế hệ sau (NGN: Next Generation Network) đã được hình thành, đó không phải là một cuộc cách mạng mà là một bước phát triển. 1.1.2. Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển theo hàm số mũ của nhu cầu truyền dẫn dữ liệu và các dịch vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ. Các hệ thống mạng công cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, truyền dữ liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng lấn, tách rời được triển khai để đáp ứng những yêu cầu của chúng. Do vậy, một sự chuyển đổi sang hệ thống mạng chuyển mạch gói tập trung là không thể tránh khỏi khi mà dữ liệu thay thế vị trí của thoại và trở thành nguồn tạo ra lợi nhuận chính. Cùng với sự bùng nổ Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả năng mạng thế hệ mới sẽ dựa trên giao thức IP. Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ quan trọng và do đó, những thay đổi này dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lượng cao qua IP. Ngoài những động lực về mặt kỹ thuật thì trong khía cạnh kinh doanh cũng có các động lực dẫn tới sự ra đời của mạng NGN: a. Cải thiện chi phí đầu tư Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống được cải tiến chậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính. Các chuyển mạch kênh này hiện đang chiếm phần lớn trong cơ sở hạ tầng PSTN. Tuy nhiên chúng chưa thật sự tối ưu cho mạng truyền số liệu. Kết quả là ngày càng có nhiều dòng lưu lượng số liệu trên mạng PSTN đến mạng Internet và sẽ xuất hiện một giải pháp với định hướng số liệu làm trọng tâm để thiết kế mạng chuyển mạch tương lai, nền tảng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhà khai thác lựa chọn nhà cung cấp có hiệu quả nhất cho từng lớp mạng của họ. Truyền tải dựa trên gói cho phép phân bổ băng tần linh hoạt, loại bỏ nhu cầu nhóm trung kế kích thước cố định cho thoại, nhờ đó giúp các nhà khai thác quản lý mạng dễ dàng hơn, nâng cấp một cách hiệu quả phần mềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệ thống. b. Xu thế đổi mới viễn thông Khác với khía cạnh kỹ thuật, quá trình giải thể đang ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách thức hoạt động của các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới. Xuyên suốt quá trình được gọi là “mạch vòng nội hạt không trọn gói”, các luật lệ của chính phủ trên toàn thế giới đã ép buộc các nhà khai thác lớn phải mở cửa để các công ty mới tham gia thị trường cạnh tranh. Trên quan điểm chuyển mạch, các nhà cung cấp thay thế phải có khả năng giành được khách hàng địa phương nhờ đầu tư trực tiếp vào “những dặm cuối cùng” của đường cáp đồng. Điều này dẫn đến việc gia tăng cạnh tranh. Các mạng NGN thực sự phù hợp để hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình được luật pháp cho phép khai thác. c. Các nguồn doanh thu mới Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và xuất hiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại. Kết quả là phần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh của họ dưới ánh sáng của các dự báo này. Cùng lúc đó, các nhà khai thác mới sẽ tìm kiếm mô hình kinh doanh mới cho phép họ nắm lấy thị phần, mang lại lợi nhuận cao hơn trên thị trường viễn thông. Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các dịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video. 1.2. KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN 1.2.1. Khái niệm Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như:  Mạng đa dịch vụ : cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau.  Mạng hội tụ : hỗ trợ dịch vụ thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ.  Mạng phân phối : phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng.  Mạng nhiều lớp : tổ chức nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau. 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. Song vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho mạng NGN. Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạng thế hệ mới nhưng là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN. Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động. Hình 1.1. Mạng hợp nhất Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM và 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 có thể cung cấp cho mạng IP một lượng lưu lượng dữ liệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng 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. Vấn đề cốt lõi ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này. Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một khối lượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn trong số đó không được dự tính khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay. 1.2.2. Các đặc điểm của mạng NGN Mạng NGN có bốn đặc điểm chính:  Nền tảng là hệ thống mạng mở.  Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới.  Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất.  Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu. Trước hết, do áp dụng cơ cấu mở mà: Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập. Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng. Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới. Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện nối thông giữa các mạng có cấu hình khác nhau. 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 chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng, thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ. Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối. Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao. Thứ ba, NGN là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất. Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin. Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi là “dung hợp ba mạng”. Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia. Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn ở thế bất lợi so với các chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu. Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này. 1.3. KIẾN TRÚC MẠNG NGN 1.3.1. Kiến trúc chức năng của mạng NGN Hiện nay chưa có một khuyến nghị chính thức nào của ITU-T về kiến trúc NGN. Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình kiến trúc NGN như Alcatel, Siemens, NEC, Lucent, Ericsson,…và kèm theo là các giải pháp mạng cùng các sản phẩm thiết bị mới. Từ các mô hình này, kiến trúc NGN có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau:  Lớp kết nối (truy nhập, truyền tải/lõi).  Lớp trung gian (truyền thông).  Lớp điều khiển.  Lớp quản lý. Trong các lớp trên, lớp điều khiển là phức tạp nhất với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang được các nhà khai thác quan tâm. Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN: Hình 1.2. Cấu trúc mạng NGN (góc độ mạng) Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ, mô hình cấu trúc NGN còn có thêm lớp ứng dụng/dịch vụ. Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng/dịch vụ. Hình 1.3. Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ) Phân tích: Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho thoại và dữ liệu. Các khối trong tổng đài hiện nay được phân chia thành các lớp mạng riêng lẻ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn. Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch PSTN thực chất đã được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch. Sự thông minh đó nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm (softswitch) hay bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (Media Gateway Controller) hay tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mới. Các giao diện mở hướng tới các ứng dụng mạng thông minh (IN – Intelligent Network) và các máy chủ ứng dụng (Aplication Server) mới tạo điều kiện dễ dàng cho việc cung cấp dịch vụ và đảm bảo đưa ra thị trường trong thời gian ngắn. Tại lớp trung gian (truyền thông), các cổng phương tiện (MG) được đưa vào sử dụng để thích ứng thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói. Các MG này được sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RG – Residential Gateway), hoặc với các mạng truy nhập (AG – Access Gateway), hoặc với mạng PSTN (TGW – Trunk Gateway). Các máy chủ phương tiện đặc biệt thực hiện nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như cung cấp các âm quay số hoặc bản tin thông báo. Ngoài ra, chúng còn có các chức năng tiên tiến hơn như: trả lời bằng tiếng nói tương tác và biến đổi văn bản sang tiếng nói hoặc ngược lại. [...]... đổi các thông tin báo hiệu và điều khiển đó được quy định trong các giao thức báo hiệu và điều khiển được sử dụng trong mạng Về cơ bản, trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển sau:  H.323  SIP  BICC  SIGTRAN  MGCP, MEGACO/H.248 Các giao thức này có thể phân thành 2 loại: các giao thức ngang hàng (H.323, SIP, BICC) và các giao thức chủ tớ (MGCP, MEGACO/H.248) như trong hình 1. 11 Sự... THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN Kiến trúc của mạng NGN là kiến trúc phân tán vì thế mà các chức năng báo hiệu và xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi,…được thực hiện bởi các thiết bị nằm phân tán trong cấu hình mạng Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo hiệu và diều khiển được với nhau Cách thức. .. Record)  Điều khiển quản lý băng thông Hình 1. 9 Các chức năng của MGC b Các giao thức MGC có thể sử dụng  Giao thức thiết lập cuộc gọi: H.323, SIP  Giao thức điều khiển MG: MGCP, MEGACO/H.248  Giao thức điều khiển SG: SIGTRAN (SS7)  Giao thức truyền thông tin: RTP, RCTP Hình 1. 10 Ví dụ sử dụng MGC 1. 4.3 Signalling Gateway (SG) SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được... các nút được quản lý bởi chuyển mạch mềm trong mạng IP SG làm cho chuyển mạch mềm giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7 Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu SG có các chức năng sau:  Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu  Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP  Cung cấp đường thoại, dữ liệu và các dạng thông tin khác 1. 4.4 Hệ thống thiết bị truyền tải ... mạch mềm Hình 1. 9 trình bày kết nối của MGC với các thành phần khác của mạng NGN  MGC điều khiển xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện truyền thông MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi Ngoài ra còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS  MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN, SS7, mạng IP Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng. .. dẫn quang dung lượng lớn lớp dưới (SDH, DWDM, SONET) 1. 4.5 Hệ thống thiết bị truy nhập  Hỗ trợ toàn bộ các giao diện truy nhập phía xa như VoDSL, ADSL/SDSL, ISDN – BA,.v.v và tách riêng các ứng dụng thoại và truyền số liệu đưa vào các mạng đường trục riêng biệt (mạng TDM và mạng lõi NGN)  Cung cấp các loại cổng truy nhập khác nhau như: POTS, VoIP, IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động,… 1. 5 CÁC GIAO THỨC... được hiểu rõ là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải là mạng hoàn toàn mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN, người ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa 1. 4 CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG NGN Xét cấu trúc tổng thể cho mạng NGN theo MSF: Hình 1. 7 Kiến trúc... tái tạo tín hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF,… MG có các chức năng sau:  Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức thời gian thực (RTP – Real Time Protocol)  Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP) dưới sự điều khiển của MGC Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này  Hỗ trợ các giao thức đã có như loop – start, ground – start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1  Quản lý... Quản lý tài nguyên và kết nối T1  Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP  Có phần mềm MG dự phòng  Cho phép khả năng mở rộng MG về: cổng (port), cards, các nút, mà không làm thay đổi các thành phần khác Hình 1. 8 Cấu trúc của MG 1. 4.2 Media Gateway Controller (MGC)  MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm, và cũng thường được gọi là Call Agent hay Bộ điều khiển cổng (Gateway... bản giữa hai cách tiếp cận này là ở chỗ “khả năng thông minh” (intelligent) được phân bổ như thế nào giữa các thiết bị biên của mạng và các server Sự lựa chọn cách nào là phụ thuộc vào chi phí hệ thống, triển khai dịch vụ, độ khả thi Một giải pháp tổng thể sử dụng ưu điểm của cả hai cách tiếp cận nên được xem xét Sự so sánh giữa hai cách tiếp cận này được trình bày trong bảng 1. 1 Trong các chương sau . ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM “TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN” Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 1. 1. SỰ RA ĐỜI VÀ CÁC ĐỘNG LỰC THÚC. và điều khiển đó được quy định trong các giao thức báo hiệu và điều khiển được sử dụng trong mạng. Về cơ bản, trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển sau:  H.323  SIP  BICC. sánh giữa hai cách tiếp cận này được trình bày trong bảng 1. 1. Trong các chương sau sẽ trình bày một cách chi tiết về các giao thức báo hiệu và điều khiển này. Lưu đồ tiến trình cuộc gọi trong