Chất lượng dịch vụ trong NGN

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
API Application program Interface Giao diện chương trình ứng dụng
ARED Adaptive Random Early Detection RED thích ứng
ATM Asynchronuos Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng
bộ
CE Congestion Experienced Đã trải qua nghẽn
CQS Classify, Queue, Schedule Phân loại. Hàng đợi, Lập lịch
CU Currently Unused Hiện tại không sử dụng
DFF Drop From Front Loại bỏ phía trược
DiffServ Differentiated Service Dịch vụ khác biệt
DRR Deficit Round Robin
ECN Explicit Congestion Notification Khai báo nghẽn cụ thể
ECT ECN Capable Transport Truyền dẫn có khả năng ECN
EWMA Exponentially Weighted Moving
Average

FEC Forwarding Equivalence Classes Lớp tương đương chuyển tiếp
FIB Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp
FIFO First In First Out Vào đầu ra đầu
FQ Fair Queuing
FRED Flow Random Early Detection RED mức luồng
GMPLS Generalized MPLS MPLS mở rộng
IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật Internet
IntServ Integrated Service Dịch vụ tích hợp
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPv4 IP vesion 4 Mạng IP thế hệ thứ 4
IPv6 IP vesion 6 Mạng IP thế hệ thứ 6
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ITU_T International Telecommunication
Union
Tổ chức Viễn thông quốc tế
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn
LSP Label Switch Path Đường chuyển mạch nhãn
LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
MF Multifeild Đa trường
MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn lớn nhất
NGN Next Generation Network Mạng thé hệ tiếp theo
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
v
PDH Pre-synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp kĩ thuật số cận
đồng bộ
POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ điện thoại cũ, đơn giản
PSTN Public- switched Telephone
Network
Mạng điên thoại chuyển mạch công
cộng
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RED Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên
RIO RED with an In/ Out bit RED cùng một bít Vào/ Ra
RR Round Robin
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyên
RTT Round Trip Time Thời gian khứ hồi
SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp kĩ thuật số đồng
bộ
TC Traffic Class Lớp lưu lượng
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TDM Time Division Multiplexing Đa phân chia theo thời gian
TE Traffic Engineering Kĩ thuật lưu lượng
ToS Type of Service Loại dịch vụ
UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người sử dụng
VNPT Viet Nam Post and
Telecommunication
Tổng công ty Bưu chính viễn thông
Việt Nam
VoIP Voice over IP Truyền thoại dựa trên nền IP
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WDM Wavelenght Division Multiplexing Đa phân chia theo bước sóng
WFQ Weighted FQ Trọng số FQ
WRED Weighted Random Early
Detection
Trọng số RED
xDSL x Digital Subscriber Line Họ đường dây thuê bao số
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
vi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Mạng thế hệ sau là một bước đi đột phá trong công nghệ mạng viễn thông, nó làm
thay đổi hẳn về kiến trúc mạng cũng như dịch vụ của mạng Viễn thông hiện nay. NGN
là một mạng hội tụ của tất cả các mạng viễn thông hiện nay, đó là: Sự hội tụ giữa mạng
thoại và mạng truyền dữ liệu; giữa mạng cố định và mạng di động; hội tụ giữa truyền
dẫn quang và công nghệ chuyển mạch gói. Với cấu trúc mạng hợp nhất như vậy, NGN
truyền tải trên nó tất cả các dịch vụ như: Dịch vụ thoại, truyền số liệu, Internet, đa phương
tiện… cũng như các dịch vụ gia tăng trong tương lai. Đặc biệt NGN còn là sự hợp nhất về
dịch vụ (Unified Service), điều này được thể hiện khi khách hàng dùng một thiết bị đầu
cuối có thể sử dụng được nhiều dịch vụ khác nhau của NGN như: Gọi điện thoại, truy
nhập Internet, xem phim, hay truyền hình ảnh….
Mạng viễn thông của VNPT đã được số hoá hoàn toàn cả về truyền dẫn và chuyển
mạch với các thiết bị công nghệ mới hiện đại trên phạm vi toàn quốc, cùng với mạng
thuê bao rộng lớn và nhiều điểm cung cấp dịch vụ bưu chính viễn thông. Đây là một
thuận lợi lớn trong quá trình phát triển tiến tới cấu trúc mạng thế hệ mới cung cấp đa
dịch vụ, đa phương tiện, chất lượng cao. Tuy nhiên quá trình hoàn thiện mạng viễn
thông của VNPT dựa trên nền tảng IP cũng gặp không ít khó khăn. Đầu tiên là với
chủng loại thiết bị khá đa dạng thì việc tiến tới xây dựng phát triển và hoàn thiện NGN
là một quá trình chuyển đổi phức tạp đòi hỏi sự lựa chọn công nghệ đúng đắn và tổ chức
khai thác mạng hợp lý nhằm giữ vững vai trò chủ đạo của VNPT trong lĩnh vực viễn
thông ở Việt Nam trước xu thế cạnh tranh và hội nhập. Thứ hai là “chất lượng dịch vụ”
cũng là vấn đề quan trọng đặt ra đối với các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ viến
thông. QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể dùng ứng
dụng đó và mức QoS mà ứng dụng đòi hỏi chỉ có thể được xác định bởi người sử dụng,
vì chỉ có người sử dụng mới có thể biết chính xác mức QoS nào mà ứng dụng của mình
cần đến. Nhà cung cấp dịch vụ đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho người sử dụng,
thực hiện các biện pháp để duy trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các
nguyên nhân như nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi liên kết… Và có thể tiến tới một bước
cao hơn đó là cung cấp nhiều mức QoS trên cùng một mạng tuỳ thuộc vào yêu cầu của
người sử dụng.
Việc nghiên cứu nhằm nâng cao QoS trong NGN là rất cần thiết. Trước yêu cầu
đó, Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu phương thức điều khiển chất lượng dịch vụ trong
mạng thế hệ sau” tìm hiểu một số phương pháp điều khiển chất lượng dịch vụ QoS
trong NGN. Nhằm hỗ trợ cho các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp mức QoS theo
yêu cầu của khách hàng. Đồ án gồm 3 chương:
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
1
Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu
- Chương 1: Cấu trúc NGN: Tìm hiểu về một số mô hình tham khảo của
các công ty cung cấp dịch vụ Viễn thông và một số tổ chức quốc tế. Xu
hướng tiến lên NGN, cấu trúc mạng mục tiêu và lộ trình chuyển đổi của
VNPT.
- Chương 2: Chất lượng dịch vụ QoS trong NGN: Tìm hiểu về QoS
chung. Các tham số của QoS và QoS trong NGN.
- Chương 3: Một số phương thức hỗ trợ QoS trong NGN: Tìm hiểu về
một số kĩ thuật hỗ trợ QoS như: Phân loại, kiểm soát và đánh dấu, Hàng
đợi, Lập lịch và một số mô hình giao thức hỗ trợ QoS như: IntServ,
DiffServ, RVSP, MPLS.
Được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Ths Nguyễn văn Đát và các thầy cô
giáo trong bộ môn Mạng viễn thông đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên do sự
hạn chế về mặt thời gian và kiến thức hiện tại em chưa thể nắm bắt được hết những
thông tin mới nhất về công nghệ nên nội dung đồ án khó tránh khỏi thiếu sót. Em rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo cùng những
người quan tâm để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths Nguyễn văn Đát, các thầy cô giáo trong
bộ môn Mạng viễn thông và trong Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã hướng
dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian em học tập nghiên cứu tại học viện.
Hà Nội ngày 27 tháng 10 năm 2005
Sinh viên thực hiện
Bùi Thuỳ Dương
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
2
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Chất lượng dịch vụ trong NGN
CHƯƠNG 1
CẤU TRÚC NGN
1.1. Sự cần thiết phải chuyển đổi công nghệ mạng
Kỷ nguyên công nghệ thông tin, cùng với việc ứng dụng công nghệ truyền thông
đa phương tiện và xu hướng toàn cầu hoá trong kinh doanh, đã tạo ra sức ép cạnh tranh
ngày càng tăng trên thị trường công nghệ truyền tin. Đặt ra yêu cầu lớn đối với các nhà
cung cấp dịch vụ viễn thông phải liên tục cải tiến hệ thống để đáp ứng yêu cầu ngày
càng cao của khách hàng.
Công nghệ mạng hiện nay dựa trên công nghệ chuyển mạch kênh sử dụng dung
lượng truyền dẫn có hiệu quả thấp. Do đó có thể kể ra một số hạn chế của mạng viễn
thông Việt Nam hiện tại như sau:
- Tách biệt giữa mạng thoại và mạng truyền số liệu.
- Mạng có nhiều cấp gây phức tạp trong việc phối hợp hệ thống báo hiệu,
đồng bộ và việc triển khai dịch vụ mới.
- Phức tạp trong việc thiết lập Trung tâm quản lý mạng, hệ thống Billing,
chăm sóc khách hàng.
- Hệ thống có tính mở thấp dẫn đến thời gian đưa dịch vụ ra thị trường
chậm.
Ngoài các đặc điểm của mạng như đã nêu trên còn có một số yếu tố tác động đến
mạng như sau:
- Sự tăng trưởng của các dịch vụ data (Internet phát triển mạnh, nhu cầu về dịch
vụ IP lớn, dịch vụ Frame Relay phát triển nhanh, xu thế tích hợp IP/ ATM cho
mạng đường trục)
- Sự phát triển và thay đổi công nghệ (khả năng xử lý của Chip tăng mạnh, công
nghệ chuyển mạch gói và xDSL phát triển)
- Nhu cầu sử dụng các dịch vụ mới tăng (dịch vụ thoại, data, video tương tác, E-
Business, Internet Telephony, VoIP, VoATM, Home Shopping, Entertainment
on demand, TV on Internet, Internet on TV, Teleworking, Telebanking, Tele-
medicine, Web/ Phone link)
- Yêu cầu cao của nhà khai thác và người sử dụng (kết nối đơn giản, truy nhập
dịch vụ nhanh và tức thì, nhanh chóng đáp ứng yêu cầu dịch vụ, giá cả hợp lý,
quản lý mạng đơn giản, bảo mật cao)
- Sự hội tụ của viễn thông và tin học (tạo ra một mạng có hạ tầng thông tin duy
nhất, dựa trên công nghệ chuyển mạch gói và tin học xử lý, triển khai các dịch
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
3
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Chất lượng dịch vụ trong NGN
vụ đa dạng và nhanh chóng, sự hội tụ giữa thoại và tin học, giữa cố định và di
động, giữa vô tuyến và hữu tuyến, tích hợp công nghệ viễn thông và tin học).
Do vậy với công nghệ hiện nay mạng viễn thông không thể đáp ứng được các yêu
cầu kinh doanh trên.
Thoại luôn là dịch vụ được xem xét đến hàng đầu trong quá trình phát triển mạng,
do đó ta xem xét quá trình chuyển dịch thoại từ PSTN sang NGN:
Mạng PSTN hiện tại:
POTS
POTS
PBX
RDT
Class 4/5
Switch
GR.303
PRI/E1/
T1
A - link
IMT
SS7
PSTN
Hình 1.1: Sơ đồ mạng viễn thông hiện nay
Phát triến lên NGN:
SS7
PSTN
VoPacket
A - link
IMT
POTS
POTS
PBX
RDT
GR.303
PRI/E1/
T1
`
Residental
gateway
Access
gateway
MGC
Signaling
gateway
Trunk
gateway
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
4
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Chất lượng dịch vụ trong NGN
Hình 1.2: Sơ đồ mạng viễn thông tương lai
Đối với các mạng dịch vụ khác:
Hình 1.3: Sơ đồ các mạng dịch vụ khác
Sự tiến hóa bằng sơ đồ lớp chức năng của các mạng :
Mạng hiện tại:
Hình 1.4: Sơ đồ lớp chức năng của mạng hiện nay
Mạng trong tương lai gần:
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
Dữ liệu
GE
SDH/ SONET
IPTDM
Các ứng dụng
NET
Thoại
Thoại
Dữ liệu
IP
ATM/FR
IP/MPLS
Thoại
Các ứng dụng
NET
Video
Các ứng dụng
NET
5
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Chất lượng dịch vụ trong NGN
Hình 1.5: Sơ đồ lớp chức năng của mạng tương lai gần
Mạng tương lai:
Hình 1.6: Sơ đồ lớp chức năng của mạng tương lai
Mạng viễn thông Việt Nam là một mạng viễn thông phức tạp với nhiều chủng loại
thiết bị khác nhau. Ưu điểm của một mạng như vậy là không bị lệ thuộc vào nhà cung
cấp thiết bị và nhược điểm của mạng là khó khăn trong công tác khai thác, quản lý, bảo
dưỡng và kết nối, nhất là trong điều kiện cần cung cấp các dịch vụ mới đòi hỏi yêu cầu
cao về chất lượng
Do vậy, yêu cầu đặt ra đối với mạng này là:
- Cung cấp các dịch vụ thoại và truyền số liệu trên cơ sở hạ tầng thông tin
thống nhất.
- Cấu trúc mạng đơn giản, giảm tối thiểu cấp chuyển mạch.
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
IP/MPLS
RPTR
IP/MPLS
Thoại
Các ứng dụng
NET
Các ứng dụng
mới
Dữ liệu
Video
Giải trí
Các ứng dụng
NET
Thoại
Video
Các ứng dụng
NET
Các ứng dụng
NET
Thoại
Thoại
Dữ liệu
IPATM/FRIPTDM
DWDM
Dữ liệu
GE
PDH, SDH/ SONET
SDH/SONET, GE
Thoại
Dữ liệu
Các ứng dụng
NET
Video
Giải trí
Các ứng dụng
mới
Lớp điều khiển
Lớp media
IP/MPLS kết nối dựa trên nền IP
(IP internetworking)
RPT
DWDM
6
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Chất lượng dịch vụ trong NGN
- Cấu trúc mạng phải có tính mở, dễ mở rộng dung lượng và triển khai các dịch
vụ mới.
- Cấu trúc mạng có độ linh hoạt và sẵn sàng cao, khả năng tồn tại lâu dài nhằm
đảm bảo tính an toàn mạng lưới và chất lượng dịch vụ.
- Cấu trúc mạng tổ chức không phụ thuộc vào địa giới hành chính.
- Hệ thống quản lý mạng, quản lý dịch vụ có tính tập trung cao.
- Bảo toàn vốn đầu tư của VNPT với mạng hiện tại.
1.2. Mô hình tham khảo của một số hãng và tổ chức quốc tế
1.2.1. Mô hình NGN của 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.
Hình 1.7: Mô hình mạng thế hệ sau của Alcatel
Alcatel giới thiệu các chuyển mạch đa dịch vụ, đa phương tiện 1000 MM E10 và
Alcatel 1000 Softswitch cho giải pháp xây dựng NGN.
Trong đó họ sản phẩm 1000 MM E10 là các hệ thống cơ sở để 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.
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
Các
dịch vụ
mạng
độc lập
Thiết bị mạng
đã có
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
7
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Chất lượng dịch vụ trong NGN
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.
Hệ thống này có thể sử 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 POTS, 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.
1.2.2. Mô hình NGN 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.
Bùi Thuỳ Dương – D01VT
Máy chủ ứng dụng IP
ứng dụng
Điều khiển
Com
Server
H.323
HLR SCP
Máy
Chủ
PLMN
Máy chủ
PSTN/
ISDN
Q
U
ả
n
l
ý
Mạng truy nhập
vô tuyến
MGW
MGW MGW
MGW
MGW
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
Hình 1.8 Mô hình thế hệ sau của Ericsson
8

Xem chi tiết: Chất lượng dịch vụ trong NGN