Tổng quan về mạng thế hệ mới NGN

Lời nói đầu Trong những năm gần đây, khi mà đời sống xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu trao đổi thông tin của con người cũng tăng lên rất nhiều cả về mức độ phong phú lẫn chất lượng của của loại hình dịch vụ. Hiện nay, những nhu cầu đó không chỉ còn tập trung vào loại hình dịch vụ thoại truyền thống như trước đây nữa mà còn cả các dịch vụ thoại có hình ảnh, hội nghị đa phương tiện, cầu truyền thông, và rất nhiều dịch vụ đa phương tiện khác. Thực tế này đã đặt các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trước một thách thức rất lớn là làm sao có thể đáp ứng được nhu cầu của các vị khách hàng khó tính với chi phí đầu tư thấp nhất. Bên cạnh đó là sự ra đời của các công nghệ, kỹ thuật mới, sự bùng nổ của Internet đã trở thành động lực thúc đẩy sự ra đời của một mạng viễn thông thế hệ mới – Next Generation Network (NGN). NGN không phải là một mạng có cơ sở hạ tầng được xây dựng hoàn toàn mới mà nó được hình thành và phát triển trên nền tảng của các mạng thế hệ trước đó kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch gói theo giao thức IP. Nhờ kỹ thuật chuyển mạch gói mà NGN là một mạng có khả năng cung cấp không chỉ các dịch vụ thoại thông thường mà còn có khả năng cung cấp cả các dịch vụ số liệu, thoại và số liệu tích hợp, một cách mềm dẻo và linh hoạt. Kiến trúc phân tán và sự kết hợp giữa mạng thế hệ cũ với mạng thế hệ mới dựa trên nền một công nghệ thống nhất, đang dần đáp ứng nhu cầu càng cao về các loại hình dịch vụ. Điều đó yêu các vấn đề về công nghệ tiên tiến, trong đó có công nghệ truy nhập mạng viễn thông thế hệ mới phải ngày càng được đổi mới để đáp ứng được yêu cầu của mạng viễn thông hiện đại. Đây cũng chính là lý do để em chọn đề tài ”TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI NGN” làm đề tài tốt nghiệp. Nội dung của cuốn đồ án gồm các phần chính như sau: Chương 1: Giới thiệu về mạng viễn thông thế hệ mới NGN Chương 2: Công nghệ chuyển mạch mềm Softwitch trong mạng NGN Chương 3: Giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN Chương 4: Công nghệ truy nhập mạng thế hệ mới NGN Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng, nhưng do còn rất nhiều hạn chế về trình độ và thời gian nên đề tài này sẽ không tránh khỏi các sai sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và ban chủ nhiệm khoa Công Nghệ - trường Đại Học Vinh đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình thực hiện 1 đồ án. Cảm ơn cô Ts.Nguyễn Thị Quỳnh Hoa đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ và động viên chúng em về mọi mặt để em hoàn thành đồ án này. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Thiện TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2 Cùng với sự bùng nổ và phát triển của công nghệ thông tin, cùng với những nhu cầu cần được đáp ứng về các loại hình dịch vụ cũng như chất lượng dịc vụ ngày càng tăng. Với đề tài về mạng thế hệ mới NGN mà em đã thực hiên trong cuốn đồ án, về cơ bản nội dung đồ án như sau: Trước hết đề tài giới thiệu một cách tổng quát về mạng thế hệ mới, về sự hình thành, các đặc điểm cũng như các thành và cấu trúc cũng như các công nghệ mới được ứng dụng được xây dựng trên nền tảng công nghệ chuyển mạch gói. Đồng thời qua đó chúng ta cũng phân tích được những ưu điểm và lợi thế của NGN so với các công nghệ viễn thông trước đó. Tiếp theo đồ án đi vào phân tích các công nghệ chuyển mạch mềm Softwith cũng như các giao thức hoạt động và điều khiển của công nghệ này. Chuyển mạch mềm là tổng hợp các giao thức, các sản phẩm, các dịch vụ và ứng dụng nên có thể cho phép tương tác với mọi thiết bị truyền thông trên công nghệ chuyển mạch gói. Các dịch vụ bao gồm như thoại, video, data, hay các dich vụ truyền hình hội nghị, VoiIP… Công nghệ truy nhập vào mạng thế hệ mới cũng rất đa dạng và luôn phát triển nhằm nâng cao tốc độ truyền tải, cũng như chất lượng dịch vụ viễn thông. Bao gồm một số công nghệ như họ xDSL và các cộng nghệ mới như PON, Wimax, 3G . hoạt động trên nền tảng của mạng lõi thống nhất. Phần giới thiệu về các công nghệ truy nhập cũng chính là nội dung cuối cùng được trình bày mà bản đồ án đã thực hiện. MỤC LỤC 3 LỜI NÓI ĐẦU ……………………………………………………………… …….1 TÓM TẮT ĐỒ ÁN ……… .…………………………………………………… 3 MỤC LỤC ………………………………………………………………………… 4 DANH MỤC HÌNH VẼ DÙNG TRONG ĐỒ ÁN …………………………………6 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN …………….………7 Chương 1 – GIỚI THIỆU VỀ MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI .…………11 1.1 Định nghĩa …………………………………………………………… …… .11 1.2 Sự ra đời của mạng thế hệ mới NGN …………………………………………12 1.2.1 Thách thức trong việc triển khai mạng NGN ………………………… .12 1.2.2 Nguyên tắc tổ chức mạng NGN 14 1.2.3 So sánh công nghệ giữa mạng hiện tại và mạng tương lai ……… 15 1.3 Đặc điểm chính của mạng NGN ………………………………… ……… .17 1.4 Kiến trúc của mạng NGN …………………………………………………… 17 1.4.1 Cấu trúc chức năng mạng NGN …………………………………… .18 1.4.2.1 Cấu trúc vật lý mạng NGN …… .………………………………23 1.4.2.2 Cấu trúc phần tử trong mạng NGN ….…….……………………23 Chương 2- CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM SORTFWITCH………….…30 2.1 Giới thiệu chung …………………………………………………………… 30 2.1.1 Những hạn chế của công nghệ chuyển mạch kênh ………………… ….30 2.1.2 Sự ra đời của chuyển mạch mềm (Softswitch) ………………….…….…31 2.2 Công nghệ chuyển mạch mềm …………… .……………………………… .32 2.2.1Định nghĩa chuyển mạch mềm (Softswitch) …………………….… .32 2.2.2 Vị trí của chuyển mạch mềm mạng NGN ………………… .….……….34 2.2.3 Thành phần chính của chuyển mạch mềm Sortwitch …………… …….34 2.2.4 Khái quát hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch ……………… 37 2.2.5 Ưu điểm và ứng dụng của chuyển mạch mềm .………………………….38 2.2.6 Các giao thức hoạt động của chuyển mạch mềm Sortwitch …………….41 2.2.7 So sánh hoạt động giữa chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh …… 44 Chương 3 - GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN 46 3.1 Giới thiệu …………………………………………………………………… .46 3.2 Giao thức H.323 …………………………………………………………… 48 3.2.1 Giới thiệu về H.323 ….…………………………………………… .…48 3.2.2 Cấu hình mạng H.323 …………………………………………… .49 3.3 Giao thức SIP ………………………………………………………… ….….52 3.3.1Giới thiệu về giao thức SIP …………………………………………… .52 3.3.2 Chức năng của SIP ………………………………………………… .52 3.3.3 Các thành phần của SIP ……………………………………………… .53 3.3.4Khái quát về hoạt động của SIP …………………………………………55 3.4 MGCP (Media Gateway Control Protocol) .55 3.4.1 Giới thiệu về MGCP .55 3.4.2 Kiến trúc và các thành phần …………………………………………….56 3.4.3 Thiết lập cuộc gọi MGCP .57 4 3.5 Giao thức MEGACO ………………………………………………………….57 3.5.1 Giới thiệu về MEGACO …….……………………………………… ….57 3.5.2 Chức năng của giao thức MEGACO ……………………………….… .58 3.5.3 Vị trí của giao thức MEGACO trong mô hình OSI ………………….….60 3.5.4 Hoạt động của giao thức MEGACO ………………………………… 60 3.6 Sigtran và Giao tiếp giữa chuyển mạch mềm với mạng báo hiệu số 7 …….…60 3.6.1 Giới thiệu về SIGTRAN ….……………………………………….….….61 3.6.1.1 Mô hình chức năng …………………………………………… 61 3.6.2 Báo hiệu số 7 ……………………………………………………………62 3.6.2.1 Các phần tử trong mạng báo hiệu số 7 ……………………… .62 3.6.2.2 Tập giao thức SS7……………………………………………… 65 3.6.2.3 Liên kết báo hiệu giữa mạng SS7 và Chuyển mạch mềm .….… .66 Chương 4 - CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP MẠNG NGN …………………………67 4.1 Giới thiệu công nghệ truy nhập và mạng NGN ………………………………67 4.2 Các công nghệ truy nhập Hữu tuyến ………………………………………….67 4.2.1 Họ công nghệ xDSL ………………………… .……………………… .67 4.2.1.1 ADSL, ADSL2, ADSL2+ … ……………………………………70 4.2.1.2 HDSL ………………………………………………………… .74 4.2.1.3 VDSL và VDSL2 ……………………………………………….75 4.2.2 Công nghệ truy nhập quang … .……………………………………… 77 4.2.2.1 Các mạng truy nhập quang PON (Passive Optical Networks) …79 4.2.2.2 Mạng truy nhập APON …………………………………………79 4.2.4 Metro Ethernet ………………………………………………………….85 4.2.4.1 Lợi ích khi dùng dịch vụ Ethernet ………… ………………… 85 4.2.4.2 Mô hình dịch vụ Ethernet ….………………………………… .85 4.2.4.3 Khuôn khổ định nghĩa dịch vụ Ethernet ……………………… 86 4.2.4.4 Truyền tải Metro Ethernet qua SONET/SDH ………………… 86 4.3 Phần truy nhập vô tuyến ………………………………………………………87 4.3.1 GSM ….………………………………………………………………….87 4.3.2 GPRS ……………………………………………………………………87 4.3.3 Hệ thống 3G .……………………………………………………………88 4.3.4 WLAN .………………………………………………………………… 89 4.3.5 Wimax .………………………………………………………………… 91 4.3.5.1 Cấu hình mạng WiMax …………………………………………92 4.3.5.2 Một số đặc điểm kỹ thuật của Wimax …………………….…….94 4.3.6 Hệ thống 4G …………………………………………………………….96 4.3.7 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập ………………………….96 KẾT LUẬN CHUNG …………………………………………………………… .97 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………98 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DÙNG TRONG ĐỒ ÁN 5 Hình 1.1 Chiến lược phát triển mạng thế hệ mới ………………………………….15 Hình 1.2 So sánh sự hội tụ giữa hiện tại và tương lai …………………………… 15 Hình 1.3 Sơ đồ lớp chức năng mạng hiện tại …………………………………… .16 Hình 1.4 Sơ đồ lớp chức năng mạng tương lai ……………………………………16 Hình 1.5 Cấu trúc chức năng mạng NGN ( góc độ mạng và dich vụ ) ……………18 Hình 1.6 Cấu trúc trúc chức năng mạng NGN …………………………………….19 Hình 1.7 Các thành phần của Sortwitch ………………………………………… 21 Hình 1.8 Các thực thể chức năng trong mạng NGN ………………………………23 Hình 1.9 Cấu trúc vật lý mạng NGN ………………………………………………24 Hình 1.10 Các thành phần chính trong mạng NGN ……………………………….25 Hình 2.1 Hoạt động của chuyển mạch kênh PSTN ……………………………… 30 Hình 2.2 Cấu trúc mạng thế hệ mới NGN …………………………………………32 Hình 2.3 Vị trí của chuyển mạch mềm trong mạng NGN ……………………… .34 Hình 2.4 Kết nối MGC với các thành phần của mạng NGN …………………… .35 Hình 2.5 Chức năng của Media Getway Controller ………………………………36 Hình 2.6 Giao thức sử dụng giữa các thành phần trong Sortwitch ……………… 37 Hình 2.6 Cấu trúc chuyển mạch mềm …………………………………………… 44 HÌnh 2.7 Cấu trúc chuyển mạch kênh …………………………………………… 44 Hình 3.1 Các giao thức cơ bản ứng dụng trong mạng ứng dụng softswitch ………47 Hình 3.2 Cấu hình mạng H.323 ………………………………………………… .49 Hình 3.3 Cấu tạo của Gateway ……………………………………………………50 Hình 3.4 Chức năng của một Gatekeeper …………………………………………51 Hình 3.6 Các thành phần của hệ thống SIP ……………………………………… 53 Hình 3.7 Cấu trúc của hệ thống SIP ……………………………………………….54 Hình 3.8 Sơ đồ MG và MGC …………………………………………………… .56 Hình 4.11 Thiết lập cuộc gọi giữa A và B ……………………………………… .57 Hình 3.10 Vị trí và chức năng của giao thức MEGACO/H.248 ………………… 58 Hình 3.11 Giao thức MEGACO trong mô hình OSI …………………………… .69 Hình 3.12 Mô tả cuộc gọi MEGACO …………………………………………… 60 Hình 3.13 Mô hình chức năng của SIGTRAN …………………………………….61 Hình 3.14 Ngăn xếp giao thức SIGTRAN ……………………………………… .61 Hình 3.15 Cấu trúc mạng báo hiệu số …………………………………………… 63 Hình 3.16 Các liên kết báo hiệu trong SS7 ……………………………………… 64 Hình 3.17 Mô hình OSI và Tập giao thức SS7 ……………………………………65 Hình 4.1 Mạng NGN và các công nghệ truy nhập ……………………………… .67 Hình 4.2 Cấu hình mạng xDSL ……………………………………………………70 Hình 4.3 Nguyên lý thu phát ADSL ……………………………………………….71 Hình 4.4 Tốc độ đường xuống ADSL2+ và ADSL2 …………………………… .74 Hình 4.5 Khả năng cung cấp dịch vụ của VDSL ………………………………….76 Hình 4.6 Sơ đồ logic hệ thống mạng PON ……………………………………… .78 Hình 4.7 Cấu hình chung của mạng PON …………………………………………79 Hình 4.8 Cấu hình tham chiếu APON …………………………………………….79 6 Hình 4.9 Các khối chức năng nhiêm vụ OLT …………………………………… 80 Hình 4.10 Giao diện ONU ……………………………………………………… .81 Hình 4.11 Giao diện quang ODN …………………………………………………83 Hình 4.12 Cấu trúc phân lớp APON ………………………………………………84 Hình 4.13 Hệ thống ITM2000 …………………………………………………… 88 HÌnh 4.14 Kiến trúc mạng LAN ………………………………………………… 89 HÌnh 4.15 Kiến trúc mạng LAN cơ sở …………………………………………….89 Hình 4.16 Cấu hình điểm-đa điểm ……………………………………………… 92 Hình 4.17 Cấu hình măt lưới MESH ………………………………………………93 Hình 4.18 Lớp giao thức WiMax trong hai lớp cuối ………………………………94 Hình 4.19 Sự hôi tụ các công nghệ truy nhập mạng thế hệ mới ………………….96 Bảng 2.1: So sánh các đặc tính chuyển mạch của tổng đài PSTN và softswitch …43 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG ĐỒ ÁN 7 ACF Admission Confirm Xác nhận 8 ACK Acknowledgment Báo nhận ACM Address Complete Message Bản tin thông báo địa chỉ A-F Acouting - Function Chức năng tính cước AGS-F Access Gateway Signalling Function Chức năng cổng truy nhập AGW Acceess Gateway Cổngt truyền thông truy nhập AIN Advanced Intelligent Network Mạng thông minh tiên tiến AMA Automatic Message Accounting Tự động đếm bản tin ANM Answer Message Bản tin trả lời API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng AS Application Server Máy chủ ứng dụng AS-F Application Server Function Chức năng máy chủ ứng dụng ASP Application Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng ATM Asynchornous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ BICC Bearer Independent Call Control Protocol Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập tải tin BSS Business Support System Hệ thống hỗ trợ doanh nghiệp CAS Channel Associated Signalling Báo hiệu kênh chung CDR Call Detail Record Bản ghi chi tiết cuộc gọi CRCX Create Connection Tạo kết nối CPG Call Process Message Bản tin xử lý cuộc gọi CSG Call Signalling Gateway Cổng báo hiệu cuộc gọi CSN Subscriber Connection Unit Khối kết nối thuê bao DNS Domain Name Server Tên miền máy chủ DSLAM Digital Subcriber Line Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số DSP Digital Signal Processors Bộ xử lý tín hiệu số DWDM Dense Warelength Division Multiplexing Ghếp kênh phân chia theo bước sóng hẹp ENUM tElephone Numbering Mapping Ánh xạ số điện thoại FC Feature Server Máy chủ đặc tính IAD Intergrated Access Device Thiết bị truy nhập tích hợp IAM Initial Address Message Bản tin địa chỉ đầu IETF Internet Engineering Task Force Uỷ ban tư vấn kỹ thuật Internet IN Intelligent Network Mạng thông minh INAP Intelligent Network Application Part Phần ứng dụng mạng thông mình IP Internet Protocol Giao thức mạng ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ISUP ISDN User Part Phần ứng dụng dành cho người dùng ISDN ITU-T International Telecomunications Union Hiệp hội viễn thông quốc tế IVR Interactive Voice Response Đáp ứng thoại tương tác 9 IW-F Interworking Function Chức năng liên kết mạng LDAP Lightweight Directory Access Protocol Giao thức truy nhập danh bạ đơn giản MAP Mobile Application Path Phần ứng dụng di động M2UA MTP level 2 User Adaptation Tương thích với người dùng mức 2 MDCX Modify Connection Thay đổi kết nối MCU Multi-point Control Unit Khối điều khiển đa điểm MGC-F MGC Function Chức năng MGC MG-F MG Function Chức năng MG MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTP Message Tranfer Part Phần truyền tải bản tin NAS Network Access Servers Máy chủ truy nhập mạng NCS Network Call Signalling Mạng báo hiệu cuộc gọi NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới NSP Network Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ mạng OSS Operations Support System Hệ thống hỗ trợ hoạt động PBX Private Branch eXchange Tổng đài nhánh PCM Pulse Coded Modulation Điều chế xung mã PDU Protocol Data Unit Khối dữ liệu giao thức PON Passive Optical Networks Mạng truy nhập quang PRI Primary Rate Interface Giao diện tốc độ bít cơ sở PSTN Public Switched Telephony Network Mạng điện thoại công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến RAS Remote Access Server Máy chủ truy nhập từ xa REL Release Giải phóng R-F Routing Function Chức năng định tuyến RGW Residential Gateway Cổng thường trú RSU Remote Subscriber Unit Khối thuê bao xa RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giành trước tài nguyên RTCP Real-Time Transport Protocol Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ SCN Switched Circuit Network Mạng sử dụng chuyển mạch kênh SCTP Stream Control Tranmission Protocol Giao thức điều khiển truyền tải luồng SG Signalling Gateway Cổng báo hiệu SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SIGTRA Signalling Transport Truyền tải báo hiệu 10 . triển mạng thế hệ mới. 15 Hình 1.1 Chiến lược phát triển mạng thế hệ mới 1.2.3 So sánh công nghệ giữa mạng hiện tại và mạng tương lai So sánh công nghệ mạng. nền công nghệ của mạng lõi. 17 1.3 Đặc điểm chính của mạng NGN Về cơ bản mạng thế hệ mới NGN có bốn đặc điểm chính sau: 1. Nền tảng là hệ thống mạng mở: