nghiên cứu điều khiển tắc nghẽn trong ngn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG





Đ
Đ
Ồ
Ồ


Á
Á
N
N


T
T
Ố
Ố
T
T


N
N
G
G

H
H
I
I
Ệ
Ệ
P
P



Đề tài:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
TẮC NGHẼN TRONG NGN










Người thực hiện : TRẦN THỊ MINH HẠNH
Lớp : 03ĐT3
Người hướng dẫn: ThS. HỒ VIẾT VIỆT

Đà Nẵng- 2008



MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ SAU 1
1.1 Giới thiệu chương 1
1.2 Mạng viễn thông hiện tại 1
1.2.1 Khái niệm về mạng viễn thông hiện tại 1
1.2.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện tại 2
1.2.3 Những hạn chế của mạng viễn thông hiện tại 3
1.3 Mạng viễn thông thế hệ sau 4
1.3.1 Định nghĩa 4
1.3.2 Đặc điểm của NGN 5
1.3.3 Nguyên nhân xây dựng mạng thế hệ sau 7
1.3.4 Sự triển khai từ mạng hiện có lên NGN 7
1.4 Cấu trúc NGN 10
1.4.1 Lớp truyền dẫn và truy cập 12
1.4.2 Lớp truyền thông 14
1.4.3 Lớp điều khiển 15
1.4.4 Lớp ứng dụng 16
1.4.5 Lớp quản lý 17
1.5 Tổng kết chương 17

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN 18
2.1 Giới thiệu chương 18
2.2 Vấn đề tắc nghẽn trong NGN 18
2.2.1 Nguyên nhân xảy ra tắc nghẽn 20
2.2.2 Nguyên lý chung điều khiển tắc nghẽn 20

2.3 Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn 22
2.3.1 Các đặc điểm chung 22
2.3.2 Phân loại 22


2.4 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn 23
2.4.1 Tính hiệu quả (Efficient) 23
2.4.2 Tính bình đẳng (Fairness) 24
2.4.3 Tính hội tụ (Convergence) 25
2.4.4 Thời gian đáp ứng nhanh (Small response time) 25
2.4.5 Độ mịn trong điều khiển (Smoothness) 26
2.4.6 Tính phân tán (Distributedness) 26
2.5 Thuật toán tăng giảm 27
2.5.1 Thuật toán tăng giảm 27
2.5.2 Biểu diễn thuật toán bằng vector 29
2.6 Kết luận chương 33

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 34
3.1 Giới thiệu chương 34
3.2 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống 34
3.2.1 DECbit 34
3.2.2 Điều khiển chống tắc nghẽn trong TCP 35
3.3 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn mới 37
3.3.1 EWA (Explicit Window Adaptation) và FEWA (Fuzzy EWA) 37
3.3.2 ETCP (Enhanced TCP) 38
3.3.3 XCP (Eplicit Control Protocol) 39
3.3.3.1 Mào đầu chống tắc nghẽn 39
3.3.3.2 Bộ điều khiển chống tắc nghẽn 40
3.3.3.3 Tính thực tế của XCP 43
3.3.4 FBA-TCP 44

3.3.4.1 CSFQ (Core-Stateless Fair Queueing) 44
3.3.4.2 FBA-TCP 47
3.3.5 QS-TCP (Quick Start TCP): 48
3.4 Đánh giá chung 49
3.5 Kết luận chương 50



CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN
DÙNG THUẬT TOÁN TĂNG GIẢM 51
4.1 Giới thiệu chương 51
4.2 Phương pháp và công cụ mô phỏng 51
4.2.1 Phương pháp phân tích 51
4.2.2 Chuẩn bị công cụ mô phỏng 53
4.3 Nội dung và kết quả mô phỏng 53
4.3.1 Mô phỏng thuật toán tăng giảm 53
4.3.2 Mô phỏng giao thức XCP 59
4.3.2.1 Các luồng đều là XCP 60
4.3.2.1 Khi XCP và TCP cùng tồn tại 63
4.1 Kết luận chương 66
KÊT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
PHỤ LỤC






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
Giao diện ứng dụng
AGC Access Gateway Controller
Bộ điều khiển cổng truy cập
ARWND Advertised Receiver Window
Cửa sổ nhận quảng bá
ATM Asynchronous Transfer Mode
Mode truyền dị bộ
C
CATV Community Antenna Television
Truyền hình cáp
CAVT Congestion-Avoidance Visualization Tool

Công cụ mô phỏng tránh tắc nghẽn
CSFQ Core-Stateless Fair Queueing
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

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
FC Fairness Controller
Bộ điều khiển bình đẳng
FEWA Fuzzy Explicit Window Adaptation
G
GPRS General System for Radio Service
Tiện ích liên lạc không dây theo gói
GSM Global System for Mobile Telecom
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
I
IAD Integrated Access Device
Thiết bị truy cập tích hợp
IP Internet Protocol
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
MIMD Multiplicate Increase Multiplicate Decrease
Tăng nhân giảm nhân
MSS Maximum Segment Size
Kích cỡ đoạn lớn nhất
N
NGN Next Generation Network
Mạng thế hệ sau
P
PABX Private Automatic Branch Exchange
Tổng đài nhánh riêng tự động
PLMN Public Land Mobile Network
Mạng thông tin di động mặt đất công cộng
POTS Plain Old Telephone Service
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 Random Early Detection

Phát hiện sớm ngẫu nhiên


RTT Round Trip Time
Thời gian vòng truyền
S
SVC Signalling Virtual Channel
Kênh ảo cho báo hiệu
T
TCP Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền tải
TDM 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
X
XCP Explicit Control Protocol

Giao thức điều khiển rõ

LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan:

Những nội dung trong đề tài “Nghiên cứu phương pháp điều khiển tắc
nghẽn trong NGN” là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của ThS Hồ
Viết Việt, khoa Điện tử viễn thông Đại học Bách khoa- Đại học Đà Nẵng.

Mọi tham khảo trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên
công trình, thời gian và địa điểm công bố.


Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường.

Sinh viên thực hiện


Trần Thị Minh Hạnh


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 tăng, chính vì vậy mà hiện tượng tắc nghẽn
mạng là khó tránh khỏi.
Trong quá trình tìm hiểu, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp
điều khiển tắc nghẽn trong NGN ”. Hướng giải quyết này là phương án khả thi,
thích hợp với điều kiện Việt Nam.
Đồ án gồm 4 chương.
Chương 1: Giới thiệu tổng quan thế hệ sau NGN. Giới thiệu NGN và đặc
điểm cấu trúc chức năng của NGN.
Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN. Trình bày hiện tượng tắc
nghẽn xảy ra trong mạng, nguyên lý chung điều khiển tắc nghẽn, các tiêu chí
đánh giá và thuật toán tăng giảm sử dụng trong điều khiển tắc nghẽn.
Chương 3: Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn. Chương này hệ
thống hóa môt số phương pháp điều khiển tắc nghẽn điển hình nhất
Chương 4: Chương trình và kết quả mô phỏng. Đưa ra kết quả mô
phỏng và phân tích, đánh giá chúng dựa trên tiêu chí đề ra ở chương 2.
Tuy nhiên, điều khiển chống tắc nghẽn là một vấn đề phức tạp, nhất là khi
mạng ngày càng phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, các dịch vụ mới ngày
càng nhiều, số lượng người sử dụng tăng vọt và biến đổi động,…Do điều kiện thời
gian cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên phần trình bày của em không thể tránh
khỏi thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của thầy cô.




Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong khoa Điện tử viễn thông, đặc biệt
cảm ơn Thầy Hồ Viết Việt, đã hướng dẫn cho em hoàn thành đề tài này.
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2008
Sinh viên thực hiện

Trần Thị Minh Hạnh



Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

1

Chương 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ SAU
1.1 Giới thiệu chương
Cụm từ “mạng thế hệ sau” (Next Generation Network- NGN) bắt đầu được
nhắc tới từ năm 1998. NGN là bước tiếp theo trong lĩnh vực truyền thông truyền
thống trên thế giới được hỗ trợ bởi 3 mạng lưới: mạng thoại PSTN, mạng không
dây và mạng số liệu (Internet). NGN hội tụ cả 3 mạng trên vào một kết cấu thống
nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn
cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới và mở đường cho các cơ hội kinh
doanh phát triển. Chương 1 giới thiệu về Mạng thế hệ sau (NGN), trình bày sơ lược
về mạng viễn thông hiện tại, đặc điểm và hạn chế. Sau đó, mô tả kiến trúc mạng
NGN bao gồm lớp truyền dẫn và truy cập, lớp truyền thông, lớp điều khiển, lớp ứng
dụng và lớp quản lý.
1.2 Mạng viễn thông hiện tại
1.2.1 Khái niệm về mạng viễn thông hiện tại
Mạng viễn thông là phương tiện truyền thông tin từ đầu phát tới đầu thu.
Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng.
Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết
bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối.
 Thiết bị chuyển mạch gồm tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang. Các thuê
bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt nối vào tổng đài quá giang.

Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền được dùng chung và mạng có thể
được sử dụng một cách kinh tế.
 Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay giữa các
tổng đài để thực hiện việc truyền các tín hiệu điện. Thiết bị truyền dẫn chia làm 2
loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn cáp quang. Thiết bị
truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường là cáp kim loại. Tuy nhiên có một
số trường hợp môi trường truyền là cáp quang hoặc vô tuyến.


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

2










Hình 1.1 Các thành phần chính trong mạng viễn thông
 Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến.
 Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy Fax,
máy tính, tổng đài PABX.
Như vậy, mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: Mạng viễn
thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường
truyền dẫn. Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền dẫn tạo
thành các cấp mạng khác nhau.

1.2.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện tại
Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung: tồn tại một cách riêng lẻ,
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.
 Mạng Telex: dùng để gởi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã hoá bằng
5 bit (mã Baudot). Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 đến 300 bit/s).
 Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là POTS (Plain Old Telephone Service):
ở đây thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện
thoại công cộng PSTN.
 Mạng truyền số liệu: gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa
các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch
kênh dựa trên các giao thức X.21
Môi trường truyền dẫn
Thiết bị
chuyển mạch
Thiết bị
truyền dẫn
Thiết bị
chuyển mạch
Thiết bị
truyền dẫn


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

3

 Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo 3 cách: truyền bằng sóng vô
tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Community Antenna
Television) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh, hay còn gọi là

truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System).
 Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua
mạng cục bộ LAN (Local Area Network) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet,
Token Bus và Token Ring.
Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho
các mục đích khác. Ta không thể truyền tiếng nói qua mạng chuyển mạch gói X.25
vì trễ qua mạng này quá lớn.
Do vậy, trước khi tìm hiểu mạng viễn thông thế hệ mới NGN, chúng ta cần
tìm hiểu lịch sử phát triển của các mạng hiện tại.
 Xét về góc độ dịch vụ: gồm mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di
động và mạng truyền số liệu.
 Xét về góc độ kỹ thuật: gồm mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng
truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ.
1.2.3 Những hạn chế của mạng Viễn thông hiện tại
Như phân tích ở trên, hiện nay có nhiều loại mạng khác nhau cùng song song
tồn tại. Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng
khác nhau. Như vậy, hệ thống mạng viễn thông hiện tại có nhiều nhược điểm mà
quan trọng nhất là:
 Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng.
 Thiếu mềm dẻo: sự ra đời của các công nghệ mới ảnh hưởng mạnh mẽ tới
tốc độ truyền tín hiệu. Ngoài ra, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông trong
tương lai, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau. Ta dễ dàng nhận thấy
mạng hiện tại sẽ rất khó thích nghi với những đòi hỏi này.
 Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như sử dụng tài nguyên.
Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử
dụng.


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

4

 Mặt khác, mạng viễn thông hiện nay được thiết kế nhằm mục đích khai thác
dịch vụ thoại là chủ yếu.
 Kiến trúc tổng đài độc quyền làm cho các nhà khai thác gần như phụ thuộc
hoàn toàn vào các nhà cung cấp tổng đài. Điều này không những làm giảm sức cạnh
tranh cho các nhà khai thác, đặc biệt là những nhà khai thác nhỏ, mà còn tốn nhiều
thời gian và tiền bạc khi muốn nâng cấp và ứng dụng các phần mềm mới.
 Các tổng đài chuyển mạch kênh đã khai thác hết năng lực và trở nên lạc hậu
đối với nhu cầu của khách hàng.
Đứng trước tình hình phát triển của mạng viễn thông hiện nay, các nhà khai
thác nhận thấy rằng “sự hội tụ giữa mạng PSTN và mạng PSDN” là chắc chắn xảy
ra. Cần có một cơ sở hạ tầng duy nhất cung cấp cho mọi dịch vụ (tương tự-số, băng
hẹp-băng rộng, cơ bản- đa phương tiện, …) để việc quản lý tập trung, giảm chi phí
bảo dưỡng và vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay.
1.3 Mạng viễn thông thế hệ sau
1.3.1 Định nghĩa
Mạng viễn thông thế hệ sau có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như:
 Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau).
 Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ).
 Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng).
 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 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


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

5

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.
1.3.2 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 thể nối thông
các mạng có cấu hình khác nhau.
 NGN là do dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với
mạng lưới.
Với đặc điểm:
- Chia tách dịch vụ với điều khiển 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.
 NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một 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 để xây dựng
cơ sở hạ tầng thông tin. Nhưng gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP,


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

6

người ta nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình
cáp cuối cùng cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà
người ta thường gọi là “dung hợp ba mạng”.
 Là mạng có dung lượng, tính thích ứng ngày càng tăng và có đủ dung
lượng để đáp ứng nhu cầu.
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 bất lợi so
với chuyển mạch kênh về khả năng hổ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng
dịch vụ đảm bảo cho số liệu. Tuy nhiên, tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới
Internet cùng với sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu
sót này.
Hình 1.2 Topo mạng thế hệ sau.
1.3.3 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:


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

7

- 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 1.3, 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).
Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ sau NGN cần tuân theo các chỉ tiêu:
- NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của
mạng hiện hành.
- Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác

nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu
kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

8

giao thức khác nhau. Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đưa
ra, nhưng tất cả các dịch vụ đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ
đầu cuối đến đầu cuối.
















Hình 1.3 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.
Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hoá lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển
thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất lượng dịch
vụ QoS).
Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện
có sang mạng thế hệ sau, trước hết là chuyển dịch ở lớp truy cập và truyền dẫn. Lớp
Mạng hiện tại
PSTN
TDM Access
Circuit switching
SONET
Transport
ATM, FR
Frame/ Cell Access
ATM switching
SONET
Transport
Internet
IP Access
IP Routing/switch

SONET
Transport
Mạng thế hệ sau
(NGN)
Access
IP ATM
FR TDM

Switching

ATM SVCs IP MPLS
SONET
Transport
optical


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

9

này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3 nếu chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế
hệ sau. Trong đó:
- Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật lý.
- IP/MPLS làm nền cho lớp 3
- Công nghệ ở lớp 2 phải thoả mãn:
 Càng đơn giản càng tốt
 Tối ưu trong truyền tải gói dữ liệu
 Khả năng giảm sát chất lượng, giảm sát lỗi và bảo vệ, khôi phục mạng
khi có sự cố phải chuẩn hơn của công nghệ SDH/SONET.
Xây dựng mạng truy cập băng rộng (như ADSL, LAN, modem cáp, …) để
có thể cung cấp phương thức truy cập băng rộng hướng đến phân nhóm cho thuê
bao, cho phép truy cập 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 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 phương thức
này có thể giải quyết vấn đề tắc nghẽn trong chuyển mạch kênh.

Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

10


Hiện tại-
Các mạng dịch vụ riêng lẻ
Tương lai-
Mạng đa dịch vụ
Dịch vụ
PSTN/ISDN
CATV
Data/ IP
Network
Cellular
PLMN
Mạng lõi IP
Media Gateway
Cable
Access
Wireless
Access
Wireline
Access
Liên mạng trên cơ sở IP
Các mạng truy cập, truyền dẫn,
chuyển mạch riêng lẻ
Điều khiển
và quản lý các dịch

vụ truy cập

Hình 1.4 Sự hội tụ giữa các mạng
1.4 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)
- Lớp kết nối trung gian hay lớp truyền thông (Media)
- Lớp điều khiển (Control)
- Lớp quản lý (Management)


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

11

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 thác quan
tâm.

Hình 1.5 Cấu trúc mạng thế hệ sau ( góc độ mạng)
Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc
mạng thế hệ sau còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ.
Trong môi trường phát triển cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần tham
gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ.











Hình 1.6 Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ)
Lớp điều khiển
Lớp truyền thông
Lớp truy cập và
truyền dẫn
Lớp quản lý
Lớp ứng dụng
Lớp điều khiển
Lớp truy cập và
truyền dẫn
Lớp truyền thông

Lớp quản lý
Giao diện mở API
Giao diện mở API
Giao diện mở API


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

12

Thuê bao di
động
Các doanh
nghiệp lớn
Các công ty nhỏ/
văn phòng tại gia
Lớp truy cập và truyền dẫn
Lớp truyền thông
Lớp điều khiển
Lớp ứng dụng
Softswitch hay
Media Gateway
Controller
Media
Gateway
Các Server
ứng dụng
Router
Switch - Router
Khách hàng tại

nhà/ Vùng dân cư

Hình 1.7 Cấu trúc luận lý của NGN
Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Nó
phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng rẽ,
các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.
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 cập và truyền tải. Các giao diện mở có sự
tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh
chóng, dễ dàng; những nhà khai thác có thể chọn lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt
nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN.
1.4.1 Lớp truyền dẫn và truy cập
Phần truyền dẫn


Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng thế hệ sau

13

- Lớp vật lý: Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang DWDM
được sử dụng.
- Lớp 2 và lớp 3:
Truyền dẫn trên mạng lõi (core network) dựa vào kỹ thuật chuyển mạch gói
cho tất cả các dịch vụ với chất lượng dịch vụ QoS tuỳ theo yêu cầu cho từng loại
dịch vụ.
ATM hay IP/MPLS có thể được sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng
lõi để đảm bảo QoS.
Mạng lõi có thể thuộc mạng LAN hay mạng đường trục
Các router sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn, ngược lại, khi lưu

lượng thấp, switch-router có thể đảm nhận luôn chức năng của những router này.
- Thành phần:
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.
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.