Giải pháp MOBILE BACKHAUL và phương án triển khai trên mạng viễn thông hưng yên

Để đảm bảo tính cạnh tranh, tối ưu mạng, các nhà cung cấp dịch vụ di động cần triển khai mạng truyền dẫn IP cho phân đoạn mobile backhaul triển khai mạng IP RAN.. Do vậy, giao thức CESoP

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

NGUYỄN ĐĂNG THÀNH

GIẢI PHÁP MOBILE BACKHAUL VÀ PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG HƯNG YÊN

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ : 60.52.70

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2012

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Trung Hiếu

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm 2012

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Phát triển về công nghệ đã mở ra nhiều dịch vụ và ứng dụng mới cho thông tin di động Các dịch vụ và ứng dụng mới này đòi hỏi ngày càng nhiều hơn tài nguyên băng thông Mạng Mobile backhaul với truyền dẫn TDM truyền thống không còn khả năng đáp ứng và đỏi hỏi chi phí cao khi mở rộng Đồng thời xu thế phát triển của IP đang tạo

đà cho xây dựng và phát triển các mạng truyền dẫn với băng thông lớn và cực lớn cho phép truyền dẫn từ bài Gbps đến hàng trăm Gbps Việc dịch chuyển Mobile backhaul dựa vào mạng truyền dẫn TDM truyền thống sang các mạng truyền dẫn băng thông lớn phù hợp hơn với IP là xu thế tất yếu

Hiện nay Tập đoàn BC-VT Việt Nam cũng như Viễn thông Hưng Yên đã hoàn thiện việc triển khai mạng Metro truyền tải lưu lượng IP trên công nghệ Ethernet Giải pháp truyền dẫn E1/STM1 cho mạng backhaul có chi phí giá thành cao, phải đầu tư mới và tính tối ưu không cao Hướng sử dụng mạng MAN-E làm phân đoạn truyền tải cho mạng mobile backhaul là phương án lựa chọn tối ưu cả về chi phí và kỹ thuật

Nội dung luận văn nghiên cứu các tiêu chuẩn kỹ thuật của mạng mobile backhaul Trên cơ sở đó đưa ra giải pháp khuyến nghị triển khai trên MEN, phương án triển khai trên mạng viễn thông Hưng Yên Luận văn thực hiện gồm 3 chương:

- Chương 1: Trình bày các vấn đề tổng quan về mạng mobile backhaul

- Chương 2: Hiện trạng MAN-E và Mobile backhaul Viễn thông Hưng Yên

- Chương 3: Phương án triển khai mobile backhaul dựa trên mạng MAN-E của Viễn thông Hưng Yên

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MOBILE BACKHAUL

1.1 Khái niệm mạng Mobile backhaul

Mobile backhaul được xác định là phần mạng truyền tải nằm giữa các khối điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và trạm gốc mạng truy nhập vô tuyến (RAN BS)

Hạ tầng mạng mobile backhaul truyền thống sử dụng truyền dẫn TDM kết nối các BTS/nodeB về các BSC/RNC Hệ thống truyền dẫn TDM có băng thông cố định dùng cho các dịch vụ luôn đảm bảo chất lượng, nhưng có chi phí cao, không chia sẻ được tài nguyên cho các dịch vụ khác Theo xu hướng phát triển công nghệ, các dịch vụ yêu cầu băng thông ngày càng cao, việc mở rộng hệ thống truyền dẫn TDM tốn kém không hiệu quả về kinh tế Để đảm bảo tính cạnh tranh, tối ưu mạng, các nhà cung cấp dịch vụ di động cần triển khai mạng truyền dẫn IP cho phân đoạn mobile backhaul (triển khai mạng

IP RAN)

1.2 Các công nghệ triển khai trong IP RAN

Hệ thống mạng 2G hoạt động trên nền tảng chuyển mạch kênh TDM Để chuyển sang mạng IP RAN, ta cần phải có các cơ chế hỗ trợ việc giả lập kênh dịch vụ CES (circuit emulation service) Cơ chế CES sẽ thiết lập một “kênh TDM” trên mạng IP kết nối các BTS về các BSC qua mạng IP Một số giao thức hỗ trợ việc truyền kênh TDM trên nền IP, làm nhiệm vụ giả lập kênh như CESoPSN (Structure-Aware TDM circuit emulation service over packet switched network) và SAToP (Structure-agnosic TDM over packet)

Đối với mạng 3G, bản chất đã hoạt động trên công nghệ chuyển mạch gói Các phương thức giả dây (Pseudowire) đóng vai trò hết sức quan trọng để kết nối từ các nodeB về RNC qua mạng IP Pseudowire (PW) là một cơ chế cho phép truyền tải các thuộc tính cần thiết của một dịch vụ được giả lập từ một thiết bị cho một hoặc nhiều thiết

bị khác qua một mạng chuyển mạch gói Một số công nghệ PW được sử dụng gồm công nghệ L2TPv3(Layer 2 Tunelling Protocol version 3) trên mạng IP hoặc đường hầm AToM trong mạng MPLS

- Công nghệ CESoPSN và SAToP: Hai giao thức này làm chức năng chuyển đổi các timeslot của các kênh TDM vào phần tải tin của các gói IP

Hình 1.1: Các công nghệ CES Điểm khác biệt chính giữa 2 giao thức CESoPSN và SAToP là SAToP đẩy tất cả 32 khung của kênh TDM vào tải tin gói tin IP mà không phân biệt timeslot rỗng, còn

CESoPSN chỉ đẩy các timeslot có chứa thông tin và bổ sung 1 trường để chỉ số timeslot rỗng được bỏ qua trong phần tải tin Do vậy, giao thức CESoPSN tối ưu, tiết kiệm băng thông hơn so với SAToP

Công nghệ L2TPv3: L2TPv3 là một công nghệ pseudowire cho phép cung cấp các dịch vụ lớp 2 qua mạng chuyển mạch gói L2TPv3 được phát triển từ giao thức UTI cho

cơ chế đường hầm lớp 2

Hình 1.2: Minh họa hoạt động của L2TPv3

- Công nghệ AToM: AToM là một công nghệ pseudowire sử dụng các mạng MPLS

cho phép cung cấp các dịch vụ lớp 2 Các nhiệm vụ chính của AToM bao gồm việc thực hiện pseudowire giữa các router biên PE và truyền tải các gói tin lớp 2 qua những pseudowire này

Hình 1.3: Minh họa hoạt động của AToM

1.3 Các cơ chế đồng bộ

Trong hệ thống viễn thông, đồng bộ là yếu tố cực kỳ quan trọng quyết định độ chính xác của thông tin, dữ liệu được chuyển tải Trong hệ thống di động, việc BTS nhận đồng

bộ từ BSC là bắt buộc Với hạ tầng mạng TDM kết nối qua các kênh E1/T1 thì đồng bộ là chuyện đơn giản bởi luồng E1/T1 luôn dành riêng time slot để chuyển tải dữ liệu đồng

bộ Chuyển sang backhaul trên nền IP (kể cả 2G và 3G) các giao diện E1/T1 chỉ là

“circuit emulation” đòi hỏi các thiết bị Pseudowire phải có khả năng nhận tín hiệu đồng

bộ từ BSC, chuyển tải nó lên mạng IP Phía BTS thì thiết bị Pseudowire lại phải tái tạo tín hiệu đó từ các gói IP, sau đó đẩy qua giao diện E1/T1 để thực hiện đồng bộ cho BTS

Hình 1.4: Đồng bộ hóa trong mạng 2G Khi chuyển qua IP RAN toàn bộ, Node B không còn cổng E1 nữa mà là IP Như vậy, việc triển khai mạng mobile backhaul trên mạng toàn IP đồng nghĩa với việc mất nguồn

đồng hồ TDM Có một số giải pháp triển đồng bộ trên mạng IP như sau:

- Phương pháp khôi phục đồng hồ thích nghi (ACR)

- Synchronous Ethernet (SyncE): SyncE hoạt động trên lớp vật lý, có độ chính xác

±100ppm (tương tự qua SDH)

- Đồng bộ hóa theo IEEE 1588v2: IEEE 1588v2 (hay được biết như là PTP: Precision Time Protocol) là một chuẩn giao thức cho phép việc truyền chính xác tần số và thời gian để đồng bộ các đồng hồ qua mạng dựa trên gói tin Nó đồng bộ hóa đồng hồ slave cục bộ trên mỗi thiết bị mạng với một đồng hồ hệ thống Grandmaster và sử dụng truyền tải tem thời gian để cung cấp độ chính xác cao (mức nano giây) trong đồng bộ hóa

để đảm bảo sự ổn định tần số của trạm

Hình 1.6 Phân cấp master-slave trong 1588v2

1.4 Đảm bảo chất lượng dịch vụ trong IP RAN

1.4.1 QoS trong mạng IP nói chung

Theo ITU-T, QoS là tập hợp các ảnh hưởng của sự thực hiện dịch vụ (do mạng thực hiện) tạo nên mức độ thỏa mãn cho người sử dụng dịch vụ đó Trong thực tế khái niệm QoS còn được hiểu rộng hơn theo nghĩa, hệ thống nào mà trong đó có sự phân loại, phân biệt hay có sự xử lý khác biệt cho mỗi luồng dữ liệu dịch vụ

1.4.2 Một số tham số đánh giá QoS

Các tham số cơ bản đánh giá QoS: Băng thông hiện thời (throughput), Trễ (Latency hoặc Delay), Biến thiên trễ (Jitter), Tỷ lệ mất gói (packet loss)

Các chỉ số đánh giá chất lượng dịch vụ trong mạng IP:

- IPTD (IP transfer delay): trễ truyền dẫn, gồm trễ do khoảng cách, do xử lý tại các nút chuyển mạch, các bộ đệm…

- IPDV (IP delay variability): đây chính là các chỉ số về jitter

- IPLR (IP packet loss ratio): là tỉ lệ mất gói trong mạng IP

- IPER (Ip packet error ratio): là tỉ lệ gói bị lỗi khi truyền

1.4.3 Một số giải pháp liên quan đến việc hỗ trợ QoS trên mạng IP

- Cơ chế dịch vụ tích hợp (Intserv): Mô phỏng lại như mạng chuyển mạch kênh trước đây, nó sử dụng nguyên tắc đặt chỗ (tài nguyên) trước dùng giao thức RSVP cho từng loại dịch vụ

Hình 1.9 Mô hình Inserv

- Cơ chế dịch vụ phân biệt (DiffServ): Kiến trúc DiffServ này tiếp cận theo hướng xử

lý QoS tại các hop (PHB) mà không phải dựa trên luồng như intserv

Hình 1.10 Mô hình diffserv

- Một số kỹ thuật quản lý QoS:

+ Phân lớp và đánh dấu (Classification and marking)

+ Policing và shaping

+ Tránh tắc nghẽn (Congestion-avoidance)

+ Quản lý tắc nghẽn (Congestion-management)

+ Định tuyến QoS (QoS routing)

+ Dành trước băng thông (Bandwidth Reservation)

+ Kiểm soát cuộc gọi vào mạng (Call Admission Control )

1.4.4 Các yêu cầu về QoS trong mạng mobile backhaul

Các yêu cầu về chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ trong mạng IP nói chung và cho

IP RAN được qui định trong các chuẩn Y.1541 và Y.1221của ITU-T

Bảng 1.2 Phân lớp QoS trong chuẩn Y.1541

(Nguồn: ITU chuẩn Y.1541)

1.5 Các cơ chế dự phòng

Một số cơ chế dự phòng được triển khai trong mạng IP:

- IGP – fast reroute: IGP là công nghệ tích hợp tính toán lộ trình nhanh trên một bộ định tuyến duy nhất dựa trên ISPF và PRC

- MPLS TE: MPLS TE (MPLS traffice engineering) cung cấp một giải pháp tốt cho

độ tin cậy dịch vụ

- VRRP: VRRP (Virtual router redundancy protocol) là giao thức thiết kế dự phòng cho mạng LAN

- LACP: LACP (Link Aggregation Control Protocol) là giao thức hoạt động ở lớp 2, cho phép ghép 2 hay nhiều đường Ethernet vào thành 1 đường

- BFD: BFD (Bi-Direction Fault Detection) cho phép phát hiện lỗi trên các kênh giữa các hệ thống, bao gồm kết nối vật lý trực tiếp, mạch ảo, đường hầm, MPLS LSP, kênh định tuyến multi-hop và kênh gián tiếp

- RSTP: Bản chất STP được thiết kế để tránh bị loop trong kết nối mạng LAN giữa các switch

Chương 2 HIỆN TRẠNG MẠNG MAN-E VÀ MẠNG MOBILE BACKHAUL VIỄN

THÔNG HƯNG YÊN 2.1 Kiến trúc MAN-E Viễn thông Hưng Yên

2.1.1 Khái niệm MAN-E

Mạng Ethernet đô thị là mạng sử dụng công nghệ Ethernet, kết nối các mạng cục bộ của các tổ chức và cá nhân với một mạng diện rộng WAN hay với Internet Bản thân công nghệ Ethernet đã trở nên quen thuộc trong những mạng LAN của doanh nghiệp trong nhiều năm qua; giá thành các bộ chuyển mạch Ethernet đã trở nên rất thấp; băng thông cho phép mở rộng với những bước nhảy tùy ý là những ưu thế tuyệt đối của Ethernet so với các công nghệ khác

2.1.2 Kiến trúc mạng MAN-E

Theo định nghĩa của Metro Ethernet Forum tại MEF4 - Metro Ethernet Architecture Framework part 1, mạng Metro Ethernet sẽ được xây dựng theo 3 lớp:

Hình 2.1 Mô hình mạng metro theo các lớp 2.1.3 Các dịch vụ trong mạng MAN-E

Các kiểu dịch vụ mạng MEN bao gồm các loại dịch vụ kết nối tương ứng với các loại EVC (Ethernet virtual circuit)

- Dịch vụ điểm - điểm (E-LINE): Dịch vụ E-LINE dựa trên một kết nối ảo (EVC) điểm - điểm

- Dịch vụ đa điểm - đa điểm (E-LAN): Các dịch vụ cung cấp kết nối Ethernet ảo, dạng đa điểm – đa điểm

- Dịch vụ điểm - đa điểm (E-TREE): Các dịch vụ cung cấp kết nối Ethernet ảo, dạng điểm – đa điểm

2.1.4 Mạng MAN-E của Viễn thông Hưng Yên

Mạng MAN-E của Viễn thông Hưng Yên sử dụng thiết bị của hãng Huawei, dòng Router NE40E

Cấu hình mạng metro ethernet tại Viễn thông Hưng Yên gồm:

- 01 Ring Core: gồm 02 thiết bị NE40E-8 kết nối với nhau qua 02 giao diện 10G, tốc độ ring core là 20 Gbps Ring core có chức năng truyền tải các lưu lượng kết nối đến mạng IP core và các lưu lượng VPN nội tỉnh

- 05 Ring Access: có tốc độ 10Gbps, gồm các thiết bị NE40E-4 kết nối với nhau qua

01 cổng 10G, cấu hình trunking tạo thành các vòng ring 10G nội tỉnh Các ring này có 2

đến 3 UPE kết nối về 2 node PE-AGG dể đảm bảo hoạt động và dự phòng

Các ring access thu gom lưu lượng các IP DSLAM/MSAN/Switch L2 cung cấp các dịch vụ viễn thông cho khách hàng Hiện tại bao gồm các dịch vụ Internet, IPTV, VOD, VPN

Dưới đây là hình vẽ mô tả sơ đồ mạng MAN-E Viễn thông Hưng Yên

9 km

5G

Hình 2.6 Sơ đồ mạng MAN-E VT Hưng Yên

2.1.5 Một số cơ chế nguyên tắc hoạt động của MEN

- Định tuyến: sử dụng giao thức định tuyến động IS-IS

- Cấu trúc miền MPLS: Mạng MEN của tỉnh được thiết kế là một miền MPLS LDP độc lập với tỉnh khác và các miền MPLS LDP này cũng tách biệt với miền MPLS mạng core

- Các cơ chế đảm bảo độ sẵn sàng cao: triển khai các cơ chế như Hội tụ nhanh IGP, BFD, VRRP, MPLS TE

- QoS: triển khai QoS trong metro theo mô hình Diffserv kiểu ống

- Bảo mật: sử dụng các đường hầm VLL, VPLS, mô hình QinQ và PW (presudo wire) đảm bảo bảo mật về dịch vụ

2.2 Các dịch vụ ứng dụng khai thác trên MEN VT Hưng Yên

Hiện đang khai thác 4 dịch vụ cơ bản gồm là:

- Internet tốc độ cao (High Speed Internet - HSI): cung cấp các dịch vụ internet trên nền ADSL, FTTH

- IPTV/VoD (IPTV/Video on Demand): cung cấp dịch vụ truyền hình, xem phim, ca nhạc theo yêu cầu

- VoIP (Voice over Internet): các dịch vụ thoại POTS

- Dịch vụ VPN lớp 2/lớp 3: dịch vụ kết nối truyền số liệu

2.3 Hiện trạng mạng Mobile backhaul VT Hưng Yên

Hạ tầng mạng di động trên địa bàn Hưng Yên hiện gồm hệ thống 2G/3G của Vinaphone và Mobilefone với số liệu như sau

Mạng Vinaphone có 160 trạm BTS và 58 nodeB, dự kiến trong thời gian tới sẽ bổ sung khoảng 94 điểm trạm trong đó số lượng BTS là 47, NodeB là 47

Mạng Mobilefone có 165 trạm BTS và 70 nodeB, dự kiến trong thời gian tới sẽ bổ sung khoảng 116 điểm trạm trong đó số lượng BTS là 58, NodeB là 58

Kết nối các trạm BTS: sử dụng 01 luồng E1, kết nối về thiết bị ghép kênh di động (mobile mux), các mobile mux kết nối tới BSC bằng đường STM1

Kết nối các trạm nodeB: kết nối 4 luồng E1 nội tỉnh về mobile mux Từ mobile mux

sử dụng 01 luồng STM1 liên tỉnh kết nối sang thiết bị điều khiển RNC

Hình 2.17: Sơ đồ kết nối backhaul hiện tại

Chương 3 PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MOBILE BACKHAUL DỰA TRÊN MAN-E CỦA

VIỄN THÔNG HƯNG YÊN 3.1 Các phương án triển khai Mobile Backhaul

3.1.1 Đánh giá một số phương án triển khai Mobile backhaul không sử dụng

MAN-E trong VNPT

- Sử dụng hạ tầng SDH hiện có : Hạ tầng SDH hiện có chỉ đáp ứng được giai đoạn đầu tiên khi triển khai 3G với việc chuyển đổi E1/FE, về lâu dài cần phải xây dựng một phương án triển khai Mobile backhaul khác tối ưu hơn

- Sử dụng trên hạ tầng mạng ATM : hệ thống ATM tại Việt Nam không được triển khai rộng rãi vì vậy việc triển khai mobile backhaul trên nền ATM là điều khó có thể thực hiện được

- Xây dựng một mạng riêng : xây dựng một mạng riêng hoàn toàn độc lập với các hệ thống cũ là một việc cực tốn kém, với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà cung cấp dịch vụ như hiện nay, yêu cầu rút ngắn thời gian tối đa để triển khai, cung cấp dịch vụ thì việc xây dựng một mạng mới có qui mô như Mobile backhaul là không thực tế

3.1.2 Phương án sử dụng MAN-E

Với ưu thế về băng thông, tính ưu việt của công nghệ chuyển mạch gói, chi phí giá thành hạ, bài toàn IP RAN chuyển các giao diện trong mạng truy nhập vô tuyến trước kia dùng TDM sang dùng IP cho mạng di động là lựa chọn tất yếu

3.1.2.1 Phương án truyền tải 3G qua MAN-E

Các nodeB cần chạy trong một Pseudo wire qua MAN-E về các RNC Trong mạng MAN-E các PW có thể khai báo theo hai chế độ, kết nối điểm điểm sử dụng VLL hoặc kết nối điểm đa điểm sử dụng VPLS

Phần truyền tải trên mạng MAN-E, sử dụng giải pháp kết hợp VLL và VPLS: các nodeB kết nối vào cùng UPE thì sử dụng cùng một miền VPLS (toàn tỉnh sẽ có số miền VPLS bằng số UPE trong mạng MAN-E), phần kết nối từ UPE về PE-AGG sử dụng 01 VLL nhằm hạn chế địa chỉ MAC trên toàn mạng