Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GMPLS trên mạng NGN của HANOITELECOM

1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Bùi Xuân Hùng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GMPLS TRÊN MẠNG NGN CỦA HANOITELECOM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ TUẤN LÂM TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 2 LỜI NÓI ĐẦU Lưu lượng Internet đang gia tăng với tốc độ nhanh chóng, sự ra đời của các dịch vụ truyền thông đa phương tiện đặt ra các yêu cầu khắt khe hơn cho công nghệ mạng, như là tốc độ cao, băng thông rộng, dung lượng lớn. Các công nghệ mạng hiện thời đã dần bộc lộ ra những yếu điểm trong việc đáp ứng các yêu cầu này. Chính vì vậy, cần phải có giải pháp kỹ thuật tốt hơn để đáp ứng sự bùng nổ của lưu lượng Internet và tính đa dạng của các loại hình dịch vụ. Một giải pháp mạng viễn thông có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội hiện tại và tương lai, đó là mạng thế hệ mới - NGN (Next Generation Network). Xu hướng phát triển mạng NGN là hướng tới một kiến trúc mạng đơn giản và hiệu quả, trong đó lớp truyền tải là một mạng toàn quang với giải pháp truyền tải là IP trên quang. Một thành phần không thể thiếu trong mạng toàn quang đó là thành phần quản lý và điều khiển quang. Hạt nhân của thành phần này là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching), công nghệ phát triển từ công nghệ MPLS (Multiprotocol Label Switching). GMPLS là sự mở rộng của MPLS nhằm hướng tới mảng điều khiển quang cho mạng quang. 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. Nó mở rộng khả năng định tuyến lớp số liệu 3 đến mạng quang. GMPLS có thể cho phép mạng truyền tải và mạng số liệu hoạt động như một mạng đồng nhất HanoiTelecom là một trong những công ty Viễn thông lớn ở Việt Nam, hiện đang triển khai cung cấp các dịch vụ di động ( Mạng Vietnamobile 092), truyền dẫn liên tỉnh, quốc tế, dịch vụ Internet, VoIP…Việc xây dựng một mạng viễn thông có khả năng hội tụ giữa các dịch vụ và có thể cung cấp băng thông lớn, đa dịch vụ …là vô cùng cần thiết trong bối cảnh cạnh tranh khốc liệt giữa các doanh nghiệp viễn thông hiện nay. Chính vì vậy, em đã lựa chọn đề tài cho luận văn tốt nghiệp là “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GMPLS trên mạng NGN của HanoiTelecom”. Luận văn gồm 3 chương Chương 1: Công nghệ GMPLS. Chương 2: Các phương án ứng dụng GMPLS cho mạng truyền tải NGN. Chương này đưa ra các mô hình cụ áp dụng công nghệ GMPLS cho mạng lõi cũng như mạng metro và đưa ra được những ưu nhược điểm cụ thể của từng mô hình Chương 3: Ứng dụng GMPLS cho mạng truyền tải NGN HanoiTelecom. Nội dung chương này tập trung xem xét hiện trạng mạng truyền tải Hanoitelecom và đưa ra một số phương án ứng dụng GMPLS áp dụng cho mạng NGN HanoiTelecom. 4 CHƯƠNG 1. CÔNG NGHỆ GMPLS 1.1 Xu hướng phát triển công nghệ truyền tải quang Xu hướng phát triển của mạng của thế hệ kế tiếp NGN là từng bước thay thế hoặc chuyển lưu lượng mạng sử dụng công nghệ TDM sang mạng sử dụng công nghệ chuyển mạch gói. Để giải quyết những khó khăn hiện nay của mạng truyền tải được xây dựng trên nền SONET/SDH, đáp ứng những nhu cầu về phát triển dịch vụ, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng mạng đã tìm kiếm những giải pháp công nghệ tiên tiến để xây dựng thế hệ mạng mới, có khả năng tích hợp đa dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất. Xu hướng các công nghệ được lựa chọn áp dụng để xây dựng mạng truyền tải quang thế hệ mới chủ yếu tập trung vào các loại công nghệ chính, đó là: SONET/SDH- NGEthernet/Giagabit Ethernet (GE), RPR, WDM, IP, Chuyển mạch kết nối MPLS/GMPLS, các nhà khai thác mạng có xu hướng kết hợp một số loại công nghệ trên cùng một mạng của họ. 1.2 Tổng quan công nghệ GMPLS Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Labed Switching là bước phát triển theo của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Labed Switching). GMPLS thực chất là sự mở rộng chức năng điều khiển của mạng MPLS, nó cho phép kiến tạo mặt phẳng điểu khiển quản lý thống nhất không chỉ ở lớp mạng mà còn thực hiện đối với các lớp ứng dụng, 5 truyền dẫn và lớp vật lý. Việc kiến tạo một mặt phẳng điều khiển thống nhất đối với các lớp mạng hứa hẹn khả năng tạo ra một mạng đơn giản về điều hành và quản lý, cho phép cung cấp các kết nối từ đầu cuối tới đầu, quản lý tài nguyên mạng một cách hoàn toàn tự động và cung cấp các mức chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau các ứng dụng trên mạng. Một trong những yếu tố kinh tế nổi bật của GMPLS đó là nó có chức năng tự động quản lý tài nguyên mạng và cung ứng kết nối truyền tải lưu lượng khách hàng từ đầu cuối tới đầu. Công nghệ GMPLS cho phép các nút mạng tự động cung cấp các kết nối theo yêu cầu do vậy giá thành chi phí cung cấp kết nối cũng như giá thành quản lý bảo dưỡng giảm đi rất nhiều, thời gian cung ứng kết nối cung cấp dịch vụ giảm đi rất nhiều so với phương pháp truyền thống. 1.3 Các đặc tính của GMPLS - Tính chuyển hướng đa dạng - Tính năng chuyển tiếp đa dạng - Cấu hình - Tính cân đối (Scalability) - Độ tin cậy (Reliability) 1.4 Một số giao thức của GMPLS Sự thể hiện chuyển đổi từ MPLS sang GMPLS đó là các giao thức mở rộng cho chức năng báo hiệu (RSVP–TE, CR– LDP) và chức năng định tuyến (OSPF–TE, IS–IS–TE). Những giao thức mở rộng này là sự bổ sung thêm các chức năng cho cac phần tử mạng TDM/SDH và mạng truyền tải quang nói chung. Một giao thức mới đó là giao thức quản lý đường LMP đã được xây dựng để thực hiện quản lý và duy trì tình trạng 6 điều khiển cũng như trình trạng truyền tải lưu lượng giữa hai nút kế cận trong mạng GMPLS.LMP là một giao thức thực hiện trên IP, nó bao gồm các chức năng thực hiện RSVP-TE và CR-LDP. Trong GMPLS, cấu trúc ngăn giao thức cho chức năng định tuyến IS–IS–TE cũng tương tự như đối với chức năng định tuyến OSPF–TE, chỉ có một điểm khác đó là thay lớp định tuyến IP bằng chức lớp định tuyến phi kết nối CLNP (Connectionless Network Protocol) sử dụng để truyền tải thông tin theo giao thức IS–IS-TE. 1.5 Định tuyến trong mạng GMPLS Chức năng định tuyến trong mạng GMPLS được mở rộng từ các chức năng của MPLS, các giao thức định tuyến chính được sử dụng là OSPF-TE, IS-IS-TE. Trong phần đồ án này chỉ giới thiệu đến giao thức định tuyến OSPF-TE là giao thức tự động xác định cấu hình tô-pô mạng, thông báo tài nguyên khả dụng. Các điểm chủ yếu của các giao thức này đó là: thông báo về loại hình bảo vệ đường (1+1, 1:1, không bảo vệ hoặc lưu lượng phụ, thực hiện tìm đường để nâng cao khả năng xác định tuyến thông mà không cần phải thực hiện các giao thức định tuyến trên cơ sở địa chỉ IP. 1.6 Công nghệ GMPLS cho quản lý điều khiển truyền tải SDH trong mạng NGN GMPLS là sự phát triển tiếp theo của MPLS với những chức năng mở rộng. Ngoài chức năng cung cấp các giao diện chuyển mạch dữ liệu gói (PSC) như MPLS đã thực hiện, GMPLS cung cấp thêm giao diện chuyển mạch cho 4 loại hình khác như mô đó là: chuyển mạch lớp 2 (L2SC), chuyển mạch khung thời gian (TDM), chuyển mạch bước 7 sóng (LSC), chuyển mạch sợi quang (FSC). Tài liệu RFC3471 đã mô tả tổng quan các chức năng báo hiệu mở rộng để hỗ trợ các phương thức chuyển mạch mới nói trên. Tài liệu RFC3473 đã mô tả khuôn dạng bant tin báo hiệu và các cơ chế hoạt động cụ thể của giao thức báo hiệu RSVP-TE hỗ trợ cho 5 loại hình cung cấp giao diện chuyển mạch trong mạng GMPLS. Phần này sẽ trình bày chi tiết phần thực hiện cụ thể những chức năng quản lý điều khiển mở rộng cho mạng SDH. Kết luận chương Nội dung nghiên cứu ở chương này nhầm thực hiện các nghiên cứu về công nghệ GMPLS, tìm hiểu các vấn đề kỹ thuật thực hiện công nghệ GMPLS và chủ yếu đi sâu về nghiên cứu các đặc tính của công nghệ như tính chuyển hướng đa dạng, tính chuyển tiếp đa dạng, tính cân đối Trong chương này chúng ta cũng tiến hành nghiên cứu báo hiệu trong GMPLS nhằm hiểu được cơ chế báo hiệu, cơ chế báo lỗi, cơ chế điều khiển, cũng như một số giao thức quan trọng về định tuyến, ứng dụng GPMLS cho quản lý điều khiển truyền tải SDH nhằm cho chúng ta hiểu một cách cụ thể hơn về công nghệ GMPLS. CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG ÁN ỨNG DỤNG GMPLS CHO MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 2.1 Tình hình xây dựng tiêu chuẩn GMPLS trên thế giới 8 Về việc xây dựng tiêu chuẩn công nghệ GMPLS, có nhiều tổ chức quốc tế như Tổ chức nghiên cứu đặc biệt về kỹ thuật mạng liên kết IETF, Tổ chức diễn đàn mạng quang liên kết OIF, Tổ chức tiêu chuẩn viễn thông quốc tế ITU-T Về tình hình triển khai công nghệ GMPLS của các nước trên thế giới có các dự án quan trọng sau: Dự án MUPPED (châu Âu), Dự án NOBEL (châu Âu), Dự án GARDEN (châu Âu, Bắc Mỹ và Hàn Quốc), Dự án thử nghiệm mạng GMPLS của hãng KDDI (Nhật bản), Dự án 3TNET (Trung Quốc), Dự án của NTT 2.2 Phương án triển khai mạng GMPLS theo mô hình chồng lấn 2.2.1 Phương án triển khai mạng trục GMPLS Mạng đường trục tổ chức theo mô hình chồng lấn về cấu trúc tô-pô mạng vẫn dựa trên cơ sở mạng đường trục hiện tại (hình 2.1). Theo đó mạng sẽ bao gồm 3 nút trục chính đó là nút trục Hà Nội, nút Đà Nẵng và nút Tp. Hồ Chí Minh. Tại mỗi một nút đường trục này sẽ đặt một thiết bị chuyển mạch quang OXC có chức năng GMPLS các nút OXC này đấu chéo nhau thông qua hệ thống truyền dẫn quang DWDM để thực hiện chuyển mạch bước sóng mang các tín hiệu với tốc độ có thể đạt tới tốc độ của STM 16/64 hoặc 10Gbit Ethernet. Tại các nút mạng trục này còn đặt các bộ định tuyến đường trục (Router trục), các bộ định tuyến này kết nối với các chuyển mạch OXC tại nút tương ứng. Các thiết bị Router trục sử dụng để kết nối các mạng cấp tương ứng hoặc kết nối với mạng cung cấp các loại hình dịch vụ/ công nghệ khác nhau, chẳng hạn như kết nối với các mạng PSTN, xDSL, PLMN, MAN khu vực với sự đa dạng về công nghệ như TDM, ATM, 9 Ethernet, MPLS…. Hình 2.1. Tổ chức mạng GMPLS đường trục theo mô hình Overlay 2.2.2 Phương án triển khai mạng GMPLS Metro Mạng Metro tổ chức theo mô hình chồng lấn về cấu trúc phân lớp mạng vẫn dựa trên cơ sở cấu trúc phân lớp mạng Metro bao gồm 2 lớp mạng: Lớp mạng lõi (Metro Core) và lớp mạng truy nhập (Access Metro) như hình 2.2 Mạng truyền tải quang của phân lớp mạng lõi Metro và mạng truy nhập Metro bao gồm các phần tử SDH-NG/MSTP hoặc các phần tử OXC kết nối với nhau thông qua các giao diện I-NNI. Ranh giới giữa hai lớp mạng này được kết nối với nhau thông qua các giao diện E-NNI. Và như vậy, mặt phẳng điều khiển quản lý của mạng truyền tải quang và các Router biên là một mặt phẳng thống nhất theo công nghệ GMPLS. Các giao diện vật lý kết nối thuộc mạng truyền tải có thể là các giao diện STM- n, giao diện FE (100 Mbit/s), GE (1/10 Gbit/s) hoặc cũng có 10 thể là các giao diện với tốc độ luồng VC-n đơn lẻ hoặc chuỗi liên kết luồng (VC Concatenation) để cung cấp các kênh truyền tải với nhiều tốc độ khác nhau. Hình 2.2. Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình Overlay 2.3 Phương án triển khai mạng GMPLS theo mô hình ngang hàng 2.3.1 Phương án triển khai mạng trục GMPLS Về cơ bản cấu trúc kết nối của mô hình mạng ngang hàng tương tự như mô hình mạng chồng lấn. Chỉ có một khác biệt đó là các Router trục kết nối với các OXC theo cơ chế ngang hàng (hình 2.3). Có nghĩa là các OXC coi các Router trục có chức năng hoạt động giống như các OXC và ngược lại, các Router trục coi các OXC có các chức năng hoạt động giống như các Router trục khác. Trong trường hợp này mặt điều khiển và quản lý giữa OXC và Router trục là thống nhất. Các Router trục hiểu rõ cấu trúc tô-pô và có khả năng sử dụng tài nguyên của mạng truyền tải quang và ngược lại, các OXC hiểu rõ cấu trúc tô-pô của mạng định tuyến Router và có khả năng sử dụng tài nguyên trong mạng định tuyến Router. [...]... phẳng điều khiển quản lý thống nhất áp dụng cho mạng dựa trên các công nghệ nói trên 3.4 Lựa chọn phương án ứng dụng GMPLS cho mạng truyền tải NGN của HanoiTelecom 19 3.4.1 Phương ứng dụng GMPLS mạng đường trục của HTC Hình 3.5 Phương án triển khai mạng với mạng trục là GMPLS Phương án này thực hiện như thể hiện trong hình 3.5 với việc triển khai công nghệ GMPLS trên toàn bộ phạm vi đường trục với việc... Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình lai ghép Kết luận chương Chương này đưa ra các mô hình cụ áp dụng công nghệ GMPLS cho mạng lõi cũng như mạng vùng và đưa ra được những ưu nhược điểm cụ thể để cho chương sau chúng ta lựa chọn phương án áp dụng cho mạng HanoiTelecom 15 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG GMPLS CHO MẠNG TRUYỀN TẢI NGN CỦA HANOITELECOM 3.1 Định hướng phát triển mạng NGN của HanoiTelecom Mạng NGN cho... HanoiTelecom đang hoạt động trên cơ sở các công nghệ khác nhau tại các phân lớp mạng, chẳng hạn công nghệ SDH truyền thống, DWDM, công nghệ DSL… cho lớp truyền tải; công nghệ TDM, Ethernet, 18 ATM, IP/MPLS… cho lớp mạng chuyển mạch/chuyển tiếp gói Song song với mạng hiện tại, các định hướng, dự án phát triển mạng trong tương lai sẽ áp dụng các công nghệ mạng mới và các giải pháp mạng kết hợp công nghệ. .. lý trên phạm vi toàn mạng Đồng thời, các ứng dụng và dịch vụ mạng MPLS /GMPLS được cung cấp trên toàn bộ mạng Phương án triển khai mạng GMPLS hoàn toàn được thực hiện khi toàn bộ các mạng vùng cũng được triển khai dựa trên cơ sở công nghệ GMPLS (hình 3.7) Các mạng GMPLS vùng 1, vùng 2 và vùng 3 được triển khai theo một trong các phương án như đã mô tả ở các mục trên Phương thức kết nối giữa mạng GMPLS. .. thống phân chia theo thời gian sang mạng NGN với công nghệ chuyển mạch gói là một sự chuyển đổi mạnh mẽ về công nghệ Phù hợp với xu thế phát triển chung về công nghệ mạng của những nước phát triển trên thế giới, HTC đã chọn NGN làm bước phát triển tiếp theo trong việc tìm kiếm các giải pháp về mạng 3.2 Hiện trạng mạng truyền tải của HanoiTelecom Mạng truyền tải của HanoiTelecom được triển khai theo kiến... với việc 21 triển khai công nghệ GMPLS trên toàn bộ phạm vi đường trục của mạng vùng Hình 3.5 Phương án triển khai mạng với mạng vùng là GMPLS Mạng truyền tải của mạng vùng chủ yếu dùng mạng truyền tải quang của phân lớp mạng lõi Metro và mạng truy nhập Metro bao gồm các phần tử SDH-NG/MSTP hoặc các phần tử OXC kết nối với nhau thông qua các giao diện I-NNI Ranh giới giữa hai lớp mạng này được kết nối... đáp ứng yêu cầu kết nối mạng đường trục Hệ thống này được triển khai với đầy đủ chức năng điều khiển, quản lý, định tuyến của mạng GMPLS để tạo thành một mặt phẳng điều khiển quản lý thống nhất toàn mạng theo công nghệ GMPLS Trong khi đó các mạng vùng 1, vùng 2 và vùng 3 chưa triển khai mạng hoàn chỉnh theo công nghệ MPLS Giải pháp kết nối mạng vùng với mạng đường trục trong kịch 20 bản này là mạng GMPLS. .. GMPLS của HTC Trong mô hình tổng thể ta co thể chia thành hai giai đoạn để phù hợp với tình hình thực trạng của mạng truyền tải 23 NGN của HTC hiện tại cũng như đỡ chi phí xây dựng mạng Mô hình cho giai đoạn 2012-2014 Giai đoạn này có thể thực hiện triển khai mạng GMPLS theo phương án là mạng đường trục ứng dụng GMPLS còn mạng vùng chúng ta áp dụng IP/MPLS để giảm được giá thành xây dựng mạng và tận dụng. .. lý của mạng truyền tải quang và các Router biên là một mặt phẳng thống nhất theo công nghệ GMPLS 3.4.3 Phương án triển khai GMPLS hoàn toàn Phương án triển khai mạng GMPLS hoàn toàn được thực hiện khi toàn bộ các mạng vùng cũng được triển khai dựa trên cơ sở công nghệ GMPLS (hình 3.6) Các mạng GMPLS 22 vùng 1, vùng 2 và vùng 3 được triển khai theo một trong các phương án như đã mô tả ở các mục trên. .. được cung cấp trên toàn bộ mạng 25 Hình 3.8 Phương án triển khai GMPLS hoàn toàn Khả năng áp dụng: Là phương án xây dựng mạng phù hợp với kiến trúc mạng theo mô hình chuẩn GMPLS/ G.ASON khuyến nghị cho mạng tương lai Kết luận chương Nội dung chương này tập trung xem xét hiện trạng mạng truyền tải Hanoitelecom và đưa ra một số phương án ứng dụng GMPLS áp dụng cho mạng NGN HanoiTelecom . Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GMPLS trên mạng NGN của HanoiTelecom . Luận văn gồm 3 chương Chương 1: Công nghệ GMPLS. Chương 2: Các phương án ứng dụng. 1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Bùi Xuân Hùng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GMPLS TRÊN MẠNG NGN CỦA HANOITELECOM Chuyên