TÌM HIỂU kỹ THUẬT CHUYỂN MẠCH mềm

Nội dung bài tập lớn gồm 3 chương: Chương I. Tổng quan về kỹ thuật chuyển mạch Chương này cho chúng ta khái niệm về kỹ thuật chuyển mạch, tìm hiểu về hệ thống chuyển mạch, cũng như vai trò và vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông, ngoài ra chúng ta còn biết vị trí của hệ thống chuyển mạch trong các mạng như mạng PSTN, mạng GSM và mạng NGN Chương II. Tổng quan về mạng thế hệ sau Thế nào là mạng thế hệ sau, động cơ xuất hiện mạng thế hệ sau là gì, những câu hỏi đó sẽ được trả lời ở chương II này, bên cạnh đó chúng ta còn tìm hiểu mạng NGN về đặc điểm, cấu trúc, các thành phần các dịch vụ và xu hương phát triển của NGN Chương III. Tìm hiểu kỹ thuật chuyển mạch mềm Chương này cho chúng ta cái nhìn tổng quát về chuyển mạch mềm, kiến trúc của chuyển mạch mềm, vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng của NGN và nhiều thông tin khác

Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, xu hướng hội tụ mạng viễn thông, mạng truyền dữ liệu và mạng, máy tính đang diễn ra mạnh mẽ trên thế giới. Mạng viễn thông thế hệ sau(NGN – Next Generation Nextwork) ra đời để đáp ứng xu hướng đó. Mạng thế hệ sau là một mạng truyền tải thông tin trên cơ sở chuyển mạch gói, cung cấp đa dịch vụ, đa phương tiện, hỗ trợ đa giao thức, mở rộng băng thông cho tất cả các loại hình, đảm bảo chất lượng QoS trên cơ sở cung cấp các dịch vụ thời gian thực… Khi mạng thế hệ sau ra đời thì các hãng cung cấp thiết bị viễn thông lớn trên thế giới cũng nhanh chóng đề xuất các mô hình khác nhau. Thực chất, thuật ngữ NGN được đề cập cũng chỉ mang tính định hướng chiến lược nhằm tiến tới hội tụ giữa viễn thông và công nghệ thông tin với các loại hình dịch vụ trực tuyến ngày càng trở nên phổ thông hơn, đơn giản hơn và kinh tế hơn. Vì thế, xu hướng tiến lên NGN là tất yếu nhưng vấn đề đặt ra cho mỗi mạng cụ thể để tiến lên NGN là lựa chọn bước đi và tiến trình chuyển đổi như thế nào để tối ưu. Nội dung bài tập lớn gồm 3 chương: Chương I. Tổng quan về kỹ thuật chuyển mạch Chương này cho chúng ta khái niệm về kỹ thuật chuyển mạch, tìm hiểu về hệ thống chuyển mạch, cũng như vai trò và vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông, ngoài ra chúng ta còn biết vị trí của hệ thống chuyển mạch trong các mạng như mạng PSTN, mạng GSM và mạng NGN Chương II. Tổng quan về mạng thế hệ sau Thế nào là mạng thế hệ sau, động cơ xuất hiện mạng thế hệ sau là gì, những câu hỏi đó sẽ được trả lời ở chương II này, bên cạnh đó chúng ta còn tìm hiểu mạng NGN về đặc điểm, cấu trúc, các thành phần các dịch vụ và xu hương phát triển của NGN Chương III. Tìm hiểu kỹ thuật chuyển mạch mềm Chương này cho chúng ta cái nhìn tổng quát về chuyển mạch mềm, kiến trúc của chuyển mạch mềm, vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng của NGN và nhiều thông tin khác Trong quá trình làm bài tiểu luận không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong cô và các bạn góp ý để cho bài tiểu luân thêm hoàn chỉnh. Chúng em xin chân thành cảm ơn !!! SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang i Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .i LỜI MỞ ĐẦU .i MỤC LỤC ii MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH .1 1.1 Các khái niệm cơ bản .1 1.1.1 Khái niệm chuyển mạch 1 1.1.2 Hệ thống chuyển mạch 1 1.2 Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch 1 Hình 1.1: Xu hướng hội tụ công nghệ mạng công cộng 2 1.3 Vai trò và vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông .3 1.3.1 Các thành phần của mạng viễn thông (telecommunications network) .3 Hình 1.2: Các thành phần của mạng viễn thông .4 1.3.1.1 Thiết bị đầu cuối .4 1.3.1.2 Hệ thống chuyển mạch 4 1.3.1.3 Thiết bị truyền dẫn 4 1.3.2 Vai trò của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông 5 1.3.3 Vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông .5 1.3.3.1 Vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng PSTN .5 Hình 1.3: Vị trí tổng đài trong mạng PSTN .6 1.3.3.2 Vị trí các hệ thống chuyển mạch trong mạng GSM 6 Hình 1.4: Vị trí của tổng đài trong mạng GSM .6 1.3.3.3 Vị trí của các hệ thống chuyển mạch trong mạng NGN .7 Hình 1.5: Cấu trúc mạng NGN .7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU .7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU .7 SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang ii Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm 2.1 Định nghĩa .7 2.2 Động cơ xuất hiện mạng thế hệ sau .9 2.3 Đặc điểm của NGN .10 2.4 Cấu trúc của NGN 11 Hình 2.1: Cấu trúc lớp mạng của NGN 11 2.5 Các thành phần của NGN 12 Hình 2.2: Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong NGN .13 Hình 2.3: Các thành phần chính trong NGN .14 2.6 Các dịch vụ mạng thế hệ sau .15 2.7 Xu hướng phát triển NGN .17 CHƯƠNG 3. TÌM HIỂU KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH MỀM 18 CHƯƠNG 3. TÌM HIỂU KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH MỀM 18 3.1 Khái niệm chuyển mạch mềm 18 3.2 Kiến trúc cơ sở của chuyển mạch mềm .19 Hình 3.1: Dịch chuyển từ chuyển mạch truyền thống sang chuyển mạch mềm. 20 Hình 3.2: Các thành phần kiến trúc chuyển mạch mềm .20 3.3 Vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng của NGN 20 Hình 3.3 Vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng của NGN 21 3.4 Cấu trúc chức năng của chuyển mạch mềm .21 Hình 3.4: Mô hình tham chiếu các thực thể chức năng 21 3.4.1 Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGC-F) 21 3.4.2 Chức năng định tuyến cuộc gọi và tính cước (R-F, A-F) .22 3.4.3 Chức năng cổng báo hiệu (SG-F) và báo hiệu cổng truy nhập (AGS-F) 23 3.4.4 Chức năng Server ứng dụng (AS) .23 3.4.5 Chức năng cổng phương tiện (MG-F) 24 3.4.6 Chức năng máy chủ đa phương tiện .25 Hình 3.5 : Chức năng của bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC 25 3.5 Thiết lập cuộc gọi trong chuyển mạch mềm .26 Hình 3.6: vai trò của softswitch trong quá trình thiết lập cuộc gọi 26 3.6 Quá trình xử lý cuộc gọi trong chuyển mạch mềm 26 SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang iii Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm Hình 3.7: Lưu đồ xử lý cuộc gọi trong chuyển mạch mềm .28 3.7 Báo hiệu điều khiển trong chuyển mạch mềm 29 Hình 3.8: Quan hệ báo hiệu điều khiển cuộc gọi và báo hiệu kênh mang .29 3.7.1 Báo hiệu điều khiển cuộc gọi 29 Hình 3.9: Các thành phần của hệ thống SIP .33 3.7.2 Báo hiệu điều khiển kênh mang 33 3.8 So sánh chuyển mạch mềm với chuyển mạch kênh .34 3.8.1 Đặc tính chuyển mạch .34 34 Hình 3.10: Thành phần của mạng chuyển mạch kênh 34 34 Hình 3.11: Thành phần của mạng chuyển mạch NGN .34 3.8.2 Cấu trúc mạng .36 Hình 3.12: Hình cấu trúc của chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh .36 3.9 Ứng dụng của chuyển mạch mềm .36 3.9.1 Ứng dụng làm cổng báo hiệu SG .36 Hình 3.13: Ứng dụng làm cổng báo hiệu SS7 của chuyển mạch mềm .37 3.9.2 Ứng dụng cho tổng đài Tandem 38 3.9.2.1 Giảm tải các tổng đài chuyển tiếp 38 Hình 3.14: Ứng dụng làm tổng đài Tandem 38 3.9.2.2 Dịch vụ đường dài .39 3.9.2.3 Ứng dụng trong công nghệ VoIP 40 Hình 3.15: Kết nối các phần tử trong mạng VoIP .40 KẾT LUẬN 41 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO .42 TÀI LIỆU THAM KHẢO .42 SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang iv Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Xu hướng hội tụ công nghệ mạng công cộng 2 Hình 1.2: Các thành phần của mạng viễn thông .4 Hình 1.3: Vị trí tổng đài trong mạng PSTN .6 Hình 1.4: Vị trí của tổng đài trong mạng GSM .6 Hình 1.5: Cấu trúc mạng NGN .7 Hình 2.1: Cấu trúc lớp mạng của NGN 11 Hình 2.2: Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong NGN .13 Hình 2.3: Các thành phần chính trong NGN .14 Hình 3.1: Dịch chuyển từ chuyển mạch truyền thống sang chuyển mạch mềm. 20 Hình 3.2: Các thành phần kiến trúc chuyển mạch mềm .20 Hình 3.3 Vị trí của chuyển mạch mềm trong mô hình phân lớp chức năng của NGN 21 Hình 3.4: Mô hình tham chiếu các thực thể chức năng 21 Hình 3.5 : Chức năng của bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC 25 Hình 3.6: vai trò của softswitch trong quá trình thiết lập cuộc gọi 26 Hình 3.7: Lưu đồ xử lý cuộc gọi trong chuyển mạch mềm .28 Hình 3.8: Quan hệ báo hiệu điều khiển cuộc gọi và báo hiệu kênh mang .29 Hình 3.9: Các thành phần của hệ thống SIP .33 Hình 3.10: Thành phần của mạng chuyển mạch kênh 34 Hình 3.11: Thành phần của mạng chuyển mạch NGN .34 Hình 3.12: Hình cấu trúc của chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh .36 Hình 3.13: Ứng dụng làm cổng báo hiệu SS7 của chuyển mạch mềm .37 Hình 3.14: Ứng dụng làm tổng đài Tandem 38 Hình 3.15: Kết nối các phần tử trong mạng VoIP .40 SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang v Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ Tiếng Anh Tiếng Việt ITU International Telecommunication Liên minh Viễn thông Quốc tế. PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng. TDM Time Division Multiplex Ghép kênh khe thời gian. IP Internet Protocol Giao thức Internet. NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau. MGW Media Gateway Cổng đa phương tiện IAD Integrated Access Device Thiết bị truy nhập tích hợp. ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển giao không đồng bộ. MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức. LAN Local Area Network Mạng cục bộ. QoS Quality of Sevice Chất lượng dịch vụ. SGW Signalling Gateway Gateway báo hiệu. MS Management Services Các dịch vụ quản lý. FS Feature Server Máy chủ chức năng. AS Application Server Máy chủ ứng dụng. VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo. VoD Video on Demand Video theo yêu cầu. ADI Analog Devices Inc Liên hợp các thiết bị tương tự. ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp. MGC Global Motion Compensation Bù chuyển động toàn cầu. BICC Bearer Independent Call Control Điều khiển cuộc gọi độc lập kênh mang. SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên. MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển Media Gateway. AG Access Gateway Cổng truy nhập. MG Management Group Nhóm quản lý. DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số. STM Synchronous Transmission Mode Chế độ chuyển giao đồng bộ. SS7 Signaling System No.7. Hệ thống báo hiệu số 7. IN Intelligent Network Mạng thông minh BHCA Busy Hour Call Attemps Các cuộc gọi thử giờ cao điểm MSC Message Sequence Chart Biểu đồ chuỗi bản tin. PRI Primary rate interface Giao diện tốc độ sơ cấp SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang vi Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm GW GateWay Cổng vào. MGWC Media Gateway Controller Thiết bị điều khiển MediaGateway. PBX Private Branch Exchange Tổng đài nhánh riêng. SLC Subscriber Loop Carrier Sóng mang mạch vòng thuê bao CoS Class of Service Phân lớp dịch vụ CS Call Server Máy chủ cuộc gọi ISC International Softswitch Consortiun Hiệp hội chuyển mạch mềm quốc tế ISC SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang vii Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 1.1 Các khái niệm cơ bản 1.1.1 Khái niệm chuyển mạch Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông. Nói các khác, chuyển mạch trong viễn thông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin. Như vậy, theo khía cạnh thông thường khái niệm chuyển mạch gắn liền với lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI của Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO. 1.1.2 Hệ thống chuyển mạch Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch, trong mạng chuyển mạch kênh thường gọi là hệ thống chuyển mạch (tổng đài) trong mạng chuyển mạch gói thường được gọi là thiết bị định tuyến (bộ định tuyến). 1.2 Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch Vào khoảng thập niên 60 của thế kỷ 20, xuất hiện sản phẩm tổng đài điện tử số là sự kết hợp giữa công nghệ điện tử với kỹ thuật máy tính. Tổng đài điện tử số công cộng đầu tiên ra đời được điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPC (Stored Program Control). Trong những năm 70 hàng loạt các tổng đài thương mại điện tử số ra đời. Một trong những tổng đài đó là tổng đài E10 của CIT – Alcatel được sử dụng tại Lannion (Pháp). Tháng 1 năm 1976 Bell đã giới thiệu tổng đài điện tử số công cộng 4ESS. Năm 1980, tổng đài DMS100 của Northern Telecom được đưa vào sử dụng, tổng đài dùng toàn bộ kỹ thuật số đầu tiên trên thế giới. Hệ thống 5ESS của hãng AT&T được đưa vào năm 1982 đã cải tiến rất nhiều từ hệ thống chuyển mạch 4ESS và đã có các chức năng tương thích với các dịch vụ mạng số tích hợp dịch vụ ISDN (Integrated Service Digital Network). Khoảng năm 1996 khi mạng Internet trở thành bùng nổ trong thế giới công nghệ thông tin, nó đã tác động mạnh mẽ đến công nghiệp viễn thông và xu hướng hội tụ các mạch máy tính, truyền thông, điều khiển. Hạ tầng mạng viễn thông đã trở thành tâm điểm quan tâm trong vai trò hạ tầng xã hội. Một mạng có thể truyền băng rộng với các loại hình dịch vụ QoS (Quality of Service) đã trở thành cấp thiết trên nền tảng của một kỹ thuật mới: Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode). SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang 1 Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm Các hệ thống chuyển mạch điện tử số cũng phải dần thay đổi theo hướng này cùng với các chỉ tiêu kỹ thuật, giao thức mới. Một ví dụ điển hình là các hệ thống chuyển mạch kênh khi cung cấp các dịch vụ Internet sẽ có độ tin cây khác so với các cuộc gọi thông thường với thời gian chiếm dùng cuộc gọi lớn hơn rất nhiều, và cũng như vậy đối với các bài toán lưu lượng. Sự thay đổi của hạ tầng mạng chuyển đổi sang mạng thế hệ kế tiếp NGN đã và đang tác động rất lớn tới các hệ thống chuyển mạch, dưới đây trình bày một số vấn đề liên quan tới mạng NGN và các đặc điểm của quá trình hội tụ mạng của hạ tầng công cộng. Mạng chuyển mạch kênh công cộng PSTN và IP (Internet Protocol) đang dần hội tụ tới cùng một mục tiêu nhằm hướng tới một hạ tầng mạng tốc độ cao có khả năng tương thích với các ứng dụng đa phương tiện tương tác và đảm báo chất lượng dịch vụ. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra xu hướng hội tụ trong hạ tầng mạng công cộng. Hình 1.1: Xu hướng hội tụ công nghệ mạng công cộng Từ những năm 1980, PSTN chuyển hướng tiếp cận sang phương thức truyền tải bất đồng bộ ATM để hỗ trợ đa phương tiên và QoS, sau đó chuyển hướng sang công nghệ kết hợp với IP để chuyển mạch nhãn đa giao thức hiện nay. Trong khi đó Internet đưa vào một tiếp cận hơi khác với PSTN qua giải pháp triển khai kiến trúc phân lớp dịch vụ CoS (Class of Service) và hướng tới đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS thông qua mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ DiffServ, các chiến lược của Internet theo hướng tương thích với IP, mạng quang và hướng tới mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized MultiProtocol Label Switch). Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời vào năm 2001 là sự nỗ lực kết hợp hai phương thức chuyển mạch hướng kết nối (ATM, FR) với công nghệ chuyển mạch phi kết nối (IP). SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang 2 Kỹ thuật chuyển mạch Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch mềm Trong môi trường mạng hiện nay, sự phân cấp hệ thống thiết bị biên (nội hạt), thiết bị quá giang và thiết bị lõi trong mạng cung cấp các dịch vụ PSTN vẫn đang tồn tại. Các mạng bao trùm như FR, ATM và Internet đang được triển khai song song và tạo ra nhu cầu kết nối liên mạng. Các truy nhập cộng thêm gồm cáp đồng, cáp quang và truy nhập không dây đang được triển khai làm đa dạng và tang mật độ truy nhập từ phía mạng truy nhập. Sự tăng trưởng của các dịch vụ truy nhập đã tạo nên sức ép và đặt ra 3 vấn đề chính đối với hệ thống chuyển mạch băng rộng đa dịch vụ: truy nhập băng thông rộng, sự thông minh của thiết bị biên và truyền dẫ tốc độ cao tại mạng lõi. Với môi trường mạng PSTN trước đây, các thiết bị lõi mạng chịu trách nhiệm chính trong điều hành và quản lý và điều này được thay đổi chức năng cho các thiết bị gờ mạng trong môi trường NGN. Hơn nữa, các hệ thống chuyển mạch phải có độ mềm dẻo lớn nhằm tương tích và đáp ứng các yêu cầu tăng trưởng lưu lượng từ phía khách hàng. Vì vậy, cơ chế điều khiển các hệ thống thống chuyển mạch đã được phát triển theo hướng phân lớp và module hóa nhằm nâng cao hiệu năng chuyển mạch và đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối. Hướng tiếp cận máy chủ cuộc gọi CS (Call Server) và hướng triển khai phân hệ đa dịch vụ IP (IMS) được trình bày dưới đây chỉ ra những sự thay đổi lớn trong lịch sử phát triển hệ thống chuyển mạch. 1.3 Vai trò và vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông 1.3.1 Các thành phần của mạng viễn thông (telecommunications network) Là một tập hợp bao gồm các nút mạng và các đường truyền dẫn kết nối giữa hai hay nhiều điểm xác định để thực hiện các cuộc trao đổi thông tin giữa chúng. Mạng viễn thông cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ viễn thông cho khác hang, từ những dịch vụ truyền thống như điện thoại, fax, truyền số liệu cho đến các dịch vụ mới như Internet, VOD, thương mại điện tử,… SVTH: Nguyễn Văn Khoa – Đặng Ngọc Quyền Trang 3