Kỹ thuật đồng bộ 1588v2 trong mạng thế hệ sau

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG LÊ ĐỨC VƯỢNG KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ 1588V2 TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – Năm 2012 Luận văn được hoàn thành tại HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đức Thủy Phản biện 1: …………………………………………………………… Phản biện 2: .……………………………………………………………. 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 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 MỞ ĐẦU Hiện nay xu hướng tích hợp các dịch vụ chạy trên cùng một cơ sở hạ tầng ngày càng rõ rệt. Đó là mạng NGN. Mạng NGN là mạng gói IP kết hợp với công nghệ giao thức chuyển mạch nhãn MPLS. Đặc biệt, các dịch vụ triển khai dành cho di động cũng dần tích hợp vào hệ thống IP/MPLS chứ không còn cung cấp trên mạng truyền dẫn TDM nữa. Việc sử dụng mạng truyền tải IP/MPLS cho di động phải có yêu cầu đồng bộ chặt hơn so với các yêu cầu đối các dịch vụ khác cũng triển khai qua mạng IP/MPLS như dịch vụ HSI, BTV Đối với đồng bộ khi triển khai qua mạng TDM thì đã được kiểm chứng tính tin cậy cũng như độ chính xác. Tuy nhiên khi truyền tải bằng công nghệ gói thì việc lựa chọn được kỹ thuật đồng bộ cũng như phương thức triển khai phải được nghiên cứu rất kỹ lưỡng. Trên thế giới đã có một số giao thức đồng bộ sử dụng cho mạng gói như giao thức định thời mạng NTP, giao thức thời gian chính xác PTP. Giao thức NTP có độ chính xác khoảng 10 -3 . Trong khi đó, giao thức PTP 1588v2 là giao thức đồng bộ gói tin có độ chính xác cao khoảng 10 -8 , đáp ứng được các yêu cầu cho hệ thống mạng mà có yêu cầu cao đối với đồng bộ như mạng 2G, 3G khi truyền tải qua hạ tầng IP/MPLS. Chính vì vậy giao thức 1588v2 đang là xu hướng được một số nhà khai thác dịch vụ nghiên cứu áp dụng vào việc đồng bộ giữa các thành phần thiết bị trong mạng gói để tích hợp chung các dịch vụ trên cùng một hạ tầng. Xuất phát từ yêu cầu về đồng bộ trong mạng NGN và đặc biệt nhờ sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy TS. Nguyễn Đức Thủy tôi đã nghiên cứu, tìm hiểu và hoàn thành Luận văn với đề tài: “Kỹ thuật đồng bộ 1588v2 trong mạng thế hệ sau”. 2 Luận văn được trình bày như sau: - Chương 1: “Tổng quan về đồng bộ” trình bày về vai trò đồng bộ trong mạng viễn thông, phân loại về đồng bộ, các tham số đánh giá chất lượng đồng bộ và các phân cấp đồng bộ. - Chương 2: “Kỹ thuật đồng bộ 1588v2” trình bày về mô hình của kỹ thuật 1588v2, các loại bản tin trao đổi thông tin đồng bộ, các cơ chế tính toán trễ và các chế độ hoạt động của đồng bộ 1588v2. - Chương 3: “Kỹ thuật đồng bộ 1588v2 trong mạng thế hệ sau” trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đồng bộ 1588v2 trong NGN, các điểm cần chú ý khi triển khai 1588v2 trong NGN, đồng thời cũng đưa ra một số bài đo để kiểm tra chất lượng đồng bộ 1588v2. - Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo. 3 NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG BỘ 1.1 Vai trò của đồng bộ trong mạng viễn thông Mục đích chính của đồng bộ là để tránh mất dữ liệu hoặc tránh các yêu cầu truyền lại dữ liệu. Đồng bộ sẽ cung cấp các tín hiệu thời gian chính xác tới các phần tử mang để duy trì tính toàn vẹn thông tin trong quá trình truyền. Mạng đáp ứng được các yêu cầu đồng bộ sẽ đảm bảo: - Sử dụng băng thông hiệu quả và tối đa. - Giảm lưu lượng tải mạng và cải thiện chất lượng dịch vụ QoS. - Giảm chi phí duy trì mạng và thời gian chết. Khi chất lượng đồng bộ kém sẽ làm giảm độ hiệu dụng mạng vì: - Rớt cuộc gọi. - Chất lượng thoại thấp. - Dữ liệu bị mất, dẫn đến phải truyền lại gây lãng phí băng thông. 1.2 Phân loại đồng bộ 1.2.1 Phân loại theo phương thức truyền tín hiệu - Phương thức truyền tín hiệu đồng bộ trên mạng TDM - Phương thức truyền tín hiệu đồng bộ trên mạng gói 1.2.2 Phân loại theo cách thức đồng bộ - Đồng bộ theo tần số - Đồng bộ theo pha - Đồng bộ theo thời gian 4 1.3 Các tham số đánh giá về đồng bộ 1.3.1 Khái niệm TE và TIE Sai số thời gian TE của đồng hồ tại thời gian nhất định biểu diễn sự khác nhau giữa thời gian của đồng hồ cần tham chiếu và thời gian của đồng hồ chuẩn. Sai số khoảng thời gian TIE là sự sai khác trong một khoảng thời gian quan sát giữa thời gian của đồng hồ và thời gian của tín hiệu chuẩn. 1.3.2 MTIE và TDEV MTIE xác định sai số thời gian cực đại của tín hiệu trong một khoảng thời gian quan sát. TDEV biểu diễn độ lệch thời gian tín hiệu mong đợi như một hàm với biến là thời gian quan sát τ tương ứng với MTIE. TDEV là tham số cửa sổ trượt sử dụng ba cửa sổ được phân tầng trượt qua dữ liệu. 1.3.3 ZTIE (MATIE) và MAFE MATIE đánh giá sự biến đổi pha trong trường hợp xấu nhất của đồng hồ tớ. MATIE có hai cửa sổ quan sát kề nhau trượt qua dữ liệu cần đánh giá. Giá trị trong mỗi cửa sổ là giá trị trung bình và giá trị khác nhau cực đại giữa hai giá trị trung bình trong hai cửa sổ liền kề chính là MATIE. MAFE đánh giá sai số tần số trong trường hợp xấu nhất của đồng hồ tớ. Trong MAFE, sự khác nhau giữa các giá trị trong các cửa sổ quan sát biểu diễn thành đường nghiêng, đường này xác định sai số tần số trung bình. Hình 1-11 là ví dụ tính toán tham số MAFE. 5 Hình 1-11 Ví dụ tính toán MAFE với cửa sổ quan sát τ = 3000s 1.4 Mặt nạ đồng bộ Mặt nạ áp dụng cho tham số MTIE và TDEV đối với các tín hiệu khác nhau để đánh giá khả năng của mạng có đáp ứng được jitter và wander tại các phần tử mạng hay các giao diện node mạng hay không. 1.5 Các phân cấp đồng bộ - Phân cấp PRC - Phân cấp SSU - Phân cấp SEC - Phân cấp Master - Phân cấp Slave 6 CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ 1588v2 2.1 Mô hình phân cấp đồng bộ Master-Slave trong PTP Mô hình phân cấp chủ-tớ đơn giản trong PTP khi được minh họa như Hình 2-1. Hình 2-1 Mô hình phân cấp chủ-tớ trong PTP 2.1.2 Kỹ thuật trạng thái của giao thức Các trạng thái xác định phân cấp chủ-tớ bao gồm: - MASTER: Cổng là nguồn thời gian trên tuyến - SLAVE: Cổng đồng bộ tới thiết bị trên tuyến ở trạng thái MASTER - PASSIVE: Cổng không đóng vai trò là MASTER trên tuyến và cũng không được đồng bộ đến MASTER nào. 2.1.3 Thuật toán đồng hồ chủ tốt nhất PTP sử dụng thuật toán BMC để lựa chọn đồng hồ chủ khi trên mạng tồn tại nhiều đồng hồ có thể đóng vai trò làm đồng hồ chủ. Thuật toán đồng hồ chủ tốt nhất bao gồm 2 thuật toán riêng biệt là thuật toán so sánh tập dữ liệu và thuật toán quyết định trạng thái. 7 2.1.3.1 Thuật toán so sánh tập dữ liệu Thuật toán so sánh tập dữ liệu dựa trên việc so sánh lần lượt từng đôi một các thuộc tính sau: Priority1, clockClass, clockAccuracy, offsetScaledLogVariance, priority2 và clockIdentity. 2.1.3.2 Thuật toán quyết định trạng thái Thuật toán quyết định trạng thái xác định trạng thái tiếp theo của cổng theo yêu cầu. Trạng thái của cổng tiếp theo có thể là MASTER, SLAVE hay PASSIVE dựa vào kết quả của thuật toán so sánh tập dữ liệu. 2.2 Nguyên lý hoạt động của giao thức 1588v2 2.2.1 Các bản tin trong giao thức 1588v2 Giao thức PTP bao gồm các bản tin sự kiện và bản tin chung. Các bản tin sự kiện là các bản tin được đánh thời gian, trong đó một mốc thời gian chính xác được tạo tại cả hai phía truyền dẫn thu và nhận. Các bản tin chung không yêu cầu mốc thời gian chính xác. Các bản tin sự kiện bao gồm: Sync, Delay_Req, Pdelay_Req và Pdelay_Resp Các bản tin chung bao gồm: Announce, Follow_Up, Delay_Resp, Pdelay_Resp_Follow_Up, Management và Signaling. 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.2.1 Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ Hình 2-5 trình bày nguyên lý của kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ. 8 Hình 2-5 Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ đo trễ truyền trung bình giữa một cặp cổng PTP, trong đó các cổng này hỗ trợ kỹ thuật trạng thái. Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ sử dụng các bản tin Sync, Delay_Req, Delay_Resp và có thể cả bản tin Follow_Up để thực hiện tính toán. Hình trên trình bày nguyên lý hoạt động của kỹ thuật này. Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ thực hiện độc lập trong miền hỗ trợ hai đồng hồ. 2.2.2.2 Kỹ thuật trễ ngang hàng Kỹ thuật trễ ngang hàng đo đạc thời gian truyền từ cổng đến cổng như trễ đường truyền giữa hai cổng thông tin với nhau có hỗ trợ kỹ thuật trễ ngang hàng. [...]... multicast thì đồng hồ chủ tự động quảng bá các thông tin của mình trong bản tin Announce Cơ chế multicast sử dụng kỹ thuật yêu cầu – trả lời trễ 11 Hình 2-9 Kỹ thuật truyền thời gian trong chế độ multicast 12 CHƯƠNG 3 ĐỒNG BỘ 1588v2 TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 3.1 Tổng quan về đồng bộ trong mạng thế hệ sau 3.1.1 Tổng quan về mạng thế hệ sau Theo ITU-T, mạng thế hệ sau được định nghĩa là một mạng dựa trên... vào các hệ thống hiện có 3.1.3.2 Mô hình đồng bộ PTP trong mạng thế hệ sau Mô hình đồng bộ PTP trong mạng thế hệ sau được minh họa trong Hình 3-3 14 Hình 3-3 Mô hình đồng bộ PTP trong mạng thế hệ sau 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng đồng bộ 1588v2 trong mạng truyền tải gói Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đồng bộ 1588v2 trong mạng truyền tải gói bao gồm: - Trễ - Biến động trễ PDV (Packet Delay... lượng đồng bộ 1588v2 - Tỉ lệ mất gói 3.3 Đồng bộ PTP trong mạng thế hệ sau Khi triển khai đồng bộ PTP trong mạng thế hệ sau cần chú ý các điểm sau 15 3.3.1 Điểm đặt vị trí đặt Grand Master Hình 3-4 Các vị trí đặt PRC trên mạng 3.3.2 Phân bổ quỹ chất lượng Trong giao thức PTP, mỗi phần tử của hệ thống góp phần làm giảm chất lượng của đồng hồ đầu ra, như được chỉ trong hình 3-5 Hình 3-5 Nhiễu trong. .. động đồng bộ trạm gốc được chính xác 3.1.2.2 Định thời trong các dịch vụ NGN - Đo kiểm hiệu năng - Tính cước (billing) - Khắc phục sự cố và duy trì mạng Các dịch vụ thời gian thực 3.1.3 Mô hình đồng bộ PTP trong mạng thế hệ sau 3.1.3.1 Vì sao sử dụng PTP trong mạng thế hệ sau - Độ chính xác cao Chi phí thấp, dễ triển khai - Tích hợp được vào các hệ thống hiện có 3.1.3.2 Mô hình đồng bộ PTP trong mạng thế. .. hiệu đồng bộ trong trường hợp tải tĩnh Đo chất lượng tín hiệu đồng bộ khi lưu lượng mạng thay đổi - nhanh Đo chất lượng tín hiệu đồng bộ khi lưu lượng mạng thay đổi - chậm Đo kiểm sự ảnh hưởng khi có gián đoạn mạng - Kiểm tra ảnh hưởng của nghẽn mạng đến chất lượng đồng bộ - Kiểm tra chất lượng đồng bộ khi định tuyến thay đổi 3.5 Kết quả đo chất lượng đồng bộ PTP thực tế 3.5.1 Kết quả qua 5 phần tử mạng. .. 3-7 Phân bố đồng hồ chủ 3.3.5 Dự phòng cho đồng bộ Hình 3-8 Dự phòng đồng hồ chủ PTP - Sử dụng thuật toán BMC để tự động tính toán đồng hồ chủ tốt nhất 18 - Hoặc cấu hình tĩnh tới đồng hồ chủ thay thế khi đồng hồ chủ chính có sự cố 3.3.6 Tốc độ phát bản tin đồng bộ trong PTP Tốc độ phát bản tin đồng bộ trong PTP có thể được điều chỉnh tự động để thích ứng với những điều kiện thay đổi trong mạng Tốc độ... phần tử mạng 24 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Kết luận: Đồng bộ có vai trò rất quan trọng trong mạng viễn thông Đảm bảo chất lượng đồng bộ là yêu cầu tiên quyết để triển khai dịch vụ, giúp cải thiện hiệu năng mạng Khi chất lượng đồng bộ không đảm bảo sẽ làm giảm hiệu năng mạng, tăng chi phí đầu tư và giảm lợi nhuận PTP là một công nghệ đồng bộ mới có độ chính xác cao, được sử dụng trong mạng. .. dịch vụ TDM trong mạng thế hệ sau - Dịch vụ CES (dịch vụ mô phỏng kênh) là dịch vụ chính yêu cầu cung cấp đồng bộ trong mạng gói CES đưa ra mô phỏng các dịch vụ TDM như Nx64 kbps, T1/E1, T3/E3 qua mang truyền tải gói Dịch vụ TDM yêu cầu đồng hồ các kết cuối phát và nhận kênh T1/E1 phải được đồng bộ đúng theo chuẩn ITU-T G.823/824 Dịch vụ MobileBackhaul là thành phần chính của dịch vụ CES, trong đó các... mạng NGN Tuy nhiên đồng bộ PTP có một hạn chế là việc ảnh hưởng nhiều vào biến động trễ PDV trên mạng gói Vì vậy đối với một số trường hợp khi mà khoảng cách giữa đồng hồ chủ và đồng hồ tớ quá lớn thì sử dụng PTP sẽ không đáp ứng được yêu cầu chất lượng đồng bộ đối với các dịch vụ yêu cầu chất lượng đồng bộ cao Khi đó có thể sử dụng giải pháp kết hợp các giao thức đồng bộ trong mạng NGN như SynE và... giao thức đồng bộ trong mạng NGN như SynE và PTP Ngoài ra, việc kiểm tra chất lượng đồng bộ cũng hết sức quan trọng Vì vậy cần nghiên cứu, đề xuất một bộ bài đo hoàn chỉnh để đánh giá chất lượng đồng bộ PTP trong các điều kiện mạng khác nhau và chất lượng đồng bộ khi sử dụng giải pháp kết hợp các giao thức đồng bộ trong mạng NGN . 3 ĐỒNG BỘ 1588v2 TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 3.1 Tổng quan về đồng bộ trong mạng thế hệ sau 3.1.1 Tổng quan về mạng thế hệ sau Theo ITU-T, mạng thế hệ sau. lượng đồng bộ 1588v2. - Tỉ lệ mất gói 3.3 Đồng bộ PTP trong mạng thế hệ sau Khi triển khai đồng bộ PTP trong mạng thế hệ sau cần chú ý các điểm sau.