BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 20 -
CHƯƠNG 2:
CẤU TRÚC MẠNG NGN
WX

I. SỰ TIẾN HÓA TỪ MẠNG HIỆN CÓ LÊN NGN
1. Chiến lược tiến hóa
Trong nhiều năm gần đây, nền công nghiệp Viễn thông vẫn đang trăn
trở về vấn đề phát triển công nghệ căn bản nào và dùng mạng gì để hỗ trợ
các nhà khai thác trong bối cảnh luật viễn thông đang thay đổi nhanh
chóng, cạnh tranh ngày càng gia tăng mạnh mẽ. Khái niệm mạng thế hệ
mới (hay còn gọi là mạng thế hệ tiếp theo - NGN) ra đời cùng với việc tái
kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm
đưa ra nhiều dòch vụ mới, mang lại nguồn thu mới, góp phần giảm chi phí
khai thác và đầu tư ban đầu cho các nhà kinh doanh.
Một chiến lược để phát triển nhòp 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 những phẩm chất của mạng
NGN. Tuy nhiên bất kỳ bước đi nào trong tiến trình chuyển tiếp này cũng
cần tạo điều kiện dễ dàng hơn cho mạng để rốt cuộc vẫn phát triển sang
kiến trúc NGN dựa trên chuyển mạch gói. Bất cứ giải pháp nào được chọn
lựa thì các hệ thống chuyển mạch truyền thống cũng sẽ phải tồn tại bên
cạnh các phần tử mạng công nghệ mới trong nhiều năm tới.
Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau :
- Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dòch vụ viễn thông phong
phú, đa dạng, đa dòch vụ, đa phương tiện.
- Mạng có cấu trúc đơn giản.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu
chi phí khai thác và bảo dưỡng.

FR TDM
Switching
ATM SVCs IP MPLS
SS7
Mạng hiện tại
Mạng thế hệ sau
(NGN)
…
Hình 2-1 Nhu cầu tiến hóa mạng
Như hình vẽ, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều
mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn tạp”, chỉ được
xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dòch vụ khác
nhau. Xét đến mạng Internet, đó là 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
dòch vụ có tính thời gian thực ( như thoại truyền thống).
Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới NGN cần tuân theo các chỉ
tiêu :
1. NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dòch vụ của mạng Internet và
của mạng hiện hành.
2. Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dòch vụ qua nhiều nhà cung cấp
khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dòch vụ là một thực thể riêng lẻ
BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 22 -
với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dòch vụ khác nhau, và có thể sử
dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau. Một vài dòch vụ có thể chỉ
do một nhà cung cấp dòch vụ đưa ra, nhưng tất cả các dòch vụ đều phải
được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối.
3. Mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc


- 23 -
• Khả năng giám sát chất lượng, giám sát lỗi và bảo vệ, khôi phục
mạng khi có sự cố phải tiêu chuẩn hơn của công nghệ SDH/SONET
3 Hiện tại công nghệ RPT (Resilient Packet Transport) đang phát triển
nhằm đáp ứng các chỉ tiêu này.

Xây dựng mạng truy nhập băng rộng (như ADSL, LAN, modem
cáp,…) để có thể cung cấp phương thức truy nhập băng rộng hướng đến
phân nhóm cho thuê bao, cho phép truy nhập 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 nghóa là việc chuyển dòch sang mạng NGN đã bắt
đầu.
Thứ hai là chuyển dòch 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
dòch vụ. Sử dụng phương thức này có thể giải quyết vấn đề tắt nghẽn trong
chuyển mạch kênh.

Mạng lõi IP
Hiện tại
Các mạng dòch vụ riêng lẻ
Tương lai
Mạng đa dòch vụ
Dòch vụ
PSTN/ISDN
Cellular
PLMN
CATV
Liên mạng trên cơ sở IP

tương tự chuyên dụng
- GSM không dây
- Cáp quang
- Cáp xoắn băng hẹp
- GSM không dây
- Truyền hình cáp số và
tương tự chuyên dụng
- Cáp quang
- Cáp xoắn băng rộng
- Modem cáp
- IP qua vệ tinh
- Ethernet
Chuyển mạch và đònh
tuyến
- Tổng đài PSTN
- Chuyển mạch ATM
- Chuyển mạch Frame
Relay
- Đònh tuyến IP
- Đònh tuyến IP
- Chuyển mạch quang
Mạng truyền dẫn đường
trục
- PDH
- SDH
- DWDM

Cùng với sự tiến hóa ở lớp truy nhập và truyền dẫn, chức năng
chuyển mạch của tổng đài ở lớp điều khiển được thay thế bằng một phần
mềm chuyển mạch thông minh gọi là Softswitch (hay Call Agent) :

sản phẩm tốt nhất để xây dựng từng
lớp mạng trong hệ thống. Các
chuẩn mở cho phép mở rộng và
giảm chi phí.
APIsOpen Protocols
APIsOpen Protocols

MGCP
ISUP/
SCTP
RTP
RTP
SIP
MGCP
MGCP
Internet

Hình 2- 4 Hoạt động của chuyển mạch mềm trong NGN

Thứ ba là mạng chuyển dòch mạng nội hạt. Tổng đài điện thoại có rất
nhiều giá máy và nhiều dữ liệu dòch vụ thoại nội hạt, không chỉ đầu tư lớn
mà việc cải tạo cũng sẽ rất khó khăn. Có thể dùng thiết bò tổng hợp truy
nhập băng rộng, có dung lượng lớn, thay thế giá máy thuê bao hiện có,
dùng cổng mạng truy nhập tốc độ cao đến mạng IP, nhằm nâng cấp chuyển
BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 26 -
mạch mềm và bộ phục vụ ứng dụng, bảo đảm cho dòch vụ thoại nội hạt và
dòch vụ IP.


GR. 303
IMT
Media
Server
Sinaling
gateway
Trunk
gateway
Access
gateway
Residental
gateway
MGC
A-link
VoPacket

BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 27 -
 Đối với các mạng dòch vụ khác :

IP Network
Wireless
Network
SS7
Các Server dòch
vụ và quản lý
Softswitch
xDSL, modem
cáp, Ethernet

BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 28 -
• Mạng trong tương lai gần:

IP/ MPLS
TDM
DWDM
PDH,SDH/ SONET
GE
Thoại
Các ứng dụng Internet
Thoại
Dữ liệu
Dữ liệu
ATM/FR IP
Thoại
Các ứng dụng Internet
Video
Các ứng dụng Internet
IP
SDH/ SONET, GE
IP/MPLS
RPT
Thoại
Các ứng dụng Internet
Video
Các ứng dụng mới
Dữ liệu
Giải trí

PBX
CO CO
Truyền thống
Sofswitch
SS7
Softswitch
VoPacket
CO
CO
PBX
PBX
Gateway
switch
Gateway
switchCon đường phát triển của các mạng hiện tại là tạo ra một mạng
chuyển mạch gói bên cạnh mạng PSTN để hỗ trợ thoại cũng như số liệu,
và cấu hình để vận hành như một chuyển mạch quá giang khác. Để làm
được việc này, điều cần thiết đối với mạng chuyển mạch gói là phải truyền
thông được với PSTN nhờ sử dụng báo hiệu SS7. Truy cập tốc độ cao sẽ
qua các công nghệ DSL (Digital Subcriber Line), các modem cáp, các đầu
cuối di động và vô tuyến băng rộng. Tuy nhiên truyền dẫn quang DWDM,
PON (Passive Optical Network) sẽ là xu thế phát triển của tương lai.
Thoại là yếu tố quyết đònh trong sự phát triển sang các mạng đa dòch
vụ. Một số lượng lớn các thiết bò đang xuất hiện trên thò trường để hộ trợ
điện thoại trên các mạng IP. Các thiết bò này vừa phục vụ cho tư gia khách
hàng vừa cho các mạng hữu tuyến. Có một sức nặng đằng sau ý kiến cho là
IP là chọn lựa tất yếu cho tương lai. Các cổng VoIP quy mô doanh nghiệp

ảnh hưởng. Vì vậy, việc cung cấp các dòch vụ Viễn thông và tổ chức khai
mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng đòa lý, nhu cầu phát triển dòch
vụ và tổ chức theo cùng lưu lượng đã được đề xuất . Tuy nhiên, lộ trình vẫn
chưa thể công bố.

3. Kết luận
Xu hướng phát triển mạng Viễn thông theo cấu trúc mạng thế hệ mới
là xu hướng chung trên thế giới. Mỗi quốc gia, mỗi nhà khai thác phải chọn
một cách đi, một lộ trình phù hợp với tình hình thực tế mạng của mình.
Không chỉ ở Việt Nam, nhiều nước trên thề giới, do đặc điểm đòa lý,
kinh tế, văn hóa, xã hội ở từng vùng mà nhu cầu phát triển dòch vụ viễn
thông ở các vùng trong toàn quốc là khác nhau. Có sự chênh lệch khá lớn
BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 31 -
giữa nhu cầu và khả năng phát triển dòch vụ, khả năng thu hồi vốn đầu tư
mạng viễn thông giữa các vùng trong cả nước, đặc biệt là giữa các đô thò
và các các vùng nông thôn miền núi. Mặt khác, với tính chất truyền thông
không chỉ là một ngành kinh doanh đơn thuần mà còn mang ý nghóa sâu
sắc về chính trò, xã hội, an ninh quốc gia, đặc biệt trong nền kinh tế tri thức
và xu thế mở cửa hội nhập.
Do những đặc điểm này, ở nhiều quốc gia, việc tổ chức mạng dựa trên
số lượng thuê bao theo vùng đòa lý và nhu cầu phát triển dòch vụ, không tổ
chức theo đòa bàn hành chính mà tổ chức theo vùng lưu lượng. Trong quá
trình xây dựng và tổ chức mạng phạm vi giữa các lớp, việc kết nối giữa các
thành phần mạng được xác đònh và phân đònh rõ ràng trách nhiệm và
quyền lợi của các nhà kinh doanh dòch vụ (cung cấp dòch vụ) và các nhà
kinh doanh mạng ( cung cấp kết nối), nhằm đảm bảo tính cạnh tranh lành
mạnh để cùng phát triển, đồng thời giữ vững vai trò chủ đạo của Nhà nước
nhằm đảm bảo an toàn thông tin, góp phần giữ vững an ninh chính trò, xã

1. Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN

Lớp truy nhập và
truyền dẫn
Lớp quản lý
Lớp điều khiển
Lớp truyền thông

Hình 2- 5
Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng)
Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dòch vụ thì mô hình cấu
trúc mạng thế hệ sau còn có thêm lớp ứng dụng dòch vụ.
Trong môi trường phát triển cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần
tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dòch vụ.
Lớp truy nhập và
truyền dẫn
Lớp quản lý
Lớp điều khiển
Lớp truyền thông
Lớp ứng dụng
Giao diện mở API
Giao diện mở API
Giao diện mở API

Hình 2- 6
Cấu trúc mạng và dòch vụ NGN (góc độ dòch vụ)
Với API : Application Program Interface.
BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 33 -

Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của
PSTN thực chất là đã được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch.
Bây giờ, sự thông minh ấy nằm trong một thiết bò tách rời gọi là chuyển
mạch mềm (softswitch) cũng được gọi là một bộ điều khiển cổng truyền
thông (Media Gateway Controller) hoặc là một tác nhân cuộc gọi (Call
Agent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mới. Các
giao diện mở hướng tới các ứng dụng mạng thông minh (IN- Intelligent
Network) và các server ứng dụng mới tạo điều kiện dễ dàng cho việc
nhanh chóng cung cấp dòch vụ và đảm bảo đưa ra thò trường trong thời gian
ngắn.
Tại lớp truyền thông, các cổng được đưa vào sử dụng để làm thích
ứng thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói. Các media
gateway này được sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bò đầu cuối của
khách hàng (RGW- Residental Gateway), với các mạng truy nhập (AGW-
Access Gateway) hoặc với mạng PSTN (TGW- Trunk Access). Các server
phương tiện đặc biệt rất nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như cung
BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 34 -
cấp các âm quay số hoặc thông báo. Ngoài ra, chúng còn có các chức năng
tiên tiến hơn như : trả lời bằng tiếng nói tương tác và biến đổi văn bản sang
tiếng nói hoặc tiếng nói sang văn bản.
Các giao diện mở của kiến trúc mới này cho phép các dòch vụ mới
được giới thiệu nhanh chóng. Đồng thời chúng cũng tạo thuận tiện cho việc
giới thiệu các phương thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giá
trò truyền thống hiện tại thành nhiều dòch vụ có thể do các hãng khác nhau
cung cấp.
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 nhập và truyền

Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho
cùng một dòch vụ và cho các dòch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu
trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì
hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép,… đối với mạng chuyển mạch
gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM).
Lớp ứng dụng sẽ đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ
thực hiện các yêu cầu đó.
 Phần truy nhập
:
- Lớp vật lý :
Ơ 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 thò trường xDSL, modem cáp dần dần thu
hẹp lại.
Ơ Vô tuyến : thông tin di động - công nghệ GSM hoặc CDMA, truy
nhập vô tuyến cố đònh, vệ tinh.
- Lớp 2 và lớp 3 : Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy nhập.
- Thành phần :
Ơ Phần truy nhập gồm các thiết bò truy nhập đóng vai trò giao diện để
kết nối các thiết bò đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi
cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến.
Ơ Các thiết bò truy nhập tích hợp IAD.
Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập (tương tự, số,
TDM, ATM, IP,…) để truy nhập vào mạng dòch vụ NGN.
- Chức năng :
Như tên gọi, lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao
đầu cuối và mạng đường trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao
tiếp MGW thích hợp.
Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bò đầu cuối chuẩn và
không chuẩn như các thiết bò truy xuất đa dòch vụ, điện thoại IP,

quản lý đòa chỉ IP như : SGW ( Signaling Gateway), MS (Media
Sever), FS (Feature Server), AS (Application Server).
BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 37 -
Mạng IP
Mạng khác
MGC / call
Agent
Media Server
Media gateway
Signaling
Gateway
Feature Server
Mạng viễn thông
SS7
Softswitch
IBM Compatible
123
456
789
*
8#

Hình 2-8
Các thành phần của Softswitch

Theo MSF (MutiService Switching Forum), lớp điều khiển cần
được tổ chức theo kiểu module và có thể bao gồm một số bộ điều
khiển độc lập. Ví dụ có các bộ điều khiển riêng cho các dòch vụ :

Hình 2-9
Cấu trúc mạng chuyển mạch đa dòch vụ.

- Chức năng
Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dòch vụ thông
suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào.
Cụ thể , lớp điều khiển thực hiện :
 Đònh tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch.
 Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các
luồng, điều khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện
cổng.
 Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối
(hay mỗi luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS.
 Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp
media. Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng
thời thực hiện các cảnh báo.
 Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này
đến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển.
BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 39 -
 Quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm
vi điều khiển. Thiết lập và quản lý hoạt động của các luồng yêu cầu
đối với chức năng dòch vụ trong mạng. Báo hiệu với các thành phần
ngang cấp.
Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp
trong lớp điều khiển. Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa
dòch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dòch vụ mới được đưa
vào nhanh chóng và dễ dàng.
2.4 Lớp ứng dụng

giám sát viễn thông TMN, như một mạng riêng theo dõi và điều phối các
thành phần mạng viễn thông đang hoạt động. Tuy nhiên cần phân biệt
các chức năng quản lý với các chức năng điều khiển. Vì căn bản NGN sẽ
dựa trên các giao diện mở và cung cấp rất nhiều loại hình dòch vụ trong
một mạng đơn, cho nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi
trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dòch vụ.
Từ những phân tích trên, ta xây dựng sơ đồ các thực thể chức năng của
mạng NGN:

IP
(Transport & Transmission)
AS-F
R-F/A-F
MGC-F/CA-F
MS-F
SG-F
Service &
Application
Call control
& Signaling
Media
IW-F
MG-F

Hình 2-10
: Các thực thể chức năng trong NGN

AS-F: Application Server Function
MS-F: Media Server Function
MGC-F: Media Gateway Control Function

Trên đây chỉ là những chức năng cơ bản nhất của mạng NGN. Và tùy
thuộc vào nhu cầu thực tế mà mạng có thêm những chức năng khác nữa.

BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 42 -

III. CẤU TRÚC VẬT LÝ
NGN - Next Gerneration Network – cần được hiểu rõ là mạng thế hệ
sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải là mạng hoàn toàn mới, nên khi
xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN, người ta chú ý đến vấn đề
kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bò viễn
thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa.
1. Cấu trúc vật lý của mạng NGN
IP Network
(WDM/SDH/ATM)
MPLS, Mutticast
Resident
gateway
GPRS
UMTS

Business Users
Mobile Users
ISP
Appication
/ Feature
Server
SS7
Signaling
gateway

Hình 2-11 - Cấu trúc vật lý mạng NGN BÀI GIẢNG NGN Chương 2: Cấu trúc NGN

- 43 -
2. Các thành phần mạng và chức năng
SCP
AXE
DX
EWSD

SG
DSLAM
AGW
TGW
DSL

INAP
ISUP
MGCP/
H248
SIP
SIP
MGCP/
H248
L
D
A
P
R
A
D
I
U
S
RTP
RTP
RTP
RTP
I
S
U
P
IP/ATM
SIP
Terminals
IP Core (MPLS)

mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng
một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức
năng : chuyển đổi AD (analog to digital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội,
bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tính hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF,…
 Các chức năng của một Media Gateway
:
- Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP (Real Time Protocol).
- Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP -
Digital Signal Processing) dưới sự điều khiển của Media Gateway
Controller (MGC). Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dòch vụ này.
- Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS,
QSIG và ISDN qua T1.
- Quản lý tài nguyên và kết nối T1.
- Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP.