KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TIấN TIẾN
4.6.MẠNG THẾ HỆ KẾ TIẾP NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM
4.6.1. Mạng thế hệ kế tiếp NGN
Khỏi niệm mạng thế hệ kế tiếp NGN (Next Generation Network) ra đời gẵn liền với việc tỏi kiến trỳc mạng, tận dụng tất cả cỏc ưu thế về cụng nghệ tiờn tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ
mới, mang lại nguồn thu mới và gúp phần làm giảm chi phớ đầu tư, khai thỏc ban đầu cho cỏc nhà kinh doanh.
Cỏc động lực cơ bản phỏt triển NGN như sự phỏt triển cụng nghệ, thị trường, hội tụ kết hợp mạng và cỏc loại hỡnh dịch vụ tỏc động tới sự biến đổi kiến trỳc mạng bao gồm :
Sự tăng trưởng của cỏc dịch vụ di động với cỏc nhà cung cấp dịch vụ thứ 3 đó dẫn tới một mụi trường cạnh tranh mạnh mẽ giữa cỏc nhà điều hành mạng.
Sự gia tăng về mức độ phức tạp và quản lý dịch vụ mạng.
Giỏ thành cụng nghệ và yờu cầu đảm bảo cỏc dịch vụ truyền thống.
Yờu cầu về chất lượng dịch vụ ngày càng cao NGN được ITU-T định nghĩa như sau:
Mạng thế hệ kế tiếp (NGN) là mạng dựa trờn nền gúi cú thể cung cấp cỏc dịch vụ truyền thụng và cú thể tận dụng được cỏc dải băng tần rộng, cỏc cụng nghệ truyền tải với QoS cho phộp và ởđú cỏc chức năng liờn quan đến dịch vụ sẽđộc lập với cỏc cụng nghệ truyền tải ở lớp dưới. NGN cho phộp người dựng truy nhập khụng hạn chế tới cỏc nhà cung cấp dịch vụ viễn thụng khỏc nhau. NGN hỗ trợ tớnh lưu động núi chung để cú thể cung cấp dịch vụ thớch hợp và rộng khắp tới cỏc người dựng. Như vậy NGN được mụ tả theo cỏc đặc điểm cơ bản như sau: Truyền tải trờn nền chuyển mạch gúi.
Tỏch biệt cỏc chức năng điều khiển với cỏc khả năng mang, cuộc gọi/ phiờn và ứng dụng/ dịch vụ.
Tỏch riờng việc cung cấp dịch vụ khỏi mạng và cung cấp cỏc giao diện mở.
Hỗ trợ tất cả cỏc dịch vụ, cỏc ứng dụng và cỏc kỹ thuật dựa trờn khối xõy dựng dịch vụ
(bao gồm dịch vụ thời gian thực, phõn loại dịch vụ, dịch vụ phi thời gian thực và dịch vụ đa phương tiện).
Cỏc khả năng băng rộng với QoS đầu cuối tới đầu cuối và truyền tải trong suốt.
Tương tỏc với cỏc mạng trước đõy thụng qua cỏc giao diện mở.
Tớnh linh động của thiết bịđầu cuối.
Truy nhập khụng hạn chế cho người dựng tới cỏc nhà cung cấp dịch vụ khỏc nhau
Đa dạng về kế hoạch nhận dạng để giải quyết địa chỉ IP cho mục đớch định tuyến trong mạng IP.
Nhỡn từ phớa người sử dụng cỏc dịch vụđược hội tụ thành một dịch vụ chung duy nhất.
Hội tụ dịch vụ giữa mạng cốđịnh và mạng di động
Cỏc chức năng liờn quan đến dịch vụđộc lập với cỏc cụng nghệ lớp dưới
Phục tựng tất cả cỏc thủ tục theo quy tắc như truyền thụng khẩn cấp và an ninh/ riờng lẻ. NGN tập hợp được ưu điểm của cỏc cụng nghệ mạng hiện cú, tận dụng băng thụng rộng và lưu lượng truyền tải cao của mạng gúi để đỏp ứng sự bựng nổ nhu cầu lưu lượng thoại truyền thụng hiện nay và nhu cầu truyền thụng đa phương tiện của người dựng đầu cuối.
Hỡnh 4.20: Mụ hỡnh phõn lớp của ITU-T
Đặc điểm của NGN là cấu trỳc phõn lớp theo chức năng và phõn tỏn cỏc tài nguyờn trờn mạng. Điều này đó làm cho mạng được mềm húa và sử dụng cỏc giao diện mở API (Application Program Interface) để kiến tạo cỏc dịch vụ mà khụng phụ thuộc nhiều vào cỏc nhà cung cấp thiết bị và dịch vụ mạng. Mụ hỡnh phõn lớp do ITU-T đưa ra trỡnh bày trờn hỡnh 4.20
trờn đõy gồm 4 lớp chức năng chớnh (ứng dụng, điều khiển, truyền tải, truy nhập) và một lớp quản lý chung cho 4 lớp này.
(i) Lớp ứng dụng và dịch vụ mạng
Lớp ứng dụng cung cấp cỏc chức năng điều khiển và kiến tạo mụi trường dịch vụ cho cỏc nhà cung cấp thứ 3 được tổ chức thành một lớp duy nhất cho toàn mạng nhằm đảm bảo cung cấp dịch vụ đến tận đầu cuối theo cỏch thống nhất. Số lượng nỳt ứng dụng và dịch vụ phụ
thuộc vào lưu lượng dịch vụ cũng như số lượng và loại hỡnh dịch vụ, được tổ chức phõn tỏn theo dịch vụ nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống.
(ii) Lớp điều khiển
Lớp điều khiển được tổ chức thành một cấp thay vỡ ba hay bốn cấp như cấu trỳc mạng PSTN truyền thống nhằm giảm tối đa cấp mạng và tận dụng năng lực xử lý cuộc gọi rất lớn của thiết bịđiều khiển thế hệ mới và giảm chi phớ đầu tư trờn mạng.
Lớp điều khiển cú nhiệm vụđiều khiển lớp chuyển tải và lớp truy nhập cung cấp cỏc dịch vụ mạng NGN gồm nhiều module như module điều khiển kết nối ATM, MPLS, điều khiển (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
định tuyến IP, điều khiển kết nối thoại, xử lý cỏc bỏo hiệu mạng gồm CS7, SIP, MEGACO… Số lượng nỳt điều khiển được tổ chức thành cặp được kết nối trực tiếp với một cặp nỳt chuyển mạch đa dịch vụđường trục.
(iii) Lớp truyền tải
Lớp truyền tải phải cú khả năng chuyển tải cỏc loại lưu lượng. Lớp chuyển tải được tổ chức thành hai cấp đường trục và truy nhập. Cỏc giao thức hoạt động trong lớp truyền tải phải thớch ứng với hầu hết cỏc cụng nghệ lớp 3.
(iv) Lớp truy nhập
Lớp truy nhập gồm toàn bộ cỏc nỳt truy nhập hỗ trợ cỏc dịch vụ cho người sử dụng bao gồm cỏc dịch vụ thoại và phi thoại, cỏc nỳt truy nhập kết nối tới mạng đường trục thụng qua cỏc thiết bị cổng đường biờn và cỏc thiết bị trung kế.
(v) Lớp quản lý mạng
Lớp quản lý mạng là phần quản lý mạng tập trung xuyờn suốt tất cả cỏc lớp khỏc. Lớp này thực hiện cỏc chức năng quản lý như tớnh cước, hỗ trợ vận hành, cỏc xử lý liờn quan đến cỏc thuờ bao. Lớp quản lý mạng cú thể tương tỏc với cỏc lớp khỏc thụng qua cỏc giao diện chuẩn hay giao diện lập trỡnh ứng dụng mở API.
Chuyển mạch mềm gắn liền với sự ra đời của mạng thế hệ kế tiếp NGN, dưới đõy là một số định nghĩa của cỏc nhà phỏt triển hệ thống:
Theo Nortel, Softswitch là một thành tố quan trọng nhất của mạng thế hệ sau (NGN - Next Generation Network). Họ định nghĩa: Softswitch là một phần mềm theo mụ hỡnh mở cú thể
thực hiện được những chức năng thụng tin phõn tỏn trờn một mụi trường mỏy tớnh mở và cú những tớnh năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm cú thể
tớch hợp thụng tin thoại, số liệu và video, nú cú thể phiờn dịch giao thức giữa cỏc mạng khỏc nhau vớ dụ như giữa mạng vụ tuyến và mạng cỏp. Chuyển mạch mềm cũng cho phộp triển khai cỏc dịch vụ VOIP (thoại qua mạng IP) mang lại lợi nhuận. Một chuyển mạch mềm kết hợp tớnh năng của cỏc chuyển mạch thoại lớp 4 và lớp 5 với cỏc cổng VOIP, trong khi vẫn hoạt động trờn mụi trường mỏy tớnh mở chuẩn. Cỏc hệ thống mỏy tớnh kiến trỳc mở sử dụng cỏc thành phần đ• được chuẩn hoỏ và sử dụng rộng rói của nhiều nhà cung cấp khỏc nhau. ở đõy, hệ
Microsystem. Sử dụng cỏc hệ thống mỏy tớnh mở cho phộp cỏc nhà khai thỏc phỏt triển dịch vụ
một cỏch độc lập với phần cứng và hưởng lợi ớch từđịnh luật Moore trong ngành cụng nghiệp mỏy tớnh.
Theo MobileIN, Softswitch là ý tưởng về việc tỏch phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng. Trong mạng chuyển mạch kờnh truyền thống, phần cứng và phần mềm khụng độc lập với nhau. Mạng chuyển mạch kờnh dựa trờn những thiết bị chuyờn dụng cho việc kết nối và
được thiết kế với mục đớch phục vụ thụng tin thoại. Những mạng dựa trờn chuyển mạch gúi hiệu quả hơn thỡ sử dụng giao thức Internet (IP) để định tuyến thụng tin thoại và số liệu qua cỏc con đường khỏc nhau và qua cỏc thiết bị được chia sẻ.
Theo Alcatel, Softswitch là trung tõm điều khiển trong cấu trỳc mạng viễn thụng. Nú cung cấp khả năng chuyển tải thụng tin một cỏch mềm dẻo, an toàn và đỏp ứng cỏc đặc tớnh mong
đợi khỏc của mạng. Đú là cỏc sản phẩm cú chức năng quản lý dịch vụ, điều khiển cuộc gọi, Gatekeeper, thể hiện ở việc hội tụ cỏc cụng nghệ IP/ATM/TDM trờn nền cơ sở hạ tầng sẵn cú. Hơn nữa, Softswitch cũn cú khả năng tương thớch giữa cỏc chức năng điều khiển cuộc gọi và cỏc chức năng mới sẽ phỏt triển sau này. Như vậy, Softswitch là trung tõm chuyển mạch cú
đầy đủ chức năng của chuyển mạch truyền thống và tương thớch được với cỏc chức năng mới, sử dụng cỏc cụng nghệ sẵn cú cũng như cụng nghệ mới.
Cũn theo CopperCom, Softswitch là tờn gọi dựng cho một phương phỏp tiếp cận mới trong chuyển mạch thoại cú thể giỳp giải quyết được cỏc thiếu sút của cỏc chuyển mạch trong tổng
đài nội hạt truyền thống. Cụng nghệ Softswitch cú thể làm giảm giỏ thành của cỏc chuyển mạch nội hạt, và cho ta một cụng cụ hữu hiệu để tạo ra sự khỏc biệt về dịch vụ giữa cỏc nhà cung cấp dịch vụ và đơn giản hoỏ quỏ trỡnh dịch chuyển từ mạng truyền thống sang mạng hỗ
trợ thoại gúi từđầu cuối - đến - đầu cuối (end - to - end) trong tương lai.
Mỗi nhà phỏt triển nhỡn Softswitch dưới gúc độ khỏc nhau, cỏc nhà cung cấp nhỏ thường chỉ nhắc tới vai trũ của Softswitch trong việc thay thế tổng đài nội hạt. Đỳng là Softswitch thể
hiện rất rừ ưu điểm của mỡnh trong ứng dụng làm tổng đài nội hạt như chỳng ta sẽ núi đến dưới
đõy, nhưng khụng chỉ cú vậy. Cỏc nhà cung cấp lớn hơn (như Nortel, Alcatel, Cisco...) đó đưa ra cỏc giải phỏp Softswitch hoàn chỉnh cho cả tổng đài nội hạt và tổng đài chuyển tiếp.
4.6.2. Mụ hỡnh phõn cấp chuyển mạch trong mạng NGN
Với mụ hỡnh phõn lớp của ITU-T trờn đõy, cỏc thành phần thiết bị cơ bản của NGN liờn quan tới chuyển mạch gồm: Cỏc thiết bị chuyển mạch lớp truy nhập gồm thiết bị chuyển mạch lớp 2 và lớp 3, cỏc thiết bị chuyển mạch trờn lớp truyền tải và điều khiển là thiết bị chuyển mạch lớp 5 hay cũn gọi là thiết bị chuyển mạch mềm. Một cỏch nhỡn nhận khỏc về cấu trỳc phõn cấp chuyển mạch trong NGN là theo phõn cấp vựng gồm vựng truy nhập và vựng mạng lừi. Hỡnh 4.21 dưới đõy chỉ ra cỏc thiết bị chuyển mạch trong mụ hỡnh phõn cấp chuyển mạch của NGN.
Hỡnh 4.21: Cỏc phần tử cơ bản trong mạng NGN
Mạng thế hệ sau NGN được chia thành hai mạng thành phần: mạng truyền tải gúi tốc độ cao và mạng điều khiển tương thớch với kiến trỳc hệ thống mở hiện đại. Trong đú, mạng truyền tải gúi tốc độ cao cú cấu trỳc phõn cấp bao gồm hai thành phần cơ bản là mạng lừi và mạng truy nhập.
Mạng lừi được cấu thành từ mạng cỏp quang tốc độ cao sử dụng cỏc cụng nghệ truyền dẫn SONET/SDH, WDM, ATM và cỏc cổng MGC/MG dung lượng lớn. Mạng truy nhập bao gồm cỏc cổng đa phương tiện MG như AMG, MMG, RMG, TMG, cỏc hệ thống chuyển mạch nhỏnh và mạng truyền dẫn gúi tốc độ cao.
Cổng RMG (Remote Media Gateway) dựng để kết nối trực tiếp cỏc thuờ bao của mạng PSTN/xDSL, cổng AMG (Access Media Gateway) cú thể trang bị cỏc giao diện tốc độ sơ cấp PRI để kết nối với cỏc thiết bị tập trung như tổng đài PBX, bộ tập trung quang FLC (Fiber Lines Concentrator) của mạng cụng ty. Cổng AMG cũng cú thể kết nối trực tiếp với cỏc bộ định tuyến (Router) của mạng số liệu núi chung, trong đú bao gồm mạng IP để cung cấp cỏc dịch vụ Internet cho khỏch hàng. Cỏc cổng trung kế TMG thực hiện chức năng của cỏc tổng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đài đường dài/chuyển tiếp để kết nối với cỏc mạng khỏc như mạng PSTN, N-ISDN hay mạng chuyển tiếp khung FR … qua giao diện NNI. Cổng MMG (Mobile Media Gateway) hỗ trợ cho sự tớch hợp mạng để kết nối với mạng thụng tin di động.
Mạng điều khiển là mạng liờn kết cỏc cổng điều khiển đa phương tiện MGC. Chức năng chớnh của cỏc cổng MGC là điều khiển cỏc cổng MG, AMG, MMG, RMG, TMG (Trunking Media Gateway) và cỏc tài nguyờn khỏc của mạng như cỏc đường truyền dẫn, băng thụng, v.v…
Mạng NGN cho phộp thực hiện đa dịch vụ, nú khụng chỉ phục vụ thụng tin thoại hay số liệu mà NGN là một mạng thống nhất mang lại những ứng dụng chất lượng cao, dịch vụ phong phỳ, đa dạng. Việc triển khai cỏc dịch vụđược thực hiện đa dạng và nhanh chúng, đỏp ứng sự
hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cốđịnh và di động. Nú tạo ra cơ hội khụng chỉ làm tăng lợi nhuận mà cũn giảm được chi phớ đầu tư, khai thỏc và quản lý. Điều quan trọng là cỏc lớp này
cú khả năng cung cấp cỏc ứng dụng số liệu và cỏc dịch vụ mới tới tận nơi làm việc của người sử dụng, nơi đặt cỏc thiết bịđiện thoại, thiết bị cầm tay và cỏc hệ thống mỏy tớnh.
Trong thuật ngữ của Softswitch, chức năng chuyển mạch ở phần vật lý do MG - Media Gateway đảm nhiệm, cũn phần điều khiển cuộc gọi thuộc về MGC. Cú một số lý do chớnh mà dựa vào đú người ta tin rằng phõn chia hai chức năng như trờn là giải phỏp tốt nhất:
Việc tỏch chức năng điều khiển và chuyển mạch tạo cơ hội cho một số cụng ty nhỏ và linh hoạt vốn vẫn chỉ tập trung vào cỏc phần mềm xử lý cuộc gọi hoặc vào phần mềm chuyển mạch gúi gõy được ảnh hưởng trong ngành cụng nghiệp viễn thụng giống như
cỏc nhà cung cấp lớn từ trước tới nay vẫn kiểm soỏt thị trường.
Cho phộp cú một giải phỏp phần mềm chung cho xử lý cuộc gọi cài đặt trờn rất nhiều loại mạng khỏc nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kờnh và mạng gúi sử dụng cỏc khuụn dạng gúi và phương thức truyền dẫn khỏc nhau.
Là động lực cho cỏc hệ điều hành, cỏc mụi trường mỏy tớnh chuẩn, tiết kiệm đỏng kể
trong việc phỏt triển và ứng dụng cỏc phần mềm xử lý cuộc gọi.
Cho phộp cỏc phần mềm thụng minh của cỏc nhà cung cấp dịch vụđiều khiển từ xa cỏc thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khỏch hàng, một yếu tố quan trọng trong việc khai thỏc hết tiềm năng của mạng trong tương lai.
Trong mạng NGN cỏc tổng đài TDM sẽ được thay thế bằng cỏc tổng đài chuyển mạch mềm. Kết nối cỏc softswitch là mạng chuyển mạch gúi đa dịch vụ IP/ATM/MPLS. Phần tiếp cận thuờ bao của mạng NGN là cỏc nỳt truy nhập băng rộng BAN (Broadband Access Node) và thiết bị truy nhập tớch hợp IAD (Integrated Access Device) hỗ trợ cỏc loại đầu cuối như mỏy tớnh, mỏy điện thoại IP và mỏy điện thoại thụng thường. Mạng NGN giao tiếp với cỏc mạng khỏc như mạng PSTN và mạng di động qua cỏc MG.
4.6.3. Mụ hỡnh kiến trỳc chuyển mạch mềm
Để rừ hơn kiến trỳc chuyển mạch mềm, ta xem xột mụ hỡnh tham chiếu cỏc thực thể chức năng cơ bản trong mạng NGN như thể hiện trờn hỡnh 4.22 dưới đõy gồm:
- Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGC-F) - Chức năng định tuyến cuộc gọi và tớnh cước (R-F, A-F)
- Chức năng cổng bỏo hiệu và chức năng bỏo hiệu cổng truy nhập - Chức năng Server ứng dụng
- Chức năng cổng phương tiện (MG-F) - Chức năng Server phương tiện.
SIGTR
A
N
Hỡnh 4.22: Mụ hỡnh tham chiếu cỏc thực thể chức năng trong NGN (i) Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGC-F)
Được thực hiện bởi thực thể vật lý MGC (Media Gateway Controller). Đõy là một thiết bị
rất quan trọng được biết đến như cỏc tờn Call Agent, Call controller hay phổ biến nhất là chuyển mạch mềm. Chức năng MGC-F tạo logic dịch vụ và bỏo hiệu điều khiển cuộc gọi cho MG. Nú cú cỏc đặc điểm:
Duy trỡ trạng thỏi cuộc gọi với mọi MG.
Điều khiển giao tiếp cuộc gọi giữa MG và cỏc thiết bị đầu cuối (mỏy vi tớnh, điện