Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN

MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................ 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH...................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................3
BẢNG TRA CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................4
CHƯƠNG 1.........................................................................................................8
TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU.........................................................8
CHƯƠNG 2.......................................................................................................28
NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN ..................................................28
TRONG MẠNG NGN.......................................................................................28
CHƯƠNG 3.......................................................................................................41
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN
............................................................................................................................ 41
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỂ TÀI.........................................62
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN........................................................................64

1


DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH 1.1 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠNG VIỄN THÔNG...9
HÌNH 1.2 CẤU HÌNH MẠNG CƠ BẢN.........................................................10
HÌNH 1.4 NHU CẦU TIẾN HOÁ MẠNG.......................................................17
HÌNH 1.5 SỰ HỘI TỤ GIỮA CÁC MẠNG....................................................19
HÌNH 1.6 CẤU TRÚC MẠNG NGN (GÓC ĐỘ MẠNG)..............................20
HÌNH 1.7 CẤU TRÚC MẠNG NGN (GÓC ĐỘ DỊCH VỤ)..........................21
HÌNH 1.8 CẤU TRÚC MẠNG NGN...............................................................22
.......................................................................................................28
HÌNH 2.1 HIỆN TƯỢNG XẢY RA TẮC NGHẼN.......................................28
HÌNH 2.2 HIỆU QUẢ CỦA VIỆC ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN................29
HÌNH 2.3 MÔI TRƯỜNG MẠNG HỖN TẠP TRONG NGN......................29

HÌNH 2.4 QUÁ TRÌNH DIỄN RA TẮC NGHẼN.........................................30
HÌNH 2.5 ĐỘ NHẠY (RESPONSIVENESS) VÀ ĐỘ MỊN
(SMOOTHNESS)..............................................................................................36
HÌNH 2.6 HỆ THỐNG GỒM N NGƯỜI DÙNG CHIA SẺ MỘT MẠNG..37
HÌNH 3.1 CỬA SỔ TẮC NGHẼN...................................................................43
HÌNH 3.2 HEADER CHỐNG TẮC NGHẼN TRONG GÓI DỮ LIỆU/XÁC
NHẬN XCP........................................................................................................49
HÌNH 3.3 VÙNG ROUTER BIÊN (E) VÀ LÕI ( C) VỚI KHẢ NĂNG CSFQ
............................................................................................................................ 54
HÌNH 3.4 KẾT NỐI TCP ĐƠN ĐI QUA VÙNG ROUTER CÓ KHẢ NĂNG
CSFQ.................................................................................................................. 55

2


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.
Trên cơ sở đó em đã thực hiện Đồ án “Nghiên cứu các phương pháp
điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN ”.
Nội dung đồ án gồm 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về mạng thế hệ sau
Chương 2: Nguyên lý điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN
Chương 3: Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN
Tuy nhiên, điều khiển chống tắc nghẽn là một vấn đề phức tạp, nhất là khi

mạng ngày càng phát triển rộng lớn, lượng người dùng và dịch vụ liên tục gia
tăng... Do điều kiện thời gian cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên đồ án khó
tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự chỉ dẫn và góp ý của thầy cô để Đồ án
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong khoa Điện tử và truyền thông,
đặc biệt cảm ơn cô Đoàn Ngọc Phương, đã hướng dẫn cho em hoàn thành Đồ án
này.
Thái Nguyên, ngày 27 tháng 05 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Lưu Trọng Luân

3


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
4


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

MIMD

Multiplicate Increase Multiplicate Decrease
Tăng nhân giảm nhân

MSS

Maximum Segment Size
5


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
6


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

7


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ 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.
Có thể đề cập tới ba loại hình dịch vụ thúc đẩy sự ra đời của NGN: Dịch
vụ truyền thông thời gian thực (real-time services) và phi thời gian thực (non
real-time services); dịch vụ nội dung (content services) và các hoạt động giao
dịch (transaction services). NGN tạo điều kiện để các nhà cung cấp dịch vụ tăng
cường khả năng kiểm soát, tính bảo mật, và độ tin cậy trong khi giảm thiểu được
chi phí vận hành.
Công nghệ mạng NGN chính là chìa khoá giải mã cho công nghệ tương
lai, đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu kinh doanh trên với đặc điểm quan trọng là
cấu trúc phân lớp theo chức năng và phân tán các tiềm năng trên mạng, làm cho
mạng mềm hoá và sử dụng rộng rãi các giao diện mở đa truy nhập, đa giao thức
để kiến tạo các dịch vụ mà không phụ thuộc quá nhiều vào các nhà cung cấp thiết

bị và khai thác mạng.
1.2 Mạng viễn thông hiện tại
1.2.1 Khái niệm về mạng viễn thông
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.

8


- 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.

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 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.

9


Hình 1.2 Cấu hình mạng cơ bản
1.2.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện tại
Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung đó 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.
- 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 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
- 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.
- 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).
10


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 kỹ thuật: gồm mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng
truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ.
- Xét về góc độ dịch vụ: gồm mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di
động và mạng truyền số liệu.
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:
- 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.
- 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.
- Mặt khác, mạng viễn thông hiện nay được thiết kế nhằm mục đích khai
thác dịch vụ thoại là chủ yếu.
- Các tổng đài chuyển mạch kênh đã khai thác hết năng lực và trở nên lạc
hậu đối với nhu cầu của khách hàng.
- 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.

11

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.
1.2.4 Sự cần thiết triển khai mạng thế hệ sau
Mạng NGN xuất hiện bởi đã có nhiều thay đổi trong những năm qua xét
từ 3 góc độ chính là cấu trúc ngành công nghiệp, công nghệ và mong đợi từ phía
người dùng.
Thứ nhất, công nghệ đang phát triển với tốc độ chóng mặt. Đơn cử, công
nghệ nhận dạng giọng nói, công nghệ chuyển đổi từ chữ sang âm (TTS) v.v..
cũng khiến mạng truyền thống buộc phải nhường đường cho NGN trong việc tích
hợp các ứng dụng cao cấp hơn vì mục tiêu phục vụ tốt nhất cho người sử dụng.
Thứ hai, sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin và viễn thông, một
lớp các nhà cung cấp dịch vụ mới dần xuất hiện. Các nhà cung cấp dịch vụ mang
tính cạnh tranh muốn khẳng định vị trí của mình trên thị trường. Ví dụ, nhiều nhà
cung cấp dịch vụ lựa chọn triển khai các công nghệ mới nhất nhằm giành thế
"thượng phong" trong việc tung ra dịch vụ.
Thứ ba, mạng internet đã "gieo hy vọng" cho đông đảo người dùng rằng
họ có thể lấy thông tin ở bất cứ đâu, bất cứ khi nào họ muốn. Xuất phát từ chính
nhu cầu này đã nảy sinh xu thế "hội tụ" của các thiết bị đầu cuối cho hỗ trợ được
đầy đủ các tính năng như liên lạc, truy xuất thông tin, giải trí v.v... Trong khi vẫn
đảm bảo được tính di động. Mạng internet chắc chắn sẽ vẫn đóng vai trò là
nguồn cung cấp thông tin chính. Tuy nhiên, mạng truyền tải đóng vai trò trung
gian chắc chắn sẽ phải là NGN.
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 hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ).
- Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau).

12


- 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).
- Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng).
Tới 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, chính xác nào cho mạng NGN. Vì
thế, định nghĩa mạng NGN nêu trên đây không thể bao hàm hết mọi chi tiết về
mạng 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.
1.3.2 Đặc điểm của mạng NGN
Mạng NGN có 4 đặc điểm chính:
- 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.

- 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

13


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 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.

14

Hình 1.3 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:
- 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 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).
- Hỗ trợ phương thức phân chia một mạng chung thành các mạng ảo riêng
rẽ về mặt logic.
- Giảm độ phức tạp trong vận hành bằng việc cung cấp các hệ thống phân
chia theo các khối đã được chuẩn hoá.
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

15


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 dưới, 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.
- 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.

16


PSTN

Mạng hiện tại
Mạng thế hệ sau
(NGN)

TDM Access
Circuit switching
SONET
Transport

ATM, FR
Access
IP

ATM
TDM

FR

Frame/ Cell Access

Switching
ATM SVCs IP MPLS

ATM switching
SONET
Transport

SONET
Transport
optical

Internet

IP Access
IP Routing/switch
SONET
Transport

Hình 1.4 Nhu cầu tiến hoá mạng
- 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, 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.

17


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

18

Hình 1.5 Sự hội tụ giữa các mạng
1.3.5 Những vấn đề cần quan tâm khi phát triển mạng NGN
Các nhà cung cấp dịch vụ chính thống phải xem xét cơ sở TDM mà họ đã
lắp đặt do vậy phải đối đầu với quyết định khó khăn về việc nâng cấp hệ thống
này . Nên đầu tư vốn cho thiết bị chuyển mạch kênh và xây dựng một mạng
NGN xếp chồng, hay thậm chí nên thay thế các tổng đài truyền thống bằng
những chuyển mạch công nghệ mới sau này. Họ cũng phải xem xét ảnh hưởng
của sự ra tăng lưu lượng internet quay số trực tiếp với thời gian giữ máy ngắn
hơn nhiều. Để duy trì cạnh tranh các nhà khai thác này cần tìm ra phương pháp
cung cấp các dịch vụ mới cho các khách hàng của họ trong thời kì quá độ trước
khi các mạng của họ tiến triển sang NGN một cách đầy đủ.
Vấn đề lớn nhất cần cân nhắc khi sắp tới cần hỗ trợ dịch vụ thoại qua IP
và hàng loạt các dịch vụ giá trị gia tăng khác là cơ chế “best effort” phân phối
các gói tin không còn đủ đáp ứng nữa.
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
19


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..v.v
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)
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

Lớp quản lý
Lớp quản lý

quan tâm.

Lớp điều khiển
Lớp điều khiển

Hình 1.6Lớp
Cấu
trúcthông
mạng NGN (góc độ mạng)
truyền
Lớp truyền thông

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.
Lớp truy
cậpcạnh
và truyền
Trong môi trườngLớp
phát
tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần
truytriển
cập và
truyền
dẫn

tham gia kinh doanh trong lớp ứngdẫn
dụng dịch vụ.

20


Lớp quản lý
Lớp quản lý
Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng
Giao diện mở API
Lớp điều
khiển
Hình 1.7 Cấu trúc mạng
NGN
(góc độ dịch vụ)
Lớp điều khiển

Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu.
diện
mở API
Nó phân chia cácGiao
khối
vững
chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng

rẽ, các lớp này liên kết với nhau qua cácLớp
giao
diệnthông
mở tiêu chuẩn.

truyền
Lớp truyền thông

Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì
tích hợp thành một
hệ diện
thống
Giao
mởnhư
API công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay đó là lớp
ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền Lớp
thông,
lớp truy cập và truyền tải. Các giao
truy cập và truyền
Lớp truy cập và truyền
dẫn
diện mở có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền
dẫn dẫn cho phép các dịch vụ mới
được đưa vào nhanh chóng dễ dàng, nhà khai thác có thể chọn lựa các nhà cung
cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN.

21


Hình 1.8 Cấu trúc mạng NGN
1.5 Các công nghệ làm nền tảng cho NGN
Ngày nay, yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã
thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học viễn thông. Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan
xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách
hàng trong tương lai.

1.5.1 Giao thức IP
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin được thực hiện
theo cơ chế phi kết nối (connectionless), nghĩa là không có sự đảm bảo rằng các
gói tin gửi đi sẽ đến được tới đích của nó. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu
chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp. Gói tin IP
gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ
thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích.
Giao thức IP được thiết kế để dùng trong các hệ thống các mạng máy tính
truyền thông chuyển mạch gói. Giao thức IP truyền các gói dữ liệu từ một nguồn
tới một đích trong đó nguồn và đích là các trạm máy tính được nhận dạng thông
22


qua các địa chỉ có độ dài cố định. Giao thức IP cũng cho phép việc phân đoạn và
lắp ráp lại các gói tin có độ dài lớn để cho phép các gói tin này đi qua các mạng
máy tính có đơn vị nhỏ hơn.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng.
Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông
tin về nguyên tắc chuyển tin và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường
mạng gồm nhiều nút. Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các
bản chuyển tin chứa thông tin về chặng tiếp theo. Dựa trên các bản chuyển tin, cơ
cấu chuyển tin chuyển mạch các gói tới đích. Ở đây, mỗi nút mạng tính toán mạng
chuyển tin một cách độc lập, nên kết quả tính toán của phần định tuyến phải nhất
quán tại tất cả các nút. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển
gói tin sai hướng, làm mất gói tin.
Ngoài chức năng chọn đường, giao thức IP còn có khả năng tìm lỗi, chia
nhỏ các gói tin và lắp ráp lại chúng, nhằm cho phép truyền thông qua các mạng có
kích thước gói tin nhỏ hơn. Giao thức IP là một giao thức rất hiệu quả và được sử
dụng nhiều trong các chương trình ứng dụng.
Giao thức IP chỉ giới hạn trọng việc cung cấp các chức năng cần thiết nhằm

truyền các gói bít từ nguồn tới đích trên một hệ thống mạng. Không có cơ chế cho
độ tin cậy, điều khiển luồng, đánh số thứ tự hay cơ chế truyền lại dữ liệu. Không
có cơ chế báo nhận, không có kiểm tra phần dữ liệu mà chỉ có kiểm tra phần
header thông qua mã kiểm tra. Các lỗi tìm được thông báo thông qua giao thức
điều khiển liên mạng ICPM.
Giao thức IP với kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của
mạng, mạng không thể thực hiện các chức năng khác như định tuyến theo đích,
theo dịch vụ. Chẳng hạn, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua cùng
một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Ngoài ra, việc
điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng
chặng. Mặt khác IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ. Tuy nhiên, phương thức
định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy và khả năng mở rộng mạng cao.

23


1.5.2 ATM.
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói. Thông
tin được nhóm vào các gói tin có độ dài cố định, ngắn. Trong đó vị trí gói không phụ
thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Các
chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau.
ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM.
Các tế bào nhỏ với tốc độ truyền cao sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm
đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở
tốc độ cao được dễ dàng. Hơn nữa, ATM có khả năng nhóm một số kênh ảo thành
một đường ảo nhằm giúp cho công việc định tuyến được dễ dàng.
ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến
điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi, và được giữ cố định
trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, tổng đài ATM cung
cấp cho kết nối một nhãn.

Quá trình chuyển giao các tế bào qua tổng đài ATM cũng giống như
chuyển giao gói qua router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì
nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn IP), kích thước bảng chuyển
tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router. Việc này thực hiện trên các thiết bị phần
cứng chuyên dụng nên thông lượng tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng
IP router truyền thống.
1.5.3 IP over ATM
IP over ATM là một kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên
ATM (kỹ thuật lớp 2). Hiện nay đã xuất hiện một loạt kỹ thuật IP over ATM
không dùng phương thức xếp chồng, mà dùng phương thức chuyển mạch nhãn, áp
dụng phương thức tích hợp. Kỹ thuật này chính là cơ sở của MPLS.
1.5.4 MPLS
Sự phát triển nhanh chóng, sự mở rộng không ngừng của mạng internet, sự
tăng vọt của số lượng dịch vụ và sự phức tạp của các loại hình dịch vụ đã dần làm
cho mạng viễn thông hiện tại khó có thể đáp ứng nổi. Kỹ thuật ATM dù được coi
nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN), hay công nghệ IP dù đạt
24


thành công lớn trên thị trường hiện nay, đều tồn tại những nhược điểm khó khắc
phục được. Đó là lý do các kỹ thuật mới ra đời, trong đó có MPLS.
Công nghệ Multiprotocol Label Switching (MPLS) phát triển trở thành
một thuật ngữ thông dụng trong mạng máy tính. MPLS được triển khai rộng
khắp trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Hiện nay MPLS là một giải pháp để
giải quyết nhiều vấn đề trong mạng như : tốc độ, khả năng mở rộng mạng, quản
lý chất lượng dịch vụ (QoS) và điều phối dung lượng.
MPLS là một công nghệ kết hợp tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển
mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lưới và định
tuyến tốt ở mạng biên bằng cách dựa vào nhãn (label). MPLS là một phương
pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn với mỗi gói

IP, tế bào ATM hoặc frame lớp hai. Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất
kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp hai nào.
MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên
một mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa
nguồn và đích trên một đường trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến
trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả
khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao.
MPLS là kỹ thuật chuyển mạch đa giao thức nhãn. Phương pháp này đã
dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển
mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến. Có thể định nghĩa MPLS là một tập
các công nghệ mở dựa vào chuẩn internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định
tuyến lớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài
cố định.
Bằng cách sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến internet, MPLS
cung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua các tuyến internet bằng cách sử
dụng các nhãn và trao đổi nhãn.
MPLS tách chức năng IP router làm hai phần riêng biệt : chức năng chuyển
gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi
gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn (tương tự như ATM). Ở đây,
25