Mạng thế hệ mới ngn

Ngành công nghệ thông tin và truyền thông Việt Nam đang cố gắng và nỗ lực hơn trong việc hội nhập khu vực và thế giới. Việc xây dựng cấu trúc mạng viễn thông thế hệ mới NGN (Next Generation Network) không chỉ là bước tiến của ngành viễn thông thế giới, mà NGN đã thực sự hiện hữu ở nước ta, là bước đi tất yếu của ngành viễn thông Việt Nam. Mạng viễn thông truyền thống là sự tập hợp của các mạng riêng lẻ: cố định, di động, internet. Mỗi một mạng riêng biệt đó chỉ phục vụ cho một loại dịch vụ viễn thông nhất định và không thể sử dụng cho mục đích khác. Mỗi mạng lại đòi hỏi môt đội ngũ vận hành, quản lý khác nhau dẫn đến chi phí khai thác cao. Do đó xu hướng tất yếu là xây dựng mạng thế hệ mới mang lại những thuận lợi về quản lý, đầu tư, cấu trúc mở cho phép nhiều công ty cung cấp thiết bị viễn thông tham gia xây dựng, các công ty phần mềm nội địa sẽ có cơ hội cung cấp giải pháp đặc thù của từng quốc gia vào hệ thống viễn thông dựa trên lớp giao diện API (Application Program Interface) để tuỳ biến lập trình. Sự chuyển biến hướng từ mạng truyền thống dựa trên công nghệ chuyển mạch kênh sang mạng NGN chuyển mạch gói của viễn thông Việt Nam cũng giống như cách thức phổ biến trên thế giới: thay thế dần. Nghĩa là sẽ có một cơ sở hạ tầng truyền tải cơ bản là mạng lõi IP, các trung tâm điều khiển chuyển mạch mềm softswitch của mạng NGN kết nối làm việc với hạ tầng viễn thông cũ qua các cổng giao tiếp truyền thông Media Gateway. Cách thức tịnh tiến sang NGN vừa đảm bảo khai thác những tiện ích mới của mạng mới vừa tận dụng được những cơ sở hạ tầng viễn thông đã có. Việc đưa mạng NGN vào hoạt động sẽ góp phần hoàn thiện cơ sở hạ tầng viễn thông nước ta theo hướng hiện đại đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội. Mạng NGN ra đời ở Việt Nam chính là giải pháp khắc phục một trong những hạn chế của ngành viễn thông nước ta từ nhiều năm nay là chưa phát triển được nhiều dịch vụ hiên đại, tiên tiến như ở các nước trên thế giới. Với NGN, khách hàng sẽ được sử dụng những dịch vụ tiện ích ngày càng có chất lượng cao. Khi thực hiện đồ án này em đã hết sức cố gắng để được hoàn chỉnh, song chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Đại học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt khoa Điện tử - Viễn Thông đã hỗ trợ em thực hiện đồ án này, đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn văn An đã tận tình, chu đáo hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. MỤC LỤC 5 BẢNG LIỆT KÊ CÁC HÌNH VẼ 8 CÁC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH 9 Chương 1: Tổng quan về mạng viễn thông 13 1.1 Mạng viễn thông hiện tại . 13 1.1.1 Khái niệm về mạng viễn thông . 14 1.1.2 Các đặc điểm mạng viễn thông hiện nay . 16 1.1.3 Các mạng viễn thông hiện nay 17 1.2 Sự hội hội tụ của hai loại công nghệ kết nối 19 1.2.1 Kết nối định hướng (CO: connection Oriented) 19 1.2.2 Kết nối không định hướng (CL: connectionless) . 19 1.2.3 Xu hướng hội tụ CO và CL và sự ra đời chuyển mạch mới cho NGN . 19 1.3 Nhu cầu mới về khai thác dịch vụ mạng viễn thông . 20 1.3.1 Độ linh hoạt . 20 1.3.2 Độ tương tác 20 1.3.3 Yêu cầu phát triển dịch vụ mới . 21 1.3.4 Yêu cầu về phát triển mạng 21 Chương 2: Mạng viễn thông thế hệ sau NGN . 24 2.1 Định nghĩa . 24 2.2 Đặc điểm của NGN 25 2.3 Những vấn đề cần quan tâm khi phát triển NGN 28 Chương 3: Kiến trúc mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm softswitch 29 3.1 Các khái niệm chuyển mạch mềm . 29 3.2 Định nghĩa chuyển mạch mếm 31 3.3 Mô hình tham chiếu chuyển mạch mềm . 32 3.3.1 Các mặt phẳng chức năng . 32 3.3.1.1 Mặt phẳng truyền tải 33 3.3.1.2 Mặt phẳng báo hiệu và điều khiển cuộc gọi . 34 3.3.1.3 Mặt phẳng ứng dụng và dịch vụ . 35 3.3.1.4 Mặt phẳng quản lý và bảo dưỡng mạng . 35 3.3.2 Các thực thể chức năng . 35 3.3.2.1 Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGC-F) . 36 3.3.2.2 Chức năng định tuyến cuộc gọi và tính cước (R-F, A-F) 38 3.3.2.3 Chức năng cổng báo hiệu và báo hiệu truy cập (SG-F/AGS-F) 38 3.3.2.4 Chức năng máy chủ ứng dụng (AS-F) . 39 3.3.2.5 Chức năng cổng phương tiện (MG-F) 40 3.3.2.6 Chức năng máy chủ phương tiện . 41 3.4 Kiến trúc của hệ thống chuyển mạch mềm 42 3.5 Các ưu điểm của chuyển mạch mềm . 44 3.5.1 Quan điểm của các nhà quản trị mạng 44 3.5.2 Quan điểm của khách hàng .45 Chương 4: Các giao thức cơ bản của chuyển mạch mềm 46 4.1 Tổng quan về báo hiệu trong chuyển mạch mềm . 46 4.2 Giao thức H.323 . 47 4.3 Giao thức SIP . 51 4.4 Giao thức MGCP-MEGACO/H.248 52 4.5 Giao thức SIGTRAN 53 Chương 5: Mô hình ứng dụng và hướng phát triển mạng NGN 55 5.1 Nguyên tắc triển khai mạng NGN . 55 5.1.1 Yêu cầu chung . 55 5.1.2 Mục tiêu xây dựng 55 5.1.3 Quá trình chuyển đổi từng bước . 56 5.2 Hướng phát triển mạng NGN . 56 5.3 Giải pháp đề xuất cho việc phát triển mạng NGN 58 5.3.1 Giải pháp xây dựng NGN trên cơ sở mạng hiện tại 58 5.3.2 Giải pháp xây dựng NGN hoàn toàn mới 59 KẾT LUẬN . 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 62

doc62 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 10/06/2013 | Lượt xem: 3261 | Lượt tải: 8download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Mạng thế hệ mới ngn, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
n 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 hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện kết nối thông giữa các mạng có cấu hình khác nhau. Tiếp đến, mạng NGN là mạng dịch vụ thúc đẩy với đặc điểm: Chia tách dịch vụ với điều khiền 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. Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt. Thứ ba, NGN là mạng chuyển mạch gói 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 cơ sở để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin. Nhưng mấy năm gần đây cùng với sự phát triển công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế mà người ta thường gọi là dung hợp ba mạng. Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia. 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 ở thế bất lợi so với chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu. Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này. Hình 1.4: Topo mạng thế hệ sau Hai đặc điểm quan trọng nhất của mạng thế hệ sau NGN đó là: Mạng tích hợp đa dịch vụ và phát triển cơ sở hạ tầng viễn thông sẵn có với kiến trúc mở và công nghệ chuyển mạch gói. Lớp chức năng được tích hợp theo chiều ngang nghĩa là cùng chung một cơ sở hạ tầng thực hiện hội tụ các chức năng mạng trên lớp truyền dẫn chung dựa trên cơ sở công nghệ chuyển mạch gói và được chia sẻ bởi các dịch vụ khác nhau. Lớp điều khiển được tách độc lập với lớp truyền dẫn và có khả năng cung cấp các giao diện lập trình mở (API) nhằm đảm bảo môi trường tạo dịch vụ mới một cách mềm dẻo, đa năng và có hiệu quả. Chính nhờ sự độc lập giữa chức năng truyền dẫn và điều khiển kết nối việc cung cấp dịch vụ mới chỉ đơn giản là bổ sung thêm các server vào lớp dịch vụ nằm phía trên lớp truyền dẫn. 2.3 Những vấn đề cần quan tâm khi phát triển NGN Xu hướng chung hiện nay là hình thành và xây dựng các mạng NGN thông qua việc chuyển đổi mạng PSTN trên nền cơ sở hạ tầng chuyển mạch kênh TDM sang cơ sở hạ tầng chuyển mạch gói và công nghệ IP. Do đó các nhà cung cấp dịch vụ chính thống phải xem xét cở sở TDM mà họ đã lắp đặt và quyết định về việc nâng cấp hệ thống này, nên đầu tư vốn cho thiết bị chuyển mạch kênh và xây dựng một mạng NGN xếp chồng hay thậm chí nên thay thế các tổng đài truyền thống bằng những công nghệ chuyển mạch mới sau này. Họ cũng phải xem xét ảnh hưởng của sự gia tăng lưu lượng Internet quay số trực tiếp với thời gian ngắn hơn nhiều. Để duy trì sự cạnh tranh các nhà khai thác này cần tìm ra phương pháp cung cấp các dịch vụ mới cho các khách hàng của họ trong thời kỳ quá độ trước khi các mạng của họ tiến triển sang NGN một cách đầy đủ. Vấn đề lớn nhất cần nhắc khi sắp tới cần hỗ trợ dịch vụ thoại qua IP và hàng loạt các dịch vụ giá trị gia tăng là cơ chế “best effort” (cố gắng tối đa) phân phối các gói tin không còn đủ đáp ứng nữa. Một thách thức căn bản ở đây là mở rộng mạng IP theo nhiều hướng, khả năng cung cấp dịch vụ vẫn giữ được ưu thế của mạng IP. Để đảm bảo QoS cần thiết, các nhà khai thác sẽ phải có khả năng cam kết cung cấp các thỏa thuận về mức dịch vụ (SLA), các yêu cầu về băng tần và các tham số chất lượng. Một khía cạnh khác đảm bảo chất lượng là quy mô mạng phải đủ lớn để cung cấp cho khách hàng nhằm chống lại hiện tượng nghẽn cổ chai trong lưu lượng của mạng lõi. Một trong những đặc trưng của NGN chính là khả năng tăng số lượng của các giao diện mở nhưng điều đó cũng hàm chứa các nguy cơ đe dọa an ninh của mạng. Do đó đảm bảo an toàn thông tin trở thành vấn đề sống còn của các nhà khai thác nhằm bảo vệ mạng chống lại sự tấn công phía các tin tặc. Các công cụ an ninh và mật mã hóa phải luôn luôn sẵn sàng. Công nghệ quang đã chứng minh được là một phương tiện truyền tải thông tin hiệu quả trên khoảng cách lớn, và hiện nay nó là công nghệ chủ đạo trong truyền dẫn trên mạng lõi. Với các cải tiến hiện nay như công nghệ ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng DWDM nâng cao đáng kể hiệu quả kinh tế về truyền tải trên mạng cáp quang. Ngày nay IP sẽ trở thành giao diện thực sự cho các mạng lõi NGN. Vấn đề quan trọng ở đây là mạng cáp quang phải tối ưu cho điều khiển lưu lượng IP. Một giải pháp có tính thuyết phục hiện nay là hội tụ các lớp dữ liệu và các lớp quang trong mạng lõi. Viện hội tụ này mang lại một số lợi thế như cung cấp các dịch vụ tốc độ cao, bảo vệ dòng thông tin liên tục cho mạng quang với chuyển mạch nhãn đa giao thức chung MPLS. Một vấn đề không kém phần quan trọng là vấn đề các giải pháp quản lý thích hợp cho mạng NGN. Trong khi mong muốn xây dựng một mạng quản lý phải làm việc trong môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ còn mang tính logic. Mặc dù còn phải mất nhiều thời gian và công sức trước khi hệ thống quản lý mạng được triển khai nhưng nó sẽ mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí khai thác, dịch vụ đa dạng… CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC MẠNG NGN VÀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỂM SOFTSWITCH 3.1 Các khái niệm chuyển mạch mềm Các ý kiến khác nhau về chuyển mạch mềm cũng xuất phát từ góc độ nhìn nhận khác nhau về kiến trúc, chức năng và các đặc trưng của mạng. Trước khi đi tới một khái niệm chung chúng ta có thể một số quan điểm của một số hãng khác nhau. CommWorks: (www.commworks.com) Chuyển mạch mềm softswitch bao gồm các mô-đun phần mềm tiêu chuẩn, có chức năng điều khiển cuộc gọi, báo hiệu, có giao thức liên kết và khả năng thích ứng với các dịch vụ mới trong một mạng hội tụ. Thêm vào đó chuyển mạch mềm thực hiện chuyển mạch cuộc gọi mà không phụ thuộc vào phương thức truyền dẫn cũng như cách truy nhập mạng, các dạng lưu lượng khác nhau được xử lý trong suốt. Thông qua mạng IP chuyển mạch mềm cung cấp các dịch vụ IP với các yêu cầu ngày càng cao của khách hàng. MobileIN: (www.mobileIN.com) Chuyển mạch mềm là khái niệm trong đó bao hàm việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng. Trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm của hệ thống không độc lập với nhau mà là thực thể toàn vẹn của một nhà cung cấp. Mạng chuyển mạch kênh dựa trên những thiết bị chuyên dụng cho việc kết nối và được thiết kế với mục đích phục vụ thông tin thoại. Những mạng chuyển mạch gói với hiệu năng cao hơn sẽ sử dụng giao thức IP để định tuyến thông tin thoại và số liệu qua các tuyến khả dụng và các thiết bị dùng chung. Alcatel (www.alcatel.com) Với sản phẩm 5421Softswitch sử dụng để giảm tải Internet và chạy các ứng dụng VoIP H.323, hệ thống 1000 softswitch ứng dụng làm tổng đài chuyển tiếp gói. Chuyển mạch mềm là trung tâm điều khiển trong cấu trúc mạng viễn thông. Nó cung cấp khả năng chuyển tải thông tin một cách mềm dẻo, an toàn và đáp ứng được các đặc tính mong đợi khác của mạng. Đó là các sản phẩm có chức năng quản lý dịch vụ, điều khiển cuộc gọi Gatekeeper, thể hiện việc hội tụ các công nghệ IP, ATM, TDM trên nền cơ sở hạ tầng sẵn có. Hơn nữa, 1000 softswitch còn có khả năng tương thích giữa chức năng điều khiển cuộc gọi và các chức mới sẽ được phát triển sau. Theo Nortel: Softswitch là một thành tố quan trọng nhất của mạng thế hệ mới. Softswitch là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và có những tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video. Nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau ví dụ như giữa mạng vô tuyến và mạng cáp. Softswitch cũng cho phép triển khai các dịch vụ VoIP mạng lại lợi nhuận. Một chuyển mạch mềm kết hợp với tính năng của các chuyển mạch thoại lớp 4 (tổng đài chuyển tiếp/liên đài) và lớp 5 (tổng đài nội hạt) với các cổng VoIP, trong khi vẫn hoạt động trên môi trường máy tính mở chuẩn. Các hệ thống máy tính kiến trúc mở sử dụng các thành phần đã được chuẩn hóa và sử dụng rộng rãi của nhiều nhà cung cấp khác nhau. Sử dụng hệ thống máy tính mở cho phép các nhà khai thác phát triển dịch vụ một cách độc lập với phần cứng và hưởng lợi ích từ định luật Moore trong ngành công nghiệp máy tính. Như vậy tùy thuộc vào thị trường của mình các nhà cung cấp khác nhau có quan điểm khác nhau về chuyển mạch mềm, tuy nhiên các quan điểm đó bổ sung cho nhau để hình thành một định nghĩa chung về chuyển mạch mềm. Chuyển mạch mềm là hệ thống chuyển mạch thực hiện đầy đủ chức năng của chuyển mạch truyền thống, có khả năng kết hợp các loại dịch vụ, có thể đáp ứng nhiều loại lưu lượng, khả năng kết nối với nhiều loại mạng, nhiều loại thiết bị, dễ dàng nâng cấp cũng như tương thích với các loại dịch vụ mới và các dịch vụ trong tương lai. 3.2 Định nghĩa chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm có thể được định nghĩa như là tập hợp các sản phẩm, giao thức và các ứng dụng cho phép bất kỳ thiết bị nào truy nhập các dịch vụ truyền thông qua mạng xây dựng trên nền chuyển mạch gói thường là IP. Những dịch vụ đó bao gồm thoại, fax, video, dữ liệu và các dịch vụ có thể được phát triển trong tương lai. Những thiết bị đầu cuối truy nhập bao gồm điện thoại truyền thống, điện thoại IP, máy tính, PDAs, máy nhắn tin…Một sản phẩm softswitch có thể bao gồm một hoặc nhiều phần chức năng, các chức năng có thể cùng nằm trên một hệ thống hoặc phân tán trên những hệ thống thiết bị khác nhau. Softswitch nhìn chung cung cấp các chức năng giống như các chức năng của chuyển mạch kênh nó chỉ khác là được thiết kế trên mạng chuyển mạch gói và có khả năng liên kết với mạng PSTN. Các tính chất khác biệt của hệ thống chuyển mạch mềm bao gồm: Là hệ thống có khả năng lập trình để xử lý cuộc gọi và hỗ trợ các giao thức của mạng PSTN, ATM và IP. Hoạt động trên nền các máy tính và các hệ điều hành thương mại. Điều khiển các gateway trung kế ngoài (External Trunking Gateway) Gateway truy nhập (Access Gateway) và các server truy nhập từ xa RAS (Remote Access Server). Nó tái sử dụng các dịch vụ IN thông qua giao diện danh bạ mở, mềm dẻo. Cung cấp các giao diện lập trình ứng dụng mở API cho các nhà phát triển thứ 3 nhằm tạo ra các dịch vụ thế hệ sau. Nó có chức năng lập trình cho các hệ thống Back office. Có hệ thống quản lý tiên tiến trên cơ sở máy chủ (policy-server-based) cho tất cả module phần mềm. Một đặc điểm nữa của Softswitch là không phải làm nhiệm vụ cung cấp kênh nối như tổng đài vì liên kết thông đã được cơ sở hạ tầng mạng NGN thực hiện theo công nghệ chuyển mạch gói. Tức là công nghệ chuyển mạch mềm không thực hiện bất kỳ chuyển mạch gì. Tất cả công việc của Softswitch được thực hiện với một hệ thống các mô-đun phần mềm điều khiển và giao tiếp với các phần khác của mạng NGN, chạy trên một hệ thống máy chủ có hiệu năng, độ tin cập và độ sẵn sàng ở cấp độ nhà cung cấp dịch vụ (Carrier-class). Mô hình tham chiếu chuyển mạch mềm Để có một khái niệm toàn diện và thống nhất về chuyển mạch mềm tổ chức chuyển mạch mềm quốc tế ISC (International Softswitch Consortium) đã đưa ra mô hình tham khảo của chuyển mạch mềm với các thực thể và mặt phẳng chức năng. 3.3.1 Các mặt phẳng chức năng Các mặt phẳng chức năng được đưa ra theo định nghĩa chung nhất nhằm phân biệt các thực thể chức năng trong kiến trúc chuyển mạch mềm. ISC đưa ra 4 mặt phẳng chức năng: mặt phẳng truyền tải (Transport plane); mặt phằng điều khiển và báo hiệu (Call control and Signaling plane); mặt phẳng ứng dụng và dịch vụ (Service and application plane); mặt phẳng quản lý (Management plane). Hình 1.5: Cấu trúc mạng và dịch vụ của NGN Mặt phẳng truyền tải Mặt phẳng truyền tải thực hiện các chức năng vận chuyển các bản tin giữa các thực thể trong mạng. Các bản tin có thể là bản tin báo hiệu cuộc gọi, bản tin thiết lập cuộc gọi hay lưu lượng cần truyền. Cơ chế truyền tải các bản tin này có thể dựa trên bất kỳ một công nghệ truyền dẫn nào, miễn là nó đáp ứng các yêu cầu của việc truyền dẫn loại lưu lượng đó. Mặt phẳng truyền tải cũng đưa ra các điểm truy nhập dành cho việc liên kết với các mạng khác nhằm mục đích báo hiệu hay truyền tải lưu lượng giữa chúng. Các thực thể và chức năng của mặt phẳng này được điều khiển bởi các chức năng trong mặt phẳng báo hiệu và điều khiển cuộc gọi. Mặt phẳng truyền tải cũng có thể được chia nhỏ thành 3 miền: Miền truyền tải IP: Miền này cung cấp hệ thống lõi và chuyển mạch, định tuyến cho việc truyền tải và bản tin qua mạng IP. Miền truyền tải IP bao gồm các thiết bị: định tuyến, chuyển mạch, thiết bị cung cấp cơ chế giám sát chất lượng dịch vụ hay các chính sách truyền tải. Miền liên kết mạng: Miền này đảm nhận chức năng chuyển đổi các dạng lưu lượng và báo hiệu giữa các mạng khác nhau nhằm bảo đảm sự tương thích giữa chúng, bao gồm các thiết bị: cổng báo hiệu (Signaling Gateway), cổng phương tiện (Media Gateway), cổng liên kết mạng (Interworking Gateway). Miền truy nhập không IP: Miền này nhằm hỗ trợ việc chuyển dẫn giữa các mạng IP và các đầu cuối không IP hay mạng vô tuyến.Vùng này bao gồm các thiết bị: cổng truy nhập (Access Gateway) hay các cổng nội hạt (Residential Gateway), đầu cuối ISDN, thiết bị truy nhập tích hợp IAD, các cổng phương tiện cho các mạng di động hay mạng truy nhập vô tuyến… Mặt phẳng quản lý Báo hiệu ứng dụng Máy chủ phương tiện Mặt phẳng ứng dụng và dịch vụ Mặt phẳng điều khiển và báo hiệu Mặt phẳng truyền tải Máy chủ ứng dụng/chức năng Call Agent, MGC, chuyển mạch mềm, GK Miền truyền tải IP: mạng lõi IP, định tuyến, chuyển mạch, BG, QoS Miền liên kết mạng:TG(NG), SG, tương tác GW Miền truy nhập phi IP: Truy nhâp không dây (AG) Truy nhập di động (RAN AG) Truy nhập băng rộng (IAD) Điện thoại IP(H.323, SIP, MGCP) đầu cuối Đầu cuối IP/mạng di động IN/AIN Chuyển mạch PST/SS7/ATM Mạng VoIP Cung cấp thuê bao và các dịch vụ;hỗ trợ vận hành bảo dưỡng mạng; hỗ trợ tính cước Hình 2.1: Mô hình tham chiếu chuyển mạch mềm ISC Mặt phẳng báo hiệu và điều khiển cuộc gọi Mặt phẳng điều khiển hầu hết các thực thể của mạng đặc biệt là các thực thể thuộc mặt phẳng truyền tải. Các thiết bị và chức năng trong mặt phẳng này tiến hành điều khiển cuộc gọi dựa trên các bản tin báo hiệu nhận từ mặt phẳng truyền tải, nó cũng thực hiện việc thiết lập và giải phóng các cuộc gọi trên cơ sở điều khiển các thiết bị thuộc mặt phẳng truyền tải. Mặt này bao gồm các thiết bị như: bộ điều khiển cổng phương tiện (Media Gateway Controller), Gatekeeper (thiết bị điều khiển cổng kết nối), máy chủ LDAP. Mặt phẳng ứng dụng và dịch vụ Mặt phẳng này cung cấp các logic dịch vụ và ứng dụng trên mạng. Các thiết bị trong mặt phẳng sẽ điều khiển từng bước cuộc gọi dựa trên các logic có sẵn thông qua việc giao tiếp với các thiết bị trong mặt phẳng báo hiệu và điều khiển cuộc gọi. Mặt phẳng này bao gồm các thiết bị như máy chủ ứng dụng (Application Servers), máy chủ chức năng (Feature Servers). Mặt phẳng quản lý và bảo dưỡng mạng Mặt phẳng này thực hiện các chức năng quản lý như tính cước, hỗ trợ vận hành, các xử lý liên quan tới thuê bao hay cung cấp dịch vụ khách hàng. Mặt phẳng này có thể tương tác với 3 mặt phẳng trên thông qua các giao diện chuẩn hay giao diện lập trình mở. Các thực thể chức năng Kiến trúc của mạng khi triển khai chuyển mạch mểm có thể được tham khảo qua hình 2.2. Mỗi khối chức năng trên có thể thực hiện một chức năng nhưng cũng có thể kết hợp cùng thực hiện một chức năng. Theo đó các thực thể chức năng thuộc các mặt phẳng chức năng khác nhau. Hình 2.2: Các thực thể chức năng chuyển mạch mềm Hình 2.3: Mối liên hệ các khối chức năng của NGN Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGC-F) Chức năng này thường được thực hiện bởi thực thể vật lý MGC (Media Gateway Controller). Đây là một những thiết bị quan trọng nhất và được biết với nhiều tên như: Call Agent, Call Controller hay chuyển mạch mềm. Hình 2.4: Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng NGN Chức năng MGC-F cung cấp logic dịch vụ và báo hiệu điều khiển cuộc gọi cho MG, MGC-F có các đặc điểm: Duy trì trạng thái cuộc gọi đối với mọi cuộc gọi MG Điều khiển giao tiếp giữa các MG cũng như giữa MG với các thiết bị đầu cuối. Đóng vai trò là trung tâm thỏa thuận với các tham số kết nối giữa các đầu cuối thoại các MG. Tiếp nhận và khởi tạo các bản tin báo hiệu đi và tới các điểm kết cuối và các mạng bên ngoài. Tương tác với máy chủ ứng dụng nhằm cung cấp các dịch vụ tới khách hàng. Quản lý một số tài nguyên mạng như các cổng MG, băng thông… Giao tiếp với các chức năng định tuyến và tính cước để hỗ trợ cho việc tính cước, nhận thực và định tuyến. Có thể tham gia vào nhiệm vụ quản lý trong môi trường mạng di động Chức năng này gồm các giao thức ứng dụng Megaco/H.248 và MGCP Chức năng Call Agent (CA-F) và Interworking (IW-F) là các chức năng thành phần cuộc MGC-F, CA-F thể hiện khi MGC xử lý điều khiển cuộc gọi hay quản lý trạng thái cuộc gọi, IW-F thể hiện khi MGC thực hiện chức năng báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau (ví dụ như SS7 và SIP). Chức năng định tuyến cuộc gọi và tính cước (R-F, A-F) R-F cung cấp các thông tin định tuyến cuộc gọi cho MGC-F, A-F thu thập các thông tin phục vụ cho việc tính cước, R-F và A-F có đặc điểm: Cung cấp chức năng định tuyến cho việc định tuyến cuộc gọi liên mạng. Cung cấp khả năng quản lý phiên và di động. Cập nhập các thông tin định tuyến từ các nguồn bên ngoài Tương tác với AS-F nhằm cung cấp các dịch vụ hay ứng dụng tới khách hàng. R-F và A-F là thành phần của SPS-F và thường được tích lũy trong chức năng điều khiển cổng MGC-F. Chức năng cổng báo hiệu và báo hiệu truy cập (SG-F/AGS-F) SG-F cung cấp cổng phương tiện cho việc báo hiệu giữa mạng IP và PLMN, PSTN (thường là báo hiệu số 7). Vai trò chính của SG-F là đóng gói và truyền các bản tin báo hiệu số 7 của PSTN (ISUP hoặc INAP) hay PLMN (MAP hoặc CAP) qua mạng IP. AGS-F cung cấp cổng phương tiện cho việc báo hiệu giữa mạng IP và mạng truy cập dựa trên chuyển mạch kênh. Vai trò chính của AGS-F là đóng gói và truyền các bản tin báo hiệu V5 hay ISDN, BSSAP, RANAP qua mạng IP. Các đặc điểm của SG-F: Đóng gói vả truyền các bản tin báo hiệu của mạng PSTN (SS7) (sử dụng giao thức SIGTRAN) tới các MGC-F hay SG-F khác. Một SG-F có thể phục vụ nhiều SGC-F. Khi SG-F và MGC-F không được cài đặt chung, SG-F sẽ thực hiện chức năng giao diện giao thức (Ví dụ như SIGTRAN). Các giao thức ứng dụng của chức năng này bao gồm: SIGTRAN, TUA, SUA hay M3UA trên SCTP. Các đặc điểm của AGS-F: Đóng gói và truyền các bản tin báo hiệu V5 hay IDSN (ví dụ SS7) tới MGC-F Một MGC-F có thể phục vụ nhiều AGS-F. Khi AGS-F và MGC-F không được cài đặt chung, AGS-F sẽ thực hiện chức năng giao thức giao diện (ứng dụng như SIGTRAN). Các giao thức ứng dụng của chức năng này bao gồm SIGTRAN, IUA, V5UA hay M3UA trên SCTP. Chức năng máy chủ ứng dụng (AS-F) Chức năng chính của AS là cung cấp các logic dịch vụ ứng dụng. Các đặc điểm của AS-F bao gồm: Có thể yêu cầu MGC kết thúc cuộc gọi hay phiên liên lạc để phục vụ cho một ứng dụng nào đó. Có thể yêu cầu MGC khởi tạo lại các đặc trưng cuộc gọi ví dụ như tính năng chuyển cuộc gọi, chứng thực thẻ gọi trả trước… Có thể thay đổi các mô tả lưu lượng thông qua giao thức SDP Có thể điều khiển MS-F nhằm chức năng xử lý lưu lượng. Có thể kết nối tới các ứng dụng Web và có các giao diện Web. Có giao diện lập trình ứng dụng cho việc tạo các dịch vụ mới. Giao tiếp với MGC-F hay MS-F. Có thể sử sụng các dịch vụ của MGC-F để điều khiển các nguồn tài nguyên bên ngoài. Các giao thức ứng dụng bao gồm: SIP, MGCP, MEGACO/H248, LDAP, HTTP, CPL,XML… Các giao diện lập trình ứng dụng mở bao gồm: JAIN và Parlay Thông thường sự kết hợp giữa AS-F và MGC-F sẽ tạo ra các năng lực điều khiển các dịch vụ tăng cường như: điện thoại, hội nghị, chờ cuộc gọi…Các nhà khai thác sẽ không sử dụng một giao diện giữa AS và MGC, thay vào đó là một giao diện lập trình ứng dụng API giữa MGC và AS. Khi ấy AS còn có tên gọi khác là máy chủ chức năng. Chức năng điều khiển dịch vụ SC-F (Service Control Function) xuất hiện khi AS-F điều khiển logic dịch vụ. SC-F gồm INAP, CAP, MAP, giao diện API mở. Chức năng cổng phương tiện (MG-F) MG giao tiếp với mạng IP bằng các điểm truy nhập hay trung kế mạng. MG-F hoạt động như một cổng giao tiếp giữa mạng IP và các mạng bên ngoài. MG-F có thể cung cấp các cổng giao tiếp giữa mạng IP và mạng chuyển mạch kênh hay giữa các mạng chuyển mạch gói với nhau (IP và 3G hay ATM). Vai trò cơ bản của MG-F là: chuyển lưu lượng từ một khung dạng truyền dẫn này sang một khung dạng truyền dẫn khác, thường là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, giữa gói ATM và gói IP, hoặc giữa các kênh tương tự/ISDN và các gói giống như trong cổng phương tiện nội hạt. Các đặc điểm chính của MG-F: Luôn luôn có quan hệ chủ tớ với MGC-F thông qua giao thức MGCP hay MEGACO/H.248 Có thể thực hiện các chức năng xử lý lưu lượng như chuyển mã, đóng gói, loại bỏ tiếng vọng, giám sát hiện tượng pha (Jitter), đưa ra các xử lý khi mất gói tin… Có thể thực hiện các chức năng chèn lưu lượng như tạo âm báo tiến trình cuộc gọi, tạo âm DTMF, tạo tạp âm xen… Thực hiện chức năng báo hiệu và phát hiện sự thay đổi trạng thái của các thiết bị đầu cuối như: phát hiện DTMF, phát hiện sự kiện on/off-hook, phát hiện tín hiệu thoại tích cực. Quản lý và phân bổ tài nguyên cho các chức năng trên. Phân tích các con số nhận được từ thiết bị đầu cuối dựa trên kế hoạch đánh số và q uay số do MGC gửi tới. Cung cấp cơ chế cho chức năng MGC-F để kiểm tra sự thay đổi trạng thái và năng lực của điểm kết cuối. MG-F không yêu cầu khả năng quản lý các cuộc gọi. MG-F chỉ quản lý trạng thái kết nối của các cuộc gọi mà nó hỗ trợ. Máy điện thoại SIP phone kết hợp MG-F và MGC-F trong một thiết bị. Cổng ứng dụng SIP kết hợp với MG-F và MGC-F trong một thiết bị. Các giao thức ứng dụng bao gồm RTP/RTCP, TDM, H248, MGCP. Chức năng máy chủ phương tiện Chức năng của máy chủ phương tiện là đáp ứng các nhu cầu của AS-F và MGC-F để thực hiện xử lý lưu lượng trên các dòng lưu lượng đóng gói. Các đặc trưng của MG-F: Hỗ trợ nhiều bảng mã và chuyển đổi mã Hỗ trợ cho việc điều khiển bởi nhiều AS-F hay MGC-F Hỗ trợ cho nhiều tính năng đổng thời gồm: Phát hiện số Tạo dòng âm báo và thông báo Tạo âm báo Ghi, lưu trữ dòng đa phương tiện Nhận dạng tiếng nói Tạo tiếng nói từ văn bản Hỗ trợ tính năng cuộc gọi hội nghị Xử lý fax Phát hiện thoại tích cực và khoảng trống… Các giao thức ứng dụng bao gồm SIP, H248, MGCP. Từ trình bày trên đây về mô hình các thực thể chức năng của hệ thống chuyển mạch mềm chúng ta có thể khái quát chuyển mạch mềm như sau: chuyển mạch mềm là hệ thống phần mềm đảm bảo khả năng tín hiệu và điều khiển cuộc gọi trong mạng thế hệ mới NGN. Chuyển mạch mềm chuyển logic điều khiển dịch vụ ra khỏi thiết bị chuyển mạch tới cơ sở dữ liệu mạng hay các máy chủ ứng dụng AS (trong mạng PSTN 80% dịch vụ do các tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống cung cấp). Ngày nay chuyển mạch mềm thường chạy trên hệ điều hành Sun Solaris Kiến trúc của hệ thống chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm thực hiệc các chức năng tương tự chuyển mạch kênh truyền thống nhưng với năng lực mềm dẻo và các tính năng ưu việt hơn. Các ưu điểm của chuyển mạch mềm mạng lại là do ở hệ thống chuyển mạch mềm chức năng chuyển mạch được thực hiện bằng phần mềm dựa trên cấu trúc phân tán và các giao diện lập trình ứng dụng mở. Hệ thống chuyển mạch mềm gồm 3 khối: phần cứng, phần mềm điều khiển cuộc gọi và phần mềm điều khiển các dịch vụ ứng dụng. Hệ thống chuyển mạch Hệ thống chuyển mạch mềm truyền thống Phần mềm ứng dụng Phần mềm điều khiển Phần cứng chuyển mạch Phần mềm ứng dụng Phần mềm điều khiển Phần cứng chuyển mạch Hình 2.5: Mô hình các hệ thống chuyển mạch Đối với hệ thống chuyển mạch điện thoại truyền thống sử dụng mạng PSTN phần cứng chuyển mạch luôn đi kèm với phần mềm điều khiển cuộc gọi và phần mềm ứng dụng của cùng một nhà cung cấp, điều này làm tăng tính độc quyền trong việc cung cấp các hệ thống chuyển mạch, làm giới hạn khả năng phát triển các dịch vụ mới. Do vậy chuyển mạch mềm đưa ra giao diện lập trình ứng dụng mở, có khả năng tương thích phần mềm điều khiển và phần cứng của các nhà cung cấp khác nhau. Điều này cho phép các nhà cung cấp phần mềm và phần cứng có được quan điểm chung và có thể tập trung vào lĩnh vực của mình. Với giao diện lập trình mở, chuyển mạch mềm có thể dễ dàng nâng, thay thế và tương thích với các ứng dụng của các nhà cung cấp khác nhau.Chuyển mạch mềm được xây dựng dựa trên công nghệ mạng IP, xử lý thông tin một cách thông suốt, cho phép đáp ứng nhiều loại lưu lượng khác nhau. Được xây dựng theo cấu trúc phân tán, tách các chức năng điều khiển cuộc gọi và ứng dụng của hệ thống ra khỏi chức năng chuyển mạch làm cho nhiệm vụ chuyển mạch trở nên đơn giản và năng lực xử lý mạnh mẽ, linh hoạt và hiệu quả hơn. Nó làm tăng tính cạnh tranh và giảm giá thành của hệ thống chuyển mạch. Các phân tích trên đây được làm sáng toảm thêm khi nghiên cứu các hình 2.6 minh họa sơ đồ khối chức năng của tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống và tổng đài chuyển mạch mềm. Hình 2.6: Sơ đồ chức năng hệ thống chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm Các ưu điểm của chuyển mạch mềm Quan điểm của các nhà quản trị mạng Nhìn từ phía nhà quản trị mạng có nhiều lợi ích để họ tăng tính cạnh tranh và giảm chi phí đầu tư CAPEX cũng như chi phí điều hành mạng OPEX Môi trường kiến tạo dịch vụ mới: Với giao diện ứng dụng lập trình mở các nhà quản trị mạng có thể tự mình đưa ra các ứng dụng và dịch vụ tới khách hàng của mình. Điều này khiến họ hoàn toàn chủ động trong việc đưa ra các chiến lược kinh doanh và phát triển dịch vụ một cách lâu dài ít phụ thuộc vào nhà sản xuất. Khả năng vận hành và bảo dưỡng từ xa: Các nhà quản trị mạng thực vận hành và bảo dưỡng các thiết bị phân bố của mình thông qua mạng với các giao diện trực quan. Hệ thống này cho phép họ có thể truy cập tới từng tài nguyên riêng biệt thông qua máy chủ đặt ở bất kỳ nơi nào. Giảm thời gian triển khai dịch vụ và hệ thống: vì có một kiến trúc mở do đó việc triển khai hệ thống có thể được thực hiện bằng việc nâng cấp các thiết bị hiện có và lắp đặt thêm các MG, MGC, SG, AS. Dịch vụ đưa ra được khai triển bằng phần mềm trên các mô-đun API. Tất cả điều đó làm giảm thời gian tiếp cận thị trường của nhà quản trị. Nhờ ứng dụng các giao diện lập trình ứng dụng mở API nhà cung cấp dịch vụ không còn hoàn toàn bị phụ thuộc vào nhà sản xuất, do đó việc tạo ra và đưa dịch vụ vào thị trường có thể thực hiện một cách nhanh chóng và hiệu quả. Đảm bảo duy trì cơ sở hạ tầng sẵn có: Điều này rất quan trọng trong khi khấu hao của hạ tầng sẵn có chưa hết hay còn mang lại nhiều lợi nhuận. Ưu điểm này cho phép các nhà quản trị mạng có thể vừa khai thác hệ thống cũ vừa khai triển hệ thống mới, dịch vụ mới ngay trên nền hệ thống cũ. Tối ưu hóa năng lực của mạng theo yêu cầu từ phía khách hàng: Đây là khả năng cho phép các nhà quản trị mạng giảm thiểu chi phí cho việc dự phòng gia tăng khách hàng trong tương lai. Ưu điểm này cũng tạo điều kiện kinh doanh cho những người có vốn hạn chế, với số ít khách hàng và đó cũng chính là khả năng chống độc quyền, khuyến khích phát triển đồng thời tạo điều kiện cho nhiều đối tác cùng khai thác, đầu tư và cạnh tranh. Khả năng nâng cấp hệ thống cao, thúc đẩy việc ứng dụng các công nghệ mới. Quan điểm của khách hàng Nhìn từ phương diện của khách hàng họ được lợi về mặt giá cả và sự đa dạng về dịch vụ khi triển khai chuyển mạch mềm, cụ thể như: Nâng cao tiện ích sử dụng nhờ sự phát triển công nghệ và khả năng hội tụ công nghệ và tích hợp dịch vụ. Giảm giá thành nhờ tính cạnh tranh của thị trường. Đáp ứng mọi yêu cầu và nhu cầu của khách hàng. CHƯƠNG 4 CÁC GIAO THỨC CƠ BẢN CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM 4.1 Tổng quan về báo hiệu trong chuyển mạch mềm Hệ thống chuyển mạch mềm có cấu trúc phân tán, các chức năng báo hiệu và xử lý báo hiệu, chuyển mạch điều khiển cuộc gọi…được thực hiện bởi các thiết bị phân tán trong cấu hình mạng. Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ cho người dùng các thiết bị này phải trao đổi thông tin báo hiệu. Cách thức trao đổi thông tin báo hiệu được qui định bởi các giao thức báo hiệu. Hình 2.7: Giao thức sử dụng giữa các thành phần Các giao thức báo hiệu cơ bản trong hệ thống chuyển mạch mềm bao gồm: H.323 SIP MGCP, MEGACO/H.248 SIGTRAN Các giao thức này có thể phân thành hai loại: giao thức ngang cấp (H.323, SIP) và giao thức chủ/tớ (MGCP, MEGACO/H.248). Mỗi loại giao thức có ưu và nhược điểm riêng của mình với các chức năng khác nhau, tồn tại trong mạng ở các cấp khác nhau. Hình 2.7 minh họa vị trí và phạm vi sử dụng các giao thức trong mạng. Vị trí và vai trò của từng giao thức trên có thể được minh họa trên hình Giao thức ngang cấp H.323, SIP được sử dụng để trao đổi thông tin báo hiệu và điều khiển giữa các MGC, giữa MGC và các máy chủ. Giao thức chủ tớ của MGCP, MEGACO/H.248 là giao thức báo hiệu điều khiển giữa MGC và các cổng kết nối (trong đó MGC điều khiển cổng kết nối). Giao thức SIGTRAN là giao thức báo hiệu giữa MGC và cổng báo hiệu. Chức năng của giao thức này là chuyển đổi báo hiệu SS7 và IP. Các giao thức ngang cấp thực hiện chức năng mạng ở cấp cao hơn, qui định cách giao tiếp giữa các thực thể cùng cấp để cùng phối hợp thực hiện cuộc gọi hay các ứng dụng khác. Trong khi đó các giao thức chủ/tớ là sản phẩm của việc phân bố không đồng đều trí tuệ mạng, phần lớn trí tuệ mạng được tập trung trong các thực thể chức năng điều khiển (đóng vai trò là chủ), thực thể này sẽ giao tiếp (điều khiển) với nhiều thực thể khác qua các giao thức chủ/tớ nhằm cung cấp dịch vụ. Dưới đây là bảng so sánh các giao thức báo hiệu và điều khiển Loại giao thức Chử-tớ Ngang cấp Vận hành-khai thác - Các thiết bị/cổng đơn giản ít trí tuệ - Trí tuệ ứng dụng chứa trong máy chủ mạng - Các thiết bị/cổng phức tạp thông minh - Tương tác ngang cấp Phát triển dịch vụ - Phát triển trên cơ sở máy chủ. Công cụ chung - Nhanh chóng hơn đưa dịch vụ mới ra thị trường thông qua các mạng khác nhau. - Các thiết bị chuyên dụng - Có thể Phát triển dịch vụ (đối với nhà khai thác) - Chỉ cập nhật các dịch vụ điều khiển - Các dịch vụ có thể quản lý được một các năng động qua mạng - Cần phải nâng cấp tất cả thiết bị cổng để triển khai các tính năng dịch vụ mới qua mạng Giá thành - Tối ưu hóa giá thành các thiết bị cổng do vậy cho phép giảm giá thành của toàn hệ thống (đặc biệt là đối với hệ thống lớn) - Thời hạn của thiết bị cổng dài hơn - Giá thành của các cổng đơn khối cao - Giá thành hệ thống cao đặc biệt là đối với hệ thống lớn - các thiết bị cổng có thể cần phải nâng cấp phần cưng thường xuyên Ví dụ -MEGACO/H.248 -MGCP -NCS/J.162 -SIP -H.323 Từ bảng thống kê trên đây chúng ta thấy rõ giao thức chủ tớ cho phép tập trung phần trí tuệ ứng dụng vào một ít các thiết bị điều khiển, do đó có thể dễ dàng nâng cao hiệu quả của các thiết bị cổng kết nối và có thể nhanh hơn trong việc đưa dịch vụ ứng dụng mới vào thị trường. 4.2 Giao thức H.323 Giao thức H.323 là tiêu chuẩn dành cho truyền thông đa phương tiện trên cơ sở mạng chuyển mạch gói, do ITU ban hành. Phiên bản đầu tiên được đưa ra năm 1996 phiên bản 4 là biên bản đang được sử dụng rộng rãi được ban hành vào năm 2001. Phiên bản 1 và 2 hỗ trợ H.245 trên nền TCP, Q.931 trên nền TCP và UDP. Ban đầu H.323 dụ định dành cho X.25 và ATM nhưng trong thực tế nó lại được biết đến nhiều hơn với ứng dụng VoIP. Ngăn xếp giao thức H.323 theo mô hình OSI: Data Signaling Audio Video T.126 T.127 H.245 H.225.0 RAS G.711 G.729 G.723.1 G.723.A H.261 H.263 T.324 T.124 T.125 T.123 RTP RTCP TCP UDP Network layer Link layer Physical layer Hình 3.1: Ngăn xếp giao thức H.323 Từ ngăn xếp giao thức H.323 trình bày đây ta thấy: H.323 hỗ trợ lưu lượng thoại qua các chuẩn mã hóa G.711, G.722, G.728, G.729, G.723.1 trên nền giao thức RTP và RTCP thông qua giao thức truyền tải không tin cậy UDP. H.323 hỗ trợ lưu lượng video qua các chuẩn mã hóa H.261, H.263 trên nền các giao thức RTP và RTCP cũng qua phương thức truyền tải không tin cậy UDP. H.323 hỗ trợ lưu lượng dữ liệu các giao thức T.122, T.124, T.125, T.127, T.126 qua phương thức truyền tải tin cậy TCP. H.245 là giao thức điều khiển kênh (trao đổi các thuộc tính cuộc gọi giữa 2 đầu cuối). H.225 là giao thức báo hiệu giữa đầu cuối và gatekeeper (thiết bị điều khiển cổng kết nối). Hình 3.2 Cấu hình mạng H.323 Cấu hình H.323 bao gồm các thành phần sau: Đầu cuối: thiết bị đầu cuối H.323 bắt buộc phải hỗ trợ những giao thức: Báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225 Báo hiệu điều khiển kênh H.245 Giao thức RTP/RTCP cho dữ liệu Các loại bộ mã hóa thoại Việc hỗ trợ các mã hóa video là không bắt buộc đối với các đầu cuối H.323 Cổng nối đảm nhiệm chức năng chuyển đổi giữa hai mạng thí dụ giữa mạng chuyển gói và mạng PSTN Gatekeeper có chức năng chính là chuyển đổi địa chỉ và điều khiển băng thông. Trong mạng H.323 không nhất thiết phải có gatekeeper tuy nhiên nếu có gatekeeper thì tất cả các đầu cuối phải đăng ký trước khi thực hiện cuộc gọi. H.323 MCU (Multipoint Control Unit – Đơn vị điểu khiển đa điểm) hỗ trợ các cuộc gọi hội nghị của hai hay nhiều hơn các đầu cuối cùng tham gia trong một phiên liên lạc. Trong MCU có hai mô-đun: Bộ điều khiển đa điểm MC (Mutipoint Controller) có chức năng điều khiển và bộ xử lý đa điểm MP (Moltipoint Processor) nhận và xử lý các luồng dữ liệu thoại, video và dữ liệu khác. 4.3 Giao thức SIP Giao thức SIP do nhóm làm việc MMUSIC (Mutiparty Multimedia Session Control) của IETF phát triển từ chuẩn RFC 2543. Đây là giao thức báo hiệu lớp ứng dụng có chức năng mô tả việc khởi tạo, thay dổi và hủy phiên truyền thông đa phương tiện giữa các đầu cuối, SIP được đưa ra trên cơ sở nguyên lý giao thức trao đổi thông tin của mạng Internet (HTTP). SIP là giao thức ngang cấp, hoạt động theo nguyên tắc hỏi/đáp (server/client). Vị trí giao thức SIP trong mô hình phân lớp hệ thống được mô tả như hình : Từ hình trên chúng ta thấy rằng giao thức SIP có thể chạy trên nền cả UDP và TCP với IPv4 hoặc IPv6. SIP được thiết kế độc lập với các giao thức truyền dẫn mức thấp và có thể bổ sung các tính năng mới thông qua việc thay đổi các tham số hay tiêu đề của bản tin. Các thực thể mạng của SIP: Đầu cuối SIP: có thể là máy điện thoại SIP hay máy tính chạy phần mềm SIP. Mỗi đầu cuối sẽ được gán một địa chỉ SIP để định danh và nhận thực. Proxy Server (máy chủ ủy quyền) là đại diện cho một nhóm các đầu cuối SIP, có nhiệm vụ đáp ứng các yêu cầu SIP của nhóm đó hay từ các proxy khác. Trong trường hợp nó không đáp ứng được thì yêu cầu sẽ được chuyển cho một proxy khác. Redirect server (máy chủ chuyển đổi địa chỉ): nhận địa chỉ SIP và gửi lại cho nơi hỏi dưới địa chỉ khác của proxy kế tiếp để liên lạc. Registrar server (máy chủ đăng ký): có chức năng nhận thực, bảo mật. Ghi lại địa chỉ SIP và địa chỉ IP của đầu cuối SIP đăng ký. Location server (máy chủ định vị) là phần mềm định vị đầu cuối, cung cấp thông tin về những vị trí có thể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy Server và Redirect Server. SIP sử dụng phương pháp mã hóa kiểu văn bản với cấu trúc bảng tin theo kiểu hỏi/đáp bao gồm các bản tin sau: Bản tin INVITE: bắt đầu thiết lập cuộc gọi bằng cách gửi bản tin mời đầu cuối khác tham gia. Bản tin ACK: bản tin này khẳng định máy trạm đã nhận được bản tin trả lời bản tin INVITE Bản tin BYE: bắt đầu kết thúc cuộc gọi Bản tin CANCEL: hủy yêu cầu đang nằm trong hàng chờ đợi Bản tin REGISTER: đầu cuối SIP sử dụng bản tin này đẻ đăng ký với REGISTRAR SERVER Bản tin OPTIONS: sử dụng để xác định năng lực của máy chủ. Bản tin INFO: sử dụng để tải các thông tin như âm báo DTMF Quá trình thiết lập phiên liên lạc SIP như sau: Đăng ký, khởi tạo và định vị đầu cuối Mô tả phiên của đầu cuối được mời tham gia (âm thanh, video hay đa phương tiện) Xác nhận thái độ hưởng ứng của đầu cuối được mời Nếu đầu cuối được mời có thái độ tích cực, cuộc gọi được thiết lập Các nhiệm vụ xử lý trong quá trình cuộc gọi Giải phóng cuộc gọi 4.4 Giao thức MGCP-MEGACO/H.248 Một trong những giao thức quan trọng nhất, là nền tảng của chuyển mạch mềm là giao thức điều khiển cổng phương tiện MGCP (Media Gateway Control Protocol), Giao thức này qui định cách thức mà MGC điều khiển các MG trong việc thiết lập kết nối khi mà các phần mềm điểu khiển, xử lý cuộc gọi được tách khỏi các MG, MGCP được phát triển từ hai giao thức ban đầu là: giao thức điều khiển cổng đơn giản SGCP (Simple Gateway comtrol Protocol) và giao thức điều khiển thiết bị Internet IPDC (Internet Gateway Control Protocol). MGCP là giao thức được thiết kế dành chủ yếu để xử lý báo hiệu trong mạng IP, giao thức này ít có năng lực xử lý cho việc truyền tải các gói thoại nói chung. 4.5 Giao thức SIGTRAN Mạng NGN là sự liên kết mạng và hội tụ của công nghệ thông tin, mạng IP và internet vào mạng viễn thông. Sự hội tụ này đặt ra yêu cầu chuyển tiếp mạng PSTN truyền thống và mạng IP. Điều này được tiến hành nhờ giao thức truyền tải báo hiệu (Signaling Transport) SIGTRAN là giao thức hỗ trợ cho mạng điện thoại IP (VoIP), nó cho phép truyền tải các bản tin báo hiệu số 7 qua mạng IP, nhờ đó lưu lượng của mạng PSTN và ISDN dựa trên báo hiệu số 7 có thể truyền qua mạng IP.SIGTRAN sử dụng một loạt các giao thức thành phần và các mô-đun tương thích bao gồm: giao thức truyền tải điều khiển dòng SCTP (Stream Control Transpert Protocol), mô–đun tương thích với MTP lớp 3 (M3UA), mô-đun tương thích với MTP lớp 2 (M2UA), lớp tương thích với người dùng ISDN (IUA). SCTP có các chức năng: Truyền tải các bản tin báo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP Là giao thức truyền tải tin cậy trên nền mạng gói theo chế độ không hướng kết nối. Xác nhận không có lỗi và không truyền lại dữ liệu Phân mảnh dữ liệu Đóng gói dữ liệu M3UA có chức năng: Hỗ trợ chuyển giao các bản tin MTP lớp 3 (ISUP, SCCP, TUP…) Hỗ trợ cho hoạt động cho các giao thức lớp MTP3 Hỗ trợ quản lý kết hợp truyền tải SCTP và lưu lượng giữa một SG và một hay nhiều MGC Hỗ trợ cho MGC hay các cơ sở dữ liệu lưu trữ chia sẻ lưu lượng SUA có chức năng: Hỗ trợ chuyển giao các bản tin phần người dùng SCCP ( ví dụ như TCAP, RANAP) Hỗ trợ các dịch vụ không hướng kết nối SCCP Hỗ trợ các dịch vụ hướng kết nối SCCP Hỗ trợ quản lý kết hợp truyền tải SCTP và lưu lượng giữa một SG và một hay nhiều nút báo hiệu IP. Hỗ trợ cho việc thông báo một cách đồng bộ sự thay đổi trạng thái cho công tác quản lý. CHƯƠNG 5 MÔ HÌNH ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG NGN 5.1 Nguyên tắc triển khai mạng NGN 5.1.1 Yêu cầu chung Quá trình chuyển đổi từ mạng hiện tại sang mạng NGN cần đảm bảo các yêu cầu sau: − Tránh làm ảnh hưởng đến các chức năng cũng như việc cung cấp dịch vụ của mạng hiện tại. Tiến tới cung cấp dịch vụ thoại và số liệu trên một cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất. Đồng thời phải hỗ trợ các thiết bị khách hàng đang sử dụng. − Mạng phải có cấu trúc đơn giản, giảm tối thiểu số cấp chuyển mạch và chuyển tiếp truyền dẫn nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm chi phí khai thác và bảo dưỡng. Cấu trúc tổ chức mạng không phụ thuộc vào địa giới hành chính. Và cấu trúc chuyển mạch phải đảm bảo an toàn, dựa trên chuyển mạch gói. − Hệ thống quản lý mạng, dịch vụ phải có tính tập trung cao. − Việc chuyển đổi phải thực hiện từng bước và phải theo nhu cầu của thị trường. − Hạn chế đầu tư các kỹ thuật phi NGN cùng lúc với việc triển khai và hoàn thiện các công nghệ mới. − Phải bảo toàn vốn đầu tư của VNPT. − Xác định các giai đoạn cần thiết để chuyển sang NGN. Có các sách lược thích hợp cho từng giai đoạn chuyển hướng để việc triển khai mạng NGN được ổn định và an toàn. 5.1.2 Mục tiêu xây dựng − Dịch vụ phải đa dạng, có giá thành thấp. Thời gian đưa dịch vụ mới ra thị trường được rút ngắn. − Giảm chi phí khai thác mạng và dịch vụ. − Nâng cao hiệu quả đầu tư. − Tạo ra những nguồn doanh thu mới, không phụ thuộc vào nguồn doanh thu từ các dịch vụ truyền thống. 5.1.3 Quá trình chuyển đổi từng bước − Ưu tiên giải quyết phân tải lưu lượng Internet cho các tổng đài chuyển mạch nội hạt. Đảm bảo cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng (bao gồm cả truy nhập Internet tốc độ cao) tại các thành phố lớn trước. − Tạo cơ sở hạ tầng thông tin băng rộng để phát triển các dịch vụ đa phương tiện, phục vụ chương trình chính phủ điện tử, … của quốc gia. − Ưu tiên thực hiện trên mạng liên tỉnh trước nhằm đáp ứng nhu cầu về thoại và tăng hiệu quả sử dụng các tuyến truyền dẫn đường trục. − Mạng nội tỉnh thực hiện có trọng điểm tại các thành phố có nhu cầu truyền số liệu, truy nhập Internet băng rộng. − Lắp đặt các thiết bị chuyển mạch thế hệ mới, các máy chủ để phục vụ các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao. 5.2 Hướng phát triển mạng NGN Có 2 hướng để phát triển mạng NGN: xây dựng một mạng NGN hoàn toàn mới và xây dựng mạng NGN dựa trên cơ sở mạng hiện có. Tùy vào hiện trạng của mạng hiện tại và quan điểm của nhà khai thác mà giải pháp thích hợp sẽ được ứng dụng. Nhà cung cấp dịch vụ cố định ESP (Established Service Provider) Đối với mạng truy nhập − Giảm số lượng các phần tử mạng xếp chồng, tối ưu hóa mạng PSTN. − Tổ chức lại mạng để có năng lực xử lý dịch vụ băng rộng. − Từng bước triển khai các chuyển mạch thế hệ mới. Khởi đầu bằng việc triển khai VoATM ở mức quá giang để xử lý lưu lượng Internet, kết nối lưu lượng mạng di động, … và các lưu lượng không thể dự báo trước (số liệu). − Xây dựng một mạng đường trục duy nhất. Triển khai các cổng tích hợp VoATM-GW/ VoIP-GW, các giao thức chuyển mạch mềm (MeGaCo, MGCP, SIP, SIGTRAN, BICC,), định hướng chuyển mạch quá giang sang mạng NGN. Đồng thời lắp đặt các cổng điều khiển phương tiện MGC, thực hiện chuyển đổi mạng NGN ở cấp quá giang. Đối với mạng truy nhập − Đầu tiên là bắt đầu triển khai một số dịch vụ đa phương tiện: dịch vụ truy nhập băng rộng ADSL, đồng thời đưa vào sử dụng chuyển mạch mềm và khối tập trung thuê bao thế hệ mới có hỗ trợ băng rộng. − Tiếp theo sẽ triển khai các ứng dụng đa phương tiện cho ADSL, UMTS và điện thoại IP. Khi giá thành của chuyển mạch sử dụng trong NGN đã thấp hơn so với chuyển mạch kênh, QoS trong mạng NGN đã được chuẩn hóa ta sẽ triển khai thêm các đường dây điện thoại hay chuyển kết nối khách hàng từ các bộ tập trung thuê bao truyền thống đến mạng truy nhập NGN. Đồng thời ta sẽ lắp đặt chuyển mạch mềm cho tổng đài nội hạt và lắp đặt các Access Gateway để nối mạng hiện tại với mạng lõi chuyển mạch gói của NGN. Yêu cầu đối với mạng Phải đáp ứng yêu cầu về độ tin cậy và khả năng mở rộng. Đồng thời các dịch triển khai mạng phải được tối ưu hóa trong việc sử dụng các nguồn tài nguyên mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mới ISP/ ASP (Internet Service Provider/Application Service Provider) Do các nhà khai thác này đã có sẵn hạ tầng chuyển mạch gói nên họ rất thuận lợi trong việc xây dựng mạng NGN. Khi tiến hành xây dựng mạng thế hệ sau họ có thể lắp đặt các cổng điều khiển phương tiện MGC, các server truy nhập mạng NAS (Network Access Server) và server truy nhập băng rộng từ xa BRAS (Broadband Remote Access Server), đồng thời đưa vào sử dụng các giao thức báo hiệu SIP, H.323, SIGTRAN, … vào VoIP và các giao thức mới bổ sung cho mạng. Về cấu trúc mạng thì phải giảm các cấp chuyển mạch đặc biệt là các tổng đài nội hạt, chuyển các loại thuê bao sang thành thuê bao NGN. Như trên ta thấy, các ESP có xu hướng xây dựng mạng thế hệ sau theo quan điểm dựa trên cơ sở mạng hiện tại và các ISP/ ASP theo quan điểm còn lại. 5.3 Giải pháp đề xuất cho việc phát triển mạng NGN 5.3.1 Giải pháp xây dựng NGN trên cơ sở mạng hiện tại Nội dung của giải pháp: Cơ sở hạ tầng của mạng hiện tại được tổ chức lại và phát triển dần dần lên. Nâng cấp các thiết bị chuyển mạch hiện có (công nghệ TDM) để hỗ trợ các dịch vụ mới chất lượng cao như video, số liệu. Đồng thời có thể bổ sung có hạn chế một số chuyển mạch đa dịch vụ (chuyển mạch mềm) tại một số nút mạng chính, đặc biệt là trung tâm điều khiển và ứng dụng của các vùng lưu lượng. Ngoài ra trong giải pháp này lại có 2 phương án con như sau: Phương án 1 Phương án áp dụng cho những nhà khai thác mạng có yêu cầu hiện đại hóa và mở rộng mạng trong thời gian ngắn. Phương án này bao gồm 4 bước. Bước 1: đối với mạng thoại TDM thì triển khai mạng truyền dẫn SDH, mạch chuyển mạch ATM đồng thời bổ sung thiết bị telephony server để quản lý thoại. Đối với mạng số liệu thì giữ nguyên kỹ thuật IP/MPLS hoặc ATM/FR và trang bị thêm các cổng gateway, thực hiện kết nối giữa mạng thoại và mạng số liệu ở các nút ở biên mạng. Bước 2: tiếp tục phát triển kỹ thuật SDH, ATM cho mạng thoại. Với mạng số liệu thì phát triển thành mạng đa dịch vụ IP/MPLS và tăng cường khả năng của các cổng giao tiếp ở các nút biên mạng (chúng có nhiệm vụ kết nối giữa mạng đa dịch vụ và mạng thoại). Trang bị thêm IP telephone server cho quản lý mạng đa dịch vụ. Bước 3: xây dựng chỉ còn một mạng thống nhất cho thoại và dữ liệu nhưng lúc này chưa phải là mạng tích hợp đa dịch vụ hoàn toàn. Mạng PSTN sử dụng TMD sẽ không còn tồn tại riêng biệt. Tiếp tục tích hợp và pIP/MPLS. Bước 4: hình thành mạng tích hợp đa dịch vụ hoàn toàn. Lúc này chỉ còn mạng đa dịch vụ IP/MPLS tồn tại và phát triển. Và telephony server và IP telephone server sẽ quản lý mạng đa dịch vụ. Phương án 2 Phương án áp dụng cho những nhà khai thác mạng có yêu cầu hiện đại hóa và mở rộng mạng trong thời gian dài. Phương án này cũng bao gồm 4 bước. Bước 1: không phát triển thêm mạng thoại TDM từ đây về sau. Với mạng số liệu thì giữ nguyên mạng chuyển mạch gói IP/MPLS hoặc ATM/FR và trang bị thêm các cổng gateway. Bước 2 đến bước 4 giống các bước 2, 3, 4 của phương án 1. Ưu điểm − Giá thành đầu tư ban đầu thấp. − Có khả năng cung cấp dịch vụ mới, dịch vụ truy nhập băng rộng. − Bảo vệ tối đa nguồn vốn đã đầu tư trên mạng hiện tại. Nhược điểm − Việc nâng cấp các chuyển mạch hiện có từ TDM sang IP/ATM chỉ là bước đệm mà không thay đổi được về cơ bản công nghệ chuyển mạch phục vụ cho các dịch vụ mới. Điều này có nghĩa là không giải quyết được vấn đề cơ bản là khả năng tạo dịch vụ mới cũng như nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ mới. Và nó sẽ làm phát sinh nhiều vấn đề chuyển tiếp và làm tăng chi phí về sau. − Chi phí đầu tư ban đầu thấp nhưng chi phí vận hành và khai thác sẽ cao hơn so với mạng hiện tại do không có được sự quản lý thống nhất trong toàn mạng. − Khả năng cạnh tranh kém khi xuất hiện các nhà khai thác thế hệ mới vì họ có cơ sở hạ tầng mạng NGN hoàn toàn mới. 5.3.2 Giải pháp xây dựng NGN hoàn toàn mới Nội dung của giải pháp Giải pháp này chủ trương giữ nguyên mạng hiện tại và không đầu tư tiếp tục phát triển. Tập trung nhân lực và tài lực vào việc triển khai các tổng đài đa dịch vụ thế hệ sau. Mạng NGN được xây dựng trước hết phải có khả năng cung cấp các nhu cầu về dịch vụ của mạng hiện tại đã quen thuộc với khách hàng. Sau đó triển khai một số nhu cầu dịch vụ mới. Kế tiếp triển khai nhiều dịch vụ mới trên nền mạng NGN nhưng phải cân bằng giữa cung và cầu. Các nút chuyển mạch của hai mạng này sẽ liên hệ nhau rất ít (chủ yếu phục vụ cho các dịch vụ thoại IP) thông qua các cổng giao tiếp Media Gateway. Ưu điểm − Thay đổi hoàn toàn cấu trúc mạng, tăng khả năng cạnh tranh. − Hoàn toàn sẵn sàng cung cấp dịch vụ mới, dịch vụ truy nhập băng rộng. − Thời gian triển khai nhanh chóng. − Độ tương thích cao. − Quản lý thống nhất, tập trung. Nhược điểm − Giá thành đầu tư ban đầu cao. − Rủi ro do dự báo nhu cầu vượt ngưỡng dẫn đến hậu quả đầu tư thấp, thời gian hoàn vốn lâu. − Tăng chi phí do phải tăng cường lực lượng lao động kỹ thuật mới. Nhận xét và đánh giá Có nhiều giải pháp được đưa ra nhằm đáp ứng nhu cầu của các nhà khai thác muốn chuyển từ mạng truyền thống sang mạng thế hệ sau. Tùy vào hiện trạng mạng, quan điểm của chính nhà khai thác mà giải pháp thích hợp được lựa chọn. Và việc xây dựng mạng phải dựa vào nhu cầu mới của khách hàng để thu hút và giữ khách hàng. Điều này cũng là các nhà khai thác sẽ triển khai mạng NGN theo hướng để đáp ứng nhu dịch vụ của khách hàng. KẾT LUẬN Công nghệ chuyển mạch mềm đã đem lại những ưu thế nổi trội cho mạng NGN như chi phí đầu tư mạng NGN thấp hơn nhiều so với mạng tổng đài chuyển mạch kênh, đồng thời khi triển khai mạng NGN chuyển mạch mềm sẽ tạo cơ hội cạnh tranh về mặt cung cấp đa dịch vụ, phát triển mạng cũng như vận hành bảo dưỡng mạng dễ dàng hơn nhiều so với mạng truyền thống PSTN… Trong giai đoạn đầu thì đa số lưu lượng của mạng NGN là kết nối với mạng PSTN thông qua các Media Gateway, nhưng trong thời gian sắp tới sẽ có rất nhiều các thuê bao sử dụng các dịch vụ thoại, truy cập Internet băng rộng…thông qua các Access Gateway. Đặc biệt, trong tương lai giao thức SIP sẽ là giao thức chính trong mạng NGN, theo đó các dịch vụ dựa trên nền tảng SIP sẽ là hướng phát triển tương lai với các thiết bị đầu cuối SIP như điện thoại IP, các chương trình Multimedia trên PC… Do thời gian có hạn, và thời gian tìm hiểu chưa lâu nên không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình tìm hiểu. Em rất mong nhận được sự đóng góp chân thành của thầy cô và các bạn để hoàn thiện và tiếp tục phát triển đề tài này. TÀI LIỆU THAM KHẢO TS.Nguyễn Quý Minh Hiền, Mạng Viển Thông Thế Hệ Sau, Nhà Xuất Bản Bưu Điện, 2002 ThS. Ngô Mỹ Hạnh, Mạng Thế Hệ Sau Và Tiến Trình Chuyển Đổi, Nhà Xuất Bản Bưu Điện, 2006 ThS. Dương Văn Thành, Chuyển Mạch Mềm Và Ứng Dụng Trong Mạng Thế Hệ Sau, Nhà Xuất Bản Bưu Điện, 2006 Bài Giảng NGN, Công Ty Viễn Thông Điện Lực, Đề tài “Nghiên Cứu Chuyển Mạch Mềm”, 2000

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docMạng Thế Hệ Mới NGN.doc