2.3.1. Mơ hình lý thuyết, các nghiên cứu phát triển mạng NGN Mạng thế hệ sau là vấn đề thu hút sự quan tâm của nhiều tổ chức viễn thông nhằm hướng tới một mơ hình cấu trúc mạng mới trên nền tảng công nghệ hiện đại, đầu tư hiệu quả, đáp ứng các yêu cầu phát triển phong phú và đa dạng các dịch vụ. Trong đó có thể kể đến hoạt động của các tổ chức viễn thông sau đây:
- ITU - T với các nhóm SG 16, SG 11, SG13, SG2, SG8.
- IETE với các nhóm PINT WG (PSTN and Intenet Intenet-working), MMUSIC WG (Multiparty Multimedia Session control).
- MSF (Multiservice Switching Forum - Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ).
- ETSI với dự án TIPHONE (Telecommunications and Intenet Protocol Har monization over Network).
- Diễn đàn ATM.
- ISC (International Softwitch Consortum - Tổ chức quốc tế nghiên cứu về chuyển mạch mềm).
- TINA (Telecomm).
- AMF (Asean Multmedia Forum: Diễn đàn phương tiện châu Á). Tuy nhiên cho đến thời điểm này, chưa có một mơ hình nào được các tổ chức chính thức xem như mơ hình chuẩn cho mạng NGN, các kết quả nghiên cứu hầu hết vẫn đang ở dạng được tiếp tục phát triển.
Sau đây là một số cấu hình mạng cần quan tâm:
2.3.1.1. Mơ hình ITU
Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN nằm trong mơ hình lớn của cấu trúc cơ sở hạ tầng thông tin toàn cầu GII (Global Information Infrastructure) do ITU đưa ra. Mơ hình này bao gồm 3 lớp chức năng sau:
- Các chức năng ứng dụng
- Các chức năng trung gian, bao gồm: + Các chức năng điều khiển dịch vụ + Các chức năng quản lý
+ Các chức năng mạng (bao gồm chức năng chuyển tải và chức năng điều khiển)
+ Các chức năng xử lý và lưu trữ
+ Các chức năng giao diện người - máy Phần mạng truy nhập bao gồm các kết nối:
- Vô tuyến: Điện thoại không dây/ thông tin di động - Hữu tuyến: Điện thoại tương tự truyền thống... Mơ hình thực hiện của GII được phân đoạn như sau: - Phân đoạn mạng quốc tế
- Phân đoạn mạng lõi (Core) - Phân đoạn mạng truy nhập - Phân đoạn mạng khách hàng
Các ứng dụng dịch vụ thơng tin qua các giao diện có thể giao tiếp với phần mạng khách hàng, phần mạng truy nhập hoặc phần mạng lõi.
Các phần mạng này đều có hai chức năng - Chức năng chuyển tải
- Chức năng điều khiển
2.3.1.2. Mơ hình IETF
Theo IETF, cấu trúc của cơ sở hạ tầng thơng tin tồn cầu sử dụng giao thức cơ sở IP cần phải có mạng chuyển tải tồn cầu sử dụng giao thức IP với bất cứ công nghệ lớp kết nối nào.
- Đối với mạng truy nhập trung gian, IETF có IP trên mạng chuyển tải cáp (IP CDN:IP Cable Data Network) và IP với môi trường không gian (vô tuyến).
- Đối với mạng đường trục, IETF có hai giao thức chính là iP trên ATM và mạng quang phân cấp số đồng bộ SONET/SDH và IP với giao thức điểm nối điểm (Point to Point) với SONET/SDH.
Với các công nghệ kết nối mới, IETF định nghĩa cách thức truyền IP trên lớp kết nối.
Mơ hình IP trên ATM (IP over TAM) của IETF xem IP như một lớp trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM. Phương thức tiếp cận này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức. Tuy nhiên phương thức này không tận dụng được hết các khả năng của ATM và khơng thích hợp với mạng nhiều bộ định tuyến vì vậy khơng đạt hiệu quả cao.
IETF là tổ chức đưa ra nhiều tiêu chuẩn về MPLS (MultiProtocol Label Switching). MPLS là kết quả phát triển của IP Switching sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để truyền gói tin mà khơng cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.
2.3.1.3. Mơ hình ETSI
Với mục tiêu cung cấp tất cả các dịch vụ viễn thông truyền thống và các dịch vụ viễn thông mới bao gồm: PSTN/ISDN, X25, RF, ATM, IP, GSM, FPRS. ITM 200... (theo các định nghĩa của GII và EII), ETSI phân chia việc nghiên cứu cấu trúc mạng theo các lĩnh vực sau:
- Lớp chuyển tải trên cơ sở công nghệ quang
- Cơng nghệ gói trên cơ sở mạng lõi dung lượng cao trên nền IP/ATM - Điều khiển trên nền IP
- Dịch vụ và ứng dụng trên nền IP - Quản lý trên cơ sở IT và IP
Nhóm nghiên cứu SG2 của ETSI đã đưa mơ hình cấu trúc chức năng và cấu trúc mạng NGN bao gồm 4 lớp như sau:
- Lớp kết nối.
- Lớp điều khiển và các ứng dụng truyền thông. - Lớp các ứng dụng và nội dung.
- Lớp quản lý.
Trong mơ hình cấu trúc này, lớp kết nối bao gồm cả truy nhập và lõi cùng với các cổng trung gian, nghĩa là toàn bộ các thành phần vật lý trên mạng.
Lớp quản lý là một lớp đặc biệt, khác với lớp điều khiển nó có tính năng xun suốt nhằm quản lý 3 lớp cịn lại.
Mơ hình cấu trúc mạng NGN vẫn tiếp tục được các nhóm nghiên cứu của ETSI thảo luận.
2.3.1.4. Mơ hình TINA
Mơ hình cấu trúc mạng của TINA cũng bao gồm các thành phần chính có thể xem như các lớp mạng như sau:
- Lớp truy nhập.
- Lớp truyền dẫn và chuyển mạch. - Lớp điều khiển và quản lý.
Các kết quả nghiên cứu của TINA tập trung vào lớp điều khiển và quản lý.
2.3.1.5. Mơ hình MSF
MSF (Multiservice Switching Forum) đưa ra mơ hình cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ bao gồm các lớp như sau:
- Lớp thích ứng - Lớp chuyển mạch
- Lớp điều khiển - Lớp ứng dụng
- Lớp quản lý (lớp này đặc biệt liên quan đến 3 lớp; thích ứng, chuyển mạch và điều khiển)
2.3.2. Mơ hình đề xuất của một số hãng
2.3.2.1. Alcatel
Mơ hình của hãng Alcatel cho mạng thế hệ sau gồm các lớp sau: (Hình 2.1).
- Lớp truy nhập và truyền tải - Lớp trung gian
- Lớp điều khiển - Lớp dịch vụ mạng
Thiết bị được giới thiệu là tổng đài đa dịch vụ, đa phương tiện A1000 MM E10 (hay A 1000 Softswitch) làm cơ sở cho việc xây dựng mạng viễn thông thế hệ sau từ mạng hiện có
2.3.2.2. Mơ hình mạng thế hệ sau của Ericsson:
Ericsson giới thiệu giải pháp mạng thế hệ mới với tên gọi ENGINE có cấu trúc hướng tới các ứng dụng (Hình 2.2). Cấu trúc này dựa trên các liên hệ Client/Server và Gateway/Server. Các ứng dụng gồm có phần giao diện mở và hướng tới độc lập với cấu trúc mạng. Mạng ENGINE cũng có cấu trúc 3 lớp và sử dụng cơng nghệ chuyển mạch gói.
- Lớp ứng dụng - Lớp điều khiển
- Lớp truyền tải/truy nhập
Hình 2.2: Cấu trúc mạng thế hệ sau của Ericsson 2.3.2.3. Siemens
Giải pháp mạng NGN của Siemens dựa trên cấu trúc phân tán, xóa đi khoảng cách giữa mạng PSTN và mạng số liệu. Các hệ thống đưa ra vẫn dựa trên cấu trúc phát triển của hệ thống chuyển mạch mở nổi tiếng của hãng là EWSD và giải pháp mạng có tên gọi SURPASS (Hình 2.3).
Hình 2.3: Cấu trúc mạng thế hệ sau của Siemens 2.3.2.4. Mơ hình của hãng Nortel
Hình 2.4: Mơ hình kết hợp mạng ATM/IP và mạng hiện nay
Hệ thống chuyển mạch Passport trên cơ sở việc ghép ATM và IP/MPLS có khả năng cung cấp đa dịch vụ cho thuê bao với dung lượng 40 Gbit/s và có khả năng mở rộng tới Terabit/s (Hình 2.4).
2.3.3. Các cơng nghệ được áp dụng cho mạng thế hệ sau [8]
2.3.3.1. Giới thiệu chung
Hiện nay mạng IP là môi trường tất yếu để liên kết tài nguyên mạng toàn cầu. Trong khi đó ATM là giải pháp tốt cho kết nối băng rộng với nhiều mức chất lượng dịch vụ khác nhau. Ngồi ra, mơi trường kinh doanh viễn thơng cạnh tranh ngày càng gay gắt. Vì vậy, việc nghiên cứu xu thế phát triển của công nghệ IP, ATM và khuyến nghị ứng dụng chúng lên mạng viễn thông là điều cần thiết.
a. Công nghệ IP
TPC/IP là họ giao thức cung cấp các phương tiện liên kết các mạng nhỏ với nhau để tạo ra mạng lớn hơn gọi là liên mạng (Intenetwork).
Hiện nay, thế giới đang đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng, địa chỉ dài 32 bit (nguồn và đích) của IP phiên bản 4 (Ipv4) như hiện nay không đáp ứng được sự bùng nổ của mạng. Thêm nữa, IPv4 là giao thức cũ, để đáp ứng những yêu cầu mới về bảo mật, linh hoạt trong định tuyến nhiều yêu cầu IPv6 đã được thiết kế với độ dài 128 bit (nguồn và đích) bao gồm những chức năng và định dạng mở rộng hơn IPv4.
b. Công nghệ ATM
ATM là một hệ thống truyền dẫn thơng tin dạng gói đặc biệt sử dụng phương thức ghép kênh không đồng bộ. Công nghệ ATM xuất hiện với mạng diện rộng, đa dịch vụ băng rộng, tốc độ cao. Trong quá trình định tuyến của ATM, VCI và VPI không mang ý nghĩa đầu cuối - đầu cuối, mà chỉ xác định một đường hoặc một kênh ảo trên đường kết nối mà tế bào được truyền dẫn. Cơng nghệ ATM có một ưu điểm hết sức nổi trội là chất lượng dịch vụ và tốc độ bit. Chính vì thế, nó thường được sử dụng khi xây dựng các tuyến truyền dẫn.
c. Công nghệ MPLS
MPLS là công nghệ mới trong truyền thông IP, là sự cải tiến của công nghệ IPoATM (IP over ATM), nó kết hợp được các ưu điểm của ATM cũng như của IP. Mặt khác, MPLS cung cấp khả năng hỗ trợ bất kỳ loại lưu lượng nào
trên mạng rộng IP mà không phải phụ thuộc vào thiết kế mạng nhằm hạn chế các giao thức định tuyến, các lớp chuyển tải, và kế hoạch đánh số khác nhau.
Công nghệ MPLS đang được chuẩn hóa, nó sẽ trở thành cơ sở cho công nghệ IP trong tương lai khi đòi hỏi về băng thông và truyền thông đa phương tiện ngày càng phát triển. Do đó, có thể nói rằng MPLS là công nghệ mạng IP xương sống lý tưởng.
2.3.3.2. Các công nghệ áp dụng cho lớp mạng chuyển tải
Lớp mạng chuyển tải cấu trúc mạng mới bao gồm cả truyền dẫn và chuyển mạch. Theo tài liệu từ các hãng cung cấp thiết bị và thơng tin về tình hình phát triển mạng viễn thơng ở một số quốc gia thì cơng nghệ áp dụng cho lớp chuyển tải trong mạng NGN là:
- Công nghệ truyền dẫn quang SDH, WDM - Chuyển mạch ATM/IP
2.3.3.3. Các công nghệ áp dụng cho lớp mạng truy nhập
Trong xu hướng phát triển NGN sẽ có nhiều loại hình mạng truy nhập vào một mơi trường truyền dẫn chung như:
- Mạng truy nhập quang.
- Mạng truy nhập vô tuyến (vệ tinh, vô tuyến cố định, thông tin di động v.v...).
- Các phương thức truy nhập cáp đồng xDSL. - Các loại mạng truy nhập băng thông rộng. 2.3.4. Các giao thức được sử dụng[8]
Các giao diện kết nối của mạng NGN là phần rất quan trọng của mạng, nó vừa phải đáp ứng được các dịch vụ mới trong tương lai vừa phải đảm bảo cung cấp các dịch vụ đang tồn tại đồng thời không làm ảnh hưởng đến người sử dụng. Và để đảm bảo triển khai các dịch vụ mới không phụ
thuộc vào nhà cung cấp, mạng truy nhập v.v... các giao thức quan trọng sau sẽ được sử dụng trong các giao diện kết nối của mạng NGN:
+ Megaco/H.248: là một chuẩn mở được chấp nhận rộng rãi. Nó là cách tiếp cận nhiều đặc tính và được phát triển đầy đủ cung cấp nhiều lựa chọn cho việc xây dựng các sản phẩm giá trị gia tăng với các đặc tính phân biệt.
+ SIP là giao thức điều khiển lớp ứng dụng mà có thể thiết lập, thay đổi, quản lý và kết thúc các phiên multimedia (thoại, hình ảnh, tin nhắn) của một hay nhiều bên tham gia trong mạng IP mà không phụ thuộc vào giao thức lớp truyền tải bên dưới.
+ H.323 là một tiêu chuẩn trong đó xác định các thành phần, các giao thức, và các thủ tục nhằm thực hiện các dịch vụ truyền thông đa phương tiện như video, thoại thời gian thực và dữ liệu trên nền tảng mạng gói(Packet Based Network - PBN) mà không đảm bảo chất lượng dịch vụ-QoS.
+ Giao thức H.248: là giao thức sử dụng trong mạng thoại truyền dẫn theo phương thức gói (Voice over Packet: VoP) để điều khiển các Gateway phương tiện (MG: Media Gateway) thông qua MGC.
+ BICC (Bearer-Independent Call Control): là giao thức được thiết kế nhằm cho phép các nhà khai thác mạng đang sử dụng ISUP có thể tiến hành chuyển đổi từ việc sử dụng mạng truyền tải TDM và mạng báo hiệu trên nền MTP3 hướng đến cơng nghệ gói một cách hợp lý, sao cho vẫn bảo đảm được các dịch vụ hiện có và sẵn sàng cho các dịch vụ được phát triển trong tương lai. Để đảm bảo sự tương thích giữa các mạng cũng như thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau cần phải đưa ra chi tiết về việc chuyển đổi BICC tới/từ các công nghệ mạng.
+ INAP: là một giao thức người dùng ROSE (ROSE là một giao thức có trong phần tử lớp phụ của TCAP và DSS1) được thiết kế cho phạm vi dịch vụ và hỗ trợ cho việc triển khai dịch vụ mới. Hiện nay INAP CS-4 có khả năng hỗ trợ cho các dịch vụ VoIP cũng như các dịch vụ IP khác như hỗ trợ liên kết hoạt
động của IN với các Call Server dựa trên H 248, giữa IN với mạng IP và mạng IMT-2000.
+SIGTRAN (Signalling Transport): là giao thức do IETF đưa ra với mục đích giải quyết vấn đề về truyền báo hiệu SS7 của mạng PSTN trên mạng IP đến các SG hay các MGC trên mạng NGN sao cho các dịch vụ được cung cấp giống như trong mạng PSTN.
+ISUP V3: là giao thức được chuyển mạch mềm sử dụng để điều khiển các cuộc gọi transit/vào/ra, kết nối tới các chuyển mạch khác hoặc để kết nối tới các MG sử dụng các trung kế TDM.
Tóm lại, cho đến nay NGN vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưa có một khuyến nghị chính thức nào của ITU về cấu trúc NGN. Các diễn đàn, hiệp hội, các hãng cung cấp thiết bị và tổ chức viễn thông khác nhau đang cố gắng để tiến tới nhiều nguyên tắc chung và những chuẩn chung cho mạng NGN. Nhìn chung từ các mơ hình này, cấu trúc mạng viễn thơng thế hệ sau có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau: (Hình 2.5)
- Lớp ứng dụng (Application) - Lớp điều khiển (Control)
- Lớp chuyển tải (Transport/Core) - Lớp truy nhập (Access) - Lớp quản lý (Management) L ớ p qu ả n l Lớp ứng dụng/ dịch vụ (Application/service)
Hình 2.5: Cấu trúc khối mạng thế hệ sau