TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ_VIỄN THÔNG
--------------

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
§Ò tµi:

TÌM HIỂU VÀ NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN
TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN
Gi¸o viªn híng dÉn : ThS. Nguyễn Phúc Ngọc
Sinh viªn thùc hiÖn

: Lê Sỹ Đoàn

Líp

: 47K - §TVT

vinh - 05/ 2011

1


LỜI NÓI ĐẦU
Mạng viễn thông của các nước trên thế giới cũng như Việt Nam đang
chuyển dần đến mạng thế hệ sau NGN và tiến tới IP hóa với mục tiêu mọi
lúc-mọi nơi và bằng mọi phương tiện. Nhu cầu về các dịch vụ mạng ngày
càng đa dạng, phong phú và đòi hỏi nhiều mức độ chất lượng dịch vụ khác
nhau. Xu hướng phát triển là tiến tới hội tụ về mạng và hội tụ về dịch vụ. Tài
nguyên của mạng thì có giới hạn trong khi nhu cầu truyền thông tin ngày càng

1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ SAU.....................................10
1.1. Giới thiệu chương ...............................................................................10
1.2. Mạng viễn thông thế hệ sau...............................................................10
1.3. Cấu trúc mạng NGN............................................................................16
1.4. Tổng kết chương.................................................................................24
Chương 2 . CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM SOFTWITCH VÀ CÁC
GIAO THỨC TRONG NGN.............................................................................25
2.1. Công nghệ chuyển mạch mềm softwitch ..........................................25
2.3. Giao thức phiên SIP..............................................................................34
2.4. Giao thức H.323...................................................................................43
2.5. Giao thức BICC ....................................................................................58
2.6. Giao thức MEGACO............................................................................63
2.7. Tổng kết chương..................................................................................69
Chương
3
ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN...................................................70
3.1. Giới thiệu chương................................................................................70
3.2. Vấn đề tắc nghẽn trong NGN...........................................................70
3.3. Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn...............................73
3.4. Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn 90
3.5. Thuật toán tăng giảm...........................................................................94
3.6. Kết luận chương................................................................................100
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỂ TÀI........................................101

3


Danh sách các hình vẽ
Chương 1

4


Danh sách bảng biểu
Bảng 2.1. Các trạng thái của server............................................................38
Bảng 2.2. Các yêu cầu liên mạng giữa SS7-SIP.......................................42
Bảng 2.3. So sánh giữa SIP và H.323........................................................56
Bảng 2.4. Một số mã trả về.......................................................................67

5


BẢNG TRA CÁC TỪ VIẾT TẮT
A
ADSL

Asymmetric Digital Subcriber Line
Đường truyền thuê bao số bất đồng bộ

AIAD

Additive Increase Additive Decrease
Tăng cộng giảm cộng

AIMD

Additive Increase Multiplicate Decrease
Tăng cộng giảm nhân

API Application Program Interface

Xếp hàng bình đẳng không trạng thái ở router lõi

CWND

Congestion Window
Cửa sổ tắc nghẽn

E
EC

Efficiency Controller
Bộ điều khiển hiệu quả

ETCP

Enhanced TCP
6


TCP tăng cường
EWA

Explicit Window Adaptation
Sự tương thích cửa sổ rõ

F
FBA-TCP

Fair Bandwidth Allocation for TCP
Phân bổ băng thông hợp lý cho TCP

Giao thức Internet

IPv6

Internet Protocol Version 6
Giao thức Internet phiên bản 6

ISDN

Intergrated Service Digital Network
Mạng số tích hợp đa dịch vụ

ITU

International Telecommunication Union
Hiệp hội viễn thông quốc tế

M
MGW

Media Gateway
Cổng truyền thông

MIAD

Multiplicate Increase Additive Decrease
Tăng nhân giảm nhân
7



Mạng điện thoại công cộng

PSDN

Public Switched Data Network
Mạng chuyển mạch dữ liệu công cộng

PSTN

Public Switched Telephone Network
Mạng thoại chuyển mạch công cộng

Q
QoS

Quality of Service
Chất lượng dịch vụ

QSR

Quick-Start Request
Yêu cầu bắt đầu nhanh

QS-TCP

TCP Quick-Start
TCP khởi đầu nhanh

R
RED

Time Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo thời gian

TFRC

TCP-Friendly Rate Control
Điều khiển tốc độ thân thiện TCP

TMN

Telecommunications Management Network
Mạng giám sát viễn thông

TTL

Time-To-Live
Thời gian tồn tại

U
UDP

User Datagram Protocol
Giao thức gói người dùng

V
VoIP

Voice over IP
Thoại trên IP


- Mạng nhiều lớp (mạng được phân ra nhiều lớp mạng có chức năng
độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng
TDM).
Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà
cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về
chiến lược phát triển NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể và chính

10


xác nào cho mạng NGN. Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ở trên đây không
thể bao hàm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ sau, nhưng nó có thể tương đối là
khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN.
Như vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ sau là sự tích hợp mạng
thoại PSTN (chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM) với mạng chuyển mạch gói
(dựa trên kỹ 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 rất lớn vào mạng IP, nhờ
đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN. 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.
1.2.2. Đặc điểm của NGN
Mạng NGN có 4 đặc điểm chính:
+ Nền tảng là hệ thống mạng mở.
Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử
độc lập, các phần tử được phân chia theo chức năng tương ứng và phát triển
một cách độc lập. Trong đó, giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa
trên các tiêu chuẩn tương ứng.
Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn 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 hoá giao thức giữa các phần tử có

12


1.2.3. Nguyên nhân xây dựng mạng thế hệ sau
Đứng trên quan điểm nhà khai thác dịch vụ, những lý do chính dẫn tới
mạng thế hệ sau NGN là:
- Giảm thời gian tung ra thị trường cho các công nghệ và các dịch vụ
mới (chẳng hạn như tối ưu hoá chu kỳ sử dụng của các thành phần mạng).
- Thuận tiện cho các nhà cung cấp thiết bị, các nhà cung cấp mạng, hay
cho những nhà phát triển phần mềm (mềm dẻo trong việc nhập phần mềm
mới từ nhiều nguồn khác nhau).
- Giảm độ phức tạp trong vận hành bằng việc cung cấp các hệ thống
phân chia theo các khối đã được chuẩn hoá.
- Hỗ trợ phương thức phân chia một mạng chung thành các mạng ảo
riêng rẽ về mặt logic.
1.3.4. Sự triển khai từ mạng hiện có lên mạng NGN
Một chiến lược để phát triển nhịp 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 mạng NGN. Bất cứ giải pháp nào
được chọn lựa thì các hệ thống chuyển mạch truyền thống cũng sẽ tồn tại bên
cạnh các phần tử mạng công nghệ mới trong nhiều năm.
Ở đây, chủ yếu chúng ta xem xét quá trình tiến hoá về cấu trúc mạng từ
mạng hiện có lên cấu trúc mạng NGN.
Như hình 1.2, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều
mạng riêng rẽ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn tạp”, chỉ được xây
dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau. Mạng
Internet, 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 dịch vụ có tính thời gian thực (như
thoại truyền thống).


ATM
TDM

FR

ATM switching

Switching
ATM SVCs IP MPLS

SONET
Transport

SONET
Transport
optical

Internet
IP Access
IP
Routing/switch
SONET
Transport

Hình 1.2. Nhu cầu tiến hoá mạng
- Mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc
gọi), thiết lập đường truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu
tuyến cũng như vô tuyến.


mạng con thông minh đang được triển khai một cách toàn diện, điều đó cũng
có nghĩa là việc chuyển dịch sang mạng NGN đã bắt đầu.
Thứ hai là chuyển đổi 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 dịch vụ. Sử dụng

15


phương thức này có thể giải quyết vấn đề tắc nghẽn trong chuyển mạch kênh.

Hình 1.3. Sự hội tụ giữa các mạng
1.3. Cấu trúc mạng NGN
Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưa
có một khuyến nghị chính thức nào của Liên minh Viễn thông thế giới ITU về
cấu trúc của nó. Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình cấu trúc mạng
thế hệ sau như Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,…
Nhìn chung từ mô hình này, cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là
bao gồm các lớp sau:
- Lớp kết nối (Acess +Transport/Core)
16


- Lớp kết nối trung gian hay lớp truyền thông (Media)
- Lớp điều khiển (Control)
- Lớp quản lý (Management)
Trong đó, lớp điều khiển rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả
năng tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang được các nhà khai

Lớp

truyềndẫn
dẫn
truyền

Lớpứng
ứngdụng
dụng
Lớp
Giao diện mở API
Lớpđiều
điềukhiển
khiển
Lớp
Giao diện mở API
Lớptruyền
truyềnthông
thông
Lớp
Giao diện mở API
17
Lớptruy
truycập
cậpvà
và
Lớp
truyềndẫn
dẫn
truyền



Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển
mạch kênh của mạng PSTN, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM.Có
các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi.
- Chức năng:
Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN 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. 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.

19


1.3.1.2. Phần truy cập
- Lớp vật lý:
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 thị trường xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại.
Vô tuyến: thông tin di động – công nghệ GSM hoặc CDMA, truy cập
vô tuyến cố định, vệ tinh.
- Lớp 2 và lớp 3: Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy cập.
- Thành phần:
Phần truy cập gồm các thiết bị truy cập đóng vai trò giao diện để kết
nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp
quang hoặc vô tuyến.
Các thiết bị truy cập tích hợp (IAD).
Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy cập (tương tự, số, TDM,

lớp truy cập dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển.
1.3.3. Lớp điều khiển.
- Thành phần:
Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính
là Softswitch còn gọi là Media Gateway Controller hay Call Agent được kết
nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP như:
SGW (Signaling Gateway), MS (Media Server), FS (Feature Server), AS
(Application Server).
Theo MSF (MultiService 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 dịch vụ: thoại/báo hiệu số 7,
ATM/SVC, IP/MPLS,…
- Chức năng:

21


Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch 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:
Định 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.


cho nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa
nhà khai thác, đa dịch vụ.

23


Dựa vào mô hình mạng thế hệ mới NGN ở trên ,chuyển mạch mềm
SOFTWITCH phải thực hiện các chức năng sau:
- Là trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn bộ mạng,
quản lý và điều khiển các loại Gateway truy nhập mạng hoạt động theo tất cả
các loại giao thức báo hiệu từ H.323, SIP đến MGCP/MEGAO.
- giao tiếp với báo hiệu của mạng PSTN (chủ yếu là kết nối với mạng
báo hiệu số 7) và liên kết với các hệ thống SOFTWITCH khác.
- Tạo ra các môi trường lập trình mở để cho phép các hãng thứ 3 dễ
dàng tích hợp và phát triển ứng dụng (trên nền IP) và kết nối với các môi
trường cung cấp dịch vụ đã có sẵn .
1.4. Tổng kết chương
Vấn đề quan tâm nhiều trong hoạt động của mạng viễn thông là hiệu
suất khai thác, hiệu quả kinh tế và sự cạnh tranh. Các thiết bị IP phát triển rất
nhanh chóng, do đó việc xây dựng mô hình NGN là hợp với nhu cầu của thời
đại. NGN là mạng thế hệ kế tiếp chứ không phải là mạng hoàn toàn mới. Vì
vậy khi xây dựng và phát triển theo hướng NGN cần chú ý tới vấn đề kết nối
NGN với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên
mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa. Chương 3 sẽ trình bày vấn đề
điều khiển tắc nghẽn trong NGN.

24


Chương 2 . CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM SOFTWITCH VÀ