Tài Liệu Học Tập Vũ Phương Thảo HTVT CNM

Tài Liệu Học Tập Vũ Phương Thảo HTVT CNM tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả...

Bài giảng Hệ thống Viễn thơng HỆ THỐNG VIỄN THƠNG VỚI CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI A MỤC TIÊU MÔN HỌC Cung cấp cho sinh viên kiến thức tổng quan sở hạ tầng mạng viễn thông, Cấu trúc mạng viễn thông, Các công nghệ truyền dẫn đại dùng mạng, Xu hướng phát triển mạng, dịch vụ viễn thơng tiên tiến B NỘI DUNG MƠN HỌC Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1.1 Tổng quan mạng viễn thông truyền thống PSTN Mạng viễn thông phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ cho khách hàng Mạng viễn thông bao gồm thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền thiết bị đầu cuối Hình 1.1 Các thành phần mạng viễn thơng Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt tổng đài giang Các thuê bao nối vào tổng đài nội hạt tổng đài nội hạt nối vào tổng đài giang Nhờ thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn dùng chung mạng sử dụng cách kinh tế Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay tổng đài để thực việc truyền đưa tín hiệu điện Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao thiết bị truyền dẫn cáp quang Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường cáp kim http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Hệ thống Viễn thơng loại, nhiên có số trường hợp môi trường truyền cáp quang vô tuyến Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến vô tuyến Truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại, cáp quang Truyền vô tuyến bao gồm vi ba, vệ tinh Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy Fax, máy tính, tổng đài PABX Mạng viễn thơng định nghĩa sau: Mạng viễn thông hệ thống gồm nút chuyển mạch nối với đường truyền dẫn Nút phân thành nhiều cấp kết hợp với đường truyền dẫn tạo thành cấp mạng khác Hình 1.2 Cấu hình mạng Mạng viễn thông chia thành nhiều loại Đó mạng mắc lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng kín mạng thang Các loại mạng có ưu điểm nhược điểm khác để phù hợp với đặc điểm vùng địa lý (trung tâm, hải đảo, biên giới,…) hay vùng lưu lượng (lưu thoại cao, thấp,…) Phân cấp node chuyển mạch nước ta sau: http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Hệ thống Viễn thơng Hình 1.3: Phân cấp số node chuyển mạch Trong mạng gồm nút: - Nút cấp 1: trung tâm chuyển mạch giang quốc tế - Nút cấp 2: trung tâm chuyển mạch giang đường dài - Nút cấp 3: trung tâm chuyển mạch giang nội hạt - Nút cấp 4: trung tâm chuyển mạch nội hạt - Nút cấp 5: trung tâm chuyển mạch từ xa 1.3 Sơ lược cấu trúc mạng viễn thông nước ta Cấu trúc mạng Để phục vụ cho dịch vụ thông tin thoại, số liệu, fax, telex dịch vụ khác điện thoại di động , nhắn tin,… nên nước ta mạng chuyển mạch cơng cộng có mạng số dịch vụ khác Riêng mạng Telex không kết nối với mạng thoại VNPT, mạng khác kết nối vào mạng VNPT thông qua kênh trung kế MSU (Main Switch Unit), số khác lại truy nhập vào mạng PSTN qua http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Hệ thống Viễn thông kênh thuê bao bình thường, sử dụng kỹ thuật DLC (Digital Loop Carrier), kỹ thuật truy nhập vô tuyến,… Về cấu trúc mạng, mạng viễn thông VNPT chia thành cấp: cấp quốc tế, cấp quốc gia, cấp nội tỉnh/thành phố Xét khía cạnh chức hệ thống thiết bị mạng mạng viễn thông bao gồm: mạng chuyển mạch, mạng truy nhập, mạng truyền dẫn mạng chức Mạng chuyển mạch Mạng chuyển mạch có cấp (dựa cấp tổng đài chuyển mạch): giang quốc tế, giang đường dài, nội tỉnh nội hạt Riêng thành phố Hồ Chí Minh có thêm cấp q giang nội hạt Hiện mạng VNPT có trung tâm chuyển mạch quốc tế chuyển mạch quốc gia Hà Nội, Đà Nẵng, Thành phố Hồ Chí Minh Mạch bưu điện tỉnh phát triển mở rộng Nhiều tỉnh, thành phố xuất cấu trúc mạng với nhiều tổng đài Host, thành phố lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh triển khai Tandem nội hạt Mạng viễn thông VNPT chia làm cấp, tương lai giảm từ cấp xuống cấp Mạng thành viên VNPT điều hành: VTI, VTN bưu điện tỉnh VTI quản lý tổng đài chuyển mạch giang quốc tế, VTN quản lý tổng đài chuyển mạch giang đường dài trung tâm Hà Nội, Đà Nẵng TpHCM Phần lại bưu điện tỉnh quản lý Các loại tổng đài có mạng viễn thông Việt Nam: A1000E Alcatel, EAX61Σ NEC, AXE10 Ericsson, EWSD Siemens Các công nghệ chuyển mạch sử dụng: chuyển mạch kênh (PSTN), X.25 relay, ATM (số liệu) Nhìn chung mạng chuyển mạch Việt Nam nhiều cấp việc điều khiển bị phân tán mạng (điều khiển nằm tổng đài) Mạng truy nhập Với mạng cung cấp dịch vụ khác mà có mạng truy nhập tương ứng Việc tìm hiểu mạng truy nhập mạng có mạng phần SV tự nghiên cứu http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Hệ thống Viễn thông Mạng truyền dẫn Các hệ thống thiết bị truyền dẫn mạng viễn thông VNPT chủ yếu sử dụng hai loại công nghệ là: cáp quang SDH vi ba PDH - Cáp quang SDH: Thiết bị nhiều hãng khác cung cấp là: Northern Telecom, Siemens, Fujitsu, Alcatel, Lucent, NEC, Nortel Các thiết bị có dung lượng 155Mb/s, 622 Mb/s, 2.5 Gb/s Vi ba PDH: Thiết bị có nguồn gốc từ nhiều hãng cung cấp khác Siemens, Alcatel, Fujitsu, SIS, SAT, NOKIA, AWA Dung lượng 140 Mb/s, 34 Mb/s n*2 Mb/s Công nghệ vi ba SDH sử dụng hạn chế với số lượng Mạng truyền dẫn có cấp: mạng truyền dẫn liên tỉnh mạng truyền dẫn nội tỉnh * Mạng truyền dẫn liên tỉnh Bao gồm hệ thống truyền dẫn cáp quang, vô tuyến - Mạng truyền dẫn liên tỉnh cáp quang: Mạng truyền dẫn đường trục quốc gia nối Hà Nội TpHCM dài 4000km, sử dụng STM-16/2F-BSHR, chia thành vòng ring Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Qui TpHCM Vòng 1: Hà Nội – Hà Tĩnh (884km) Vòng 2: Hà Tĩnh – Đà Nẵng (834km) Vòng 3: Đà Nẵng – Qui Nhơn (817km) Vòng 4: Qui Nhơn – TpHCM (1424km) Các đường truyền dẫn khác: Hà Nội – Hải Phòng, Hà Nội– Hòa Bình, TpHCM – Vũng Tàu, Hà Nội – Phủ Lý – Nam Định, Đà Nẵng – Tam Kỳ Các tuyến truyền dẫn liên tỉnh dùng STM-4 Riêng tuyến Hà Nội – Nam Định, Đà Nẵng – Tam Kỳ sử dụng PDH, tương lai thay SDH - Mạng truyền dẫn liên tỉnh vô tuyến: http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Hệ thống Viễn thông Dùng hệ thống vi ba SDH (STM-1, dung lượng 155Mbps), PDH (dung lượng 4Mbps, 6Mbps, 140Mbps) Chỉ có tuyến Bãi Cháy – Hòn Gai dùng SDH, tuyến khác dùng PDH * Mạng truyền dẫn nội tỉnh Khoảng 88% tuyến truyền dẫn nội tỉnh sử dụng hệ thống vi ba Trong tương lai nhu cầu tải tăng tuyến thay hệ thống truyền dẫn quang Mạng báo hiệu Hiện mạng viễn thông Việt Nam sử dụng hai loại báo hiệu R2 SS7 Mạng báo hiệu số (SS7) đưa vào khai thác Việt Nam theo chiến lược triển khai từ xuống theo tiêu chuẩn ITU (khai thác thử nghiệm từ năm 1995 VTN VTI) Cho đến nay, mạng báo hiệu số hình thành với cấp STP (Điểm chuyển mạch báo hiệu) trung tâm (Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh) khu vực (Bắc, Trung, Nam) phục vụ hiệu Báo hiệu cho PSTN ta có R2 SS7, mạng truyền số liệu qua IP có H.323, ISDN có báo hiệu kênh D, Q.931, … Hình 1.4 Mạng báo hiệu Việt Nam Mạng đồng Mạng đồng VNPT thực xây dựng giai đoạn giai đoạn với ba đồng hồ chủ PRC Hà Nội, Đà Nẵng, TP Hồ Chí Minh số đồng hồ thứ cấp SSU Mạng đồng Việt Nam hoạt động theo nguyên tắc chủ http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Hệ thống Viễn thông tớ có dự phòng, bao gồm cấp, hai loại giao diện chuyển giao tín hiệu đồng chủ yếu MHz Mb/s Pha trình phát triển mạng đồng triển khai nhằm nâng cao chất lượng mạng chất lượng dịch vụ Các cấp mạng đồng phân thành cấp sau: Cấp 0: cấp đồng hồ chủ Cấp 1: cấp nút quốc tế nút quốc gia Cấp 2: cấp nút nội hạt Cấp 3: cấp nút nội hạt Mạng phân thành vùng độc lập, vùng có đồng hồ mẫu, đồng hồ (Cesium) đồng hồ dự phòng (GSP) Các đồng hồ đặt trung tâm vùng điều chỉnh theo phương thức cần đồng Các tổng đài quốc tế Toll vùng điều khiển đồng hồ chủ theo phương pháp chủ tớ Các tổng đài Tandem Host tỉnh hoạt động bám theo tổng đài Toll theo phương pháp chủ tớ Các tổng đài huyện (RSS) hoạt động bám theo Host theo phương pháp chủ tớ Mạng quản lý Dự án xây dựng trung tâm quản lý mạng viễn thông quốc gia trình chuẩn bị để tiến tới triển khai Các nhà cung cấp dịch vụ Tại nước ta có dạng nhà cung cấp dịch vụ: nhà cung cấp dịch vụ truyền thống (chủ yếu thoại) nhà cung cấp dịch vụ (các dịch vụ số liệu, Internet,…) Các nhà khai thác dịch vụ truyền thống bao gồm tổng công ty bưu viễn thơng Việt Nam (VNPT), cơng ty viễn thông quân đội (Vietel), công ty cổ phần viễn thông Sài Gòn (SPT), cơng ty viễn thơng điện lực (ETC) Các nhà khai thác dịch vụ bao gồm FPT, SPT, Netnam, … http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Hệ thống Viễn thông 1.3 Các loại mạng hệ thống viễn thông nước ta Mạng Telex: dùng để gửi điện dạng ký tự mã hoá bit (mã Baudot) Tốc độ truyền thấp (từ 75 tới 300 bit/s) Mạng điện thoại cơng cộng, gọi mạng POTS (Plain Old Telephone Service): thông tin tiếng nói số hóa chuyển mạch hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN Mạng truyền số liệu: bao gồm mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu máy tính dựa giao thức X.25 hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa giao thức X.21 Các tín hiệu truyền hình truyền theo ba cách: truyền sóng vơ tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Community Antenna Television) cáp đồng trục truyền qua hệ thống vệ tinh, hay gọi truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System) Trong phạm vi quan, số liệu máy tính trao đổi thơng qua mạng cục LAN (Local Area Network) mà tiếng mạng Ethernet, Token Bus Token Ring Mỗi mạng thiết kế cho dịch vụ riêng biệt sử dụng cho mục đích khác Ví dụ ta khơng thể truyền tiếng nói qua mạng chuyển mạch gói X.25 trễ qua mạng q lớn Đứng phương diện lịch sử phát triển mạng mà tiêu biểu là: Xét góc độ dịch vụ gồm mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động mạng truyền số liệu Xét góc độ kỹ thuật bao gồm mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu mạng đồng PSTN (Public Switching Telephone Network) mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN phục vụ thoại bao gồm hai loại tổng đài: tổng đài nội hạt (cấp 5), tổng đài tandem (tổng đài giang nội hạt, cấp 4) Tổng đài tandem nối vào tổng đài Toll để giảm mức phân cấp Phương pháp nâng cấp tandem bổ sung cho nút ATM core Các ATM core cung cấp dịch vụ băng rộng cho thuê bao, đồng thời hợp mạng số liệu http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Hệ thống Viễn thông vào mạng chung ISDN Các tổng đài cấp cấp tổng đài loại lớn Các tổng đài có kiến trúc tập trung, cấu trúc phần mềm phần cứng độc quyền ISDN (Integrated Service Digital Network) mạng số tích hợp dịch vụ ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại phi thoại mạng xây dựng giao tiếp người sử dụng – mạng đa dịch vụ số giới hạn kết nối ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác bao gồm kết nối chuyển mạch không chuyển mạch Các kết nối chuyển mạch ISDN bao gồm nhiều chuyển mạch thực, chuyển mạch gói kết hợp chúng Các dịch vụ phải tương hợp với kết nối chuyển mạch số 64 kbit/s ISDN phải chứa thông minh để cung cấp cho dịch vụ, bảo dưỡng chức quản lý mạng, nhiên tính thơng minh không đủ vài dịch vụ cần tăng cường từ mạng từ thông minh thích ứng thiết bị đầu cuối người sử dụng Sử dụng kiến trúc phân lớp làm đặc trưng truy xuất ISDN Truy xuất người sử dụng đến nguồn ISDN khác tùy thuộc vào dịch vụ yêu cầu tình trạng ISDN quốc gia Cần thấy ISDN sử dụng với nhiều cấu hình khác tùy theo trạng mạng viễn thông quốc gia PSDN (Public Switching Data Network) mạng chuyển mạch số liệu công cộng PSDN chủ yếu cung cấp dịch vụ số liệu Mạng PSDN bao gồm PoP (Point of Presence) thiết bị truy nhập từ xa Hiện nay, PSDN phát triển với tốc độ nhanh bùng nổ dịch vụ Internet mạng riêng ảo (Virtual Private Network) Mạng di động GSM (Global System for Mobile Telecom) mạng cung cấp dịch vụ thoại tương tự PSTN qua đường truy nhập vô tuyến Mạng chuyển mạch dựa công nghệ ghép kênh phân thời gian công nghệ ghép kênh phân tần số Các thành phần mạng là: BSC (Base Station Controller), BTS (Base Transfer Station), HLR (Home Location Register), VLR ( Visitor Location Register) MS ( Mobile Subscriber) Hiện nhà cung cấp dịch vụ thu lợi nhuận phần lớn từ dịch vụ leased line, Frame Relay, ATM, dịch vụ kết nối Tuy nhiên xu hướng giảm lợi nhuận từ dịch vụ bắt buộc nhà khai thác phải http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Hệ thống Viễn thơng tìm dịch vụ dựa IP để đảm bảo lợi nhuận lâu dài VPN hướng nhà khai thác Các dịch vụ dựa IP cung cấp kết nối nhóm user xun qua mạng hạ tầng cơng cộng VPN đáp ứng nhu cầu khách hàng kết nối dạng any-to-any, lớp đa dịch vụ, dịch vụ giá thành quản lý thấp, riêng tư, tích hợp xuyên suốt với mạng Intranet/Extranet Một nhóm user Intranet Extranet hoạt động thơng qua mạng có định tuyến IP Các mạng riêng ảo có chi phí vận hành thấp hẳn so với mạng riêng phương tiện quản lý, băng thông dung lượng Hiểu cách đơn giản, VPN mạng mở rộng tự quản lựa chọn sở hạ tầng mạng WAN VPN liên kết user thuộc nhóm kín hay nhóm khác VPN định nghĩa chế độ quản lý Các thuê bao VPN di chuyển đến kết nối mềm dẻo trải dài từ mạng cục đến mạng hồn chỉnh Các th bao dùng (Intranet) khác (Extranet) tổ chức Tuy nhiên cần lưu ý mạng PSTN/ISDN mạng cung cấp dịch vụ liệu 1.4 Các cơng nghệ chuyển mạch mạng viễn thơng Có nhiều loại chuyển mạch gọi bao gồm chuyển mạch loại điện điện tử sử dụng tổng đài Chúng phân loại rộng lớn thành loại chuyển mạch phân chia không gian loại chuyển mạch ghép http://www.ebook.edu.vn 10 Bài giảng Hệ thống Viễn thông lượng thấp chấp nhận giao thoa tổng cộng kênh tính việc nhân cơng suất thu trung bình tất người sử dụng với số lượng người sử dụng Nếu tỷ số cơng suất tín hiệu thu cường độ cơng suất tạp âm trung bình mà lớn ngưỡng kênh cung cấp chất lượng tín hiệu tốt Nói cách khác giao thoa CDMA TDMA tuân theo luật số lượng nhỏ tỷ lệ thời gian không đạt chất lượng tín hiệu dự định xác định trường hợp xấu Các tham số xác định dung lượng hệ thống tổ ong số CDMA bao gồm: độ lợi sử lý, tỷ số Eb/No (bao gồm giới hạn fading yêu cầu), chu kỳ công suất thoại, hiệu tái sử dụng tần số số lượng búp sóng anten BS Hơn nữa, nhiều kênh thoại cung cấp hệ thống CDMA có tỷ lệ gọi bị chặn hiệu trung kế tăng lên nhiều dịch vụ thuê bao cung cấp kênh Ví dụ, máy di động sử dụng băng tần trải phổ 1,25 MHz để truyền số liệu với tốc độ 9600 b/s cơng nghệ điều chế mã hố đòi hỏi tỷ số Eb/No dB, công suất phát tất máy di động điều khiển để thu công suất từ máy di động cho 32 máy di động truyền cách đồng thời Dung lượng hệ thống tổ ong giảm giao thoa BS bên cạnh tăng yếu tố miêu tả chương 3.1 (8) Tách tín hiệu thoại Trong thơng tin chiều song cơng tổng qt tỷ số chiếm dụng tải tín hiệu thoại khơng lớn khoảng 35% Trong trường hợp khơng có tín hiệu thoại hệ thống TDMA FDMA khó áp dụng yếu tố tích cực thoại trễ thời gian định vị lại kênh dài Nhưng tốc độ truyền dẫn số liệu giảm khơng có tín hiệu thoại hệ thống CDMA nên giao thoa người sử dụng khác giảm cách đáng kể Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng lần suy giảm truyền dẫn trung bình máy di động giảm khoảng 1/2 dung lượng xác định theo mức giao thoa người sử dụng khác (9) Tái sử dụng tần số vùng phủ sóng Tất BS tái sử dụng kênh băng rộng hệ thống CDMA Giao thoa tổng tín hiệu máy di động thu từ BS giao thoa tạo máy di động BS giao thoa tạo máy di động http://www.ebook.edu.vn 80 Bài giảng Hệ thống Viễn thông BS bên cạnh Nói cách khác, tín hiệu máy di động giao thoa với tín hiệu tất máy di động khác Giao thoa tổng từ tất máy di động bên cạnh nửa giao thoa tổng từ máy di động khác BS Hiệu tái sử dụng tần số BS không định hướng khoảng 65%, giao thoa tổng từ máy di động khác BS với giao thoa từ tất BS Hình 1.13 trình bày giao thoa từ BS bên cạnh theo % Giao thoa từ BS vòng biên thứ tương ứng với 6% giao thoa tổng Hình 5.8: Giao thoa từ BS bên cạnh Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ gấp lần 6%, tức 36%, giao thoa tổng vòng thứ vòng ngồi nhỏ 4% Trong trường hợp anten BS định hướng (tức búp sóng anten 120 o) giao thoa trung bình giảm xuống 1/3 anten kiểm soát nhỏ 1/3 số lượng máy di động BS Do đó, dung lượng cung cấp toàn hệ thống tăng lên xấp xỉ lần (10) Giá trị Eb/No thấp (hay C/I) chống lỗi Eb/No tỷ số lượng bit mật độ phổ cơng suất tạp âm, giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất phương pháp điều chế mã hoá số Khái niệm Eb/No tương tự tỷ số sóng mang tạp âm phương pháp FM analog Do độ rộng kêng băng tần rộng sử dụng mà hệ thống CDMA cung cấp hiệu suất độ dư mã sửa sai cao Nói cách khác độ rộng kênh bị giới hạn hệ thống điều chế số băng tần hẹp, mã sửa sai http://www.ebook.edu.vn 81 Bài giảng Hệ thống Viễn thơng có hiệu suất độ dư thấp phép sử dụng cho giá trị Eb/No cao giá trị mà CDMA yêu cầu Mã sửa sai trước sử dụng hệ thống CDMA với giải điều chế số hiệu suất cao Có thể tăng dung lượng giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No (11) Dung lượng mềm Hiện FCC (Uỷ ban thông tin liên bang Mỹ) ấn định phổ tần 25 MHz cho hệ thống tổ ong, hệ thống phân bổ đồng cho công ty viễn thông theo vùng Dải phổ phân phối lại ô phép sử dụng lớn 57 kênh FM analog cho BS - búp sóng Do đó, th bao thứ 58 khơng phép có gọi lưu lượng bị nghẽn Khi chí kênh không phép thêm vào hệ thống dung lượng giảm khoảng 35% trạng thái tắc gọi Nói cách khác hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt số lượng người sử dụng loại dịch vụ Ví dụ, người sử dụng hệ thống làm tăng tổng số kênh đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit Chức làm tránh việc tắc gọi tắc nghẽn kênh trạng thái chuyển vùng Trong hệ thống analog hệ thống TDMA số gọi ấn định đường truyền luân phiên tắc gọi xảy trường hợp tắc nghẽn kênh trạng thái chuyển vùng Nhưng hệ thống CDMA thoả mãn gọi thêm vào nhờ việc tăng tỷ lệ lỗi bit gọi khác hoàn thành Cũng vậy, hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ ấn định công suất (dung lượng) nhiều cho người sử dụng dịch vụ lớp cao Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao dịch vụ chuyển vùng người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường http://www.ebook.edu.vn 82 Bài giảng Hệ thống Viễn thông CHƯƠNG 6: MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 6.1 Khái quát NGN Định nghĩa Mạng viễn thơng hệ có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như: • Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau) • Mạng hội tụ (hỗ trợ cho lưu lượng thoại liệu, cấu trúc mạng • hội tụ) • Mạng phân phối (phân phối tính thơng minh cho phần tử • mạng) • Mạng nhiều lớp (mạng phân phối nhiều lớp mạng có chức độc lập hỗ trợ thay khối thống mạng TDM) Cho tới nay, tổ chức viễn thông quốc tế cung nhà cung cấp thiết bị viễn thông giới quan tâm nghiên cứu chiến lược phát triển NGN chưa có định nghĩa cụ thể xác cho mạng NGN Do định nghĩa mạng NGN nêu khơng thể bao hàm hết chi tiết mạng hệ mới, tương đối khái niệm chung đề cập đến NGN Bắt nguồn từ phát triển công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói cơng nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thông tin hệ (NGN) đời mạng có sở hạ tầng thơng tin dựa cơng nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ cách đa dạng nhanh chóng, đáp ứng hội tụ thoại số liệu, cố định di động Như vậy, xem mạng thơng tin hệ tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa kỹ thuật IP/ATM Nó truyền tải tất dịch vụ vốn có PSTN đồng thời nhập lượng liệu lớn vào mạng IP, nhờ giảm nhẹ gánh nặng PSTN Tuy nhiên, NGN không đơn hội tụ thoại liệu mà hội tụ truyền dẫn quang cơng nghệ gói, mạng cố định di động Vấn đề chủ đạo tận dụng hết lợi đem đến từ trình hội tụ Một vấn đề quan trọng khác bùng nổ nhu cầu người sử dụng cho khối lượng lớn dịch vụ ứng dụng phức tạp bao gồm đa phương tiện, phần lớn không trù liệu xây dựng hệ thống mạng http://www.ebook.edu.vn 83 Bài giảng Hệ thống Viễn thơng Đặc điểm mạng NGN Mạng NGN có bốn đặc điểm chính: o Nền tảng hệ thống mạng mở o Mạng NGN mạng dịch vụ thúc đẩy, dịch vụ phải thực độc lập với mạng lưới o Mạng NGN mạng chuyển mạch gói, dựa giao thức thống o Là mạng có dung lượng ngày tăng, có tính thích ứng ngày tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu Trước hết, áp dụng cấu mở mà : Các khối chức tổng đài truyền thống chia thành phần tử mạng độc lập, phần tử phân theo chức tương ứng, phát triển cách độc lập Giao diện giao thức phận phải dựa tiêu chuẩn tương ứng Việc phân tách làm cho mạng viễn thơng vốn có theo hướng mới, nhà kinh doanh vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp phần tử tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hóa giao thức phần tử thực nối thơng mạng có cấu hình khác Tiếp đến, mạng NGN mạng dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm của: Chia tách dịch vụ với điều khiển gọi Chia tách gọi với truyền tải Mục tiêu chia tách làm cho dịch vụ thực độc lập với mạng, thực cách linh hoạt có hiệu việc cung cấp dịch vụ Th bao tự bố trí xác định đặc trưng dịch vụ mình, khơng quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ loại hình đầu cuối Điều làm cho việc cung cấp dịch vụ ứng dụng có tính linh hoạt cao Thứ ba, NGN mạng chuyển mạch gói, giao thức thống Mang thông tin nay, dù mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, khơng thể lấy mạng làm tảng để xây dựng sở hạ tầng thông tin Nhưng năm gần đây, với phát triển công nghệ IP, người ta nhận thấy rõ ràng mạng viễn thơng, mạng máy tính mạng truyền hình cáp cuối tích hợp mạng IP thống nhất, xu lớn mà người ta thường gọi “dung hợp ba mạng” Giao thức IP làm cho dịch vụ lấy IP làm sở thực nối thơng http://www.ebook.edu.vn 84 Bài giảng Hệ thống Viễn thông mạng khác nhau; người lần có giao thức thống mà ba mạng lớn chấp nhận được; đặt sở vững mặt kỹ thuật cho hạ tầng sở thông tin quốc gia (NII) Giao thức IP thực tế trở thành giao thức ứng dụng vạn bắt đầu sử dụng làm sở cho mạng đa dịch vụ, bất lợi so với chuyển mạch kênh mặt khả hỗ trợ lưu lượng thoại cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu Tốc độ đổi nhanh chóng giới Internet, mà tạo điều kiện phát triển tiêu chuẩn mở sớm khắc phục thiếu sót 6.2 Cấu trúc NGN Cấu trúc luận lý NGN Cho đến nay, mạng hệ sau xu hướng phát triển mẻ, chưa có khuyến nghị thức Liên minh Viễn thơng giới ITU cấu trúc Nhiều hãng viễn thơng lớn đưa mơ hình cấu trúc mạng hệ Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,… Bên cạnh việc đưa nhiều mơ hình cấu trúc mạng NGN khác kèm theo giải pháp mạng sản phẩm thiết bị khác Các hãng đưa mơ hình cấu trúc tương đối rõ ràng giải pháp mạng cụ thể Alcatel, Siemens, Ericsions Nhìn chung từ mơ hình này, cấu trúc mạng có đặc điểm chung bao gồm lớp chức sau : - Lớp nết nối (Access + Transport/ Core) - Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) - Lớp điều khiển (Control) - Lớp quản lý (Management) Trong lớp trên, lớp điều khiển phức tạp với nhiều loại giao thức, khả tương thích thiết bị hãng vấn đề nhà khai thác quan tâm Mơ hình phân lớp chức mạng NGN Lớp truy nhập truyền dẫn Lớp quản lý Lớp điều khiển Lớp truyền thơng http://www.ebook.edu.vn 85 Bài giảng Hệ thống Viễn thơng Hình 2- Cấu trúc mạng hệ sau (góc độ mạng) Xem xét từ góc độ kinh doanh cung cấp dịch vụ mơ hình cấu trúc mạng hệ sau có thêm ứng dụng dịch vụ Trong mơi trường phát triển cạnh tranh có nhiều thành phần tham gia kinh doanh lớp ứng dụng dịch vụ Phân tích Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho thoại liệu Nó phân chia khối vững tổng đài thành lớp mạng riêng lẽ, lớp liên kết với qua giao diện mở tiêu chuẩn Sự thông minh xử lý gọi chuyển mạch PSTN thực chất tách từ phần cứng ma trận chuyển mạch Bây giờ, thông minh nằm thiết bị tách rời gọi chuyển mạch mềm (softswitch) gọi điều khiển cổng truyền thông (Media Gateway Controller) tác nhân gọi (Call Agent), đóng vai trò http://www.ebook.edu.vn 86 Bài giảng Hệ thống Viễn thông phần tử điều khiển kiến trúc mạng Các giao diện mở hướng tới ứng dụng mạng thông minh (IN- Intelligent Network) server ứng dụng tạo điều kiện dễ dàng cho việc nhanh chóng cung cấp dịch vụ đảm bảo đưa thị trường thời gian ngắn Tại lớp truyền thông, cổng đưa vào sử dụng để làm thích ứng thoại phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói Các media gateway sử dụng để phối ghép với thiết bị đầu cuối khách hàng (RGWResidental Gateway), với mạng truy nhập (AGWAccess Gateway) với mạng PSTN (TGW- Trunk Access) Các server phương tiện đặc biệt nhiều chức khác nhau, chẳng hạn cung cấp âm quay số thơng báo Ngồi ra, chúng có chức tiên tiến : trả lời tiếng nói tương tác biến đổi văn sang tiếng nói tiếng nói sang văn Các giao diện mở kiến trúc cho phép dịch vụ giới thiệu nhanh chóng Đồng thời chúng tạo thuận tiện cho việc giới thiệu phương thức kinh doanh cách chia tách chuỗi giá trị truyền thống thành nhiều dịch vụ hãng khác cung cấp Hệ thống chuyển mạch NGN phân thành bốn lớp riêng biệt thay tích hợp thành hệ thống công nghệ chuyển mạch kênh nay: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập truyền tải Các giao diện mở có tách biệt dịch vụ truyền dẫn cho phép dịch vụ đưa vào nhanh chóng, dễ dàng; nhà khai thác chọn lựa nhà cung cấp thiết bị tốt cho lớp mô hình mạng NGN Lớp truyền dẫn truy nhập Phần truyền dẫn - Lớp vật lý : Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang DWDM sử dụng - Lớp lớp : Truyền dẫn mạng lõi (core network) dựa vào kỹ thuật gói cho tất dịch vụ với chất lượng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho loại dịch vụ ATM hay IP/MPLS sử dụng làm cho truyền dẫn mạng lõi để đảm bảo QoS Mạng lõi thuộc mạng MAN hay mạng đường trục Các router sử dụng biên mạng lõi lưu lượng lớn, ngược lại, lưu lượng thấp, switch – router đảm nhận ln chức router http://www.ebook.edu.vn 87 Bài giảng Hệ thống Viễn thông - Thành phần : Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), chuyển mạch kênh mạng PSTN, khối chuyển mạch PLM mạng đường trục, kỹ thuật truyền tải IP hay IP/ATM Có hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến gọi Lớp truyền tải cấu trúc mạng NGN bao gồm chức truyền dẫn chức chuyển mạch Lớp truyền dẫn có khả hỗ trợ mức QoS khác cho dịch vụ cho dịch vụ khác Nó có khả lưu trữ lại kiện xảy mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì hỗn, tỷ lệ gói Jitter cho phép,… mạng chuyển mạch gói; băng thơng, độ trì hỗn mạng chuyển mạch kênh TDM) Lớp ứng dụng đưa yêu cầu lực truyền tải thực yêu cầu Phần truy nhập : - Lớp vật lý : Hữu tuyến : Cáp đồng, xDSL sử dụng Tuy nhiên tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) chiếm ưu thị trường xDSL, modem cáp thu hẹp lại Vô tuyến : thông tin di động - công nghệ GSM CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh - Lớp lớp : Công nghệ IP làm cho mạng truy nhập - Thành phần : Phần truy nhập gồm thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nối thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang vô tuyến Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD Th bao sử dụng kỹ thuật truy nhập (tương tự, số, TDM, ATM, IP,…) để truy nhập vào mạng dịch vụ NGN - Chức : Như tên gọi, lớp truy nhập cung cấp kết nối thuê bao đầu cuối mạng đường trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích hợp Mạng NGN kết nối với hầu hết thiết bị đầu cuối chuẩn không chuẩn thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội http://www.ebook.edu.vn 88 Bài giảng Hệ thống Viễn thông PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định, VoDSL, VoIP, … Lớp truyền thông - Thành phần : Thiết bị lớp truyền thông cổng truyền thông (MG– Media Gateway) bao gồm : Các cổng truy nhập : AG (Access Gateway) kết nối mạng lõi với mạng truy nhập, RG (Residental gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao nhà Các cổng giao tiếp : TG (Trunking Gateway) kết nối giựa mạng lõi với mạng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di động, - Chức : Lớp truyền thơng có khả tương thích kỹ thuật truy nhập khác với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM mạng đường trục Hay nói cách khác, lớp chịu trách nhiệm chuyển đổi loại môi trường ( chẳng hạn PSTN, FramRelay, LAN, vô tuyến,…) sang mơi trường truyền dẫn gói áp dụng mạng lõi ngược lại Nhờ đó, nút chuyển mạch (ATM + IP) hệ thống truyền dẫn thực chức chuyển mạch, định tuyến gọi thuê bao lớp truy nhập điều khiển thiết bị thuộc lớp điều khiển Lớp điều khiển - Thành phần Lớp điều khiển bao gồm hệ thống điều khiển mà thành phần Softswitch gọi Media Gateway Controller hay Call Agent kết nối với thành phần khác để kết nối gọi hay quản lý địa IP : SGW ( Signaling Gateway), MS (Media Sever), FS (Feature Server), AS (Application Server) http://www.ebook.edu.vn 89 Bài giảng Hệ thống Viễn thông Theo MSF (MutiService Switching Forum), lớp điều khiển cần tổ chức theo kiểu module bao gồm số điều khiển độc lập Ví dụ có điều khiển riêng cho dịch vụ : thoại / báo hiệu số 7, ATM / SVC, IP/MPLS, … http://www.ebook.edu.vn 90 Bài giảng Hệ thống Viễn thơng Chức Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với loại giao thức báo hiệu Cụ thể , lớp điều khiển thực : Định tuyến lưu lượng khối chuyển mạch Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh thay đổi kết nối luồng, điều khiển xếp nhãn (label mapping) giao diện cổng Phân bổ lưu lượng tiêu chất lượng kết nối (hay luồng) thực giám sát điều khiển để đảm bảo QoS Báo hiệu đầu cuối từ trung kế, cổng kết nối với lớp media Thống kê ghi lại thông số chi tiết gọi, đồng thời thực cảnh báo Thu nhận thông tin báo hiệu từ cổng chuyển thông tin đến thành phần thích hợp lớp điều khiển Quản lý bảo dưỡng hoạt động tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển Thiết lập quản lý hoạt động luồng yêu cầu chức dịch vụ mạng Báo hiệu với thành phần ngang cấp Các chức quản lý, chăm sóc khách hàng tích hợp lớp điều khiển Nhờ giao diện mở nên có tách biệt dịch vụ truyền http://www.ebook.edu.vn 91 Bài giảng Hệ thống Viễn thông dẫn, điều cho phép dịch vụ đưa vào nhanh chóng dễ dàng Lớp ứng dụng - Thành phần : Lớp ứng dụng gồm nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node), thực chất server dịch vụ cung cấp ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải - Chức : Lớp ứng dụng cung cấp dịch vụ có băng thơng khác nhiều mức độ Một số loại dịch vụ thực làm chủ việc thực điều khiển logic chúng truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, số dịch vụ khác điều khiển từ lớp điều khiển dịch vụ thoại truyền thống Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API Nhờ mà nhà cung cấp dịch vụ phát triển ứng dụng triển khai nhanh chóng dịch vụ mạng Một số ví dụ loại ứng dụng dịch vụ đưa sau đây: Các dịch vụ thoại Các dịch vụ thông tin nội dung VPN cho thoại số liệu Video theo yêu cầu Nhóm dịch vụ đa phương tiện Thương mại điện tử Các trò chơi mạng thời gian thực …… Lớp quản lý Lớp quản lý lớp đặc biệt xuyên suốt lớp từ lớp kết nối lớp ứng dụng Tại lớp quản lý, người ta triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, mạng riêng theo dõi điều phối thành phần mạng viễn thông hoạt động Tuy nhiên cần phân biệt chức quản lý với chức điều khiển Vì NGN dựa giao diện mở cung cấp nhiều loại hình dịch vụ mạng đơn, mạng quản lý phải làm việc môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ Từ phân tích trên, ta xây dựng sơ đồ thực thể chức mạng NGN: http://www.ebook.edu.vn 92 Bài giảng Hệ thống Viễn thông Nhiệm vụ thực thể sau: - AS-F: thực thể thi hành ứng dụng nên nhiệm vụ cung cấp logic dịch vụ thi hành hay nhiều ứng dụng/dịch vụ - MS-F: cung cấp dịch vụ tăng cường cho xử lý gọi Nó hoạt động server để xử lý yêu cầu từ AS-F MGC-F - MGC-F: cung cấp logic gọi tín hiệu báo hiệu xử lý gọi cho hay nhiều Media Gateway - CA-F: phần chức MGS-F Thực thể kích hoạt MGC-F thực việc điều khiển gọi - IW-F: phần chức MGC-F Nó kích hoạt MGC-F thực báo hiệu mạng báo hiệu khác - R-F: cung cấp thông tin định tuyến cho MGC-F - A-F: cung cấp thơng tin dùng cho việc tính cước - SG-F: dùng để chuyển thông tin báo hiệu mạng PSTN qua mạng IP - MG-F: dùng để chuyển thông tin từ dạng truyền dẫn sang dạng truyền dẫn khác Trên chức mạng NGN Và tùy thuộc vào nhu cầu thực tế mà mạng có thêm chức khác CẤU TRÚC VẬT LÝ NGN - Next Gerneration Network – cần hiểu rõ mạng hệ sau hay mạng hệ mà mạng hoàn toàn mới, nên xây dựng phát triển mạng theo xu hướng NGN, người ta ý đến vấn đề kết nối mạng hệ sau với mạng hành tận dụng thiết bị viễn thơng có mạng nhằm đạt hiệu khai thác tối đa Các thành phần http://www.ebook.edu.vn 93 Bài giảng Hệ thống Viễn thông http://www.ebook.edu.vn 94 ... loại qui trình phương pháp đọc ngẫu nhiên theo dãy ghi (SWRR) số liệu ghi từ phía đầu vào đọc cách ngẫu nhiên từ phía đầu Phương pháp đọc ghi ngẫu nhiên (RWSR) phương pháp ghi số liệu cách ngẫu... mạch điện thoại công cộng PSTN Mạng truyền số liệu: bao gồm mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu máy tính dựa giao thức X.25 hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa giao thức X.21 Các... định hình với khe thời gian cụ thể luồng số liệu cụ thể Theo mạch chuyển mạch thay đổi khe thời gian luồng số liệu cụ thể đến khe thời gian luồng số liệu khác Quá trình gọi trình trao đổi khe