Nghiên cứu công nghệ MAN e và ứng dụng trên mạng viễn thông phú thọ

Để đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin đó, cơ sở hạ tầng mạng truyền thông của các khu đô thị, các thành phố cần phải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

NGUYỄN VĂN BÌNH

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MAN-E VÀ

ỨNG DỤNG TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG PHÚ THỌ

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ : 60.52.7023.04.3898

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2009

Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Văn Võ

Phản biện 1: ………

………

Phản biện 2: ………

………

Phản biện 3: ………

………

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

Vào lúc: giờ ngày tháng năm 2009

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh về kinh tế, xã hội và văn hoá trong môi trường các đô thị và thành phố lớn đã dẫn đến nhu cầu trao đổi thông tin là rất lớn, đa dạng cả về loại hình dịch vụ, tốc độ Đồng thời, với sự hình thành và phát triển bùng nổ các tổ hợp văn phòng, các khu công nghiệp, công nghệ cao, các khu chung cư và thêm vào đó là các dự án phát triển thông tin của chính phủ, các các cơ quan, các công ty, làm cho nhu cầu trao đổi thông tin như tiếng nói, dữ liệu, hình ảnh, tăng đột biến

Để đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin đó, cơ sở hạ tầng mạng truyền thông của các khu đô thị, các thành phố cần phải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn và đa dịch vụ

Hiện tại, các mạng nội bộ LAN (Local Area Network) của các cơ quan, xí nghiệp chỉ có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với phạm vi địa lý rất hẹp Đồng thời, các mạng truy nhập hiện tại với công nghệ chủ yếu là TDM (chuyển mạch kênh PSTN, công nghệ SDH) không thể đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin hiện nay của xã hội cả về loại hình dịch vụ và lưu lượng

Do đó, việc tìm kiếm các công nghệ để xây dựng một cơ sở

hạ tầng mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network) đáp ứng được yêu cầu trao đổi thông tin nói trên là cấp thiết đối với những nhà cung cấp dịch vụ Viễn thông trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng

Trên thế giới, các nhà cung cấp các dịch vụ Viễn thông đã tập trung nghiên cứu, phát triển và ngày càng hoàn thiện các giải pháp công nghệ cho các đô thị và các thành phố lớn Trong đó, với những ưu việt của mình nên giải pháp công nghệ MAN-E

(Metropolitan Area Network-Ethernet) được rất nhiều nhà cung cấp các dịch vụ Viễn thông áp dụng triển khai

Đối với nước ta, các công ty Viễn thông trong nước, đặc biệt

là Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam, đang đầu tư triển khai MAN-E cho các khu đô thị, cho các thành phố của nước ta Chính vì vậy, việc nghiên cứu MAN-E và ứng dụng cho các khu đô thị, cho các thành phố của nước ta là một vấn đề cấp thiết Với sự ham muốn nghiên cứu giải pháp công nghệ MAN-E

và xem xét khả năng ứng dụng cho Viễn thông Phú Thọ giai đoạn

2009-2010, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ MAN-E

và ứng dụng trên mạng Viễn thông Phú Thọ” làm đề tài nghiên

cứu cho luận văn tốt nghiệp với hy vọng là làm chủ được giải pháp công nghệ MAN-E và mong muốn được đóng góp một phần trong việc triển khai MAN-E trên địa bàn tỉnh Phú Thọ

Để thực hiện được mục tiêu đó, đề tài luận văn tập trung thực hiện các nội dung chính sau:

I Tổng quan về MAN-E: Giới thiệu về MAN-E

II Mạng đô thị MAN và xu hướng phát triển: Phần này

tác giả giới thiệu tổng thể sơ lược về MAN, các công nghệ sử dụng trong MAN, xu hướng phát triển của mạng đô thị

III Giải pháp truyền tải Ethernet trong MAN (MAN-E):

Trong phần này tác giả trình chi tiết hơn về giải pháp truyền tải Ethernet trong MAN, chỉ ra cấu hình MAN-

E cho một tỉnh và phương án kết nối MAN-E của các tỉnh trên mạng Viễn thông

IV Ứng dụng MAN-E trên mạng Viễn thông Phú Thọ:

Phần này chủ yếu phân tích, đánh giá và lựa chọn công nghệ áp dụng xây dựng mạng đô thị cho mạng Viễn

thông tỉnh Phú Thọ Các phương pháp thiết kế và tính toán dung lượng trong MAN-E của VNPT và ứng dụng cho Viễn thông Phú Thọ

Do thời gian và hiểu biết còn hạn chế, đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo và các bạn

I TỔNG QUAN VỀ MAN-E

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh về kinh tế, xã hội và văn hoá trong môi trường các đô thị và thành phố lớn đã dẫn đến nhu cầu trao đổi thông tin là rất lớn, đa dạng cả về loại hình dịch vụ, tốc độ Để đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin

đó, MAN-quang (MAN- Metropolitan Area Network) với khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn và đa dịch vụ là một giải pháp cơ sở hạ tầng mạng truyền thông chủ đạo của các khu đô thị, các thành phố

Để truyền tải thông tin và phát huy hiệu quả cơ sở hạ tầng MAN-quang, người ta đã sử dụng nhiều giải pháp công nghệ khác nhau, như: công nghệ SDH-NG, công nghệ WDM, công nghệ RPR, công nghệ Gigabit Ethernet, công nghệ ATM, công nghệ MPLS, Tuy nhiên, vấn đề đặt ra cho các nhà xây dựng và cung cấp dịch vụ MAN là trên cơ sở mục tiêu xây dựng mạng cần phải lựa chọn được công những công nghệ phù hợp để áp dụng vào việc xây dựng mạng Trên cơ sở những công nghệ mạng được lựa chọn, các nhà thiết kế mạng sẽ xây dựng những cấu hình mạng thích hợp, lựa chọn thiết bị phù hợp để xây dựng được mạng đáp ứng với những mục tiêu đề ra ban đầu

Công nghệ Ethernet và Gigabit Ethernet có những ưu điểm nổi bật như: có khả năng hỗ trợ rất tốt cho ứng dụng truyền tải dữ

liệu ở tốc độ cao và có đặc tính lưu lượng mạng tính đột biến và tính “bùng nổ”;

Trước kia, Ethernet là công nghệ thống lĩnh trong các mạng nội bộ LAN, là công nghệ chủ đạo trong hầu hết các văn phòng trên toàn thế giới và hiện nay đã được dùng ngay cả trong các hộ gia đình để chia sẽ các đường dây truy nhập băng rộng giữa các thiết bị với nhau Đặc biệt tất cả các máy tính cá nhân đều được kết nối bằng Ehernet và ngày càng nhiều thiết bị truy nhập dùng đến công nghệ này

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, tốc độ Ethernet đã được cải thiện từ Mbps lên Gbps và 10Gbps Song song với nó, phương tiện truyền trong mạng Ethernet cũng chuyển dần từ cáp đồng sang cáp quang và cấu hình cũng đã phát triển từ cấu trúc Bus dùng chung lên cấu trúc mạng chuyển mạch Đây là những nhân tố quan trọng để xây dựng các mạng có dung lượng cao, chất lượng cao, và hiệu xuất cao, đáp ứng được những đòi hỏi ngày càng khắt khe của yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) Việc sử dụng công nghệ Ethernet và Gigabit Ethernet trong mạng đô thị đã tạo nên một giải pháp mạng hữu hiệu để truyền tải thông tin trong các đô thị, gọi là giải pháp MAN-E hay MEN

II MẠNG ĐÔ THỊ-MAN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN 2.1 Giới thiệu về MAN

Mạng đô thị MAN là một mạng cung cấp đa dịch vụ trong phạm vi một thành phố, đô thị Vai trò của nó tương tự như vai trò của một nhà cung cấp dịch vụ Internet nhưng có một điểm khác là được xây dựng để hướng tới đối tượng phục vụ chủ yếu là liên kết trao đổi lưu lượng của các mạng cục bộ LAN có dung lượng và kích cỡ mạng lớn Qui mô của MAN có thể bao phủ toàn bộ một thành phố hoặc chỉ là một mạng để liên kết một vài khu nhà

(chung cư, khu công nghệ/công nghiệp, các cơ quan tổ chức, các trường đại học, viện nghiên cứu) với nhau Thiết bị MAN có thể được xây dựng và quản lý bởi nhiều tổ chức khác nhau hoặc chỉ với một nhà cung cấp dịch vụ MAN duy nhất Các công nghệ được lựa chọn áp dụng để xây dựng MAN chủ yếu tập trung vào 6 loại công nghệ chính là:

2.2 Cấu trúc tổng quan của MAN

+ Lớp mạng lõi thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng tích hợp trong mạng đô thị một cách hợp lý; lớp này thực hiện chức năng định tuyến truyền tải lưu lượng trong nội vùng đô thị hoặc chuyển giao lưu lượng với mạng trục (backbone)

Mạng đô thị thực hiện tiếp cận với rất nhiều loại hình ứng dụng và giao thức giao thức truyền tải cần phải truyền một cách

“trong suốt” giữa người sử dụng hoặc các mạng văn phòng với nhau Do vậy vấn đề đặt ra là cần phải cân nhắc giữa mục tiêu là truyền lưu lượng trong suốt và đạt hiệu suất sử dụng mạng cao, đó

là một bài toán đặt ra đối với các nhà xây dựng mạng đô thị Nó sẽ quyết định đến chiến lược triển khai mạng và dịch vụ cũng như như việc lựa chọn nhà cung cấp thiết bị mạng

2.2.2 Cấu trúc phân lớp chức năng

Theo cấu trúc phân lớp chức năng, MAN có thể phân chia thành 2 lớp mạng: lớp mạng biên và lớp mạng lõi Trong mỗi lớp mạng đó có thể bố trí các thiết bị mạng có chức năng khác nhau để thực thi các chức năng cần phải thực hiện của lớp mạng này tùy thuộc vào mục tiêu, qui mô, kích cỡ của MAN cần phải xây dựng

2.3 Các công nghệ sử dụng trong mạng đô thị MAN

2.3.1 Công nghệ IP/ATM-MAN

Công nghệ ATM đã từng được sử dụng như là công nghệ chủ yếu trong mạng Backbone ngay từ lần đầu được đưa ra thương mại đầu những năm 1990 ATM được thiết kế nhằm tối ưu hóa truyền tải nhiều loại thông tin khác nhau như : dữ liệu, voice, video đáp ứng cả yêu cầu thời gian thực và đáp ứng được yêu cầu

về QoS cho mỗi loại thông tin Để thực hiện yêu cầu này, rất nhiều chức năng và giao thức đã được thiết lập trên nền công nghệ ATM: PNNI (Private Network Node Interface) cung cấp các chức năng kiểu OSPF cho tín hiệu và dẫn hướng cho thông tin về QoS

trong toàn mạng ATM, đa giao thức trên ATM (MPOA) cho phép thiết lập những kết nối tắt giữa các điểm hay hệ thống trong các mạng con khác nhau, khắc phục được hiện tượng nghẽn cổ chai xảy ra giữa các router và các chức năng để nâng cao khả năng kết nối vật lý Hiện nay việc truyền tải tín hiệu IP qua ATM trên các mạng thông tin quang được thực hiện chủ yếu qua hai phương thức: IP/ATM/SDH/WDM và IP/ATM/WDM

2.3.2 Công nghệ WDM-MAN

Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM hay DWDM là công nghệ truyền tải trên sợi quang đã xây dựng và phát triển từ những năm 90 của thế kỷ trước Các hệ thống WDM hiện nay có tốc độ truyền dẫn kênh 2,5Gbps hoặc 10Gbps và có thể tích hợp tới

100 bước sóng trên một sợi quang cho phép truyền dẫn dung lượng hàng ngàn Gigabit trên một sợi quang (Các hệ thống WDM tốc độ Terabits ghép trên một sợi quang đã được thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm trên thế giới và hứa hẹn nhiều ứng dụng trong thực tế) Nguyên lý cơ bản của công nghệ này là thực hiện truyền đồng thời các tín hiệu quang thuộc nhiều bước sóng khác nhau trên một sợi quang Băng tần truyền tải thích hợp của trên sợi quang được phân chia thành những bước sóng chuẩn với khoảng cách thích hợp giữa các bước sóng (đã được chuẩn hóa bởi tiêu chuẩn G.692 của ITU-T), mỗi bước sóng có thể truyền tải một luồng thông tin có tốc độ lớn (chẳng hạn luồng thông tin số tốc độ 10Gbít/s) Do đó, công nghệ WDM cho phép xây dựng những hệ thống truyền tải thông tin quang có dung lượng gấp nhiều lần so với hệ thống thông tin quang đơn bước sóng Hiện tại, sản phẩm và các hệ thống truyền dẫn WDM đã được sản xuất bởi nhiều hãng sản xuất thiết bị viễn thông và đã được triển khai trên mạng của nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới

Mạng WDM có thể thiết lập các cấu hình điểm nối điểm, ring và mesh Việc chuyển đổi hay nâng cấp giữa các cấu hình tương đối linh hoạt

2.3.3 Công nghệ SDH-NG-MAN

Công nghệ SDH hiện tại là công nghệ truyền dẫn được áp dụng phổ biến nhất trong mạng của những nhà cung cấp dịch vụ trên thế giới Công nghệ SDH được xây dựng trên cơ sở hệ thông phân cấp ghép kênh đồng bộ TDM với cấu trúc phân cấp ghép kênh STM-N cho phép cung cấp các giao diện truyền dẫn tốc độ

từ vài Mbít/s tới vài Gigabít/s Đặc tính ghép kênh TDM và phân cấp ghép kênh đồng bộ của công nghệ SDH cho phép cung cấp các kênh truyền dẫn có băng thông cố định và cố độ tin cậy cao với việc áp dụng các cho chế phục hồi và bảo vệ, cơ chế quản lý

hệ thống theo cấu trúc tô-pô mạng phù hợp và đã được chuẩn hóa bởi các tiêu chuẩn của ITU-T

Từ trước tới nay công nghệ truyền dẫn SDH được xây dựng chủ yếu cho việc tối ưu truyền tải lưu lượng thoại Theo những dự báo và phân tích về thị trường mạng viễn thông gần đây, các doanh nghiệp có sẽ gia tăng mạnh mẽ các loại hình dịch vụ truyền

dữ liệu và có xu hướng chuyển dần lưu lượng của các dịch vụ thoại sang truyền tải theo các giao thức truyền dữ liệu (ví dụ như dịch vụ thoại qua IP (VoIP) Trong khi đó, các cơ sở hạ tầng mạng SDH hiện có khó có khả năng đáp ứng nhu cầu truyền tải lưu lượng gia tăng trong tương lai gần Do vậy yêu cầu đặt ra là cần phải có một cơ sở hạ tầng truyền tải mới để có thể đồng thời truyền tải trên nó lưu lượng của hệ thống SDH hiện có và lưu lượng của các loại hình dịch vụ mới khi chúng được triển khai Đó chính là lý do của việc hình thành một hướng mới của công nghệ SDH, đó là SDH thế hệ kế tiếp SDH-NG

2.3.4 Công nghệ Ring gói tự hồi phục

Khác với các công nghệ truyền dẫn truyền thống như SONET/SDH, vòng Ring RPR có cấu trúc gồm hai vòng cáp quang, trong đó, một vòng phía trong (Inner Ring) và một vòng phía ngoài (Outer Ring), các gói được truyền trên hai vòng Ring này theo hai hướng ngược chiều nhau Mỗi vòng có thể sử dụng

để mang đồng thời cả các gói dữ liệu và các gói điều khiển Các vòng Ring này (Outer Ring và Innner Ring), có tính chất hỗ trợ lẫn nhau, vừa đảm bảo việc nâng cao lưu lượng truyền dẫn vừa đảm nhận chức năng bảo vệ khi có sự cố trên hệ thống

RPR sử dụng giao thức điều khiển truy nhập MAC mới – Spatial Reuse Protocol do IETF chuẩn hoá trong RFC số 2892 để đóng gói dữ liệu trong mạng có cấu hình Ring kép Thiết bị IP với với giao diện RPR có thể kết nối với thiết bị SDH hay sử dụng hệ thống cáp quang hiện có mà không cần thiết bị SDH nữa Điều này cho phép giảm mức chi phí đầu tư và tăng hiệu quả quản lý mạng lên rất nhiều

RPR còn cho phép các thiết bị trên mạng tự động phát hiện

ra topology mạng, phát hiện và khôi phục vòng ring khi cáp quang

bi đứt với thời gian hồi phục là 30 đến 50ms Việc phát triển và hồi phục topo mạng hoàn toàn được thực hiện ở lớp MAC do đó không ảnh hưởng đến lưu lượng đang truyền tải trên lớp IP cũng như không cần sự than gia của lớp 3 trong việc này RPR cho phép kiểm soát mức độ sử dụng băng thông trên mạng nhằm sủ dụng hiệu quả nhất thông lượng đường truyền Dữ liệu có thể truyền song song theo cả hai hướng, trên cả vòng Ring chính và vòng Ring “backup” như trong khái niệm của SONET/SDH, như vậy khai thác tối đa hiệu quả của cáp quang Đặc biệt là khác so với các giao thức trên mạng Ring khác, dữ liệu chỉ được truyền