Mạng viễn thông thế hệ sau NGN

ạo ra những nguồn doanh thu mới, không phụ thuộc vào các nguồn doanh thu từ các dịch vụ truyền thống. Công nghệ mạng hiện nay dựa trên công nghệ chuyển mạch kênh sử dụng dung lượng truyền dẫn có hiệu quả thấp, không hợp nhất được với truyền số liệu dẫn đến chi phí khai thác cao, hệ thống có tính mở thấp dẫn đến thời gian đưa dịch vụ ra thị trường chậm, do vậy không thể đáp ứng được các yêu cầu kinh doanh nêu trên. Mạng viễn thông thế hệ sau NGN (Next Generation Network) là một mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động bắt nguồn từ sự tiến bộ của công nghệ thông tin và các ưu điểm của công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn quang băng rộng. Có thể nói mạng NGN đã đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu kinh doanh mà các thế hệ mạng cũ gặp rất nhiều hạn chế. Trong quyển dồ án tốt nghiệp này em sẽ trình bày về hai phần : tổng quan về NGN và Soft Switch trong NGN . Em xin chân thành cảm ơn cô Hồ Anh Tuý đã tạo điều kiện và giúp đỡ em rất nhiều để em có thể hoàn thành đựơc quyển đồ án tốt nghiệp này. Do kiến thức và hiểu biết còn hạn hẹp cho nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đánh giá góp ý để em có thể bổ sung thêm kiến thức và tích lũy thêm kinh nghiệm cho những hoạt động thực tiễn sau này. Phần I Tổng quan về NGN Chương I Xu hướng phát triển thị trường công nghệ Điện Tử-Tin học-Viễn Thông. 1.Những hạn chế của mạng viễn thông hiện tại. Hiện nay có rất 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 rất nhiều nhược điểm mà quan trọng nhất là : Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng . Thiếu mềm dẻo : Sự ra đời của các công nghệ mới ảnh hưởng mạnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu. Ngoài ra , sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán được , mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau. Ta dễ dàng nhận thấy mạng hiện tại mạng hiện tại sẽ rất khó thích nghi với những đòi hỏi này. Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng , vận hành cũng như sử dụng tài nguyên. Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng. Mạng viễn thông hiện nay được thiết kế nhằm mục đích khai thác dịch vụ thoại là chủ yếu, đứng ở góc độ này, mạng đã phát triển tới một mức giới hạn về sự cồng kềnh và tồn tại mọt số khuyết điểm cần khắc phục : + Kiến trúc tổng đài độc quyền làm cho các nhà khai thác gần như phụ thuộc hoàn toàn vào các nhà cung cấp tổng đài . Điều này không những làm giảm sức cạnh tranh cho các nhà khai thác , đặc biệt là những nhà khai thác nhỏ , mà còn tốn nhiều thời gian và tiền bạc khi muốn nâng cấp và ứng dụng các phần mềm mới. + Các tổng đài chuyển mạch kênh đã khai thác hết năng lực và trở nên lạc hậu đối với nhu cầu của khách hàng. Các chuyển mạch Class5 đang tồn tại làm hạn chế khả năng sáng tạo va triển khai các dịch vụ mới, từ đó dẫn đến việc làm giảm lợi nhuận của các nhà khai thác . + Sự bùng nổ lưu lượng thông tin đã khám phá sự kém hiệu quả của chuyển mạch kênh TDM. Chuyển mạch kênh truyền thống chỉ dùng để truyền các lưu lượng thoại có thể dự đoán trước ,và nó không hỗ trợ lưu lượng dữ liệu tăng đột biến một cách hiệu quả. Khi lượng dữ liệu tăng vượt lưu lượng thoại, đặc biệt đối với dịch vụ truy cập Internet quay số trực tiếp , thường xảy ra nghẽn mạch do nguồn tài nguyên hạn hẹp. Trong khi đó, chuyển mạch kênh làm lãng phí băng thông khi các mạch đều rỗi trong một khoảng thời gian mà không có tín hiệu nào được truyền đi. Đứng trứơc tình hình phát triển của mạng viễn thông hiện nay , các nhà khai thác nhận thấy rằng “sự hội tụ giữa mạng PSTN và mạng PSDN ” là chắc chắn xảy ra . Họ cần có một cơ sở hạ tầng duy nhất cung cấp cho mọi dịch vụ (tương tự – số, băng hẹp – băng rộng , cơ bản - đa phương tiện… ) để việc quản lý tập trung , giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành , đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay. 2.Xu hướng phát triển công nghệ dịch vụ mạng. Với sự gia tăng cả về số lượng và chất lượng của các nhu cầu dịch vụ ngày càng 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. Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thoả mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai. Thị trường viễn thông trên thế giới đang đứng trong xu thế cạnh tranh và phát triển hướng tới mạng viễn thông toàn cầu tạo ra khả năng kết nối đa dịch vụ trên phạm vi toàn thế giới. Xu hướng phát triển công nghệ điện tử – viễn thông – tin học ngày nay trên thế giới được ITU thể hiện một cách tổng quát trong hình vẽ hình 1: các dịch vụ thông tin được chia thành hai xu thế : Hoạt động kết nối định hướng ( Connection Oriented Operation). Hoạt động không kết nối (Connectionless Operation) Các cuộc gọi trong mạng viễn thông, PSTN, ISDN là các hoạt động kết nối định hướng, các cuộc gọi được thực hiện với trình tự : quay số - xác lập kết nối - gửi và nhận thông tin - kết thúc. Với chất lượng mạng tốt, các hoạt động kết nối định hướng luôn luôn đảm bảo chất lượng dịch vụ thông tin. Công nghệ ATM phát triển cho phép phát triển các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ. Khác với các cuộc gọi quay số trực tiếp theo phương thức kết nối định hướng, các hoạt động thông tin dựa trên giao thức IP như việc truy nhập Internet không yêu cầu việc xác lập trước các kết nối, vì vậy chất lượng dịch vụ có thể không được đảm bảo. Tuy nhiên do tính đơn giản, tiện lợi với chi phí thấp, các dịch vụ thông tin theo phương thức hoạt động không kết nối phát triển rất mạnh theo xu hướng nâng cao chất lượng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với các dịch vụ thông tin theo phương thức kết nối định hướng. Hai xu hướng phát triển này dần tiệm cận và hội tụ với nhau tiến tới ra đời công nghệ ATM/IP. Hình 1.1: Các xu hướng phát triển trong công nghệ mạng [ITU TSB] CO = Hoạt động kết nối định hướng CL = Hoạt động không kết nối = Song hướng Cạnh tranh với CO IP CL CO ATM PSTN/ISDN Môi trường viễn thông QoS không được đảm bảo QoS được đảm bảo QoS cao Chương II Cấu trúc mạng NGN 1. Nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ sau NGN. Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau đây : Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. Mạng có cấu trúc đơn giản Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng. Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới. Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh Việc tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý và nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bàn hành chính mà tổ chức theo vùng mạng hay vùng lưu lượng. Trên cơ sở nguyên tắc tổ chức như vậy, các phương thức xây dựng, phát triển mạng thế hệ sau NGN có thể chia thành hai khuynh hướng như sau : Phát triển các dịch vụ mới trên cơ sở mạng hiện tại tiến tới phát triển mạng NGN Đây là xu hướng đối với những nơi có : Mạng viễn thông đã và đang phát triển hiện đại hoá Các dịch vụ hiện tại đã phát triển trên cơ sở mạng hiện có Có các nhu cầu phát triển các dịch vụ mới. Mạng NGN được phát triển theo nhu cầu dịch vụ trên cơ sở mạng hiện tại. Xây dựng mới mạng NGN Mạng NGN được xây dựng với nhiệm vụ trước mắt là đảm bảo các nhu cầu về dịch vụ mạng hiện nay. Tiến tới phát triển các nhu cầu về dịch vụ mới. Các dịch vụ mới được triển khai trên mạng NGN. Các dịch vụ phát triển tiếp theo của mạng hiện tại Các dịch vụ phát triển tiếp theo của mạng thế hệ mới Các dịch vụ hiện nay của mạng hiện tại Sự phát triển mạng Sự phát triển dịch vụ Hình 2.1 : Xu hướng phát triển mạng và dịch vụ Đây là xu hướng phát triển của những nơi có mạng viễn thông chưa được hiện đại hoá, các nhu cầu chủ yếu là các dịch vụ viễn thông cơ bản hiện tại, nhu cầu dịch vụ mới chưa có nhiều. Con đường phát triển là xây dựng mới tiến thẳng đến mạng NGN. Các dịch vụ phát triển tiếp theo của mạng thế hệ mới Các dịch vụ hiện nay của mạng hiện tại Các dịch vụ hiện nay của mạng thế hệ mới Sự phát triển mạng Sự phát triển dịch vụ Hình 2.2: Xu hướng phát triển mạng và dịch vụ 2. Cấu trúc chung và đặc điểm của NGN : Cho đến nay NGN vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưa có một khuyến nghị chính thức nào của ITU về cấu trúc NGN. Các hãng cung cấp thiết bị đưa ra một số mô hình khác nhau. Các diễn đàn, hiệp hội và tổ chức viễn thông khác đang cố gắng để tiến tới những nguyên tắc chung và những chuẩn chung cho mạng NGN. Nhìn chung từ các mô hình này, cấu trúc mạng viễn thông thế hệ sau có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau: - Lớp truy nhập ( Access) - Lớp chuyển tải (Transport/ Core) - Lớp điều khiển (Control) - Lớp quản lý (Management) Lớp điều khiển (Control) Lớp quản lý Lớp chuyển tải (Transport / Core) Hình 2.3: Cấu trúc mạng thế hệ sau Lớp truy nhập (Access) Trong đó : - Lớp truy nhập ( Access):  + Vô tuyến (Wireless) : Thông tin di động, vệ tinh, truy nhập vô tuyến cố định + Hữu tuyến (wire) :Cáp đồng, cáp quang Lớp chuyển tải (core,transport):  + Truyền dẫn : quang SDH, WDM + Chuyển mạch : ATM/IP Lớp điều khiển (control):Hiện nay đang rất phức tạp, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề cần quan tâm. - Lớp Quản lý (management) : Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp trên. Các chức năng quản lý được chú trọng là : + Quản lý mạng  + Quản lý dịch vụ + Quản lý kinh doanh 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 Trong môi trường phát triển cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ. Lớp quản lý Lớp chuyển tải (Transport / Core) Hình 2.4: Cấu trúc mạng và dịch vụ thế hệ sau Lớp truy nhập (Access) Lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service) Lớp điều khiển (Control) Đặc điểm của NGN : Mạng NGN có nền tảng là hệ thống mạng mở. Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới. Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất. Mạng NGN có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cao, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu. 3.Cấu trúc vật lý của NGN. 3.1 Sơ đồ cấu trúc vật lý mạng NGN: Hình 2.5: Cấu trúc vật lý mạng NGN 3.2 Các thành phần mạng và chức năng. Hình 2.6: Các thành phần chính của mạng NGN Các thành phần chính bao gồm : Media Gateway (MG). Media Gateway Controller (MGC). Signaling Gateway (SG). Media Server(MS). Application Server. Media Gateway(MG). Hình 2.7: Cấu trúc của Media Gateway Media Gateway cung cấp phương tiện dể truyền tải thông tinh thoại , dữ liệu , fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN , sữ liệu thoại được mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói , mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Người ta sử dụng 1 bộ xử lý tín hiệu số DSP thực hiện các chức năng : chuyển đổi AD, nén mã thoại i/audio, triệt tiếng dội , bơ khoảng lặng , mã hóa, tái tạo tín hiệu thoại , truyền các tín hiệu DTMF, … Các chức năng của một MG: - Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP (Real Time Protocol). - Cung cấp khe thời gian T1 dưới sự điều khiển của MGC, đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này. - Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS< QSIG và ISDN qua T1. - Quản lý tài nguyên kết nối T1. - Cung cấp khả năng thay nóng các Card T1 hay DSP. - Có phần mềm MG dự phòng . - Cho phép khả năng mở rộng MG về : cổng, cards, các nút mà không làm thay đổi các thành phần khác. Đặc tính hệ thống. Là một thiết bị vào , ra đặc biệt (I/O) . Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các bản tin MGC, thư viện DSP…. Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (Login). Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (mạng IP), mở rộng một vài giao diện T1/E1 với mạng TDM. Mật độ khoảng 120 ports (DSO’s). Sử dụng bus H.110 để đảm bảo tính linh động cho hệ thống nội bộ. 3.2.2 Media Gateway Controller. Đây là đơn vị chính của Softswitch , nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi , còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG thiết lập và xử lý cuộc gọi, ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS. MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượngthoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau, nó còn được gọi là Call Agent do chức năng điều khiển các bản tin. Một MGc kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiều cho Softswitch. Hình 2.8: Cấu trúc của Softswitch Các chức năng của MGC. Quản lý cuộc gọi. Các giao thức thiết lập cuộc gọi thoại : H323, SIP. Giao thức điều khiển truyền thông : MGCP, Megaco, H.248 Quản lý lớp dịch vụ và chất lượng dịch vụ. Giao thức quản lý SS7 : SIGTRAN (SS7 over IP). Xử lý báo hiệu SS7. Quản lý các bản tin liên quan QoS như RTCP. Thực hiện định tuyến cuộc gọi . Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR-Call Detail Record). Điều khiển quản lý băng thông. Đối với Media Gateway: . Xác định và cấu hình thời gian thực cho các DSP .Phân bổ kênh DS0. .Truyền dẫn thoại(mã hóa, nén ,đóng gói) . Đối với Signaling Gateway, MGC cung cấp : . Các loại SS7. .Các bộ xử lý thời gian. .Cấu hình kết nối. . Mã của nút mạng thông tin cấu hình. Đăng ký Gatekeeper Đặc tính hệ thống. Là một CPU đặc biệt , yêu cầu là hệ thống đa xử lý, có khả năng mở rộng theo chiều ngang. Cần bộ nhớ lớn để lưu trữ cơ sở dữ liệu, điều này cũng rất cần thiết cho các quá trình đa xử lý. Chủ yếu làm việc với lưu lượng IP, do đó yêu cầu các kết nối tốc độ cao. Hỗ trợ nhiều loại giao thức. Độ sẵn sàng cao. 3.2.3 Signalling Gateway(SG). SG tạo ra một chiếc cầu giữa mạng SS7 với mạng IP dưới sự điều khiển của MGC. SG làm cho Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7, nhiệm vụ chính của Sg là xử lý thông tin báo hiệu. Các chức năng của Signalling Gateway: Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu. Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP. Cung cấp đường dẫn ruyền dẫn cho thoại , dữ liệu và các dạng dữ liệu khác. Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cho các dịch vụ viễn thông. Đặc tính hệ thống: Là một thiết bị vào, ra I/O. Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình , các lộ trình … Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập , ko yêu cầu dung lượng lớn. Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP). Giao tiếp với mạng SS7 bằng cách sử dụng một luồng EE/T1, tối thiểu 2 kênh D, tối đa 16 kênh D. Để tăng hiệu suất và tính linh động người ta sử dụng bus H.110 hay H.100. Yêu cầu độ sẵn sàng cao : nhiều SG, nhiều liên kết báo hiệu… 3.2.4 Media Server (MS). Trong Softswitch, MS là thành phần lựa chọn. được sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt , một MS phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất. Các chức năng của một Media Server. Chức năng voicemail cơ bản. Hộp thư fax tích hợp , các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các bản tin ghi am trước (pre-record message). Khả năng nhận tiếng nói (nếu có). Khả năng hội nghị truyền hình. Khả năng chuyển thoại sang văn bản. Đặc tính hệ thống. Là một CPU, có khả năng quản lý lưu lượng bản tin MGCP. Lưu trữ các phương pháp thực hiện liên kết với DSP nội bộ hay lân cận. Cần dung lượng bộ nhớ lớn để lwu trữ các cơ sở dữ liệu, bộ nhớ đệm , thư viện … Dung lượng đĩa tương đối nhỏ. Quản lý hầu hết lưu lượng IP nếu tất cả tài nguyên IP được sử dụng để xử lý thoại. Sử dụng bú H.110 để tương thích với cảd DSP và MG. Độ sẵn sàng cao. 3.2.5 Application Server/Feature Server. Đây là một server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp, vì vậy , nó còn được gọi là server ứng dụng thương mại. Hầu hết các server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswitch về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng. Hình 2.9: Cấu trúc của Server ứng dụng Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giap tiếp với Call Agent thông qua các giao thức như SIP, H.323, … Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng. Chức năng của Application Server. Xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thường cho hệ thống đa chuyển mạch Một số dịch vụ đặc tính. Hệ thống tính cước- Call Agents sử dụng các bộ CDR. Dịch vụ này cho phép các khách hàng truy nhập vào bản tin tính cước của họ thông qua các cuộc gọi thoại hay yêu cầu trang Web. H.323 Gatekeeper- dịch vụ hỗ trợ định tuyến thông qua các miền khác nhau, ngoài ra nó còn cung cấp điều khiển tính cước và quản lý băng thông cho Softswitch. VPN- Dịch vụ thiết lập mạng riêng ảo: . Băng thông xác định (thông qua mạng thuê riêng tốc độ cao). . Đảm bảo QoS. . Nhiều tính năng riêng theo chuẩn. . Kế hoạch quay số riêng. . Bảo mật các mã thoại được truyền dẫn. Đặc tính hệ thống. Yêu cầu một CPU tiện ích cao, phụ thuộc vào các ứng dụng đặc biệt khác nhau. Cần bộ nhớ lớn với độ trễ thấp. CPU có khả năng mở rộng dể đáp ứng cho việc nâng cấp dịch vụ và lưu lượng. Đặt một vài cơ sở dữ liệu trong Server. Dung lượng đĩa lớn tùy thuộc vào đặc tính ứng dụng Giao diện Ethernet (với mạng IP) được thực hiện với đầy đủ khả năng dự phòng. 4.Các tổ chức quốc tế với việc xây dựng mô hình NGN. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ điện tử, tin học, viễn thông, các yêu cầu ngày càng gia tăng cả về số lượng, chất lượng và loại hình dịch vụ, sự ra đời của các sản phẩm thiết bị mới đã ảnh hưởng mạnh mẽ đối với cấu trúc mạng,ảnh hưởng trực tiếp đến sự tồn tại và phát triển của các hãng sản xuất cung cấp thiết bị, các nhà khai thác viễn thông. Với sự tham gia của các hãng và các nhà khai thác này, mạng thế hệ sau là vấn đề thu hút sự quan tâm của nhiều tổ chức viễn thông nhằm hướng tới một mô hình cấu trúc mạng mới trên nền tảng công nghệ hiện đại, đầu tư hiệu quả, đáp ứng các yêu cầu phát triển phong phú đa dạng các dịch vụ. Trong đó có thể kể đến hoạt động của các tổ chức viễn thông sau đây : ITU-T các nhóm SG16, SG11, SG13, SG2, SG8 IETF với các nhóm PINT WG, MMUSIC WG, IPTEL, SIGTRAN WG [PINT : PSTN and Internet Internetworking (Liên kết mạng thoại và Internet) MMUSIC : Multiparty Multimedia Session Control (Điều khiển đa thành phần đa phương tiện ) SIGTRAN : Signaling Transport ( Chuyển tải báo hiệu) IPTEL : IP Telephony ( Điện thoại IP) ] MSF ( Multiservice Switching Forum – Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ ) . ETSI với dự án TIPHONE (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization over Network – Giao thức viễn thông và Internet trên mạng) ATM Forum ( Diễn đàn ATM ) ISC ( International Softwitch Consortium – Tổ chức quốc tế nghiên cứu về chuyển mạch mềm) TINA (Telecommunication Information Networking Architecture Consortium – Hiệp hội nghiên cứu cấu trúc mạng thông tin viễn thông) AMF (Asian Multimedia Forum - Diễn đàn châu á về đa phương tiện): Diễn dàn này được thiết lập từ năm 1996 và đến năm 1997 đã có 55 tành viên với các nghiên cứu định hướng kiến trúc phát triển bao gồm: cơ sở hạ tầng, dịch vụ mạng, ứng dụng, thị trường. Các đề án thử nghiệm đã được thực hiện ở khu vực châu á là : thử nghiêm ATM với các tuyến 45Mb/s Nhật bản-Hôngkong, 2Mb/s Nhật bản-Thái lan, 2Mb/s Nhật bản-Indonesia và các thử nghiệm khác như : các dịch vụ mạng, quản lý mạng, kết nối, các ứng dụng VTOA ( Voice-Telephone Over ATM). Tuy nhiên cho đến thời điểm này, chưa có một mô hình nào được các tổ chức chính thức xem như mô hình chuẩn cho mạng NGN, các kết quả nghiên cứu hầu hết vẫn đang ở dạng được tiếp tục phát triển. Sau đây là một số mô hình mạng cần quan tâm : 4.1 Mô hình của ITU : Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN nằm trong mô hình lớn của cấu trúc hạ tầng thông tin toàn cầu GII (Global Infomation Infrastructure) do ITU đưa ra. Mô hình này bao gồm 3 lớp chức năng sau đây : Các chức năng ứng dụng Các chức năng trung gian bao gồm : + Các chức năng điều khiển dịch vụ + Các chức năng quản lý Các chức năng cơ sở bao gồm : + Các chức năng mạng (bao gồm chức năng chuyển tải và chức năng điều khiển) + Các chức năng lưu giữ và xử lý + Các chức năng giao diện ngưòi-máy. [ Mô hình cấu trúc này được trình bày trong các khuyến nghị Y.100 “GII Overview “và Y.110 “GII Principles & Framework Architecture” , Y.120 “GII Scenario Methodology and Example of Use” thuộc nhóm SG13 ] Hình 2.10: Các chức năng GII và mối quan hệ của chúng. Các chức năng trung gian Giao diện chương trình ứng dụng Giao diện chương trình cơ sở Cấu trúc Các chức năng ứng dụng Các chức năng cơ sở Cung cấp dịch vụ xử lý và lưu trữ thông tin phân tán Các chức năng giao tiếp người–máy Các chức năng xử lý và lưu trữ Chức năng điều khiển Chức năng truyền tải Chức năng điều khiển Chức năng truyền tải Cung cấp dịch vụ truyền thông chung Truyền thông và nối mạng thông tin Chức năng dịch vụ Sj Mạng truy nhập (X) BVideo Đơn vị truynhập (X) TV PC Thoại E D F CPN #: dùng cho mạng quản lý Mạng đường trục (Cl) C Mạng truy nhập (Y) HVDSL W Chức năng dịch vụ Sj Asi # # Bsi Mn Mn Hx K L Mạng đường trục (Ck) Đơn vị truynhập (Z) Jx Điện thoại không dây Hình 2.11: Mô hình tham chiếu đối với các ứng dụng [ITU-T Draft Rec.Y120] Phần mạng truy nhập bao gồm các kết nối Vô tuyến : Điện thoại không dây/ thông tin di động… Hữu tuyến với đầu cuối thoại, TV, máy tính… Kết nối với mạng truy nhập khác Trong Draft khuyến nghị Y.120 ITU đưa ra mô hình tham chiếu với các loại điểm tham chiếu; tương ứng với các loại điểm tham chiếu này là các loại giao diện kết nối (đang tiếp tục được ITU nghiên cứu). Mô hình thực hiện của GII được phân đoạn như sau : Phân đoạn mạng quốc tế Phân đoạn mạng lõi (Core) Phân đoạn mạng truy nhập (Access) Phân đoạn mạng khách hàng Các ứng dụng dịch vụ thông tin qua các giao diện có thể giao tiếp với phần mạng khách hàng, phần mạng truy nhập hoặc phần mạng lõi. Các phần mạng này đều có hai chức năng : + Chức năng truyền tải + Chức năng điều khiển 4.2.Một số hướng nghiên cứu của IETF : IETF (Internet Engineering Task Force) là tổ chức nghiên cứu các tiêu chuẩn mở đối với các nhà thiết kế, khai thác, cung cấp…chủ yếu trong lĩnh vực Internet. Theo IETF, cấu trúc của cơ sở hạ tầng thông tin toàn cầu sử dụng giao thức cơ sở IP cần phải có mạng chuyển tải toàn cầu sử dụng giao thức IP với bất cứ công nghệ lớp kết nối (layer link) nào. Nghĩa là, IP cần có khả năng chuyển tải các truy nhập và đường trục có giao thức kết nối (link layer) khác nhau. Đối với mạng truy nhập trung gian, IETF có IP trên mạng chuyển tải cáp (IP CDN – Cable Data Network) và IP với môi trường không gian (vô tuyến) Đối với mạng đường trục, IETF có hai giao thức chính là IP trên ATM và mạng quang phân cấp số đồng bộ SONET/SDH và IP với giao thức điểm nối điểm ( PPP - Point to Point ) với SONET/SDH. Với các công nghệ kết nối mới , IETF định nghĩa cách thức truyền IP trên lớp kết nối. Mô hình IP over ATM của IETF xem IP như một lớp trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM. Phương thức tiếp cận này cho phép IP vầ ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức. Tuy nhiên phương thức này không tân dụng được hết các khả năng của ATM và không thích hợp với mạng nhiều router vì vậy không đạt hiệu quả cao. IETF là tổ chức đưa ra nhiều tiêu chuẩn về MPLS (Multiprotocol Label Switching). MPLS là kết quả phát triển của IP Switching sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP 4.3. Mô hình của MSF : SF (Multiservice Switching Forum – Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ) đưa ra mô hình cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ bao gồm các lớp như sau: Lớp thích ứng Lớp chuyển mạch Lớp điều khiển Lớp ứng dụng Và lớp quản lý đặc biệt liên quan đến 3 lớp : thích ứng, chuyển mạch và điều khiển. ... TCP/IP Video ATM Multiservice ... Voice Lớp ứng dụng Bộ điều khiển IP/MPLS Bộ điều khiển Voice/SS7 Bộ điều khiển ATM/SVC TDM FR Chuyển mạch lai ghép Lớp điều khiển Lớp chuyển mạch Lớp thích ứng Các giao thức, giao diện, API báo hiệu/IN tiêu chuẩn Lớp quản lý Các giao thức, giao diện mở rộng Các giao diện logic và vật lý tiêu chuẩn Hình 2.12: Cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ Với cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ của MSF cần có một số chú ý như sau : Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp thích ứng, chuyển mạch và điều khiển . Cần phân biệt các chức năng quản lý (management) với các chức năng điều khiển (control). Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào (ở đây mô tả các loại giao thức và báo hiệu hiện đã và đang được sử dụng như : IP/MPLS, Voice/SS7, ATM/SVC ) Sau đây là mô hình các khối chức năng của hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ : ic Tổ hợp chuyển mạch biên Tổ hợp xử lý biên Tổ hợp xử lý lõi Tổ hợp chuyển mạch lõi ic ic ia Tổ hợp xử lý lõi Tổ hợp chuyển mạch lõi Tổ hợp chuyển mạch biên Tổ hợp xử lý biên Biên MSS Biên MSS Lõi MSS Lõi MSS Hình 2.13: Biên và lõi hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ Quản lý điều khiển Quản lý chuyển mạch và thích ứng Lớp điều khiển Báo hiệu và các giao thức khác Xử lý điều khiển Các cổng khác Cổng thoại Cổng ATM Chuyển mạch lai ghép Tổ hợp xử lý Lớp quản lý Xử lý điều khiển Các giao diện và giao thức được định nghĩa bởi MSF Gia tăng các giao thức quản lý Lớp quản lý Lớp chuyển mạch Lớp thích ứng Tổ hợp quản lý Tổ hợp chuyển mạch Hình 2.14: Chuyển mạch đa dịch vụ và các giao thức, giao diện tổ hợp điều khiển Các chức năng của lớp điều khiển bao gồm : Định tuyến và định tuyến lại lưu lượng giữa các khối chuyển mạch Thiết lập các yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện cổng Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối hoặc mỗi luồng và thực hiện việc quản lý giám sát điều khiển để đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng. Điều khiển các chức năng của lớp thích ứng Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp thích ứng Thống kê và ghi lại các thông số và chi tiết về cuộc gọi (như số lượng cuộc gọi, thời gian… ) và các cảnh báo Lớp điều khiển cần được tổ chức theo kiểu modul và có thể bao gồm một số bộ điều khiển độc lập. Ví dụ : có thể bao gồm các bộ điều khiển riêng rẽ cho các dịch vụ : thoại/báo hiệu số 7, ATM/SVC, IP/MPLS. Thu nhận thông tin báo hiệu từ mỗi cổng và chuyển các thông tin này tới các thành phần khác trong mạng lớp điều khiển Điều phối kết nối và các thông số của lớp thích ứng như : tốc độ bit, loại mã hoá… với các thành phần của lớp thích ứng tại các chuyển mạch đa dịch vụ đầu xa. Lớp thích ứng cung cấp chức năng báo cáo và giám sát tới lớp điều khiển và lớp quản lý một cách thích hợp với các giao thức điều phối này. Quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển. Thiết lập quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các luồng yêu cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng đặc biệt và thông tin các trạng thái này cho các khối chức năng dịch vụ mạng đặc biệt. Báo hiệu với các thành phần ngang cấp. Lớp ứng dụng bao gồm các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic dịch vụ của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như trường hợp dịch vụ thoại truyền thống. Một số ví dụ về các loại ứng dụng dịch vụ được đưa ra sau đây: Các dịch vụ thông tin và nội dung Mạng riêng ảo (VPN) đối với thoại và số liệu Các dịch vụ thoại Video theo yêu cầu Nhóm các dịch vụ đa phương tiện Thương mại điện tử Các trò chơi trên mạng thời gian thực. 4.4. TINA Mô hình cấu trúc mạng của TINA cũng bao gồm các thành phần chính - có thể xem như các lớp mạng như sau : Lớp truy nhập Lớp truyền dẫn và chuyển mạch (chuyển tải) Lớp điều khiển và quản lý Các kết quả nghiên cứu của TINA tập trung vào lớp điều khiển và quản lý. CORBA SS7 gaterway kTN SCP (Legacy) Các thành phần kiến trúc dịch vụ TINA IOP Mạng chuyển tải chuyển mạch chuyển mạch SSP (Legacy) INAP : Giao thức ứng dụng mạng thông minh. IOP : Giao thức kết hợp ORB SS#7: Hệ thống báo hiệu số 7 SSP : Điểm chuyển dịch vụ Truy nhập di động POTS ISDN Truy nhập Băng rộng Hình 2.15: Mô hình kết nối với các mạng đang tồn tại (theo TINA) Theo mô hình kinh doanh viễn thông trong thị trường mở và tự do cạnh tranh thì có các thành phần sau đây tham gia vào việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đến người sử dụng là : Các nhà cung cấp kết nối Các nhà cung cấp dịch vụ Các nhà bán lẻ Các nhà môi giới. Nhà môi giới Nhà tiêu thụ Nhà bán lẻ Nhà cung cấp dịch vụ Nhà cung cấp kết nối Hình 2.16 : Mô hình kinh doanh (theo TINA) Mục tiêu của người tiêu thụ sử dụng dịch vụ viễn thông và của tất cả các thành phần tham gia vào việc cung cấp các dịch vụ viễn thông là phải cung cấp các dịch vụ viễn thông một cách thông suốt đến khách hàng sử dụng. Trong môi trường viễn thông phát triển và cạnh tranh, có rất nhiều dịch vụ viẽn thông mới đa dạng, phong phú và phức tạp, mặt khác với cùng một số loại hình dịch vụ có thể có nhiều nhà khai thác có khả năng cung cấp kết nối cho khách hàng hoặc một cuộc gọi có thể phải đi qua nhiều mạng của nhiều nhà khai thác khác nhau, khách hàng có thể yêu cầu nhiều loại dịch vụ viễn thông từ các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ khác nhau…Điều này đặt ra những bài toán quản lý, điều khiển kết nối rất phức tạp. Chính vì vậy, tron._.g mô hình cấu trúc mạng thế hệ mới, trong khi các hệ thống thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch được gộp chung trong lớp mạng chuyển tải, thì điều khiển và quản lý mạng trở thành một lớp và quản lý mạng là một lớp khác đặc biệt quan trọng và liên quan có tính xuyên suốt các lớp khác. 4.5. ETSI : ETSI vẫn đang tiếp tục thảo luận về mô hình cấu trúc mạng thế hệ mới NGN. Với mục tiêu cung cấp tất cả các dịch vụ viễn thông truyền thống và các dịch vụ viễn thông mới bao gồm : PSTN/ISDN, X.25, FR, ATM, IP, GSM, GPRS, ITM 2000 …(theo các định nghĩa của GII và EII), ETSI phân chia việc nghiên cứu cấu trúc mạng theo các lĩnh vực sau : Lớp chuyển tải trên cơ sở công nghệ quang Công nghệ gói trên cơ sở mạng lõi dung lượng cao trên nền IP/ATM Điều khiển trên nền IP Dịch vụ và ứng dụng trên nền IP Quản lý trên cơ sở IT và IP Và các vấn đề khác như truy nhập đa dịch vụ trên cơ sở đa công nghệ. Tháng 6 năm 2001, nhóm nghiên cứu SG#2 của ETSI đã đưa ra mô hình cấu trúc chức năng và cấu trúc mạng NGN như sau : Các nhà khai thác mạng và các ứng dụng đối với khách hàng Chức năng mạng thông minh cơ bản Chức năng mạng cơ bản Giao diện dịch vụ thoại Giao diện dịch vụ số liệu Giao diện dịch vụ tính cước Giao diện dịch vụ chỉ dẫn Chức năng chuyển tải mạng Hình 2.17 : Cấu trúc chức năng mạng NGN theo ETSI Theo phân lớp của ETSI thì mạng NGN có 5 lớp chức năng. Các ứng dụng đối với khách hàng từ các nhà khai thác mạng thông qua các giao diện dịch vụ, các giao diện dịch vụ được phân loại thành 4 loại. Cấu trúc mạng NGN theo ETSI bao gồm 4 lớp : Lớp kết nối Lớp điều khiển và các ứng dụng truyền thông Lớp các ứng dụng và nội dung Lớp quản lý. Trong mô hình cấu trúc này, lớp kết nối bao gồm cả truy nhập và lõi cùng với các cổng trung gian, nghĩa là lớp kết nối theo cấu trúc này bao gồm toàn bộ các thành phần vật lý / các thiết bị trên mạng. Lớp quản lý là một lớp đặc biệt - khác với lớp điều khiển. Theo thể hiện này, lớp quản lý có tính năng xuyên suốt nhằm quản lý 3 lớp còn lại. Mô hình cấu trúc mạng NGN vẫn tiếp tục được các nhóm nghiên cứu của ETSI thảo luận. Điều khiển truyền thông Servers Các ứng dụng dịch vụ Di động Các dịch vụ điện thoại Điện thoại Định vị Bản tin Điện thoại di động Dữ liệu di động PMS/SMR VoIP Bộ điều khiển Lõi/ Chuyển tải Các mạng IP/đa dịch vụ khác Các mạng điện thoại khác Truy nhập Truy nhập Truy nhập Di động Cố định Băng rộng Kết nối Quản lý Hình 2.18: Cấu trúc mạng NGN theo ETSI 5.Mô hình NGN do một số hãng cung cấp. Alcatel : Alcatel đưa ra mô hình mạng thế hệ sau với các lớp : Lớp truy nhập và truyền tải Lớp trung gian Lớp điều khiển Lớp dịch vụ mạng Các dịch vụ mạng độc lập Thiết bị mạng đã có Hình 2.19 :Sơ đồ mạng tương lai (Mô hình của Alcatel) Lớp điều khiển Lớp dịch vụ mạng Lớp truy nhập và truyền tải Dịch vụ/báo hiệu mạng đã có Truy nhập từ xa Lớp trung gian Khách hàng Người sử dụng Thiết bị của ALCATEL : Alcatel giới thiệu sản phẩm tổng đài đa dịch vụ, đa phương tiện 1000 MM E10 (hay Alcatel 1000 Softswitch) cho giải pháp xây dựng mạng NGN: Alcatel đưa ra họ sản phẩm 1000 MM E10 làm các hệ thống cơ sở cho xây dựng mạng viễn thông thế hệ mới từ mạng hiện có. Năng lực xử lý của hệ thống rất lớn so với các hệ thống E10 trước đây, lên đến 8 triệu BHCA, tốc độ chuyển mạch ATM có thể lên tới 80 Gbit/s. Đặc điểm lớn nhất của hệ thống này là chuyển một số chức năng liên quan đến điều khiển cuộc gọi như chương trình kết nối ATM bán cố định, chương trình xử lý số liệu cho việc lập kế hoạch đánh số, định tuyến, điểm điều khiển dịch vụ nội hạt, quản lý kết nối băng rộng... lên các máy chủ (server) chạy trên UNIX. Các dịch vụ mạng độc lập DCS Lớp truy nhập/truyền tải ADM SS7, ISDN, B-ISDN, RADIUS, … Thiết bị mạng thừa kế Hình 2.20: Các thành phần của mạng thế hệ sau (Mô hình của Alcatel) Tạo/quản lý/ mạng/dịch vụ MGC Lớp điều khiển RC SGW Lớp dịch vụ mạng SEN Dịch vụ/báo hiệu mạng thừa kế Khách hàng IAD NGDLC/ DSLAM ADSL ADSL/TR-057 IP/ATM GR-303/ TR-008 IP/ ATM Mạng truy nhập Truy nhập vô tuyến 3G Truy nhập vô tuyến IS41/GR-303 Truy nhập tích hợp PPP/ATM/FR Trung kế TDM SNMP, CMIP,… TGW DGW MSW AGW CSW WGW Lớp thiết bị IP, SS7, MSF, MGCP … AGW : Cổng truy nhập, CSW : Chuyển mạch chính, LAD : Thiết bị truy nhập tích hợp, MGC : Bộ điều khiển cổng thiết bị, MSW : Chuyển mạch thiết bị, MGDLC/DSLAM : RC : Bộ điều khiển định tuyến SEN : Nút thực hiện dịch vụ, SGW : Cổng báo hiệu, TGW : Cổng trung kế, WGW: Cổng vô tuyến. Hệ thống này có thể dụng làm các chức năng sau: - Gateway trung kế: hỗ trợ kết nối giữa mạng thoại dùng TDM và mạng chuyển mạch gói. Hệ thống này gồm gateway cho thoại qua ATM và thoại qua IP. - Gateway truy nhập: hệ thống này thực hiện kết nối đến thuê bao, tập trung các loại lưu lượng POST, ISDN, ADSL, ATM, IP và chuyển đến mạng chuyển mạch gói. Hệ thống cũng cung cấp các chức năng xác nhận, cho phép kết nối, thống kê và các kết cuối băng hẹp, băng rộng. - Tổng đài chuyển mạch gói: có chức năng hỗn hợp chuyển mạch/ định tuyến đặt ở phần lõi hay biên của mạng chuyển mạch gói. Thiết bị này chuyển tải thông tin giữa Gateway trung kế và Gateway truy nhập. Với các thiết bị này, mô hình mạng thế hế sau được thể hiện một cách cụ thể hơn trong hình I.4. Ericsson : Mô hình mạng thế hệ sau của Ericsson Máy chủ ứng dụng IP Q U ả n l ý Com Server H.323 HLR SCP Máy Chủ PLMN Máy chủ PSTN/ ISDN MGW MGW MGW MGW MGW Mạng truy nhập vô tuyến Mạng truy nhập hữu tuyến PBX/LAN intranet Các mạng điện thoại khác Các mạng đa dịch vụ / IP khác Mạng đường trục kết nối ứng dụng Điều khiển Hình 2.21: Cấu trúc mạng thế hệ tiếp theo của Ericsson ( PLMN : Public LAN Mobile Network ) + Thiết bị của Ericsson : Ericsson giới thiệu giải pháp mạng thế hệ mới có tên ENGINE ENGINE tạo ra một mạng lõi cung cấp nhiều dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất. Nó bao gồm toàn bộ các sản phẩm mạng đa dịch vụ của Ericsson và đây là một tập hợp các giải pháp và sản phẩm. Cấu trúc mạng mới ENGINE hướng tới các ứng dụng, cấu trúc này dựa trên các liên hệ Client/Server và Gateway/Server. Các ứng dụng gồm có phần client trên máy đầu cuối và các server trong mạng giao tiếp với nhau qua các giao diện mở và hướng tới mạng độc lập với dịch vụ. Cũng như các hãng khác, mạng ENGINE được phân thành 3 lớp, sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, đó là: - Lớp dịch vụ/điều khiển - Lớp kết nối xử lý các thông tin người sử dụng, chuyển mạch và định tuyến lưu lượng hay lớp vận chuyển. - Lớp truy nhập Lớp dịch vụ/điều khiển bao gồm các server có chức năng điều khiển các cuộc gọi PSTN/ISDN và số liệu, cung cấp các dịch vụ mạng thông minh IN, mutimedia cớ thời gian thực trên cơ sở hệ thống xử lý AXE của Ericsson. - Lớp kết nối xử lý các thông tin người sử dụng, chuyển mạch và định tuyến lưu lượng hay còn gọi là lớp vận chuyển với phần lõi chuyển mạch chính là ATM AXD 301 có dung lượng từ 10 đến 160 Gbit/s và có khả năng mở rộng đến 2.500Gbit/s trong tương lai. Đồng thời hệ thống chuyển mạch ATM AXD 301 có thể được sử dụng như một giao diện giữa mạng lõi và các mạng truy nhập khác: mạng cố định, mạng vô tuyến cố định và mạng di động. -Lớp truy nhập đảm bảo khả năng truy nhập của thuê bao từ các mạng cố định, vô tuyến cố định, di động và các mạng truy nhập khác. Ericsson giới thiệu sản phẩm ENGINE access ramp gồm các dòng sản phẩm đáp ứng yêu cầu của giải pháp mạng cần triển khai (truy nhập băng hẹp, đa truy nhập, truy nhập kiểu ADSL, phân tách DSL, chuyển mạch ghép, chuyển mạch đơn, tích hợp ATM...). Đối với cấu hình truy nhập băng hẹp, việc chuyển mạch sẽ do chuyển mạch nội hạt (local) thực hiện. Để cung các dịch vụ ATM, ENGINE access ramp sẽ phối hợp với mạng ATM công cộng. Sản phẩm mạng mới ENGINE của Ericsson có 3 giải pháp ứng dụng: mạng trung kế, mạng chuyển mạch và mạng tích hợp. - Mạng trung kế (Trunked Network): đây là bước đầu tiên để tiến đến mạng đa dịch vụ, chuyển mạch ATM lắp ghép với tổng đài TOLL mạng PSTN sẽ cho phép lưu lượng thoại được vận chuyển như lưư lượng dât trên mạng đường trục. Lưu ý lưư lượng thoại vẫn được điều khiển chuyển mạch trước khi đưa tới chuyển mạch ATM. - Mạng chuyển mạch (Switched Network): sử dụng thay thế mạng đường trục hoàn toàn bằng chuyển mạch gói cho các ứng dụng IP và ATM. Thực hiện điều khiển cuộc gọi lưu thoại sẽ do server lớp điều khiển thực hiện và quá trình chuyển mạch sẽ do chuyển mạch ATM (media gateway thực hiện - lớp kết nối xử lý) - Mạng tích hợp (Integral Network): là giải pháp cung cấp đầy đủ các tính năng của mạng thế hệ sau. Việc điều khiển cuộc gọi sẽ đựơc tập trung bởi các Telephony server lớp điều khiển thực hiện, các hệ thống chuyển mạch ATM sẽ thay thế các chuyển mạch nội hạt (local Switch) và nút truy nhập (access node) để cung cấp các dịch vụ băng rộng cho thuê bao. Đây là cấu trúc còn được gọi là mạng đa dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối (end - to - end multi-service network). Siemens Giải pháp mạng NGN của Siemens dựa trên cấu trúc phân tán, xoá đi khoảng cách giữa mạng PSTN và mạng số liệu. Các hệ thống đưa ra vẫn dựa trên cấu trúc phát triển của hệ thống chuyển mạch mở nổi tiếng của Siemens là EWSD. Siemens giới thiệu giải pháp mạng thế hệ mới có tên SURPASS. Phần chính của SURPASS là hệ thống SURPASS hiQ, đây có thể coi là hệ thống chủ tập trung (centralized server) cho Lớp Điều khiển của mạng với chức năng như một hệ thống cửa ngõ (gateway) mạnh để điều khiển các tính năng thoại, kết hợp khả năng báo hiệu mạnh để kết nối với nhiều mạng khác nhau. Trên hệ thống này có khối chuyển đổi báo hiệu báo hiệu số 7 của mạng PSTN/ISDN sang giao thức điều khiển cửa ngõ trung gian MGCP. Tuỳ theo chức năng và dung lượng, SURPASS hiQ được chia thành các loại SURPASS hiQ 10, 20 hay SURPASS hiQ 9100, 9200, 9400. SURPASS hiG là họ các hệ thồng cửa ngõ trung gian (media gateway) từ các mạng dịch vụ cấp dưới lên SURPASS hiG, hệ thống nằn ở biên mạng đường trục ,chịu sự quản lý của SURPASS hiG. Họ này có chức năng: Cửa ngõ cho quản lý truy cập từ xa (RAS): chuyển đổi số liệu từ modem hay ISDN thành số liệu IP và ngựơc lại. Khai báo và quản lý dịch vụ Quản lý kết nối Quản lý mạng Lớp điều khiển Lớp truy nhập Lớp chuyển tải Truyền dẫn quang Cổng nối POTS,ISDN IP,ATM,FR... CABLE Vô tuyến Định tuyến/ chuyển mạch Định tuyến/ chuyển mạch Mạng truy nhập đa dịch vụ PSTN/ ISDN Các mạng hiện có DN Hình 2.22: Cấu trúc mạng thế hệ sau (mô hình của Siemens) - Cửa ngõ cho VoIP: nhận lưu lượng thoại PSTN, nén, tạo gói và chuyển lên mạng IP và ngược lại. - Cửa ngõ cho VoATM: nhận lưu lượng thoại PSTN, nén tạo gói và chuyển thành các tế bào ATM, chuyển lên mạng ATM và ngược lại. SURPASS hiQ được phân chia thành nhiều loại theo chức năng và dung lượng, từ SURPASS hiG 500, 700, 1000 đến SURPASS hiG 2000, 5000. SURPASS hiA là hệ thống truy nhập đa dịch vụ (Multi - Service Access) nằm ở lớp truy nhập của NGN, phục vụ cho truy nhập thoại, xDSL và các dịch vụ số liệu trên một nền duy nhất. để cung cấp các giải pháp truy nhập, SURPASS hiA có thể kết hợp với các tổng đài PSTN EWSD hiện có qua giao diện V5.2, cũng như cùng với SURPASS hiQ tạo nên mạng thế hệ mới. SURPASS hiA được phân chia thành nhiều loại theo các giao diện hỗ trợ ( hỗ trợ thoại xDSL, truy nhập băng rộng, leased - line kết nối Internet trực tiếp. Kết hợp chức năng cửa ngõ trung gian tích hợp, gồm cả VolP/VoATM) thành các loại SURPASS hiA 7100, 7300, 7500. Để quản lý tất cả hệ thống của SURPASS, Siemens đưa ra NetManager. Hệ thống quản lý này sử dụng giao thức quản lý SNMP và chạy trên nền JAVA/CORBA, có giao diện HTTP để có thể quản lý qua trang WEB. 6.Kết luận. Các hãng cung cấp thiết bị giới thiệu nhiều mô hình cấu trúc NGN khác nhau & kèm theo là các giải pháp mạng + sản phẩm thiết bị mới khác nhau do họ cung cấp. Qua các tài liệu kỹ thuật cho thấy, các hãng sau đây đã đưa ra được mô hình cấu trúc tương đối rõ ràng và các giải pháp phát triển mạng NGN khá cụ thể : Siemens với SURPASS Alcatel với 1000 MM E10 (hay Alcatel 1000 Softswitch) Ericsson với ENGINE Trong đó mô hình cấu trúc NGN của Siemens và Erricsson có nhiều điểm tương ứng với mô hình cấu trúc NGN theo MSF (Multiservice Switching Forum - Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ ). 2. Các mô hình của cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau: Lớp truy nhập ( Access) Lớp chuyển tải (Transport, Core) Lớp điều khiển (Control) Lớp quản lý (Management) - Trong cấu trúc mạng mới mà các hãng đề xuất, các chức năng truyền dẫn và chuyển mạch được gộp chung trong lớp chuyển tải (hoặc còn được gọi là lớp lõi). - Mô hình của một vài hãng gộp chung lớp truy nhập và lớp truyền tải. - Với các mô hình này các thiết bị truyền dẫn và chuyển mạch chỉ được xem như các công cụ thực hiện chức năng chuyển tải lưu lượng. - Cấu trúc mạng mới đa phương tiện, đa dịch vụ, đòi hỏi các thủ tục kết nối phải đáp ứng việc cung cấp các dịch vụ thông tin từ đầu cuối đến đầu cuối một cách thông suốt. Trong mô hình mạng mới các chức năng điều khiển và quản lý được đặc biệt chú ý. - Lớp điều khiển (control): Hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề cần quan tâm. - Lớp Quản lý (management) : Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp khác trong cấu trúc mạng mới. 3. NGN là xu thế phát triển tất yếu. - Tuy vậy ở các nước khác, các nhà khai thác tỏ ra thận trọng trong việc triển khai các giải pháp và sản phẩm mới cho NGN. - Vấn đề được quan tâm nhiều hơn là hiệu suất khai thác, hiệu quả kinh tế và sự cạnh tranh. Các số liệu từ một số nhà cung cấp thiết bị viễn thông và khai thác cho thấy - Với các mạng viễn thông hiện đại, các thiết bị viễn thông hữu tuyến (Wireline) và các thiết bị mạng ngoại vi có tỷ lệ rất lớn trong khi đó phần thiết bị vô tuyến chỉ có tỷ lệ nhỏ (các số liệu ở đây chưa kể đến mạng thông tin di động). - Các thiết bị IP phát triển rất mạnh trong giai đoạn đầu, tuy nhiên sau đó tốc độ phát triển có suy giảm. Các thiết bị thoại có tốc độ phát triển bình thường so với các thiết bị IP. - Các thiết bị dung lượng lớn (gigabit) phát triển đều. - Các thiết bị quang chiếm tỷ lệ rất lớn trong mạng viễn thông hiện đại. Sau tỷ lệ của các thiết bị quang, các thiết bị truy nhập và đường dây thuê bao số cũng có vai trò rất quan trọng trong mạng. Tỷ lệ phát triển và nâng cao chất lượng phần mạng truy nhập và thuê bao ngày càng gia tăng. 4.NGN - Next Generation Network – cần được hiểu rõ là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải là mạng hoàn toàn mới (New) vì vậy khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN người ta chú ý tới vấn đề kêt nối NGN với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiểu qủa khai thác tối đa. Phần II : Soft Switch trong NGN Chương I Mạng ngn và công nghệ chuyển mạch mềm 1. Sự cần thiết của công nghệ chuyển mạch thế hệ mới. 1.1 Hoạt động của mạng PSTN hiện tại. Hiện tại , mạng PSTN sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh để truyền thông tin từ đầu cuối đến đầu cuối. Với chuyển mạch kênh , ta dùng kỹ thuật ghép kênh phân thời gian TDM (Time Division Multiplex) . Quá trình chuyển mạch thoại trong PSTN chính là sự chuyển mạc các khe thời gian (time slot). Có 2 dạng chuyển mạch khe thời gian là chuyển mạch thời gian và chuyển mạch không gian , trên thực tế 2 dạng này được kết hợp để tạo ra chuyển mạch nhiều tầng. Hỗ trợ hoạt động trong mạng cung cấp dịch vụ thoại là báo hiệu R2 và báo hiệu số 7. Hiện nay , hầu hết mạng PSTN đều dùng báo hiệu số 7 (SS7). SS7 là báo hiệu sử dụng 1 kênh riêng để truyền thông tin báo hiệu mọi cuộc gọi , thường là khe thời gian 16 đối với khung 24 khe thời gian (theo chuẩn Châu Âu). Thông thường báo hiệu số 7 được tích hợp sẵn trong các tổng đài trên mạng. Do đó các tổng đài chuyển mạch còn đóng vai trò là các điểm báo hiệu STP (Signaling Transfer Point) trong mạng SS7. Hình vẽ sau minh họa hoạt động của PSTN cùng với báo hiệu số 7 : Hình 1.1: Hoạt động của mạng PSTN Trước khi quá trình truyền thoại thực sự xảy ra , quá trình báo hiệu sẽ diễn ra trước. Khi có 1 thuê bao nhấc máy , quá trình báo hiệu sẽ bắt đầu diễn ra trên 1 kênh ấn định trước. Cho đến khi thuê bao bị gọi nhấc máy thì quá trình thiết lập cuộc gọi sẽ kết thúc , kênh thoại sẽ được thiết lập (thông qua các khe thời gian còn rỗi , trừ khe 0 và khe 16 ) và quá trình đàm thoại bắt đầu. Khi có 1 bên gác máy , quá trình báo hiệu kết thúc , cuộc gọi bắt đầu và kênh thoại cũng như quá trình báo hiệu dành cho cuộc gọi này chỉ thật sự được giải phóng khi bên còn lại gác máy. 1.2 Nhược điểm của mạng chuyển mạch kênh. 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 như truyền số liệu... 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 chuyển mạch kênh, bởi vì chẳng có giải pháp nào khác. Chính điều này là cản trở đối với sự phát triển của dịch vụ, bởi 3 nguyên nhân chính sau đây: Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt. Thị trường thiết bị chuyển mạch nội hạt do một số nhà sản xuất lớn kiểm soát và họ thu lợi nhuận lớn từ thị trường này. 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. Trong khi khả năng mở rộng của các chuyển mạch này không có gì phải nghi ngờ, nhưng chúng lại hoàn toàn không thích hợp để triển khai phục vụ cho vài ngàn người, bởi vì giá thành thiết bị cao. Mức thấp nhất của một tổng đài nội hạt thường ở khoảng vài triệu USD, một số tiền rất lớn có thể làm nản lòng các nhà cung cấp dịch vụ, buộc họ chỉ dám tham gia vào các thị trường lớn nhất. Cũng có một vài nhà cung cấp đã thử tham gia thị trường cấp 2 và cấp 3 với chuyển mạch kênh bằng cách thiết lập một tổng đài chuyển mạch để phục vụ một vài thành phố. Chuyển mạch được phân chia một cách logic thành nhiều mã vùng, mỗi thành phố có một hoặc nhiều mã, và kết nối tới các mạng truy nhập nội vùng tại mỗi thành phố bằng các trung kế. Tuy rằng, phương pháp tiếp cận này giảm được chi phí trên một đường dây thuê bao, nhưng tiết kiệm chi phí cho phần cứng chuyển mạch thì đổi lại phải chịu một chi phí truyền dẫn đáng kể khi thông tin được truyền tới tổng đài rồi lại được truyền ngược trở lại thành phố nơi nó xuất phát. Nếu có những giải pháp cho tổng đài nội hạt chỉ đòi hỏi chi phí thấp hơn nhiều so với tổng đài chuyển mạch kênh thì tính cạnh tranh trong thị trường này sẽ được kích thích, người được hưởng lợi tất nhiên sẽ là khách hàng với nhiều sự lựa chọn hơn và giá cước thấp hơn. Không có sự phân biệt dịch vụ. Các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt cung cấp cùng một tập tính năng cho các dịch vụ tuỳ chọn, ví dụ như đợi cuộc gọi đến, chuyển cuộc gọi, xác định số chủ gọi, hạn chế cuộc gọi ... Phần lớn các dịch vụ này đã tồn tại từ nhiều năm, các dịch vụ hoàn toàn mới tương đối hiếm. Một phần bởi vì sẽ rất tốn kém khi phát triển và thử nghiệm các dịch vụ mới, một phần cũng bởi vì tập các dịch vụ hiện có đã bao hàm hầu hết các khả năng mà một khách hàng có thể nghĩ ra và thực hiện trên các nút bấm điện thoại của mình. Do 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. Trong trường hợp đó, cách duy nhất để các nhà khai thác cạnh tranh thu hút khách hàng là giảm giá cước. Chỉ tạo sự chênh lệch về mặt giá cả vốn đã không phải là một chiến lược kinh doanh dài hạn tốt trong lĩnh vực viễn thông. Nếu có những giải pháp chuyển mạch nội hạt nào đó cho phép tạo ra các 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. Đó có lẽ mới là một viễn cảnh thật sự tươi sáng về lợi nhuận và về sự thu hút khách hàng. Những giới hạn trong phát triển mạng. Các tổng đài chuyển mạch nội hạt đều sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh. Trong cơ cấu chuyển mạch, thông tin thoại tồn tại dưới dạng các dòng số 64Kbps, tại các cổng vào và ra của chuyển mạch, các dòng số 64K này được dồn/tách kênh theo thời gian vào các luồng số tốc độ cao. Quá trình định tuyến và điều khiển cuộc gọi liên hệ chặt chẽ với cơ cấu chuyển mạch. Như đã nói ở trên, những lợi ích về mặt kinh tế của thoại gói đang thúc đẩy sự phát triển của cả mạng truy nhập và mạng đường trục từ chuyển mạch kênh sang gói. Và bởi vì thoại gói đang dần được chấp nhận rộng rãi trong cả mạng truy nhập và mạng đường trục, các tổng đài chuyển mạch kênh nội hạt truyền thống đóng vai trò cầu nối của cả hai mạng gói này. Việc chuyển đổi gói sang kênh phải được thực hiện tại cả hai đầu vào ra của chuyển mạch kênh, làm phát sinh những chi phí phụ không mong muốn và tăng thêm trễ truyền dẫn cho thông tin, đặc biệt ảnh hưởng tới những thông tin nhạy cảm với trễ đường truyền như tín hiệu thoại. Nếu tồn tại một giải pháp mà trong đó các tổng đài nội hạt có thể cung cấp dịch vụ thoại và các dịch vụ tuỳ chọn khác ngay trên thiết bị chuyển mạch gói, thì sẽ không phải thực hiện các chuyển đổi không cần thiết nữa. Điều này mang lại lợi ích kép là làm giảm chi phí và tăng chất lượng dịch vụ (giảm trễ đường truyền ), và đó cũng là một bước quan trọng tiến gần tới cái đích cuối cùng, mạng NGN. 1.3 Sự ra đời của chuyển mạch mềm. Trong tương lai , mạng thế hệ mới sẽ hoàn toàn dựa trên cơ sở hạ tầng là mạng gói. Vì thế việc chuyển từ mạng viễn thông hiện tại lên mạng thế hệ mới phải trải qua nhiều giai đoạn. Do PSTN hiện tại vẫn hoạt động tốt và dịch vụ nó cung cấp khá tin cậy (99.99%) nên việc chuyển cả mạng truy nhập và mạng lõi của PSTN thành mạng gói sẽ rất tốn kém. Để tận dụng sự hoạt động tốt của PSTN và ưu điểm của chuyển mạch gói , cấu hình của mạng NGN bao gồm chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói dạng vật lý như sau : Hình 1.2: Cấu trúc vật lý mạng NGN Theo hình trên , tổng đài lớp 5 hay tổng đài nội hạt dùng chuyển mạch kênh (circuit-switched local- exchange –thể hiện qua phần mạng PSTN) vẫn được sử dụng. Phần phức tạp nhất trong những tổng đài này chính là phần mềm dùng để điều khiển quá trình xử lý cuộc gọi. Phần mềm này chạy trên một bộ xử lý chuyên dụng được tích hợp sẵn với phần cứng vật lý chuyển mạch kênh , nói cách khác, phần mềm sử dụng trong tổng đài nội hạt phụ thuộc vào phần cứng của tổng đài. Điều này gây khó khăn cho việc tích hợp mạng PSTN và mạng chuyển mạch gói khi xây dựng NGN - là mạng dựa trên cơ sở mạng gói. Một giải pháp có thể đưa ra là tạo ra một thiết bị lai (hybrid device) có thể chuyển mạch thoại ở cả dạng kênh và gói với sự tích hợp của phần mềm xử lý cuộc gọi. Điều này được thực hiện bằng cách tách riêng chức năng xử lý cuộc gọi khỏi chức năng chuyển mạch vật lý. Thiết bị đó chính là MGC sử dụng chuyển mạch mềm Softswitch. Nói cách khác, chuyển mạch mềm Softswitch chính là thiết bị thực hiện việc xử lý cuộc gọi trong mạng NGN. 2.Khái niệm về Softswitch. 2.1 Mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm. Softswitch (chuyển mạch mềm ) - khi nghe từ này ta cảm giác như đã gặp ở đâu đó mà cũng không có vẻ gì là mới lạ, có lẽ vì các khái niệm Chuyển mạch ( Switching) và Phần mềm ( Software) đã trở nên quá quen thuộc với chúng ta. Phải chăng bất cứ phần mềm nào thực hiện một số chức năng chuyển mạch đều được gọi là Softswitch? Mọi chuyện không chỉ đơn giản như vậy, và thậm chí ý nghĩa thực của khái niệm này lại là vấn đề gây tranh cãi đối với các nhà nghiên cứu về tương lai của mạng viễn thông, một phần cũng chính bởi sự mơ hồ của nó. Mới được nhắc tới nhiều kể từ năm 1999, Softswitch là một khái niệm mang tính marketing nhiều hơn, và những tranh luận nhằm đạt tới một định nghĩa kỹ thuật thống nhất, chính xác về Softswitch vẫn chưa đến hồi kết. Nhưng nói vậy không có nghĩa là không thể định nghĩa được Softswitch. Sau đây là định nghĩa của một số nhà phát triển khác nhau: Theo Nortel, Softswitch là một thành tố quan trọng nhất của mạng tương lai (NGN – Next Generation Network). Họ định nghĩa: Softswitch (chuyển mạch mềm ) là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và có những tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video, nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau ví dụ như giữa mạng vô tuyến và mạng cáp. Chuyển mạch mềm cũng cho phép triển khai các dịch vụ VOIP mang lại lợi nhuận. Một chuyển mạch mềm kết hợp tính năng của các chuyển mạch thoại lớp 4 và lớp 5 với các cổng VOIP, trong khi vẫn hoạt động trên môi trường máy tính mở chuẩn. Các hệ thống máy tính kiến trúc mở sử dụng các thành phần đã được chuẩn hoá và sử dụng rộng rãi của nhiều nhà cung cấp khác nhau. ở đây, hệ thống máy tính có thể là một máy tính cỡ nhỏ cho tới những server cỡ lớn như Netra của Sun Microsystem. Sử dụng các hệ thống máy tính mở cho phép các nhà khai thác phát triển dịch vụ một cách độc lập với phần cứng và hưởng lợi ích từ định luật Moore trong ngành công nghiệp máy tính. Theo MobileIN, Softswitch là ý tưởng về việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng. Trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm không độc lập với nhau. Mạng chuyển mạch kênh dựa trên những thiết bị chuyên dụng cho việc kết nối và được thiết kế với mục đích phục vụ thông tin thoại. Những mạng dựa trên chuyển mạch gói hiệu quả hơn thì sử dụng giao thức Internet (IP) để định tuyến thông tin thoại và số liệu qua các con đường khác nhau và qua các thiết bị được chia sẻ. Còn theo CopperCom, Softswitch là tên gọi dùng cho một phương pháp tiếp cận mới trong chuyển mạch thoại có thể giúp giải quyết được các thiếu sót của các chuyển mạch trong tổng đài nội hạt truyền thống. Công nghệ Softswitch có thể làm giảm giá thành của các chuyển mạch nội hạt, và cho ta một công cụ hữu hiệu để tạo ra sự khác biệt về dịch vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và đơn giản hoá quá trình dịch chuyển từ mạng truyền thống sang mạng hỗ trợ thoại gói từ đầu cuối đến đầu cuối (end - to - end) trong tương lai. Có thể nói rằng, mỗi nhà phát triển nhìn Softswitch dưới con mắt khác nhau. Các nhà cung cấp nhỏ thường chỉ nhắc tới vai trò của Softswitch trong việc thay thế tổng đài nội hạt. Đúng là Softswitch thể hiện rất rõ ưu điểm của mình trong ứng dụng làm tổng đài nội hạt như chúng ta sẽ nói đến dưới đây, nhưng không chỉ có vậy. Các nhà cung cấp lớn hơn (như Nortel, Alcatel, Cisco ...) đã đưa ra các giải pháp Softswitch hoàn chỉnh cho cả tổng đài nội hạt (local exchange ) và tổng đài chuyển tiếp ( tandem/transit ). Trong tài liệu về các thế hệ thiết bị Softswitch mới nhất của mình, hầu hết các nhà sản xuất hiện nay đều công bố khả năng của chúng trong việc làm tổng đài chuyển tiếp. Chúng ta sẽ lần lượt phân tích vai trò của Softswitch trong của hai lĩnh vực ứng dụng này. Trước hết ta xét tới Softswitch trong vai trò thay thế tổng đài nột hạt. Cho tới nay, phần phức tạp nhất của một tổng đài nội hạt chính là phần mềm điều khiển quá trình xử lý cuộc gọi. Phần mềm này phải đưa ra các quyết định về tuyến và thực thi các chức năng xử lý cuộc gọi cho hàng trăm loại dịch vụ khác nhau. Hiện tại, các tổng đài chạy các phần mềm này trên các bộ xử lý được thiết kế có quan hệ chặt chẽ với cơ cấu chuyển mạch. Trong tương lai chúng ta muốn triển khai điện thoại nội hạt trên nền mạng thuần tuý chuyển mạch gói, mặc dù quá trình chuyển đổi đòi hỏi chúng ta phải làm việc với một mạng lai xử lý cả thông tin thoại kênh và gói trong nhiều năm tới. Tuy nhiên, việc các tổng đài nội hạt không thể làm việc trực tiếp với thông tin dạng gói là trở ngại chính trong quá trình chuyển đổi. Một giải pháp cho vấn đề này, mà chúng ta có thể hình dung ra, là các thiết bị lai có thể chuyển mạch được cả thông tin dạng kênh và dạng gói, cùng với những phần mềm cần thiết để xử lý cuộc gọi được cài đặt trong nó. Trong khi phương pháp tiếp cận này có thể giúp ta giải quyết vấn đề trong thời kỳ chuyển đổi, nó vẫn không giúp được ta giảm giá thành cũng như không mang lại khả năng tạo sự khác biệt về dịch vụ. Ngành công nghiệp viễn thông dường như đã đạt được một sự nhất trí rằng câu trả lời tốt nhất là tách chức năng xử lý cuộc gọi ra khỏi thiết bị chuyển mạch vật lý, và kết nối hai thành phần này với nhau thông qua một giao thức chuẩn. Trong thuật ngữ của Softswitch, chức năng chuyển mạch ở phần vật lý do MG - Media Gateway đảm nhiệm, còn phần điều khiển cuộc gọi thuộc về bộ MGC – Media Gateway Controller. Có một số lý do chính mà dựa vào đó người ta tin rằng phân chia hai chức năng là giải pháp tốt nhất: Tạo cơ hội cho một số công ty nhỏ và linh hoạt vốn vẫn chỉ tập trung vào các phần mềm xử lý cuộc gọi hoặc vào phần mềm chuyển mạch gói gây được ảnh hưởng trong ngành công nghiệp viễn thông giống như các nhà cung cấp lớn từ trước tới nay vẫn kiểm soát thị trường. Cho phép có một giải pháp phần mềm chung cho xử lý cuộc gọi cài đặt trên rất nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng gói sử dụng các khuôn dạng gói và phương thức truyền dẫn khác nhau. Là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn, tiết kiệm đáng kể trong việc phát triển phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi. Cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dịch vụ điều khiển từ xa các thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách hàng, một yếu tố quan ._.10200 có thể kết nối với mạng SS7 như trên Hình Hình 2.4:Giao diện với mạng SS7 BTS 10200 hỗ trợ hầu hết các dịch vụ của mạng báo hiệu số 7, kể cả các dịch vụ mạng thông minh. Giao diện MGCP Media gateway là cầu nối giữa thoại và mạng chuyển mạch gói, có chức năng giám sát kết nối, giám sát đầu cuối thuê bao. Có thể chia MG thành các loại sau: Residential gateway: gateway cho các hộ tư nhân, hỗ trợ thoại và Ethernet IAD (Integrated Access Device): thoại và Ethernet Trunk gateway (SS7 hoặc R2): có thể có dung lượng lên tới hàng chục nghìn kênh thoại Access gateway kết nối các tổng đài PBX với softswitch Announcement server. Gateway có thể có codec để mã hoá tín hiệu thoại thành gói và ngược lại. Softswitch kết nối với MG sử dụng MGCP (Media Gateway Control Protocol). Giao diện MGCP thực hiện các chức năng sau: Khởi động MG Giám sát đầu cuối Kiểm soát lỗi MG Giám sát và điều khiển trạng thái MG Thực hiện báo hiệu điều khiển cuộc gọi Ngoài ra softswitch còn hỗ trợ một số chức năng dựa trên giao thức MGCP như: Resource Reservation Protocol (RSVP) – giao thức lưu trữ tài nguyên mạng, nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ Lựa chọn codec tương ứng với yêu cầu dịch vụ ITU-T T.38 – thủ tục dựa trên nền giao thức MGCP về trao đổi bản tin fax qua mạng IP trong thời gian thực Giao vận tín hiệu DTMF qua mạng IP giới sử kiểm tra của MGCP Giao diện SIP và SIP-T Trong mạng của Cisco giao thức SIP được sử dụng để kết nối các Call agent với nhau. Nền tảng phần cứng của BTS 10200 Các phần mềm Call agent (CA), Feature server (FS), Element management system (EMS) và Bulk data management system (BDMS) của hệ thống đều chạy trên máy chủ Sun Netra với hệ điều hành Solaris. Hướng tiếp cận phát triển sản phẩm softswitch của Cisco Trên đây chúng tôi đã trình bày các sản phẩm chuyển mạch mềm quan trọng nhất của Cisco. Là nhà cung cấp thiết bị mạng máy tính danh tiếng nhưng Cisco tham gia thị trường softswitch khá muộn màng. Mặc dù vị trí của Cisco trong thị trường mạng doanh nghiệp là rất vững chắc nhưng trong mạng công cộng các sản phẩm của Cisco vẫn chưa được biết đến một cách rộng rãi. Cho tới tháng 2 năm 2002 duy nhất một nhà cung cấp dịch vụ sử dụng thiết bị softswitch của Cisco là Cbeyond (Atlanta, Mỹ). Tuy tài liệu phổ biến rộng rãi về các sản phẩm của Cisco mang tính marketing nhiều hơn là kỹ thuật nhưng chúng ta cũng có thể đưa ra một số kết luận về hướng tiếp cận nghiên cứu phát triển sản phẩm của hãng như sau: Cisco lựa chọn nền tảng phần cứng cho sản phẩm của mình là Sun Netra, dòng máy chủ rất mạnh và đáng tin cậy của Sun Microsystems Phần lõi chuyển mạch (Call agent), cũng như các module khác, là phần mềm được viết bằng ngôn ngữ C++. Như vậy Cisco không sử dụng bất cứ phần cứng chuyên dụng nào để đảm nhiệm chức năng chuyển mạch Trong toàn bộ hệ thống softswitch của Cisco phần cứng chuyên dụng duy nhất là card SS7 cung cấp giao diện với mạng báo hiệu. Những phần cứng còn lại đều là phần cứng máy tính thông dụng (các phần cứng chuyên dụng tập trung chủ yếu ở Media gateway). Card SS7 tương đối sẵn có trên thị trường. BTS 10200 có các thành phần chính sau đây: Call agent (lõi chuyển mạch), Feature server (dịch vụ), Element management system (quản lý) và Bulk data management system (cơ sở dữ liệu). Tất cả đều là các phần mềm chạy trên hệ điều hành Solaris. 2. Sản phẩm của CommWorks. CommWorks là công ty trực thuộc tập đoàn nổi tiếng 3COM. Trong năm 2001 CommWorks đã đạt được nhiều thành công trên thị trường softswitch. Theo đánh giá của các công ty tư vấn Infonetics Research và Synergy Research Group, Inc., trong quý 4 năm 2001 CommWorks chiếm giữ một trong những vị trí hàng đầu trên thị trường này. Cũng theo các công ty này hiện nay CommWorks chiếm thị phần lớn trên thị trường VoIP gateway. Kiến trúc 3 lớp của Commworks Commworks đưa ra kiến trúc ba lớp cho mô hình mạng đa dịch vụ thế hệ sau của mình như hình minh hoạ dưới đây. Hình 2.5: Kiến trúc 3 lớp của Commworks Kiến trúc này bao gồm lớp điều khiển thiết bị ( Media Processing), lớp điều khiển và quản lý ( Control and manegement) và lớp tạo lập dịch vụ (Service creation). Lớp 3: lớp tạo lập dịch vụ Lớp này cung cấp một môi trường tạo lập dịch vụ mở, trong đó các giao diện lập trình ứng dụng mở cho phép xây dựng và triển khai ứng dụng (dịch vụ ) mới nhanh chóng. Những dịch vụ sẵn có trong họ sản phẩm lớp 3 của Commworks cũng đã bao gồm các dịch vụ hướng mạng như dự phòng (provisioning) hay ánh xạ thư mục (directory mapping), và các dịch vụ hướng người dùng như nhắn tin hợp nhất (unified messaging) hay IP Centrex. Lớp 2: Báo hiệu và điều khiển Sản phẩm lớp 2 của Commworks là Softswitch và hệ hỗ trợ quản lý (OSS – Operational Support System). Lớp này có nhiệm vụ khắc phục sự khác biệt về giao thức báo hiệu và điều khiển; và cũng như trong các mô hình phân lớp khác, lớp 2 sử dụng dịch vụ của lớp 1, cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng lớp 3, giúp cho các ứng dụng này có thể hoạt động độc lập với thiết bị. Lớp 1: Lớp điều khiển thiết bị Cung cấp khả năng kết nối mạng theo nhiều phương pháp khác nhau, nhận lưu lượng thông tin IP từ các kênh vật lý. Có thể nói lớp 1 này đóng vai trò Media Gateway khi giao tiếp với mạng khác. Commworks cung cấp cả giải pháp truy nhập hữu tuyến và vô tuyến cho lớp này thông qua họ sản phẩm Total Control 1000 và Total Control 2000. Các module Softswitch Trong mô hình này, Softswitch là một môi trường mềm đảm nhiệm công việc điều khiển, quản lý và tạo lập dịch vụ. Họ sản phẩm Softswitch của Commworks gồm có hai loại module: các module lớp 2 và các module lớp 3. Các module Lớp 2: gọi là các “Session agent” có nhiệm vụ cung cấp chức năng điều khiển thiết bị và quản lý phiên. Trong các module này có các giao diện với các báo hiệu SIP, H.323, Megaco/H.248 và SS7. Các module Lớp 3: gọi là các “Back-end server” cung cấp các chức năng về mạng như: thống kê, xác nhận, đánh giá, hỗ trợ tính cước, ánh xạ danh mục hay cung cấp dịch vụ WEB. Session Agent Các module lớp 2 gồm có: Module SIP Hỗ trợ SIP có thiết bị SIP Proxy Server 4220 ( Media Gateway Controller). Thực chất đây là một giải pháp phần mềm, thực hiện những chức năng chính sau: Thiết lập cuộc gọi và huỷ cuộc gọi. Hỗ trợ tới 250.000 cuộc gọi giờ cao điểm (BHCA). Chấp nhận các yêu cầu của UDP và TCP. Phát sinh và gửi bản ghi chi tiết cuộc gọi tới cho máy chủ kế toán. Ghi các số liệu thống kê và các sự kiện diễn ra trong các cuộc gọi. Đăng ký và hủy đăng ký các Gateway. Giám sát các Gateway và back-end server. Tạo các điểm kiểm soát khi có các sự cố tại các thành phần mạng. Quản lý Gateway và cân bằng tải giữa các máy chủ. Các tính năng này là nền tảng cho những máy chủ dịch vụ cao cấp sử dụng giao thức SIP. Đòi hỏi phần cứng: Cặp máy chủ Pentium Pro 866 Mhz (hoặc mạnh hơn). 1GB RAM. 4GB đĩa cứng. Card mạng Ethernet 100 Mbps, có thể có thêm 1 card mạng nữa tuỳ theo các mạng quản lý khác nhau. Đòi hỏi phần mềm: Win NT 4.0 - Service Pack 6a hoặc Win 2000 - Service Pack 2 Commworks SNMP Common Agent Module H.323 Hỗ trợ H.323v2 có thiết bị Gatekeeper 4200. Gatekeeper 4200 cũng thực hiện các chức năng tương tự như SIP Proxy Server, nhưng dành cho mạng H.323. Mỗi gatekeeper quản lý tối đa 48 Gateway, khả năng xử lý cuộc gọi tối đa 250000 BHCA. Trong mạng có thể triển khai bao nhiêu Gatekeeper cũng được. Gatekeeper hỗ trợ truy nhập cơ sở dữ liệu bằng ODBC; có thể điều khiển được hoàn toàn bằng SNMP. Gatekeeper còn hỗ trợ các chuẩn sau: H.225/Q931, các tính năng mở rộng của H.323v2, chuẩn báo hiệu giữa các Gatekeeper với nhau (H.225 RAS), H.245 và H.225 thông tin giữa các Gateway với nhau, chuẩn mã hoá NSM TLV. Đòi hỏi phần cứng: Bộ xử lý Pentium Pro 200 Mhz trở lên. 128 MB RAM. Card Ethernet. Đòi hỏi phần mềm: Windows NT Workstation hoặc Windows NT server 4.0 trở lên. Internet Explorer 4.01 trở lên. Các ứng dụng của Gateway VoIP, phần mềm quản lý SNMP. Module Megaco/H.248 Hỗ trợ Megaco/H.248 có thiết bị 4010 Session Manager (quản lý phiên). H.248/Megaco cho phép chuyển các cuộc gọi thoại, fax và đa phương tiện giữa mạng PSTN và mạng IP thế hệ mới. Được kế thừa từ MGCP, Megaco cung cấp khả năng điều khiển tập trung đối với thông tin đa phương tiện và đối với các dịch vụ trên mạng IP. Megaco được ưa thích hơn H.323 và MGCP vì nó có khả năng mở rộng cao hơn H.323 và các đòi hỏi về thiết bị cho thông tin đa phương tiện ít hơn MGCP. Module 4007 SS7 signaling gateway Sự kết hợp hệ thống báo hiệu 7 và mạng IP cho thấy một bước tiến quan trọng hướng tới cơ sở hạ tầng của mạng hợp nhất trong tương lai. Sự kết hợp này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ tận dụng được tính thông minh và linh hoạt của mạng SS7 trong việc triển khai các dịch vụ mới, cũng như giảm tải lưu lượng thoại và số liệu cho mạng PSTN. Cổng báo hiệu SS7 (SS7 Signaling Gateway) hoạt động như một cầu nối giữa mạng PSTN và mạng IP, phiên dịch thông tin báo hiệu giữa hai mạng này, hơn nữa lại cung cấp các khả năng thông minh mới trong việc điều khiển, bảo mật, độ tin cậy và tính mở rộng của mạng. Hoạt động trên môi trường Solaris của Sun, thiết bị này là một phần trong giải pháp tổng thể của Commworks, nhằm đảm bảo các dịch vụ của mạng PSTN cũng như phát triển các dịch vụ mới (Local Number Portability, nhắn tin hợp nhất, cổng riêng ảo- Virtual Private Port). Hỗ trợ phần cứng Máy chủ Sun Netra 1405, 1400 (tương thích NEBS) Sun Enterprise 250, 450 Card giao tiếp T1/E1 cho SS7. Liên kết kênh A, kênh F. Dung lượng 200 cuộc gọi trong 1 giây. 72000 BHCA. 60000 cổng. Module chuyển đổi H.323/SIP 4205 Protocol Mediator Như sẽ được trình bày chi tiết trong chương sau, trong mạng điện thoại IP có hai chuẩn báo hiệu nổi trội là H.323 và SIP. Do H.323 được phát triển trước khá lâu và dựa trên Q.SIG nên khá phức tạp. Ngày nay SIP đang được lựa chọn nhiều vì tính đơn giản và hiệu quả của nó. Khi điện thoại IP trở nên phát triển, nhu cầu của các nhà cung cấp dịch vụ muốn kết nối các mạng sử dụng các giao thức khác nhau cũng tăng lên. Hơn nữa, các nhà cung cấp dịch vụ trước đây đã triển khai mạng dựa trên H.323 nhưng nay muốn nâng cấp thành SIP, trong trường này họ không thể thay hết toàn bộ thiết bị mà sẽ sử dụng các bộ chuyển đổi giữa hai giao thức. Commworks 4205 đảm nhiệm việc chuyển đổi giữa hai mạng sử dụng SIP và H.323, như vậy Commworks 4205 có thể hoạt động như một đầu cuối H.323 hay như một tác nhân SIP (user agent). Cho dù cuộc gọi được chuyển từ H.323 sang SIP hay ngược lại, quá trình đó diễn ra hoàn toàn trong suốt đối với các thành phần H.323 hay SIP khác trong mạng. Back-end Servers Các module Softswitch lớp 3 gồm có: Máy chủ xác nhận và đánh giá 7200 (Authentication and Rating Server). Máy chủ này nhận dạng các người dùng hợp lệ, sau đó tìm kiếm thông tin về dịch vụ, quyền ưu tiên của khách hàng cũng như họ có trả cước đầy đủ không. Máy chủ này hỗ trợ một số đặc điểm sau: Trả lời bằng giọng nói khi người dùng kích hoạt, mô hình quay số hai, ba giai đoạn, mô hình cuộc gọi trả trước hoặc trả sau, nhận dạng chủ gọi, Personal Identification Number (PIN)... Máy chủ này đảm bảo không có các cuộc gọi đồng thời tới cùng một thuê bao, nó sử dụng một cơ chế khoá (locking) để không cho phép nhiều truy nhập đồng thời vào một bản ghi khách hàng. Máy chủ này có thể điều khiển hoàn toàn thông qua WEB. Máy chủ ánh xạ danh mục 7210 (Directory Mapping Server). Máy chủ này cung cấp thông tin để dịch số điện thoại của người sử dụng thành địa chỉ IP (hay tên trong DNS) của Media Gateway phục vụ cho khu vực đó. Máy chủ này hoạt động như một thiết bị lưu trữ cơ sở dữ liệu. Nếu Gateway chủ gọi không chứa các thông tin định tuyến thích hợp trên mạng IP trong cơ sở dữ liệu của nó thì nó có thể hỏi các module Softswitch trong mạng, các module này lại hỏi các máy chủ ánh xạ danh mục. Các máy chủ này thực hiện tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu theo thời gian thực và trả lại địa chỉ IP cần tìm. Máy chủ này hỗ trợ một số tính năng sau: Chèn/ xoá/ sửa các bản ghi thông qua giao diện WEB; cơ chế ánh xạ cơ sở dữ liệu giữa các module Softswitch với nhau; mô hình gần đối với các bảng định tuyến; NDC/NPA; quay số N-digit... Máy chủ kế toán 7220 (Accounting Server). Lưu trữ các bản tin chi tiết cuộc gọi (CDR) do MG hoặc các thành phần báo hiệu Softswitch phát sinh cho các cuộc gọi thành công và không thành công. máy chủ này hỗ trợ: truy vấn các bản ghi thông qua WEB browser; lưu trữ các bản ghi CDR; Export cơ sở dữ liệu ra bên ngoài... Khi nhận được một cuộc gọi, hệ thống sẽ tạo ra một bản ghi CDR cho cuộc gọi đó dù nó có thành công hay không, sau đó gửi thông tin cho các Session agent tương ứng. Sau đó thông tin này lại được gửi cho máy chủ kế toán. CDR bao gồm một số thông tin như: nguyên nhân kết thúc, dạng cuộc gọi, số gói truyền đi, số gói nhận được/ mất, âm thanh nhận dạng chủ gọi, địa chỉ IP phía chủ gọi, kích thước khung... Máy chủ hỗ trợ tính cước 7230 (Billing Support Server). Máy chủ này thu thập các bản ghi CDR riêng lẻ tại lối vào và lối ra của từng máy chủ kế toán trong hệ thống. Sau đó, nó ghép tất cả các bản ghi của mỗi cuộc gọi thành một bản ghi CDR phức hợp. Cách làm này cho phép nhà cung cấp dịch vụ hợp nhất các bản ghi của từng cuộc gọi cho dù từng bản ghi riêng lẻ này được xử lý trong các MG, Session Agent hay các máy chủ kế toán khác nhau. Máy chủ này cùng với các máy chủ kế toán có thể hỗ trợ lẫn nhau để lưu trữ đệm các bản ghi trong trường hợp một máy chủ nào đó bị trục trặc. Ngoài ra, các phần mềm được cài đặt sẵn và có thể nâng cấp dễ dàng. Máy chủ cung cấp dịch vụ WEB 7240 (WEB Provisioning Server). Máy chủ này cung cấp chức năng truy nhập vào các Back-end Server và các module Session Agent của mô hình Softswitch thông qua trình duyệt WEB. Chức năng này là một công cụ mạnh để quản lý các ứng dụng thoại IP bằng giao diện trực quan và thuân tiện của WEB. Điều đó giúp giảm đáng kể chi phí cho đào tạo và tăng khả năng điều khiển đối với nhiều ứng dụng và dịch vụ. Tập tính năng khá đầy đủ của nó cho phép kiểm tra, định nghĩa, thay đổi và xoá đối với: các thông tin định tuyến cuộc gọi trong máy chủ ánh xạ danh mục; sự phân công các Media Gateway (gắn Media Gateway nào vào bộ điều khiển nào); sự phân công các module Softswitch; các trường hợp quay số đặc biệt (trường hợp này chỉ có thể đọc mà không thay đổi/ xoá được ); các thông tin về người sử dụng trong máy chủ xác nhận và đánh giá; các thông tin về người sử dụng, thẻ gọi và các thông tin đánh giá cuộc gọi trong máy chủ xác nhận và đánh giá; quản lý chung đối với các ứng dụng; cấu hình của hệ thống quản lý thông tin, cho phép kết nối tới nhiều cơ sở dữ liệu khác nhau sử dụng trong các ứng dụng của các máy chủ. Phần cứng: Bộ xử lý Pentium trở lên (một máy hoặc hai máy trong đó một máy dự phòng). Tối thiểu 128 MB RAM. 10GB đĩa cứng. Card mạng 10/100 TX. Phần mềm: Hệ điều hành Window NT Server 4.0 Kết luận Commworks lựa chọn giải pháp chuyển mạch hoàn toàn bằng phần mềm, phần lõi chuyển mạch dựa trên SIP. Phương pháp tiếp cận của Commworks cũng tương tự như của Cisco, tuy nhiên sản phẩm của Commworks hỗ trợ nhiều giao thức hơn, đặc biệt có Megaco. Máy chủ kiến trúc Intel được sử dụng cùng với hệ điều hành của Microsoft. Đây là điểm khác biệt. Commworks không hỗ trợ dòng máy chủ Unix. Trong hệ thống softswitch của Commworks chỉ có các card SS7 là phần cứng chuyên dụng (các phần cứng chuyên dụng tập trung chủ yếu ở Media gateway) 3.Sản phẩm của SONUS NETWORK. Sonus Networks Inc. là công ty đang chiếm giữ một trong những vị trí hàng đầu trên thị trường softswitch. Sản phẩm của Sonus là một trong số ít sản phẩm chuyển mạch mềm đã được triển khai trên mạng công cộng và hiện đang được nhiều nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn. Sonus không những cung cấp thiết bị lớp lõi chuyển mạch trong mạng NGN mà còn có sản phẩm cho các thành phần mạng khác, kể cả thiết bị tiếp cận thuê bao. Theo đánh giá của nhiều công ty tư vấn quốc tế Sonus hiện đang chiếm giữ thị phần lớn, nếu không phải là lớn nhất, trên thị trường softswitch. Khách hàng của Sonus là nhiều nhà cung cấp dịch vụ danh tiếng, trong đó có Time Warner Telecom, BellSouth, China Netcom... Sonus Network công bố kiến trúc mở của mình (OSA - Open Service Architecture) như minh hoạ dưới đây, trong đó phần Softswitch có thương hiệu là Insignus. Hình 2.6: Kiến trúc của Sonus OSA là sản phẩm thực sự có kiến trúc mở, đáp ứng được yêu cầu của các nhà cung cấp dịch vụ. Sản phẩm này có thể hoạt động như tổng đài nội hạt hay packet tandem với các dịch vụ như thoại, VoIP, PBX, Centrex, IP Centrex, các dịch vụ dữ liệu và nhiều dịch vụ khác. Phần lõi chuyển mạch Insingus Softswitch hỗ trợ các giao thức SIP, SIP-T, H.323, MGCP/H.248, các module kết nối với nhau thông qua họ giao thức IP. Kiến trúc OSA gồm có các thành phần sau: GSX9000TM Open Services Switch có chức năng media gateway và có khả năng mở rộng đến trên 100 000 cổng thuê bao. GSX9000TM hỗ trợ các giao diện DS1, DS3, E1, OC3/STM-1/STM-0, IP và ATM. Các codec thoại chính đều được hỗ trợ như G.711, G.729A, G.729B, G.723.1, G.726 InsignusTM Softswitch là phần lõi chuyển mạch của hệ thống InsightTM Management là phần mềm quản lý hệ thống chuyển mạch mềm dựa trên giao diện web Open Services Partner AllianceSM (OSPA) là các giao diện mở để kết nối với các ứng dụng và thiết bị của nhà cung cấp thứ 3. Các module chính trong Insignus Softswitch Insignus có tất cả 5 module, đó là PSX Policy Server, ASX Access Server, GSX-GC Gateway Controller và TSX Gateway Controller. PSX Policy Server (Máy chủ quản lý chung) Hình 2.7: Chức năng của PSX Policy Server PSX Policy Server là module chính của Insignus, đóng vai trò tổng hợp trong mô hình giải pháp này. PSX Policy Server là thành phần hoạch định chính sách và quản lý cơ sở dữ liệu, cung cấp khả năng lựa chọn dịch vụ và khả năng định tuyến cho các module ASX Access Server, GSX-GC Gateway Controller và TSX Gateway controller. Các thành phần này kết hợp với nhau để tạo nên một mạng thoại chuyển mạch gói có độ ổn định và khả năng mở rộng cao, và tất nhiên, phải là một môi trường mở đối với sản phẩm của các nhà cung cấp thứ ba. Insignus hỗ trợ tất cả các ứng dụng: dịch vụ truy nhập (access service), đường trung kế (tandem trunking), giảm tải lưu lượng Internet (Internet offload), dịch vụ thoại IP... Tính năng của PSX Policy Server Mở rộng dễ dàng Một nút PSX có khả năng xử lý rất lớn và có thể hỗ trợ nhiều softswitch và nhiều GSX9000 gateway. Người ta có thể dễ dàng nâng cấp hệ thống PSX của mình trong khi vẫn duy trì hoạt động bình thường của cả mạng. Có ba cách để làm được điều đó. Cách thứ nhất, đơn giản chỉ cần thêm năng lực xử lý cho nút PSX hiện tại hoặc thêm những nút “gương” (mirror) vào cùng một nơi. Cách thứ hai, triển khai các nút PSX khác với cùng một cơ sở dữ liệu, phân chia tải lưu lượng. Do các nút chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu mạng nên chúng có thể được quản lý như một nút, giảm đáng kể công sức điều hành và bảo dưỡng. Một cách giải quyết khác nữa là thiết lập vùng PSX, tức là tách mạng thành một số vùng, mỗi vùng có cơ sở dữ liệu riêng biệt, điều này cho phép ta phân biệt thông tin về vùng mạng này với các cơ sở dữ liệu khác. Phương pháp này nhiều khi cho phép quản lý mạng hiệu quả hơn. Cho dù thực hiện theo phương pháp nào, kết quả cũng cho ta một mạng có thể mở rộng tới mạng có khả năng xử lý hàng triệu cuộc gọi trong 1 giờ mà không ảnh hưởng đến bất cứ nút mạng nào trong quá trình nâng cấp. Định tuyến mềm dẻo và biên dịch PSX cung cấp khả năng định tuyến và biên dịch đầy đủ cho phép triển khai mạng trên phạm vi rộng với nhiều ứng dụng khác nhau. Có thể định tuyến tuỳ theo rất nhiều tham số như nhà khai thác, nhóm trung kế, gateway, thuê bao hoặc các yếu tố khác như giờ trong ngày, ngày trong tuần hay định tuyến với giá thấp nhất... Việc phân tích số cũng có thể được cài đặt để hỗ trợ cùng một lúc nhiều kế hoạch đánh số khác nhau vì thế thích hợp với việc triển khai mạng toàn cầu. Hỗ trợ tốt các giao thức báo hiệu PSX hỗ trợ nhiều giao thức chuẩn công nghiệp gồm SIP, SIP-T, H.323 để giao tiếp được với nhiều hệ thống thiết bị mạng gói hiện có. Sử dụng H.323, PSX hoạt động như một H.323 gatekeeper, điều khiển và truy nhập các gateway và mạng sử dụng H.323. Sử dụng SIP, PSX có thể hỗ trợ các ứng dụng của nhà cung cấp thứ 3; dùng SIP-T giúp cho PSX có thể “nói chuyện” được với các Softswitch của các nhà cung cấp khác. PSX hỗ trợ SS7 thông qua module SGX SS7 Gateway. PSX hỗ trợ nhiều biến thể của ISUP, còn TCAP giúp PSX hiểu các dịch vụ của mạng AIN (Advanced Intelligent Network) như LNP, phiên dịch số hay VPN (Virtual Private Network). Giao tiếp với SS7 còn được thực hiện thông qua giao thức TALI (Tranport Adapter Layer Interface). đây là chuẩn SS7-over-IP cho phép PSX trao đổi trực tiếp với các STP (Signaling Transfer Point), SCP (Signaling Control Point) và các SS7 Gateway của các nhà cung cấp thứ 3. Các dịch vụ mới PSX cho phép tạo lập các dịch vụ mới của riêng các nhà cung cấp, khác biệt với những dịch vụ đã có trên thị trường. PSX hỗ trợ cung cấp các dịch vụ theo 3 cách: Thứ nhất, các dịch vụ được nhúng sẵn trong PSX, gồm có sàng lọc (screening), khoá (blocking), phiên dịch số (number translation), định tuyến bắt buộc (forced routing). Hai là các dịch vụ tuỳ chọn, được tạo lập thông qua môi trường phát triển dịch vụ (SPE – Service Profile Editor) của hãng. Môi trường này cho phép viết các đoạn mã (script) dịch vụ hoặc tải về từ trang chủ về rồi kích hoạt. Các đoạn mã này bao gồm các SIBB (Service Independent Buiding Block) được kết hợp với nhau để tạo nên các dịch vụ tuỳ biến, ví dụ như voice portal, quay số hai giai đoạn (two-stage dialing) ... Ba là các dịch vụ của nhà cung cấp thứ 3. PSX hoạt động như một SIP Redirect Server. Sonus hợp tác với những nhà phát triển ứng dụng có chất lượng, tiến hành kiểm nghiệm các dịch vụ do họ phát triển để đảm bảo tính tương thích. Độ tin cậy cao nhất Hãng Sonus tuyên bố rằng sản phẩm PSX của họ có độ sẵn sàng 99,999%. PSX có thể hoạt động theo chế độ độc lập, phân chia tải hay theo cặp hoạt động/dự phòng. PSX hỗ trợ việc nâng cấp phần mềm trực tuyến và không phải ngắt quãng hoạt động của mạng. SGX SS7 Gateway Hình 2.8: Hoạt động của SGX SS7 gateway Là một module quan trọng trong Insignus, SS7 SGX Gateway đảm nhiệm việc kết nối với mạng báo hiệu hiện phổ biến nhất trên thế giới. SGX hỗ trợ đầy đủ TCAP, ISUP và các dịch vụ của AIN. Phần mềm SGX được thiết kế theo mô hình client/server, phục vụ các client ISUP và TCAP tập trung ở GSX9000 gateway hay từ các module Softswitch khác. SGX hỗ trợ các giao diện T1, E1 và V.35. SGX có thể mở rộng bằng cách thêm năng lực xử lý hoặc triển khai thêm nút SGX SS7. Mỗi nút SGX SS7 hỗ trợ được tối đa 255 liên kết A/F và 50 client. SGX hỗ trợ nhiều chuần SS7 trên thế giới, một nút SGX có thể làm việc với 5 biến thể của mạng SS7. Kết nối vào mạng SS7 đòi hỏi mã nhận dạng cho mỗi nút mạng. Do một SGX có thể làm việc với nhiều cấu trúc Softswitch OSA nên sẽ giảm yêu cầu về số mã cần thiết. Ngược lại, SGX có thể chấp nhận tới 5 mã nếu cần thiết. Ngoài ra, với SGX, có thể giảm đáng kể số kênh A/F cần có trong trường hợp phải kết nối các module khác với SS7. GSX-GC Gateway Controller GSX-GC thực hiện điều khiển cuộc gọi và báo hiệu cho GSX9000 gateway. Phương pháp tiếp cận phân tán khi thiết kế sản phẩm dẫn đến việc tách biệt GSX9000 là module quản lý media, tức các kết nối vật lý, còn GSX-GC đảm nhiệm chức năng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. Hình 2.9: Hoạt động của GSX-GC GSX-GC có thể phát sinh và kết thúc tất cả các dạng kết nối báo hiệu đảm bảo cho sự tích hợp với mạng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Để thích ứng với cơ sở hạ tầng mạng hiện có, GSX-GC hỗ trợ các giao diện đã được triển khai rộng rãi trong mạng chuyển mạch kênh, bao gồm ISDN PRI, báo hiệu kênh liên kết (CAS) và nhiều biến thể của báo hiệu số 7 SS7/C7. Ngoài ra tất nhiên là GSX-GC phải hỗ trợ các giao thức H.323, SIP, MGCP. GSX-GC cũng hỗ trợ các dịch vụ cao cấp mới và các dịch vụ của các nhà cung cấp thứ 3. TSX Gateway Controller (Bộ điều khiển Gateway trung kế) TSX hỗ trợ các giao thức MGCP/H.248 để có thể điều khiển các Media Gateway của các nhà sản xuất khác. Thông qua SGX SS7, TSX có thể hỗ trợ giao diện SS7 của mạng PSTN, cho phép truy nhập các dịch vụ của mạng IN và AIN. Hình 2.10: Hoạt động của TSX ASX Access Server ASX Access Server đóng vai trò điều khiển các gateway truy nhập, trực tiếp kết nối thuê bao với mạng chuyển mạch. ASX Access Server là module đảm nhiệm chức năng thiết lập/huỷ cuộc gọi và báo hiệu cho các đầu cuối, giống như chức năng của tổng đài nội hạt (class 5). ASX hỗ trợ kết nối dạng gói với rất nhiều dạng thiết bị khác nhau: các thiết bị truy nhập tích hợp (IAD), các gateway, các DLC (Digital Loop Carriers) thế hệ sau, các đầu cuối IP. Hệ thống này hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập khác nhau như đường dây thuê bao analog thông thường, Ethernet, thoại qua DSL và cáp đồng trục, mạch vòng vô tuyến nội hạt. Hình 2.11: Hoạt động của ASX ASX cho phép cung cấp tất cả dịch vụ cho người sử dụng, kể cả truy nhập tốc độ cao qua đôi cáp đồng và cáp đồng trục, đặc biệt hỗ trợ Centrex, IP Centrex, voice VPN, thông điệp thống nhất và hội nghị đa phương tiện... Mỗi nút ASX có thể hỗ trợ tới 100.000 thuê bao. Khi số lượng khách hàng tăng lên, một vài ASX có thể chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu khách hàng, nhờ đó có thể mở rộng dễ dàng. ASX cũng hỗ trợ nâng cấp phần mềm không đòi hỏi ngừng hoạt động của hệ thống. GSX9000 Open Service Switch Tên gọi của module này có thể làm cho nhiều người cho rằng đây chính là softswitch. Thực ra GSX9000 đóng vai trò Media Gateway trong kiến trúc mở của Sonus và đương nhiên có thể hoạt động trong các hệ thống chuyển mạch mềm khác. GSX9000 hỗ trợ các giao diện gồm có DS1, DS3, E1, OC3/STM-1/STM-0 cũng như các giao diện với chuyển mạch gói IP, ATM, POS. Khung GSX9000 cung cấp 16 khe, trong đó 2 khe dành cho các máy chủ của mạng quản lý, 14 khe còn lại có thể dùng để kết nối với các module giao diện của mạng chuyển mạch gói hoặc chuyển mạch kênh. Với khả năng mở rộng dễ dàng, có thể sử dụng GSX9000 để thiết lập các hệ thống chuyển mạch có hàng trăm nghìn số một cách nhanh chóng. Giống như các module khác trong kiến trúc OSA, GSX9000 có thể được cài đặt tập trung tại một chỗ, cũng có thể phân tán tại nhiều nơi với dung lượng tuỳ theo yêu cầu. Các module GSX9000 kết nối với nhau thống qua giao diện 100 hay 1000Base-LX Ethernet. Mỗi card trong GSX9000 là một đơn vị độc lập, bao hàm đầy đủ chức năng cần thiết như đóng gói thoại, triệt tiếng vọng, giao diện kênh/gói, nén thoại, tạo/tách tone, thông báo. Năng lực xử lý có thể được chia sẻ giữa các đơn vị độc lập này, đảm bảo không xảy ra tình trạng nút cổ chai hoặc đòi hỏi một bộ siêu xử lý. Kết luận Sonus là một trong những công ty đi đầu trong việc phát triển dòng sản phẩm hỗ trợ SIP. SIP protocol stack của họ là một trong những phiên bản SIP đầu tiên. Phần lõi chuyển mạch của họ định hướng theo SIP và đương nhiên được phát triển hoàn toàn là phần mềm. Tuy trên website của Sonus không hề có thông tin về nền tảng phần cứng nhưng qua một số nguồn tin khác có thể khẳng định Sonus sử dụng dòng máy chủ Sun để phát triển sản phẩm của mình Trong kiến trúc softswitch của Sonus cũng có tích hợp SS7 gateway bằng cách sử dụng các card SS7 chuyên dụng. Sonus có dòng sản phẩm gateway rất mạnh và đáp ứng được nhu cầu kết nối với tất cả các mạng khác. Kết luận về Softswitch. Softswitch, đúng như tên của nó, là tổng đài, có nghĩa là có chức năng chính là chuyển mạch, là thành phần chủ chốt của mạng NGN, thay thế cho các tổng đài điện tử truyền thống Softswitch hỗ trợ tất cả các dịch vụ thoại fax truyền thống, ngoài ra còn có thể cung cấp rất nhiều các dịch vụ khác, như các dịch vụ dữ liệu, dịch vụ thoại, thoại video và hội nghị qua IP... Tất cả các loại hình cuộc gọi mà softswitch có thể chuyển mạch đều có kiến trúc gói. Mạng chuyển mạch mềm giao tiếp với mạng PSTN qua các gateway Softswitch phá vỡ thế độc quyền của các nhà sản xuất tổng đài điện tử dung lượng lớn, tạo cơ hội cho các công ty khác tham gia thị trường bởi toàn bộ hệ thống sử dụng các giao thức chuẩn, hoạt động trên nền các hệ thống máy chủ có kiến trúc mở Softswitch mang lại nhiều lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng Mục lục Lời nói đầu. Phần I: Tổng quan về NGN Chương 1: Xu hướng phát triển thị trường công nghệ Điện tử- Tin học- Viễn thông 2 1. Những hạn chế của mạng viễn thông hiện tại 2 2. Xu hướng phát công nghệ dịch vụ mạng 3 Chương 2. Cấu trúc mạng NGN 5 1. Nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ sau NGN 5 2. Cấu trúc chung và đặc điểm NGN ………………………….7 3. Cấu trúc vật lý của NGN ……………………………………9 3.1. Sơ đồ cấu trúc vật lý mạng NGN ……………………...9 3.2. Các thành phần mạng và chức năng …………………10 4. Các tổ chức quốc tế với việc xây dựng mô hình NGN ……16 4.1 Mô hình ITU 17 4.2 Một số hướng nghiên cứu của IETF 19 4.3 Mô hình của MSF 20 4.4 Mô hình của TINA 23 4.5 Mô hình của ETSI 25 5. Mô hình NGN do một số hãng cung cấp 20 5.1 Alcatel 28 5.2 Ericsson 30 5.3 Siemens 32 6. Kết luận 33 Phần II: Soft Switch trong NGN Chương I. Mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm 35 1. Sự cần thiết của công nghệ chuyển mạch thế hệ mới 35 1.1. Hoạt động của mạng PSTN hiện tại 35 1.2. Nhược điểm của mạng chuyển mạch kênh 36 1.3. Sự ra đời của chuyển mạch mềm .......…………….....38 2. Khái niệm về softswitch …………………………………..39 2.1 Mạng NGN và công nghệ chuyển mạch mềm………..39 2.2 Vị trí của softswitch trong NGN ...…………………...43 2.3 Thành phần chính của softswitch……..………………43 2.4 Các giao thức báo hiệu sử dụng trong softswitch……..47 3. Ưu điểm và ứng dụng của Softswitch …………………….67 3.1 Lợi ích của Softswitch ..……………………………...67 3.2 So sánh softswitch và chuyển mạch kênh ...………….70 3.3 Các ứng dụng chính của softswitch…………………..75 Chương II. Sản phẩm tổng đái softswitch của các hãng ………….81 1. Giải pháp của Cisco ………………………………………81 2. Sản phẩm của ComnWorks ……………………………….92 3. Sản phẩm của Sonus Network …………………………….98 Kết luận về Softswitch ………………………………………….106 ._.