Mạng viễn thông thế hệ mới

TỔNG QUAN VỀ NGN
NGN là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùng một cơ sở hạ tầng dựa trên nền tảng IP, làm việc trên cả hai 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 các hệ thống quản lý và điều khiển. Các ứng dụng cơ bản bao gồm thoại, hội nghị truyền hình và nhắn tin hợp nhất (unified messaging) như voice mail, email và fax mail, cùng nhiều dịch vụ tiềm năng khác.

Các đặc điểm của NGN:
1. Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (SW-SoftSwitch) thay thế các thiết bị tổng đài 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, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ SW được ví như là 'trái tim' của NGN.
2. Mạng hội tụ thoại và dữ 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 dần lên sử dụng mạng IP với kỹ thuật QoS như MPLS.
3. Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: Mạng truyền dẫn quang với công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (dense WDM).
CẤU TRÚC MẠNG NGN
Cấu trúc mạng NGN bao gồm 5 lớp chức năng: lớp truy nhập dịch vụ (service access layer), lớp chuyển tải dịch vụ (service transport/core layer), lớp điều khiển (control layer), lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service layer) và lớp quản lý (management layer). Hình 1 thể hiện cấu trúc của NGN.
Lớp ứng dụng/dịch vụ
Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN (Intelligent network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển... 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 môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp này.

Lớp điều khiển

Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (ATM+IP) của lớp chuyển tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập. Lớp điều khiển có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng/dịch vụ. Các chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển.

Lớp chuyển tải dịch vụ

Bao gồm các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn (SDH, WDM), thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến các cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển. Hiện nay đang còn nhiều tranh cãi khi sử dụng ATM hay MPLS cho lớp chuyển tải này.

Lớp truy nhập dịch vụ

Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc cáp quang, hoặc thông qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập vô tuyến cố định...)

Lớp quản lý

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.

CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG NGN

Mối tương quan giữa cấu trúc phân lớp chức năng và các thành phần chính của mạng NGN được mô tả trong hình 2.

Theo hình 2 ta nhận thấy, các loại thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truy nhập (Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thông (Media Gateway) nằm ở biên của mạng trục. Thiết bị quan trọng nhất của NGN là SW nằm ở tâm của mạng trục (còn hay gọi là mạng lõi). SW điều khiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức. Các giao thức này sẽ được xem xét kỹ ở phần sau. Hình 3 liệt kê chi tiết các thành phần trong mạng NGN cùng với các đặc điểm kết nối của nó đến các mạng công cộng (PSTN).

Mô tả hoạt động của các thành phần:
Thiết bị SW
Thiết bị SW 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). SW còn được gọi là Call Agent (vì chức năng điều khiển cuộc gọi của nó) hoặc Media Gateway Controller - MGC (vì chức năng điều khiển cổng truyền thông - Media Gateway).

Thiết bị SW có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway). SW điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính:

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

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

Cổng truyền thông
Nhiệm vụ chủ yếu 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 SW. MG thực hiện việc mã hóa, giải mã và nén dữ liệu thoại.

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. Tóm lại, MG cung cấp một phương tiện truyền thông để truyền tải thoại, dữ liệu, fax và hình ảnh giữa mạng truyền thống PSTN và mạng gói 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 giao tiếp với mạng gói IP qua giao tiếp STM. Ở 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 mạng NGN, cổng truy nhập được điều khiển từ SW qua giao thức MGCP hay Megaco/H.248. Lúc này, lưu lượng thoại từ các thuê bao sẽ được đóng gói và kết nối vào mạng trục IP.
 

Cổng báo hiệu
Cổng báo hiệu (SG - Signalling Gateway) đóng vai trò như một cổng giao tiếp giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 - Signalling System 7, giao thức được dùng trong PSTN) và các điểm được quản lý bởi thiết bị SW trong mạng IP. Cổng SG đòi hỏi một đường kết nối vật lý 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 SW. SG làm cho SW 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 2 xu hướng. Các dịch vụ và ứng dụng trên mạng NGN được quản lý và cung cấp bởi các máy chủ dịch vụ (server). Các máy chủ này hoạt động trên mạng thông minh (IN - Intelligent Network) và giao tiếp với mạng PSTN thông qua SS7.
CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG MẠNG NGN
Các giao thức và báo hiệu trong mạng NGN được thể hiện trong sơ đồ hình 4.
Megaco/H.248
Megaco và H.248 giống nhau, đều là giao thức điều khiển MG. Megaco được phát triển bởi IETF (đưa ra vào cuối năm 1998), còn H.248 được đưa ra vào tháng 5/1999 bởi ITU-T. Sau đó cả IETF và ITU-T cùng hợp tác thống nhất giao thức điều khiển MG, kết quả là vào tháng 6/2000 chuẩn Megaco/H.248 ra đời.

Megaco/H.248 là báo hiệu giữa SW/MGC với MG (Trunking Media Gateway, Lines Media Gateway hoặc IP Phone Media Gateway). Megaco/H.248 điều khiển MG để kết nối các luồng từ ngoài. Sơ đồ điều khiển MG của Megaco/H.248 được thể hiện ở hình 5.

Megaco/H.248 tương tự với MGCP về mặt cấu trúc và mối liên hệ giữa bộ điều khiển và cổng gateway, tuy nhiên Megaco/H248 hỗ trợ đa dạng hơn các loại mạng (ví dụ ATM).

 

BICC

BICC (Bearer Independent Call Control) là giao thức báo hiệu giữa 2 MGC/Call Server, có thể là từ các nhà cung cấp khác nhau, nhằm mục đích đảm bảo lưu lượng thoại dùng kỹ thuật gói (VoP - Voice over Packet). Theo ITU-T, BICC được thiết kế để có thể tích hợp hoàn toàn với các mạng hiện hữu và bất kỳ hệ thống nào có hỗ trợ việc chuyển tải bản tin nhắn thoại.

BICC hỗ trợ các dịch vụ băng hẹp (PSTN, ISDN) một cách độc lập với đường truyền và kỹ thuật chuyển tải bản tin báo hiệu. Bản tin BICC chuyên chở cả thông tin điều khiển cuộc gọi và điều khiển đường truyền. BICC góp phần đơn giản hóa các báo hiệu sử dụng cho việc giao tiếp hoạt động giữa mạng truyền thống vào mạng NGN. Nói cách khác, mạng NGN với nền tảng mạng chuyển mạch gói có thể cung cấp đầy đủ các dịch vụ băng hẹp thông qua báo hiệu BICC.

Trong BICC, giao thức báo hiệu điều khiển đường truyền phụ thuộc vào công nghệ đường truyền lớp dưới như ATM, IP/MPLS.

Hình 6 mô tả ứng dụng của BICC trong việc liên kết hoạt động giữa mạng truyền thống (PSTN/ISDN) và mạng NGN. Hai thuê bao điện thoại truyền thống liên lạc với nhau thông qua sự điều khiển của softswitch theo báo hiệu BICC. Báo hiệu SIP sử dụng trong trường hợp 2 thuê bao IP phone hoặc một thuê bao IP phone liên lạc với một thuê bao điện thoại truyền thống.

SIP

SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức điều khiển lớp ứng dụng được thiết kế và phát triển bởi IETF. Giao thức SIP được sử dụng để khởi tạo, điều chỉnh và chấm dứt các phiên làm việc với một hay nhiều yếu tố tham dự. Một phiên được hiểu là một tập hợp nơi gửi, nơi nhận liên lạc với nhau và trạng thái bên trong mối liên lạc đó. Ví dụ trạng thái có thể bao gồm cuộc gọi điện thoại Internet, tín hiệu đa phương tiện phân tán, hội nghị truyền thông đa phương tiện, hay có thể là trò chơi máy tính phân tán...

Là giao thức báo hiệu mở, mềm dẻo và có khả năng mở rộng, SIP khai thác tối đa công cụ Internet để tạo ra nhiều dịch vụ mới trong mạng NGN. Sơ đồ giao thức báo hiệu SIP trong NGN được thể hiện trong hình 7. SIP còn được dùng làm báo hiệu giữa 2 SW như thể hiện ở hình 6.

Giao thức khởi tạo phiên SIP thâm nhập vào thiết kế SW không chỉ như một giao thức báo hiệu cuộc gọi mà còn đóng vai trò của một cơ cấu vận chuyển cho các giao thức khác và cho báo hiệu của thiết bị SW đến các server ứng dụng và cho các hệ thống đáp ứng thoại tương tác hai chiều. Hiện nay SIP được dùng phổ biến cho Voice Over IP. Hiện nay, SIP đang trở thành lựa chọn thay thế H.323 để trở thành giao thức điểm nối điểm (end-to-end protocol) trong công nghệ SW.
 

H.323

H.323 là giao thức chuẩn cho việc liên lạc bằng thoại, hình và dữ liệu trong hệ thống mạng IP (bao gồm mạng Internet). H.323 là tập hợp các chuẩn của ITU cho việc truyền thông đa phương tiện và là một trong những chuẩn chính cho VoIP như Megaco hay SIP.

H.323 được công bố lần đầu tiên vào năm 1996 và phiên bản mới nhất (version 5) được hoàn thành vào năm 2003. Các thành phần trong cấu trúc H.323 gồm có terminal, gateway, gatekeeper... (tham khảo bài 'Kiến trúc H.323...' trên TGVT A  1/2004, tr.75).

MGCP: Media Gateway Control Protocol

MGCP là giao thức VoIP và là một chuẩn được xác định bởi IETF, được dùng để điều khiển MG từ MGC/SW. MGCP là một giao thức chủ tớ (master/slave) mà qua đó MG sẽ thực thi các lệnh được gửi từ MGC/SW. MG truyền tải các loại tín hiệu như thoại, dữ liệu, hình ảnh giữa mạng IP và mạng truyền thống (PSTN). Có thể hiểu, trong mô hình MGCP, các MG chú trọng vào chức năng phiên dịch tín hiệu âm thanh, trong khi SW đảm nhận chức năng xử lý báo hiệu và cuộc gọi.

Chú ý, MGCP và Megaco/H.248 đều là giao thức điều khiển MG từ MGC/SW. Tuy nhiên, Megaco/H.248 là giao thức mới hơn và đang có xu hướng thay thế MGCP. Một số thiết bị được sản xuất hỗ trợ cả hai giao thức cùng một lúc.