Nghiên cứu công nghệ điều khiển trong mạng truyền tải quang và ứng dụng trên mạng đường trục của VNPT

MO DAU

Trong những năm gần đây, nhu cầu trao đôi thông tin của xã hội tăng mạnh mẽ cùng

với sự phát trién không ngừng các loại hình dịch vụ băng rộng mới Dé đáp ứng nhu cau đó, các mạng truyền thông nói chung và các mạng truy nhập nói riêng cần phải có băng thông

rộng/tốc độ cao và dung lượng lớn.

Theo xu hướng phát triển hiện nay, mạng truyền tải quang với những ưu điểm vượt

trội về dung lượng lớn, chất lượng truyền dẫn cao, được xem như giải pháp công nghệ chủ

đạo đề xây dựng các hệ thống truyền tải quang của mạng NGN.

Một thành phần không thẻ thiếu trong mạng truyền tải quang của mạng NGN đó là thành phần quản lý và điều khiển quang Hiện nay, có nhiều công nghệ quản lý và điều

khiển được sử dụng trong mạng truyền tải quang Trong đó, công nghệ ASON và GMPLS dang là hai công nghệ quản lý, điều khiển được sử dụng phô biến ở trong mạng truyền tải quang Chính vì vậy, các nhà mạng trên khắp thế giới đã và đang nghiên cứu triển khai sử dụng các công nghệ này dé quản lý và điều khiển cho mạng thông tin quang hiện tại Tuy nhiên, việc triển khai hiệu quả các công nghệ (ASON, GMPLS) để quản lý và điều khiển mạng thông tin quang của Việt Nam còn là một vấn đề cần phải được nghiên cứu, để có giải pháp áp dụng một cách hợp lý, phù hợp với điều kiện mạng thông tin quang của các nhà khai thác.

Dé nắm bắt được những công nghệ điều khiển nay và ứng dụng cho mạng đường trục của Việt Nam, học viên đã chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu công nghệ điều khiển trong mạng truyền tải quang va ứng dụng trên mạng đường trục của VNPT”.

Để thực hiện mục tiêu trên, đề tài luận văn gồm các nội dung sau: Chương 1 - Tổng quan về mạng truyền tải quang

Trình bày mô hình kiến trúc mạng truyền tải quang, các công nghệ trong mạng truyền

tải quang và xu hướng phát triển.

Chương 2 - Các công nghệ điều khiến trong mạng truyền tải quang

Nghiên cứu về công nghệ điều khiển ASON và GMPLS trong mạng truyền tải quang.

Chương 3 - Ứng dụng công nghệ điều khiển ASON và GMPLS trong mạng truyền tải

quang trên mạng đường trục của VNPT.

Tìm hiểu định hướng phát triển mạng đường trục của VNPT, từ đó ứng dụng công

nghệ điều khién ASON và GMPLS cho mạng đường trục của VNPT.

Kết luận và kiến nghị.

Chương 1 - TONG QUAN VE MẠNG TRUYEN TAI QUANG 1.1 Vai trò của mạng truyền tải quang

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, truyền thông băng

rộng đang trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng Đề đáp ứng các yêu cầu đó, người ta đã truyền đữ liệu trên sợi quang, đem lại băng thông cao, độ suy giảm thấp qua khoảng cách rộng.

Tuy nhiên, khi yêu cầu băng thông và đường truyền càng lớn, thì việc tiến hành truyền dữ liệu trên sợi quang cần phải xây dựng một hệ thống mạng quang hoàn chỉnh hơn Vì vậy, mạng truyền tải quang ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu đó, đồng thời tích hợp nhiều

loại dữ liệu hoặc các dạng khung đữ liệu của các công nghệ trước đây và hiện tại trên cùng

một khối truyền tải quang [2], [5].

Mạng truyền tải quang là tập hợp các phần tử mạng quang kết nối với nhau qua các tuyến sợi quang, cho phép thực hiện chức năng truyền tải, ghép kênh, quản lý, giám sát, và bảo vệ của các kênh quang mang tín hiệu khách hàng [2] Mạng truyền tải quang có nhiều ưu điểm như băng thông cao, dung lượng lớn, chất lượng truyền dẫn cao, hiệu quả chỉ phí,

sự thông suốt mang, Chinh vì thé, mạng truyền tải quang được ứng dụng trên hầu hết các

ứng dụng yêu cầu đường truyền cực lớn như mạng đồng trục Backbone, các mạng quang vượt đại dương và trên đất liền [6].

1.2 Mô hình kiến trúc mạng truyền tải quang và xu hướng phát triển

1.2.1 Mô hình kién trúc mạng truyền tải quang 1.2.1.1 Cau trúc lớp mạng truyền tải quang

Trong mô hình OSI, mạng truyền tải quang là lớp đầu tiên [1], [4] Trong mạng này,

có chia ra làm 3 lớp mạng, mỗi lớp trong mạng hoạt động theo phương thức Server/client từ

lớp trên xuống lớp dưới [7].

+ Lớp mạng kênh quang: Cung cấp kết cuối mang end - to - end của các kênh quang cho sự truyền

đạt minh bạch thông tin client của những định dạng khác nhau [1], [8] Mô hình lớp mạng kênh quang được chỉ ra ở hình 1.1 Lớp kênh quang chứa chức năng truyền tải và các phan tử truyền tai

đó là: Đường kết nối kênh quang, node nguồn kênh quang, node kế tiếp kênh quang, kết nối mạng kênh quang, kết nối liên kết kênh quang, mạng con kênh quang, kết nối mạng con kênh quang [S].

Hinh 1.1: Lop mang kénh quang

4 Lop mang đoạn ghép kênh quang: Cung cap chức nang cho mạng của một dữ liệu

quang đa bước sóng [1] Mô hình lớp mạng đoạn ghép kênh quang được chỉ ra ở hình 1.2. Lớp này cung cấp truyền tải các kênh quang qua một liên kết kênh quang giữa các điểm truy

Hình 1.2: Vi du lớp mang đoạn ghép kênh quang OMS

& Lớp mạng đoạn truyền dẫn quang: Cung cấp chức năng cho truyền dẫn của các tin hiệu quang trên môi trường quang của các kiểu khác nhau [4] Lớp mạng này chứa các chức

năng truyền tải và phần tử truyền tải sau: Đường liên kết đoạn truyền dẫn quang, node

nguồn đường liên kết đoạn truyền dẫn quang, node kế tiếp đường liên kết đoạn truyền dẫn

quang, kết nối mạng đoạn truyền dẫn quang, mạng con đoạn truyền dẫn quang, kết nối

mạng con đoạn truyền dẫn quang [8].

Hình 1.3: Vi dụ lớp mang đoạn truyền dẫn quang OTS

1.2.1.2 Liên kêt client/server

#_ Đáp ứng OCh/client

Đáp ứng OCh/client được xét chứa hai kiểu xử lý: xử lý client riêng và xử lý server riêng Chức năng đáp ứng OCh/client song hướng thực hiện bởi một kết hợp cặp nguồn và chức năng đáp ứng OCh/client node kế tiếp [6].

+ Đáp ing OMS/OCh

Chức năng đáp ứng OMS/OCh song hướng thực hiện bởi một kết hợp cặp nguồn và chức năng đáp ứng OMS/OCh node kế tiếp [6].

* Đáp ứng OTS/OMS

Chức năng đáp ứng OTS/OMS song hướng thực hiện bởi một kết hợp cặp nguồn và chức năng đáp ứng OMS/OCh node kế tiếp [6].

1.2.1.3 Cau trúc liên kết mạng quang

& Liên kết các kết nối đơn hướng và song hướng

Một kết nối lớp mạng đoạn truyền dẫn quang song hướng có thê hỗ trợ bởi sợi quang

cho cả hai hướng hoặc mỗi hướng của kết nối có thé hỗ trợ bởi các sợi quang khác nhau [4].

4 Liên kết và các kết nối diém-da điểm

Một kết nối điểm-đa điểm đơn hướng phát quảng bá lưu lượng từ nguồn đến một số node kế tiếp.

1.2.2 Xu hướng phát triển của mạng truyền tải quang

Theo quan niệm phát triển gần đây, người ta mong muốn tích hợp mạng truy nhập

với mang lõi và mang Metro, cụ thé là hỗ trợ điều khiến kết nói từ đầu đến cuối, và chính nó

là một đặc tính cua “văn hoá Internet” [1] Nhu vậy cũng có thay đổi trong việc phân bố các

chức năng g1ữa các mạng truy nhập, mang lõi và mạng metro.

Về mặt công nghệ, tính đa dạng sẽ là đối tượng được quan tâm Các công nghệ phát triển mạng lõi dần được chuyên đến phần truy nhập của mạng và ngược lại [2], [4] Điều này rất được mong đợi và được xem như sự tăng tốc khi mà công nghệ và quá trình phát triển tạo thành một công nghiệp hoá và một lượng sản phẩm lớn nhất.

Bồn xu hướng chính được quan tâm liên quan tới sự phát triển mạng lõi, mạng truy nhập và

- Mang truyền tải quang (trên cơ sở WDM) trong mạng lõi cố định và dần mở rộng ra

phía mạng truy nhập.

- _ Công nghệ trong mạng truy nhập sẽ phát triển dựa trên mạng truy nhập có định hiện tại (sử dụng cáp đồng, cáp đồng trục và cáp quang) để cung cấp băng tần truy nhập Internet cao

hơn [3].

- Các công nghệ trong mạng truy nhập sẽ hỗ trợ khả năng di động: GPRS, UMTS, WLAN, Bluetooth, vệ tinh [2].

- - Hỗ tre QoS

a) Sự phát triển của mang lỗi

b) Sự phát triển của mạng truy nhập quang

1.3 Tổng quan về các công nghệ trong mạng truyền tải quang và xu hướng phát triển

1.3.1 Các công nghệ truyền dẫn quang và xu hướng phát triển 1.3.1.1 Các công nghệ truyền dẫn quang

Thế hệ 1: Phân cấp số cận đồng bộ (PDH)

PDH là công nghệ truyền dẫn tín hiệu số [1], [8] Tín hiệu truyền dẫn được ghép từ

các luồng số có tốc độ thấp thành các luồng số có tốc độ cao hon [1] So với hệ thống truyền dẫn tín hiệu tương tự, hệ thống truyền dẫn sử dụng công nghệ PDH đã có những thay đổi vượt bậc về tốc độ truyền dẫn cũng như chất lượng [4] Tuy nhiên, công nghệ này đã bộc lộ

những mặt hạn chế trong môi trường viễn thông dang phát triển mạnh.

Thế hệ 2: Công nghệ SONET/SDH

Sự ra đời của kỹ thuật số đã hiện thực hoá ý tưởng về những dịch vụ viễn thông mới mà đòi hỏi băng tan cũng như chất lượng rất cao [1] Hon nữa, người sử dụng cũng đặt ra những yêu cầu khắt khe hơn đối với chúng như: độ khả dụng, giá cả Do đó, cần phải có một

công nghệ truyền dẫn linh hoạt và mềm dẻo hơn dé có thé đáp ứng tốt những yêu cầu cao của người sử dụng Chính vì thế, công nghệ SONET/SDH đã ra đời, sử dụng kỹ thuật ghép kênh đồng bộ linh hoạt và kinh tế hơn các hệ thống công nghệ ghép kênh cận đồng bộ PDH

Thé hé 3: Cong nghé SONET/SDH-NG

SONET/SDH-NG là công nghệ phát triển trên nền SONET/SDH truyền thống [4] SONET/SDH-NG giữ lại một số đặc tính của SONET/SDH truyền thống và loại bỏ những

đặc tính không cần thiết [1] SONET/SDH-NG sử dụng các cơ chế ghép kênh mới để kết hợp các dịch vụ khách hàng đa giao thức thành các container SONET/SDH ghép ảo hoặc

chuẩn [7].

1.3.1.2 Xu hướng phát triển công nghệ truyền tải quang

Xu hướng các công nghệ được lựa chọn áp dụng dé xây dựng mạng truyền tải quang thế hệ mới chủ yếu tập trung vào các loại công nghệ chính, đó là: DPT (Dynamic Packet Transport), Ethernet/Gigabit Ethernet (GE), WDM/DWDM (Wavelength Division

Multiplexing/Dense Wavelength Division Multiplexing), IP (Internet Protocol), IP/WDM,

chuyén mach quang kết nối và điều khiển ASON (Automatically switched optical network),

GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching), [3].

a) Công nghệ truyén tdi gói động (DPT)

Truyền tải gói động là một kỹ thuật độc quyền của CISCO được phát triển cho mục đích truyền tải tối ưu lưu lượng gói IP [3] Công nghệ này sử dụng các bộ định tuyến IP trong cấu hình ring kép.

b) Ethernet/Gigabit Ethernet

Ethernet là một công nghệ đã được áp dụng phô biến cho mạng cục bộ LAN (Local Area Network) hơn hai thập kỷ qua [1] Trong tat cả các công nghệ được sử dụng trong các mạng MAN hiện nay thì Ethernet là một chủ đề được chú ý nhiều nhất, do có những lợi thế

như đơn giản về chức năng thực hiện và chi phí xây dựng thấp Gigabit Ethernet phát triển

và bổ sung nhiều chức năng và các tiện ích mới nhằm đáp ứng yêu cầu da dang về loại hình dịch vụ, tốc độ truyền tải, phương tiện truyền dẫn [4].

c) Công nghệ IP

Su phát triển của công nghệ IP gắn liền với sự phát triển của mạng Internet [1] Sức

mạnh của Internet có thể thuyết phục được chính phủ hầu hết các nước, các công ty lớn, nên

những dự án liên quan đến Internet được đầu tư thoả đáng.

d) WDM

Công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước song WDM là một công nghệ

truyền tải quang cho phép truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang, thông qua các bước sóng khác nhau trên một sợi quang [7].

e) Công nghệ IP/WDM

Từ sự phát triển bùng nỗ của lưu lượng IP cũng như công nghệ truyền dẫn IP băng rộng/tốc độ cao có khả năng truyền tải được tất cả các dịch vụ truyền thông, hay dữ liệu, làm cho truyền tải IP đang trở thành phương thức truyền tải chính (all IP) trên cơ sở hạ tầng

truyền tải thông tin hiện nay cũng như trong tương lai [5] Đồng thời, WDM ra đời với

những ưu điểm vượt trội về chất lượng truyền dẫn cao, đặc biệt là băng thông rộng/tốc độ

lớn (tới hàng ngàn Terabit) đã là một cuộc cách mạng không chỉ trong công nghệ truyền dẫn mà còn cả giải pháp phát triển mạng viễn thông [5], [7].

1.3.2 Các công nghệ chuyển mạch quang và xu hướng phát triển 1.3.2.1 Công nghệ chuyên mạch quang

4 Sự phát triển của công nghệ chuyển mạch quang

Chuyển mạch quang ra đời như một giải pháp được lựa chon dé nâng cao hiệu qua truyền tải thông tin tốc độ cao mà không phải thay đổi hay bổ sung hệ thống truyền dẫn quang sẵn có của mang [1] Chuyén mạch quang ra đời đã khắc phục được các hạn chế của

việc xử lý và chuyên mạch tín hiệu trong miền điện như trước đây [1].

Sự phát triển của công nghệ chuyên mạch quang gắn liền với sự phát triển của mạng

truyền tải quang [4] Sự phát triển của mạng truyền tải quang đã trải qua nhiều thé hệ [3].

Mạng quang thế hệ thứ nhất cung cấp tốc độ cao và truyền tải đường dài dựa trên

SONET/SDH và công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ thấp WDM [2].

Mạng quang thế hệ thứ hai, dựa vào công nghệ DWDM tạo thành lớp quang cung cấp các dịch vụ luồng quang và kênh ảo quang Ngày nay, chuyên mạch toàn quang đã đem

đến cho mạng quang một thé hệ mạng kế tiếp được gọi là thé hệ mạng quang thứ ba của hệ

thống truyền tải quang [3].

s+ Các chức năng chuyển mạch quang

Chuyên mạch quang có thể sử dụng như là các khối mạng cơ sở cho các nút mạng, dé cung cấp chuyên mạch kênh quang , chùm quang và gói quang.

Chuyển mạch quang cung cấp tài nguyên mạng xảy ra khi các tuyến số liệu mới yêu cầu thiết lập hoặc các tuyến đang tồn tại muốn thay đổi.

1.3.2.2 Xu hướng phát triển của chuyền mạch quang

Hiện nay, trên quan điểm phát triển mạng truyền tải quang, có 3 công nghệ chuyền mạch quang là: chuyên mạch kênh quang, chuyên mach burst quang và chuyển mạch gói

quang Xu hướng phát triển của chuyển mạch quang là: từ chuyển mạch kênh quang đến chuyền mach burst quang và đến chuyên mạch gói quang [8].

1.3.3 Các công nghệ quản lý, điều khiển và xu hướng phát triển

Trong mạng truyền tải quang, công nghệ ASON và GMPLS đang được các nhà mạng trên thế giới cũng như Việt Nam đã và đang nghiên cứu phát triển [3] Đây là hai công nghệ sẽ mang đến nhiều ứng dụng cho việc điều khiến và quản lý mạng thông tin quang hiện tại G-MPLS được phát triển trong mối tương quan với mạng số liệu dựa trên nền IP, trong khi đó các đầu vào của ITU thường là những vấn đề chung về viễn thông Do đó, G-MPLS xuất phát từ khái niệm và giao thức IP, ASON lại được xuất phát từ các mạng truyền tải như

SONET/SDH, SS7 và ATM [1].

Về xu hướng phat triển: do xu thé phát triển của giao thức truyền tai của mạng là IP, nên xu hướng phát triển của công nghệ quản lý và điều khiến sẽ là từ ASON đến GMPLS.

GMPLS sẽ là công nghệ quản lý và điều khiển của tương lai.

1.4 Kết luận chương 1

Chương 1 đã trình bay một cách tổng quan về mạng truyền tải quang, ưu điểm của

mạng, mô hình kiến trúc mạng và các công nghệ trong mạng truyền tải quang Việc tìm hiểu

về mạng truyền tải quang là rat cần thiết, là cơ sở dé có thé nghiên cứu tiếp và sâu hơn về các công nghệ quản lý và điều khiển được sử dụng trong mạng ở những nội dung sau.

Chương 2 - CÁC CÔNG NGHỆ DIEU KHIỂN TRONG MẠNG

TRUYEN TAI QUANG

Ngày nay, đã có nhiéu công nghệ quan lý và điều khiển được sử dụng trong mang truyền tải quang Và nội dung của chương này sẽ di tìm hiểu về ASON, GMPLS — đây là hai công nghệ quản lý, điều khiển được sử dụng pho biến ở trong mạng truyền tải quang.

2.1 Công nghệ ASON

ASON - Là một mạng truyền tải quang có kha năng tự động [1] Khả năng này được

thực hiện bởi một mặt phang điều khiển, thực hiện các chức năng điều khiển kết nối cuộc

Công nghệ ASON ra đời dap ứng được các yêu cầu đó, cung cấp phương thức thiết lập và điều chỉnh cấu hình địch vụ nhanh và thuận tiện Khả năng sử dụng tài nguyên mạng

đạt trên 50% [4J ASON khắc phục được những nhược điểm của công nghệ truyền tải cũ,

mở rộng dung lượng, linh hoạt hơn trong điều khiển và quản lý [7] ASON không phải một

công nghệ truyền tải hoàn toàn mới mà nó được xây dựng trên nền tảng của công nghệ

truyền tải WDM, nhưng phan quan ly và điều khiển được tách biệt với phần truyền tai [3] Do đó, ASON ồn định và linh hoạt hơn rất nhiều.

2.1.1 Kiến trúc ASON

4 Kiến trúc phân lop

Phân lớp hệ thống của ASON gồm có 3 lớp mặt phang chính: mặt phang truyền tải,

mặt phẳng điều khiển và mặt phăng quản lý.

ee ` -truyện tải ASON_

Hình 2.2: Logic về kiến trúc ASON

“4 Kiến trúc chức năng

Một mạng ASON bao gồm các thành phần mạng ASON (ASON NE), các TE link,

các vùng va các ket nôi cô định mêm SPC (soft permanent connection).

Miện ASON

Thiét bị người

sứ dụng —>

Hình 2.3: Kiến trúc chức năng ASON

Báo hiệu Định tuyênRSVP-TE OSPE-IE

ASON NE

Giao thức quản lý liên két (LMB)

| Truyên thông và điều khiến

Giao diện Gom Giao diện NE truyện thông

WDM/Khách hàng ¡ bước sóng VVDM/Khách hang

Hình 2.4: Thành phần mạng ASON

Permanent Switched Permanent

connection connection connection

== ETT TET DT ZEEE EET EE DEDEDE TEEPE PEDDLE

Soft Permanent Connection (SPC)

C: Client network domain

TH: Transport network provider domain

Một mạng ASON phải có các cơ chế bảo vệ và khôi phục mềm dẻo và hiệu quả [1] Thông thường, bảo vệ liên quan đến dung lượng phân bé trước giữa các NE, nó chỉ liên

quan tới các NE mà không liên quan tới hệ thống quản lý Khôi phục liên quan tới việc sử

dụng bat kỳ dung lượng kha dụng nào giữa các NE.

2.1.2 Các giao thức của ASON

4# LMP

LMH LMH

— Ban tin yéu cau —

NODH†1 so, so, NODE2

Ban tin tra loi

Hinh 2.7: Tao cac kénh diéu khién

Sau khi các kênh điều khiển được cấu hình, thì sé kiểm tra tới các TE link.

LMH LMH

— Bản tin kiếm tra =

NODBt oe | Noe | NODE2

2.1.3 Các chức năng của ASON

4 Chức năng truyền tải:

Những chức năng chính bao gồm: - _ Kết nối chéo quang

- Xen/ré quang

- Nhóm lưu lương

- _ Biến đổi bước sóng

- Tach/Ghép kênh quang- — Bảo vệ

- Phát hiện sai hỏng - _ Giám sát phẩm chat

4 Chức năng quản lý và điều khiển:

Các chức năng chính của mảng điều khiển ASON bao gồm: - Kham phá topo mạng

- Dinh tuyến quang - Bao hiệu

- Bao vệ và khôi phục end-to-end

- Cung cấp OCh end-to-end tự động