MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 7
Chương 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 8
1.1. Sơ lược mạng viễn thông truyền thống 8
1.1.1. Khái niệm 8
1.1.2. Đặc điểm và những hạn chế của mạng viễn thông truyền thống 10
1.1.3. Xu hướng và nhu cầu phát triển mạng viễn thông thế hệ mới NGN 11
1.2. Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network) 12
1.2.1. Khái niệm 12
1.2.2. Đặc điểm 13
1.2.3. Công nghệ trong mạng thế hệ mới 13
1.2.4. Các công nghệ nền tảng cho mạng NGN 14
1.2.4.1. IP 14
1.2.4.2. ATM 15
1.2.4.3. IP OVER ATM 15
1.2.4.4. MPLS 15
Chương 2: CẤU TRÚC MẠNG THẾ HỆ MỚI 16
2.1. Cấu trúc luận lý (cấu trúc chức năng) 16
2.1.1. Mô hình phân lớp chức năng 16
2.1.2. Phân tích các lớp chức năng 18
2.2 Cấu trúc vật lý 20
2.2.1 Media Gateway (MG) 21
2.2.2 Media Gateway Controller (MGC) 22
2.2.3 Signalling Gateway (SG) 23
2.2.4 Media Server (MS) 23
2.2.5 Application Server 24
2.3. Các giao thức và chuẩn trong mạng NGN 24
2.3.1. SIP 25
2.3.2. H.323 27
2.3.3. SIGTRAN 30
2.3.4. MGCB 31
4.3.5. Xu hướng phát triển NGN của NEC 67
4.4. Kiến trúc IMS và Softswitching 68
4.4.1. IP Multimeida Subsystem (IMS) 68
4.4.2 Softswitching 69
4.4.3 So sánh IMS và Softswtching 69
4.5. Triển khai mô hình mạng NGN ứng dụng giải pháp IMS 70
4.5.1. Mô hình 71
4.5.2. Lớp ứng dụng: mô phỏng IPTV 72
4.5.3. Lớp điều khiển: openimscore 73
4.5.4. Lớp truyền tải: MPLS 74
4.5.5. Lớp truy nhập: Client 74
KẾT LUẬN 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt
ADSL Asymmetric Digital Subscriber
Line
Đường thuê bao số không đối
xứng
API Application Programming
interface
Giao diện lập trình ứng dụng
ARPU Average Revenue Per User Doanh thu trung bình của một
khách hàng
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ
CPE Customer Premise Equipment Thiết bị thuê bao đầu cuối
HDSL High Bit Rate Subscriber Line Đường thuê bao tốc độ cao
ICMP
Internet Control Message Protocol
Giao thức ICMP
cộng
PSTN Publish Switching Telephone
Network
Mạng chuyển mạch thoại công
cộng
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RAS Remote Access Server Máy chủ truy nhập từ xa
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giành trước tài nguyên
(hỗ trợ QoS)
SDH Synchronous Digital Hierarchy phân - cấp số đồng bộ
SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ
SIP Sesion Initial Protocol Giao thức khởi tạo phiên
SS7 Signalling System No7 Hệ thống báo hiệu số 7
SVC Switch Virtual Circuit Kênh ảo có chuyển mạch
TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia thời gian
UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người sử dụng
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WDM Wavelegnth Division
Multiplexing
ghép kênh phân chia theo bước
sóng
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc mạng phân cấp 9
Hình 1.2 : Các thành phần chính của mạng viễn thông 10
Hình 1.3: TOPO mạng thế hệ sau 13
Hình 2.1: Cấu trúc mạng NGN góc độ mạng 17
Hình 2.2: Cấu trúc mạng NGN góc độ dịch vụ 17
Hình 2.3: Cấu trúc luận lý NGN 18
Hinh 2.4: Cấu trúc vật lý mạng NGN 21
lượng cao ngày một tăng. Để đáp ứng yêu cầu trên, các nhà cung cấp dịch vụ không chỉ
quan tâm đến phát triển dịch vụ mà còn phải xây dựng, củng cố và tối ưu hóa hạ tầng lẫn
dịch vụ. Song song đó, nhà khai thác phải nghiên cứu tìm ra một công nghệ thế hệ mới có
kiến trúc linh hoạt, tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại, đáp ứng đa công nghệ, đa
giao thức, đa truy cập, đa phương tiện truyền thông và đa dịch vụ… Trước yêu cầu đó,
mạng viễn thông thế hệ sau (Next Generation Networks) ra đời được xem là một giải
pháp thỏa mãn tất cả các điều kiện kể trên cho một mạng tương lai.
NGN (Next Generation Network) là mạng thế hệ sau không phải là mạng hoàn
toàn mới, nó hội tụ 3 mạng: mạng thoại, mạng không dây, mạng số liệu vào một kết cấu
thống nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả, tích hợp nhiều công
nghệ mới, ứng dụng mới. NGN có khả năng làm nền tảng cho việc triển khai nhiều loại
hình dịch vụ mới trong tương lai một các nhanh chóng, không phân biệt ranh giới các nhà
cung cấp dịch vụ (dịch vụ độc lập với hạ tầng mạng) nhờ các đặc điểm: băng thông lớn,
tương thích đa nhà cung cấp thiết bị, tương thích với các mạng cũ… Đồng hành với xây
dựng mạng NGN, một loạt các dịch vụ với các kiến trúc khác nhau cũng dần được triển
khai nhằm cung cấp nhiều dịch vụ tiện ích cho người dùng. Mạng NGN ra đời và đã được
phát triển ở nhiều nước trên thế giới và tại Việt Nam, Tổng Công ty Bưu Chính Viễn
Thông Việt Nam (VNPT) đã triển khai mạng NGN bắt đầu năm 2003.
Trong đồ án tốt nghiệp này, với đề tài “Mạng viễn thông thế hệ mới NGN và
giải pháp cho việc phát triển mạng NGN” chúng em sẽ tìm hiểu cấu trúc, giao thức và
các dịch vụ trong mạng NGN cũng như sự phát triển mạng NGN trên thế giới. Luận văn
tốt nghiệp này giúp các nhà khai thác mạng viễn thông xây dựng hạ tầng mạng chung,
thống nhất nhằm giảm chi phí đầu tư chi phí vận hành, đáp ứng được nhu cầu của người
sử dụng dịch vụ trong tương lai.
Đồ án tốt nghiệp này gồm 4 chương
Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ mới, những hạn chế của mạng viễn
thông truyền thống và xu hướng phát triển mạng NGN
Chương 2: Tìm hiểu cấu trúc vật lý và luận lý , các giao thức và chuẩn
Chương 3: Giới thiệu về dịch vụ trong mạng NGN, kiến trúc dịch vụ cũng như
những vấn đề bảo mật trong mạng NGN
ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để
phục vụ dịch vụ đó. Mỗi mạng lại được thiết kế dịch vụ riêng biệt để và không thể sử
dụng mục đích khác. Cấu trúc của mạng viễn thông truyền thống khá phức tạp.
Một số mạng điển hình đang khai thác :
PSTN (Publish Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại công
cộng. PSTN phục vụ thoại bao gồm các tổng đài tương ứng với từng cấp. Hiện
mạng này đang được nâng cấp ở các tổng đài trung tâm cũng như phía đầu cuối
khách hàng … để có thể khai thác thêm một số dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng
này. Đây là một mạng rất phức tạp, rất cũ và rất rộng nhưng đóng vai trò rất lớn
trong viễn thông.
ISDN (Intergrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp dịch vụ. ISDN
cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng. Nó có
nhiều cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào hiện trạng mạng viễn thông từng nơi.
ISDN cung cấp nhiều kiểu kết nối với các tốc độ đáp ứng khác nhau do vậy có thể
triển khai thêm một số dịch vụ mới so với PSTN tuy nhiên mạng này cũng không
đủ khả năng thích ứng với sự phát triển của các loại hình dịch vụ ngày nay.
Mạng di động GSM (Glabol System For Mobile Telecom) là mạng cung cấp dịch
vụ thoại như PSTN nhưng thông qua đường truy nhập vô tuyến. Mạng này chuyển
mạch dựa trên công nghệ ghép kênh theo thời gian và công nghệ ghép kênh phân
chia theo tần số.
PSDN (Public Switching Data Network): là mạng chuyển mạch số liệu công cộng.
PSDN bao gồm các Pop( Point of Presence) và các thiết bị truy nhập từ xa. Hiện
nay PSDN đang phát triển với tốc độ rất nhanh do sự bùng nổ của dịch vụ Internet
và các mạng riêng ảo ( Virtual Private Network).
Từ những đặc điểm của mạng viễn thông truyền thống ta có thể thấy những hạn
chế :
• Cứng nhắc trong việc phân bổ băng thông
• Cấu trúc mạng đóng tạo ra sự độc quyền của các nhà cung cấp hệ thống
• Khó khăn trong việc tổ hợp mạng và quản lý mạng
• Khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ mới
mọi lúc mọi nơi.
Như vậy có thể xem mạng thông tin thế hệ mới là sự tích hợp mạng thoại PSTN,
chủ yếu dựa trên kĩ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói dựa trên kĩ thuật IP/ATM. Nó
có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng có thể nhập một
lượng dữ liệu lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN
Hình 1.3: TOPO mạng thế hệ sau
Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là
sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động. Vấn đề
là ở đây làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này. Một vấn đề
quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một khối lượng lớn dịch
vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm đa phương tiện.
1.2.2. Đặc điểm
- Nền tảng là hệ thống mạng mở
• Các khối chức năng trong tổng đài thế hệ mới được tách thành các phần tử mạng
độc lập. Các phần tử phân theo chức năng riêng biệt và phát triển một cách độc
lập.
• Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng.
- Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với
mạng lưới
• Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi
• Chia tách cuộc gọi với truyền tải.
- Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói dựa trên một giao thức thống nhất
• Các mạng thông tin tích hợp trong một mạng thống nhất dựa trên nền gói
• IP trở thành giao thức vạn năng, làm cơ sở cho mạng đa dịch vụ.
• NGN là nền tảng cho cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia (NII).
- Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng ngày càng tăng, có đủ dung
lượng để đáp ứng nhu cầu
• Có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đa phương tiện băng thông cao
• Có khả năng thích ứng vói các mạng đã tồn tại để tận dung cơ sở hạ tầng mạng,
dịch vụ và khách hàng sẵn có
chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là
số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích.
IP là giao thức chuyển mạch có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên
việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng.
Mặt khác IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
1.2.4.2. ATM
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói. Thông tin
được nhóm vào các gói tin có độ dài cố định ngắn; trong đó vị trí gói không phụ thuộc
vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Các chuyển mạch
ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau. ATM có hai đặc điểm
quan trọng:
- ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM. Các tế
bào nhỏ với tốc độ truyền cao sẽ làm cho trễ truyền lan và biến động trễ giảm đủ
nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc
độ cao dễ dàng hơn.
- ATM có khả năng nhóm một số kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho công
việc định tuyến được dễ dàng
Quá trình chuyển giao các tế bào qua tổng đài ATM cũng giống như chuyển giao gói
qua router. Tuy nhiên ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích
thước cố định và nhỏ hơn IP, kích thước bảng định tuyến nhỏ hơn nhiều so với của IP
router. Việc này thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng nên dung lượng tổng
đài ATM thường lớn hơn dung lượng IP router truyền thống
1.2.4.3. IP OVER ATM
IP over ATM là một kỹ thuật xếp chồng, nó xếp IP lên ATM; giao thức của hai
tầng hoàn toàn độc lập với nhau, giữa chúng phải nhờ một loại giao thức nữa để nối
thông như NHRP, ARP…. Điều đó hiện nay không được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
1.2.4.4. MPLS
MPLS là kỹ thuật chuyển mạch đa giao thức nhãn. Phương pháp này đã dung hợp
một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh
hoạt của bộ định tuyến.
thống : lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyễn dẫn. Các
lớp này liên kết với nhau qua các giao giao diện mở tiêu chuẩn API, nó cung cấp cho các
nhà phát triển bên thứ ba khả năng phát triển các dịch vụ mới một cách linh hoạt và đa
dạng. Đây chính là giao diện thương mại giữa nhà khai thác mạng và nhà cung cấp dịch
vụ.
• Lớp truy nhập và truyền dẫn
Lớp truyễn dẫn
-Thành phần:
• Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP MPLS), các mạch kênh của mạng
PSTN, các khói chuyển mạch PLM nhưng ở mạng đường trục, kĩ thuật truyền tải
chính là IP hay IP/ATM.
• Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi.
- Chức năng
• Bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch
• Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một dịch vụ
và cho các dịch vụ khác nhau. Lớp ứng dụng sẽ đưa ra các yêu cầu về năng lực
truyền tải và nó sẽ thực hiện yêu cầu đó
Lớp truy nhập
-Thành phần:
• Bao gồm các thiết bi truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nói các thiết bị đầu
cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến.
• Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD
-Chức năng : Lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường
trục qua cổng giao tiếp thích hợp. NGN cũng cung cấp hầu hết các truy nhập chuẩn cũng
như không chuẩn của các thiết bị đầu cuối như: truy nhập đa dịch vụ, điện thoại IP, máy
tính PC, tổng đài nội bộ PBX, di động vô tuyến, đi động vệ tinh, VoIP…
• Lớp truyền thông
- Thành phần:
• Cổng truy nhập: Access Gateway kết nối giữa mạng lõi và mạng truy nhập,
Residental Gateway kết nối mạng lõi và mạng thuê bao nhà.
động.
2.2 Cấu trúc vật lý
Mạng NGN cần được hiểu rõ là mạng thế hệ tiếp theo chứ không phải là mạng
hoàn toàn mới.Vì vậy khi xây dựng mạng viển thông theo hướng NGN,ta phải chú ý đến
sự kết nối giữa mạng truyền thống và mạng thế hệ mới, tận dụng tối đa các thiết bị viễn
thông hiện tại để đạt hiệu quả tốt nhất khi triển khai mạng thế hệ mới.
Hinh 2.4: Cấu trúc vật lý mạng NGN
Trong mạng NGN có rất nhiều thành phần nhưng ở đây ta chỉ tập trung vào các
thành phần cho thấy sự nổi bật so với mạng viễn thông truyền thống: Media Gateway,
Media Gateway Controller, Signalling Gateway, Media Server, Application Server.
2.2.1 Media Gateway (MG)
Media Gateway cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và
video giữa mạng gói IP và PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được mang trên kênh
DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc
biệt ở đây sử dụng bộ 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
nặng, mã hóa, tái tạo tín hiệu thoại, …
Các chức năng của một MG:
- Truyễn 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) dưới sự điều
khiển của Media Gateway Controller. Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch
vụ này
- Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, group-start, E&M, CAS, QSG và ISDN
qua T1
- Cung cấp các khả năng thay nóng các card T1 hay DSP
- Có phần mềm MG dự phòng.
- Cho phép khả năng mở rộng MG về : ports, cards, các nút mà không làm thay đổi
các thành phần khác
Một MG có các đặc tính sau
- Là một thiết bị ra/vào đặc hiệu I/O
• Mã của nút mạng hay thông tin câu hình
- Đăng kí Gatakeeper
Đặc tính MGC
- Là một CPU đặc hiệu, yêu cầu hệ thống đa xử lý, có khả năng mở rộng theo chiều
ngang
- Cần bộ nhớ lớn hơn để lưu trữ cơ sở dữ liệu. Điều này cũng rất cần thiết cho các
quá trình đa xử lý
- Chủ yếu làm việc với lưu lượng IP, do đó yêu cầu các kết nối tốc độ cao
- Hỗ trợ nhiều loại giao thức
- Độ sắn sàng cao
2.2.3 Signalling Gateway (SG)
Signalling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu SS7 với mạng IP
dưới sự điều khiển của MGC. SG làm cho Softwsitch giống như một nút trong mạng báo
hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu
Các chức năng của SG
- Cung cấp một một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu
- Truyền thông tin báo hiệu giữ MGC và SG thông qua mạng IP
- Cung cấp đường truyễn dẫn cho thoại, dữ liêu và các dạng dữ liệu khác.
- Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn thông
Đặc tính SG
- Là một thiết bị vào ra I/O
- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin
cấu hinh, các lộ trình,…
- Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập
- Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet
- Yêu cầu độ sẵn sàng cao
2.2.4 Media Server (MS)
Media Server là một thành phần lựa chọn của softswitch, được sử dụng để xử lý
thông tin đặc biệt. Một MS phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất
Các chức năng của MS
2.3. Các giao thức và chuẩn trong mạng NGN
Quá trình báo hiệu là quá trình không thể thiếu trong hoạt động của mạng viễn thông
để giúp các thành phần có thể trao đổi thông tin với nhau. Trong mạng NGN có các giao
thức báo hiệu và điều khiển cơ bản sau : H.323, SIP, SIGTRAN, BICC, MGCP va
Megaco/H.248. Các loại giao thức này có thể được phân chia thành 2 loại
• Các giao thức hàng ngang: H.323, SIP, BICC
• Các giao thức chủ tớ : MGCB, Megaco /H.248
Hình 2.5: Các giao thức bao hiệu tương ứng trên các thiết bị NGN
Sau đây là một số giao thức chính được sử dụng trong mạng NGN
2.3.1. SIP
Giao thức khởi tạo phiên SIP (Sesion Initiation Protocol) là một giao thức điều
khiển thuộc lớp ứng dụng và đã được chuẩn hóa bởi IETF. Nhiệm vụ của nó là thiết lập,
hiệu chỉnh và xóa các phiên làm việc giữa người dùng. Các phiên làm việc có thể là hội
nghị đa phương tiện, cuộc gọi thoại,… Giao thức SIP là giao thức đơn giản hướng văn
bản ( text –base) được sử dụng kết hợp với các chuẩn giao thức IETF như SAP, SDP và
MGCP để cung cấp linh vực rộng hơn cho VoIP.
Cấu trúc của SIP tương tự như cấu trúc của HTTP, nó hoạt động theo cơ chế
Client –Server. Bao gồm các yêu cầu được gởi đến từ người sử dụng SIP client đến SIP
server. Server xử lý các yêu cầu và đáp ứng đến client. Một thông điệp yêu cầu cùng với
các thông điệp đáp ứng tạo nên sự thực thi SIP.
SIP có các chức năng chính sau:
- Xác định vị trí người sử dụng ( User location)
Copyright: Tài liệu đại học ©