Ứng dụng công nghệ EPON trong mạng truy cập băng rộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




LÊ VŨ THẮNG










ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ EPON TRONG MẠNG
TRUY CẬP BĂNG RỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ








Hà Nội – 2010



ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ



LÊ VŨ THẮNG







ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ EPON TRONG MẠNG TRUY
CẬP BĂNG RỘNG

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70



LUẬN VĂN THẠC SĨ




NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn






Hà Nội – 2010


1


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU 5
DANH MỤC HÌNH VẼ 6
MỞ ĐẦU 8
CHƢƠNG 1: KIẾN TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY CẬP 10
1.1 Tổng thể kiến trúc mạng 10
1.1.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN 11
1.1.1.1 Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN 11
1.1.1.2 Phân tích 12
1.1.2 Cấu trúc vật lý của mạng NGN 16
1.1.2.1 Cấu trúc vật lý 17
1.1.2.2 Các thành phần mạng và chức năng 17
1.1.3 Mạng truy cập 20
1.1.3.1 Khái niệm về mạng truy cập 20
1.1.3.2 Các công nghệ mạng truy cập 21
1.2 Một số công nghệ truy cập băng rộng điển hình 22
1.2.1 Công nghệ xDSL 22
1.2.2 Công nghệ HFC- CATV (Cable Television) 23
1.2.3 Công nghệ truy cập trên cáp quang. 26
1.2.4 Công nghệ ethernet 28
1.2.4.1 Giới thiệu chung 28
1.2.4.2 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet 29
1.2.4.3 Topo Bus 29
1.2.4.4 Topo Star 30
1.2.4.5 Topo Ring 31
1.2.4.6 Cấu trúc khung – quá trình truyền dữ liệu trong mạng ethernet 32

2

CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET (EPON)
35
2.1 Cáp quang 35
2.1.1 Sự truyền sáng trong cáp quang 35
2.1.2 Sợi quang đơn mode và đa mode 36
2.1.3 Phƣơng thức tán sắc 37
2.1.4 Bộ tách, ghép quang 38
2.1.5 WDMA và TDMA trong EPON 39
2.2 Tổng quan về mạng quang thụ động ethernet (EPON) 40
2.3 Kiến trúc mạng quang thụ động ethernet (EPON) 42
2.3.1 Topology EPON 42
2.3.2 Hƣớng xuống (Downstream) 43
2.3.3 Hƣớng lên (Upstream) 43
2.4 Giao thức điều khiển đa điểm (MPCP) 45
2.4.1 Qúa trình xử lí gán băng thông 46
2.4.1.1 Chế độ gán khe thời gian theo kiểu đƣờng ống 47
2.4.1.2 Chế độ tự động tìm 50
2.4.1.3 Đo thời gian Rount-trip Time 54
2.4.2 Chức năng logical topology emulation (TLE) 56
2.4.2.1 Kiến trúc P2P (point to point) 57
2.4.2.2 Chia sẻ môi trƣờng truyền (SME) 59
2.4.2.3 Chế độ kết hợp P2PE và SME 61
CHƢƠNG 3: TRIỂN KHAI THIẾT LẬP CÔNG NGHỆ EPON TRONG MẠNG
TRUY CẬP BĂNG RỘNG VIETTEL HÀ NỘI 63
3.1 Hiện trạng hệ thống truy cập băng rộng Viettel Hà Nội 63
3.2 Nhiệm vụ thiết kế mở rộng mạng Viettel Hà Nội 66
3.2.1 Tiêu chí thiết kế 66
3.2.2 Số liệu thiết kế 67
3.3 Xác định cấu trúc mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội 68
3.4 Lựa chọn công nghệ truy cập 70

3.4.1 Hệ thống truy cập băng rộng sử dụng công nghệ EPON 70
3.4.2 Hệ thống truy cập sử dụng công nghệ ADSL 72
3.4.2.1 DSLAM 72

3

3.4.2.2 Xác định dung lƣợng IP Switch 74
3.4.2.3 Xác định dung lƣợng Multilayer-Switch 76
3.5 Lựa chọn thiết bị cho mạng truy cập Viettel Hà Nội 77
3.6 Kiểm tra đo thử 83
3.6.1 Lƣu lƣợng của hệ thống EPON-FTTH 83
3.6.2 Lƣu lƣợng của hệ thống ADSL 85
KẾT LUẬN 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

4

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
ADSL
Asymetric Digital Subcriber Line
Đƣờng dây thuê bao số không đối
xứng
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Chế độ truyền không đồng bộ
DSL

Digital Subcriber Line
Thuê bao số
DSLAM
DSL Access Multiplexer
Bộ ghép kênh truy nhập DSL
EPON
Ethernet Passive Optical
Network

Mạng quang thụ động Ethernet
FTTH
Fiber To The Home
Cáp quang tới nhà
IP
Internet Protocol
Giao thức mạng
ITU-T
International Telecommunication
Union
Tổ chức viễn thông quốc tế
MG
Media Gateway
Cổng truyền thông
MGC
Media Gateway Controller
Bộ điều khiển cổng truyền thông
MGCP
Media Gateway Control Protocol
Giao thức điều khiển cổng truyền
thông

MPLS
MultiProtocol Label Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NGN
Next Generation Network
Mạng thế hệ mới
OLT
Optical Line Terminal
Đầu cuối đƣờng dây quang
ONU
Optical Network Unit
Đơn vị mạng quang
BRAS
BroadBand Remote Access Server
Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa
MPCP
Multipoint control protocol
Giao thức điều khiển đa điểm

WDM
Wavelength Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo bƣớc
sóng

5



DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: So sánh hai công nghệ xDSL và HFC 25
Bảng 3.1: Dự đoán số lƣợng thuê bao ADSL Viettel Hà Nội đến năm 2015 68
Bảng 3.2: Dự báo số lƣợng thuê bao FTTH-EPON Viettel Hà Nội đến năm 2015. 68
Bảng 3.3: Dung lƣợng kết nối tới DSLAM 73
Bảng 3.4: Dung lƣợng kết nối tới IP Switch 75
Bảng 3.5: Dung lƣợng kết nối tới Multilayer Switch 77
Bảng 3.6: Các giao thức cần đƣợc DSLAM hỗ trợ 77
Bảng 3.7: Các giao thức Switch Agg cần hỗ trợ 79
Bảng 3.8: Các giao thức cần đƣợc multilayer switch hỗ trợ 81
Bảng 3.9: Các giao thức OLT cần hỗ trợ 82


6


DANH MỤC HÌNH VẼ


Hình 1.1: Kiến trúc tổng thể mạng 10
Hình 1.2: Cấu trúc mạng thế hệ mới 11
Hình 1.3: Cấu trúc chức năng hoàn chỉnh NGN 12
Hình 1.4: Cấu trúc chức năng của mạng NGN 12
Hình 1.5: Cấu trúc vật lí mạng NGN 17
Hình 1.6: Các thành phần chính của mạng NGN 17
Hình 1.7 : Mạng truy cập internet ADSL 21
Hình 1.8: Mạng ADSL qua hệ thống DSLAM IP 22
Hình 1.9: Kiến trúc mạng CATV 23
Hình 1.10: Triển khai cáp quang P2P tới khách hàng 26

Hình 1.11: Triển khai cáp quang sử dụng switch phân phối 26
Hình 1.12: Triển khai PON 27
Hình 1.13: Topo dạng bus 30
Hình 1.14: Topo dạng sao 31
Hình 1.15: Topo dạng ring 32
Hình 1.16: Cấu trúc khung ethernet 32
Hình 2.1: Hiện tƣợng phản xạ trong cáp quang 35
Hình 2.2: Sợi quang đa mode và đơn mode 37
Hình 2.3: Coupler 8x8 đƣợc tạo ra từ nhiều bộ 2x2 38
Hình 2.4: PON sử dụng một sợi quang 40
Hình 2.5: Các kiểu topology của PON 42
Hình 2.6: Lƣu lƣợng hƣớng xuống trong EPON 43
Hình 2.7: Lƣu lƣợng hƣớng lên trong EPON 44
Hình 2.8: Qúa trình xử lí gán băng thông trong EPON 47
Hình 2.9: Cơ chế gán khe thời gian tuần tự 48
Hình 2.10: Cơ chế gán khe thời gian kiểu đƣờng ống 48
Hình 2.11: Qúa trình tách giữa thời gian đến của thông báo GATE và thời điểm bắt
đầu truyền của khe thời gian 50
Hình 2.12: Qúa trình xử lí và các thành phần trong chế độ tự động tìm kiếm 52
Hình 2.13: Mối quan hệ giữa khe tìm kiếm và cửa sổ tìm kiếm. 52

7

Hình 2.14: Sử dụng trễ ngẫu nhiên trong quá trình tìm kiếm để tránh xung đột liên
tục 53
Hình 2.15: Qúa trình tìm kiếm khi có và không có xung đột xảy ra với
REGISTER_REQ 54
Hình 2.16: Đo RTT 55
Hình 2.17: Gán LLID hƣớng xuống 58
Hình 2.18: Gán LLID hƣớng lên 58

Hình 2.19: Cầu nối giữa ONU1 và ONU2 sử dụng P2PE 59
Hình 2.20: Hƣớng xuống chế độ SME 60
Hình 2.21: Hƣớng lên trong chế độ SME 60
Hình 3.1: Mô tả hiện trạng cấu hình nguyên tắc hệ thống mạng truy cập băng rộng
Viettel Hà Nội 65
Hình 3.2: Hiện trạng hệ thống truy cập băng rộng của Viettel Hà Nội 66
Hình 3.3: Mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội khi triển khai EPON 69
Hình 3.4: Mô hình triển khai EPON cung cấp dịch vụ FTTH từ OLT đến khách
hàng 70
Hình 3.5: DSLAM MA5300 của Huawei 78
Hình 3.6: Switch S6506R của Huawei 79
Hình 3.7: Switch T160G của ZTE 81
Hình 3.8: OLT ZXA10 C220 của ZTE 83
Hình 3.9: Lƣu lƣợng theo ngày của BRAS 3 84
Hình 3.10: Lƣu lƣợng theo tháng của BRAS 3 84
Hình 3.11: Lƣu lƣợng theo trong ngày của BRAS 1 85
Hình 3.12: Lƣu lƣợng theo tháng của BRAS 1 85
Hình 3.13: Lƣu lƣợng theo ngày của BRAS 2 86
Hình 3.14: Lƣu lƣợng theo tháng của BRAS 2 86

8


MỞ ĐẦU


Cùng với sự phát triển nhƣ vũ bão của khoa học công nghệ, ngành viễn thông
cũng có những bƣớc chuyển mình mạnh mẽ. Có thể nói viễn thông cùng với công
nghệ thông tin đã tạo ra một diện mạo mới cho thế giới hiện đại.
Đặc biệt khi hệ thống mạng băng rộng ra đời, các tiện ích phục vụ cho con

ngƣời càng đƣợc thể hiện rõ ràng hơn. Chính vì những lợi ich thiết thực và to lớn
của mạng băng rộng, các nhà cung cấp dịch vụ không ngừng đầu tƣ kinh phí để duy
trì và phát triển hệ thống này. Viettel – một trong những đơn vị cung cấp dịch vụ
viễn thông và công nghệ thông tin hàng đầu của Việt Nam cũng đang tích cực khai
thác thị trƣờng băng rộng đầy tiềm năng trên. Bên cạnh sự đầu tƣ đúng đắn về
chiến lƣợc Viettel luôn đi đầu trong việc nghiên cứu, ứng dụng những công nghệ
truy cập băng rộng mới: EPON là một trong những công nghệ nhƣ vậy. Là một kĩ
sƣ khai thác mảng băng rộng của Viettel vì thế việc chọn đề tài nghiên cứu : “ Ứng
dụng công nghệ EPON trong mạng truy cập băng rộng “ của tôi là hết sức tự
nhiên với mục tiêu:
Đi sâu nghiên cứu khả năng ứng dụng của công nghệ EPON nhằm phục vụ
quá trình triển khai công nghệ EPON trong mạng truy cập băng rộng Viettel Hà
Nội, mang công nghệ truy cập băng rộng EPON và lợi ích to lớn của nó đến với
từng ngƣời, từng nhà.
Nội dung nghiên cứu của đề tài tập trung vào những vấn đề lớn của mạng truy
cập băng rộng:
- Cấu trúc mạng truy cập băng rộng
- Tìm hiểu, so sánh, lựa chọn các công nghệ truy cập băng rộng với EPON
là trọng tâm
- Nghiên cứu, ứng dụng, triển khai công nghệ EPON trong mạng truy cập
băng rộng Viettel Hà Nội.

9

Với tính cấp thiết trong nghiên cứu và triển khai, đề tài tập trung nghiên cứu
theo ba chƣơng:
Chƣơng 1 : Kiến trúc và các công nghệ mạng truy cập.
Chƣơng 2 : Công nghệ mạng quang thụ động ethernet (EPON).
Chƣơng 3: Triển khai công nghệ EPON trong mạng truy cập băng rộng Viettel
Hà Nội.

Trong quá trình thực hiện đề tài tác giả đã nhận đƣợc sự chỉ dẫn tận tình của
các thầy, cô trƣờng Đại học Công Nghệ. Do sự hạn chế về thời gian và trình độ,
luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót vì vậy rất mong nhận đƣợc sự chỉ
bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn.
Nhân dịp này xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô trƣờng Đại học
Công Nghệ. Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS Nguyễn Cảnh Tuấn,
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành đề tài.




10


CHƢƠNG 1: KIẾN TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY CẬP
1.1 Tổng thể kiến trúc mạng
Cho đến nay, kiến trúc tổng thể của hệ thống mạng hiện đại vẫn là xu hƣớng
mở, ở giai đoạn hiện tại đã có khuyến nghị chính thức của Liên minh Viễn thông
thế giới ITU về cấu trúc của mạng thế hệ mới NGN[8]. NGN là hệ thống mạng thế
hệ mới tích hợp rất nhiều dịch vụ khác nhau. Một số hãng cung cấp thiết mạng đã
đƣa ra giải pháp của mình cho hệ thống mạng này. Các hãng đƣa ra mô hình cấu
trúc tƣơng đối rõ ràng và các giải pháp mạng khá cụ thể nhƣ Alcatel, Siemens,
Ericsions.

Hình 1.1: Kiến trúc tổng thể mạng
Có thể nói việc nghiên cứu tổng thể kiến trúc mạng chính là đi sâu nghiên cứu
mạng NGN. Nhìn một cách tổng thể với các mô hình NGN hiện đại đƣợc đƣa ra,
kiến trúc tổng thể của mạng NGN đƣợc chia ra thành : cấu trúc chức năng và cấu
trúc vật lí

11

1.1.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN
Về cấu trúc chức năng, mạng NGN có đặc điểm chung là bao gồm các lớp
chức năng sau:
- Lớp nết nối (Access + Transport/ Core)
- Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media)
- Lớp điều khiển (Control)
- Lớp quản lý (Management)
Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại
giao thức, khả năng tƣơng thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang đƣợc các
nhà khai thác quan tâm.
1.1.1.1 Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN



Hình 1.2: Cấu trúc mạng thế hệ mới
Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc mạng
thế hệ mới còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ.
Trong môi trƣờng phát triển cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần tham gia
kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ.
Nhƣ vậy theo ITU [9] thì mô hình chức năng hoàn chỉnh của mạng NGN sẽ
gồm năm lớp nhƣ trình bày ở hình 1.3 dƣới đây.

12




Hình 1.3: Cấu trúc chức năng hoàn chỉnh NGN

1.1.1.2 Phân tích


Hình 1.4: Cấu trúc chức năng của mạng 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.

13

Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSTN thực
chất là đã đƣợc tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch. Bây giờ, sự thông
minh ấy nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm (softswitch) cũng
đƣợc 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 hƣớng 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 dịch vụ và đảm bảo đƣa ra thị trƣờng trong thời gian ngắn.
Tại lớp truyền thông, các cổng đƣợc đƣa vào sử dụng để làm thích ứng thoại và các
phƣơng tiện khác với mạng chuyển mạch gói. Các media gateway này đƣợc sử
dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RGW- Residental
Gateway), với các mạng truy cập (AGWAccess Gateway) hoặc với mạng PSTN
(TGW- Trunk Access).
Các server phƣơng tiện đặc biệt rất nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn nhƣ
cung cấp các âm quay số hoặc thông báo. Ngoài ra, chúng còn có các chức năng
tiên tiến hơn nhƣ : trả lời bằng tiếng nói tƣơng 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 dịch vụ mới đƣợc giới thiệu nhanh chóng. Đồng thời chúng cũng tạo thuận tiện
cho việc giới thiệu các phƣơng thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giá
trị truyền thống hiện tại thành nhiều dịch vụ có thể do các hãng khác nhau cung

cấp.
Hệ thống chuyển mạch NGN đƣợc phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích
hợp thành một hệ thống nhƣ 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 đƣợc đƣa 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.
 Lớp truyền tải
Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và
chức năng chuyển mạch
 Phần truyền dẫn
- Lớp vật lý : Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bƣớc sóng quang
DWDM sẽ đƣợc sử dụng.

14

- Lớp 2 và lớp 3
+ Truyền dẫn trên mạng lõi (core network) dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các
dịch vụ với chất lƣợng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ.
+ ATM hay IP/MPLS có thể đƣợc sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng
lõi để đảm bảo QoS.
Phần chuyển mạch
+ Là các router sử dụng ở biên mạng lõi khi lƣu lƣợng lớn, ngƣợc lại, khi lƣu
lƣợng thấp, switch có thể đảm nhận luôn chức năng của những router này.
+ Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS)
- Các thiết bị lớp truyền tải tiếp xúc với lớp truy cập là các cổng truyền thông
(MG– Media Gateway) bao gồm:
+ Các cổng truy cập: AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng
truy cập, RG (Residental gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà.
+ Các cổng giao tiếp: TG (Trunking Gateway) kết nối giựa mạng lõi với

mạng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di động
- Chức năng
+ Lớp truyền tải có khả năng tƣơng thích các kỹ thuật truy cập khác với kỹ
thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đƣờng trục. Hay nói cách khác, lớp
này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trƣờng ( chẳng hạn nhƣ PSTN,
FramRelay, LAN, vô tuyến,…) sang môi trƣờng truyền dẫn gói đƣợc áp dụng trên
mạng lõi và ngƣợc lại. Nhờ đó, các nút chuyển mạch (ATM + IP) và các hệ thống
truyền dẫn sẽ thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê
bao của lớp truy cập dƣới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển.
+ Lớp truyền tải 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 lƣu trữ lại các sự kiện xảy ra
trên mạng (kích thƣớc 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 đƣa ra các yêu cầu về năng lực truyền
tải và nó sẽ thực hiện các yêu cầu đó.
 Lớp truy cập
- Lớp vật lý
+ Hữu tuyến : Cáp đồng, xDSL hiện đang sử dụng. Tuy nhiên trong tƣơng lai
truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm ƣu
thế và thị trƣờng xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại.

15

+ Vô tuyến : thông tin di động - công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập 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 (tƣơng tự, số,TDM, ATM, IP,…) để truy cập vào mạng dịch vụ NGN.
- Chức năng
Nhƣ tên gọi, lớp truy cập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng
đƣờng trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích hợp. Mạng NGN
kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn nhƣ các thiết bị truy
xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS,
điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định,
VoDSL,VoIP …
 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 đƣợc kết nối với
các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP nhƣ : SGW (
Signaling Gateway), MS (Media Sever), FS (Feature Server), AS (Application
Server).
- Chức năng
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 lƣu lƣợng 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 lƣu lƣợng và các chỉ tiêu chất lƣợng 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.

16

+ Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các
thành phần thích hợp trong lớp điều khiển.
+ Quản lý và bảo dƣỡng 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
dịch vụ trong mạng. Báo hiệu với các thành phần ngang cấp. Các chức năng quản
lý, chăm sóc khách hàng cũng đƣợc tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ các giao
diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch
vụ mới đƣợc đƣa vào nhanh chóng và dễ dàng.
 Lớp ứng dụng
- Thành phần
Lớp ứng dụng gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node),
thực chất là các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua
lớp truyền tải.
- Chức năng
Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức
độ. Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của
chúng và truy cập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ đƣợc điều
khiển từ lớp điều khiển nhƣ dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên kết với
lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch
vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng.
 Lớp quản lý
Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ lớp kết nối cho đến lớp
ứng dụng.Tại lớp quản lý, ngƣời ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám
sát viễn thông TMN, nhƣ 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 dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý
phải làm việc trong một môi trƣờng đa nhà đầu tƣ, đa nhà khai thác, đa dịch vụ.
1.1.2 Cấu trúc vật lý của mạng NGN

NGN - Next Gerneration Network – cần đƣợc 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 hƣớng NGN, ngƣời ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế
hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng
nhằm đạt đƣợc hiệu quả khai thác tối đa.

17

1.1.2.1 Cấu trúc vật lý

Hình 1.5: Cấu trúc vật lí mạng NGN
1.1.2.2 Các thành phần mạng và chức năng

Hình 1.6: Các thành phần chính của mạng NGN


18

Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan tâm,
nhƣng ở đây ta chỉ nghiên cứu những thành phần chính thể hiện rõ nét sự tiên tiến
của NGN so với mạng viễn thông truyền thống. Cụ thể là :
- Media Gateway (MG)
- Media Gateway Controller (MGC - Call Agent - Softswitch)
- Signaling Gateway (SG)
- Media Server (MS)
- Application Server (Feature Server)
 Media Gateway
- Media gateway cung cấp phƣơng tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu,
fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại
đƣợc mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần

đƣợc nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây ngƣời 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 tín
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) dƣới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC).
Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này.
+ Hỗ trợ các giao thức đã có nhƣ 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.
+ Có phần mềm Media Gateway dự phòng.
+ Cho phép khả năng mở rộng Media Gateway về: cổng(ports), cards, các nút
mà không làm thay đổi các thành phần khác.
 Media Gateway Controller
- MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch. Nó đƣa ra các quy luật xử
lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG thiết lập
và kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS. MGC
chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, nhƣ PSTN, SS7, mạng
IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lƣu lƣợng thoại và dữ liệu qua các mạng khác

19

nhau. Nó còn đƣợc gọi là Call Agent do chức năng điều khiển các bản tin. Một
MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho Softswitch.
- Các chức năng của Media Gateway Controller
+ Quản lý cuộc gọi
+ Các giao thức thiết lập cuộc gọi thoại: H.323, SIP

+ Giao thức điều khiển truyền thông: MGCP, Megaco, H.248
+ Quản lý lớp dịch vụ và chất lƣợng dịch vụ.
+ Giao thức quản lý SS7: SIGTRAN (SS7 over IP)
+ Xử lý báo hiệu SS7
+ Quản lý các bản tin liên quan QoS nhƣ RTCP.
+ Thực hiện định tuyến cuộc gọi.
+ Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cƣớc (CDR- Call Detail
Record).
+ Điều khiển quản lý băng thông.
- Đối với Media Gateway :
+ Xác định và cấu hình thời gian thực cho các DSP
+ Phân bổ kênh DS0
+ Truyền dẫn thoại ( mã hóa, nén, đóng gói)
- Đăng ký Gatekeeper
 Signalling Gateway (SG)
- Signaling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu SS7 với mạng
IP dƣới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC). SG làm cho
Softswitch giống nhƣ một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là
xử lý thông tin báo hiệu
- Các chức năng của Signaling Gateway:
+ Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu.
+ Truyền thông tin báo hiệu giữa Media Gateway Controller và Signaling
Gateway thông qua mạng IP.
+ Cung cấp đƣờng dẫn truyền dẫn cho thoại, dữ liệu và các dạng dữ liệu khác.
Thực hiện truyền dữ liệu là nhiệm vụ của Media Gateway).
+ Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn thông.
 Media Server
- Media Server là thành phần lựa chọn của Softswitch, đƣợc sử dụng để xử lý
các thông tin đặc biệt. Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất
cao nhất.

20



- Các chức năng của một Media Server:
+ Chức năng voicemail cơ bản.
+ Hộp thƣ fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các bản
tin ghi âm trƣớc (pre-recorded message).
+ Khả năng nhận tiếng nói (nếu có).
+ Khả năng hội nghị truyền hình (video conference).
+ Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text)
 Application Server/Feature Server
- Server đặc tính là một server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của
doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn đƣợc gọi là Server ứng dụng thƣơng mại. Vì
hầu hết các Server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên
chúng không ràng buộc nhiều với Softswith về việc phân chia hay nhóm các thành
phần ứng dụng.
- Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực
hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các
giao thức nhƣ SIP, H.323,… Chúng thƣờng độc lập với phần cứng nhƣng lại yêu
cầu truy cập cơ sở dữ liệu đặc trƣng.
- Chức năng của Feature Server :
Xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thƣờng cho hệ thống
đa chuyển mạch.
1.1.3 Mạng truy cập
1.1.3.1 Khái niệm về mạng truy cập
Mạng truy cập là một phần của hệ thống mạng viễn thông, nó nối trực tiếp
đến thuê bao của khách hàng. Ngoài việc kết nối trực tiếp đến các thuê bao, một
phần khác của mạng truy cập đƣợc đấu nối vào hệ thống mạng lõi nhằm cung cấp

các dịch vụ mạng. Mạng truy cập có thể là hữu tuyến hay vô tuyến
Ngày nay nói đến mạng truy cập ngƣời ta thƣờng nhắc tới công nghệ mạng
truy cập thế hệ mới NGN, đây thực chất là một mạng cung cấp đa dịch vụ

21




Hình 1.7 : Mạng truy cập internet ADSL
Ngày nay mạng truy cập phát triển mở rộng vì thế có thể phân ra các tầng khác
nhau :
- Tầng lõi của mạng truy cập : Là các BRAS
- Tầng biên của mạng truy cập : Là các IP Switch và Multilayer Switch
- Tầng truy cập của mạng truy cập : Là các DSLAM , Switch layer 2 hay
OLT
1.1.3.2 Các công nghệ mạng truy cập
Mạng truy cập thực chất một mạng cung cấp đa dịch vụ trong với dịch vụ chủ
đạo dựa trên nền IP. Các dịch vụ đƣợc cung cấp tới khách hàng thông qua mạng
biên của mạng truy cập NGN. Mạng lõi có nhiệm vụ gom, định tuyến và truyền dẫn
lƣu lƣợng:
Các công nghệ chủ yếu cho truy cập bao gồm:
+ Công nghệ DSL
+ Công nghệ HFC (Hybrid Fiber Coaxial): Bao gồm cả internet cáp và hệ
thống CATV (cable television)
+ Công nghệ PON
Các công nghệ cho tầng lõi của mạng truy cập bao gồm:

22

+ Công nghệ SDH
+ Công nghệ WDM, DWDM
+ Công nghệ Ethernet
Chi tiết về các công nghệ nói trên sẽ đƣợc trình bày dƣới đây ở mục 1.2
1.2 Một số công nghệ truy cập băng rộng điển hình
1.2.1 Công nghệ xDSL
DSL hoạt động trên đôi dây điện thoai, công nghệ này yêu cầu khách hàng sử
dụng một modem để điều chế tín hiệu sau đó kết nối đến DSLAM của nhà cung cấp
dịch vụ.
Đặc trƣng của xDSL là ADSL, một công nghệ đang rất đƣợc ƣa chuộng cho
những ai thƣờng xuyên lƣớt trên Internet là ADSL (Asymmetric Digital Subscriber
Line – đƣờng thuê bao số bất đối xứng) - Một công nghệ cho phép truyền dữ liệu
và truy cập Internet tốc độ cao qua đƣờng dây điện thoại. ADSL là một trong
những kết nối Internet phổ biến cung cấp băng thông lớn cho việc truyền tải dữ liệu
hay còn gọi là mạng băng rộng (Broadband Internet). Broadband Internet so với kết
nối bằng modem quay số truyền thống là một cuộc cách mạng lớn về tốc độ


Hình 1.8: Mạng ADSL qua hệ thống DSLAM IP

23

Đặc điểm của công nghệ này là chia phổ thành các dải, dải tần số thấp 4kHz
sử dụng cho thoại, các dải cao hơn đƣợc sử dụng trong truyền thông số tốc độ cao.
Một vài công nghệ xDSL sử dụng phổ biến hiện nay ngoài ADSL còn có: HDSL,
GSHDSL, VDSL …
1.2.2 Công nghệ HFC- CATV (Cable Television)
Là công nghệ cho phép truy xuất thông tin tốc độ cao đến các server từ xa nhƣ
Internet server hay VoD server qua mạng truyền hình cáp (Cáp đồng trục) với tốc
độ thay đổi phụ thuộc vào hệ thống modem cáp, kiến trúc mạng cáp đồng trục và

lƣu lƣợng trên modem.
Tốc độ theo chiều xuống có thể lên đến 27Mbps, tuy nhiên đây là dung lƣợng
tổng cộng của nhiều ngƣời chia ra do cấu trúc mạng dạng nhánh, thƣờng thì dung
lƣợng của một thuê bao chỉ từ 1-3Mbps. ở chiều lên có thể đạt đƣợc 10Mbps nhƣng
thƣờng là 1-2,5 Mbps
Ƣu điểm của modem cáp là tận dụng đƣợc mạng truyền hình cáp sẵn có nên
giảm chi phí, các linh kiện tần số cao cần thiết cho hoạt động của modem cáp đã trở
nên rất rẻ và đƣợc bán đại trà. Nhƣng cũng do làm việc ở tần số cao và có đến 90%
cáp đi trong nhà mà các cáp này thƣờng đƣợc lắp đặt vội vã, cẩu thả nên dễ gây
nhiễu cho tivivà các thiết bị khác, giải pháp ở đây là cần phải đi lại dây ở nhà. Hơn
nữa do việc sử dụng chung các kênh đƣờng lên nên dễ gây tắc nghẽn.



Hình 1.9: Kiến trúc mạng CATV