TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG

TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG 1.1 Mạng viễn thông hiện tại 1.1.1 Khái niệm về mạng viễn thông Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng. Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền dẫn và thiết bị đầu cuối. Hình 1: Các thành phần chính của mạng viễn thông  Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang. Các thuê bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt được nối vào tổng đài quá giang. Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế.  Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài hay giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền đưa tín hiệu thông tin. Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn giữa các tổng đài. Thiết bị truyền dẫn thuê bao thường là cáp kim loại tuy nhiên trong một số trường hợp có thể là cáp quang hoặc vô tuyến. Thiết bị truyền dẫn giữa các tổng đài thường là cáp quang đôi khi dùng cáp đồng trục, cáp xoán đôi hay viba…  Môi trường truyền dẫn bao gồm truyền dẫn vô tuyến và truyền dẫn hữu tuyến. Truyền dẫn hữu tuyến bao gồm dùng các cáp kim loại, cáp quang … để truyền tín hiệu. Truyền dẫn vô tuyến bao gồm viba và vệ tinh.  Thiết bị đầu cuối cho mạng truyền thông gồm máy điện thoại, máy Fax, máy tính, tổng đài PABX. Một cách khác có thể định nghĩa 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 truyền dẫn tạo thành các cấp mạng khác nhau. Hình 2: Cấu hình mạng cơ bản Mạng viễn thông hiện nay có cấu trúc khác nhau như: mạng lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng hay mạng thang. Các loại mạng này đều có nhược điểm và ưu điểm riêng phù hợp với từng vùng địa lý và lưu lượng. Về cơ bản mạng viễn thông được chia thành năm cấp nhưng trong từng trường hợp riêng có thể chỉ là bốn cấp, xu thế hiện nay cũng là giảm số cấp để quản lý thuận tiện và hiệu quả hơn. 1.1.2 Đặc điểm mạng viễn thông hiện nay Các mạng viễn thông hiện tại 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. Hiện tại có một số mạng truyền thống đang được khai thác như: mạng Telex, mạng điện thoại công cộng POTS (plane old telephone service), mạng truyền hình, mạng truyền số liệu, trong phạm vi cơ quan tổ chức hay văn phòng thì có mạng cục bộ LAN… Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác. 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.  Mạng di động GSM (Glabol System For Mobile Telecom) là mạng cung cấp dịch vụ thoại như PSTN nhưng thông qua đường truy nhập vô tuyến. Mạng này chuyển mạch dựa trên công nghệ ghép kênh theo thời gian và công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số. Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ thu được lợi nhuận phần lớn từ các dịch vụ như Leased Line, Frame relay, ATM và các dịch vụ kết nối cơ bản. Tuy nhiên trong tương lai sẽ khác, lợi nhuận từ các dịch vụ trên sẽ giảm và đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ phải tìm ra các dịch vụ mới để khai thác và đảm bảo lợi nhuận. Trên con đường đó thì việc khai thác các dịch vụ dựa trên IP là một hướng đi đúng đắn và đã chứng tỏ rõ sự phù hợp qua một số dịch vụ mới được khai thác như dịch vụ mạng riêng ảo VPN… 1.1.3 Mạng viễn thông Việt Nam Nước ta hiện nay ngoài mạng chuyển mạch công cộng còn có các mạng của một số dịch vụ khác. Riêng mạng Telex là không kết nối vào mạng thoại của VNPT, các mạng khác đều kết nối vào mạng thoại của VNPT thông qua các đường trung kế các bộ tập chung các kênh thuê bao thông thường … Xét về khía cạnh hệ thống, mạng viễn thông Việt Nam gồm: mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập và các mạng chức năng 1.1.3.1 Hệ thống chuyển mạch Với cấu trúc mạng hiện nay thì mạng chuyển mạch của VNPT chia làm 4 cấp dựa trên các tổng đài chuyển tiếp quốc tế, chuyển tiếp quốc gia, nội tỉnh và nội hạt. Các tổng đài chuyển tiếp quốc tế được đặt tại ba trung tâm là Hà Nội, Tp HCM và Đà Nẵng, các tỉnh thành khác nhau có các cấu trúc mạng khác nhau với nhiều tổng đài Host. Các tổng đài hiện có phổ biến trên mạng viễn thông Việt Nam là: các tổng đài VKX liên doanh giữa Việt Nam và Hàn Quốc, A1000E của Alcatel, NEAX61∑ của NEC, AXE10 của Ericsson, EWSD của Siemens. Các công nghệ chuyển mạch đang sử dụng là chuyển mạch kênh cho mạng PSTN, X.25 cho mạng Frame relay và ATM cho truyền số liệu. Nhìn chung mạng chuyển mạch hiện nay còn nhiều cấp và việc điều khiển bị phân tán trong mạng (điều khiển nằm tại các tổng đài). 1.1.3.2 Hệ thống truyền dẫn Mạng truyền dẫn của Việt Nam hiện nay sử dụng cả vô tuyến và hữu tuyến. Về vô tuyến có các hệ thống viba sử dụng công nghệ PDH bên cạnh đó còn có các đường truyền qua vệ tinh đi quốc tế. Trong truyền dẫn hữu tuyến thì phổ biến là cáp quang tuy vậy vẫn có những đoạn dùng các loại cáp khác. Về truyền dẫn quang thì Việt Nam đang khai thác các thiết bị của nhiều hãng khác nhau cho từng hệ thống. Các hệ thống truyền dẫn quang chủ yếu sử dụng công nghệ SDH với các cấp độ ghép các nhau như STM-4, STM-16 hay STM – 64 cho các tuyến liên tỉnh còn trong tỉnh có thể là STM-1 hay STM-4 tùy vào nhu cầu dung lượng thực tế và tương lai. Vừa qua VNPT đã đưa vào khai thác hệ thống truyền dẫn Backbone Bắc – Nam 20Gbit/s dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng DWDM sử dung thiết bị của Nortel 1.1.3.3 Hệ thống báo hiệu Hiện tại mạng viễn thông Việt Nam sử dụng cả hai loại báo hiệu là R2 và SS7. Mạng báo hiệu SS7 đã và đang thay thế dần báo hiệu R2 trong từng công đoạn báo hiệu, tuy vậy với mạng thoại thì báo hiệu R2MFC vẫn được sử dụng phổ biến. Hệ thống SS7 đã được triển khai với một cấp STP (điểm chuyển giao báo hiệu) tại ba trung tâm Hà Nội,Tp HCM và Đà Nẵng. Hình 3: Hệ thống báo hiệu Việt nam 1.1.3.4 Hệ thống truy nhập Hiện tại trên mạng có nhiều loại truy nhập khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại mạng với từng loại dịch vụ. Trong di động, truyền hình ta có truy nhập vô tuyến với nhiều công nghệ khác nhau như MMDS, LMDS, GPRS, CDMA, FDAM… Gần đây còn có thêm truy nhập WLAN cũng được triển khai tại một số địa điểm. Về truy nhập hữu tuyến ta có truy nhập bằng thoại truyền thống, ADSL, truy nhập qua đường cáp truyền hình, qua đường điện lực và công nghệ mong đợi sẽ là truy nhập quang tới từng hộ gia đình… 1.1.3.5 Hệ thống quản lý Việt Nam đang trong quá trình xây dựng mạng quản lý tập trung NMS. Còn hiện tại thì mỗi hệ thống mạng riêng được quản lý bới các phương thức quản lý khác nhau. 1.1.3.6 Hệ thống đồng bộ Mạng đồng bộ Việt Nam hoạt động theo nguyên tắc chủ tớ có dự phòng, bao gồm 4 cấp và hai loại giao diện chuyển giao tín hiệu đồng bộ chủ yếu là 2MHz và 2Mb/s. Mạng được phân chia làm 3 vùng độc lập, mỗi vùng có hai đồng hồ mẫu, một đồng hồ chính (Ceecium) và một đồng hồ dự phòng (GSP). Các đồng hồ được đặt tại trung tâm của 3 vùng và được điều khiển theo nguyên tắc chủ tớ. Các tổng đài quốc tế và tổng đài Toll trong mỗi vùng được điều khiển bởi đồng hồ chủ theo phương thức chủ tớ. Các tổng đài Tandem và Host tại các tỉnh hoạt động bám theo các tổng đài Toll và các tổng đài RSS đồng bộ theo tổng đài Host mà nó đấu tới, tất cả đều theo phương thức chủ tớ. 1.1.4 Những hạn chế của mạng viễn thông hiện tại Như thấy ở trên hiện nay có rất nhiều mạng khác nhau song song cùng tồn tại, mỗi loại yêu cầu thiết kế bảo dưỡng vận hành khác nhau do vậy có nhiều nhược điểm :  Chỉ cung cấp các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng.  Thiếu mềm dẻo.  Kém hiệu quả trong bảo dưỡng, vận hành cũng như sử dụng tài nguyên. Dưới góc độ khác ta thấy các mạng viễn thông trước kia được thiết kế chủ yếu cho dịch vụ thoại nên có nhiều điều không còn phù hợp cho ngày nay như:  Kiến trúc tổng đài độc quyền làm cho các nhà khai thác gần như phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp tổng đài. Làm giảm tính cạnh tranh và mở rộng mạng…  Các tổng đài chuyển mạch kênh đã hết năng lực và trở nên lạc hậu đối với như cầu của khách hàng.  Sự bùng nổ thông tin với yêu cầu dịch vụ có nhiều đặc điểm thay đổi làm cho hệ thống cũ không thể đáp ứng nổi như về tốc độ dữ liệu, thời gian tham gia vào mạng… Trước yêu cầu mới và hạn chế của mạng cũ các nhà khai thác dịch vụ viễn thông thấy rằng cần có một hạ tầng mạng mới đáp ứng được tất cả các dịch vụ để thuận tiện và tiết kiệm cho việc khai thác bảo dưởng quản lý. 1.2 Mạng NGN 1.2.1 Định nghĩa Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều cách gọi khác nhau như Mạng đa dịch vụ, Mạng hội tụ, Mạng phân phối hay mạng nhiều lớp. Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới rất quan tâm đến NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõ ràng. Do vậy ta chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau: “ NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu, giữa cố định và di động.” 1.2.2 Đặc điểm NGN NGN có 4 đặc điểm chính:  Nền tảng là hệ thống mở.  NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng các dịch vụ trên NGN phải độc lập với mạng lưới.  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 ngày càng tăng và có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu. Trong NGN giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng được áp dụng làm cơ sở cho mạng đa dịch vụ. Hiện tại mặc dù vẫn còn gặp nhiều khó khăn so với mạng chuyển mạch kênh về khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu, nhưng với tốc độ thay đổi nhanh chóng nhiều công nghệ mới đang được áp dụng sẽ sớm khắc phục điều này trong tương lai gần. Hình 4 : Topo mạng thế hệ sau 1.2.3 Các yếu tố thúc đẩy tiến tới NGN 1.2.3.1 Cải thiện chi phí đầu tư Công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống chậm thay đổi so với sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ máy tính. Các chuyển mạch kênh chiếm phần lớn trên mạng PSTN nhưng không thực sự tối ưu cho truyền số liệu. Trong khi đó nhu cầu trao đổi thông tin giữa mạng PSTN và mạng Internet ngày càng tăng, do đó xuất hiện nhu cầu xây dựng hệ thống chuyển mạch tương lai dựa trên công nghệ hoàn toàn gói cho cả thoại và dữ liệu. Các giao diện mở tại mỗi lớp cho phép lựa chọn linh hoạt nhà cung cấp thiết bị. Truyền tải dựa trên gói cho phép phân bổ băng tần hiệu quả và linh hoạt. Nhờ đó giúp nhà khai thác quản lý dễ dàng, nâng cấp một cách hiệu quả phần mềm tại các nút điều khiển, dễ dàng triển khai dịch vụ mới mà không cần thay đổi mạng qua đó giúp giảm chi phí vận hành khai thác mạng. 1.2.3.2 Xu thế đổi mới viễn thông Trong vòng hội nhập kinh tế thế giới xu thế hội nhập cũng diễn ra mạnh mẽ trong viễn thông. Cạnh tranh ngày càng khốc liệt khi thế giới buộc các chính phủ phải mở của thị trường viễn thông. Để thích ứng với xu thế đó, đáp ứng được khả năng cung cấp loại hình dịch vụ cho nhiều dạng khách hàng thì yêu cầu hệ thống mạng phải có độ mở cao để có thể kết nối nhiều nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Với yêu cầu này các mạng cũ không thể thực hiện được trong khi đó NGN thích ứng rất tốt với đòi hỏi này nhờ một cấu trúc mở hợp lý. Hình 5: Mô hình kết nối trong NGN 1.2.3.3 Các doanh thu mới Dự báo hiện nay cho thấy doanh thu từ thoại gần như đạt mức bão hoà và không thể tăng thêm được nữa. Trong khi đó doanh thu từ các dịch vụ giá trị gia tăng ngày càng tăng, xu hướng sẽ vượt doanh thu từ thoại trong tương gần. Trước viễn cảnh đó nhiều nhà cung cấp, khai thác viễn thông không thể bỏ qua cơ hội tăng doanh thu này. Do vậy việc phát triển một mạng mới để đáp ứng tất cả các dịch vụ gia tăng hiện có cũng như những nhu cầu dịch vụ mới trong tương lai là không thể không làm. Tất cả các điều trên cho thấy sự phát triển mạng viễn thông lên NGN là một điều thiết yếu và cần thiết cho cuộc sống cũng như sự tồn tại của các nhà khai thác cung cấp dịch vụ viễn thông. 1.2.4 Yêu cầu để phát triển NGN Trước hết các nhà khai thác dịch vụ viễn thông phải xem xét mạng TDM mà họ đã tốn rất nhiều chi phí đầu tư để quyết định xây dựng một NGN xếp chồng hay thậm chí thay thế các tổng đài truyền thống bằng những chuyển mạch công nghệ mới sau này. Các nhà khai thác cần tìm ra phương pháp cung cấp các dịch vụ mới cho khách hàng của họ trong thời kỳ quá độ trước khi các mạng của họ chuyển sang NGN một cách đầy đủ. Vấn đề lớn nhất cần nhắc tới là phải hỗ trợ dịch vụ thoại qua IP và hàng loạt các dịch vụ giá trị tăng khác trong khi cơ chế “best effort: phân phối các gói tin không còn đủ đáp ứng nữa. Một thách thức căn bản nữa là mở rộng mạng IP theo nhiều hướng, nhiều khả năng cung cấp dịch vụ trong khi vẫn giữ được ưu thế của mạng IP. Một khía cạnh khác là quy mô mạng phải đủ lớn để cung cấp cho khách hàng nhằm chống lại hiện tượng tắc nghẽn cổ chai trong lưu lượng của mạng lõi. Việc tăng số lượng các giao diện mở cũng làm tăng nguy cơ mất an ninh mạng. Do đó đảm bảo an toàn thông tin mạng chống lại sự xâm nhập trái phép từ bên ngoài trở thành vấn đề sống còn của các nhà khai thác mạng. Vấn đề cũng không kém phần quan trọng là các giải pháp quản lý thích hợp cho NGN trong môi trường đa nhà khai thác, đa dịch vụ. Mặc dù còn mất nhiều thời gian và công sức trước khi hệ thống quản lý mạng được triển khai nhưng mục tiêu này vẫn có giá trị và sẽ mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí khai thác, dịch vụ đa dạng. Một vấn đề quang trọng nữa khi triển khai NGN là các công nghệ áp dụng trên mạng lưới phải sẵn sàng : • Về công nghệ truyền dẫn: phải phát triển các cộng nghệ truyền dẫn quang SDH, WDM hay DWDM với khả năng hoạt động mềm dẻo linh hoạt, thuận tiện cho khai thác và điều hành quản lý. • Về công nghệ truy nhập: phải đa dạng hoá các dạng truy nhập cả vô tuyến và hữu tuyến. Tích cực phát triển và hoàn thiện để đem vào ứng dụng rộng rãi các công nghệ truy nhập tiên tiến như truy nhập quang, truy nhập WLAN, truy nhập băng rộng, đặc biệt là triển khai rộng truy nhập ADSL và hệ thống di động 3G. • Về công nghệ chuyển mạch: Mặc dù có nhiều tranh luận về việc lựa chọn công nghệ nào cho NGN trong các công nghệ IP, ATM, ATM/IP hay MPLS, song có thể nói chuyển mạch gói sẽ là sự lựa chọn trong NGN. Gần đây với sự hoàn thiện về nghiên cứu công nghệ MPLS sẽ hứa hẹn là công nghệ chuyển mạch chủ đạo trong NGN. Bên cạnh đó [...]...một công nghệ khác là chuyển mạch quang cũng đang được nghiên cứu, hy vọng sẽ sớm được ứng dụng trong thực tế . TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG 1.1 Mạng viễn thông hiện tại 1.1.1 Khái niệm về mạng viễn thông Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin. cấp mạng khác nhau. Hình 2: Cấu hình mạng cơ bản Mạng viễn thông hiện nay có cấu trúc khác nhau như: mạng lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng hay mạng