He thong softswicth trong mạng NGN

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian tìm hiểu và thực hiện, đồ án của em đã cơ bản được hoàn
thành, để đạt được kết quả này em đã hết sức cố gắng và nhận được sự giúp đỡ của
thầy cô và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô đã cung cấp những kiến thức cơ bản để
em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đặc biệt là thầy giáo Ks. Đỗ Đình Lực
đã hướng dẫn em trong suốt thời gian qua.
Mặc dù đã hoàn thành, nhưng do khả năng còn hạn chế nên bản báo cáo của
em còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn để
bản báo cáo của em được hoàn thiện.


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan rằng, nội dung của đồ án là kết quả của quá trình tìm hiểu và
nghiên cứu thực sự của bản thân, dựa trên cơ sở nghiên cứu lí thuyết, kiến thức
chuyên ngành dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Đỗ Đình Lực.
Nếu lời cam đoan trên không đúng sự thật em xin chịu toàn bộ trách nhiệm
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2014
Sinh viên

Nguyễn Thị Hương


MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH VẼ


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết

Tên đầy đủ và mô tả

tắt
ACF

Admission Confirm - Xác nhận

ACK

Acknowlodgment - Báo nhận

A-F

Acouting – Function - Chức năng tính cước

AGW

Acceess Gateway – Cổng truyền thông truy nhập

API

Application Programming Interface - Giao diện lập trình ứng dụng

AS

Application Server - Máy chủ ứng dụng

AS-F

Application Server Function - Chức năng máy chủ ứng dụng

ATM

Asynchornous Tranfer Mode - Chế độ truyền tải không đồng bộ

BICC

Bearer Independent Call Control – Giao thức điều khiển cuộc gọi
tệp tin

CAS

Channel Associated Signalling - Báo hiệu kênh chung

DNS

Domain Name Server - Tên miền máy chủ

DSP

Digital Signal Processors - Bộ xử lý tín hiệu số

IETF

Internet Engineering Task Force - Uỷ ban tư vấn kĩ thuật Internet

IN
ISDN
ISP

Intelligent Network - Mạng thông minh
Intergrated Services Digital Network - Mạng số tích hợp đa dịch vụ
Internet Service Provider - Nhà cung cấp dịch vụ Internet

IW-F

Interworking Function - Chức năng liên kết mạng

MCU

Multi-point Control Unit - Khối điều khiển đa điểm


MGC-F

MGC Function - Chức năng MGC

MG-F

MG Function - Chức năng MG

MTP

Message Tranfer Part - Phần truyền tải bản tin

NGN

Next Generation Network - Mạng thế hệ mới

PRI
PSTN

Primary Rate Interface - Giao diện tốc độ bít cơ sở
Public Switched Telephony Network - Mạng điện thoại công cộng

QoS

Quality of Service - Chất lượng dịch vụ

RAS

Remote Access Server - Máy chủ truy nhập từ xa

SG

Signalling Gateway - Cổng báo hiệu

SIP

Session Initiation Protocol - Giao thức khởi tạo phiên

SIGTRA

Signalling Transport - Truyền tải báo hiệu

N
TDM

Time Division Multiplexing - Ghép kênh phân chia theo thời gian

TGW

Trunk Gateway - Cổng trung kế

UDP

User Datagram Protocol - Giao thức gói tin nguòi sử dụng

VoIP

Voice over IP - Thoại qua IP

VPN

Virtual Private Network - Mạng riêng ảo

WDM

Warelength Division Multiplexing - Ghép kênh phân chia theo bước
sóng

xDSL

x Digital Subcriber Line Đuờng dây thuê bao số


LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển của công nghệ viễn thông cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách
hàng dẫn đến sự ra đời công nghệ mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network).

NGN là một mạng có kiến trúc đồng nhất, có khả năng hội tụ, tích hợp với các công
nghệ và dịch vụ viễn thông tốc độ cao đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS theo yêu cầu.
NGN cho phép các nhà khai thác viễn thông chi phí đầu tư thấp nhưng có khả năng thu
lợi nhuận cao.
Một trong những công nghệ nền tảng của NGN là công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch. Softswitch là hệ thống phần mềm điều khiển phân tán đảm bảo khả năng
điều khiển cuộc gọi và xử lý báo hiệu trong mạng thế hệ mới. Vì thế việc nghiên cứu
phần này là hết sức quan trọng và có ý nghĩa. Đó cũng là mục đích của đồ án này. Đặc
biệt đồ án sẽ đi sâu vào tìm hiều cụ thể về vai trò, kiến trúc, chức năng của chuyển
mạch mềm - Softswitch trong mạng thế hệ mới.
Đồ án tốt nghiệp của em trình bày về “Hệ thống Softswitch trong mạng NGN”.
Bài báo cáo của em gồm nhưng nội dung sau:

-

Chương 1: Tổng quan về mạng NGN

-

Chương 2: Softswitch trong mạng NGN

-

Chương 3: Các giao thức sử dụng

-

Chương 4: Mô phỏng hệ thống
Khi thực hiện đồ án em đã cố gắng hết sức để hoàn thành, song chắc chắn không

tránh khỏi thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn

để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn.
Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo Ks Đỗ Đình Lực – Bộ môn tin học viễn
thông đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.


CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN
1.1 Khái niệm
Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN- Next Generation Network) đang là xu
hướng ở nhiều nước trên thế giới do các tính chất tiên tiến của nó như: Hội tụ các
loại tín hiệu, mạng đồng nhất và băng thông rộng. Tại Việt Nam, lĩnh vực viễn thông
đang phát triển mạnh và nhu cầu người dùng về các loại hình dịch vụ mới ngày càng
cao.
NGN là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùng một hạ tầng cơ sở
dựa trên nền tảng IP, làm việc trên cả phương tiện truyền thông vô tuyến và hữu
tuyến. NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với cấu trúc mạng đa dịch vụ dựa
trên cơ sở hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất của các hệ thống quản lí và điều khiển.
Các ứng dụng cơ bản bao gồm: Thoại, hội nghị truyền hình và tin nhắn hợp nhất như
voice mail, email và fax mail, cùng nhiều dịch vụ tiềm năng khác.
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. Song vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho mạng NGN.
Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể hoàn toàn bao hàm hết ý
nghĩa của mạng thế hệ mới.
Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch
gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng
thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách
đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động.
Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM và
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 có thể cung cấp cho mạng IP một lượng lưu dữ

liệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng 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. Điều đáng quan tâm là làm thế nào để có
thể tận dụng hết lợi thế của sự hội tụ này.
Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển của nhu cầu truyền dẫn dữ liệu và các dịch
vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ. Các hệ thống mạng công
cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, truyền dữ
liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng lấn, tách rời được
triển khai để có thể đáp ứng được nhu cầu này. Do vậy, một sự chuyển đổi sang hệ
thống mạng chuyển mạch gói tập trung là không thể tránh khỏi và trở thành nguồn
tạo ra lợi nhuận chính. Cùng với sự bùng nổ của Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả
năng mạng thế hệ mới sẽ dựa trên giao thức IP. Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ
quan trọng và do đó những thay đổi này dẫn đến yêu cầu thoại chất lượng cao qua
IP.
1.2 Đặc điểm của NGN
• Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch) thay thế các thiết bị
chuyển mạch phần cứng (Hardware) cồng kềnh. Các mạng của từng dịch vụ
riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổng
đài duy nhất.
• Mạng hội tụ thoại và số liệu, cố định và di động: Các loại tín hiệu được
truyền tải theo kỹ thuật chuyển mạch gói, xu hướng sắp tới đang tiến lên sử
dụng mạng IP với kĩ thuật QoS như MPLS.
• Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: Mạng truyền dẫn quang với công
nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (Dense
Wavelength Division Multiplexing).


1.3 Cấu trúc và các thành phần chức năng của mạng NGN

1.3.1 Cấu trúc phân lớp
Cấu trúc NGN bao gồm 5 lớp chức năng:
-

Lớp truy nhập

-

Lớp truyền thông

-

Lớp điều khiển

-

Lớp ứng dụng/dịch vụ

-

Lớp quản lí

Hình 1.1 Cấu trúc phân lớp của mạng NGN
Lớp truy nhập dịch vụ: Lớp này cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu
cuối và mạng đường trục qua cổng giao tiếp MGC thích hợp. Mạng NGN kết nối tới
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, điện thoại số PSTN, di động vô
tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định, VoiIP… Các thiết bị truy nhập cung cấp
các kết nối với các thiết bị đầu cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng,

cáp quang hoặc thông qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập
vô tuyến cố định…).
Lớp truyền thông: Bao gồm các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ
thống truyền dẫn (SDH, WDM). Lớp này có khả năng tương thích các kĩ thuật truy
nhập khác với các kĩ 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 (PSTN,
FramRelay, LAN, vô tuyến…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên
mạng lõi và ngược lại. Nhờ đó, thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc
gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của các thiết bị điều
khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển.
Lớp điều khiển: Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành
phần chính là Softswitch còn gọi là Media Gateway Contronller hay Call Agent,
được kết nối với các thành phần khác nhằm để kết nối cuộc gọi hay quản lí địa chỉ
IP như: SGW (Signaling Gateway), MS (Media Server), FS (Feature Server), AS
(Application Server).


Hình 1.2 Các thành phần của chuyển mạch mềm
Lớp điều khiển được tổ chức theo các module và có thể bao gồm một số bộ
điều khiển độc lập như các bộ điều khiển dành riêng cho các dịch vụ: Thoại/báo hiệu
số 7, ATM/SVC, IP/MPLS… Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các
dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kì loại giao thức hay báo hiệu
nào và thực hiện các chức năng sau:
-

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 các nhãn giữa các giao diện cổng.

-

Phân bố lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối 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 media. Thống
kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng thời thực hiện các cảnh
báo.

-

Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các
thành phần thích hợp trong lớp điều khiển.

-

Quản lí bảo dưỡng các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển. Thiết lập quản
lí các luồng yêu cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng. Báo hiệu với các
thành phần ngang cấp.
Các chức năng như quản lí, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích

hợp trong lớp điều khiển.
Lớp ứng dụng/dịch vụ: Lớp này cung cấp các dịch vụ có băng thông khác
nhau và ở nhiều mức độ. Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp
điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ giao diện mở này mà nhà cung cấp

dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên


mạng. Trong mơi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia
kinh doanh trong lớp này.
Lớp ứng dụng dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như: Các dịch vụ
thoại, VPN cho thoại và số liệu, video theo u cầu, dịch vụ đa phương tiện, thương
mại điện tử, các trò chơi trên mạng thời gian thực. Bên cạch đó còn các dịch vụ
mạng thơng minh IN (Intelligent Network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng
Internet cho khách hàng thơng qua lớp điều khiển…
Lớp quản lí: Đây là lớp đặc biệt xun suốt các lớp trên. Các chức năng
quản lí được chú trọng là: Quản lí mạng, quản lí dịch vụ, quản lí kinh doanh.

1.4.2 Các thành phần trong mạng NGN
Cá
c server
ứ
ng dụng

Lớ
p ứ
ng dụng
Lớ
p điề
u khiể
n
Lớ
p truyề
n thô
ng

Softswitch hay
Media Gateway
Controller
Media
Gateway

Lớ
p truy nhậ
p vàtruyề
n dẫ
n
Switch - Router

Router

Cá
c doanh
nghiệ
p lớ
n

Cá
c cô
ng ty nhỏ
/
Khá
ch hà
ng tại
vă

n phò
ng tại
nhà
/ Vù
ng dâ
n cư
gia,...

Thuêbao di độ
ng

Hình 1.3 Các thành phần chức năng
Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong mạng NGN có mối quan hệ
tương quan với nhau. Theo hình 1.4 ta nhận thấy, các thiết bị đầu cuối kết nối đến
mạng truy nhập (Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thơng (Media


Gateway) nằm ở biên của mạng trục. Thiết bị quan trọng nhất của NGN là
Softswitch nằm ở tâm của mạng trục (hay còn gọi làm mạng lõi). Softswitch điều
khiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức. Hình 1.5 liệt kê
chi tiết các thành phần NGN cùng với các đặc điểm kết nối của nó đến mạng công
cộng (PSTN).

Hình 1.4 Các thành phần trong mạng
Mô tả hoạt động của các thành phần:
• Thiết bị Softswitch
Thiết bị Softswitch là thiết bị đầu não trong mạng NGN. Nó làm nhiệm vụ
điều khiển cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng để tạo một cuộc gọi trong mạng NGN
hoặc xuyên qua nhiều mạng khác (Ví dụ PSTN, ISDN). Softswitch còn được gọi là

Call Agent (vì chức năng điều khiển cuộc gọi) hoặc Media Gateway Controller –
MGC (vì chức năng điều khiển cổng truyền thông Media Gateway).
Thiết bị Softswitch có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các
cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway).
Softswitch điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính:
-

Ngang hàng (peer- to- peer): Giao thức giữa Softswitch và Softswitch, giao
thức sử dụng là BICC hay SIP.

-

Điều khiển truyền thông: Giao thức giữa Softswitch và Gateway, giao thức sử
dụng là MGCP hay Megaco/H.248.

• Cổng truyền thông
Nhiệm vụ của cổng truyền thông (MG – Media Gateway) là chuyển đổi việc
truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng khác, thông
thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet) hoặc từ dạng mạch
analog/ISDN sang dạng gói. Việc chuyển đổi này được điều khiển bằng Softswitch.
MG thực hiện việc mã hóa, giải mã và nén dữ liệu.
Ngoài ra, MG còn hỗ trợ các giao tiếp với mạng điện thoại truyền thống
(PSTN) và các giao thức khác như CAS (Channel Associated Signalling) và ISDN.
Vậy MG cung cấp phương tiện truyền thống để truyền tải thoại, dữ liệu, fax và hình
ảnh giữa mạng truyền thống PSTN và mạng IP.
• Cổng truy nhập
Cổng truy nhập (AG – Access Gateway) là một dạng của MG. Nó có khả
năng giao tiếp với máy PC, thuê bao của mạng PSTN, xDSL và các giao tiếp với
mạng gói IP qua giao tiếp STM. Mạng hiện nay, lưu lượng thoại từ thuê bao được

kết nối đến tổng đài chuyển mạch PSTN khác bằng giao tiếp V5.2 thông qua cổng
truy nhập. Tuy nhiên, trong NGN cổng truy nhập được điều khiển từ Softswitch qua


giao thức MGCP hay Megaco/H.248. Lúc này, lưu lượng thoại từ thuê bao sẽ được
đóng gói và kết nối vào mạng IP.
• Cổng báo hiệu
Cổng báo hiệu (Signalling Gateway – SG) đóng vai trò như cổng giao tiếp
giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 – Signalling System 7) và được quản lí bởi thiết bị
Softswitch trong mạng IP. Cổng SG đòi hỏi một đường kết nối vật lí đến mạng SS7
và phải sử dụng các giao thức phù hợp. SG tạo ra một cầu nối giữa mạng SS7 và
mạng IP, dưới sự điều khiển của Softswitch. SG làm cho softswitch giống như một
điểm nút bình thường trong mạng SS7. Lưu ý rằng SG chỉ điều khiển SS7, còn MG
điều khiển các mạch thoại thiết lập bởi cơ chế SS7.
• Mạng trục IP
Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp công nghệ ATM hoặc MPLS.
Vấn đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành hai xu hướng. Các dịch vụ và
ứng dụng trên NGN được quản lí và cung cấp bởi các máy chủ dịch vụ (server). Các
máy chủ này hoạt động trong mạng thông minh (IN – Intelligent Network) và giao
tiếp với mạng PSTN thông qua SS7.

1.5 Các công nghệ được áp dụng cho mạng NGN
Ngày nay các yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã
thúc đẩy nhanh chóng sự phát triển của thị trường công nghệ điện tử - tin học – viễn
thông. Nhưng xu hướng phát triển 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.
Các công nghệ áp dụng trong mạng NGN như: IP, ATM, IP over ATM và MPLS.
1.5.1 Công nghệ IP
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin được thực hiện theo
cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu truyền 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 này là duy nhất trong toàn mạng và có đầy đủ thông tin cần thiết cho việc
chuyển gói tin đến đích.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút mạng. Do vậy,
cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về poto mạng, thông tin về
nguyên tắc truyền tin và nó phải hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút.
Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong bảng định tuyến (Forwarting
table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể chuyển gói tin đến hướng đích.
Dựa vào bảng chuyển tin, cơ cấu truyền tin chuyển mạch các gói IP hướng tới đích.
Phương thức chuyển tin truyền thống là từng chặng một. Phương thức này yêu cầu
kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau. Sự
không nhất quán của kết quả sẽ dẫn tới việc chuyển gói tin sai hướng, điều này dẫn
tới việc mất gói tin.
Kiểu chuyển tiếp từng chặng ảnh hưởng đến khả năng của mạng. Ví dụ như,
nếu các gói tin chuyển đến cùng một địa chỉ đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được
truyền cùng một tuyến tới đích. Điều này khiến cho mạng không thể thực hiện được
một số chức năng như định tuyến theo đích, theo dịch vụ. Tuy nhiên, phương thức
này định tuyến và chuyển gói tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở
rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với những
sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được về sự thay đổi poto mạng thông
qua việc cập nhật lại thông tin về trạng thái kết nối.
Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở
rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện ở phương thức định
tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
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 chiều dài cố định, trong đó vị trí của gói không phụ

thuộc vào đồng hồ đồng bộ mà 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 có hai đặc điểm quan trọng :
-

Thứ nhất 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 lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động
trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho
việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn.

-

Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm
giúp cho việc định tuyến được dễ dàng.
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó 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. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc
thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện định
tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao
đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập
kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực
hiện hai điều: Dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào
tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các
kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng
chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP.
Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói
tin qua router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell
có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều

so với của IP router và việc này được thực hện trên các thiết bị phần cứng chuyên
dụng. Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP
router truyền thống.


1.5.3 IP over ATM
Hiện nay, trong xây dựng mạng IP, có đến mấy loại kỹ thuật, như IP over SDH/
SONET, IP over WDM và IP over Fiber. Còn kỹ thuật ATM, do có các tính năng như
tốc độ cao, chất lượng dịch vụ (QoS), điều khiển lưu lượng, mà các mạng lưới dùng
bộ định tuyến truyền thống chưa có, nên đã được sử dụng rộng rãi trên mạng đường
trục IP. Mặt khác, do yêu cầu tính thời gian thực còn tương đối cao đối với mạng
lưới, IP over ATM vẫn là kỹ thuật được chọn trước tiên hiện nay. Cho nên việc
nghiên cứu đối với IP over ATM vẫn còn rất quan trọng. Mà MPLS chính là sự cải
tiến của IP over ATM kinh điển, cho nên ở đây chúng ta cần nhìn lại một chút về
hiện trạng của kỹ thuật IP over ATM.
IP over ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ
thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2), giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với
nhau, giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP…) nữa mới đảm
bảo nối thông. Điều đó hiện nay trên thực tế đã được ứng dụng rộng rãi. Nhưng
trong tình trạng mạng lưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây
ra nhiều vần đề cần xem xét lại.
Trước hết, vấn đề nổi bật nhất là trong phương thức chồng xếp, phải thiết lập
các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết. Như thế có thể sẽ
gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ
sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải làm ( như số VC, lượng tin điều khiển)
đều có cấp số nhân bình phương của N điểm nút. Khi mà mạng lưới ngày càng rộng
lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng lưới quá tải.
Thứ hai là phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP over ATM ra
làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật
lý. Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ có ảnh

hưởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau. Mặt khác, khi lưu


lượng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai đối với
băng rộng.
Hai điểm nêu trên đều làm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho
mạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp, nhưng không thể đáp ứng được nhu cầu
của mạng đường trục Internet trong tương lai. Trên thực tế, hai kỹ thuật này đang
tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm.
Thứ ba là trong phương thức chồng xếp IP over ATM vẫn không có cách nào
đảm bảo QoS thực sự.
Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ, không
xét gì đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vào một
loạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức này. Cách làm
như thế có thể gây ảnh hưởng không tốt đối với độ tin cậy của mạng đường trục.
Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM – đa giao thức trên ATM)
LANE (LAN Emulation – Mô phỏng LAN) cũng chính là kết quả nghiên cứu để giải
quyết các vấn đề đó, nhưng các giải thuật này đều chỉ giải quyết được một phần các
tồn tại, như vấn đề QoS chẳng hạn. Phương thức mà các kỹ thuật này dùng vẫn là
phương thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ. Hiện nay đã xuất hiện
một loại 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
Đối với các nhà thiết kế mạng, sự phát triển nhanh chóng, sự mở rộng không
ngừng của mạng Internet, sự tăng vọt của lượng dịch vụ cũng như sự phức tạp của
các loại hình dịch vụ, đã dần dần làm cho mạng viễn thông hiện tại không còn đáp
ứng được. Một mặt, các nhà khai thác khó kiếm được lợi nhuận, nhưng mặt khác thì
thuê bao lại quan tâm là giá cả quá cao, tốc độ quá chậm. Thị trường bức bách đòi

hỏi có một mạng tốc độ cao hơn, giá cả thấp hơn. Đây là nguyên nhân căn bản để ra
đời một loạt các kỹ thuật mới, trong đó có MPLS.
Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng
rộng (B-ISDN), hay là IP đạt thành công lớn trên thị trường hiện nay, đều tồn tại
nhược điểm khó khắc phục được. Sự xuất hiện của MPLS – kỹ thuật chuyển mạch
nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự chọn lựa tốt đẹp cho cấu trúc mạng
thông tin tương lai. 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. Hiện
nay càng có nhiều người tin tưởng một cách chắc chắn rằng MPLS sẽ là phương án
lý tưởng cho mạng đường trục trong tương lai.
MPLS tách chức năng của 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.
Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng.
Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng
các nhãn để xác định tuyến của gói tin và nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn
nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, do vậy cải thiện được khả
năng của thiết bị. Các router sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label Switch
Router).
Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp
mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR và thủ tục gán nhãn để chuyển
thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể
hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open
Shortest Path First) và BGP (Border Bateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều
khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch
vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây là một điểm vượt trội của MPLS so với
các định tuyến cổ điển.

Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting). Do MPLS là
công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền
thường cao hơn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS
phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm
bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi
của lớp vật lý bên dưới.
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng được
dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin
thuộc một FEC có thể được xác định bởi một giá trị của nhăn. Do vậy, trong miền
MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin.
Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ
dàng dùng RTFM ( Real-Time Flow Measurement). Bằng cách giám sát lưu lượng
tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có
thể được xác định nhanh chóng. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp
này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ
điểm đầu đến điểm cuối của miền MPLS).
Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với
tính chất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch
vụ của mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện
một cách rõ rệt. Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển
khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại.


CHƯƠNG 2 SOFTSWITCH TRONG MẠNG NGN
2.1 Sự ra đời của Softswitch
Trong tương lai, mạng thế hệ mới sẽ hoàn toàn dựa trên cơ sở hạ tầng là mạng
gói. Vì vậy việc chuyển từ mạng viễn thông hiện tại lên mạng thế hệ mới phải được
trải qua nhiều giai đoạn. Do PSTN hiện nay vẫn hoạt động tốt và cũng cấp dịch vụ
khá tin cậy (99.999%) nên việc chuyển cả mạng truy nhập và mạng lõi của PSTN
thành mạng gói là rất tốn kém. Để tận dụng cơ sở hạ tầng của PSTN và ưu điểm của

chuyển mạch gói, cấu hình mạng NGN bao gồm chuyển mạch kênh và chuyển mạch
gói được thể hiện như hình sau:

Hình 2.1 Mô hình tổng quát
Theo hình trên, tổng đài cấp 5 (tổng đài nội hạt) dùng chuyển mạch kênh
(Circuit – Switched Local – Exchange) thể hiện qua phần mạng PSTN vẫn được sử
dụng. Như đã biết, phần phức tạp nhất trong những tổng đài này chính là phần mềm
xử lí cuộc gọi. Phần mềm này chạy trên một bộ xử lí chuyên dụng được tích hợp sẵn


với phần cứng vật lí chuyển mạch kênh. Hay nói cách khác, phần mềm sử dụng
trong các tổng đài nội hạt phụ thuộc vào phần cứng của tổng đài. Điều đó gây khó
khăn cho việc tích hợp mạng PSTN và mạng chuyển mạch gói khi xây dựng NGN.
Giải pháp có thể thực thi là tạo ra một thiết bị lai (Hybrid Device) có thể chuyển
mạch thoại ở cả dạng kênh và dạng gói với sự tích hợp của phần mềm xử lí gọi.
Điều này được thực hiện bằng cách tách riêng chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức
năng chuyển mạch vật lí. Thiết bị đó chính là bộ điều khiển cổng phương tiện MGC
sử dụng chuyển mạch mềm - Softswitch. Hay Softswitch là thiết bị thực hiện việc
xử lí cuộc gọi trong mạng NGN.
Việc phân tích chức năng điều khiển cuộc gọi và dịch vụ từ mạng truyền tải
nằm dưới là giải pháp cho mạng dựa trên chuyển mạch mềm. Hỗ trợ các giao diện
báo hiệu chuẩn sẽ cung cấp kết nối liền mạch giữa PSTN truyền thống và các mạng
công cộng thế hệ mới, đảm bảo việc phát triển mềm dẻo cho các hệ thống. Thoại qua
chuyển mạch gói, mạng chuyển tiếp khung và mạng tế bào thể hiện một thị trường
to lớn, tạo ra cơ hội cho các nhà kinh doanh và khai thác.

Hình 2.2 Ví dụ về Softswitch trong mạng


Softswitch cho phép kết nối giữa Internet, các mạng vô tuyến, các mạng cáp và

các mạng điện thoại truyền thống. Hình 2.2 giới thiệu về sự hội tụ mạng có thể đạt
được nhờ sử dụng chuyển mạch mềm. Chuyển mạch mềm cho phép mạng điện thoại
thông tin với thế giới Internet. Phương thức kết nối, hệ thống đánh số danh bạ và
phương thức tính cước của thế giới thoại sẵn có đối với mạng khác (gồm cả Internet)
sử dụng Softswitch.
Mạng điện thoại truyền thống sử dụng các chuyển tiếp cấp 5 và cấp 4 theo kĩ
thuật ghép kênh theo thời gian (TDM) để truyền dữ liệu thoại. Đồng thời cũng sử
dụng mạng báo hiệu SS7 để thực hiện việc thiết lập, giải phóng cuộc gọi và cùng các
chức năng khác. Mạng điện thoại truyền thống được tích hợp với mạng IP nhờ sử
dụng các thành phần nào đó của chuyển mạch mềm, gồm có các cổng phương tiện
(MG) (chuyển mạch dữ liệu thoại giữa các mạng khác nhau) và các cổng báo hiệu
(SG) (chuyển dữ liệu báo hiệu cuộc gọi giữa các mạng khác nhau). Điển hình là
mạng IP được sử dụng để xử lí dữ liệu thoại. Mạng IP cũng giống như mạng Internet
công cộng, ngoại trừ việc cung cấp chất lượng dịch vụ cho dữ liệu thoại, thường
được thực hiện với công nghệ IP qua ATM (IP over ATM).
Hầu hết Softswitch được triển khai hỗ trợ ở các tổng đài cấp 4 (Toll), cấp 5
(tổng đài nội hạt) và các dịch vụ giá trị gia tăng có liên quan. Với sự phát triển của
kinh tế, Internet và thương mại điện tử, các yêu cầu dịch vụ từ các nhà điều hành
mạng, các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP), các nhà cung cấp dịch vụ mạng
(NSP) và các nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng (ASP) đang hợp nhất. Khả năng tích
hợp thông tin và các dịch vụ qua các mạng khác nhau làm cho chuyển mạch mềm
thu hút các thương doanh và các ứng dụng.

2.2 Khái niệm
Softswitch (chuyển mạch mềm) là khái niệm tương đối mới, xuất hiện lần đầu
tiên vào khoảng năm 1995. Hiện nay, khái niệm về chuyển mạch mềm có nhiều khái
niệm khác nhau, tùy thuộc vào từng hãng viễn thông.