nghiên cứu phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong NGN 1

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp chuyên ngành viễn thông nghiên cứu phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong NGN

Chương 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ SAU

1.1 Giới thiệu chương

Cụm từ “mạng thế hệ sau” (Next Generation Network- NGN) bắt đầu được

nhắc tới từ năm 1998 NGN là bước tiếp theo trong lĩnh vực truyền thông truyền thống trên thế giới được hỗ trợ bởi 3 mạng lưới: mạng thoại PSTN, mạng không dây và mạng số liệu (Internet) NGN hội tụ cả 3 mạng trên vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả 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 Chương 1 giới thiệu về Mạng thế hệ sau (NGN), trình bày sơ lược về mạng viễn thông hiện tại, đặc điểm và hạn chế Sau đó, mô tả kiến trúc mạng NGN bao gồm lớp truyền dẫn và truy cập, lớp truyền thông, lớp điều khiển, lớp ứng dụng và lớp quản lý.

1.2 Mạng viễn thông hiện tại

1.2.1 Khái niệm về mạng viễn thông hiện tại

Mạng viễn thông là phương tiện truyền 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 và thiết bị đầu cuối.

 Thiết bị chuyển mạch gồm tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang Các thuê bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt nối vào tổng đài quá giang Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền 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 các tín hiệu điện Thiết bị truyền dẫn chia làm 2 loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn cáp quang Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường là cáp kim loại

Tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang hoặc vô tuyến.

Hình 1.1 Các thành phần chính trong mạng viễn thông

 Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến.

 Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy Fax, máy tính, tổng đài PABX.

Như vậy, mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: 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.

1.2.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện tại

Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung: 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.

 Mạng Telex: dùng để gởi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã hoá bằng 5 bit (mã Baudot) Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 đến 300 bit/s).

 Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là POTS (Plain Old Telephone Service): ở đây thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN.

Môi trường truyền dẫnThiết bị

 Mạng truyền số liệu: gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21

 Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo 3 cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Community Antenna Television) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh, hay còn gọi là truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System).

 Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN (Local Area Network) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, Token Bus và Token Ring.

Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác Ta không thể truyền tiếng nói qua mạng chuyển mạch gói X.25 vì trễ qua mạng này quá lớn.

Do vậy, trước khi tìm hiểu mạng viễn thông thế hệ mới NGN, chúng ta cần tìm hiểu lịch sử phát triển của các mạng hiện tại.

 Xét về góc độ dịch vụ: gồm mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu.

 Xét về góc độ kỹ thuật: gồm mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ.

1.2.3 Những hạn chế của mạng Viễn thông hiện tại

Như phân tích ở trên, hiện nay có nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau Như vậy, hệ thống mạng viễn thông hiện tại có nhiều nhược điểm mà quan trọng nhất là:

 Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng.

 Thiếu mềm dẻo: sự ra đời của các công nghệ mới ảnh hưởng mạnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Ngoài ra, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau Ta dễ dàng nhận thấy mạng hiện tại sẽ rất khó thích nghi với những đòi hỏi này.

 Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như sử dụng tài nguyên Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng.

 Mặt khác, mạng viễn thông hiện nay được thiết kế nhằm mục đích khai thác dịch vụ thoại là chủ yếu.

 Kiến trúc tổng đài độc quyền làm cho các nhà khai thác gần như phụ thuộc hoàn toàn vào các nhà cung cấp tổng đài Điều này không những làm giảm sức cạnh tranh cho các nhà khai thác, đặc biệt là những nhà khai thác nhỏ, mà còn tốn nhiều thời gian và tiền bạc khi muốn nâng cấp và ứng dụng các phần mềm mới.

 Các tổng đài chuyển mạch kênh đã khai thác hết năng lực và trở nên lạc hậu đối với nhu cầu của khách hàng

Đứng trước tình hình phát triển của mạng viễn thông hiện nay, các nhà khai thác nhận thấy rằng “sự hội tụ giữa mạng PSTN và mạng PSDN” là chắc chắn xảy ra Cần có một cơ sở hạ tầng duy nhất cung cấp cho mọi dịch vụ (tương tự-số, băng hẹp-băng rộng, cơ bản- đa phương tiện, …) để việc quản lý tập trung, giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay.

1.3 Mạng viễn thông thế hệ sau

nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM).

Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể và chính xác nào cho mạng NGN Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ở trên đây không thể bao hàm hết mọi chi

tiết về mạng thế hệ sau, nhưng nó có thể tương đối là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN.

Như vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ sau là sự tích hợp mạng thoại PSTN (chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM) với mạng chuyển mạch gói (dựa trên kỹ thuật IP/ATM) Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động

Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hoá giao thức giữa các phần tử có thể nối thông các mạng có cấu hình khác nhau.

 NGN là do dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới.

Với đặc điểm:

- Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi- Chia tách cuộc gọi với truyền tải.

Mục tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng,

thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối.

 NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất.

Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin Nhưng gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi là “dung hợp ba mạng”.

 Là mạng có dung lượng, tính thích ứng ngày càng tăng và có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu.

Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn bất lợi so với chuyển mạch kênh về khả năng hổ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu Tuy nhiên, tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet cùng với sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này.

IP QoS Network

GPRSGSMInternet

Application & services

Resident gatewayMedia

gatewayInternet

Signalling gateway

Direct ClientMobile Client

Hình 1.2 Topo mạng thế hệ sau.

1.3.3 Nguyên nhân xây dựng mạng thế hệ sau

Đứng trên quan điểm nhà khai thác dịch vụ, những lý do chính dẫn tới mạng thế hệ sau NGN là:

- Giảm thời gian tung ra thị trường cho các công nghệ và các dịch vụ mới (chẳng hạn như tối ưu hoá chu kỳ sử dụng của các thành phần mạng).

- Thuận tiện cho các nhà cung cấp thiết bị, các nhà cung cấp mạng, hay cho những nhà phát triển phần mềm (mềm dẻo trong việc nhập phần mềm mới từ nhiều nguồn khác nhau).

- Giảm độ phức tạp trong vận hành bằng việc cung cấp các hệ thống phân chia theo các khối đã được chuẩn hoá.

- Hỗ trợ phương thức phân chia một mạng chung thành các mạng ảo riêng rẽ về mặt logic.

1.3.4 Sự triển khai từ mạng hiện có lên mạng NGN

Một chiến lược để phát triển nhịp nhàng từ mạng hiện tại sang kiến trúc mạng mới là rất quan trọng nhằm giảm thiểu yêu cầu đầu tư trong giai đoạn chuyển tiếp, trong khi sớm tận dụng được mạng NGN Bất cứ giải pháp nào được chọn lựa thì các hệ thống chuyển mạch truyền thống cũng sẽ tồn tại bên cạnh các phần tử mạng công nghệ mới trong nhiều năm.

Ở đây, chủ yếu chúng ta xem xét quá trình tiến hoá về cấu trúc mạng từ mạng hiện có lên cấu trúc mạng NGN.

Như hình 1.3, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng rẽ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn tạp”, chỉ được xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau Mạng Internet, một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, thường được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc đặc trưng Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như các dịch vụ có tính thời gian thực (như thoại truyền thống).

Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ sau NGN cần tuân theo các chỉ tiêu:

- NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành.

- Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, nhưng tất cả các dịch vụ đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối.

Hình 1.3 Nhu cầu tiến hoá mạng

- Mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc gọi), thiết lập đường truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến.

Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hoá lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất lượng dịch vụ QoS).

Mạng hiện tạiPSTN

TDM AccessCircuit switching

SONET Transport

ATM, FR

Frame/ Cell AccessATM switching

SONET Transport

IP AccessIP

Routing/switch SONET Transport

Mạng thế hệ sau(NGN)

AccessIP ATMFR TDM

SwitchingATM SVCs IP

MPLSSONET Transport

optical

Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ sau, trước hết là chuyển dịch ở lớp truy cập và truyền dẫn Lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3 nếu chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế hệ sau Trong đó:

- Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật lý.- IP/MPLS làm nền cho lớp 3

- Công nghệ ở lớp 2 phải thoả mãn: Càng đơn giản càng tốt

 Tối ưu trong truyền tải gói dữ liệu

 Khả năng giảm sát chất lượng, giảm sát lỗi và bảo vệ, khôi phục mạng khi có sự cố phải chuẩn hơn của công nghệ SDH/SONET.

Xây dựng mạng truy cập băng rộng (như ADSL, LAN, modem cáp, …) để có thể cung cấp phương thức truy cập băng rộng hướng đến phân nhóm cho thuê bao, cho phép truy cập với tốc độ cao hơn Hiện nay, việc xây dựng mạng con thông minh đang được triển khai một cách toàn diện, điều đó cũng có nghĩa là việc chuyển dịch sang mạng NGN đã bắt đầu.

Thứ hai là chuyển đổi mạng đường dài (mạng truyền dẫn) Sử dụng cổng mạng trung kế tích hợp hoặc độc lập, chuyển đến mạng IP hoặc ATM, rồi sử dụng chuyển mạch mềm để điều khiển luồng và cung cấp dịch vụ Sử dụng phương thức này có thể giải quyết vấn đề tắc nghẽn trong chuyển mạch kênh.

Hiện

tại-Các mạng dịch vụ riêng lẻ

Tương Mạng đa dịch vụ

lai-Dịch vụ

CATVData/ IP

NetworkCellular

Mạng lõi IP

Media Gateway

vụ truy cập

Hình 1.4 Sự hội tụ giữa các mạng1.4 Cấu trúc mạng NGN

Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưa có một khuyến nghị chính thức nào của Liên minh Viễn thông thế giới ITU về cấu trúc của nó Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình cấu trúc mạng thế hệ sau như Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,…

Nhìn chung từ mô hình này, cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là bao gồm các lớp sau:

- Lớp kết nối (Acess +Transport/Core)

- Lớp kết nối trung gian hay lớp truyền thông (Media)- Lớp điều khiển (Control)

Lớp truyền thông

Lớp truy cập và truyền dẫn

Giao diện mở API

Giao diện mở API

Giao diện mở API

Hình 1.6 Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ)

Thuê bao di độngCác doanh

nghiệp lớn

Các công ty nhỏ/văn phòng tại gia

Lớp truy cập và truyền dẫnLớp truyền thông

Lớp điều khiển

Media GatewayController

Media GatewayCác Server

ứng dụng

Switch - Router

Khách hàng tại nhà/ Vùng dân cư

Hình 1.7 Cấu trúc luận lý của NGN

Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng rẽ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.

Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy cập và truyền tải Các giao diện mở có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh

chóng, dễ dàng; những nhà khai thác có thể chọn lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN.

ATM hay IP/MPLS có thể được sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS.

Mạng lõi có thể thuộc mạng LAN hay mạng đường trục

Các router sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn, ngược lại, khi lưu lượng thấp, switch-router có thể đảm nhận luôn chức năng của những router này.

Phần truy cập

- Lớp vật lý:

Hữu tuyến: Cáp đồng, xDSL hiện đang sử dụng Tuy nhiên trong tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm ưu thế và thị trường xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại.

Vô tuyến: thông tin di động – công nghệ GSM hoặc CDMA, truy cập vô tuyến cố định, vệ tinh.

- Lớp 2 và lớp 3: Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy cập.- Thành phần:

Phần truy cập gồm các thiết bị truy cập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến.

Các thiết bị truy cập tích hợp (IAD).

Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy cập (tương tự, số, TDM, ATM, IP,…) để truy cập vào mạng dịch vụ NGN.