Tìm hiểu và nghiên cứu điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN luận văn tốt nghiệp đại học

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

tăng, chính vì vậy mà hiện tượng tắc nghẽn mạng là khó tránh khỏi.
Trong quá trình tìm hiểu, em đã chọn đề tài “Tìm hiểu và Nghiên cứu
phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN ”. Đồ án gồm 3
chương:
- Chương 1: giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ sau.
- Chương 2: Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch và các giao thức
của nó.
- Chương 3: điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN
Tuy nhiên, mạng NGN là mạng rất rộng lớn và 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 cùng các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong khoa Điện tử viễn thông, đặc
biệt cảm ơn thầy Nguyễn Phúc Ngọc, đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn
thành đề tài này.
Vinh, ngày 25 tháng 05 năm 2008
Sinh viên thực hiện
Lê Sỹ Đoàn

2


MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................3
Danh sách các hình vẽ..................................................................................4
Danh sách bảng biểu.....................................................................................5
BẢNG TRA CÁC TỪ VIẾT TẮT.....................................................................6
Chương

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

Hình 1.2. Nhu cầu tiến hoá mạng............................................................14
Hình 1.3. Sự hội tụ giữa các mạng..........................................................16
Hình 1.4. Cấu trúc mạng thế hệ sau ( góc độ mạng).............................17
Hình 1.5. Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ).................18
Hình 1.7. Cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ................................22
Hình 2.1. Vị trí của chuyển mạch mềm Softswitch trong mô hình phân
lớp của mạng NGN...........................................................................................26
Hình 2.3. Chức năng của Mediaway Controller........................................28
Hình 2.4. Giao thức sử dụng giữa các thành phần..................................29
Hình 2.5 . Các thành phần trong báo hiệu SIP.........................................34
Hình 2.6. Quá trình thiết lập cuộc gọi qua proxy server........................41
Hình 2.7. SIP là cầu nối báo hiệu giữa hai Softswitch...........................43
Hình 2.9. Cấu trúc thiết bị đầu cuối H.323..............................................45
Hình 2.10. Cấu tạo của Multipoint Control Unit....................................48
Hình 2.11. Mô hình hoạt động của H.323..............................................48
Hình 2.12. Quá trình thiết lập cuộc gọi..................................................54
Hình 2.13. Mô hình mạng chức năng của BICC CS1............................60
Hình 2.14. Mô hình chức năng của BICC CS2........................................62
Hình 2.15. Quá trình chuẩn hóa MEGACO.............................................68
Hình 3.1. Hiện tượng xảy ra tắc nghẽn..................................................70
Hình 3.2. Hiệu quả của việc điều khiển tắc nghẽn .............................71
Hình 3.3. Môi trường mạng hỗn tạp trong NGN....................................71
Hình 3.4. Quá trình diễn ra tắc nghẽn ....................................................72
Hình 3.5. Cửa sổ tắc nghẽn......................................................................75
Hình 3.6. Header chống tắc nghẽn trong gói dữ liệu/xác nhận XCP....79
Hình 3.8. Vùng router biên (E) và lõi ( C) với khả năng CSFQ.............86
Hình 3.10. Hệ thống gồm n người dùng chia sẻ một mạng..................95
Hình 3.12. AIMD hội tụ đến điểm tối ưu..............................................99
Hình 3.13. AIAD không hội tụ..................................................................99

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

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
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

FC

Fairness Controller
Bộ điều khiển bình đẳng

FEWA

Fuzzy Explicit Window Adaptation

GPRS

G
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
7

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
8


S
SVC

Signalling Virtual Channel
Kênh ảo cho báo hiệu

SIP

Session Initiation Protocol
Giao thức điều khiển lớp ứng dụng

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

9


Chương 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ SAU
1.1. Giới thiệu chương
Cụm từ “mạng thế hệ sau” 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 thế hệ sau
1.2.1. 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

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

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.
11


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, 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 1.1. Topo mạng thế hệ sau.

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).

Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ sau NGN cần tuân theo các chỉ tiêu:
13


- 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 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.
Mạng hiện tại

PSTN

Mạng thế hệ sau
(NGN)

TDM Access
Circuit switching
SONET
Transport

ATM, FR

Access
IP

Frame/ Cell Access

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.

14


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 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

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

Lớpquản
quảnlýlý

thác quan tâm.

Lớpđiều
điềukhiển
khiển
Lớp
Hình 1.4. Cấu trúc mạng thế hệ sau ( góc độ mạng)
Lớptruyền
truyềnthông
thông
Xem xét từ góc độLớp
kinh
doanh
và
cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc
Lớp
Lớpquản
quảnlýlý

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
Lớptruy
truy cậpvà
và
tham gia kinh doanh trongLớp
lớp ứng cập
dụng dịch vụ.

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

Hình 1.5. Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ)

Hình 1.6. 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.
18


1.3.1. Lớp truyền dẫn và truy cập
1.3.1.1. Phần truyền dẫn
- 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.

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,

ATM, IP,…) để truy cập vào mạng dịch vụ NGN.
- Chức năng:
Cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường 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 như 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,…
1.3.2. Lớp truyền thông
- Thành phần:
Thiết bị ở lớp truyền thông là các cổng truyền thông (MG – Media
Gateway) bao gồm:

20


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 giữa mạng lõi với
mạng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di
động,…
- Chức năng:
Lớp truyền thông có khả năng tương thích các kỹ thuật truy cập khác
với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đường trục. Hay nói cách
khác, lớp này chịu trách nhiệm 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.
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 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.

Hình 1.7. Cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ

22


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.
1.3.4. Lớp ứng dụng
- Thành phần:
Lớp ứng dụng gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution
Node), thực chất do 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 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
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.
1.3.5. Lớp quản lý
Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến
lớp ứng dụng.
Tại lớp quản lý, 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.

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

CÁC GIAO THỨC TRONG NGN
2.1. Công nghệ chuyển mạch mềm softwitch
2.2.1. Định nghĩa về chuyển mạch mềm softwitch
Chuyển mạch mềm có thể được định nghĩa như là tập hợp các sản
phẩm, giao thức, và các ứng dụng cho phép bất kỳ thiết bị nào truy cập các
dịch vụ truyền thông qua mạng xây dựng trên nền công nghệ chuyển mạch
gói thường là IP (Internet Protocol). Những dịch vụ đó bao gồm thoại, fax,
video, dữ liệu và các dịch vụ mới có thể được phát triển trong tương lai.
Những thiết bị đầu cuối truy nhập bao gồm điện thoại truyền thống, điện thoại
IP, máy tính, PDAs, máy nhắn tin (pager)...Một sản phẩm Softswitch có thể
bao gồm một hoặc nhiều phần chức năng, các chức năngcó thể cùng nằm trên
một hệ thống hoặc phân tán trên những hệ thống thiết bị khác nhau.
Softswitch nhìn trung cung cấp các chức năng giống như các chức năng
của hệ thống chuyển mạch kênh, nó chỉ khác là được thiết kế cho mạng
chuyển mạch gói và có khả năng liên kết với mạng PSTN. Các tính chất khác
biệt của một hệ thống chuyển mạch mềm bao gồm:
- Là hệ thống có khả năng lập trình để xử lý cuộc gọi và hỗ trợ các giao
thức của mạng PSTN, ATM, và IP.Hoạt động trên nền các máy tính và các hệ
điều hành thương mại.
- Điều khiển các Gateway trung kế ngoài (External Trunking
ateway),Gateway truy nhập(Access Gateway) và các Server truy nhập từ
xa RAS(Remote Access Server).
- Nó tái sử dụng các dịch vụ IN thông qua giao diện danh bạ mở, mềm dẻo.
- Cung cấp các giao diện lập trình ứng dụng mở API cho các nhà phát
triển thứ 3 nhằm tạo ra các dịch vụ thế hệ sau.
- Nó có chức năng lập trình cho các hệ thống Back office.

25