2.1 Mạng PSTN

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) là mạng dịch vụ phát triển rất sớm, sau hệ thống điện báo Morse. Mạng PSTN cung cấp các dịch vụ thoại và phi thoại.

Do đây là một hệ thống cung cấp dịch vụ thoại nên nó được triển khai rộng khắp trên thế giới và đã trải qua nhiều giai đoạn công nghệ khác nhau. PSTN là mạng viễn thông lâu đời nhất và lớn nhất từ trước tới nay, tính đến 1998 đã có trên 700 triệu thuê bao, tới năm 2000 đã có trên 1 tỷ thuê bao trên toàn thế giới. Ở Việt Nam, tính đến 2004 đã có trên 6 triệu thuê bao điện thoại PSTN trên tổng số hơn 10 triệu thuê bao điện thoại (cố định+di động) và tới 6/2006, con số tương ứng là khoảng 9 triệu thuê bao PSTN trên tổng số khoảng 17 triệu thuê bao điện thoại.

Xét về bản chất PSTN là một mạng hoạt động theo phương thức mạch (circuit mode), nghĩa là theo phương thức hướng kết nối (connection-oriented): một cuộc gọi điện thoại được tiến hành theo 3 pha: Thiết lập kết nối, duy trì kết nối và giải phóng kết nối (setup-conversation-released) bằng cách sử dụng các hệ thống báo hiệu.

Đặc điểm chủ yếu của PSTN:

• Truy nhập analog 300-3400 Hz

• Kết nối song công chuyển mạch kênh

• Băng thông chuyển mạch 64kb/s hoặc 300-3400Hz đối với chuyển mạch analog

• Không có khả năng di động hoặc di động với cự ly hạn chế.

Hình 3.1 cho thấy mô hình cơ bản của mạng điện thoại này. Trong hình ta có các thiết bị đầu cuối phía người sử dụng là các máy điện thoại cố định. Mạng điện thoại sẽ có nhiệm vụ kết nối các máy điện thoại để thực hiện dịch vụ thoại. Mạng này gồm các phần tử cơ bản là các thiết bị truyền dẫn và các thiết bị chuyển mạch, các thiết bị này phối hợp hoạt động với nhau để nối thông các máy điện thoại cố định theo yêu cầu của người sử dụng dịch vụ thoại.

Về nguyên tắc, tất cả các máy điện thoại có thể được đấu nối trực tiếp với nhau như thời ban đầu của nó. Tuy nhiên khi mà số lượng thuê bao tăng lên, người ta thấy rằng cần phải thực hiện chuyển mạch giữa các đôi dây với nhau. Sau đó chỉ có một số tuyến nối cần thiết giữa các tổng đài do số lượng các cuộc gọi ra thì nhỏ hơn nhiều so với số lượng thuê bao; Các thế hệ tổng đài ban đầu thực hiện chuyển mạch nhân công dựa trên các phiến nối và phích cắm.

Các hệ thống chuyển mạch tự động được gọi là các tổng đài tự động đầu tiên được phát triển vào năm 1887 bởi Strowger. Sau đó thì quá trình chuyển mạch được điều khiển bởi người sử dụng nhờ vào các xung được tạo ra khi quay số. Qua nhiều thập kỷ, các tổng đài dựa trên hàng loạt các bộ chọn điện cơ phức tạp, nhưng trong khoảng 20 năm trở lại đây, chúng được phát triển thành các tổng đài số được điều khiển bằng phần mềm và có thể cung cấp nhiều dịch vụ bổ sung. Các tổng đài hiện đại thường có dung lượng tương đối lớn, hàng ngàn số, và có thể thực hiện nhiều cuộc gọi đồng thời. Thông thường mạng điện thoại được chia thành các cấp khác nhau, từ cấp truy nhập (kết nối từ thuê bao tới tổng đài nội hạt) tới cấp trung chuyển (kết nối giữa các tổng đài: kết nối giữa các tổng đài host với nhau, giữa tổng đài host với tổng đài cấp cao hơn là tổng đài quốc gia và quốc tế).

2.2. GSM

2.2.1 Cấu trúc địa lý của mạng GSM

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Ở một mạng di động, cấu trúc này rất quạn trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia thành các phân vùng sau (hình 1.2):

Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)

Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.

Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiều vùng trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ.

Vùng phục vụ MSC

MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài di động). Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động. Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị tạm trú VLR.

Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR.

Vùng định vị (LA - Location Area)

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA. Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động.

Cell (Tế bào hay ô)

Vùng định vị được chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đó thì không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng. Cell là đơn vị cơ sở của mạng, là một vùng phủ sóng vô tuyến được nhận dạng bằng nhận đạng ô toàn cầu (CGI). Mỗi ô được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS.

2.2.2 Các thành phần

Trong đó:

- Thiết bị đầu cuối di động MS (máy điện thoại di động): là thiết bị đầu cuối của người sử dụng; thiết bị này gọn, nhẹ, dễ sử dụng và có nhiều tính năng hỗ trợ khách hàng. Mỗi thiết bị đầu cuối đều có một số máy riêng biệt và thông tin về thuê bao được ghi trong vi mạch SIM. Tùy theo loại máy đầu cuối mà khả năng thu phát tín hiệu có mạnh yếu khác nhau khi thuê bao ở gần ngoài vùng phủ sóng.

- Trạm thu phát BTS: thực hiện việc thu phát thông tin giữa thiết bị đầu cuối và đấu nối với tổng đài chuyển mạch trung tâm (thông tin vô tuyến) để truyền đi những thông tin liên quan đến thiết bị đầu cuối tới trung tâm chuyển mạch di động (MSC). Mỗi trạm BTS sẽ phủ sóng trên một vùng địa lý nhất định và có khả năng phục vụ một số lượng thuê bao xác định; vì vậy đôi khi có quá nhiều thuê bao MS cùng tập trung trong vùng phủ sóng của một trạm BTS sẽ xảy ra hiện tượng nghẽn mạch (trong khu vực triển lãm, sân bóng đá, trung tâm hội nghị lớn ...); mỗi vùng phủ sóng như vậy được gọi là một tế bào. Mạng thông tin di động bao gồm nhiều trạm BTS có thể phủ sóng trong một khu vực rộng lớn. Khi thuê bao di động ra khỏi vùng phủ sóng, trạm BTS và thuê bao đó sẽ không kết nối được với nhau.

- Tổng đài chuyển mạch trung tâm MSC: thực hiện các công việc liên quan đến thiết lập/giải phóng cuộc gọi, quản lý thuê bao, đấu nối với các mạng khác để thực hiện các cuộc gọi liên mạng. MSC quản lý các BTS và được trang bị các cơ sở dữ liệu cho phép nhanh chóng cập nhật các thông tin về thuê bao, vị trí thuê bao để có các đáp ứng phù hợp.

- Tổng đài chuyển mạch cửa ngõ *GMSC: kết nối với các mạng khác như mạng điện thoại cố định hay mạng Internet. GMSC thực hiện điều khiển các cuộc gọi từ mạng di động vào mạng cố định và ngược lại.

- Bộ đăng ký định vị thuê bao nhà HLR: là một cơ sở dữ liệu cơ bản lưu giữ các thông tin lâu dài về thuê bao như địa chỉ, các quyền của thuê bao và các thông tin tham khảo khác.

- Bộ đăng ký định vị thuê bao khách VLR: là một cơ sở dữ liệu của MSC lưu giữ các thông tin tạm thời về thuê bao như vị trí hiện tại của thuê bao

2.3. NGN

2.3.1 Mô hình cấu trúc NGN

Phần truyền dẫn: Áp dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng DWDM ở lớp vật l. nhằm đảm bảo cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) theo yêu cầucủa ứng dụng.

Phần truy nhập: Hướng tới sử dụng công nghệ quang cho thông tin hữu tuyến và CDMA cho thông tin vô tuyến. Thống nhất sử dụng công nghệ IP.

Lớp truyền thông

Thiết bị chính trong lớp truyền thông là các cổng (Gateway) làm nhiệm vụ kết nối giữa các phần của mạng và giữa các mạng khác nhau.

Thiết bị là các cổng truyền thông MG:

+ các cổng truy nhập:AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng truy nhập,RG (Residental Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà.

+Cổng giao tiếp: TG(Trunking Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng PSTN, mạng lõi với mạng di động.

- Các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn (SDH, WDM) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao.

Lớp điều khiển

Lớp điều khiển có nhiệm vụ điều khiển kết nối giữa các đầu cuối, với yêu cầu tương thích với tất cả các loại giao thức và báo hiệu.

Lớp điều khiển có thể được tổ chức theo kiểu module, theo đó các bộ điều khiển độc lập sẽ thực hiện các chức năng điều khiển khác nhau.

Thiết bị chính trong lớp điều khiển là Softswitch (chuyển mạch mềm) làm nhiệm vụ báo hiệu và điều khiển cuộc gọi.

Lớp quản lý

Lớp quản lý là một lớp tác động trực tiếp lên tất cả các lớp c.n lại, làm nhiệm vụ giám sát các hoạt động của mạng. Lớp quản lý phải đảm bảo hoạt động được trong môi trường mở, với nhiều giao thức, dịch vụ và các nhà khai thác khác nhau.

- Cung cấp các dịch vụ đến người sử dụng 1 cách thống nhất và đồng bộ, các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ khác nhau.

- Hệ thống ứng dụng/dịch vụ này liên kết với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API.

- Cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như: dịch vụ mạng thông minh ,trả tiền trước...

2.3.2 Các thành phần của mạng NGN

Cổng phương tiện (MG - Media Gateway)

MG cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và các mạng khác.

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)

Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC)

MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm, và cũng thường được gọi là tác nhân cuộc gọi (Call Agent) hay Bộ điều khiển cổng (Gateway Controller), hay chuyển mạch mềm.

MGC điều khiển xử l. cuộc gọi, c.n MG và SG sẽ thực hiện truyền thông. MGC thực hiện điều khiển MG. Ngoài ra c.n 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 l. lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau.

Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu h.nh tối thiểu cho chuyển mạch mềm.

Các chức năng của MGC

- Điều khiển cuộc gọi, duy tr. trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một MG;

- Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của MG, SG;

- Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F;

- Xử l. bản tin báo hiệu SS7 (khi sử dụng SIGTRAN);

- Xử l. các bản tin liên quan QoS như RTCP;

- Thực hiện định tuyến cuộc gọi (bao gồm bảng định tuyến và biên dịch);

- Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call Detail Record);

- Điều khiển quản l. băng thông;

Cổng báo hiệu (SG - Signaling Gateway)

SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được quản lý bởi chuyển mạch mềm trong mạng IP. SG làm cho chuyển mạch mềm giống nhưmột nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7.

SG có các chức năng sau:

- Cung cấp một kết nối vật l. đến mạng báo hiệu;

- Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP;

- Thiết lập đường truyền dẫn cho thoại và các dạng dữ liệu khác.

Server phương tiện (MS - Media Server)

MS là thành phần lựa chọn của Softswitch, được sử dụng để xử l. các thông tin đặc biệt. Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng với hiệu suất cao nhất.

Các chức năng của MS

- Chức năng voice-mail cơ bản ;

- Hộp thư fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các bản

tin ghi âm trước (Pre-recorded Message) ;

- Khả năng nhận dạng tiếng nói nếu có;

- Khả năng hội nghị truyền h.nh (Video conference);

- Khả năng chuyển đổi thoại sang văn bản (Speech -to- text).

Application server:

Tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP