Chap 5 NGN
Chap 5 NGN
Chap 5 NGN
3
Description d’un réseau téléphonique
traditionnel
3. Zones de Transit (ZT)
Il y a plusieurs zones de transit selon que l’on se trouve à un niveau régional, national
ou international.
• Zones de Transit Secondaire (ZTS)
Une ZTS est délimitée par un (ou plusieurs) CTS (Commutateur de Transit
Secondaire) qui gèrent un ensemble de CAA situés dans la zone considérée. Les
CTS n’intègrent aucune intelligence et assurent uniquement le brassage des
circuits lorsqu'un CAA ne peut directement atteindre le CAA du destinataire.
• Zone de Transit Principale (ZTP)
Une ZTP regroupe plusieurs ZTS et inclut un CTP (Commutateur de Transit
Principal) qui gèrent les CTS de la zone. Cette zone assure la commutation des
liaisons longue distance.
• Zone de Transit Internationale (ZTI)
Les CTP sont reliés à un Commutateur de Transit International (CTI) permettant de
traiter le trafic provenant ou à destination de l’international.
Par exemple, Tunisie Télécom dispose de deux centres de transit internationaux.
4
Description d’un réseau RTC
5
Description d’un réseau téléphonique
traditionnel
• La couche transport dans les réseaux voix traditionnels est
responsable de la bonne fourniture au niveau physique (couche
physique du modèle OSI) du contenu voix et du contrôle
(signalisation, gestion d’appel) des messages entre les
commutateurs et les équipements de signalisation. Cette couche
est assurée pour la majorité des opérateurs par la technologie de
transmission TDM.
• Dans un réseau RTC, la signalisation est assurée sous le protocole
SS7 (ou Sémaphore). Le protocole SS7 a été défini par l’ITU-T et
fournit les procédures grâce auxquelles les différents éléments d’un
réseau PSTN s’échangent des informations via un réseau numérique
de signalisation afin de pouvoir établir une communication fixe ou
mobile, puis la router et la contrôler.
• La fourniture de services à valeur ajoutée est possible grâce à
l’implémentation d’un « réseau intelligent » (Intelligent Network ou
IN).
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Les réseaux d’aujourd’hui
Aujourd’hui
Réseaux indépendantes
Services
Data/IP Networks
PSTN/ISDN
PLMN
CATV
Access Transport & Switching
7
Nouvelle-Génération de réseaux
Demain
Un réseau commun
Applications Applications
Servers
Controle des Communications
Backbone Network
Access Access
Access
Clients
8
Qu’est-ce qu’un NGN ?
un NGN (Next Generation Networks) est défini par
l’Union internationale des télécommunications (UIT)
comme un “réseau en mode paquet, en mesure
d'assurer des services de télécommunication et
d'utiliser de multiples technologies de transport à
large bande à qualité de service imposée et dans
lequel les fonctions liées aux services sont
indépendantes des technologies sous-jacentes liées
au transport.”
9
ITU-T NGN recommendations
Rec. N. Title
Y.2012 Functional requirements and architecture of the NGN
Y.2091 Terms and definitions for Next Generation Networks
Y.2111 Resource and admission control functions in NGN
Y.2171 Admission control priority levels in Next Generation Networks
Y.2021 IMS for Next Generation Networks
Y.2261 PSTN/ISDN evolution to NGN
Y.2031 PSTN/ISDN emulation architecture
Y.2271 Call server based PSTN/ISDN emulation
Y.2201 NGN release 1 requirements
Y.2701 Security requirements for NGN release 1
Q.1706/Y.2801 Mobility management requirements for NGN
Q.3900 Method of testing and model network architecture for NGN Technical means
testing as applied to public telecommunication networks
M.3343 Requirements and analysis for NGN trouble administration across B2B and
C2B interface
Y.1542 Framework for achieving end-to-end IP performance objectives
10
Pourquoi NGN
L'ensemble des acteurs (constructeurs, opérateurs, fournisseurs
de service) s'accorde globalement pour définir les NGN comme
un système offrant des services multimédia en s’appuyant sur un
réseau support mutualisé et caractérisé par plusieurs éléments
essentiels :
• Un cœur de réseau unique et mutualisé pour les différents
types d’accès et de services.
• Une architecture de cœur de réseau en 3 couches : Transport,
Contrôle et Services.
11
Pourquoi NGN
• Une évolution du transport en mode paquet (IP, ou ATM à
court terme avec une convergence progressive vers IP)
permettant la convergence des réseaux Voix/données.
• Des interfaces ouvertes et normalisées entre chaque couche,
et notamment au niveau des couches contrôle et services afin
de permettre la réalisation de services indépendants du
réseau.
• Le support d’applications multiples, multimédia, temps réel,
en mobilité totale, adaptables à l’utilisateur et aux capacités
des réseaux d’accès et des terminaux.
12
Modèle d’architecture en couche
13
Modèle d’architecture en couche
Presence
Work Group Next Generation
Collaboration … and more SIP
Applications
Applications
Video Gaming
Next Generation
Switching
NGN Control
Media
Gateways
Network 3G-Mobile Network
Management PSTN / PLMN
Next Generation
Transport
IP/Optical Backbone
Multiservice
Access
Packet Metro Gateway
Switch Optics Next Generation
Multi-Service Access
Access
Triple Play CPE
Voice, Video, Data PBX
LAN
15
Modèle d’architecture en couche
• La couche de transport,
qui est responsable de l’acheminement du trafic voix ou
données dans le cœur de réseau, selon le protocole utilisé.
Les équipements importants à ce niveau dans une
architecture NGN sont la MGW (Media GateWay) et le SG
(Signaling Gateways) qui gère respectivement la conversion
des flux de données et de signalisation aux interfaces avec les
autres ensembles réseau ou les réseaux tiers interconnectés,
via différents types de réseaux physiques disponibles (RTC, IP,
ATM, …).
16
Modèle d’architecture en couche
• La couche de contrôle,
qui gère l’ensemble des fonctions de contrôle des services en
général, et de contrôle d’appel en particulier pour le service
voix.
L’équipement important à ce niveau dans une architecture
NGN est le serveur d’appel, plus communément appelé
«softswitch», qui gère d’une part les mécanismes de contrôle
d’appel (pilotage de la couche transport, gestion des
adresses), et d’autre part l’accès aux services (profils
d’abonnés, accès aux plates-formes de services à valeur
ajoutée). 17
Modèle d’architecture en couche
• la couche services,
regroupe les plates-formes d’exécution de services et de
diffusion de contenus. Elle communique avec la couche
contrôle du cœur de réseau via des interfaces ouvertes et
normalisées, indépendantes de la nature du réseau d’accès
utilisé. Les services et contenus eux-mêmes sont par ailleurs
développés avec des langages convergents et unifiés
Cette couche inclut généralement des serveurs d’application
SIP, car SIP (Session Initiation Protocol) est utilisé dans une
architecture NGN pour gérer des sessions multimédias en
général, et des services de voix sur IP en particulier.
18
Modèle d’architecture en couche
19
Modèle d’architecture en couche
• L’impact majeur pour les réseaux de téléphonie commutée
traditionnels est que le commutateur traditionnel est scindé
en deux éléments logiques distincts : la media gateway pour
assurer le transport et le softswitch pour assurer le contrôle
d’appel.
• Une fois les communications téléphoniques «empaquetisées»
grâce aux media gateways, il n’y a plus de dépendance des
services vis-à-vis des caractéristiques physiques du réseau. Un
cœur de réseau paquet unique, partagé par plusieurs réseaux
d’accès constitue alors une perspective attrayante pour des
opérateurs. 20
Modèle d’architecture en couche
• Bien souvent, le choix se porte sur un cœur de réseau
IP/MPLS commun au niveau de la couche de transport du
NGN afin de conférer au réseau IP les mécanismes de qualité
de service suffisants pour assurer une fourniture de services
adéquate.
21
Eléments constituants le cœur de
réseau NGN
On rappelle que les principales caractéristiques des réseaux NGN
sont l’utilisation d’un unique réseau de transport en mode paquet
(IP, ATM,…) ainsi que la séparation des couches de transport des
flux et de contrôle des communications, qui sont implémentées
dans un même équipement pour un commutateur traditionnel.
Concernant les équipements actifs du cœur de réseau NGN, ces
grands principes se déclinent techniquement en deux volets
22
Eléments constituants le cœur de
réseau NGN
1. Remplacement des commutateurs traditionnels par deux types
d’équipements distincts :
• d’une part des serveurs de contrôle d’appel dits SoftSwitch ou
Media Gateway Controller (correspondant schématiquement
aux ressources processeur et mémoire des commutateurs
voix traditionnels) pour les fonctions de commande d’appel
et de service.
• d’autre part des équipements de médiation et de routage dits
Media Gateway (correspondant schématiquement aux cartes
d’interfaces et de signalisation et aux matrices de
commutation des commutateurs voix traditionnels), servant
23
d’interfaces avec le RTC
Eléments constituants le cœur de
réseau NGN
PSTN Switch
25
Eléments constituants le cœur de
réseau NGN
26
Le SoftSwitch ou Media Gateway
Controller (MGC)
Dans l’architecture des réseaux NGN, le serveur d’appel, aussi
appelé softswitch ou Media Gateway Controller (MGC) est le
nœud central qui supporte l’intelligence de communication. Il
s’agit d'un serveur informatique, doté d'un logiciel de traitement
des appels vocaux. Il permet de gérer :
• L’échange des messages de signalisation transmise de part et
d'autre avec les passerelles de signalisation, et l’interprétation
de cette signalisation.
• Le traitement des appels : dialogue avec les terminaux H.323,
SIP voire MGCP, communication avec les serveurs
d’application pour la fourniture des services. 27
Le SoftSwitch ou Media Gateway
Controller (MGC)
• Le choix du MG de sortie selon l'adresse du destinataire, le
type d'appel, la charge du réseau, etc.
• La réservation des ressources dans le MG et le contrôle des
connexions internes au MG (commande des Media
Gateways).
28
Le SoftSwitch ou Media Gateway
Controller (MGC)
IP
Trunking
Signaling
Overlay NextGen
Network Applications
29
Le SoftSwitch ou Media Gateway
Controller (MGC)
30
Media Gateway (MGW)
La media gateway constitue un élément essentiel déployé dans
un réseau NGN.
• Acheminement du trafic et interfonctionnement avec
– Les réseaux externes
– Les divers réseaux d’accès
• Conversion de la signalisation (entité fonctionnelle Signalling
Gateway
• Conversion du trafic selon type de codec (G.711, G.723.1,
G729A et G.726) (entité fonctionnelle Media Gateway)
31
Media Gateway (MGW)
La Media Gateway est située au niveau du transport des flux
média entre le réseau RTC et les réseaux en mode paquet, ou
entre le cœur de réseau NGN et les réseaux d’accès.
Le rôle principale de la MGW :
• Le codage et la mise en paquets du flux média reçu du RTC et
vice-versa (conversion du trafic TDM/IP)
• La transmission, suivant les instructions du Media Gateway
Controller, des flux média reçus de part et d’autre
• La transition entre réseau d’accès et le backbone paquet ou
entre réseaux d’opérateurs.
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Media Gateway (MGW)
Trois grandes classes de gateway :
• Trunking Gateway (TGW)
Raccordement des commutateurs TDM de l’opérateur au
réseau NGN pour les communications grande distance (NGN
Transit)
• Access Gateway (AGW)
C’ est un multiplexeur d’accès abonnés
Il autorise tout type d’accès : analogique (POTS), RNIS, xDSL,
data IP
33
Media Gateway (MGW)
• Signalling Gateway (SGW)
La fonction Signaling Gateway a pour rôle de convertir la
signalisation échangée entre le réseau NGN et le réseau
externe interconnecté selon un format compréhensible par
les équipements chargés de la traiter, mais sans l’interpréter
(ce rôle étant réservé au Media Gateway Controller).
La SGW assure l’adaptation de la signalisation par rapport au
protocole de transport utilisé (ex. : adaptation TDM / IP).
34
Media Gateway (MGW)
La fonction SGW est souvent implémentée physiquement dans le
même équipement que la Media Gateway, d’où le fait que ce
dernier terme est parfois employé abusivement pour recouvrir
les deux fonctions MGW + SGW.
35
Media Gateway (MGW)
Deux types de media gateway sont disponibles sur le marché, en
fonction du type de solution voix choisie par l’opérateur et du
rôle de ce media gateway :
• Les passerelles VoIP pour convertir des lignes d’accès TDM en
flux IP,
• Les passerelles VoATM pour convertir des lignes d’accès TDM
en flux ATM,
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Media Gateway (MGW)
Les Codecs (Codeur Décodeur) numérisent et compressent la voix pour
consommer moins de bande passante. Plusieurs algorithmes sont utilisés
pour différents codecs (G.729, G.723, etc.). Plus on compresse, plus la qualité
est altérée et plus les temps de calcul sont longs (ce qui entraîne des retards
de transmission).
• G.711
C’est le codage PCM (Pulse Coded Modulation sur 7 bits à 56 kb/s aux Etats-Unis)
ou MIC (Modulation par Impulsions Codées sur 8 bits à 64 kb/s en Europe) de la
voix. Il offre la meilleure qualité au détriment de la bande passante.
• G.723.1
Algorithme de compression/décompression à deux taux 5.3 et 6.3 Kbps, utilisant
les algorithmes ACELP et MQMLP.
• G.726
Ce codage permet de compresser une liaison 64 kb/s pour aboutir à un débit de
40, 32, 24 ou 16 kb/s. Cela permet un gain de bande passante.
• G.729
Codage à 8 kb/s. Largement employé en Voix sur IP grâce à son bon compromis
qualité / bande passante. La variante G.729a, compatible, requiert moins de
puissance de calcul. La variante G.729b permet la compression des silences. 37
Media Gateway (MGW)
Qualité de la voix
Pour assurer une bonne qualité de la voix, la MGW doit supporter la
fonctionnalité QoS :
(Quality Of Service – qualité de service) est un ensemble de
techniques visant à assurer une bonne qualité de la voix sur les
réseaux IP en combattant :
1. les délais de transmission,
2. la gigue
3. et la perte de paquets.
La MGW doit supporter la fonction ‘Dynamic buffering technology’ afin
de réduire les délais de transmission et la gigue et la fonction ‘Lost-
packet compensation technology’ pour réduire l’effet de la perte de
paquets. 38
Media Gateway (MGW)
1. Délai (ou Latence)
Le délai de transit (ou end-to-end delay dans la dénomination anglo-
saxonne) est un des paramètres critiques influençant fortement la QoS
d’un service de voix sur IP. C’est le temps que va mettre en moyenne un
paquet IP contenant un échantillon de voix pour traverser l’infrastructure
entre deux interlocuteurs. End -to- end De lay
Gateway Gateway
IP
Networ k
Networ k
39
Media Gateway (MGW)
QoS challenge: Latency
The ITU-T’s G.114 Recommendation
POTS
3,0 ms High
quality
6,6 ms
ISDN call
usual national 12,0 ms
detectable 90,0 ms
threshold
possible 170,0 ms
submarine
unacceptable 400,0 ms
1 ms 10 ms 100 ms 1000 ms
40
Media Gateway (MGW)
2. Gigue (jitter)
La variation de temps de transit, ou gigue de phase, est la
conséquence du fait que tous les paquets contenant des
échantillons de voix ne vont pas traverser le réseau à la même
vitesse. Cela crée une déformation de la voix ou un hachage.
Gateway Gateway
IP
Network
Inter-packet Inter-packet
gaps are equal gaps vary after
crossing the network
41
Media Gateway (MGW)
3. la perte de paquets (Packet Loss)
La transmission de la voix par paquets s’appuie sur le protocole RTP (real-
time transport protocol). Ce dernier permet de transmettre sur IP les
paquets de voix en reconstituant les informations même si la couche de
transport change l'ordre des paquets. Il utilise pour cela des numéros de
séquence et s’appuie sur UDP.
Les pertes de données VoIP sont dues aux congestions sur le réseau, qui
entraînent des rejets de paquets tout au long du réseau, ou à une gigue
excessive qui va provoquer des rejets de paquet dans les buffers de gigue
du récepteur, ceux-ci ne pouvant pas accueillir tous les paquets arrivés en
retard.
Gateway Gateway
IP
Network
2nd packet is lost
42
Media Gateway (MGW)
Control
Switch
PSTN IP
Interface Network
Circuit-Switched Interface
Network IP Network
43
Media Gateway (MG)
44
Les familles de protocoles d’un réseau NGN
L’apparition des entités fonctionnelles (MGC, MGW et SG) dans
une architecture NGN a donné lieu à de nouveaux protocoles. Ils
sont classés en trois grandes familles :
• les protocoles de contrôle d’appel regroupant essentiellement
H.323 et SIP,
• les protocoles de commande des MGs constitués par H.248 et
MGCP,
• et les protocoles de transport de signalisation SS7 sur réseaux
IP (SIGTRAN) ou de signalisation de transit entre MGC : BICC,
SIP-T.
45
Les protocoles de contrôle d’appel
Ils permettent l’établissement, d’une communication entre deux terminaux
ou entre un terminal et un serveur; les deux principaux protocoles
concurrents sont H.323, norme de l’UIT et SIP, standard développé à l’IETF.
• H.323
Le protocole H.323 regroupe un ensemble de protocoles de
communication de la voix, de l'image et de données sur IP. C'est un
protocole développé par l'UIT-T. Issu du monde de la téléphonie, ce
protocole fut le premier utilisé pour la VoIP, mais lourd, il se voit remplacé
de plus en plus par SIP.
• SIP
Session Initiation Protocol (dont le sigle est SIP) est un protocole normalisé
et standardisé par l'IETF qui a été conçu pour établir, modifier et terminer
des sessions multimédia. SIP est le standard ouvert de VoIP (Voice Over IP,
voix sur IP) interopérable le plus étendu et vise à devenir le standard des
télécommunications multimédia (son, image, etc.) au détriment de H.323.
46
Les protocoles de commande des MGs
Ces protocoles ont été engendrés par la séparation des couches
transport et contrôle et permettent au softswitch de gérer les Media
Gateway.
MGCP (Media Gateway Control Protocol) de l’IETF et MEGACO (MEdia
GAteway COntroller) ou H.248, développé conjointement par l’UIT et
l’IETF, prédominent actuellement.
Ces protocoles sont le canal de communication utilisé pour
coordonner le plan Contrôle et le plan Transport. Les principales
fonctions de ce canal sont :
• La réservation des ressources de la MG par le MGC nécessaire
pour satisfaire les demandes reçues par les messages de
signalisation ;
47
Les protocoles de commande des MGs
• Le traitement des connexions dans la MG par le MGC ;
• La remontée par la MG des réponses aux actions demandées par
le MGC ;
• Le contrôle du lien MG-MGC (sécurité du lien, basculement vers
un autre MGC ou MG)
48
Les protocoles de signalisation entre les SoftSwitchs
L’interconnexion des réseaux de données avec les réseaux existants
TDM utilisant la signalisation SS7, a nécessité le développement des
protocoles dédiés à l’interconnexion des réseaux et au transport de la
signalisation SS7 sur des réseaux en mode paquet. Ces protocoles
permettant la gestion du plan contrôle. Ce sont essentiellement :
• BICC (Bearer Independent Call Control), SIP-T (SIP pour la
Téléphonie) au niveau du cœur de réseau ;
• SIGTRAN (SIGnaling TRANsport) à l’interconnexion avec les
réseaux de signalisation SS7, généralement via des passerelles de
signalisation (Signaling Gateway ; SG).
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Les familles de protocoles d’un réseau NGN
SIP-T/BICC
Softswitch
SIGTRAN Softswitch
SG H.248
H.248
MGCP
ISUP Packet Core Network
H.248/MGCP
TMG
STP MGW
switch SIP/
H.323
STP
PSTN switch
AMG PSTN
Soft-phone
50
Les différentes catégories de NGN
La mise en place d’architectures NGN peut se faire avec une plus ou moins
grande ampleur, selon que l’utilisation des technologies NGN s’approche ou
non au plus près de l’utilisateur final. Le choix de déploiement à retenir
conditionne en grande partie les bénéfices à attendre de la mise en place
d’un réseau NGN du point de vue de l’économie de coût. Deux grands
scénarios peuvent ainsi être dégagés :
• Scénario 1 : Mise en place de solutions NGN jusqu’au commutateur de
classe 4
• Scénario 2 : Mise en place de solutions NGN jusqu’au classe 5
Les NGN Class 4 et Class 5 (NGN téléphonie) sont des architectures de réseau
offrant uniquement les services de téléphonie :
• Dans le RTC, un commutateur Class 4 est un centre de transit
• Dans le RTC, un commutateur Class 5 est un CAA
51
Scénario 1 : NGN classe 4
52
Scénario 1 : NGN classe 4
53
Scénario 1 : NGN classe 4
SIP-T/BICC
Softswitch
Softswitch
H.248
H.248
MGCP
Packet Core Network
TMG
STP MGW
switch
STP
PSTN switch
PSTN
54
Scénario 2 : NGN classe 5
55
Scénario 2 : NGN classe 5
Les commutateurs de class 5 constituent le point de raccordement
avec l’abonné pour la fourniture des services voix basiques.
Les opérateurs historiques possèdent plusieurs milliers de ces
commutateurs et de part leur position stratégique dans leur réseau
ont été peu enclins jusqu à présent à les remplacer par une solution
NGN.
Toutefois, compte tenu de la forte progression de la pénétration des
services hauts débit et du déclin de la demande en services de
téléphonie traditionnelle, les opérateurs considèrent de plus en plus
l’opportunité de faire converger leur infrastructure d’accès vers une
plate-forme IP commune tel que le déploiement de l’équipement
MSAN.
En conclusion, une migration de class 5 s’avère être un véritable « big
56
bang » au niveau du réseau de l’opérateur
Scénario 2 : NGN classe 5
57
Smooth Migration
Trunk gateway
LE LE
STP
TMG TMG
switch
AMG
PSTN IAD PLMN
PC SIP H.323
Phone Phone Phone
NGN multimédia
59
NGN multimédia
IP Clients and
Terminals
MGCP
Switch
SIEMENS
NIXDORF
PSTN
H.323 clients
and terminals
IP/IP GW
SIEMENS
NIXDORF
SIEME NS
NIXDORF
MGCP terminals
SIEME NS
NIXDORF
SIP clients
IP PBX’s, and terminals,
60
Next Generation Network (NGN) dans les réseaux mobiles
63
Architecture NGN pour les mobiles
1. MSC Server
Le MSC Server prend en charge les fonctions de contrôle d'appel et de
contrôle de la mobilité du MSC. Le MSC Server est associé à un VLR afin de
prendre en compte les données des usagers mobiles. Le MSC Server termine
la signalisation usager-réseau (BSSAP ou RANAP) et la convertit en
signalisation réseau-réseau correspondante.
ll contrôle le M-MGW afin d'établir, maintenir et libérer des connexions dans
le M-MGW. Une connexion représente une association entre une terminaison
en entrée et une terminaison en sortie du M-MGW. Par exemple, la
terminaison en entrée peut correspondre à une terminaison d’un circuit de
parole (Interface A) alors que la terminaison en sortie peut être assimilée à
un port de communication RTP/UDP/IP ou AAL2/ATM.
64
Architecture NGN pour les mobiles
2. M-MGW
Le M-MGW (ou CS-MGW) reçoit un trafic de parole du BSC ou du RNC et le
route sur un réseau IP ou ATM.
L'interface Iu-CS (Interface entre RNC et MSC) ou l'interface A (Interface entre
BSC et MSC) se connecte dorénavant sur l'entité M-MGW afin que le trafic
audio puisse être transporté sur RTP/UDP/IP ou AAL2/ATM.
Le transport sera typiquement assuré par RTP/UDP/IP afin de réutiliser le
backbone IP du réseau GPRS et ainsi minimiser les coûts.
65
Architecture NGN pour les mobiles
66
Architecture NGN pour les mobiles
Une autre fonction doit être introduite afin de permettre au MSC Server de
recevoir la signalisation BSSAP/RANAP sur SIGTRAN. Il s'agit de la fonction
Signaling Gateway (SG). SIGTRAN fournit des adaptations et un transport
fiable de la signalisation SS7 sur IP.
67
Architecture NGN pour les mobiles
68