Nghiên cứu về hệ thống atm pon và khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng

Đồ án tốt nghiệp đề tài kết hợp mạng PON công nghệ ATM để triển khai hiệu dịch vụ băng rộng B-ISDN Phần I: Chơng 1: Giới thiệu chung 1.1 Các đặc điểm mạng viễn thông ngày nay: Hiện nay, mạng viễn thông có đặc điểm chung tồn cách riêng rẽ, ứng với loại dịch vụ thông tin lại có loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ Thí dụ: Mạng Telex: dùng để gửi điện dới dạng ký tự đà đợc mà hóa mà bit (m· Baudot) Tèc ®é trun rÊt thÊp (tõ 75 tíi 300 bit/s) Mạng điện thoại công cộng, gọi mạng POST (Plain Old Telephone Service): thông tin tiếng nói đợc số hóa chuyển mạch hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Swiched Telephone Network)  M¹ng trun sè liƯu: bao gåm mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu máy tính dựa giao thức X.25 hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa giao thức X.21 Các tín hiệu truyền hình đợc truyền theo ba cách: truyền sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV (Community Antenna TV) cáp đồng trục truyền qua hệ thống vệ tinh, gọi hệ thống truyền qua vệ tinh, gọi hệ thống trun h×nh trùc tiÕp DBS (Direct Broadcast System)  Trong phạm vi quan, số liệu máy tính đợc trao đổi thông qua mạng cục LAN (Local Area Network) mà tiếng mạng Ethernet, Token Bus Token Ring Mỗi mạng đợc thiết kế cho dịch vụ riêng biệt sử dụng cho mục đích khác Thí dụ, ta không thĨ trun tiÕng nãi qua m¹ng chun m¹ch gãi X.25 trễ qua mạng lớn Hậu có nhiều loại mạng khác song song tồn Mỗi mạng lại yêu cầu phơng pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dỡng khác Nh hệ thống mạng viễn thông có nhiều nhợc điểm mà quan trọng là: Chỉ truyền đợc dịch vụ độc lập tơng ứng với mạng Thiếu tính mềm dẻo: Sự đời thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh tiến công nghệ VLSI ảnh hởng mạnh mẽ đến tốc độ truyền tín hiệu Ngoài có nhiều dịch vụ truyền thông tơng lai mà cha có dự đoán trớc đợc, loại dịch vụ có tốc độ truyền khác Ta dễ dàng nhận thấy hệ thống mạng viễn thông khó thích nghi với yêu cầu dịch vụ khác tơng lai Kém hiệu việc bảo dỡng, vận hành nh việc sử dụng tài nguyên Tài nguyên sẳn có mạng chia sẻ cho mạng sử dụng 1.2 Sự đời công nghệ truyền dẫn công nghệ sợi quang: Trong thông tin sợi quang, u điểm sau sợi quang đợc sử dụng cách hiệu quả: độ suy hao truyền dẫn thấp băng thông lớn Thêm vào ®ã, chóng cã thĨ sư dơng ®Ĩ thiÕt lËp c¸c đờng truyền dẫn nhẹ mỏng (nhỏ), xuyên âm với đờng sợi quang bên cạnh không chịu ảnh hởng nhiễm cảm ứng sóng điện từ Trong thực tế sợi quang phơng tiện truyền dẫn thông tin hiệu qủa kinh tế có Trớc hết, có băng thông lớn nên truyền khối lợng thông tin lớn nh tín hiệu âm thanh, liệu, tín hiệu hỗn hợp thông qua hệ thống có cự ly đến 100 GHz-km Tơng ứng, cách sử dụng sợi quang, khối lợng lớn tín hiệu âm hình ảnh đợc truyền đến địa điểm cách xa hàng 100 km mà không cần đến tái tạo Thứ hai, sợi quang nhỏ nhẹ xuyên âm Do vậy, chúng đợc lắp đặt dễ dàng thành phố, tàu thuỷ, máy bay tòa nhà cao tầng không cần phải lắp đặt thêm đờng ống ống cáp Thứ ba, sợi quang đợc chế tạo từ chất điện môi phi dẫn nên chúng không chịu ảnh hởng can nhiễu sóng điện từ xung điện từ Vì vậy, chúng sử dụng để truyền dẫn mà tiếng ồn Điều có nghĩa lắp đặt với cáp điện lực sử dụng môi trờng phản ứng hạt nhân Thứ t, nguyên liệu chủ yếu để sản xuất sợi quang cát chất dẻo-là thứ rẻ đồng nhiều-nên kinh tế cáp đồng trục nhiều Giá thành sợi quang giảm nhanh công nghệ đợc đa Ngoài ra, đặc trng có độ tổn thất thấp giá thành lắp đặt ban đầu nh giá thành bảo dỡng sửa chữa thấp chúng cần tái tạo Ngoài u điểm đà nêu trên, sợi quang có độ an toàn, bảo mật cao, tuổi thọ dài có khả đề kháng môi trờng lớn Nó dễ bảo dỡng, sữa chữa có độ tin cậy cao Hơn nữa, không bị rò rỉ tín hiệu dễ kéo dài cần chế tạo với giá thành thấp Trong bảng dới trình bày tổng hợp u điểm Nhờ u điểm này, sợi quang đà đợc sử dụng cho mạng lới điện thoại, số liệu/máy tính, phát truyền hình (dịch vụ băng rộng) ISDN, B-ISDN, điện lực, ứng dụng y tế quân sự, nh thiết bị đo Cỏc ưu nhược điểm sợi quang Đặc tính Độ tổn thất thấp Dải thơng lớn Giảm kích thước đường truyền dẫn Phi dẫn Nguồn – cát Đánh giá Ưu điểm Cự ly tái tạo xa chi phí thiết bị đường dây dẫn Truyền dẫn dung lượng lớn Dễ lắp đặt bảo dưỡng Giảm chi phí lắp đặt cống Ngăn ngừa xun âm Thơng tin an tồn Ngun liệu phong phú Chi phí sản xuất rẻ Đường truyền dẫn tuyệt vời Nhược điểm Khó đấu nối Cần có đường dây Cấp nguồn cho tiếp phát Cần có phương thức chỉnh lõi (cáp) Có thể giải tiến cơng nghệ Nh vËy sỵi quang ®ỵc xem nh mét ®êng trun dÉn tut vêi ®ỵc sử dụng mạng truy cập để truyền tải dịch vụ khác nhau, dịch vụ băng hẹp nh băng rộng Vấn đề cần có công nghệ chuyển mạch mềo dẻo, linh động thích hợp tơng ứng với đờng truyền dẫn để chuyển mạch cách nhanh chóng, mềm dẻo, xác dịch vụ đợc truyền Và công nghệ chuyển mạch ATM đợc xem nh giải pháp thích hợp đÃ, đợc sử dụng nhiều mạng truy cập dịch vụ ATM PON mạng truy cập hiệu để cung cấp dịch vụ đặc biệt dịch vụ băng rộng B-ISDN 1.3 Sự đời hệ thống viễn thông B-ISDN: Do đặc điểm mạng viễn thông đà nói trên, yêu cầu có mạng viễn thông ngày trở nên thiết, chủ yếu nguyên nhân sau: Các yêu cầu dịch vụ băng rộng tăng lên Các kỹ tht xư lý tÝn hiƯu, chun m¹ch, trun dÉn ë tốc độ cao (cỡ khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) đà trở thành thực Tiến khả xử lý ảnh số liệu Sự phát triển ứng dụng phần mềm lĩnh vực tin học viễn thông Sự cần thiết phải tổ hợp dịch vụ phụ thuộc lẫn chuyển mạch kênh chuyển mạch gói vào mạng băng rộng So với mạng khác, dịch vụ tổ hợp mạng tổ hợp có nhiều u điểm mặt kinh tế, phát triển, thực hiện, vận hành bảo dỡng Sự cần thiết phải thỏa mÃn tính mềm dẻo cho yêu cầu phía ngời sử dụng nh ngời quản trị mạng (về mặt tốc độ truyền, chất lợng dịch vụ).) Khuyến nghị ITU-TI.121 đa tổng quan khả B-ISDN nh sau: Mạng tổ hợp dịch vụ số băng réng (Broadband Integrated Services Digital Network-B-ISDN) cung cÊp c¸c cuéc nối thông qua chuyển mạch, nối cố định (Permanent) bán cố định (Semi-Permanent), nối từ điểm tới điểm từ điểm tới nhiều điểm cung cấp dịch vụ yêu cầu, dịch vụ dành trớc dịch vụ yêu cầu cố định Cuộc nối B-ISDN phục vụ cho dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phơng tiện (Multimedia), đơn phơng tiện (Monomedia), theo kiểu hớng liên kết (Connection-Oriented) không liên kết (Connectionless) theo cấu hình đơn hớng đa hớng B-ISDN mạng thông minh có khả cung cấp dịch vụ cải tiến, cung cấp công cụ bảo dỡng vận hành (OAM), điều khiển quản lý hiệu Chơng 2: dịch vụ băng rộng B-ISDN 2.1 Nhu cầu khả phát triển mạng B-ISDN, loại hình dịch vụ B-ISDN: 2.1.1 Nhu cầu khả phát triển mạng B-ISDN: Từ năm 1985 đà có đề án để phát triển mạng số đa dịch vụ thành mạng số đa dịch vụ băng rộng (sự chuyển từ ISDN sang B-ISDN) Các nhà nghiên cứu đÃ, cố gắng tạo công nghệ nhanh hơn, linh hoạt tốn Điều tạo điều kiện cho công ty khai thác viễn thông vận chuyển thông tin nhanh hơn, tạo nhiều lợi nhuận đặc biệt khách hàng, có nhiều dịch vụ Với phát triển công nghệ chuyển mạch truyền dẫn đà làm cho B-ISDN có tính khả thi có ý nghĩa kinh tế cao Với mạng B-ISDN, khách hàng đợc phục vụ với nhiều loại hình dịch vụ mới: Ngời ta dùng VideoPhone hội nghị, thâm nhập ngân hàng liệu, xem truyền hình qua mạng B-ISDN Đồ thị, hình ảnh văn đợc trao đổi, dễ dàng hiển thị hình nh cã thĨ in m¸y in 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Dịch vụ Tơng tác thông tin liệu: Truyền số liệu (Nối định hớng) Truyền số liệu (Không định hớng) 10 Truyền phục hồi tài liệu Tơng tác thông tin video: Truyền hình Video phone Video tex băng rộng, phục hồi hình ảnh Phân bổ TV Phân bổ thông tin Phân bổ TV Phân bổ HDTV 130 10 45 10 130 10 130 10 130 33 130 130 33 130 130 H×nh 2.1: Khả giới thiệu dịch vụ băng rộng (Các số liƯu: tèc ®é trun dÉn Mb/s) Tuy vËy viƯc ấn định yêu cầu chuyển mạch phức tạp Các mạng riêng rẽ trớc thờng tập trung vào dịch vụ riêng biệt nên yêu cầu mạng riêng cho loại Ví dụ: Mạng truyền tín hiệu thoại cần yêu cầu dải thông, tỉ số tín hiệu tạp nhiễu, thời gian thiết lập gọi số yêu cầu khác Nhng với B-ISDN cần phải hỗ trợ nhiều loại dịch vụ khác nhau, có dải biến động lớn nên tạo yêu cầu mạng khác Chính cần phải xem xét dịch vụ B-ISDN, sở xây dựng cấu trúc mạng giao diện, giao thức cần thiết cho mạng 2.1.2 Các yếu tố thúc đẩy trình phát triển B-ISDN: Có bốn yếu tố thúc đẩy trình phát triển B-ISDN là: - Công nghệ (Technology) - ứng dụng (Application) - Thơng mại/Công nghiệp (Business/Industries) - Tiêu chuẩn (Standards) a Công nghệ: Công nghệ bán dẫn: Giá thành sản phẩm bán dẫn hàng năm giảm so với năm trớc nhng độ phức tạp chúng lại ngày tăng lên, (xem hình 2.2) Ví dụ máy tính PC IBM míi ®êi chØ cã 64 Kbyte bé nhí, hai ổ mềm chạy sở CPU 8088/8086 với hình đơn sắc Tuy nhiên ngày khó tìm thấy máy tính chí đến máy với 80286 Trong máy tính thời kỳ đầu có giá từ 2000 đến 3000 USD, mà ngày máy tính tơng thích với IBM phức tạp có giá dới 2500 USD 10 Bộ nhớ bán dẫn giảm 30% năm $/Kbyte Bộ nhớ từ giảm 30% năm 1980 2005 Công nghệ cáp quang: Hình 2.2: Giá sản phẩm bán dẫn giảm theo thời gian Hình 2.3 cho thấy cách mạng công nghệ cáp quang Dung lợng số liệu truyền sợi quang đơn đà tăng lên nhanh chóng giá thành tính cho bit sợi quang lại giảm nhanh Trên thị trờng năm 1995 đà có sợi quang đơn truyền với tốc độ 2,4 Gbit/s thiết bị ®Çu ci quang cã thĨ sư dơng víi tèc ®é 9,6 Gbit/s Những cáp quang tốc độ cao chủ yếu đợc dùng mạng đờng trục Hiện ngời ta đà sử dụng cáp quang mạng LANs với công nghệ FDDI (giao diện quang phân bổ số liệu-Fiber Distributed Data Interface) Trớc dùng cáp quang mạng LANs giá đắt nhiều so với cáp đồng trục, nhng ngày giá thành hạ, cáp quang đà xuất mạng LANs 10 G 1000 100 2,4G 565M 133M 9,6G G FDDI b 10 6M Token Ring LAN 1975 1980 Ethernet 1985 1990 1975 2000 2005 Hình 2.3: Công nghệ cáp sợi quang Công nghệ máy tính: Một công nghệ khác thúc đẩy trình phát triển công nghệ băng rộng công nghệ máy tính Giá máy tính cá nhân dùng gia đình đà giảm tới mức thấp so với vài năm lại đây, ngày có 53% gia đình Mỹ đà có máy tính cá nhân b ứng dụng: Các ứng dụng B-ISDN đợc đề cập là: - Kết nối mạng LAN - CAD, CAE, CAM - Thị tần - Hình ảnh - Siêu máy tính kênh mở rộng - Đa phơng tiện Kết nối mạng LAN: Mạng LAN đợc sử dụng từ cuối thập kỷ 80 để kết nối máy tính phạm vi khu nhà khu làm việc Khởi đầu dung lợng mạng đờng trục LAN Mb/s sau nâng lên 10 Mb/s, 16 Mb/s đến 100 Mb/s Các mạng LAN dựa thủ tục 802.x (x từ ®Õn 6) cđa IEEE VỊ sè lỵng cđa LAN cịng tăng lên nhanh chóng Hình 2.4 cho thấy việc kết nối mạng LAN qua mạng công cộng LAN dạng BUS Định tuyến Mạng công cộng Định tuyến LAN dạng vòng Hình 2.4: Kết nối mạng LAN điển hình Bảng 2.1 mô tả số ứng dụng mạng LAN đặc điểm mặt tốc độ chúng Chú ý ứng dụng tất ứng dụng cho mạng LAN, chúng ứng dụng chiếm phần lớn lu lợng mạng đợc sử dụng thờng xuyên ứng dụng Th điện tử Truyền file Hệ thống Windows Thâm nhập sở liệu từ xa Hình ảnh Đa phơng tiện Tốc độ số liệu điển hình (bit/s) 9,6k tới 56k 56k tíi 1,5M 56k tíi 1,5M 1,5M tíi 10M 1,5M tới 45M 3M tới 45M Bảng 2.1: Các ứng dụng LAN tốc độ chúng CAD/CAE/CAM: Hình 2.5 cho thấy môi trờng điển hình CAD Lu lợng chủ yếu mạng thiết kế, sản xuất, tính toán Ngày lu lợng CAD chủ yếu nội hạt truyền file trạm làm việc với máy tính chủ Tốc độ truyền mạng từ 56 kbit/s cho tíi dung lỵng lín nhÊt hiƯn 1,5 Mbps Kỹ thuật Tính toán Sản xuất Phuơng thức Cơ sở liệu Hình 2.5: Môi trờng điển hình CAD Thị tần: Thị tần ứng dụng trạm làm việc đồ họa xử lý vector đợc sử dụng để xử lý số lợng lớn số liệu hiển thị chúng dới dạng đồ họa mà ngời dễ dàng hình dung đợc Ngời ta phân biệt thị tần CAD hai yếu tố: - Không biết xác mẫu vật lý - Hình ảnh hiển thị phần đối tợng Hình ảnh: Hình ảnh đợc định nghĩa t liệu, hình vẽ, hình ảnh thông tin khác đợc xử lý, lu trữ phục hồi theo khuôn dạng Bitmapped (bản đồ bit) Các hệ thống số hóa, nén lu trữ thông tin đợc gọi hệ thống ảnh Siêu máy tính kênh mở rộng: Siêu máy tính thiết bị đặt nơi xa đợc kết nối vào mạng thông qua kênh mở rộng Kênh mở rộng cần thiết cho việc truy cập vào/ra máy tính Cấu hình cần thiết để phục vụ cho nơi mà khả tính toán giới hạn máy tÝnh chđ Kªnh më réng cã thĨ phơc vơ viƯc kết nối máy tính chủ máy tính chủ thiết bị ngoại vi Thiết bị ngoại vi truy nhập vào máy tính chủ thông qua phơng thức: - Nối trực tiếp vào cổng vào/ra - Thông qua xử lý đầu cuối FEP (Front End Processor) - Truyền thông tin nối tiếp đờng nối Đa phơng tiện: Đa phơng tiện tổ hợp nhiều dạng môi trờng thông tin ngời sử dụng máy Thiết bị cuối đa phơng tiện cho phép hiển thị đồng thời văn bản, đồ họa âm đồng thời Trong phần ứng dụng thực đơn dùng chung hệ thống Để phục vụ truyền hình ảnh động âm trạm làm việc phải có lực xử lý đợc khèi lỵng sè liƯu cùc lín Trong trêng hỵp trun hình ảnh động, để có hình ảnh chuyển động toàn phần vòng 10 phút, với tín hiệu không nén, nhớ cần thiết vào khoảng 22 Gbyte Tuy nhiên công nghệ nén tín hiệu ngày đà đạt đợc tỷ lệ 10:1 cố gắng tiến tới 50:1 c Thơng mại công nghiệp: Ngày kinh tế phát triển theo hớng toàn cầu, công ty cố gắng tìm kiếm thị trờng mới, thúc đẩy trình tìm kiếm dịch vụ Công nghiệp viễn thông đòi hỏi có bớc tiến xa nữa, dịch vụ hơn, nhanh hơn, xác d Tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn yêu cầu quan trọng để đảm bảo cho thành công công nghệ Hiện trªn thÕ giíi cã rÊt nhiỊu tỉ chøc tiªu chuẩn cố gắng đa tiêu chuẩn thống cho mạng viễn thông giao thức mạng để nhà sản xuất thiết bị đa sản phẩm đợc dùng phạm vi toàn giới Phần phụ lục cho thấy tổ chức tiêu chuẩn giới 2.2 Các loại dịch vụ B-ISDN: Các loại dịch vụ B-ISDN đợc ITU T định nghĩa khuyến nghị I.211 Trong khuyến nghị ITU T đà xác định lớp dịch vụ khác sở đặc điểm nh: - Dịch vụ có khả tăng cờng đờng dẫn mềm dẻo - Dịch vụ có khả định độ rộng băng tần mềm dẻo Thêm vào khả mà hóa hình ảnh đợc cân nhắc dịch vụ hình ảnh đợc ứng dụng Trong môi trờng băng rộng, dung lợng cho phép sử dụng khách hàng thay đổi phụ thuộc vào dải dịch vụ cung cấp ITU-T phân loại dịch vụ đợc cung cấp mạng băng rộng thành: Dịch vụ tơng tác dịch vụ phân phối nh trình bày hình 2.6: Dịch vụ băng rộng Dịch vụ tơng tác Dịch vụ trao đổi Dịch vụ truyềnthông báo Dịch vụ lu trữ/phục hồi Dịch vụ phân phối Dịch vụ quảng bá Dịch vụ phân phối tới 2.2.1 Dịch vụ tơng tác: khách hàng riêng Dịch vụ tơng tác đợc coi dịch vụ lẻ mà có trao đổi thông tin hai chiều thực (các thông tin khác với thông tin báo hiệu Hình 2.6: Phân cácthuê dịchbao vụ B-ISDN điều khiển) hai thuê bao hoặcloại bên cung cấp dịch vụ Các dịch vụ bao gồm dịch vụ thoại, dịch vụ văn dịch vụ lu trữ, phục hồi 2.2.1.1 Dịch vụ trao đổi: Dịch vụ thoại cung cÊp th«ng hai híng theo thêi gian thùc víi th«ng tin truyền xuyên suốt hai khách hàng khách hàng với nhà cung cấp dịch vụ Những dịch vụ hỗ trợ để chuyển tải thông tin cần thiết cho ứng dụng khách hàng Nh thông tin đợc tạo trao đổi khách hàng, thông tin công cộng Vì dịch vụ bao gồm nhiều kiểu ứng dụng Bảng 2.2 chia dịch vụ thoại thành đề mục: Hình ảnh động (video), âm thanh, số liệu văn Trong đề mục dịch vụ băng rộng quan trọng trao đổi hình ảnh, ví dụ nh VideoPhone (điện thoại thấy hình) Dịch vụ video hiểu đơn giản dịch vụ bao gồm tiếng nói hình ảnh Hiện có số nhà sản xuất chào hàng sản phẩm VideoPhone hoạt động đờng thoại thông thờng (64 kb/s) Trong tơng lai, với thuật toán nén tốt cho phép có chất lợng hình ảnh tốt hơn, với độ rộng băng tần rộng nh chất lợng hình ảnh đà đợc nâng lên nhiều Hình ảnh động (Video) âm Âm Số liệu VideoPhone băng rộng Hội nghị truyền hình băng rộng Video giám sát Dịch vụ truyền thông tin hình/tiếng Các tín hiệu chơng trình đa âm Dịch vụ truyền thông tin số tốc độ cao, không giới hạn Dịch vụ truyền File dung lợng lớn Dịch vụ từ xa tốc độ cao Telefax tốc độ cao Dịch vụ truyền ảnh phân giải Một dạng dịch vụ thông tin cao đề mục hội nghị truyền hình vụ thông t liệuhình điểm-điểm có Dạng đơn giản dịch vụ nàyDịch hội nghị tin truyền nghĩa kết nối hai phòng họp vị trí lại với Hội nghị truyền hình điểm-điểm Bảng có các2.2: đặcDịch tính vụ nữatrao nh đổi FAX, truyền hình ảnh, t liệu có thiết bị đặc biệt nh bảng điện tử Hiện hội nghị truyền hình có tốc độ dải từ 128 kbit/s (T1) tới 1,544 Mbps (E1) Một dạng khác hội nghị truyền hình dịch vụ đa điểm-đa điểm, dịch vụ cho phép thành viên nhiều địa điểm khác tham dự hội nghị mà không cần rời khỏi nơi làm việc Dịch vụ video video giám sát Video giám sát dịch vụ phân phối thông tin phát có giới hạn tới thuê bao xác định, đợc lựa chọn Kiểu dịch vụ đợc ứng dụng điển hình việc giám sát an ninh cho khu nhà ở, quản lý giao thông Trong hai trờng hợp khách hàng điều khiển camera (Ví dụ nh thay đổi hớng camera) Đặc điểm dịch vụ theo yêu cầu, điểm-điểm điểm-đa điểm Đề mục dịch vụ âm thanh, dịch vụ truyền tín hiệu chơng trình đa âm Dịch vụ có tất đặc tính dịch vụ video Đề mục dịch vụ sè liƯu VÝ dơ vỊ øng dơng cđa dÞch vơ sè liƯu cã thĨ phơc vơ lµ: - Trun file môi trờng phân phối, file máy chủ đợc phân phối thông qua mạng với tốc độ cao dung lợng lớn - Computer Aided Design/Manufacturing (CAD/CAM) Văn