Các giải pháp truyền IP trên mạng quang

c. Khi có lỗi vật lý xảy ra, tín hiệu được định tuyến lại để đi theo một đường truyền vật lý khác. Cấu trúc này là cách tốt nhất để phục hồi mạng. 4.11.1.5. Các yêu cầu đối với mạng IP/WDM IP/WDM chỉ thực hiện được khi tất cả các dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối là hoàn toàn quang. Vì thế, mạng quang để thực hiện được cần có các chức năng như: phát hiện và sửa lỗi, khả năng chịu lỗi, quản lý, định tuyến, chuyển mạch…tại tầng quang. Sau đây sẽ trình bày cụ thể từng chức năng: Phát hiện và sửa lỗi Khác với khung SDH có phần mào đầu chứa chức năng giám sát lỗi, mạng truyền dẫn IP/WDM khá phức tạp trong việc phát hiện lỗi do các giao thức là trong suốt qua mạng WDM. Vì chức năng phát hiện lỗi bị hạn chế nên khoảng cách truyền dẫn lớn nhất mà vẫn đảm bảo xác suất lỗi bit cũng giảm. FEC được thực hiện trong tất cả các mạng toàn quang WDM. Nó có thể chia ra làm hai cách: Cách thứ nhất là đưa FEC vào phần không sử dụng của tiêu đề SDH. Cách này bị giới hạn bởi các khung SDH có phần không gian này rất ít trong một khung. Nó còn được gọi là FEC trong băng; Cách thứ hai là các dữ liệu FEC được mã hoá và truyền dẫn trên các kênh riêng. Phương pháp này còn gọi là FEC ngoài băng. Nó tăng tốc độ đường truyền và cải thiện hệ thống một cách đáng kể. Khả năng chịu lỗi Ngoài giám sát bước sóng và định tuyến mềm dẻo, một mạng đường trục còn phải là một hệ thống quang có khả năng tồn tại cao bao gồm cả chuyển mạch bảo vệ và khôi phục mạng. Việc lắp đặt một mạng toàn quang sẽ đem đến khả năng để bảo vệ mạng tại tầng quang. Bảo vệ đoạn ghép quang 1+1 (MSP) như trong hệ thống SDH. Các OADM có thể đảm nhiệm các chức năng chuyển mạch bảo vệ tại tầng quang mới. Có thể sử dụng OXC trong một phần tích hợp của kiến trúc này. Nó có thể cung cấp kiểu bảo vệ 1+1 thông qua các cầu (bridge) phía đầu, trong khi OXC ở phía cuối có thể được giám sát để chuyển mạch một cách linh hoạt giữa hai cổng quang đầu vào. Hình thức chuyển mạch bảo vệ tại tầng quang này sẽ chống lại hiện tượng đứt cáp ở mức cao nhất có thể. Trong những năm tới, các hình thức khôi phục và duy trì mạng sẽ được cải tiến đáng kể. MPLS là một trong những hình thức này. Nó cho phép mạng quang thực hiện khôi phục và chuyển mạch bảo vệ đường tại tầng IP chứ không phải là tầng quang. Định tuyến theo bước sóng Một khả năng độc đáo nhất của mạng hoàn toàn quang là cho phép định tuyến theo bước sóng. Các bước sóng của tín hiệu, trạng thái của các kết nối chuyển mạch và sự thay đổi của các bước sóng sẽ quyết định đường truyền tín hiệu thông qua mạng. OADM có thể kết nối với các router IP và có thể thiết lập một đường quang giữa chúng (đường quang là đường mà các tín hiệu quang truyền qua để đến đích). Trong quá trình truyền dẫn, tín hiệu có thể qua vài bộ biến đổi bước sóng. Nhưng một đường bước sóng là một đường quang mà không đi qua các bộ biến đổi bước sóng. Các router cần phải biết về cấu hình mạng. Điều này có thể thực hiện nhờ các giao thức định tuyến động. Như vậy, khi cấu hình mạng thay đổi thì định tuyến lưu lượng cũng thay đổi theo. Có hai giải pháp cho vấn đề định tuyến: Giải pháp định tuyến riêng cho mạng IP/WDM: gồm hai bước là ấn định định tuyến và ấn dịnh bước sóng. Việc định tuyến trong mạng WDM có liên quan đến việc ấn định bước sóng và định tuyến (RWA). Việc này được chia thành hai quá trình khác nhau và được xử lý riêng theo các kỹ thuật đã biết. Độ phức tạp của ấn định bước sóng và định tuyến phụ thuộc vào việc các node có sử dụng bộ biến đổi bước sóng không và kết nối mạng là một sợi hay đa sợi. Giải pháp định tuyến chung: có sử dụng các giải pháp chung cho việc quyết định cấu hình ảo, ấn định bước sóng và ấn định định tuyến. Cách này được chia làm 4 khía cạnh và liên kết chung với giải pháp riêng của chúng. Hai trong số 4 khía cạnh trên nảy sinh từ các mạng quang thực tế và hai khía cạnh còn lại giống như dịnh tuyến quang trong mạng dữ liệu. Việc định tuyến bước sóng sẽ có nhiều thay đổi và MPLS là thích hợp nhất. Sử dụng MPLS sẽ không phải truyền thông tin định tuyến cập nhật qua mạng khi một node/segment của mạng bị hỏng. Bằng cách này đã đưa định tuyến xuống lớp IP và đơn giản hoá mạng. Quản lý và điều khiển mạng Quá trình phát triển của mạng hướng tới một mạng toàn quang sẽ đem đến những khó khăn trong việc thống nhất cơ sở quản lý mạng với các kiến trúc hiện có. Hệ thống IP/WDM cần đáp ứng được các yêu cầu sau: giám sát lỗi, cấu hình mạng, quản lý hiệu năng, tốc độ và độ trễ. Trong các mạng hiện nay, việc quản lý được thực hiện bằng cách cho phép các router đường trục IP giao diện với các thiết bị SDH hay WDM. Một số chú ý khi sử dụng các router đường trục IP: Về mặt kỹ thuật cũng như kích thước của mạng và các phần tử mạng. Tính toán mức độ ảnh hưởng của băng thông người sử dụng lên kiến trúc mạng. Sử dụng các nguyên tắc vận hành và thiết kế mạng. Xem xét vai trò của các đường truyền đầu cuối đến dầu cuối hoàn toàn quang. Xem xét vai trò của việc ấn định bước sóng và định tuyến. Thiết kế việc chia sẻ bước sóng và tái sử dụng bước sóng. Đưa ra việc quản lý mạng thống nhất cho truy cập mạng đường trục. Điều này được dùng để quản lý mạng IP/WDM. Nhiều thiết bị được quản lý nhờ sử dụng hệ thống quản lý mạng riêng cho phép thực hiện điều khiển mạng cho mạng toàn quang. Trong suốt dịch vụ Trong suốt dịch vụ có thể được định nghĩa là một thuộc tính mà tại những điểm node trên mạng truyền tải thì tín hiệu không cần bất cứ thông tin thêm nào về chúng. Các node truyền tải trong tương lai sẽ yêu cầu tính trong suốt rất cao. Điều này được dùng để có thể cung cấp dịch vụ cho các thuê bao theo cùng một phương thức. Nhờ đó, các node nguồn và node đích có thể điều khiển các truyền tải truyền và nhận của mình. Sự độc lập của tốc độ bit là điều kiện cần thiết để có được tính trong suốt của dịch vụ. Nhưng các xử lý quang-điện trên mạng sẽ gây ra hiện tượng jitter mức thấp nhất. Để khắc phục hiện tượng jitter và để đảm bảo chất lượng tín hiệu cần phải sử dụng định thời. Điều này sẽ hạn chế sự độc lập của tốc độ bit. Để giải quyết hạn chế này có thể sử dụng bộ tái tạo quang điện tốc độ bit độc lập có chức năng tái định thời. Sự trong suốt giao thức và tốc độ bit độc lập sẽ tạo ra tính năng trong suốt về dịch vụ. Điều này rất cần thiết để phát triển một mạng toàn quang và tầng truyền tải toàn quang. Khả năng kết hợp hoạt động giữa các nhà sản xuất Việc ứng dụng bất kỳ một công nghệ mới nào cũng cần có các tiêu chuẩn để nhà sản xuất có thể nghiên cứu và sản xuất thiết bị. Phương pháp chính là định nghĩa hoàn chỉnh các thông tin về node của mạng quang (ví dụ: dạng kênh giám sát mang dữ liệu ghép kênh xen/rẽ giữa hai phần tử mạng). Các thuộc tính vật lý của tín hiệu quang cũng cần được định nghĩa rõ ràng. Kết nối đa mạng chỉ có thể thực hiện khi mà các thiết bị kỹ thuật của tầng quang và kênh giám sát quang tồn tại. Chất lượng dịch vụ Để cung cấp QoS thì các giao thức định tuyến động không chỉ mang thông tin về cấu hình mà phải mang thông tin về tải như băng thông lớn nhất khả dụng trên các liên kết. Vì thế, các tuyến phải được tính toán trên các tham số của băng thông và cấu hình mạng. Các phân tích việc cung cấp dịch vụ QoS sẽ đem lại ưu điểm gì khi thực hiện quản lý lưu lượng tại tầng quang thay cho tầng IP. Hơn nữa, cũng cần phải xem xét các chức năng nào có thể hoạt động hiệu quả tại tầng quang. Trong hầu hết các trường hợp, tầng IP có thể được thay đổi để thực hiện định tuyến trên cơ sở các điều kiện về tải và đường quang. Điều này sẽ tránh được việc lặp các chức năng và nhờ đó cải thiện được hiệu năng của hệ thống. Vì thế, cần phải nghiên cứu kỹ để đưa ra quyết định lựa chọn QoS trên cơ sở cấu trúc định tuyến phân bố tại tầng IP hay thuật toán định tuyến quang được dùng để định tuyến trong IP/WDM. 4.11.2. IP over Optical Để có thể lợi dụng đươc ưu điểm nổi bật của kỹ thuật gói là nâng cao được hiệu quả tài nguyên mạng (thiết bị truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch) do các gói của cùng một đích có thể đi theo các hướng khác nhau tuỳ vào khả năng đáp ứng của tài nguyên theo hướng đó. Đồng thời kết hợp với hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao, băng thông rộng. Người ta đưa ra công nghệ truyền dẫn IP over Optical trong đó các datagram được xử lý hoàn toàn trong miền quang từ nguồn tới đích theo từng đơn vị truyền dẫn. Giai đoạn này chỉ có thể thực hiện khi công nghệ cho phép xử lý gói tại miền quang. Về cơ bản, IP over Optical chỉ cần nâng cấp các thiết bị tại các node của mạng IP over WDM sao cho đáp ứng được năng lực xử lý gói quang. Trong giai đoạn này, các datagram khác nhau có thể nằm cùng trên một bước sóng khi truyền dẫn nhưng tại các node nó được xử lý riêng rẽ mà không cần thực hiện biến đổi E/O. Để đạt được mục đích này, tại các node mạng sẽ được trang bị các phần tử chuyển mạch gói quang. Công nghệ chuyển mạch gói quang sẽ cố gắng để đạt được hiệu năng nhóm gói tin truyền qua mạng quang tốt nhất. Luồng thông tin tiêu đề hoặc thông tin điều khiển trên một kênh điều khiển riêng sẽ thiết lập đường truyền đơn hướng: không cần có sự hiểu biết về các thiết bị đầu xa. Hình 4.24 là sơ đồ của thiết bị chuyển mạch gói quang. Mạng WDM cũng giống như mạng ATM về mặt chức năng chuyển mạch. Mạng ATM thực hiện chuyển mạch gói trên cơ sở của mạch ảo trong khi đó tầng kênh quang thực hiện chuyển mạch trên cơ sở bước sóng của tín hiệu (gói tin). Hình 4.24: Sơ đồ khối thiết bị chuyển mạch gói quang. a, DeMux/Mux: Đây là các bộ tách/ghép kênh quang có cấu tạo đã được trình bày ở chương 2. Bộ tách kênh quang được sử dụng để tách các tín hiệu quang đầu vào từ luồng sáng tới, phục vụ cho việc xử lý theo từng kênh (bước sóng) ở các bộ phận khác nhau. Và bộ ghép kênh được sử dụng để ghép các kênh tín hiệu quang đầu ra tạo thành luồng sáng truyền trên sợi quang. Nó là bộ phận không thể thiếu trong các thiết bị đặt tại các node của mạng WDM. b, Asynchronous Regeneration – AR Mạng lưới truyền dẫn IP trên quang là mạng truyền dẫn số trong đó, tín hiệu được truyền đi dưới dạng các khung chứa các bit nhị phân đã được tiêu chuẩn. Điều này cho phép xử lý tín hiệu nhanh hơn trong miền quang và đảm bảo băng thông tín hiệu lớn. Tuy nhiên, tại các node xử lý yêu cầu có sự đồng bộ theo bit giữa các nguồn khác nhau. Trong đó, khi tín hiệu quang truyền qua mạng phải chịu nhiều ảnh hưởng khác nhau như: tán sắc, jitter…nên có sự khác nhau về thời gian của tín hiệu. Mặt khác, trong các mạng quang thường không có sự đồng bộ hoá tập trung cho tất cả các nguồn tới mức bit nên các đồng hồ nội sẽ hoạt động với các tốc độ khác nhau mà không có sự đồng bộ về pha của tín hiệu đồng hồ của các node khác nhau. Tín hiệu trên các sợi quang được truyền dẫn dưới dạng các gói. Để dễ dàng thực hiện thì thời gian chia thành các khe thời gian có độ dài cố định và tất cả các node trên mạng đều đồng bộ với nhau ở mức tốc độ khe thời gian. Mỗi khe thời gian được chia thành hai phần như hình 4.25: phần chứa gói tin chiếm gần hết nội dung của khe thời gian và phần bảo vệ giúp phân biệt các gói tin chiếm gần hết nội dung chuyển mạch định tuyến. Hình 4.25: Khe thời gian cho truyền dẫn theo gói tin. Vì khoảng cách giữa hai node có kết nối vật lý với nhau có thể biết được nên điểm bắt đầu của các khe thời gian đầu vào được đồng chỉnh với các nhịp đồng hồ khe thời gian các node. Điều này có thể thực hiện được nhờ các bộ trễ quang là các dây trễ quang. Để truyền tín hiệu đồng bộ khe thời gian, có thể sử dụng một bước sóng quang có tốc độ bằng tốc độ khe thời gian và không mang lưu lượng. Tất cả các bit dữ liệu được lập lên “1” để tối thiểu hiện tượng jitter. Khi mạng hoạt động hoàn toàn trong miền quang thì kênh đồng bộ cũng vậy. Vì thế, để nhận các bit “1” trong miền quang thì yêu cầu các bộ đếm photon. Công nghệ chế tạo bộ đếm photon vẫn còn hạn chế. Nguyên lý hoạt động: Hình 4.26 biểu diễn quá trình tái sinh các tín hiệu quang của luồng dữ liệu số mã RZ. Hình 4.26: Tái sinh quang luồng dữ liệu mã RZ. Các bit dữ liệu đến được điều chế với chuỗi xung liên tiếp có độ chính xác cao được tạo ra bởi nguồn đồng bộ nội hạt nên tái sinh được tín hiệu ban đầu. Mỗi bit “1” trong luồng dữ liệu đến sẽ kích cổng chuyển mạch để thực hiện truyền dẫn trong một thời gian nhất định (được gọi là cửa sổ cổng), cho phép một xung đơn từ nguồn nội hạt truyền qua. Bằng cách này giúp cho các bit được tái sinh có dạng xung, phổ biên độ và định thời giống như xung của nguồn nội hạt. Hơn nữa, bộ tái sinh sẽ loại bỏ hiện tượng jitter của các bit dữ liệu tại thời điểm đến, mức độ tuỳ thuộc vào độ rộng của cửa sổ cổng. Một tính năng cơ bản của các bộ tái sinh là đảm bảo thuộc tính đồng bộ giữa nguồn xung nội hạt và các bit dữ liệu đến. Các bộ tái sinh truyền thống sẽ giải quyết vấn đề này bằng cách bắt buộc các nguồn nội hạt hoạt động đồng bộ theo các luồng bit đến nhờ sử dụng các bộ khôi phục tín hiệu đồng hồ. Tuy nhiên, trong AR các nguồn nội bộ hoạt động độc lập (có tần số gần giống với tốc độ bit) và không sử dụng các bộ khôi phục tín hiệu đồng hồ. Thay cho việc bắt nguồn nội bộ hoạt động đồng bộ với luồng bit đến, trong AR cho phép sự khác nhau về pha giữa luồng dữ liệu đến và nguồn xung nội bộ thay đổi theo thời gian. Sau khi tái sinh, tất cả các gói dữ liệu đều có tần số và pha của nguồn nội bộ độc lập. Sử dụng AR sẽ cho phép nhận được các tiện ích sau: + Tất cả các gói tin đến một node từ các hướng đến khác nhau được đồng bộ với nhau. + Nó cho phép các node hoạt động mà không cần có sự đồng bộ ở mức bit trên toàn mạng. + Nó còn cho phép các node tự do lựa chọn nguồn tín hiệu quang khác nhau để làm việc như một đồng hồ nội bộ. + Tạo các luồng quang đồng bộ bit để phục vụ xử lý tại node. Nếu luồng tín hiệu được truyền dẫn liên tiếp trên cáp thì không cần có sự bắt pha nhanh chóng gói tin – gói tin và khi này có thể sử dụng các mạng đồng bộ truyền thống. c, Buffer Bộ đệm quang là thành phần cơ sở để xây dựng các thiết bị chuyển mạch gói quang. Bộ đệm được sử dụng bởi tại cùng một khe thời gian có thể có các gói tin từ các đầu vào khác nhau nhưng lại yêu cầu cùng một đầu ra. Khi đó, hiện tượng tắc nghẽn xảy ra và nếu không có bộ đệm thì các gói tin sẽ bị mất, xác suất phát lại gói tin cao làm cho trễ truyền dẫn lớn. Kích thước bộ đệm càng lớn thì khả năng tắc nghẽn càng giảm nhưng bù lại là phải chi phí lớn hơn. Bộ đệm quang cũng sẽ tạo ra khuôn dạng của phần đệm quang tương tự như những thứ được lưu trữ theo tiêu chuẩn đệm trong bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM. Khi đó, một hay nhiều gói tin bị dồn lại và đệm trong bộ đệm quang. Sau đó, gói tin sẽ được truyền qua đường truyền quang đơn đã ấn định cho nó. Vì thế, chuyển mạch gói quang tạo ra tốc độ cho việc ghép kênh thống kê cho phép lợi dụng toàn bộ băng tần trong khoảng thời gian của gói tin. Bộ đệm quang được tạo thành từ các đường trễ quang sợi. Đây là các sợi quang có độ dài bằng khoảng cách mà ánh sáng truyền được trong khoảng thời gian trễ yêu cầu. Vì yêu cầu tại các điểm node trong suốt về tốc độ trong khi tốc độ ánh sáng truyền trên mạng là rất lớn nên độ dài của các đường dây trễ quang cũng lớn. Tuy nhiên, vẫn chưa có công nghệ đệm nào khác cho tín hiệu quang để có thể lưu trữ dữ liệu dưới dạng ánh sáng nên các bộ đệm quang sợi vẫn có tính khả thi hơn cả. Có bốn loại bộ đệm cơ bản: bộ đệm đầu vào, bộ đệm đầu ra, bộ đệm dùng chung và bộ đệm phân phối tuần hoàn. d, TWC – Turnable Wavelength Converter Hình 4.27: Bộ đệm khi có và không có TWC. Chức năng của bộ này là thực hiện chuyển đổi bước sóng đầu vào λi thành bước sóng đầu ra λj theo yêu cầu. Đây là phần tử chính trong chuyển mạch quang phân chia bước sóng. Mặt khác, các bộ TWC cũng được sử dụng trong các trường chuyển mạch khác nhau. Khi này, nhờ các bộ biến đổi bước sóng mà ta có thể đệm nhiều tín hiệu khác nhau trên cùng một đường dây trễ quang mà vẫn đảm bảo không bị xuyên âm. Để giải thích điều này có thể xem hình 4.27. P1 và P2 là các gói tin khác nhau có cùng bước sóng λi. e, Switch Đây là các ma trận chuyển mạch. Thường sử dụng là các ma trận chuyển mạch không gian (các ma trận khác có thể tạo ra từ ma trận này). f, Filter Đây là các bộ lọc quang. Có thể sử dụng các loại bộ lọc như: bộ lọc màng mỏng điện môi, bộ lọc khoang cộng hưởng Fabry-Perot, bộ lọc thanh âm… Chương 5: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ ỨNG DỤNG IP TRÊN MẠNG QUANG TRONG NGN CỦA TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM (VNPT) š@&?› 5.1. Mạng thế hệ sau (NGN) 5.1.1. Khái niệm về NGN Với sự phát triển trong bối cảnh mới của lĩnh vực viễn thông, xuất phát từ môi trường cạnh tranh bình đẳng, mở cửa của các nhà cung cấp dịch vụ, sự bùng nổ của các lưu lượng dữ liệu số, sự gia tăng sử dụng Internet, nhu cầu sử dụng các dịch vụ Multimedia, sự gia tăng từ phía người sử dụng các dịch vụ di động…Từ những năm 90, các tổ chức viễn thông (ITU, IETF, ISC…) và các hãng cung cấp thiết bị (Siemens, Cisco, Alcatel…) đã đưa ra ý tưởng về một mạng thế hệ sau (NGN) nhằm đáp ứng các nhu cầu trên. Trên cơ sở phát triển của các hãng, mạng thế hệ sau có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như: - Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau). - Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ). - Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng). - Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM). Theo quan điểm của ITU, khái niệm về NGN như sau: “Mạng viễn thông thế hệ sau (NGN) là một mạng có hạ tầng thông tin chung dựa trên công nghệ chuyển mạch gói để có thể cung cấp các dịch vụ bao gồm các dịch vụ viễn thông, cung cấp các công nghệ truyền tải băng thông rộng và đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS), trong đó các chức năng liên quan đến dịch vụ độc lập với các công nghệ truyền tải lớp dưới. NGN cung cấp khả năng truy nhập không hạn chế của người sử dụng đến nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. NGN hỗ trợ các dịch vụ di động nói chung, tức là người sử dụng có thể truy nhập ở mọi nơi với bất kỳ phương thức truy nhập nào”. Theo đó, NGN có những đặc điểm cơ bản sau: + Dựa trên nền tảng công nghệ chuyển mạch gói. + Chức năng điều khiển tách khỏi chức năng truyền tải và dịch vụ. + Tách biệt lớp dịch vụ và ứng dụng với lớp mạng, cung cấp các giao diện mở (API) nhằm hỗ trợ cho việc tạo ra dịch vụ mới mà không phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị và nhà khai thác mạng. + Hỗ trợ nhiều loại dịch vụ (dịch vụ thời gian thực, phi thời gian thực, đa phương tiện…). + Cung cấp các dịch vụ băng thông rộng với sự trong suốt từ đầu đến cuối. + Liên kết với các mạng truyền thông khác (PSTN, ISDN…). + Hỗ trợ các dịch vụ và tính năng di động nói chung. + Người sử dụng không phải lệ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Các dự án nghiên cứu của ITU và các hãng đang tiếp tục cụ thể hoá cũng như hoàn thiện các chuẩn NGN. FTTP FTTN Cáp đồng IP / MPLS Core FR&ATM Next Generation Ethernet Ethernet MSS 3G Mobile Soft-Switch Mạng trục IP/MPLS chung cho các dịch vụ MAN-Ethernet gom lưu lượng chuyển về core T.Bi MSS cung cấp kết nối FR, ATM Truy nhập BR FTTx Softswitch cung cấp các tính năng thoại OSS / BSS PSTN TG/AG/SG Hình 5.1: Cấu trúc mạng NGN 5.1.2. Nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ sau (NGN) Có rất nhiều tài liệu về cấu trúc mạng thế hệ sau được các hãng cung cấp dưới dạng giải pháp mạng hoặc các tổ chức viễn thông nghiên cứu đề xuất. Có thể thấy rằng mạng thế hệ sau được tổ chức theo các nguyên tắc cơ bản sau: Mạng có cấu trúc đơn giản; Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú và đa dạng. Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm chi phí khai thác, bảo dưỡng. Dễ dàng tăng dung lượng, phát triển dịch vụ mới. Có độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh. Tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý và nhu cầu phát triển dịch vụ, không theo địa bàn hành chính mà theo vùng mạng hoặc vùng lưu lượng. 5.1.3. Các đặc điểm của NGN *) Nền tảng là hệ thống mạng mở: - Các khối chức năng của tổng đài truyền thống được chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử phân theo chức năng và phát triển một cách độc lập. - Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng. *) Là mạng dịch vụ thúc đẩy: - Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi. - Chia tách cuộc gọi với truyền tải. *) Là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất: - Các mạng thông tin tích hợp trong một mạng thống nhất dựa trên nền gói. - IP trở thành giao thức vạn năng, làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ. - NGN là nền tảng cho cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia (NII). *) Là mạng có dung lượng và tính thích ứng cao, đủ năng lực để đáp ứng nhu cầu: - Có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đa phương tiện băng thông cao. - Có khả năng thích ứng với các mạng đã tồn tại để tận dụng cơ sở hạ tầng mạng, dịch vụ và khách hàng sẵn có. 5.1.4. Các công nghệ nền tảng cho NGN Công nghệ truyền dẫn Truyền dẫn quang: - Công nghệ SDH cho đường truyền tốc độ cao với khả năng bảo vệ của các mạch vòng. - Công nghệ WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang, nâng tốc độ truyền dẫn lên tới 10 Gb/s, 20 Gb/s, ... - Một giải pháp hiện nay là hội tụ các lớp dữ liệu và quang trong mạng lõi. Truyền dẫn vệ tinh: - Thị trường thông tin vệ tinh phát triển mạnh trong những năm gần đây. - Nhiều loại hình dịch vụ vệ tinh đang được phổ biến như: DTH tương tác, truy nhập Internet, các dịch vụ băng rộng, HDTV, … - Kết hợp các ưu điểm của CDMA, thông tin vệ tinh ngày càng phát triển, đặc biệt trong lĩnh vực thông tin di động và cá nhân. Công nghệ truy nhập - Duy trì nhiều loại hình mạng truy nhập vào một môi truyền dẫn chung:  + Truy nhập quang, + Truy nhập vô tuyến, + Truy nhập cáp đồng sử dụng các công nghệ ADSL, HDSL, … + Truy nhập băng rộng. - Tích cực phát triển và hoàn thiện để đem vào ứng dụng rộng rãi các công nghệ truy nhập tiên tiến băng rộng di động 3G. Công nghệ chuyển mạch - IP - ATM - IP over ATM - MPLS. 5.1.5. Mạng thế hệ sau của VNPT Cấu trúc mạng thế hệ sau của VNPT Giải pháp xây dựng mạng thế hệ sau của SIEMENS có tên là SURPASS Hình 5.2: Các lớp và thiết bị NGN trong giải pháp SURPASS Cấu trúc: - Dựa trên cấu trúc phân tán, gồm 3 lớp: truy nhập, truyền dẫn và điều khiển. - Lớp điều khiển bao gồm cả điều khiển kết nối, quản lý mạng, khai báo và quản lý dịch vụ. SURPASS hiQ. Là hệ thống máy chủ tập trung cho lớp điều khiển, với chức năng điều khiển các tính năng thoại và kết hợp khả năng báo hiệu để kết nối với nhiều mạng khác nhau. Tuỳ theo chức năng và dung lượng, hiQ được chia thành các loại hiQ 10, 20, 9100, 9200, 9400. SURPASS hiS Sản phẩm Gateway báo hiệu. SURPASS hiG Là các hệ thống cổng phương tiện (MG), nằm ở biên mạng đường trục và chịu sự quản lý của SURPASS hiQ. SURPASS hiA Là hệ thống truy nhập đa dịch vụ, 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 tổng đài EWSD hiện có qua giao diện V5.2 cũng như cùng với SURPASS hiQ tạo nên mạng thế hệ mới. SURPASS hiA chia thành nhiều loại: 7100, 7300, 7500. Hệ thống quản lý NetManager: hệ thống quản lý cho chuyển mạch thế hệ sau, sử dụng SNMP và chạy trên nền JAVA/CORBA, có giao diện HTTP để quản lý qua trang web. TNMS cho truyền tải quang thế hệ sau; AccessIntegrator cho truy nhập thế hệ sau. Bằng việc chuyển đổi cấu trúc mạng lưới viễn thông đường trục từ chuyển mạch kênh sang NGN với công nghệ chuyển mạch gói là cả một sự chuyển đổi mạnh mẽ về bản chất công nghệ để nâng cao năng lực mạng lưới, theo kịp sự phát triển về công nghệ viễn thông trên thế giới. Mạng thế hệ sau của VNPT có cấu trúc như sau: Hình 5.3: Cấu trúc mạng thế hệ sau giai đoạn hai của VNPT năm 2008. NGN là mạng viễn thông thế hệ sau cho phép kết hợp giữa ba hệ thống mạng hiện có là PSTN, truyền số liệu và Internet, cho phép truyền đồng thời cả âm thanh, hình ảnh và số liệu trên một cơ sở truyền thông duy nhất. Sử dụng giải pháp của Siemens, với hệ thống thiết bị của hãng Juniper, mạng thế hệ sau của VNPT được tổ chức thành 4 lớp: lớp điều khiển, lớp truyền tải, lớp truy nhập và lớp quản lý. Lớp điều khiển: Gồm các hệ thống tổng đài Softswitch, thực chất là các hệ thống điều khiển để điều khiển hoạt động của mạng thế hệ sau (NGN), trong đó có các mạng dịch vụ chính là: mạng PSTN/ISDN, mạng dữ liệu (Internet, X25, Frame Relay, IP VPN, ATM, xDSL…) và mạng di động (GSM, GPRS, CDMA). Lớp truyền tải: Gồm hai hệ thống chuyển mạch cấp trục (core) và cấp biên (Edge). + Cấp trục (Lớp lõi): Gồm ba nút mạng chính (Core router) tại Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh và Đà Nẵng; được triển khai với thiết bị M160 của Juniper. Ba nút mạng này được kết nối với nhau theo mô hình dạng Mesh. Tốc độ đường trục giữa các nút mạng này là STM-16. + Cấp biên (Lớp vùng): Được hình thành từ các tổng đài chuyển mạch đa dịch vụ (MSS - Multi Service Switch). Hiện đang dùng các thiết bị ERX 1410. Tốc độ đường trục giữa các tổng đài chuyển mạch biên: ít nhất là 155 Mbps. Và các hệ thống tổng đài dùng thiết bị ERX 1410, ERX 705 lắp đặt tại các vùng lưu lượng có tích hợp chức năng BRAS nhằm đưa lưu lượng thuê bao Internet băng rộng (ADSL) vào tổng đài MSS vùng của mạng thế hệ sau (NGN). Lớp truy nhập: Gồm các thiết bị tập trung thuê bao đảm bảo lớp truy nhập cho tất cả các loại hình dịch vụ (bộ tập trung ATM, bộ ghép kênh truy nhập DSL (DSLAM)). MG (Media Gateway) có nhiệm vụ phối hợp hoạt động của các mạng TDM với mạng IP để phục vụ cho các cuộc gọi VoIP. Sử dụng truy nhập của các tổng đài Host - vệ tinh như: tổng đài EWSD, A1000E10 của Alcatel… Các hệ thống truyền dẫn cho truy nhập hiện nay: các hệ thống cáp đồng, các tổng đài truyền số liệu, thiết bị tập trung lưu lượng, các tuyến truyền dẫn cáp quang, các vòng Ring SDH… Và các phương thức truy nhập vô tuyến (GSM, CDMA, WLAN…). Lớp quản lý: Quản lý hiệu năng và hoạt động của toàn bộ mạng thế hệ sau (NGN). 5.2. Phân tích và đánh giá các phương thức tích hợp IP trên quang 5.2.1. Các chỉ tiêu phân tích và đánh giá Chúng ta sẽ thực hiện khảo sát và đánh giá những kiểu kiến trúc trình bày ở chương 4. Một loạt các tham số đánh giá cần được xem xét và tuân thủ cho các ngăn giao thức mạng khác nhau. Bảng 5.1 liệt kê các tham số đánh giá. Bảng 5.1: Các tham số đánh giá ngăn giao thức mạng. Tính năng - Bảo vệ/Khôi phục. - Chuyển mạch/Định tuyến. - Dự phòng. - Độ ổn định/sức mạnh tổng thể. - Mở rộng số lượng nút và số lượng client. - Năng lực billing. Quản lý - Chuẩn (TMN, SNMP). - Sự phức tạp, thiết bị và quản lý. - Sự phức tạp, mức năng lực của nhà khai thác yêu cầu. - Cấu hình thống kê/động. Chỉ tiêu - Toàn bộ mào đầu gói. - Tính hạt của băng tần. - Băng tần cực đại. - Hỗ trợ QoS. - Quản lý lưu lượng tối ưu cho IP. Tính tương hợp - Tương hợp với các giao thức khác như SDH, ATM, MPLS. - Hỗ trợ các công nghệ truy nhập. - Chuyển hướng của cơ sở hạ tầng hiện tại (ví dụ OTN). - Chuẩn hoá. Dịch vụ - Hỗ trợ dịch vụ thời gian thực. - Hỗ trợ VPN. - Hỗ trợ quảng bá. Thông tin khác - Nhà cung cấp. - Chi phí. - Tính hoàn thiện. Những tham số này được nhóm theo từng nội dung khác nhau: tập hợp chức năng được kiến trúc mạng cung cấp/hỗ trợ; năng lực và thuộc tính quản lý; chỉ tiêu và đặc tính QoS; mức độ phối hợp hoạt động với mạng hiện tại khác; hoặc hỗ trợ các dịch vụ khác nhau và những thông tin khác. Tiêu chuẩn đánh giá được sắp xếp theo 6 nội dung chính: chi phí, tính năng, quản lý, chỉ tiêu, tính tương hợp và dịch vụ. MPLS không được xem như mô hình riêng do nó có thể sử dụng tập hợp các mô hình khác như ATM và SDH tạo nên đặc tính phụ. Mô hình dựa trên ATM hiện vẫn có một vai trò quan trọng nhất định bởi vì nhiều hoạt động đang diễn ra có quan hệ với công nghệ này. Tuy nhiên, do ATM là mô hình đã được chuẩn hoá cho đến nay nên nó vẫn có mối quan hệ với các kiến trúc khác. Truyền tải IP qua mạng quang (WDM) càng đơn giản thì tiềm năng phát triển của nó càng lớn do giảm được chi phí mạng. Việc giảm chi phí này có thể thực hiện bằng cách loại bỏ chức năng thừa và phần mào đầu. Việc đánh giá kiến trúc đã chọn với những kiến trúc khác (theo chỉ tiêu, chi phí...) là điều cần thiết và các tiêu chí đánh giá này cần được xác định rõ về số lượng cũng như chất lượng theo những nội dung đã đề cập trên. 5.2.2. Phân tích và đánh giá Tính năng mới sẽ được thêm vào trong cả lớp mạng quang và IP. Điều này sẽ đòi hỏi các công nghệ trung gian nhưng riêng rẽ như ATM/SDH. Thử thách đối với các nhà khai thác mạng là đưa ra lựa chọn chính xác giữa một số giải pháp mới. Chỉ tiêu và Dịch vụ GbE với bản chất phi kết nối không hỗ trợ QoS và các ứng dụng thời gian thực trừ khi mạng cung cấp. Sử dụng chuẩn IEEE 802.3 mới nhất, Ethernet hiện có thể hỗ trợ hàng ưu tiên cho dịch vụ khác biệt ở lớp tuyến. Các bộ định tuyến có thể cung cấp CoS bằng việc sắp xếp CoS dựa trên trường DS của DiffServ theo 8 lớp ưu tiên như biểu thị trong 802.1Q/p. Khi sử dụng chuyển mạch lớp 2, những bit ưu tiên này không thể truy nhập từ thiết bị chuyển mạch. Trong POS, nhồi byte tạo nên sự mở rộng kích thước gói biến thiên. Điều này làm giảm hiệu quả (trong trường hợp xấu nhất có thể rơi dưới 50%) và có thể gây trở ngại cho việc thiết kế lưu lượng và cơ chế quản lý QoS. Trong trường hợp DPT, mỗi nút DPT sẽ phải đệm các gói nên tạo ra trễ và biến thiên trễ. DPT hỗ trợ 2 lớp ưu tiên nhưng không rõ là hai lớp này liệu có đủ hỗ trợ hiệu quả cho CoS. Ví dụ, hiện chúng ta chưa rõ là làm thế nào để thực hiện việc sắp xếp giữa trường TOS (Kiểu dịch vụ) tại lớp IP và hai lớp ưu tiên trong SRP MAC. Khi kích thước lưu lượng trong mạng tăng, nhà cung cấp sẽ phải đối mặt với những yêu cầu quan trọng khác. Thiết kế lưu lượng sẽ được thực hiện như thế nào để tối ưu khả năng khai thác mạng? Với việc sử dụng MPLS những tính năng như thế này được thực hiện ở lớp IP/MPLS là giải pháp đề xuất cho quản lý CoS và hỗ trợ VPN tại lớp 3. Trong cấu hình GbE sử dụng chuyển mạch lớp 2 không hỗ trợ MPLS. Nếu thực thi MPLS trong các bộ định tuyến lớp 3, cấu hình mesh điểm - điểm giữa các bộ định tuyến dựa trên GbE hoặc POS cung cấp dịch vụ mềm dẻo và tin cậy cho lớp IP. DPT (sử dụng giải pháp chia sẽ môi trường trung gian) không hỗ trợ MPLS. Đây được xem là một yếu điểm chính của giải pháp này. DPT có mào đầu giao thức nhỏ. Với mỗi gói IP sẽ được thêm mào đầu 18 byte và 4 byte giữ vết. Cùng mào đầu khung SDH (xấp xỉ 3%) thì điều này tạo nên tổng mào đầu khoảng 9% đối với gói IP 350 byte. POS là giải pháp có mào đầu nhỏ nhất. Bao gói PPP thêm 2 byte, khung HDLC thêm 7 byte (hoặc nhiều hơn) và 3% mào đầu khung SDH do đó tạo nên mào đầu khoảng 6% đối với gói IP 350 byte. So với ngăn giao thức ATM/SDH/WDM cả hai phương pháp trên đều có khả năng khai thác băng tần hiệu quả hơn. Đối với mỗi gói IP, ATM sẽ thêm mào đầu LLC/SNAP và 8 byte mào đầu cộng với trường đệm để tạo nên khung ALL. 5 byte mào đầu ATM được thêm vào mỗi tải 48 byte để tạo thành tế bào ATM. Mào đầu SDH (xấp xỉ 5%) gói IP 350 byte sẽ sinh ra lượng mào đầu chiếm tới 28%. Mào đầu và phần lưu vết trong GbE chiếm tổng số 18 byte và thêm 4 byte cho thẻ VLAN 802.1Q/p tuỳ lựa. Tổng số mào đầu đối với gói IP 350 byte vào khoảng 6%. Tính năng Các giao diện Ethernet mới chỉ giới hạn ở tốc độ 10 ; 100 Mbit/s và 1 Gbit/s. Nhóm làm việc IEEE 803.3 ad hoc đã thực hiện dàn xếp chỉ tiêu của tuyến mạng và các chuẩn trung kế, nó có thể áp dụng được cho GbE. Việc tạo ra tuyến logic tốc độ cao từ kết hợp một vài tuyến vật lý tốc độ thấp, băng tần giữa hai GbE sẽ được nâng lên thậm chí vượt quá 1 Gbit/s. Giới hạn khoảng cách của GbE (hiện chỉ khoảng 5 km với giao diện sợi quang đơn mode) có thể mở rộng hơn khi sử dụng thiết bị WDM. Các giao diện DPT chỉ hỗ trợ tốc độ số liệu là STM-4. Các giao diện tốc độ cao hơn cũng đã được Cissco công bố. Phiên bản hiện thời của DPT có số lượng nút trên ring tối đa là 32 nút. Cissco cho rằng các phiên bản tiếp theo sẽ cho phép giao tiếp tới 128 nút trên ring. Tất cả các nút trên ring cần phải có cùng một tốc độ tuyến. DPT cho phép truy nhập chia sẻ các số liệu và sử dụng băng tần hiệu quả nhờ giao thức SRP. Nếu như băng tần góp trên ring không đủ hiệu quả cho toàn bộ các nút thì ring cần phải được nâng cấp tới tốc độ cao hơn hoặc thiết lập ring mới. Giới hạn khoảng cách đối với DPT hiện khoảng 40 km, và nó có thể xa hơn nhiều khi sử dụng thiết bị SDH và WDM. Các giao diện POS phổ biến hiện này là STM-1, STM-4 và STM-16. Quá trình xử lý nhồi và tách bit yêu cầu khi sắp xếp vào khung HDLC được xem là khâu làm hạn chế tốc độ. Để giải quyết vấn đề này, phương pháp nhồi/tách song song đối với tốc độ STM-64 đã ra đời. Các giao diện POS tốc độ bit STM-64 được cung cấp trong hầu hết các bộ định tuyến Gigabit. Để có độ khả dụng kết nối cao thì các chức năng bảo vệ và khôi phục cần được thực thi trong mạng truyền tải. Các bộ định tuyến có giao diện POS có thể sử dụng chuyển mạch bảo vệ APS SDH và bảo vệ đoạn ghép kênh. Các ring DPT có khả năng bảo vệ tắt tốt nhờ cơ chế bảo vệ IPS. Trừ kiểu bảo vệ dự phòng chuyển mạch và giao diện thì lớp Ethernet không cung cấp bất kỳ tính năng bảo vệ nào. Khi sử dụng GbE trên mạng WDM, lớp WDM có trách nhiệm thực hiện giám sát tín hiệu truyền trong sợi và khi có sự cố nó sẽ thông báo lên lớp trên (lớp IP). Điều này sẽ đòi hỏi các hoạt động tái định tuyến nhanh từ lớp IP (cho mục đích bảo vệ). Bản thân ring DPT là quảng bá nhưng tính năng này không thể tích hợp trong mạng quang vì rằng DPT không thể tận dụng tính năng cung cấp bởi lớp WDM. Các topo dạng mesh nối những bộ định tuyến IP qua POS trên các kênh điểm - điểm WDM cần phải được mở rộng. Sử dụng WDM sẽ tối ưu khi luồng số liệu SDH POS được truyền ở tốc độ 2,5 Gbit/s trên mỗi bước sóng. GbE định tuyến lớp 3 về mặt logic là tương đương cấu hình mesh nhưng khác với POS, mỗi bước sóng chỉ tải mang một kênh GbE ở tốc độ 1,25 Gbit/s do đó rất ít hiệu quả. Có thể thực hiện ghép kênh các luồng tốc độ thấp như 2x1 Gbit/s hoặc 20x100 Mbit/s với tốc độ đường truyền 2,5 Gbit/s thành một kênh STM-16. Phối hợp hoạt động và Quản lý GbE hoàn toàn tương hợp với Ethernet truyền thống. Không cần bất cứ kỹ năng quản lý thêm nào vì GbE thuần tuý là sự mở rộng chuẩn Ethernet. Chuẩn cho công nghệ này đã được công bố lần cuối vào tháng 7 năm 1999. Các hoạt động của nhóm làm việc IEEE802.3 hiện nay là mở rộng chuẩn cho tốc độ 10 Gbit/s. GbE được xem có tính năng phối hợp hoạt động và quản lý rất tốt, đặc biệt trong những môi trường mạng LAN. Do có chi phí thấp nên GbE trở thành giải pháp cuốn hút cho liên kết các bộ định tuyến tốc độ cao qua WDM trong môi trường mạng WAN. DPT được độc quyền bởi Cisco, nhà cung cấp thiết bị duy nhất. Giao thức SRP được đề xuất như chuẩn nháp cho Internet ở IETF [DPT]. Các hoạt động chuẩn hoá tương lai của DPT vẫn chưa sáng tỏ. Tính tương hợp đối với công nghệ mạng khác chỉ thực hiện được ở lớp IP. Hiện thời, thậm chí điều này cũng chỉ thực hiện được trong một vài ring DPT. Đây cũng chính là nhược điểm lớn nhất của công nghệ này. POS có năng lực phối hợp hoạt động và quản lý rất tốt vì nó được xây dựng trên tính năng của công nghệ SDH đã hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi. GbE có thể được quản lý ở lớp IP và các lớp Ethernet qua SNMP và RMON. Mạng POS cũng có thể quản lý đồng thời qua SNMP và TMN. DPT hỗ trợ khôi phục tự động cho phép tự động cấu hình. Tuy nhiên, các tài liệu liên quan đến vấn đề này của công nghệ DPT hiện vẫn rất hạn chế và không rõ khả năng hỗ trợ quản lý của nó thế nào. Kết quả của công việc định cỡ Lý thuyết hàng chờ cổ điển được sử dụng để làm cơ sở thực hiện việc định yêu cầu băng tần giữa các nút IP đối với lớp trên của mạng. Định cỡ cần tính đến sự khác biệt về topo lớp 3 và lớp 2 trong số các kiến trúc mạng. Điểm bắt đầu là các ma trận lưu lượng từ bảng biểu, topo mạng và các tham số lưu lượng cũng như yêu cầu về QoS. Đánh giá yêu cầu băng tần ở lớp 2 được biến đổi thành luồng truyền dẫn (SDH hoặc GbE) và tiếp đến định cỡ quang (WDM) thực hiện xem xét các cơ chế bảo vệ kênh quang (Och) đơn giản. Kết quả định cỡ cho thấy 3 giải pháp có đáp ứng khác nhau theo mức độ mở rộng. Ví dụ, chúng ta có thể thấy rằng DPT (kiến trúc sử dụng topo ring lớp 2 liên kết đơn tuyến) có giới hạn trên về lượng lưu lượng tổng thể có thể mang trên nó, nghĩa là khi đã chọn giao diện truyền dẫn sử dụng trong DPT thì lưu lượng lớn hơn lưu lượng cực đại không thể truyền trên ring. Một khía cạnh nữa đó là khả năng mở rộng của các hệ thống liên quan rất nhiều đến giao diện truyền dẫn có trong bộ định tuyến. Trong các giải pháp khác như POS hoặc GbE “B” cho thấy đáp ứng tốt hơn so với DPT từ quan điểm mở rộng. Trong POS hoặc GbE (topo mạng dạng mesh) các tài nguyên truyền dẫn có thể phát triển tự do giữa các nút có nhu cầu lưu lượng lớn hơn và giảm đi giữa những nút có sự trao đổi lưu lượng thấp. Do đó, mạng có tính mềm dẻo cao hơn khi cấu hình các ống băng tần giữa những bộ chuyển mạch/định tuyến. Liên quan đến vấn đề định cỡ mạng, tính module lớn của các tài nguyên truyền dẫn (các luồng SDH hoặc GbE) tạo ra những yêu cầu thấp về độ nhạy truyền dẫn giữa các nút trục và các tham số (như thống kê gói hoặc trễ bắt buộc). Nếu chúng ta quan tâm đến tính dễ thay đổi của nhu cầu lưu lượng thì cần phải đánh giá đúng các yêu cầu tài nguyên truyền dẫn, đặc biệt cho mục đích quy hoạch. Trong tất cả các trường hợp, định cỡ mạng lớp 3 là rất quan trọng (ví dụ, sử dụng lý thuyết hàng chờ). Điều này thậm chí vẫn cần thiết khi sử dụng MPLS làm công cụ hỗ trợ cho CoS và VPN. Trong trường hợp đó, các tài nguyên logic (trung kế MPLS) cần được định cỡ nhằm để đảm bảo yêu cầu QoS trước nhu cầu lưu lượng đã biết. 5.3. Tình hình triển khai IP trên quang của VNPT 5.3.1. Giai đoạn trước năm 2004 Hình dưới đây mô tả phương thức triển khai IP trên quang của VNPT trong giai đoạn này: Hình 5.4: Giai đoạn trước năm 2004. Trong giai đoạn này, để thực hiện truyền dẫn IP trên quang phải qua các tầng ATM và SDH. Các gói IP được cắt thành các tế bào ATM và được gán cho các kết nối ảo khác nhau nhờ các card đường dây SDH/ATM, sau đó được sắp xếp vào các khung SDH. Các khung này được gửi đến các thiết bị WDM để thực hiện truyền dẫn tại các lớp quang. Ưu điểm của phương thức truyền dẫn này: + ATM tạo các kênh ảo cố định (PVC) được quản lý bởi hệ thống quản lý ATM hoặc sử dụng kênh ảo có khả năng chuyển mạch (SVC) được thiết lập linh hoạt, tất cả đều trong các đường ảo (VP) nhằm đảm bảo QoS cho dịch vụ IP. + Sử dụng ghép kênh thống kê: cho phép bất kỳ người sử dụng nào cũng có thể yêu cầu một băng thông rộng trong một thời gian ngắn. Điều này giúp đảm bảo được băng thông cố định hay thay đổi tuỳ theo yêu cầu. + Sử dụng giao thức ATM: có thể phục vụ cho nhiều kiểu lưu lượng với các yêu cầu QoS khác nhau tùy theo ứng dụng. Bên cạnh những ưu điểm trên, phương thức này còn tồn tại một số nhược điểm sau: + Việc chia các datagram có độ dài thay đổi thành các tế bào ATM có độ dài cố định thì phải thêm các tiêu đề và khi có sự chênh lệch về kích thước thì phải có các byte đệm đó là sắp xếp liên tục các datagram nhưng điều này sẽ làm tăng xác suất mất hai gói liên tiếp nhau trong trường hợp mất tế bào. + Chi phí cho vận hành, bảo dưỡng thiết bị ATM, SDH là tốn kém. + Tốc độ đường truyền còn hạn chế. 5.3.2. Giai đoạn từ năm 2004 đến 2005 Phương thức triển khai trong giai đoạn này được mô tả như sau: Hình 5.5: Giai đoạn từ năm 2004 đến 2005. Để khắc phục hạn chế về tốc độ truyền của công nghệ SDH, công nghệ Ethernet được đưa vào sử dụng. So với công nghệ SDH, công nghệ Ethernet có những ưu điểm sau: + Tốc độ cao: với mục tiêu ban đầu là xây dựng mạng hoạt động với tốc độ 10 Mbps. Tiếp đến sẽ nâng lên tốc độ 100Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps mà không cần phải thay đổi giao thức Ethernet. + Tính tương thích: GbE hoàn toàn tương hợp với Ethernet truyền thống, không cần bất cứ kỹ năng quản lý thêm nào vì GbE thuần tuý là sự mở rộng chuẩn Ethernet. GbE được xem có tính năng phối hợp hoạt động và quản lý rất tốt. Các tài nguyên truyền dẫn có thể phát triển tự do giữa các node có nhu cầu lưu lượng lớn hơn và giảm đi giữa các node có sự trao đổi lưu lượng thấp. + Chi phí thấp: Card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến IP có giá rẻ hơn gấp 5 lần so với card đường truyền cùng dung lượng sử dụng công nghệ SDH. 5.3.3. Giai đoạn 2005-2007 Với phương thức triển khai giai đoạn 2004–2005 còn tồn tại một số nhược điểm: + GbE với bản chất phi kết nối không hỗ trợ QoS và các ứng dụng thời gian thực trừ khi mạng cung cấp. + Phương tiện truyền dẫn cơ bản là sợi quang đơn mode. Và đặc biệt, nhằm đáp ứng nhu cầu lưu lượng tăng nhanh, truyền tải thông tin với khoảng cách xa, hỗ trợ các dịch vụ đòi hỏi băng thông rộng thì xu thế tất yếu là phải nâng cấp 1 GbE lên 10 GbE. Hơn nữa, 10 GbE còn có nhiều ưu điểm nổi trội hơn so với 1 GbE: + 10 GbE được trình bày trong dự thảo tiêu chuẩn IEEE 802.3ae cho phép Ethernet có thể tích hợp với những công nghệ tốc độ cao trên mạng trục WAN, OC192. Ngoài ra, 10 GbE còn đưa ra các giao diện SONET/SDH, các giao diện lớp vật lý WAN cho phép truyền tải các gói được xây dựng trên cơ sở IP/Ethernet để truyền tải qua các thiết bị truy cập của mạng SONET/SDH. + 10 GbE có thể hỗ trợ tất cả các dịch vụ tại lớp 2, 3 thậm chí các lớp cao hơn trong mô hình OSI. Ngoài ra, hầu hết lưu lượng trong các mạng ngày nay được bắt nguồn từ Ethernet và IP, thiết lập một mạng Ethernet tốc độ cao là phương thức dễ nhất để gắn kết các nhà kinh doanh, các nhà cung cấp mạng với nhau. + 10 GbE có thể hỗ trợ cả sợi đơn mode và đa mode. Khoảng cách đối với sợi đơn mode đã được nâng cấp từ 5 km (trong công nghệ GbE) lên 40 km (trong công nghệ 10 GbE). + 10 GbE hỗ trợ các dịch vụ băng thông lớn. Cho phép các nhà cung cấp dịch vụ Internet và cung cấp các dịch vụ mạng tạo ra những tuyến liên kết tốc độ cao, giá thành thấp. Mô hình phương thức truyền tải cho giai đoạn này như sau: Hình 5.6: Giai đoạn 2005-2007. 5.3.4. Giai đoạn 2007-2010 Đối với Việt Nam, việc triển khai MPLS đã được xây dựng trong mạng truyền tải của VNPT. Tập đoàn đã thiết lập mạng trục MPLS với 3 LSR lõi và các LSR biên. Các thiết bị MPLS biên đóng vai trò như những LSR lối vào, lối ra. Các mạng Internet quốc gia, mạng truyền số liệu, mạng DCN (quản lý) đều được kết nối với các LSR biên. Việc chuyển tiếp các thông tin này được thực hiện qua mạng MPLS và đến các LSR biên lối ra. Với cấu hình này giúp khả năng điều khiển định tuyến, chuyển mạch đơn giản dựa trên các nhãn của MPLS. Một khuyết điểm của định tuyến IP là khả năng kém linh hoạt trong việc thay đổi đường truyền dữ liệu dẫn đến tình trạng “nghẽn nút cổ chai”. Nguyên nhân là do các gói IP chỉ truyền theo một đường cố định dựa theo quá trình định tuyến ban đầu. Chính vì vậy, vấn đề cân bằng traffic khó thực hiện khi lưu lượng tập trung vào một tuyến nào đó. Thêm vào đó việc định tuyến giữa các gói IP độc lập với nhau mặc dù trong thực tế nhiều gói IP có mối quan hệ với nhau, ví dụ có cùng đích đến, cùng một loại lưu lượng, cùng một cấp ưu tiên v.v. Ngoài ra, sự tách biệt giữa kỹ thuật định tuyến và chuyển mạch đã bộc lộ nhiều điểm yếu trong xu hướng mở rộng và hội tụ của mạng máy tính ngày nay. Các nhược điểm đó bao gồm: khả năng mở rộng, xây dựng mạng riêng ảo, quản lí chất lượng dịch vụ, điều khiển lưu lượng mạng v.v. Chính vì lẽ đó kỹ thuật MPLS (Multi-protocol label switching) chuyển mạch nhãn đa giao thức ra đời để vận chuyển các gói IP qua các mạng bằng phương pháp chuyển mạch gói ảo. MPLS là công nghệ kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến linh hoạt ở lớp ba và chuyển mạch ở lớp hai cho phép truyền gói nhanh trong mạng lõi. Trước khi thâm nhập vào mạng MPLS thì các gói IP sẽ được các thiết bị định tuyến ở biên của mạng MPLS gắn thêm các nhãn để vận dụng kỹ thuật nối-chuyển mạch ảo. Và trước khi rời khỏi mạng MPLS các nhãn này sẽ bị cắt bỏ để trả lại dạng nguyên thuỷ của các gói IP bởi các thiết bị định tuyến ở vùng biên. Phương pháp này dùng để vận chuyển dữ liệu nhanh với băng thông lớn (như là âm thanh, phim ảnh v.v.) và nó có thể hoạt động trong trường hợp có nhiều sự chuyển vận nhiều loại dữ liệu trong cùng một mạng. Chuyển mạch kênh ảo dựa vào nhãn giúp cho việc định tuyến dữ liệu diễn ra nhanh chóng so với trường hợp định tuyến IP truyền thống, vì nó không phải xử lý các mào đầu quá phứt tạp như trong mạng IP, và ngoài ra nó có thể thực quá trình chuyển mạch mềm một cách linh động. Nhờ vào sự phận loại các gói dữ liệu bằng các thêm vào các một số trường ưu tiên trong gói MPLS, ta có thể đảm bảo vấn đề QoS cho mạng IP. Nhưng bên cạnh đó, MPLS còn tồn tại một số nhược điểm: + Việc hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phức tạp trong kết nối. + Hợp nhất VC cần phải được nghiên cứu sâu hơn để giải quyết vấn đề chèn gói tin khi trùng nhãn (interleave). Với đặc điểm của mạng thế hệ sau là tách riêng lớp ứng dụng và dịch vụ với lớp mạng. Mặt khác, MPLS chủ yếu dành cho mảng số liệu. Mục tiêu hướng tới là mảng điều khiển quang cho mạng quang nhằm đơn giản hoá, tăng tính đáp ứng và mềm dẻo trong việc cung cấp các phương tiện trong mạng quang. IETF và OIF đã phát triển tiêu chuẩn GMPLS. GMPLS với các đặc điểm đã được giới thiệu trong chương 4: + GMPLS đảm bảo sự phối hợp giữa các lớp mạng khác nhau. + GMPLS tập hợp các tiêu chuẩn với một giao thức báo hiệu chung cho phép phối hợp hoạt động, trao đổi thông tin giữa lớp truyền tải và lớp số liệu. + GMPLS được phát triển trong nỗ lực nhằm làm đơn giản hoá và bỏ bớt mô hình mạng 4 lớp hiện tại. GMPLS loại bỏ các chức năng chồng chéo giữa các lớp bằng cách thu hẹp các lớp mạng. + GMPLS cho phép tạo ra nhiều dịch vụ hơn cho khách hàng trong khi đó giá thành hoạt động lại thấp. + GMPLS mang lại chất lượng dịch vụ tốt hơn và thiết kế lưu lượng trên Internet, một xu hướng và mục tiêu chính của bất cứ nhà cung cấp dịch vụ nào. 5.4. Đề xuất phương án IP trên quang cho những năm tới Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết; phân tích, đánh giá các phương thức tích hợp IP trên quang và tình hình thực tế mạng truyền số liệu của Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam, em có đề xuất phương án truyền tải IP trên quang trong những năm tới như sau: Giai đoạn sau năm 2010 Hệ thống truyền dẫn số liệu đang hướng tới trong tương lai là khả năng truyền dẫn IP trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang DWDM. Sự thống nhất của mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các router IP hoạt động ở tốc độ Gbps hay Tbps phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và cấu hình khác nhau chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điểm nổi bật. Hình 5.7: Giai đoạn sau năm 2010. Với tình hình thực tế và các mục tiêu hướng tới, các nội dung sau cần được triển khai: ☼ Xây dựng mạng DWDM cho các vùng và các công ty Viễn thông trên cơ sở mạng trục quốc gia DWDM. ☼ Tổ chức IP trên quang cho các công ty Viễn thông. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI š@&?› Các vấn đề trình bày trong đồ án đã đề cập đến tổng quan công nghệ IP, các phương pháp truyền tải IP qua mạng quang. Từ đó để thấy được rằng để truyền tải IP trên mạng quang cần phải thực hiện các chức năng mỗi lớp tương ứng theo mô hình OSI. Mặc dù có rất nhiều giải pháp để thực hiện việc truyền gói IP trên mạng quang nhưng hầu như đều xoay quanh việc thích ứng những công nghệ đã làm chủ như ATM, SDH và Ethernet. Các giải pháp mới được thiết kế để giải quyết vấn đề phức tạp khi sử dụng những công nghệ cũ (ATM, SDH) cho chức năng lớp Lớp 2 (chuyển mạch). Chúng đều có đặc tính đơn trong kiến trúc nhưng lại chưa được làm chủ. MPLS là một trong những công nghệ đang được sử dụng hiện nay. Công nghệ này đem lại khả năng thiết kế lưu lượng mềm dẻo và hỗ trợ QoS/CoS cho lưu lượng IP. Bên cạnh đó, báo hiệu, điều khiển và quản lý là một phần không thể tách rời khi xây dựng mạng truyền tải. Điều này còn đặc biệt hơn nữa khi sử dụng mạng quang để truyền tải lưu lượng IP với đặc tính lưu lượng thay đổi. GMPLS là một công nghệ được thiết kế cho mục đích điều khiển mạng quang để truyền tải lưu lượng IP. GMPLS/ASON được xem là công nghệ điều khiển trụ cột để triển khai mô hình IP/quang. Sự thành công của mô hình này gắn liền với năng lực quản lý/điều khiển của công nghệ GMPLS/ASON. Trong đó mạng chuyển mạch quang tự động (ASON), là một mô hình tham chiếu cho việc xây dựng mạng chuyển mạch quang phục vụ việc truyền tải lưu lượng số liệu. Do kỹ thuật truyền dẫn IP trên quang và mạng thế hệ sau (NGN) là những vấn đề mới nên bản Đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót và chưa trình bày hết những vấn đề cần thiết của kỹ thuật cũng như tiến trình IP trên quang. Em mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của quý Thầy, Cô giáo và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện tốt hơn. Hướng phát triển của đề tài: Nghiên cứu các giải pháp nâng cấp dung lượng truyền dẫn mạng NGN của VNPT. Quy Nhơn, ngày 10 tháng 6 năm 2010 Sinh viên thực hiện Đào Anh Ngọc TÀI LIỆU THAM KHẢO š@&?› Tài liệu tiếng Việt ThS Đỗ Văn Việt Em (2007), Kỹ thuật thông tin quang 2, Học Viện Công Nghệ – Bưu Chính Viễn Thông. KS. Nguyễn Hoàng Hải, đề tài: Nghiên cứu công nghệ DTM và khả năng triển khai trên mạng viễn thông của VNPT. Mã số: 127-2002-TCT-RDF-VT-67. Vũ Tuấn Lâm & KS. Võ Đức Hùng, Tài liệu: Nghiên cứu giải pháp tích hợp IP và quang, đề xuất ứng dụng cho NGN của Tổng công ty. Mã số: 38-2002-HVCN-BCVT-RD-HT. Phùng Văn Lương, Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM, TS. Cao Phán & KS. Cao Hồng Sơn (2000), Cơ sở kỹ thuật thông tin quang, Học Viện Công Nghệ – Bưu Chính Viễn Thông. TS. Cao Phán & TS. Cao Hồng Sơn, (2003) Thông tin quang PDH và SDH, HVCN – BCVT, 6/2003. TS. Trần Hồng Quân & TS, Cao Phán, (2000) Công nghệ SDH, NXB Bưu Điện. Phạm Thế Quế, Mạng máy tính, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. KS. Đỗ Mạnh Quyết, đề tài: Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và đề xuất kiến nghị áp dụng công nghệ MPLS trong mạng thế hệ sau của Tổng công ty, Mã số: 005-2001-Tổng công ty-RDP-VT-01. Huỳnh Thế Trung, Nguyễn Hải Đăng, Itv6, Tài liệu tiếng Anh A John Wiley & Sons Publication, IP over WDM, Behrouz A. Forouzan & Sophia Chung Fegan, TCP/IP Protocol Suite. Kenvi H. Liu, IP over WDM. Các trang Web http:// www.vnpt.com.vn. http:// www.ipv6forum.org. http:// www.juniper.net.