Các phương thức truyền tải IP trên quang và ứng dụng cho mạng đường trục của Viettel

MỞ ĐẦUCùng với sự ra đời và phát triển của nền kinh tế tri thức, sự phát triển bùng nổ của lưu lượng IP cũng như công nghệ truyền dan IP băng rộng/tốc độ cao có khả năng truyền tải được

ĐÀO VIET CHAU

CAC PHUONG THUC TRUYEN TAI IP TREN QUANG VA UNG

DUNG CHO MẠNG DUONG TRUC CUA VIETTEL

Chuyén nganh: KY THUAT VIEN THONG

TOM TAT LUẬN VAN THAC SĨ

HA NOI-2015

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Văn Võ

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Quốc Binh

Phản biện 2: TS Lê Xuân Công

chính Viễn thông

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Cùng với sự ra đời và phát triển của nền kinh tế tri thức, sự phát triển bùng nổ của lưu

lượng IP cũng như công nghệ truyền dan 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 thànhphương thức truyền tải chính (all IP) trên cơ sở hạ tầng truyền tải thông tin hiện nay cũng

như trong tương lai.

Đồng thời, công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng -WDM

(Wavelength Division Multilexing), 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 các mạng không chỉ trong công nghệ truyền dẫn mà còn cả giải pháp phát triển mang

viễn thông.

Vì vậy, giải pháp công nghệ IP trên quang đã và đang là một trong những công nghệ

chủ đạo của mạng viễn thông.

Tuy nhiên, hiện nay mạng lưới viễn thông của Viettel đã lạc hậu, không còn đảm bảo

về dung lượng và chất lượng cho dịch vụ băng rộng và đa phương tiện trên nền IP của quốcgia cũng như kết nối toàn cầu Chính vì vậy, việc chọn đề tài nghiên cứu “Các phương thức

truyền tải IP trên quang và ứng dụng cho mạng đường trục của Viettel" nhằm cung cấpcác sở cứ khoa học và đề xuất một số ứng dụng thực tiễn tham khảo để áp dụng cho mạngđường trục của Viettel.

Dé thực hiện được mục tiêu đó, đề tài được thực hiện với các nội dung sau:

Chương I : Tổng quan về công nghệ truyền tải IP trên quang xu hướng phát triểncủa mạng truyền tải dữ liệu, các giai đoạn phát triển của công nghệ truyền tải IP trên

quang hiện có trên thé giới

Chương 2 : Các phương thức truyền tải dữ liệu IP/WDM: Chương này sẽ trình bày

về công nghệ IP ( IPv4, IPv6), công nghệ truyền tải WDM, các giải pháp truyền trải IP trên

quang.

Chương 3 : Ứng dụng công nghệ IP/WDM cho mạng đường trục Viettel : Đây làchương quan trọng nhất và có ý nghĩa thực tiễn của luận văn Đó chính là kết quả của việcnghiên cứu khoa học đạt được của luận văn (phân tính, đánh giá nhằm đưa ra lộ trình hợp

ly nhất cho mang đường trục Viettel), dựa trên hiện trang mang Viettel va các sở cứ khoa

học nghiên cứu ở chương 2.

CHƯƠNG I: TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ TRUYEN TAI IP

TREN QUANG

1.1 Xu hướng phát triển của mang truyền tai dữ liệu

1.1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ

1.1.1.1 Xu hướng phát triển của các dịch vụ băng rộng trên nền IP

1.1.1.2 Xu hướng hội tụ dịch vụ thoại và dữ liệu trên nền IP

1.1.1.3 Xu hướng hội tụ dịch vụ truyền thông quảng bá và truyền tải dữ liệu trên

nên IP

1.1.2 Xu hướng phát triển và lưu lượng thị trường IP

Internet phát triển mạnh mẽ, nhu cầu trao đổi thông tin, dữ liệu ngày càng phát trién

Giao thức IP không đơn thuần chỉ là truyền dẫn số liệu cho mạng Internet mà nó còn được

sử dụng dé truyén dẫn các loại lưu lượng khác như thoại, video, các dịch vu giải trí tích hợp.v v v khiến lưu lượng IP tăng vot, dẫn đến một số hệ lụy sau:

Sự bùng nỗ của mạng số liệu IP

Ty trọng dịch vu IP tăng mạnh Doanh thu dịch vụ IP đường dài tăng nhanh

1.1.3 Xu hướng phát triển của công nghệ

1.1.3.1 IP - giao thức thống nhất của mạng truyền tải dữ liệu

a Các ưu việt của giao thức IP

b Sự phát triển của giao thức IP

c Sự bùng nỗ của giao thức IP

d IPv6 - Giao thức truyền tải của mạng truyền dữ liệu thế hệ mới

1.1.3.2 WDM/DWDM công nghệ truyền tải chủ đạo của mạng truyền tải dữ liệu

a Công nghệ WDM

Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công nghệ

giúp đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang trên một sợi quang Ở đầu phát,

nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được ghép lại (ghép kênh) để truyền đi trên

một sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu đó được phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu

gôc rôi đưa vào các đâu cuôi khác nhau.

“ Uu điểm của công nghệ WDM:

Tăng băng thông truyền trên sợi quang số lần tương ứng số bước sóng được ghép

vào dé truyền trên một sợi quang

Tính trong suốt: hỗ trợ các định dạng số liệu và thoại

Kha năng mở rộng: WDM hứa hẹn tăng băng thông lên đến hàng Tbps

Cho phép xây dựng mô hình mạng truyền tải quang OTN (Optical TransportNetwork) giúp truyền tải trong suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệuquả, định tuyến linh động

b Công nghệ DWDM

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex) công nghệ ghép kênh theo bước

sóng mật độ cao DWDM là một trong những công nghệ quan trọng trong sự phát trién côngnghệ truyền tín hiệu trong sợi quang DWDM cung cấp dung lượng rất lớn, khoảng cách

truyền tải xa, thường được dùng cho mạng back bone, cũng có thê cung cấp trong phạm vi

một nước hay một khu vực do chi phi trong việc triên khai rat cao.

s* Ưu diém của công nghệ DWDM

— Tốc độ truyền cao, lên đến 400Gb/s, suy hao thấp khoảng cách truyền xa

— Đa giao thức: giao thức DWDM không phụ thuộc đến tốc độ truyền dữ liệu

— DWDM có thé truyền nhiều dang tín hiệu khác nhau trên cùng một kênh

1.1.3.3 Tích hợp IP/WDM phương thức truyền tải chủ đạo của mạng truyền tải

dữ liệu.

1.2 Quá trình phát triển của công nghệ IP trên quang

1.2.1 Giai đoạn đầu IP trên ATM/SDH/WDM.

1.2.2 Giai đoạn thứ hai IP trên SDH/WDM.

1.2.3 Giai đoạn ba IP trên DWDM.

1.3 Các yêu cầu đối với truyền dẫn IP trên quang

1.4 Kết luận chương

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP dẫn đến xu hướng đữ liệu tăng vọt và chưa

có dầu hiệu bão hòa Thêm vào đó cuộc cách mạng về thông tin quang làm cho mạng truyềntải có bước đột phá mới (công nghệ WDM) Việc kết hợp hai công nghệ nay đang trở nêncấp thiết để có thê tạo ra một mạng viễn thông linh hoạt, mềm dẻo, chất lượng cao, đáp ứngnhiều loại hình dịch vụ và có dung lượng cực lớn,mạng IP/WDM

Việc kết hợp này là xu hướng tất yếu, xong phải trải qua nhiều giai đoạn và mỗi giai

đoạn có những ưu điểm riêng Mục đích chính là tạo nên mạng truyền tải mang lại hiểu quảcao và kĩ thuật và kinh tế

CHUONG II: CÁC PHƯƠNG THUC TRUYEN TAI DU LIEU

IP/WDM.

2.1 Công nghệ IP.

2.1.1 Phiên bản IPv4

2.1.1.1 Cách tổ chức địa chỉ IPV4

IPv4 sử dụng 32bit (chia làm 4 Octet) để đánh địa chỉ (logic) cho các máy, đo tổ

chức IAB quản lý, địa chỉ IP được phân thành các lớp như sau :

Lớp A Net ID Host ID

Lớp B 1,0 Net ID Host ID

Lớp C 1110 Net ID Host ID

Lớp D 1[IJII0 Địa chỉ Multicast

Lớp E 1[I[I|I Dự phòng cho tương lai

Hình 2.1 : Mô hình phân lớp địa chỉ IP.

2.1.1.2 Nhược điểm của IPV4

- Khong gian địa chi sap cạn kiệt, đặc biệt là dia chỉ lớp B

- _ Cấu trúc bảng định tuyến không phân lớp

- Mang truyền dẫn Internet yêu cầu về thời gian thực cao trong truyền dẫn hình ảnh,

âm thanh và đo ngày càng có nhiều dich vụ khác nhau sử dụng IP

2.1.1.3 Cảnh báo về khả năng IPV4 sẽ cạn kiệt tài nguyên

2.1.2 Phiên bản IPv6

2.1.2.1 Tại sao lại có IPV6

2.1.2.2 Khuôn dạng datagram IPv6

2.1.2.3 Cac loại dia chỉ IPV6

2.1.3

Ver Prio Flow Label

Payload Length Source Address Destination Address Data

Hình 2.2 là cau trúc của một datagram trong phiên ban IPv6, bao gồm các trường:

Ver (4 bit), Prio (4 bit), Flow Lable (24 bit), Payload Length (16 bit), Next Header (8 bit), Hop Limit (8 bit), Source Address (128 bit), Destination Address (128 bit),

Data.

Hình 2 2: Dinh dang datagram của IPv6

Dia chỉ IPv6 sử dung 128 bit được chia ra làm 3 loại sau:

Unicast: xác định một giao điện duy nhất ma datagram được gửi đến

Anycast: xác định một tập hợp các giao diện có thể thuộc các mạng khác nhau vàdatagram có thể gửi đến bất kỳ một giao diện nào phù hợp nhất với giá trị đo củagiao thức định tuyến (vi dụ: đường đi ngăn nhất, giá thành rẻ nhất )

Multicast: xác định một tập hợp các giao diện có thể thuộc các mạng khác nhau mà

datagram sẽ được gửi đên tât cả các giao diện này.

Các tính nang vượt trội của IPV6 so với IPV4

Mở rộng của không gian địa chỉ

Định dạng tiêu đề tốt hơnKhả năng địa chỉ hóa và định tuyến linh hoạt hơn

Tự động cấu hình địa chỉ

Chất lượng dịch vụ tốt hơn (Qos)

Bảo mật cao hơn

Khả năng mở rộng tốt

Tính di động Giao thức phát hiện lân cận

2.1.4 Các phương pháp chuyển déi IPV4 sang IPV6

2.1.5 Sử dụng IPV4 hay IPV6

2.1.6 IPV6 cho IP/WDM

2.2 Công nghệ truyền tải WOM

2.2.1 © Nguyên lý cơ bản của WDM

Nguyên lý cơ bản của DWM là làm tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống bằngcách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi nếu các nguồn phát có phốcách nhau hợp lý và ở đầu thu có thể thu được tín hiệu quang riêng biệt khi sử dụng các bộ

tách bước sóng Hệ thống bao WDM một hướng Hệ thống WDM song hướng

2.2.2 Đặc điểm của công nghệ WDM

“+ Tan dụng tài nguyên dải tan rat rộng của sợi quang.

2.2.3.5 Bộ đấu nối chéo OXC

2.2.3.6 Bộ xen/rẽ quang OADM

2.2.3.7 Hệ thống chuyển mạch quang

Chuyển mạch quang bao gồm các loại sau:

- _ Chuyển mạch kênh quang

- _ Chuyên mach chùm quang

- _ Chuyên mạch gói quang

2.2.3.8 Bộ khuếch đại quang

Nguyên lý khuếch đại quang dựa trên hiện tượng phát xạ kích thích và không có sự

cộng hưởng xảy ra trong quá trình khuếch đại Khuếch đại quang có thể chia làm ba loại :

khuếch đại sợi quang (OFA), khuếch đại bán dẫn quang (SOA), khuếch đại Raman (RA)

2.2.3.9 Các chủng loại sợi quang.

2.3.9 Phương thức IP trên trực tiếp sợi quang

2.4 So sánh đánh giá một số phương thức IP trên quang cơ bản

2.4.1 Đánh giá phương thức IP/ATM/WDM

2.4.2 Đánh giá phương thức IP/SDL/WDM

2.4.3 Đánh giá phương thức IP/SDH/WDM

2.4.4 Đánh giá phương thức IP/GbE/WDM

2.4.5 Đánh giá phương thức IP/WDM

2.4.6 Đánh giá phương thức ip trực tiếp trên sợi quang

2.5 Các mô hình giải pháp mạng IP/WDM

Hiện này, có 3 mô hình giải pháp mạng IP/WDM:

— Mô hình giải pháp ngang hàng (Peer).

— Mô hình giải pháp mạng xếp chồng (Over lay)

— Mô hình giải pháp lai giữa mô hình trên (Hybrid).

2.5.1 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM ngang hàng

Trong mô hình giải pháp này, bộ chuyển mạch IP và bộ đấu chéo quang OXC hoạtđộng ngang hàng nhau, sử dụng mặt phăng điều khiển cùng cách thức và khuôn dang déthiết lập đường dẫn chuyên mạch nhãn qua các thiết bị Các thiết bị như bộ xen/rẽ kênhquang không theo như đúng dạng của nó, thay vì đó chúng liên kết các tuyến vật lý là sợi

quang giữa các bộ định tuyến IP

Hình 2.22: Mô hình mang IP/WDM ngang hang [7]

Hoạt động của mô hình ngang hàng có một nhược điểm : lượng thông tin trao đổigiữa các thành phần mạng trong phạm vi nội vùng Điều này dẫn đến số lượng thông tin cậpnhật tình trạng mạng lớn, dé gây cho các thành phan mạng trở nên quá tải

Mô hình mạng ngang hàng có ưu điểm bảo vệ tốt việc kết nối mạng theo kiểm điểm điểm và phục hồi lỗi, tăng khả năng điều khiến lưu lượng nhờ vào việc ứng dụng MPLS

-hoặc GMPLS và tăng hiệu quả sử dụng nguồn tài nguyên lẫn thiết bị mạng

2.5.2 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM xếp chồng

Theo cách này, các giao diện của bộ định tuyến của các bộ định tuyến IP được kết

nối với các giao diện client của mạng WDM Trong giải pháp này, các bộ kết nối chéoWDM và các giao diện xen/rẽ tự tương tác với nhau trong mạng WDM thông qua các tuyến

sợi quang đa bước sóng Chính vì thế, mạng WDM có hình dạng theo kiểu topo cả về

phương diện vật lý và phương diện ánh sáng quang.

⁄

oxe | < ⁄

= UNH /“ Sgiquang 92 ⁄ |

c==¬ \ / đabướcsống | OXC |= \/NNI : Bà

Router IP "5 EE oxc _“ }(4 1 UNI/ K2

4 \ N /\ / ⁄

one | \ ¬ V BÀ

OXC

Hình 2.23: Mô hình mạng IP/WDM xếp chồng [7]

Những đặc trưng của mô hình xếp chồng :

— Khả năng giao tiếp mở với khả năng kết nối được với ATM, SONET

— Cho phép mỗi mạng con giải quyết độc lập

— Dễ dang thay đôi độc lập trong từng mạng con

— Bảo mật thông tin cấu hình và tài nguyên.

Trong mô hình chồng lấn, có hai loại giao tiếp : UNI và NNI Giao tiếp mạng với

người dùng UNI cung cấp cơ chế báo hiệu vùng người dùng và vùng cung cấp dịch vụ Giao

tiếp mạng với mạng NNI cung cấp những phương pháp truyền thông giữa các mạng với

nhau.

2.5.3 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM lai

Mô hình lai là sự kết hợp của hai mô hình trên Đây là mô hình sẽ được thiết kế baogồm cả hai kiểu xếp chồng và ngang hàng theo điều kiện cụ thé dé phát huy được ưu điểmcủa cả hai mô hình trên Từ mô hình xếp chồng, mô hình lai cũng xây dựng theo hướngnhiều vùng quản trị Từ mô hình ngang hàng, mô hình lai cung cấp một tập hợp các công

nghệ trong một vùng đơn Với cách này, nhằm tránh được hạn chế của mô hình xếp chồng

và mô hình ngang hàng khi tập hợp các ưu điểm của nó, để đưa ra mức độ linh động cấuhình trên một diện rộng triên biệt trong việc bảo mật dữ liệu nhờ sử dụng giao diện UNI détách biệt trên từng vùng, trong khi ở một sỐ vùng khác việc trộn chuyền mạch quang WDM

và bộ định tuyến IP có ưu điểm khi hoạt động ngang hàng Chỉ có mô hình này mà mạng IP

và mạng WDM có thể giữ lại ranh giới phân biệt chính nó và một số vùng mạng có thể tiếptục kết hợp các công nghệ khác nhau

Hình 2.24: Mô hình giải pháp mạng IP/WDM lai [7]

2.5.4 So sánh các mô hình giải pháp mạng IP/WDM

2.6 Các phương pháp định tuyến trong mạng IP/WDM

Hiện có 3 phương pháp định tuyến : Phương pháp định tuyến tích hợp, phương phápđịnh tuyến xếp chồng, phương pháp định tuyến địa chỉ vùng

IP trên quang ngày một tối ưu và đem lại hiệu quả cao Tính đến thời điểm hiện tại, côngnghệ MPLS đang là công nghệ có tính ảnh hưởng mạnh mẽ và có tính thực tiễn nhất

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IP/WDM CHO MẠNG

DUONG TRUC VIETTEL

3.1 Hiện trạng của mạng truyền tải Viettel

“+ Mạng truyền dẫn quang quốc tế

Tuyển cửa ngõ quốc tế Móng cái — Quảng ninh, cửa ngõ quốc tế Lạng Son

„ cửa ngõ quôc tê Lao Bảo & Cau treo, cửa ngõ quốc tê An Giang, cửa ngõ quốc tê cáp

quang biên.

* Mạng truyền dẫn quang đường trục trong nước

Đường trục 1A, đường trục 1B, đường trục 1C, đường trục 2B

* Mạng truyền dẫn quang nội tỉnh

3.2 Định hướng phát triển dịch vụ và công nghệ cho mạng đường trục của Viettel

giai đoạn 2015 — 2020 và giai đoạn sau 2020

3.2.1 Định hướng phát triển dich vụ của Viettel giai đoạn 2015 — 2020 và giai đoạn sau

2020

3.2.1.1 Định hướng phát triển dịch vụ của Viettel giai đoạn 2015 — 2020

a) Phát triển các dịch vụ băng rộng

b) Phát triển các dịch vụ hội tụ

s* Hội tụ dịch vụ thoại và dữ liệu

“+ Hội tụ dịch vụ truyền thông quảng bá và viễn thông

c) Phát triển các dịch vụ đa phương tiện

Các dịch vụ đa phương tiện quan trọng đã sử dụng trong hiện tại và phát triển mạnhtương lai sẽ là: Thoại đa phương tiện, truyền hình theo yêu cầu, hội nghị truyền hình, hội

nghị đa phương tién

3.2.1.2 Định hướng phát triển dịch vụ của Viettel giai đoạn sau 2020

Định hướng phát triển các dịch vụ của Viettel sau 2020 theo một số hướng cơ bản

sau:

Tiếp tục phát triển các dich vụ băng rộng, tiếp tục phát triển các địch vụ hội tụ, tiếptục phát triển các dich vụ đa phương tiện (như đã trình bay ở phan trên)

Đồng thời, phát triển thêm các dịch vụ tương tác

Các dịch vụ tương tác quan trọng sẽ được phát triển mạnh tương lai sẽ là:

Dịch vụ đàm thoại thời gian thực

Tương tác đa phương tiện kiểu diém-diém

Thông tin tương tác (Collaborative interactive communication)

Game tương tác

Dịch vụ thông tin dữ liệu, các ứng dụng phục hồi dữ liệuCác ứng dụng trực tuyến

Các dịch vu bản tin SMS, MMS

3.2.2 Định hướng phát triển công nghệ cho mạng đường trục của Viettel giai

đoạn 2015 — 2020 và giai đoạn sau 2020

3.2.2.1 Định hướng phát triển công nghệ cho mang đường trục Viettel giai đoạn

2015 - 2020

a) Mạng truyền dẫn quang băng rộng là mạng truyén tai chủ đạo cho mạng đường

trục của Viettel

b) IP là giao thức chủ đạo cho mạng đường trục của Viettel

c) Kiến trúc IP trên quang là phương thức chủ đạo cho mạng đường trục của Viettel

d) GMPLS là công nghệ quản lý và điều khiến chủ đạo cho mạng đường trục của

Viettel

3.2.2.2 Định hướng phát triển công nghệ cho mạng đường trục của Viettel giai

đoạn sau 2020

Sau 2020, Viettel vẫn tiếp tục xác định công nghệ cho mạng truyền đường trục theo

các hướng công nghệ sau:

Mạng truyền dẫn quang băng rộng là mạng truyền tải chủ đạo cho mạng đường trục

của Viettel

IP là giao thức chủ đạo cho mạng đường trục của Viettel

Kiến trúc IP trên quang là phương thức chủ đạo cho mạng đường trục của ViettelGMPLS là công nghệ quản ly và điều khiển chủ đạo cho mạng đường trục của Viettel