Luận văn tốt nghiệp: Mạng viễn thông thế hệ mới NGN và giải pháp cho việc phát triển mạng NGN

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 7 Chương 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 8 1.1. Sơ lược mạng viễn thông truyền thống 8 1.1.1. Khái niệm 8 1.1.2. Đặc điểm và những hạn chế của mạng viễn thông truyền thống 10 1.1.3. Xu hướng và nhu cầu phát triển mạng viễn thông thế hệ mới NGN 11 1.2. Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network) 12 1.2.1. Khái niệm 12 1.2.2. Đặc điểm 13 1.2.3. Công nghệ trong mạng thế hệ mới 13 1.2.4. Các công nghệ nền tảng cho mạng NGN 14 1.2.4.1. IP 14 1.2.4.2. ATM 15 1.2.4.3. IP OVER ATM 15 1.2.4.4. MPLS 15 Chương 2: CẤU TRÚC MẠNG THẾ HỆ MỚI 16 2.1. Cấu trúc luận lý (cấu trúc chức năng) 16 2.1.1. Mô hình phân lớp chức năng 16 2.1.2. Phân tích các lớp chức năng 18 2.2 Cấu trúc vật lý 20 2.2.1 Media Gateway (MG) 21 2.2.2 Media Gateway Controller (MGC) 22 2.2.3 Signalling Gateway (SG) 23 2.2.4 Media Server (MS) 23 2.2.5 Application Server 24 2.3. Các giao thức và chuẩn trong mạng NGN 24 2.3.1. SIP 25 2.3.2. H.323 27 2.3.3. SIGTRAN 30 2.3.4. MGCB 31 2.3.5. Megaco/ H248 32 Chương 3: DỊCH VỤ TRONG MẠNG NGN 33 3.1. Giới thiệu chung về dịch vụ NGN 33 3.2. Nhu cầu NGN của các nhà cung cấp dịch vụ 34 3.3. Yêu cầu của khách hàng 36 3.4. Dịch vụ mạng NGN 36 3.4.1. Xu hướng các dịch vụ tương lai 36 3.4.2. Các đặc trưng dịch vụ mạng NGN 37 3.4.3. Các dịch vụ chính trong mạng thế hệ mới NGN 39 3.5. Kiến trúc dịch vụ NGN 44 3.5.1. Kiến trúc phân lớp 46 3.5.2. Giao diện dịch vụ mở API 47 3.5.3. Mạng thông minh phân tán 48 3.6. Các vấn đề về dịch vụ 48 3.6.1. Bảo mật 48 3.6.2. Chất lượng QoS 51 Chương 4: CHIẾN LƯỢC PHÁT TRIỂN NGN 57 4.1. Nguyên tắc triển khai mạng NGN 57 4.2. Giải pháp phát triển của các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau 58 4.2.1. Giải pháp xây dựng mạng NGN trên cơ sở mạng hiện tại 59 4.2.1.1 Nội dung giải pháp 59 4.2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm 60 4.2.2. Giải pháp xây dựng hoàn toàn mới 60 4.2.2.1 Nội dung giải pháp 60 4.2.2.2 Ưu điểm và nhược điểm 60 4.3. Giải pháp của các hãng 61 4.3.1 Mô hình NGN của Alcatel 61 4.3.2. Mô hình NGN của Ericsson 62 4.3.3. Mô hình NGN của Siemens 64 4.3.4. Xu hướng phát triển NGN của Lucent 66 4.3.5. Xu hướng phát triển NGN của NEC 67 4.4. Kiến trúc IMS và Softswitching 68 4.4.1. IP Multimeida Subsystem (IMS) 68 4.4.2 Softswitching 69 4.4.3 So sánh IMS và Softswtching 69 4.5. Triển khai mô hình mạng NGN ứng dụng giải pháp IMS 70 4.5.1. Mô hình 71 4.5.2. Lớp ứng dụng: mô phỏng IPTV 72 4.5.3. Lớp điều khiển: openimscore 73 4.5.4. Lớp truyền tải: MPLS 74 4.5.5. Lớp truy nhập: Client 74 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường thuê bao số không đối xứng API Application Programming interface Giao diện lập trình ứng dụng ARPU Average Revenue Per User Doanh thu trung bình của một khách hàng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ CPE Customer Premise Equipment Thiết bị thuê bao đầu cuối HDSL High Bit Rate Subscriber Line Đường thuê bao tốc độ cao ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức ICMP IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện các nhà kỹ thuật điện và điện tử IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức quốc tế cho kỹ thuật internet IMS IP Multimedia Subsystem Kiến trúc trong mạng NGN IP Internet Protocol Giao thức liên mạng IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức Internet ISDN Intergrated Service Digital Network Mạng số tích hợp dịch vụ ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ internet ITU-T International Telecommunica Union – Telecommunication Hiệp hội viễn thông quốc tế MEGACO Media Gateway Control Giao thức điều khiển cổng thiết bị MG Media Gateway Cổng chuyển đổi phương tiện MGC Media Gateway Controller Thiết bị điều khiên MG MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển các Gateway MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng thiết bị MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau PSDN Public Switching Data Network mạng chuyển mạch số liệu công cộng PSTN Publish Switching Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAS Remote Access Server Máy chủ truy nhập từ xa RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giành trước tài nguyên (hỗ trợ QoS) SDH Synchronous Digital Hierarchy phân - cấp số đồng bộ SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SIP Sesion Initial Protocol Giao thức khởi tạo phiên SS7 Signalling System No7 Hệ thống báo hiệu số 7 SVC Switch Virtual Circuit Kênh ảo có chuyển mạch TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia thời gian UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người sử dụng VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WDM Wavelegnth Division Multiplexing ghép kênh phân chia theo bước sóng DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc mạng phân cấp 9 Hình 1.2 : Các thành phần chính của mạng viễn thông 10 Hình 1.3: TOPO mạng thế hệ sau 13 Hình 2.1: Cấu trúc mạng NGN góc độ mạng 17 Hình 2.2: Cấu trúc mạng NGN góc độ dịch vụ 17 Hình 2.3: Cấu trúc luận lý NGN 18 Hinh 2.4: Cấu trúc vật lý mạng NGN 21 Hình 2.5: Các giao thức bao hiệu tương ứng trên các thiết bị NGN 25 Hình 2.6: Proxy Server 26 Hình 2.7: Redirect Server 27 Hình 2.9: Chức năng của một Gatakeeper 29 Hình 2.10: Mô hình giao thức SIGTRAN 30 Hình 2.11: Mô hình giao thức SIGTRAN 31 Hình 3.1: Cấu trúc NGN dạng module 34 Hình 3.2: Một số dịch vụ NGN điển hình 41 Hình 3.3: Cấu trúc mạng đa dịch vụ (từ góc độ mạng) 44 Hình 3.4: Cấu trúc chức năng lớp ứng dụng 45 Hình 3.5: Mô hình cấu trúc vật lí 1 46 Hình 3.6: Mô hình cấu trúc vật lí 2 46 Hình 3.7: Kiến trúc phân lớp/ Giao diện dịch vụ mở 47 Hình 3.8: Biện pháp chống lại các nguy cơ 51 Hình 3.9: Các kỹ thuật QoS trong mạng IP 52 Hình 3.10: Mô hình dịch vụ IntServ 53 Hình 3.11: Mô hình DiffServ tại biên và lõi mạng 56 Hình 4.1: Xu hường phát triển mạng và dịch vụ dựa trên mạng hiện tại 58 Hình 4.2: Xu hướng phát triển mạng và dịch vụ theo quan điểm xây dựng một mạng hoàn toàn mới 58 Hình 4.3: Mô hình của Alcatel 61 Hình 4.4: Mô hình NGN của Ericsson 62 Hinh 4.5: Mô hình của Siements 65 Hình 4.6: Mô hình của NEC 67 Hình 4.7: Mô hình NGN ứng dụng giải pháp IMS 71 Hình 4.8: Mô hình IPTV Server 73 LỜI MỞ ĐẦU Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin liên lạc càng cao và nhu cầu ấy đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống con người. Hiện tại và trong thời gian tới, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ gia tăng như: thoại, dữ liệu, hình ảnh với chất lượng cao ngày một tăng. Để đáp ứng yêu cầu trên, các nhà cung cấp dịch vụ không chỉ quan tâm đến phát triển dịch vụ mà còn phải xây dựng, củng cố và tối ưu hóa hạ tầng lẫn dịch vụ. Song song đó, nhà khai thác phải nghiên cứu tìm ra một công nghệ thế hệ mới có kiến trúc linh hoạt, tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại, đáp ứng đa công nghệ, đa giao thức, đa truy cập, đa phương tiện truyền thông và đa dịch vụ… Trước yêu cầu đó, mạng viễn thông thế hệ sau (Next Generation Networks) ra đời được xem là một giải pháp thỏa mãn tất cả các điều kiện kể trên cho một mạng tương lai. NGN (Next Generation Network) là mạng thế hệ sau không phải là mạng hoàn toàn mới, nó hội tụ 3 mạng: mạng thoại, mạng không dây, mạng số liệu vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới. NGN có khả năng làm nền tảng cho việc triển khai nhiều loại hình dịch vụ mới trong tương lai một các nhanh chóng, không phân biệt ranh giới các nhà cung cấp dịch vụ (dịch vụ độc lập với hạ tầng mạng) nhờ các đặc điểm: băng thông lớn, tương thích đa nhà cung cấp thiết bị, tương thích với các mạng cũ… Đồng hành với xây dựng mạng NGN, một loạt các dịch vụ với các kiến trúc khác nhau cũng dần được triển khai nhằm cung cấp nhiều dịch vụ tiện ích cho người dùng. Mạng NGN ra đời và đã được phát triển ở nhiều nước trên thế giới và tại Việt Nam, Tổng Công ty Bưu Chính Viễn Thông Việt Nam (VNPT) đã triển khai mạng NGN bắt đầu năm 2003. Trong đồ án tốt nghiệp này, với đề tài “Mạng viễn thông thế hệ mới NGN và giải pháp cho việc phát triển mạng NGN” chúng em sẽ tìm hiểu cấu trúc, giao thức và các dịch vụ trong mạng NGN cũng như sự phát triển mạng NGN trên thế giới. Luận văn tốt nghiệp này giúp các nhà khai thác mạng viễn thông xây dựng hạ tầng mạng chung, thống nhất nhằm giảm chi phí đầu tư chi phí vận hành, đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng dịch vụ trong tương lai. Đồ án tốt nghiệp này gồm 4 chương Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ mới, những hạn chế của mạng viễn thông truyền thống và xu hướng phát triển mạng NGN Chương 2: Tìm hiểu cấu trúc vật lý và luận lý , các giao thức và chuẩn Chương 3: Giới thiệu về dịch vụ trong mạng NGN, kiến trúc dịch vụ cũng như những vấn đề bảo mật trong mạng NGN Chương 4: Chiến lược phát triển mạng NGN, giải pháp phát triển của các hãng. So sánh kiến trúc IMS và Softswitching. Triển khai một mô hình NGN ứng dụng kiến trúc IMS. Do giới hạn trong một đồ án tốt nghiệp đại học chỉ mang tính chất nghiên cứu nên chúng em không có nhiều cơ hội tiếp xúc thực tế cũng như còn thiếu kinh nghiệm khi bước vào nghiên cứu một vần đề công nghệ mới, nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được nhiều sự góp ý từ các thầy cô và các bạn cũng như từ những người nghiên cứu về mạng NGN. Chương 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 1.1. Sơ lược mạng viễn thông truyền thống 1.1.1. Khái niệm Mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn. Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyễn dẫn tạo thành các cấp mạng khác nhau. Hình 1.1: Cấu trúc mạng phân cấp Trong mạng truyền thống gồm có 5 nút • Nút cấp 1: Trung tâm chuyển mạch quá giang quốc tế • Nút cấp 2: Trung tâm chuyển mạch quá giang đường dài • Nút cấp 3: Trung tâm chuyển mạch quá giang nội hạt • Nút cấp 4: Trung tâm chuyển mạch nội hạt • Nút cấp 5: Trung tâm chuyển mạch từ xa Mạng viễn thông truyền thống được chia thành nhiều loại. Đó là mạng lưới , mắc sao, mạng tổng hợp, mạng vòng kín và mạng thang. Các loại mạng này có ưu điểm và nhược điểm khác nhau để phù hợp với các đặc điểm của từng vùng địa lý ( trung tâm, hải đảo , biên giới…) hay vùng lưu lượng (lưu thoại cao, thấp, …) Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyễn dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối Hình 1.2 : Các thành phần chính của mạng viễn thông 1.1.2. Đặc điểm và những hạn chế của mạng viễn thông truyền thống Các mạng viễn thông truyền thống có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó. Mỗi mạng lại được thiết kế dịch vụ riêng biệt để và không thể sử dụng mục đích khác. Cấu trúc của mạng viễn thông truyền thống khá phức tạp. Một số mạng điển hình đang khai thác :  PSTN (Publish Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại công cộng. PSTN phục vụ thoại bao gồm các tổng đài tương ứng với từng cấp. Hiện mạng này đang được nâng cấp ở các tổng đài trung tâm cũng như phía đầu cuối khách hàng … để có thể khai thác thêm một số dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng này. Đây là một mạng rất phức tạp, rất cũ và rất rộng nhưng đóng vai trò rất lớn trong viễn thông.  ISDN (Intergrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp dịch vụ. ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng. Nó có nhiều cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào hiện trạng mạng viễn thông từng nơi. ISDN cung cấp nhiều kiểu kết nối với các tốc độ đáp ứng khác nhau do vậy có thể triển khai thêm một số dịch vụ mới so với PSTN tuy nhiên mạng này cũng không đủ khả năng thích ứng với sự phát triển của các loại hình dịch vụ ngày nay. [...]... có và nhu cầu dịch vụ trong tương lai, khắc phục những hạn chế bất cập còn tồn tại ở mạng viễn thông truyền thống, việc phát triển một mạng thế hệ mới là cần thiết Và mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network) đã giải quyết được những yêu cầu trên 1.2 Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network) 1.2.1 Khái niệm Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói có khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông và. .. dịch vụ mới Đầu tư cho mạng PSTN lớn Giới hạn trong việc phát triển mạng Không đáp ứng được sự tăng trưởng nhanh của các dịch vụ dữ liệu 1.1.3 Xu hướng và nhu cầu phát triển mạng viễn thông thế hệ mới NGN Trong tình trạng bùng nổ thông tin như ngày nay và sự phát triển nhanh chóng của các phương thức truy nhập băng thông rộng cho ta thấy nhiều vấn đề bất cập của mạng viễn thông truyền thống Công nghệ chuyển... hoặc xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động 2.2 Cấu trúc vật lý Mạng NGN cần được hiểu rõ là mạng thế hệ tiếp theo chứ không phải là mạng hoàn toàn mới. Vì vậy khi xây dựng mạng viển thông theo hướng NGN, ta phải chú ý đến sự kết nối giữa mạng truyền thống và mạng thế hệ mới, tận dụng tối đa các thiết bị viễn thông hiện... thuận lợi cho khai thác điều hành và quản lí Các tuyến truyền dẫn SDH hiện có và đang được tiếp tục triển khai rộng rãi trên mạng viễn thông là sự phát triển đúng hướng theo cấu trúc mạng mới. Cần tiếp tục phát triển các hệ thống truyền dẫn công nghệ SDH và WDM, hạn chế sử dụng công nghệ PDH  Công nghệ truy nhập mạng Trong xu hướng phát triển mạng NGN sẽ duy trì nhiều loại hình mạng truy nhập vào một... và các giao diện mở Do đó, mạng NGN cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới và mở đường cho các cơ hội kinh doanh phát triển Có thể để cập tới 3 loại hình dịch vụ thúc đẩy sự phát triển mạng NGN là : dịch vụ truyền thông thời gian thực và không thực, dịch vụ nội dung, dịch vụ quản lý Các dịch vụ này giúp cho các nhà khai thác có sự điều khiển, bảo mật và độ tin cậy tốt. .. khiến việc triển khai MPLS trên mạng bị chậm lại Chương 2: CẤU TRÚC MẠNG THẾ HỆ MỚI 2.1 Cấu trúc luận lý (cấu trúc chức năng) Trên thế giới có nhiều tổ chức khác nhau về viễn thông nghiên cứu về cấu trúc mạng NGN, mỗi tổ chức lại đưa ra các bộ tiêu chuẩn riêng cho mình trong quá trình nghiên cứu, do vậy khi phát triển NGN cũng có nhiều ý tưởng khác nhau được đưa ra Bên cạnh đó, các hãng viễn thông. .. Gateway : thực hiện việc kết nối giữa 2 mạng khác nhau H.323 gateway cung cấp khả năng kết nối giữa một mạng H.323 và một mạng không phải H.323 Việc kết nối giữa 2 mạng khác nhau thực hiện nhờ việc dịch các giao thức ( Protocok translation) khác nhau cho quá trình thiết lập và giải tỏa cuộc gọi, việc chuyển đổi dạng thông tin giữa các mạng khác nhau và việc truyền thông tin giữa các mạng kết nối với Gateway... gia tăng đối với dịch vụ truyền thông mới, đủ khă năng đáp ứng việc cung cấp dịch vụ hoặc tính cạnh tranh Mạng thế hệ mới NGN là bước kế tiếp của thế giới viễn thông, có thể được hiểu là mạng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, khả năng điều khiển thông minh dịch vụ hoặc cuộc gọi Khả năng điều khiển thông minh này thường hỗ trợ cho tất cả các loại dịch vụ trên mạng truyền thông, từ dịch vụ thoại cơ bản... phải hỗ trợ các đặc tính sau - H.245 cho việc trao đổi khả năng của đầu cuối và để tao các kênh thông tin H.255 cho quá trình báo hiệu và thiết lập cuộc gọi RAS cho việc đăng kí và điều khiển các hoạt động quản lý khác với GK RTP/RTCP được sử dụng cho việc truyền các gói thông tin thoại và hình G.711 1cho quá trình mã hóa và giải mã tiếng nói, T.120 cho hội thảo dữ liệu và hỗ trợ khả năng tương tự của MCU... trúc mạng NGN góc độ mạng Tuy nhiên, xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc NGN có thêm lớp ứng dụng dịch vụ Trong môi trường phát triển cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ Hình 2.2: Cấu trúc mạng NGN góc độ dịch vụ 2.1.2 Phân tích các lớp chức năng Hình 2.3: Cấu trúc luận lý NGN Kiến trúc mạng thế hệ mới sử dụng công nghệ . Mạng viễn thông thế hệ mới NGN và giải pháp cho việc phát triển mạng NGN chúng em sẽ tìm hiểu cấu trúc, giao thức và các dịch vụ trong mạng NGN cũng như sự phát triển mạng NGN trên thế giới ở mạng viễn thông truyền thống, việc phát triển một mạng thế hệ mới là cần thiết. Và mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network) đã giải quyết được những yêu cầu trên. 1.2. Mạng viễn thông. phát triển mạng viễn thông thế hệ mới NGN 11 1.2. Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network) 12 1.2.1. Khái niệm 12 1.2.2. Đặc điểm 13 1.2.3. Công nghệ trong mạng thế hệ mới 13 1.2.4.