Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chuyên mạch mềm ( Softswitch ) trên mạng NGN Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ






BÙI ANH TUẤN






NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN
MẠCH MỀM (SOFTSWITCH) TRÊN MẠNG NGN
VIỆT NAM









LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2006

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




BÙI ANH TUẤN






NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN
MẠCH MỀM (SOFTSWITCH) TRÊN MẠNG NGN
VIỆT NAM

Ngành: Công nghệ Điện tử Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc.
Mã số: 2.07.00




LUẬN VĂN THẠC SĨ




NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA
HỌC:
PGS. TS. NGUYỄN CẢNH TUẤN







Hà Nội - 2006



MỤC LỤC
Danh mục các từ viết tắt i
Danh mục các hình vẽ iii

Mở đầu iv
Chương 1. Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN) 1
1.1. Tổng quan về mạng viễn thông 1
1.1.1. Mạng viễn thông hiện tại - Mạng PSTN 1
1.1.2. Các nhược điểm của mạng viễn thông hiện nay 3
1.2. Khái niệm về mạng viễn thông thế hệ mới (NGN) 5
1.3. Đặc điểm của NGN 6
1.4. Cấu trúc của NGN 6
1.4.1. Cấu trúc chức năng 6
1.4.2. Các thành phần NGN 10
1.5. Nút mạng NGN 15
1.6. Kết luận 16
Chương 2. Chuyển mạch mềm (softswitch) trong mạng thế hệ mới 18
2.1. Tổng quan về chuyển mạch mềm 18
2.2. Khái niệm về chuyển mạch mềm 19
2.3. Thành phần chính 20
2.3.1. MGC-F 22
2.3.2. SG-F 23
2.3.3. MG-F 23
2.3.4. MS-F 24
2.3.5. AS-F 25
2.4. Hoạt động của chuyển mạch mềm 26
2.5. Các tiêu chí kỹ thuật đối với chuyển mạch mềm 27
2.6. Các giao thức cơ bản của chuyển mạch mềm 28
2.6.1. SIP (Session Initiation Protocol) 30
2.6.2. MGCP (Media Gateway Controller Protocol) 34
2.6.3. SIGTRAN (Signaling Transport Protocol) 38
2.6.4. SCTP (Stream Control Transport Protocol) 41
2.7. Ưu điểm của chuyển mạch mềm 53
2.8. So sánh chuyển mạch mềm với chuyển mạch kênh 56

2.8.1. Về kiến trúc hệ thống chuyển mạch 56
2.8.2. Về phương thức xử lý cuộc gọi 58
2.8.3. Về thuộc tính 59


2.9. Kết luận 61
Chương 3. Chuyển mạch mềm trong mạng NGN Việt Nam 62
3.1. Tình hình chuyển mạch mềm trên thế giới 62
3.2. Tình hình chuyển mạch mềm tại Việt Nam 70
3.2.1. ứng dụng chuyển mạch mềm tại Việt Nam 71
3.2.2. Một số tổng đài chuyển mạch mềm đang được sử dụng tại Việt Nam 77
Kết luận 84
Tài liệu tham khảo 86


i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
Từ gốc
Nghĩa tiếng Việt
AG
Access Gateway
Cổng truy nhập
AS
Application Server
Máy chủ ứng dụng
AS-F
AS-Function

Chức năng máy chủ ứng dụng
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Chế độ chuyển giao không đồng bộ
CA
Call Agent
Tác nhân cuộc gọi
FS
Feature Server
Máy chủ chức năng
IN
Intelligent Network
Mạng thông minh
INAP
IN Application Protocol
Giao thức ứng dụng mạng IN
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
ISDN
Integrated Service Digital
Network
Mạng số liên kết đa dịch vụ
ISP
Internet Service Provider
Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ITU, ITU-T
International
Telecommunication Union,
ITU -Telecom Sector

Liên minh Viễn thông Quốc tế, bộ
phận tiêu chuẩn hóa viễn thông của
ITU
IW-F
Interworking- Function
Chức năng liên kết mạng
LAN
Local Area Network
Mạng cục bộ
M2UA
MTP level 2 User Adaptaion
Tương thích với người dùng mức 2
MEGACO
MEdia GAteway COntroller
Giao thức điều khiển cổng phương
tiện
MG
Media Gateway
Cổng phương tiện
MGC
Media Gateway Controler
Bộ điều khiển cổng phương tiện
MGC-F
MGC- Function
Chức năng MGC
MGCP
Media Gateway Control
Protocol
Giao thức điều khiển cổng lưu lượng
MG-F

MG-Function
Chức năng cổng MG
MPLS
MultiProtocol Label
Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NGN
Next Generation Network
Mạng thế hệ sau
ii

Từ viết tắt
Từ gốc
Nghĩa tiếng Việt
PBX
Private Branch eXchange
Tổng đài nhánh
PRI
Primary Rate Interface
Giao diện tốc độ sơ cấp
PSDN
Public Switched Data
Network
Mạng dữ liệu chuyển mạch công
cộng
PSTN
Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng

R-F
Routing- Function
Chức năng định tuyến
RTCP
Real Time Transport Control
Protocol
Giao thức điều khiển truyền tải thời
gian thực
RTP
Real Time Transport Protocol
Giao thức truyền tải thời gian thực
SPC
Stored Programme Control
Điều khiển theo chương trình lưu trữ
SG
Signalling Gateway
Cổng báo hiệu
SIP
Session Intiation Protocol
Giao thức khởi đầu phiên
SIP-T
Session Intiation Protocol for
Telephony
Phần mở rộng giao thức SIP dành
cho thoại
SNMP
Simple Network Management
Protocol
Giao thức quản lý mạng đơn giản
SS7

Signaling System No7
Hệ thống báo hiệu số 7
SUA
SCCP User Adatation
Thích ứng người dùng SCCP
TCP
Transmission Control
Protocol
Giao thức điều khiển truyền tải
TDM
Time Division Mutiplexing
Ghép kênh theo thời gian
TGW
Trunk GateWay
Cổng trung kế
UDP
User Datagram Protocol
Giao thức gói tin người dùng
VoIP
Voice over IP
Thoại qua mạng IP
WAN
Wide Area Network
Mạng diện rộng
WDM
Wavelenght Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo bước sóng

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ


Hình 1: Các thành phần chính của mạng viễn thông 1
Hình 2: Cấu hình mạng cơ bản 2
Hình 3: Cấu trúc mạng phân cấp 2
Hình 4: Cấu trúc chức năng của NGN 7
Hình 5: Nút mạng NGN 16
Hình 6: Nút mạng NGN trong mạng NGN tổng thể 16
Hình 7: Mối quan hệ của Softswitch với các phần tử khác của NGN 20
Hình 8: Kết nối MGC với các thành phần khác của mạng thế hệ sau NGN 21
Hình 9: Giao thức sử dụng giữa các thành phần 21
Hình 10: Chức năng của Media Gateway Controller 22
Hình 11: Phân loại giao thức báo hiệu trong chuyển mạch mềm 29
Hình 12: Các giao thức báo hiệu trong mạng chuyển mạch mềm 30
Hình 13: Giao thức SIP trong mô hình phân lớp hệ thống 31
Hình 14: Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP 34
Hình 15: Kiến trúc giao thức SIGTRAN 39
Hình 16: Bộ giao thức SIGTRAN 40
Hình 17: Các chức năng của SCTP 42
Hình 18: Cấu trúc của một gói tin SCTP 44
Hình 19: M2UA 47
Hình 20: M2PA 48
Hình 21: M3UA 50
Hình 22: SUA 52
Hình 23: Mô hình các hệ thống chuyển mạch 57
Hình 24: Hoạt động chuyển mạch kênh truyền thống 58
Hình 25: Hoạt động của chuyển mạch mềm 59
Hình 26: Chuyển mạch mềm trong hệ thống MetaSwitch's IP Multimedia Subsystem 64

Hình 27: Các thành phần của tổng đài Cisco BTS 10200 66
Hình 28: ứng dụng Softswitch thay thế tổng đài cấp 5 72
Hình 29: ứng dụng Softswitch thay thế tổng đài cấp 4 73
Hình 30: ứng dụng làm SS7 PRI Gateway của chuyển mạch mềm 74
Hình 31: Kiến trúc mạng VoIP 76
Hình 32: Cấu trúc của tổng đài HiQ 9200 Softswitch Siemens 78
Hình 33: Mô hình thử nghiệm tổng đài Softswitch của CDIT trên mạng NGN 81
Hình 34: Thử nghiệm tổng đài SoftSwitch làm tổng đài cấp 4 82
iv

Hình 35: Thử nghiệm tổng đài Softswitch làm tổng đài cấp 5 83
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ
thuật, các công nghệ mới trong ngành bưu chính, viễn thông xuất hiện ngày càng
nhiều hơn nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng. Ngày nay nhu
cầu khách hàng viễn thông không chỉ dừng lại ở dịch vụ thoại thông thường, mà còn
có nhiều nhu cầu khác như số liệu, video, truyền hình chất lượng cao, dịch vụ về
chuyển khoản, quản lý kinh tế, quản lý nhân sự… Bên cạnh đó, sự tiến bộ vượt bậc
về công nghệ trong lĩnh vực phần mềm, giao vận, liên kết đã tạo tiền đề cho các nhà
cung cấp dịch vụ liên kết với nhau và tạo ra các dịch vụ có thể gọi là các dịch vụ hội
tụ. Các dịch vụ khác nhau như thoại nội hạt, di động, đường dài với các dịch vụ
nhắn tin, truy nhập Intenet ngày nay có thể thống nhất lại trong các dịch vụ khách
hàng, nhà cung cấp phải chuyển sang thế hệ mạng mới có thể tích hợp dịch vụ và
cung cấp dịch vụ chất lượng cao.
Trong khi đó, mạng chuyển mạch kênh truyền thống chủ yếu được xây dựng
nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, không có khả năng để đáp ứng các nhu cầu trên
của khách hàng. Vì vậy, mạng thế hệ sau (Next General Network - NGN) ra đời
nhằm thỏa mãn những nhu cầu trên.
Khi mạng thế hệ sau được xây dựng, ngoài những tính năng vượt trội về dịch
vụ, công nghệ chuyển mạch cũng có bước thay đổi lớn. Công nghệ chuyển mạch

kênh truyền thống chỉ cho phép thực hiện các dịch vụ riêng biệt, khó phát triển các
dịch vụ mới và phụ thuộc nhiều vào phần cứng đi kèm. Còn công nghệ chuyển
mạch mới được sử dụng trong mạng thế hệ sau đã tách riêng được sự phụ thuộc của
phần mềm vào phần cứng, tạo sự linh hoạt trong quá trình điều khiển, từ đó mở ra
một cơ hội trong việc thỏa mãn mong muốn tạo ra các dịch vụ hội tụ. Trong mạng
NGN thì chuyển mạch mềm là linh hồn của lớp điều khiển.
Mạng NGN cũng như công nghệ chuyển mạch mềm đã xuất hiện và hiện nay
đang được áp dụng và sẽ phát triển mạnh tại Việt Nam, vì vậy cần phải nghiên cứu
để tiến tới làm chủ các công nghệ mới này, và đây chính là mục tiêu của luận văn.
Luận văn được chia thành các phần chính sau:
v

Chương 1 : Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN).
Chương 2 : Chuyển mạch mềm trong mạng NGN.
Chương 3 : Chuyển mạch mềm trong mạng NGN Việt Nam.
Luận văn đã được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của PGS. TS. Nguyễn
Cảnh Tuấn - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Tôi xin chân thành cám
ơn thầy Nguyễn Cảnh Tuấn và các thầy cô khoa Điện tử viễn thông, trường Đại học
công nghệ đã dìu dắt, dạy dỗ tôi trong quá trình học tập.
Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những
thiếu sót. Rất mong được sự phê bình góp ý của các thầy cô giáo và những người có
quan tâm để luận văn được hoàn thiện hơn.





1

Ch-¬ng 1. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI (NGN)

1.1. Tổng quan về mạng viễn thông
1.1.1. Mạng viễn thông hiện tại - Mạng PSTN
Mạng viễn thông là phương tiện đưa 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.



H×nh 1: Các thành phần chính của mạng viễn thông
 Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt (local exchange) và tổng đài
trung kế (trunk exchange). Các thuê bao được nối vào tổng đài nội hạt và
tổng đài nội hạt được nối vào tổng đài trung kế. Nhờ các thiết bị chuyển
mạch mà đường truyền dẫn 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 với nhau để thực hiện việc truyền đưa các tín hiệu điện.
 Môi trường truyền bao gồm môi trường hữu tuyến và môi trường vô tuyến.
Môi trường truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại, cáp quang. Môi trường
truyền vô tuyến bao gồm vi ba, vệ tinh
 Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy
Fax, máy tính, tổng đài PABX
Mạng viễn thông hiện nay được chia thành nhiều loại: mạng mắc lưới (mesh
network), mạng sao (star networks) và mạng hỗn hợp (composite network) bao gồm
cả loại sao và mắt lưới. Các loại mạng này có các ưu điểm và nhược điểm khác
M«i
tr-êng
truyÒn
dÉn
ThiÕt bÞ

chuyÓn
m¹ch
ThiÕt
bÞ
truyÒn
dÉn
ThiÕt bÞ
chuyÓn
m¹ch
ThiÕt
bÞ
truyÒn
dÉn

2

nhau để phù hợp với các đặc điểm của từng vùng địa lý (trung tâm, hải đảo, biên
giới…) hay vùng lưu lượng (lưu thoại cao, thấp…).











H×nh 2: Cấu hình mạng cơ bản

Mạng viễn thông hiện nay được phân cấp như sau:

`








H×nh 3: Cấu trúc mạng phân cấp
GW : Tæng ®µi quèc tÕ (Gateway)
TE : Tæng ®µi chuyÓn tiÕp quèc gia
(Transit Exchange)
HLE : Tæng ®µi néi h¹t (Host Local
Exchange)
RLE : Tæng ®µi xa (VÖ tinh - Remote
Local Exchange)
Sub : Thuª bao (Subcriber)








Sub

Sub

Sub

Sub
RLE
RLE
HLE
HLE

Sub

Sub

Sub

Sub
TE
TE
GW
Tæng ®µi quèc
tÕ
Tæng ®µi
chuyÓn tiÕp
Tæng ®µi
néi h¹t
3

1.1.2. Các nhược điểm của mạng viễn thông hiện nay
Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là 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, như [5]:
- Mạng Telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã hoá
bằng 5 bit (mã Baudot). Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 tới 300 bit/s).
- Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là mạng POTS (Plain Old Telephone
Service): ở đây thông tin tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống
chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN.
- Mạng truyền số liệu: bao 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.
Mỗi mạng trên lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo
dưỡng khác nhau. Điều này dẫn đến hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều
nhược điểm, trong đó 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 mà hiện nay chưa dự đoán được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc
độ truyền khác nhau, vì vậy 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.
Mặt khác, mạng viễn thông hiện nay được thiết kế nhằm mục đích khai thác
dịch vụ thoại là chủ yếu. Do đó, đứng ở góc độ này, mạng đã phát triển tới một mức
gần như giới hạn về sự cồng kềnh và mạng tồn tại một số khuyết điểm cần khắc
phục.
4

- 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. Các tổng đài chuyển mạch cấp 5 đang tồn
tại làm hạn chế khả năng sáng tạo và triển khai các dịch vụ mới, từ đó dẫn
đến việc làm giảm lợi nhuận của các nhà khai thác.
- Kiến trúc hạ tầng mạng PSTN dựa trên cơ sở công nghệ TDM và chuyển
mạch kênh không mềm dẻo và không hiệu quả cho việc truyền số liệu và
các dịch vụ đa phương tiện.
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. Họ 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.
Để thỏa mãn nhu cầu của khách hàng, đồng nghĩa với việc gia tăng lợi nhuận,
các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông yêu cầu những giải pháp công nghệ mới thay
thế (hay bổ sung) cho mạng PSTN. Cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách hàng,
công nghệ chuyển mạch gói cũng góp phần đưa ngành công nghiệp viễn thông
chuyển sang thời kỳ mới. Công nghệ chuyển mạch gói đưa ra giải pháp chuyển giao
thông tin dưới dạng các gói tin theo phương thức hướng kết nối (connection
oriented) hay không kết nối (connectionless) trên các kênh ảo (chỉ thực sự chiếm
dụng tài nguyên khi có lưu lượng trên nó). Mạng chuyển mạch gói có thể được xây
dựng trên các giao thức khác nhau: X25, IP trong đó giao thức IP đang là giao
thức được quan tâm nhiều nhất. Mạng chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP được
coi là giải pháp công nghệ đáp ứng sự gia tăng nhu cầu của khách hàng. Với khả
năng của mình, các dạng lưu lượng khác nhau được xử lý hoàn toàn trong suốt
trong mạng IP, điều này cho phép mạng IP có khả năng cung cấp các loại dịch vụ đa
dạng, phong phú bao gồm cả dịch vụ đa phương tiện chứ không riêng gì dịch vụ
5

thoại. Điều này rất có ý nghĩa khi trong tương lai, thông tin thoại chỉ còn tồn tại như
dịch vụ giá trị gia tăng.
Như vậy, để đáp ứng nhu cầu khách hàng các nhà quản trị mạng có hai sự lựa
chọn: hoặc xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới cho mạng IP hoặc xây dựng
một mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên cơ sở mạng
PSTN hiện có.
Trên quan điểm kinh tế, rõ ràng phương án hai là sự lựa chọn đúng đắn, nghĩa
là cần phải giải quyết nhiệm vụ chuyển đổi một cách hợp lý quá trình chuyển đổi từ
mạng PSTN truyền thống trên cơ sở công nghệ TDM và chuyển mạch kênh sang
một mạng thế hệ mới trên cơ sở chuyển mạch gói và công nghệ IP. Và điều này đã
thúc đẩy mạng NGN ra đời.
1.2. Khái niệm về mạng viễn thông thế hệ mới (NGN)
Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn [5]:
- 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 phối 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 cung 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 ở đây không bao hàm hết mọi chi tiết về
mạng thế hệ mới, nhưng nó có thể tương đối là khái niệm chung nhất khi đề cập đến
NGN.
Trong giai đoạn quá độ, mạng thông tin thế hệ mới có 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
6

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.
Vấn đề chủ đạo ở đây là 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 cả đa phương tiện, phần
lớn trong đó là không được trù liệu khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay.
1.3. Đặc điểm của NGN
Mạng NGN có các đặc điểm chính sau:
1. Là hệ thống mạng mở: Các khối chức năng của mạng truyền thống được
chia thành các phần tử mạng độc lập - các phần tử được phân theo chức
năng tương ứng và phát triển một cách độc lập. Từ đó, giao diện và giao
thức giữa các bộ phận dựa trên các tiêu chuẩn độc lập và tuân theo các tiêu
chuẩn sẵn có.
2. Là mạng chuyển mạch gói: Mạng NGN sử dụng công nghệ chuyển mạch
gói, là công nghệ có nhiều ưu điểm so với công nghệ chuyển mạch kênh
trong mạng truyền thống, cho phép mạng hoạt động với nhiều tốc độ và
dịch vụ khác nhau.
3. Lớp điều khiển được tách độc lập với lớp chuyển tải: Mục tiêu chính của
việc 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. Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và
ứng dụng có tính mềm dẻo, linh hoạt cao, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng
của việc ứng dụng công nghệ mới.
1.4. Cấu trúc của NGN
1.4.1. Cấu trúc chức năng
Mạng NGN bao gồm các lớp chức năng sau [5]:

7

- Lớp truy nhập (Access);
- Lớp chuyển tải (Transport);
- Lớp điều khiển (Control);
- Lớp ứng dụng (Application);
- Lớp quản lý (Management).
Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại
giao thức, và các nhà khai thác đang rất quan tâm tới khả năng tương thích giữa các
thiết bị của các hãng khác nhau.








H×nh 4: Cấu trúc chức năng của NGN
1.4.1.1. Lớp truy nhập:
 Chức năng:
- Cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục (thuộc lớp
chuyển tải) qua cổng giao tiếp MGW thích hợp.
- Hỗ trợ các mức chất lượng dịch vụ 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).
 Thành phần:
Líp øng

dông
Líp ®iÒu
khiÓn
Líp chuyÓn
t¶i
Líp truy
nhËp
Líp qu¶n lý
8

- Các thiết bị truy nhập 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 nhập tích hợp IAD. Qua các thiết bị này, thuê bao có thể sử
dụng mọi kỹ thuật truy nhập (tương tự, số, TDM, ATM, IP…) để truy nhập
vào mạng dịch vụ NGN.
- Các nút chuyển mạch/Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch
kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch PLM nhưng ở mạng đường
trục. Kỹ thuật chuyển tải chính là IP hay IP/ATM. Ngoài ra còn có các hệ
thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi.
1.4.1.2. Lớp chuyển tải:
 Chức năng: Chuyển đổi các loại môi trường (chẳng hạn như PSTN,
FrameRelay, LAN, vô tuyến ) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên
mạng lõi và ngược lại. Lớp chuyển tải có khả năng tương thích các kỹ thuật truy
nhập khác với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đường trục. 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 nhập dưới sự
điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển.
 Thành phần: Là các cổng truyền thông (MG - Media Gateway) bao gồm:
- Các cổng truy nhập: AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng
truy nhập, RG (Residental gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại

nhà.
- Các cổng giao tiếp : TG (Trunking Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng
PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di động,
1.4.1.3. Lớp điều khiển:
 Chức năng: 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. Bao gồm:
- Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch.
9

- 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.
- 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 dịch 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 dịch vụ và truyền
dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng và dễ
dàng.
 Thành phần: Gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch
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 Sever), FS (Feature Server), AS
(Application Server).
1.4.1.4. Lớp ứng dụng:

 Chức năng: Cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau ở nhiều mức độ
(như dịch vụ thoại, VPN, VoD, multimedia, e-commerce, realtime games ). Một số
loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng và truy
nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp
điều khiển (như 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.
10

 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.
1.4.1.5. 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 này, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng 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 dịch 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 dịch vụ.
1.4.2. Các thành phần NGN
Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan tâm,
nhưng 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 [5]:
- Media Gateway (MG);
- Softswitch (còn gọi là Media Gateway Controller hoặc Call Agent);
- Signaling Gateway (SG);
- Media Server (MS);
- Application Server (Feature Server).
a) 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 mạng 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 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 tín hiệu
thoại, truyền các tín hiệu DTMF… [5]
11

Media Gateway có các chức năng:
- 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 dịch 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.
- 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.
Đặc tính của Media Gateway:
- Là một thiết bị vào/ra đặc hiệu (I/O)
- Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái,
thông tin cấu hình, các bản tin MGCP, thư viện DSP…
- Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (logging)
- Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP), mở rộng một vài giao
diện T1/E1 với mạng TDM.
- Mật độ khoảng 120 port (DSO’s).
- Sử dụng bus H.110 để đảm bảo tính linh động cho hệ thống nội bộ.

b) Softswitch:
Softswitch đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các
quy luật đó. Softswitch điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi [5].
Softswitch chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như
PSTN, SS7, IP. Softswitch chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua
12

các mạng khác nhau. Bên cạnh đó, Softswitch có chức năng điều khiển các bản tin,
vì vậy còn được gọi là Call Agent.
Softswitch có các chức năng:
- Quản lý cuộc gọi;
- Cung cấp các giao thức:
o Thiết lập cuộc gọi thoại : H.323, SIP;
o Điều khiển truyền thông: MGCP, Megaco, H.248;
o Quản lý SS7: SIGTRAN (SS7 over IP).
- Quản lý lớp dịch vụ và chất lượng dịch vụ;
- Xử lý báo hiệu SS7;
- Quản lý các bản tin liên quan QoS như RTCP;
- Thực hiện định tuyến cuộc gọi;
- Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR - Call Detail
Record);
- Điều khiển quản lý băng thông;
- Đối với MG:
o Xác định và cấu hình thời gian thực cho các DSP;
o Phân bổ kênh DS0;
o Truyền dẫn thoại (mã hóa, nén, đóng gói).
- Đối với SG, Softswitch cung cấp:
o Các loại SS7;
o Các bộ xử lý thời gian;
o Cấu hình kết nối;

o Mã của nút mạng hay thông tin cấu hình.
Đặc tính của Softswitch:
13

- Là một CPU chuyên biệt, yêu cầu là hệ thống đa xử lý, có khả năng mở
rộng theo chiều ngang;
- Cần bộ nhớ lớn 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 sẵn sàng cao.
c) Signalling Gateway (SG):
Signaling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu SS7 với mạng IP
dưới sự điều khiển của Softswitch.
SG làm cho Softswitch giống như 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 (SG):
- Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu;
- Truyền thông tin báo hiệu giữa Softswitch và SG thông qua mạng IP;
- Cung cấp đường dẫn truyền dẫn cho thoại, dữ liệu 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 của 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 hình, các lộ trình…;
- Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập, do đó không yêu
cầu dung lượng lớn;
- Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP);
- Giao diện với mạng SS7 bằng cách sử dụng một luồng EE/T1, tối thiểu 2

kênh D, tối đa 16 kênh D;
14

- Để tăng hiệu suất và tính linh động người ta sử dụng bus H.110 hay H.100;
- Yêu cầu độ sẵn sàng cao: nhiều SG, nhiều liên kết báo hiệu…
d) Media Server (MS):
Media Server là thành phần lựa chọn của Softswitch, được sử dụng để xử lý
các thông tin đặc biệt. Một MS phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất.
Các chức năng của một Media Server:
- Chức năng voicemail cơ bản;
- Hộp thư fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các bản
tin ghi âm trước (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).

Đặc tính của MS:
- Là một CPU, có khả năng quản lý lưu lượng bản tin MGCP;
- Lưu trữ các phương pháp thực hiện liên kết với DSP nội bộ hay lân cận;
- Cần dung lượng bộ nhớ lớn để lưu trữ các cơ sở dữ liệu, bộ nhớ đệm, thư
viện…;
- Dung lượng đĩa tương đối nhỏ;
- Quản lý hầu hết lưu lượng IP nếu tất cả tài nguyên IP được sử dụng để xử
lý thoại;
- Sử dụng bus H.110 để tương thích với card DSP và MG;
- Độ sẵn sàng cao.
e) Application Server (AS):
Application Server là một server ở lớp ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của
doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là Server ứng dụng thương mại. Vì hầu
15

hết các Server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng
không ràng buộc nhiều với Softswitch về việc phân chia hay nhóm các thành phần
ứng dụng.
Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc Softswitch, hoặc cũng có thể thực
hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Softswitch thông qua các
giao thức như SIP, H.323… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu
truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng.
Chức năng của AS: Xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông
thường cho hệ thống đa chuyển mạch.
Đặc tính của AS:
- Đặc biệt yêu cầu một CPU tiện ích cao. Điều này cũng còn phụ thuộc vào
các ứng dụng đặc biệt khác nhau;
- Cần bộ nhớ lớn với độ trễ thấp;
- CPU có khả năng mở rộng để đáp ứng cho việc nâng cấp dịch vụ và lưu
lượng;
- Đặt một vài cơ sở dữ liệu trong Server;
- Dung lượng đĩa lớn, tùy thuộc vào đặc tính của ứng dụng;
- Giao diện Ethernet (với mạng IP) được thực hiện với đầy đủ khả năng dự
phòng.
1.5. Nút mạng NGN








Líp øng

dông
Líp ®iÒu
khiÓn
Líp chuyÓn
t¶i
Líp truy
nhËp
Giao thøc b¸o hiÖu
liªn m¹ng
ChuyÓn t¶i liªn m¹ng
(TDM/IP)
Nót m¹ng
NGN
16

Hình 5: Nỳt mng NGN











Hình 6: Nỳt mng NGN trong mng NGN tng th
Mt nỳt mng NGN l mt phn ca mng NGN tng th trong ú cú cỏc
thnh phn Truy nhp, Chuyn ti, iu khin, Dch v v Qun lý mng. Mt nỳt

mng NGN cú th thc hin cỏc yờu cu v cỏc giao dch gia cỏc kt cui ca nỳt
mng ú. Mt nỳt mng NGN c lp cú th úng vai trũ nh mt tng i, ging
vi cỏc tng i TDM khỏc trong mng PSTN nhng cú thờm cỏc tuyn trung k IP
[2].
Nỳt mng NGN trong mng NGN hon chnh th hin vai trũ iu khin cỏc
giao dch trong vựng lu lng m nú qun lý (hỡnh 6).
Mt nỳt mng cú th c iu khin bi mt vi Softswitch tựy theo lu
lng m nú kim soỏt.
1.6. Kt lun
Nh vy, mng th h sau ra i ó khụng nhng ó khc phc c cỏc
nhc im ca mng vin thụng truyn thng m cũn nõng cao c kh nng
phc v khỏch hng, l yu t rt quan trng trong thi k kinh t hi nhp. cú
Lớp truy nhập
Lớp ứng dụng
Lớp điều khiển
Lớp chuyển tải


Vùng l-u
l-ợng 1



Control
node 1


Vùng l-u
l-ợng 2

Control
node 2
Service
node 1
Báo hiệu
giữa các
nút
Chuyển
tải giữa
các nút