Nghiên cứu hệ thống chuyển mạch mềm và giải pháp của alcatel lucent

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN HOÀI NAM

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN MẠCH
MỀM VÀ GIẢI PHÁP CỦA ALCATEL-LUCENT

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN VIẾT NGUYÊN

Hà Nội – Năm 2010


LUẬN VĂN THẠC SỸ

LỜI CAM ĐOAN

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự
của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu khảo sát
tình hình thực tiễn và dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Viết
Nguyên.
Các số liệu, hình vẽ, bảng biểu và những kết quả trong luận văn là trung thực,
xuất phát từ thực tiễn và kinh nghiệm, chưa từng được công bố dưới bất cứ hình
thức nào.

Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên!
Tác giả luận văn

Nguyễn Hoài Nam

i


LUẬN VĂN THẠC SỸ

MỤC LỤC

Mục lục

Lời cam đoan ................................................................................................. i
Mục lục............................................................................................................ ii
Từ và thuật ngữ viết tắt ........................................................................... v
Danh lục hình .............................................................................................. ix
Danh lục bảng ............................................................................................. xi
Lời nói đầu ..................................................................................................... 1
Chƣơng 1 MẠNG THẾ HỆ KẾ TIẾP – NGN VÀ CÔNG NGHỆ
CHUYỂN MẠCH MỀM.- SOFTSWITCH .................................................. 3
1.1

Tổng quan về mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm .............. 3

1.2

Công nghệ chuyển mạch mềm( Soft switch) ........................................... 5

1.2.1
1.2.1
1.2.2

1.3
1.3.1
1.3.2

1.4
1.4.1
1.4.2
1.4.3
1.4.4

1.5

Những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh .................................................... 5
Định nghĩa về chuyển mạch mềm .............................................................................. 7
Những lợi ích mạng lại từ công nghệ chuyển mạch mềm ...................................... 9

Đặc điểm và kiến trúc mạng NGN .............................................................. 12
Kiến trúc mạng NGN ................................................................................................... 12
Các phần tử trọng mạng NGN .................................................................................. 14

Các dịch vụ chính trong mạng NGN........................................................... 16
Ứng dụng làm SS7, PRI Gateway ( giảm tải Internet ) ........................................ 16
Trung kế ảo - tổng đài chuyển mạch gói chuyển tiếp .......................................... 18
Tổng đài chuyển mạch nội hạt ................................................................................. 20
Thoại trên băng thông rộng ...................................................................................... 21

Tóm tắt chƣơng ................................................................................................. 25

Chƣơng 2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN HỆ ĐA PHƢƠNG TIỆN IP – IP
MULTIMEDIA SUBSYSTEM .................................................................... 26
2.1

Khái niệm chung về IMS ................................................................................ 26

2.2

Lịch sử phát triển của IMS ............................................................................ 29

2.2.1
2.2.2

Từ GSM tới 3 GPP Release 7 ..................................................................................... 29
Phiên bản Release 99 của 3GPP ............................................................................... 29

ii


LUẬN VĂN THẠC SỸ

2.2.3
2.2.4

2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3

2.3.4

2.4
2.4.1
2.4.2

2.5

MỤC LỤC

Bản Release 4 của 3GPP ............................................................................................ 30
Release 5, 6 và 7 ........................................................................................................ 30

Cấu trúc IMS theo tiêu chuẩn 3 GPP ......................................................... 34
Cấu trúc phân lớp ....................................................................................................... 34
Mềm dẻo trong truy nhập .......................................................................................... 35
Mô tả mối quan hệ các thực thể và các chức năng trong IMS ............................ 36
Các điểm tham chiếu IMS .......................................................................................... 46

So sánh softswtich và IMS............................................................................ 64
So sánh Softswitch và IMS ........................................................................................ 64
Chuyển đổi từ Softswitch lên IMS ............................................................................ 67

Tóm tắt chƣơng ................................................................................................. 69

Chƣơng 3 TRIỂN KHAI MẠNG NGN VỚI GIẢI PHÁP IMS CỦA
HÃNG ALCATEL-LUCENT ........................................................................ 70
3.1
3.1.1
3.1.2

Giới thiệu giải pháp IMS của hang Alcatel-Lucent. ............................. 70
Tổng quan giải pháp................................................................................................... 70
Hệ thống thiết bị IMS của Alcatel-Lucent ................................................................ 71

3.2

Sơ đồ cấu trúc mạng IMS sử dụng sản phẩm Alcatel-Lucent. ......... 75

3.3

Thiết bị điều khiển cổng đa phƣơng tiện 5020 MGC-8 ....................... 76

3.3.1
3.3.2
3.3.3

3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.4.5

Tổng quát về chức năng thiết bị 5020 MGC-8 ....................................................... 76
Chức năng điều khiển cổng đa phương tiện MGCF................................................ 78
Chức năng IBCF .......................................................................................................... 80

Thiết bị máy chủ báo hiệu cuộc gọi IP 5060 ICS.................................. 81
Vị trí 5060 ICS trong mạng........................................................................................ 81

Các chức năng của thiết bị 5060 ICS trong mạng ................................................. 82
Cấu trúc phần cứng và phần mềm thiết bị 5060 ICS ............................................ 85
Khối điều khiển dịch vụ IP 5450 ISC của thiết bị 5060 ICS trong mạng IMS.... 86
Khối điều khiển nguồn tài nguyên IP 5450 IRC của thiết bị 5060 ICS ............... 88

3.5

Thiết bị tài nguyên phƣơng tiện 5900 MRF............................................. 90

3.6

Máy chủ điều khiển vận hành trung tâm OMC-P .................................. 92

3.7

Thiết bị dịch vụ tin nhắn tích hợp 5100 CMS ......................................... 94

3.8

Thiết bị tính cƣớc hội tụ tức thời 8610 ICC ............................................ 95

iii


LUẬN VĂN THẠC SỸ

MỤC LỤC

3.9

Cổng kết nối 7510 MGW ................................................................................ 96

3.10

Thiết bị kiểm soát gói tin giữa hai mạng đồng cấp ACME 9200 ..... 97

3.11

Thiết bị an ninh Fortinet Fortigate -5000 ............................................... 99

3.12

Tóm tắt chƣơng ................................................................................................. 99

Chƣơng 4 KẾT NỖI HỆ THỐNG MẠNG NGN ALCATEL-LUCENT
VỚI THIẾT BỊ HUAWEI ......................................................................... 101
4.1

Giới thiệu. .......................................................................................................... 101

4.2

Tổng hợp kết quả đo kiểm tra. .................................................................. 103

4.2.1 Thiết bị điều khiển cổng phương tiện Alcatel-Lucent kết nối với thiết bị truy
nhập Huawei. ........................................................................................................................... 104
4.2.2 Thiết bị điều khiển cổng phương tiện Huawei kết nối với thiết bị truy nhập
Alcatel-Lucent. ......................................................................................................................... 107
4.2.3 Giao thức SIP-I giữa thiết bị điều khiển Alcatel-Lucent với thiết bị Huawei. ... 111

4.3

Đánh giá. ........................................................................................................... 113

4.4

Một số bản tin traces đo kiểm điển hình. .............................................. 114

4.4.1
4.4.2
4.4.3

Sơ đồ thủ tục đăng ký SIP....................................................................................... 114
Phân tích các bản tin. ............................................................................................... 116
Bản tin traces quá trình dăng ký SIP (IMS Alcatel-Lucent). ............................... 120

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................... 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 130

iv


LUẬN VĂN THẠC SỸ

TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ và thuật ngữ viết tắt
Từ viết tắt
(A-RACF)

Tiếng Anh
Access Resource

Tiếng Việt
Chức năng điểu khiển tài nguyên truy cập

Admission Control
Function
3rd Generation

Dự án hợp tác về mạng viễn thông thế hệ

Partnership Project

thứ 3

AAL2/ATM

ATM Adaptation Layer

Lớp thích ứng ATM

AKA

Authentication and Key

Sự nhận thực và thoả thuận khoá nhận

Agreement

thực

AUC

Authentication Centre

Trung tâm nhận thực

BGCF

Breakout Gateway

Chức năng điều khiển cổng vào ra

3GPP

Control Function
BICC

CAMEL

Bearer Independent Call

Điều khiển cuộc gọi độc lập với kênh

Control

mang

Customized Applications Giao thức hỗ trợ tối ưu các dịch vụ trên

for Mobile network

mạng di động

Enhanced Logic
CDR

Charging Data Record

Bản ghi dữ liệu tính cước

CS

Circuit Switch

Chuyển mạch kênh

CSE

Customized Service

Môi trường tối ưu dịch vụ

Enviroment

v


LUẬN VĂN THẠC SỸ

EDGE

TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Enhanced Data Rates for

Mạng vô tuyến cải tiến về giao diện vô

Global Evolution

tuyến GSM nhằm tăng tốc độ truyền số
liệu

GERAN

GGSN

GSM/Edge Radio

Mạng truy nhập vô tuyến GSM hoặc

Access Network

EDGE

Gateway GPRS Support

Nút hỗ trợ Cổng vào ra GPRS

Node

GPRS

General Packet Radio

Dịch vụ vô tuyến gói thông thường

Service
HSS

Home Subscriber Server

Máy chủ thuê bao thường trú
Chức năng thu thập tính cước cục bộ

ICCF
I-CSCF

Interrogating-CSCF

CSCF tham vấn

IMS

IP Multimedia

Phân hệ đa phương tiện dựa trên giao

Subsystem

thức Internet

International Mobile

Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

IMSI

Subscriber Identier
IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

ISIM

IP Multimedia Services

Modun nhận dạng các dịch vụ đa phương

Identity Module

tiện IP

Multimedia-Auth-

Yêu cầu nhận thực đa phương tiện

MAR

Request
MRFC

Multimedia Resource

Bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa

Function Controller

phương tiện

vi


LUẬN VĂN THẠC SỸ

MRFP

TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Media Resource

Bộ xử lý chức năng tài nguyên truyền

Function Processor

thông

MSC

Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động

OSA

Open Services

Kiến trúc các dịch vụ mở

Architecture
PCRF

Policy anh Charging

Chức năng luật tính cước và chính sách

Rule Function
P-CSCF

Proxy-CSCF

CSCF uỷ quyền

PS

Packet Switch

Chuyển mạch gói

PSI

Public Service Identity

Nhận dạng dịch vụ công cộng

PSTN

Public Switched

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Telephone Network
RACF+A75

RTP

Resource Access Control Phương tiện điều khiển truy nhập tài
Facility

nguyên

Real-time Transport

Giao thức truyền tải thời gian thực

Protocol
RTR

Registration-

Yêu cầu kết thúc đăng ký

Termination-Request
SA

Security Association

Sự kết hợp bảo mật

SBLP

Service-Based Local

Chính sách nội bộ dựa trên dịch vụ

Policy
SDP

Session Description

Giao thức mô tả phiên

Protocol

vii


LUẬN VĂN THẠC SỸ

TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

SEG

Security Gateway

Cổng vào ra bảo mật

SGSN

Serving GPRS Support

Nút hỗ trợ phục vụ GPRS

Node
SGW

Signalling Gateway

Cổng vào ra báo hiệu

SIM

Subscriber Identity

Modun nhận dạng thuê bao

Module
THIG

Topology Hiding Inter-

Cổng vào ra ẩn cấu hình giữa các mạng

network Gateway
UAR

User-Authorization-

Yêu cầu trao quyền người dùng

Request
UE

User Equipment

Thiết bị của người dùng

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Telecommunications
System
WCDMA

WLAN

Wideband Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã băng
Multiple Access

rộng

Wireless Local Area

Mạng nội vùng không dây

Network
UTRAN

UMTS Terrestrial Radio

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Access Network
USIM

UMTS Subscriber

Modun nhận dạng thuê bao UMTS

Identity Module

viii


LUẬN VĂN THẠC SỸ

DANH MỤC HÌNH

Danh lục hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

Hình
Hình
Hình

1-1 Cấu trúc mạng PSTN ................................................................................7
1-2 Kiến trúc PSTN và Softswitch ...............................................................11
1-3 Mô hình kiến trúc mạng NGN ...............................................................12
1-4 Mô hình mạng NGN...............................................................................15
1-5 Sơ đồ truy nhập Internet qua PRI .......................................................17
1-6 Sơ đồ truy nhập Internet qua trung kế SS7 .......................................18
1-7 Ứng dụng tổng đài chuyển mạch tandem ..........................................19
1-8 Kiến trúc tổng đài chuyển mạch gói nội hạt ......................................21
1-9 Các phần tử trong ứng dụng VoBB .....................................................21
1-10 Sơ đồ kết nối IAD và Customer Premise GW ...................................23
1-11 Ứng dụng NGN với đầu cuối IP và IP client....................................24
2-1 IMS trong các mạng hội tụ ...................................................................28
2-2 Vai trò của IMS trong các mạng chuyển mạch gói. ..........................30
2-3 Cấu trúc lớp và IMS ...............................................................................34
2-4 Truy nhập tự do trong IMS ...................................................................36
2-5 S-CSCF định tuyến và tạo lập phiên IMS cơ bản ...............................40
2-6 Cấu trúc HSS ...........................................................................................41
2-7 Mỗi quan hệ giữa các loại máy chủ .....................................................43
2-8 Sự chuyển đổi báo hiệu trong SGW ....................................................45
2-9 Cấu trúc IMS ...........................................................................................47
2-10 HSS giải pháp sử dụng SLF ................................................................54
2-11 So sánh kiến trúc Softswitch và IMS .................................................65
3-1 Cấu trúc logic mạng IMS với các thiết bị Alcatel-lucent ...................76
3-2 Vị trí thiết bị 5020 MGC-8 trên mạng NGN.........................................77
3-3 Thiết bị 5020 MGC-8 thực hiện chức năng MGCF .............................78
3-4 Chức năng IBCF trong MGC-8 ..............................................................80

3-5 Vị trí thiết bị 5060 ICS trên mạng........................................................81
3-6 Sơ đồ khối chức năng 5060 ICS ...........................................................84
3-7 Cấu trúc phần cứng 5060 ICS ..............................................................86
3-8 Thiết bị MRF trong mạng IP .................................................................90
4-1 Thiết bị IMS Alcatel-Lucent kết nối vỡi IMS hãng Huawei .............102
4-2 Softswitch Huawei kết nối truy nhập Alcatel-Lucent ......................107
ix


LUẬN VĂN THẠC SỸ

DANH MỤC HÌNH

Hình 4-3 Đo kiểm giao thức SIP-I giữa thiết bị điều khiển Alcatel-Lucent với
thiết bị Huawei ......................................................................................................111
Hình 4-4 Sơ đồ bản tin đăng ký .........................................................................115

x


LUẬN VĂN THẠC SỸ

DANH MỤC BẢNG

Danh lục bảng
Bảng 1-1 So sánh chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm .........................10
Bảng 2-1 Các đặc tính của IMS theo các phiên bản của 3GPP .......................33
Bảng 2-2 Các lệnh Cx .............................................................................................51
Bảng 2-3 Các lệnh Sh .............................................................................................55
Bảng 2-4 Tổng kết các điểm tham chiếu ............................................................64

Bảng 2-5 Đối chiếu sự tương quan giữa các phần tử của Softswitch và IMS
...................................................................................................................................65
Bảng 2-6 Sự khác nhau giữa Softswitch và IMS ................................................67
Bảng 2-7 Tách các chức năng cảu SBC theo mô hình lõi IMS của ETSI .......69
Bảng 3-1 Thiết bị lớp ứng dụng ...........................................................................72
Bảng 3-2 Thiết bị lớp điều khiển phiên ...............................................................74
Bảng 3-3 Thiết bị lớp truy cập và biên ................................................................74
Bảng 3-4 Các sản phẩm và chức năng hỗ trợ ....................................................75
Bảng 3-5 Các giao diện của thiết bị 5020 MGC-8 ..............................................79
Bảng 3-6 Các giao diện khối 5450 ISC ................................................................88
Bảng 3-7 Các giao diện SPDF của khối 5450 IRC ..............................................89
Bảng 3-8 Các giao diện PCRF của khối 5450 IRC ..............................................90
Bảng 3-9 Các giao diện của 5900 MRF ...............................................................92
Bảng 3-10 Các giao diện của server quản lý OMC-P.........................................93
Bảng 3-11 Các giao diện của thiết bị 5100 CMS................................................94
Bảng 3-12 Các giao diện của thiết bị 8610 ICC .................................................96
Bảng 3-13 Các giao diện của thiết bị 7510.........................................................97
Bảng 3-14 Các giao diện của thiết bị ACME 9200 .............................................98
Bảng 4-1 Danh mục thiết bị kết nối ...................................................................102
Bảng 4-2 Kết quả đo kiểm tra MGC Alcatel-Lucent kết nối với AG Huawei 107
Bảng 4-3 Kết quả đo kiểm tra MGC Huawei kết nối với AG Alcatel-Lucent.111
Bảng 4-4 Kết quả kiểm tra MGC Huawei kết nối với MGC Alcatel-Lucent ...113
Bảng 4-5 Phân tích các bản tin...........................................................................120

xi


LUẬN VĂN THẠC SỸ

LỜI NÓI ĐẦU

Lời nói đầu
Cùng vói sự phát triển của các ngành điện tử – tin học, công nghệ viễn thông
trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều các loại
hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, và chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt hơn
yêu cầu của khách hàng.
Trong xu hướng phát triển và hội tụ của viễn thông và tin học, cùng với sự
phát triển nhanh chóng về nhu cầu của người dùng đối với những dịch vụ đa
phương tiện chất lượng cao đã làm cho cơ sở hạ tầng thông tin và viễn thông đã có
những thay đổi lớn về cơ bản. Những tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống đã
không còn có thể đáp ứng được những đòi hỏi của người dùng về những dịch vụ tốc
độ cao, chính vì thế đòi hỏi cần phải có một giải pháp đáp ứng được yêu cầu đó. Xu
hướng viễn thông dựa trên nền tảng chuyển mạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và
hội tụ được các loại dịch vụ trên cùng một hạ tầng mạng là điều tất yếu.
Trước đây, mạng NGN bắt đầu được xây dựng với mô hình chuyển mạch
mềm (Softswitch) và đã thu được một số thành công nhất định. Nhưng từ khi 3GPP
giới thiệu IMS (Phân hệ đa phương tiện IP – IP Multimedia Subsystem) thì IMS đã
chứng tỏ được khả năng vượt bậc hơn so với Softswitch về nhiều mặt, và IMS dần
trở thành tiêu chuẩn chung để xây dựng mạng NGN ngày nay.
Phần đầu luận văn, em tập trung tìm hiểu và so sánh giữa Softswitch và IMS
để thấy được những ưu điểm rõ ràng của IMS so với Softswitch. Từ đó thấy được
giải pháp IMS để xây dựng trong NGN là một giải pháp ưu việt nhất hiện nay. Phần
sau, để mình họa rõ hơn về giải pháp này, em xin trình bày cụ thể giải pháp IMS
hãng cung cấp thiết bị viễn thông Alcatel-Lucent sẽ được triển khai thực tế tại Việt
Nam. Luận văn gồm các nội dung cơ bản như sau:
Chương 1: Mạng thế hệ kế tiếp –NGN và công nghệ chuyển mạch mềm.
Chương 2: Tổng quan về IMS
Chương 3: Triển khai mạng NGN với giải pháp IMS của hãng Alcatel-Lucent.
1

LUẬN VĂN THẠC SỸ

LỜI NÓI ĐẦU

Chương 4: Kết nối hệ thống mạng NGN Alcatel-Lucent với thiết bị Huawei
Bài luận văn tốt nghiệp đã được hoàn thành với sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình
của Tiến sỹ Nguyễn Viết Nguyên.
Em xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Viết Nguyên nói riêng, và khoa điện
tử Viễn Thông, Trường Đại Học Bách Khoa Hà nội nói chung.
Đồng thời cho phép em được bày tỏ lời cảm ơn đến các cán bộ kỹ thuật của công
ty: Công ty liên doanh thiết bị viễn thông Alcatel, Công ty Alcatel-Lucent Việt
Nam, Viện khoa học kỹ thuật Bưu điện đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn
thành tốt bài luận văn này.
Do thời gian có hạn nên bản luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những
thiếu sót, em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các
bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2010
Học viên

Nguyễn Hoài Nam

2


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chƣơng 1

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

MẠNG THẾ HỆ KẾ TIẾP – NGN VÀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN
MẠCH MỀM - SOFTSWITCH

Trong chương đầu tiên của đồ án, em xin trình bày lý thuyết về mạng thế hệ kế
tiếp NGN và mô hình triển khai sử dụng giải pháp Softswitch. Tiếp đó, em tập trung
tìm hiểu những dịch vụ nổi bật và vượt trội mà mạng thế hệ kế tiếp mang lại so với
hệ thống mạng hiện tại để làm rõ hơn về xu hướng và tính tất yếu của việc xây dựng
hệ thống mạng này. Mở đầu em xin trình bày tổng quan về mạng thế hệ kế tiếp
NGN.
1.1 Tổng quan về mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm
Sự gia tăng cả về số lượng và chất lượng của các nhu cầu dịch vụ ngày trở
nên phức tạp từ phía khách hàng đã kích thích sự phát triển nhanh chóng của thị
trường công nghệ Điện tử – Tin học – Viễn thông. Tuy nhiên, các công nghệ cơ bản
liên quan đến các tổng đài chuyển mạch kênh hiện nay đã phát triển quá chậm so
với tốc độ thay đổi và tốc độ chấp nhận liên quan đến công nghiệp máy tính.
Chuyển mạch kênh là các phần tử có độ tin cậy cao trong kiến trúc PSTN. Tuy
nhiên, chúng không bao giờ là tối ưu đối với chuyển mạch gói. Khi lưu lượng của
mạng ngày càng trở nên phong phú và đa dạng thì hiển nhiên phải có một công
nghệ, giải pháp mới cho thiết kế chuyển mạch của mạng tương lai, đó là xét về mặt
kỹ thuật. Còn khi xem xét ở khía cạnh kinh doanh thu lợi nhuận thì:
Thứ nhất, các nhà khai thác dịch vụ cạnh tranh và các nhà khai thác cấp trên
cùng phụ thuộc vào một tập hữu hạn các sản phẩm tổng đài điện thoại nội hạt, chính
điều đó buộc họ phải cung cấp các dịch vụ giống nhau. Và khi đã cung cấp các dịch
vụ giống nhau thì chỉ có một con đường duy nhất để thu hút khách hàng đó là chính
sách giá cả, muốn có một lượng khách hàng lớn thì phải giảm giá cước. Nhưng chỉ
tạo sự chênh lệch về mặt giá cả vốn đã không phải là một chiến lược kinh doanh lâu
dài tốt trong lĩnh vực viễn thông. Nếu có giải pháp nào đó mà cho phép tạo ra các

3


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

dịch vụ thật sự mới và hấp dẫn thì các nhà khai thác sẽ có cơ hội tạo sự khác biệt về
mặt dịch vụ chứ không chỉ về giá cước.
Thứ hai, khi xét về khía cạnh đầu tư, thì đối với bất kỳ một nhà đầu tư nào,
trước khi có ý định đầu tư vào việc xây dựng mạng, thì yếu tố quan trọng đầu tiên
mang tính quyết định đó là thời gian đầu tư và hoàn vốn, mà động lực của nó là tỷ
lệ giữa sự đổi mới và kết quả dự báo về kinh tế của công nghệ lõi được chọn trong
mạng. Do thời gian phát triển nhanh và chi phí vận hành cũng như bảo dưỡng các
mạng chuyển mạch gói thấp hơn nhiều so với chuyển mạch kênh, nên các nhà điều
hành mạng ngày nay tập trung chú ý đến công nghệ chuyển mạch gói IP.
Do vậy, khi càng ngày càng nhiều lưu lượng dữ liệu chảy vào mạng qua
Internet, thì cần phải có một giải pháp mới, đặt trọng tâm vào dữ liệu, cho việc thiết
kế chuyển mạch của tương lai dựa trên công nghệ gói để chuyển tải chung cả thoại
và dữ liệu. Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ đã và đang cố gắng
hướng tới việc xây dựng một Mạng thế hệ mới Next Generation Network - NGN
trên đó hội tụ các dịch vụ thoại, số liệu, đa phương tiện trên một mạng duy nhất - sử
dụng công nghệ chuyển mạch gói trên mạng xương sống (Backbone Network). Đây
là mạng của các ứng dụng mới và các khả năng mang lại lợi nhuận mà chỉ đòi hỏi
giá thành thấp. Và đó không chỉ là mạng phục vụ thông tin thoại, cũng không chỉ là
mạng phục vụ tryền số liệu mà đó là một mạng thống nhất, mạng hội tụ đem lại
ngày càng nhiều các dịch vụ tiên tiến đáp ứng nhu cầu ngày một tăng, và khắt khe
hơn từ phía khách hàng.
Mạng thế hệ mới NGN không phải là một cuộc cách mạng về mặt công nghệ
mà nó là một bước phát triển, một xu hướng tất yếu. Hạ tầng cơ sở mạng của thế kỷ

20 không thể được thay thế trong một sớm một chiều, vì thế NGN phải tương thích
tốt với môi trường mạng sẵn có và phải kết nối hiệu quả với mạng PSTN.
Những vấn đề mà mạng thế hệ mới cần giải quyết gồm:

4


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

 Vấn đề báo hiệu và điều khiển trên nhiều loại giao thức khác nhau cho
hội tụ thông tin thoại, fax, số liệu, đa phương tiện.
 Vấn đề kết nối với mạng chuyển mạch kênh hiện hữu, đặc biệt là kết nối
phần báo hiệu (mạng SS7).
 Vấn đề phát triển dịch vụ
Giải pháp cốt lõi trong mạng NGN chính là công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch.
1.2 Công nghệ chuyển mạch mềm ( Soft switch)
1.2.1 Những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh
Hiện nay cơ sở hạ tầng chuyển mạch viễn thông công cộng bao gồm rất nhiều
mạng, công nghệ và các hệ thống khác nhau, trong đó hệ thống chuyển mạch kênh
sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM-Time Division
Multiplex) đã phát triển khá toàn diện về dung lượng, chất lượng và quy mô mạng
lưới. Mạng PSTN ngày nay nói chung đáp ứng được rất tốt nhu cầu dịch vụ thoại
của khách hàng. Tuy nhiên trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ thoại còn có nhiều vấn
đề chưa được giải quyết một các thực sự thoả đáng, chưa nói đến những dịch vụ
mới khác.
Trong mạng chuyển mạch kênh ngày nay, chỉ có các khách hàng cỡ vừa và lớn
được hưởng lợi từ sự cạnh tranh trong thị trường dịch vụ viễn thông, họ có thể thuê
một số luồng E1 để đáp ứng nhu cầu của mình. Các khách hàng doanh nghiệp nhỏ,

cỡ 16 line trở xuống được hưởng rất ít ưu đãi. Trong khi đó thị trường các khách
hàng nhỏ mang lại lợi nhuận khá lớn cho các nhà khai thác dịch vụ. Các nhà khai
thác vẫn thu được rất nhiều từ các cuộc gọi nội hạt thời gian ngắn, từ các cuộc gọi
đường dài, và từ các dịch vụ tuỳ chọn khác như Voicemail. Hiện nay, tất cả các dịch
vụ thoại nội hạt đều được cung cấp thông qua các tổng đài nội hạt theo công nghệ

5


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

chuyển mạch kênh, đơn giản bởi vì chẳng có giải pháp nào khác. Chính điều này là
cản trở đối với sự phát triển của dịch vụ, bởi những nguyên nhân chính sau đây:
a. Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt
Hầu hết thị phần thiết bị chuyển mạch nội hạt do một số nhà sản xuất lớn
kiểm soát. Các tổng đài nội hạt của các nhà sản xuất này được thiết kế để phục
vụ hàng chục ngàn, thậm chí hàng trăm ngàn thuê bao. Vấn đề đặt ra ở đây là
chúng không thích hợp khi được sử dụng cho vài trăm cho đến vài ngàn thuê
bao, bởi vì giá thành thiết bị cao. Giá thấp nhất của một tổng đài nội hạt thường
ở khoảng vài triệu USD, con số có thể làm nản lòng các nhà cung cấp dịch vụ,
buộc họ chỉ dám tham gia vào các thị trường lớn nhất.
b. Không có sự phân biệt dịch vụ
Các tổng đài bao giờ cũng chỉ cung cấp tập các dịch vụ cho người sử dụng
như đợi cuộc gọi đến, chuyển cuộc gọi, xác định số chủ gọi, hạn chế cuộc gọi.
Hầu hết các dịch vụ này đều đã tồn tại từ nhiều năm qua, các dịch vụ hoàn toàn
mới tương đối hiếm. Thứ nhất bởi vì sẽ rất tốn kém khi phát triển và thử nghiệm
các dịch vụ mới, thứ hai cũng bởi vì tập các dịch vụ hiện có đã bao hàm hầu hết
các khả năng mà một khách hàng có thể thực hiện trên các nút bấm điện thoại

của mình.
c. Giới hạn trọng phát triển mạng
Thông thường sơ đồ đấu nối của mạng tổng đài chuyển mạch kênh là hình cây,
được thể hiện trên hình 1.1, ở trên là các tổng đài quốc tế, đến tổng đài Toll,
tổng đài tandem, tổng đài host. Cứ mỗi tổng đài mới được lắp thì nó phải nối với
các tổng đài đài cấp cao hơn với sơ đồ đầu nối phức tạp, mỗi hướng kết nối thì
phải tạo riêng các luồng truyền dẫn để kết nối với hai tổng đài điều này gây khó
khăn cho việc đấu nối chuyền dẫn, mặt khác khi bổ xung tổng đài mới thì lưu
lượng thoại ở các trung kế nối các tổng đài lớp trên ngày càng cao đến một lúc
6


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

nào đó thì phải nâng cấp mở rộng dung lượng của trung kế đó. Khi khai mới một
đầu số trong toàn mạng thì phải khai hết tất cả trong các tổng đài, điều này gây
mất rất nhiều thời gian và có thể gặp những sự cố không đáng có...
Mô hình tổ chức của mạng viễn thông thường thấy hiện nay là : một mạng tổng
đài TDM cấp thấp nhất (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động ...) được
nối với nhau bằng một mạng lưới trung kế điểmưđiểm khá phức tạp và nối tới
tổng đài chuyển tiếp cấp cao hơn (lớp 3, 4).

Hình 1-1 Cấu trúc mạng PSTN

1.2.1 Định nghĩa về chuyển mạch mềm
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
7


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

(pager)...Một sản phẩm Softswitch có thể bao gồm một hoặc nhiều phần chức năng,
các chức năng có thể cùng nằm trên một hệ thống hoặc phân tán trên những hệ
thống thiết bị khác nhau.
Softswitch nhìn chung 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 Gateway),

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.
 Có hệ thống quản lý tiên tiến trên cơ sở máy chủ (policy-Server-based) cho
tất các module phần mềm.
Một đặc điểm nữa của Softswitch là Softswitch không phải làm nhiệm vụ cung
cấp kênh kết nối như tổng đài vì liên kết thông tin đã được cơ sở hạ tầng mạng
NGN thực hiện theo các công nghệ chuyển mạch gói. Tức là công nghệ Chuyển
mạch mềm không thực hiện bất cứ “chuyển mạch” gì. Tất cả các công việc của
Softswitch được thực hiện với một hệ thống các mô đun phần mềm điều khiển và

8


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

giao tiếp với các phần khác của mạng NGN, chạy trên một hệ thống máy chủ có
hiệu năng, độ tin cậy và độ sẵn sàng ở cấp độ nhà cung cấp dịch vụ (Carrier -Class)
1.2.2 Những lợi ích mạng lại từ công nghệ chuyển mạch mềm
Mạng thế hệ sau có khả năng cho ra đời những dịch vụ giá trị gia tăng hoàn toàn
mới hội tụ ứng dụng thoại, số liệu và video. Các dịch vụ này hứa hẹn đem lại doanh
thu cao hơn nhiều so với các dịch vụ truyền thống.
• Do các dịch vụ của NGN được viết trên các phần mềm . Do đó việc triển khai,
nâng cấp, cũng như việc cung cấp các dịch vụ mới cũng trở nên dễ dàng.
• Khả năng thu hút khách hàng của mạng NGN rất cao, từ sự tiện dụng hội tụ cả
thoại dữ liệu, video đến hàng loạt các dịch vụ khác mà nhà cung cấp dịch vụ có thể
cung cấp cho khách hàng, thêm nữa họ có khả năng kiểm soát các dịch vụ thông tin
của mình điều này làm cho khách hàng luôn luôn thoả mãn và lệ thuộc hơn vào nhà

cung cấp dịch vụ, cơ hội kinh doanh của nhà cung cấp sẽ lớn hơn, và ổn định hơn.
• Giảm chi phí xây dựng mạng: Khi xây dựng một mạng hoàn toàn mới cũng như
mở rộng mạng có sẵn , thì mạng chuyển mạch mềm có chỉ phí ít tốn kém hơn nhiều
so với mạng chuyển mạch kênh. Điều này làm cho trở ngại khi tham gia thị trường
của những nhà khai thác dịch vụ mới không còn lớn như trước nữa. Hiện nay, sự
cạnh tranh giữa các nhà khai thác dịch vụ chính là những dịch vụ gì mà họ có thể
cung cấp cho khách hàng, và độ hài lòng của khách hàng khi sử dụng những dịch vụ
đó, nên hầu hết các nhà khai thác đều tập trung đầu tư vào việc viết phần mềm phát
triển dịch vụ.
• Giảm chi phí vận hành bảo dưỡng và quản lý mạng hiệu quả hơn: Softswitch
không còn các tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân lực điều hành,
chuyển mạch giờ đây sẽ là các máy chủ đặt phân tán trong mạng, được điều khiển
bởi các giao diện thân thiện người sử dụng (GUI) do đó chi phí điều hành và hoạt
động của mạng được giảm đáng kể.

9


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

• Sử dụng băng thông có hiệu quả hơn: Do mạng truyền vận của NGN là mạng
chuyển mạch gói cho nên với cùng một cơ sở hạ tầng truyền dẫn thì hiệu suất sử
dụng băng thông của nó cao hơn nhiều so với mạng chuyển mạch kênh. Thêm nữa,
theo như thống kê đối với thoại thì 60% thời gian cuộc gọi là khoảng lặng, mạng
thế hệ mới có cơ chế triệt khoảng lặng nên làm tăng hiệu suất sử dụng băng thông
một mức đáng kể.
Dưới đây là một số so sánh giữa công nghệ Chuyển mạch mềm và Tổng đài chuyển
mạch kênh:

Các đặc tính

Tổng đài PSTN

Softswitch

Phương pháp chuyển mạch

Phần mềm

Điện tử

Kiến trúc

Phân tán, mở

Riêng biệt từng nhà sản xuất

Khả năng thay đổi mềm dẻo

Có

Khó khăn

Khả năng tích hợp với ứng

Dễ dàng

Khó khăn

Giá thành

Rẻ

Đắt

Khả năng nâng cấp

Rất cao

Tốt

Multimedia

Có

Hạn chế

Hội nghị truyền hình

Có

Hạn chế

Dữ liệu truyền qua

Thoại, fax, data,

Chủ yếu thoại, fax

dụng của hãng thứ 3

video,…
Thiết kế cho độ dài cuộc gọi

Không hạn chế

Ngắn(vài phút)

Bảng 1-1 So sánh chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm

So sánh kến trúc giữa PSTN và softswitch
10


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

Hình 1-2 Kiến trúc PSTN và Softswitch

11


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

1.3 Đặc điểm và kiến trúc mạng NGN
1.3.1 Kiến trúc mạng NGN

Xét về mặt kiến trúc, NGN có thể được chia làm bốn lớp chức năng như sau:

Hình 1-3 Mô hình kiến trúc mạng NGN

a. Lớp truyền tải:
Chức năng cơ bản của lớp truyền tải là xử lý, chuyển vận gói tin. Lớp này bao
gồm các thiết bị đảm nhiệm đóng mở gói, định tuyến, chuyển gói tin dưới sự điều
khiển của lớp Điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane).
Lớp truyền tải được phân chia làm ba miền con:
 Miền truyền tải thông tin theo giao thức IP.Miền này bao gồm:
o Mạng truyền dẫn backbone.
o Các thiết bị mạng như : Router, Switch.
12


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chương 1 MẠNG NGN VÀ CHUYỂN MẠCH MỀM

o Các thiết bị cung cấp cơ chế QoS.
 Miền liên kết mạng:
Miền liên kết mạng với nhiệm vụ chính nhận các dữ liệu đến, chuyển đổi
khuôn dạng dữ liệu cho phù hợp để thông tin có thể truyền thông một
cách trong suốt trên toàn bộ mạng. Trong miền này là tập hợp các
Gateway như Signaling Gateway, Media Gateway, trong đó, Signaling
Gateway thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng PSTN và mạng IP và
tiến hành phiên dịch thông tin báo hiệu giữa hai mạng này. Media
Gateway thực hiện quá trình chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu giữa các môi
trường truyền thông khác nhau.
 Miền truy nhập không dựa trên giao thức IP.

Trong miền này bao gồm các thiết bị truy cập cung cấp các cổng kết nối
cho thiết bị đầu cuối thuê bao. cung cấp các dịch vụ như POTS, IP, VoIP,
ATM FR, xDSL, X25, IP-VPN.
b. Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi.
Đây là lớp trung tâm của hệ thống thực thi quá trình điều khiển, giám sát và xử
lý cuộc gọi nhằm cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối (end-toend) với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào. Thực thi quá trình giám sát các kết
nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thành phần của lớp
truyền tải -Transport Plane. Quá trình xử lý và báo hiệu cuộc gọi về bản chất có
nghĩa là xử lý các yêu cầu của thuê bao về việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi thông
qua các bản tin báo hiệu. Lớp này còn có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với
lớp ứng dụng và dịch vụ - Service and Application Plane. Các chức năng này sẽ
được thực thi thông qua các thiết bị như Media Gateway Controller ( hay Call
Agent hay Call Controller ), các SIP Server hay Gatekeeper.
c. Lớp ứng dụng và dịch vụ.
13