Kỹ thuật đa truy nhập trong mạng quang và ứng dụng

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật đa truy nhập mạng quang ứng dụng ngành: xử lý thông tin truyền thông M số: Nguyễn dơng Ngời hớng dẫn khoa học: PGS -TS Đặng văn chuyết hà nội 2006 -i- Lời cam đoan Em xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu thân Các nghiên cứu luận văn dựa tổng hợp lý thuyết hiểu biết thực tế em, không chép Tác giả luận văn Nguyễn Thế Dơng -ii- Mục lục Nội dung Trang Lời Mở đầu Chơng 1: phần tử sử dụng mạng quang ®a truy nhËp 1.1 giíi thiƯu chung …………………… 1.2 Bộ ghép hình quảng bá 1.3 ghép kênh tách kênh 1.4 ®ièt laze ®iỊu chØnh ®−ỵc b−íc sãng 1.4.1 §iỊu chØnh nhiƯt 1.4.2 Điốt laze điều chỉnh đợc b−íc sãng sư dơng hèc ngoµi 1.4.3 điốt laze hồi tiếp phân bố (DFB) hai đoạn 10 1.4.4 Điốt laze phản xạ phân bố Bragg hai đoạn ba đoạn 11 1.5 lọc quang điều chỉnh đợc 12 Chơng : Kỹ thuật đa truy nhËp ph©n chia theo b−íc sãng - wdma 2.1 Tỉng quan vỊ kü tht WDMA 14 2.2 Mạng WDMA đơn bớc 14 2.2.1 Mạng WDMA quảng bá lựa chọn 14 2.2.2 Mạng WDMA định tuyến theo bớc sóng 2.2.3 Các vấn đề liên quan đến hiệu suất thiết kế mạng 25 20 2.2.3.1 Vị trí đệm mạng WDMA đơn bớc 25 2.2.3.2 Xuyªn kªnh 26 2.3 Mạng WDMA đa bớc 29 2.3.1 Kh¸i niƯm chung vỊ mạng WDMA đa bớc 29 2.3.2 Đặc điểm mạng WDMA đa bớc 31 -iii- 2.4 ứng dụng mạng kỹ thuật đa truy nhập WDMA 36 2.4 Mạng WDMA đơn bớc 36 2.4.1.1 M¹ng LAMBDANET 36 2.4.1.2 M¹ng RAINBOW 37 2.4.1.3 FOX –Bé kÕt nèi chÐo quang tèc ®é cao…………………………… 38 2.4.1.4 HYPASS (High performance packet switch system…………… 39 2.4.1.5 M¹ng RINGGO 42 2.4.2 M¹ng WDMA ®a b−íc 43 2.4.2.1 M¹ng Starnet 43 2.4.2.2 M¹ng HORNET 44 Ch−¬ng : kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo sóng mang phơ – SCMA 3.1 Giíi thiƯu chung 49 3.2 HiÖu suÊt mạng scma đơn kênh 51 3.2.1 NhiƠu l−ỵng tư Short noise ……………… 53 3.2.2 NhiƠu nhiƯt cđa m¸y thu 54 3.2.3 NhiÔu c−êng ®é Laser 55 3.2.4 NhiÔu giao thoa quang 55 3.2.5 Tû sè tín hiệu tạp âm tổng 58 3.2.6 øng dơng cđa c¸c hƯ thống SCMA đơn kênh 55 3.3 Đa truy nhập sóng mang phụ đa kênh 3.3.1 Khái niệm hệ thống SCMA đa kênh 61 3.3.2 Đặc điểm hệ thống SCMA đa kênh 62 3.3.3 Tỷ số tín hiệu tạp âm tổng 64 3.3.4 øng dụng hệ thống SCMA đa kênh 65 60 Chơng : kỹ thuật đa truy nhËp ph©n chia theo thêi gian – TDMA 4.1 Giíi thiƯu chung 68 -iv- 4.2 Các khái niệm Kü tht TDMA ……… 68 4.3 øng dơng m¹ng Kü thuËt ®a truy nhËp TDMA 71 4.3.1 ATM-PON (ATM dùa mạng quang thụ động) 71 4.3.2 E- PON (Ethernet dựa mạng quang thụ động) 74 Chơng : kỹ thuật đa truy nhËp ph©n chia theo m∙ - cdma 5.1 Tỉng quan kü thuËt ®a truy nhËp CDMA 78 5.2 Các mạng sử dụng kỹ thuật CDMA 78 5.2.1 Mạng sử dụng kỹ thuật CDMA tách sãng trùc tiÕp 5.2.2 M¹ng CDMA quang kÕt hỵp 85 5.2.3 Đặc điểm mạng sử dụng kỹ thuật CDMA quang 87 78 Chơng : đề xuất mô hình ứng dụng mạng man Tại bu điện hà nội 6.1 Hiện trạng mạng viễn thông BĐHN 88 6.1.1 M¹ng trun dÉn 88 6.1.2 M¹ng tỉng ®µi 88 6.1.3 M¹ng DDN trun thèng ……………………………………… 6.1.4 M¹ng trun sè liƯu ATM + IP 90 6.1.5 Mạng truy nhập băng rộng ADSL & SHDSL 91 6.2 Đánh giá ứng dụng truy nhập quang bđhn 6.3 Dự báo nhu cầu phát triển 96 6.4 Phân tích giải pháp ứng dụng xây dựng mạng 99 6.5 Lựa chọn giải pháp công nghệ truy nhập 103 6.6 Một số tiêu xây dựng mạng 6.7 Đề xuất cấu hình ứng dụng mạng MAN 107 90 94 105 KÕt luËn 110 Tài liệu tham khảo 111 -v- Thuật ngữ chữ viết tắt ADSL Asymmetric Digital Sub Line Thuê bao số không đối xứng AON All optical network Mạng toàn quang ADM Add/ Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen rẽ APD Avalanche Photodiode Điốt tách sóng thác AR Antireflection Coating Vỏ chống phản xạ ASK Amplitude Shift Keying Khoá dịch biên độ ATM Asynchronous Transfer Mode Mode chuyển giao không đồng B-ISDN Broadband Integrated Digital network BPF BandPass Filter Bộ lọc băng thông BRAS Broadband Access Server Server truy nhập băng rộng CNR Carrier –to- Noise Ratio Tû sè sãng mang trªn nhiƠu COT Central Office terminal Thiết bị đầu cuối tổng đài CT Central terminal Thiết bị đầu cuối tập trung DBR Distributed Bragg Reflecter Phản xạ phân bố Bragg DCN Digital Communication network Mạng thông tin số DCS Digital Cross -connect system Bộ nối chéo số Service Mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng DEMUX Demultiplexer Bộ giải ghép (tách) kênh DFB Distributed Feedback Hồi tiếp phân bố DLC Digital loop Carrier Truyền tải mạch vòng số DR Distributed reflector Bộ phản xạ phân bố DSL Digital sub line Đờng dây thuê bao số DSLAM DSL access Multiplexer Bộ ghép đờng thuê bao số FBG Fiber Bragg grating Cách tử quang Bragg FP-LD Fabry-Perot laser diode §i èt la-de Fabry-Perot FSK Frequency Shift Keying Khoá dịch tần số FTTB Fiber to the Building Cáp quang tới nhà FTTC Fiber to the Curb Cáp quang tới khu dân c -vi- FTTH Fiber to the home Cáp quang tới nhà FTTL Fiber to the loop Mạch vòng cáp quang FTTO Fiber to the office Cáp quang tới công sở FWM Four –Wave Mixing Trén sãng GGL Gain Guided laser Lade ®iỊu khiĨn khuch ®¹i GI Graded Index ChØ sè Gradien GRIN Graded refractive Index ChØ sè chiÕt suÊt Gradien IF Intermediate frequency Trung tần IGL Index Guided laser Lade điều khiĨn chØ sè chiÕt st IM Intensity Modulation §iỊu biÕn cờng độ IMD Intermodulation Distortion Méo điều chế tơng hỗ LD Laser diode §ièt lade LED Light Emitting Diode §ièt phát quang LED LO Local Oscillator Dao động nội LOC Large Optical Cavity Hèc céng h−ëng quang réng MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực nội thị MQW Multiple Quantum Well Giếng lợng tử MUX Multiplexer Bộ ghép kênh MZ Mach –Zehnder Bé ®iỊu chÕ Mach –Zehnder OA Optical amplifier Bộ khuếch đại quang OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kªnh xen rÏ quang OFA Optical fiber amplifier Bé khuÕch đại quang sợi ONI Optical Network interface Giao diện mạng quang ONNI Optical network – to – network Giao diÖn mạng mạng interface quang ONU Optical network Unit Thiết bị mạng quang OTN Optical transport network Mạng truyền tải quang OXC Optical Cross connect Nèi chÐo quang PDS Passive Distribute Service Dịch vụ phân phối thụ động -vii- PIN Positive Intrinsic Negative CÊu tróc PIN PON Passive optical network M¹ng quang thụ động PSK Phase shift keying Khoá dịch pha RF Radio frequency Tần số vô tuyến RIN Relative Intensity Noise Nhiễu cờng độ tơng đối RPR Resilient packet ring Mạng vòng chuyển mạch gói tự hồi phục SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Brillouin kích thích SCM Subcarrier Multiplexing GhÐp kªnh sãng mang phơ SDSL Symmetric digital sub line Thuê bao số đối xứng SEL Surface Emitting laser La-de phát mặt SPM Self phase modulation Tự điều chế pha SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ raman kích thích TDM Time division Multiplexing GhÐp kªnh theo thêi gian TDMA Time division Multiple Access §a truy nhËp theo thêi gian TT Tunable transmitter Bộ phát điều chỉnh đợc TR Tunable receiver Bộ thu điều chỉnh đợc FT Fixed tuned transmitter Bộ phát cố định RF Fixed tuned receiver Bộ thu cố định VPN Virtual private network Dịch vụ mạng riêng ảo WDM Wavelength Division Multiplex Ghép kênh theo bớc sãng WDMA Wavelength Division Multiple §a truy nhËp theo b−íc Access sóng WGR Wavelength Grating Router Bộ định tuyến cách tử dẫn sóng WR Wavelength Router Bộ định tuyến bớc sóng WRC Wavelength routing Controller Bộ điều khiển định tuyến b−íc sãng WT Wavelength terminal ThiÕt bÞ kÕt ci b−íc sãng XPM Cross Phase Modulation §iỊu chÕ ngang (chÐo) pha -viii- danh mục bảng Bảng 2.1 Quan hệ số nút mạng (N) số bớc (h) xuất phát từ 33 nút nguồn giản đồ ShuffleNet (p,k) Bảng 2.2 Một số thông số đại diện biểu đồ ShuffleNet 34 Bảng 2.3 Các tham sè thư nghiƯm m¹ng HORNET 45 Bảng 6.1 Kỹ thuật truyền dẫn từ tổng đài đến thuê bao 104 Bảng 6.2 Kỹ thuật truyền dẫn từ thuê bao đến tổng đài 104 Danh mơc h×nh vÏ H×nh 1.1 H×nh 1.2 H×nh 1.3 H×nh 1.4 H×nh 1.5 H×nh 1.6 H×nh 1.7 H×nh 1.8 H×nh 1.9 H×nh 1.10 H×nh 1.11 H×nh 2.1 H×nh 2.2 Mét sè cÊu kiƯn quang thơ ®éng Bộ ghép hình 8x8 tạo 12 ghép sợi đơn mode Các ghép h×nh Sơ đồ khối hệ thống WDM Thiết bị ghép tách kênh hỗn hợp (MUX-DEMUX) Xuyªn kªnh Điốt laze điều chỉnh đợc sử dụng hèc ngoµi Laser MAGIC §ièt laze håi tiÕp phân bố hai đoạn Sơ đố cấu trúc diode laze phản xạ phân bố Bragg Sơ đồ khối lọc quang điều chỉnh đợc Mạng WDMA hình đơn bớc quảng bá lựa chọn Sơ đồ chuyển đổi trạng thái kết hợp với số bớc sóng đợc sử dông 2 4 9 10 11 12 15 17 H×nh 2.3 Quan hƯ sè b−íc sóng bận -Tải số bớc sóng cực đại 20 Hình 2.4 Nguyên lý định tuyến bớc sóng mạng WDMA đơn bớc 220 Hình 2.5 Mạng định tuyến theo b−íc sãng N = 21 nót ,sư dơng phần tử WDM Hình 2.6 Mạng định tuyến theo bớc sóng sử dụng chuyển mạch không gian chọn bớc sóng 23 -ix- Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động mạng LLN 24 Hình 2.8 Tái sử dụng bớc sóng mạng LLN 25 H×nh 2.9 Quan hƯ thời gian đợi tải cho mạng đệm đầu đầu vào 26 Hình 2.10 Chọn kênh mạng WDMA thu kết hợp 27 Hình 2.11 Mất mát công suất xuyên kênh tách sóng quang 28 Hình 2.12 Quan hệ công suất cực đại kênh số kênh cho 29 ảnh hởng phi tuyến mạng WDMA Hình 2.13 Cấu trúc mạng đa chặng WDMA hình nút 30 Hình 2.14 Biểu đồ kết nối trực tiếp Shufflenet mạng đa chặng 32 hình nót Hình 2.15 Biểu diễn thông lợng nút, số nót N 35 cho m¹ng WDMA shuffleNet Hình 2.16 Cấu trúc mạng Lambdanet WDMA 36 H×nh 2.17 CÊu tróc mạng FOX 38 Hình 2.18 Cấu trúc mạng WDMA Hypass 39 Hình 2.19 Minh hoạ thuật toán thăm dò hình trờng hợp 40 có gói liệu đồng thời đến đích Hình 2.20 Quan hệ thời gian trễ trung bình 41 tải mạng Hypass H×nh 2.21 M¹ng metro WDM ringo 42 H×nh 2.22 CÊu tróc nót RINGO H×nh 2.23 CÊu tróc chun m¹ch Starnet 43 Hình 2.24 Cấu trúc mạng HORNET Hình 2.25 Sơ đồ cấu trúc nút truy nhập (AN) mạng HORNET 46 Hình 2.26 Nguyên lý hoạt động giao thức CSMA/CA 43 46 47 mạng HORNET Hình 3.1 Nguyên lý kỹ thuật điều chế SCM 49 Hình 3.2 Mạng SCMA cấu trúc h×nh 51 H×nh 3.2 (a) Phổ công suất quang hai Laser đơn mode dọc 53 -97- khách hàng Tốc độ cổng n x 1Mbps thay đổi theo nhu cầu khách hàng - Để tận dụng hạ tầng tốc độ cao mạng, mặt kỹ thuật hệ thống cần sẵn sàng hỗ trợ số dịch vụ giá trị gia tăng nh Video on Demand, Storage Area Network, Web hosting Theo nghiên cứu, thị trờng Hà nội đợc chia thành khối sau: * Các tổ chức Đảng phủ: Trong khuôn khổ đề án 112 Chính phủ, quan công quyền khẩn trơng triển khai nội dung khác việc tin học hoá máy hành chính, nhằm mục tiêu triển khai đa Chính phủ điện tử vào thực hoạt động phục vụ đời sống xà hội Hiện BĐHN đà triển khai kéo cáp quang dung lợng 12 Fo đến khoảng 100 quan thuộc đề án 112 giai đoạn đầu dự kiến mạng quan Đảng- Chính phủ đợc tổ chức theo hình thức kinh điển với đờng kênh thuê riêng nx2Mbps, VPN ADSL SHDSL kết nối mạng riêng quan điểm ghép, từ kết nối vào đờng trục chung Internet Tuy nhiên việc triển khai dịch vụ hành công mạng tiến triển cách thuận lợi với phát triển xà hội, nhu cầu sử dụng mạng tăng mạnh, kèm theo yêu cầu tất yếu nâng cao lực hạ tầng mạng nói chung lực đờng truyền nói riêng Với quy mô sở liƯu lín nh− sè liƯu vỊ d©n sè, doanh nghiƯp, giao thông vận tải, điện, nớc , nhu cầu băng thông cỡ nx100Mbps trở lên phục vụ quản lý, cập nhật, khai thác truy nhập thông tin dự đoán đợc * Các doanh nghiệp quan nghiªn cøu: Trong thêi gian qua viƯc sư dơng mạng máy tính đà trở thành hoạt động hàng ngày hầu hết doanh nghiệp, trờng học, viện nghiên cứu Nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao xuất dới nhiều hình thức, xuất phát từ nhiều đối tợng khác nh: - Các doanh nghiệp nhà khai thác cung cấp dịch vụ th«ng tin- viƠn th«ng: Vietel, Saigon Postel, C«ng ty ViƠn thông điện lực, FPT, Netnam - Các Công ty, Tổng Công ty lớn có nhu cầu khả xây dựng trung tâm liệu, trao đổi thông tin thờng xuyên: Ngân hàng, bảo hiểm -98- - Các cao ốc hoạt động dới hình thức trung tâm thơng mại, trung tâm giao dịch, điểm cho thuê văn phòng , điểm tập trung nhiều doanh nghiệp đợc chủ thể cung cấp mặt dịch vụ nh điện, nớc, truyền thông - Trờng đại học, viện nghiên cứu, công viên phần mềm, trung tâm máy tính Theo kênh bán hàng truyền thống, dịch vụ truyền số liệu đợc cung cấp thẳng tới ngời dùng cuối nh trờng học, viện nghiên cứu, ngân hàng, bảo hiểm, công ty thơng mại Tuy nhiên điều kiện kinh doanh dịch vụ đợc bán lại thông qua nhà khai thác cung cấp dịch vụ khác nh doanh nghiệp viễn thông mới, thông qua đại lý bán lẻ dịch vụ nh chủ đầu t cao ốc, khách sạn Ngoài có đối tợng khách hàng có nhu cầu truyền số liệu cao ngân hàng (trên địa bàn thành phố có 40 ngân hàng, 27 ngân hàng thuê 182 đờng truyền số liệu) Tuy nhiên ngân hàng đà đầu t lớn vào hệ thống thiết bị truyền số liệu có yêu cầu cao độ tin cậy, độ ổn định hệ thống nên dự đoán tơng lai gần họ không chuyển đổi hạ tầng truyền số liệu * Nội mạng Bu điện TP Hà nội: - Tơng tự nh doanh nghiệp lớn khác, Bu điện TP Hà nội có nhu cầu sử dụng mạng truyền số liệu tốc độ cao để kết nối trung tâm dự liệu phục vụ hoạt động sản xuất kinh doanh nội đơn vị Do khối lợng liệu lớn, mức độ tin học hoá hàm lợng kỹ thuật công việc cao, nh cầu băng thông độ tin cậy hệ thống lớn - Tơng tự nh nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khác đặc biệt sau đa hệ thống phân tải hệ thống mạng ADSL vào hoạt động, Bu điện TP Hà nội nhu cầu kết nối đờng trục đa điểm (các điểm Access Server víi POP, c¸c DSLAM víi DSLAM HUB, DSLAM HUB víi BRAS ) víi tèc ®é cao cì nx100Mbps, chí cỡ nx1Gbps lớn Nhu cầu cao dịch vụ giá trị gia tăng nh Video on Demand, hội nghị truyền hình Theo định hớng chung Tổng Công ty, Bu điện TP Hà nội tổ chức xây dựng cấu trúc mạng MAN có hạ tầng thông tin hợp dựa u điểm công nghệ chuyển mạch gói, đáp ứng hội tụ thoại số -99- liệu để triển khai dịch vụ cách đa dạng nhanh chóng Để đạt đợc mục tiêu này, mạng cần dựa tảng truyền dẫn chuyển mạch gói có băng thông lớn cỡ nx1Gbps, độ tin cậy lớn, khả kết nối linh hoạt 6.4 phân tích giải pháp áp dụng xây dựng mạng man Nhìn chung mạng MAN thực chất mạng cung cấp đa dịch vụ phạm vi nội vùng (thảnh phố /tỉnh) Vai trò tơng tự nh vai trò nhà cung cấp dịch vị Internet nhng có điểm khác đợc xây dựng để hớng tới đối tợng phục vụ chủ yếu liên kết trao đổi lu lợng mạng cục LAN dung lợng kích cỡ mạng lớn Qui mô mạng MAN cë thĨ bao phđ mét toµn bé mét thµnh mạng để liên kết vài khu nhà (chung c, khu công nghệ/công nghiệp, quan tổ chức, trờng đại học, viện nghiên cứu) với Thiết bị mạng MAN đợc xây dựng quản lý nhiều tổ chức khác với nhà cung cấp dịch vụ mạng MAN Có thể thấy công nghệ chủ yếu để áp dụng cho việc xây dựng mạng MAN là: Công nghệ SDH (SDH truyền thống, SDH-NG); C«ng nghƯ WDM; C«ng nghƯ RPR; C«ng nghƯ Gigabit Ethernet, Công nghệ IP Tuy nhiên, vấn đề đặt cho nhà khai thác cung cấp dịch vụ mạng MAN sở mục tiêu xây dựng mạng cần phải lựa chọn đợc công công nghệ phù hợp để áp dụng vào việc xây dựng mạng Trên sở công nghệ mạng đợc lựa chọn, nhà khai thác mạng xây dựng cấu hình mạng thích hợp, lựa chọn thiết bị phù hợp để xây dựng đợc mạng đáp ứng với mục tiêu đề Sau ta phân tích đặc điểm, u nhợc điểm khả áp dụng công nghệ có khả áp dụng cho việc xây dựng mạng MAN ã Công nghệ SDH/SDH-NG a Đặc điểm công nghệ Công nghệ SDH công nghệ truyền dẫn đợc áp dụng phổ biến mạng nhà cung cấp dịch vụ giới Công nghệ SDH đợc xây dựng sở hệ thông phân cấp ghép kênh đồng TDM với cấu trúc phân cấp ghép kênh STM-N cho phép cung cấp giao diện truyền dẫn tốc độ từ vài Mbít/s tới vài Gigabít/s Đặc tính ghép kênh TDM phân cấp ghép kênh đồng công nghệ SDH cho phép cung cấp kênh truyền dẫn có băng thông cố định độ tin cậy cao với việc áp dụng -100- cho chế phục hồi bảo vệ, chế quản lý hệ thống theo cấu trúc tô-pô mạng phù hợp đà đợc chuẩn hóa tiêu chuẩn ITU-T Từ trớc tới công nghệ truyền dẫn SDH đợc xây dựng chủ yếu cho việc tối u truyền tải lu lợng thoại Theo dự báo phân tích thị trờng mạng viễn thông, doanh nghiệp có gia tăng mạnh mẽ loại hình dịch vụ truyền liệu có xu hớng chuyển dần lu lợng dịch vụ thoại sang truyền tải theo giao thức truyền liệu Trong đó, sở hạ tầng mạng SDH có khó có khả đáp ứng nhu cầu truyền tải lu lợng gia tăng tơng lai gần Do yêu cầu đặt cần phải có sở hạ tầng truyền tải để đồng thời truyền tải lu lợng hệ thống SDH có lu lợng loại hình dịch vụ chúng đợc triển khai Đó lý việc hình thành hớng công nghệ SDH, SDH hệ SDH-NG Công nghệ để tạo SDH-NG đợc tập hợp chung khái niệm khái niệm truyền liệu qua mạng SDH DoS (data over SDH) DoS cấu truyền tải lu lợng cung cấp số chức giao diện nhằm mục đích tăng hiệu việc truyền liệu qua mạng SDH Mục tiêu quan trọng mà hớng công nghệ nói cần phải thực đợc phối hợp hỗ trợ lẫn để thực chức cài đặt/chỉ định băng thông cho dịch vụ cách hiệu mà không ảnh hởng tới lu lợng đợc truyền qua mạng SDH Điều có nghĩa mạng đảm bảo đợc chức hỗ trợ truyền tải lu lợng dịch vụ mạng có triển khai loại hình dịch vụ Thêm vào đó, SDH-NG cung cấp chức đảm bảo chất lợng dịch vụ QoS với mức độ chấp nhận cho loại hình dịch vụ mới; mềm dẻo linh hoạt việc hỗ trợ truyền tải lu lợng truyền tải giao thức khác qua mạng Cơ cấu DoS bao gåm giao thøc chÝnh: Thđ tơc ®ãng khung tổng quát GFP (generic framing procedure), kỹ thuật liên kết chuỗi ảo VC (virtual concatenation) cấu điều chỉnh dung lợng đờng thông LCAS (link capacity adjustment scheme) b u điểm - Cung cấp kết nối có băng thông cố định cho khách hàng - Độ tin cậy kênh truyền dẫn cao, trễ truyền tải thông tin nhỏ - Các giao diện truyền dẫn đà đợc chuẩn hóa tơng thích với nhiều thiết bị m¹ng -101- - Thn tiƯn cho kÕt nèi trun dẫn điểm -điểm; quản lý dễ dàng - Thiết bị ®· ®−ỵc triĨn khai réng r·i c Nh−ỵc ®iĨm - Công nghệ SDH đợc xây dựng nhằm mục đích tối u cho truyền tải lu lợng chuyển mạch kênh, không phù hợp với truyền tải lu lợng chuyển mạch gói - Do cấu trúc ghép kênh phân cấp nên cần nhiều cấp thiết bị để ghép tách, phân chia giao diện đến khách hàng - Khả nâng cấp không linh hoạt giá thành nâng cấp đắt - Khó triển khai dịch vụ ứng dụng Multicast - Dung lợng băng thông giành cho bảo vệ phục hồi lớn - Phơng thức cung cấp phức tạp, thời gian cung ứng kết nối dài ã Công nghệ RPR a Đặc điểm công nghệ Công nghệ RPR thực chất công nghệ mạng đợc xây dựng nhằm mục đích thỏa mÃn yêu cầu truyền tải lu lợng dạng liệu mạng MAN Thực tế công nghệ Ethernet công nghệ SDH thực độc lập giải pháp lý tởng để thực mạng MAN; SDH có nhiều u điểm xây dựng mạng theo cấu trúc Ring nhng lại hiệu truyền tải lu lợng dạng liệu Ethernet truyền tải lu lợng dạng liệu cách hiệu nhng lại khó triển khai với cấu trúc mạng Ring không tận dụng đợc u diểm mà cấu trúc mang lại Điểm chủ yếu công nghệ RPR kiến tạo giao thøc míi ë ph©n líp MAC (Media Acces Control) Giao thức đợc áp dụng nhằm mục đích tối u hoá việc quản lý băng thông hiệu cho việc triển khai dịch vụ truyền liệu vòng ring RPR hoạt động phía so với Gigabit Ethernet SDH thực chế bảo vệ với giới hạn thời gian bảo vệ 50 ms Các nút mạng RPR vòng ring thu gói tin đợc địa hoá gửi đến nút chức rớt chèn gói tin gửi từ nút vào vòng ring Các gói tin địa nút đợc chuyển qua Một chức quan trọng RPR lu lợng vòng ring đợc truyền tải theo mức u tiên High, Medium, LOW tơng ứng với mức chất lợng dịch vụ QoS Hiện giao thức RPR đà đợc chuẩn hoá -102- tiêu chuẩn IEEE 803.17 Viện kỹ thuật Điện Điện tử Hoa kỳ đà có nhiều hÃng sản xuất thiết bị đà tung sản phẩm RPR thơng mại b u điểm - Thích hợp cho việc truyền tải lu lợng dạng liệu cấu trúc ring - Cho phép xây dựng mạng ring cấu hình lớn (tối đa đến 200 nút mạng) - Hiệu suất sử dụng dung lợng băng thông lớn thực nguyên tắc ghép kênh thống kê dùng chung băng thông tổng - Hỗ trợ triển khai dịch vụ multicast/broadcast - Quản lý đơn giản (mạng đợc cấu hình cách tự động) - Phơng thức cung cấp kết nối nhanh đơn giản - Công nghệ đà đợc chuẩn hóa c Nhợc điểm - Giá thành thiết bị thời điểm đắt - RPR thực chức bảo vệ phục hồi cấu hình ring đơn lẻ Với cấu hình ring liên kết, có cố nút liên kết ring với RPR không thực đợc chức phục hồi lu lợng kết nối thông qua nút mạng liên kết ring - Công nghệ đợc chuẩn hóa khả kết nối tơng thích kết nối thiết bị hÃng khác cha cao d Khả áp dụng - Công nghệ RPR phù hợp với việc xây dựng mạng cung cấp kết nối với nhiều cấp độ thỏa thuận dịch vụ kết nối khác giao diện - Công nghệ RPR phù hợp cho việc truyền tải lu lợng Ethernet sở giải pháp Ethernet over RPR ã Công nghệ WDM a Đặc điểm công nghệ WDM công nghệ truyền tải sợi quang đà xây dựng phát triển từ năm 90 kỷ trớc WDM cho phép truyền tải luồng thông tin số tốc độ cao (theo lý thuyết dung lợng truyển tải tổng cộng đến hàng chục ngàn Gigabít/s) Nguyên lý công nghệ thực -103- truyền đồng thêi c¸c tÝn hiƯu quang thc nhiỊu b−íc sãng kh¸c sợi quang Băng tần truyền tải thích hợp sợi quang đợc phân chia thành bớc sóng chuẩn với khoảng cách thích hợp bớc sóng (đà đợc chuẩn hóa tiêu chuẩn G.692 ITU-T), bớc sóng truyền tải 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 hệ thống truyền tải thông tin quang có dung lợng gấp nhiều lần so với hệ thống thông tin quang đơn bớc sóng Hiện tại, sản phẩm hệ thống truyền dẫn WDM đà đợc sản xuất nhiều hÃng sản xuất thiết bị viễn thông đà đợc triển khai mạng nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông giới b u điểm - Cung cấp hệ thống truyền tải quang có dung lợng lớn, đáp ứng đợc yêu cầu bùng nổ lu lợng loại hình dịch vụ - Nâng cao lực truyền dẫn sợi quang, tận dụng khả truyền tải hệ thống cáp quang đà đợc xây dựng c Nhợc điểm - Giá thành thiết bị đắt d Khả ứng dụng - ứng dụng phù hợp cho nơi cần tận dung lực truyền tải sợi quang - Nâng cấp dung lợng, thay hệ thống truyền tải quang có - ứng dụng cho nơi mà cần dung lợng hệ thống truyền tải lớn (mạng lõi, mạng đờng trục) 6.5 lựa chọn giải pháp công nghệ truy nhập Trong chơng 2,3,4,5 đà phân tích trình bầy phơng pháp mạng øng dơng kü tht ®a truy nhËp WDMA, TDMA, CDMA SCMA rút đợc nhận xét: * Mạng quang CDMA phức tạp với công nghệ cha hoàn toàn thực đợc * Các mạng quang ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập TDMA SCMA giải pháp tốt để xây dựng cấu trúc MAN LAN Công nghệ phù hợp với ứng dụng mạch vòng nội hạt thông qua mạng quang thụ động nh -104- : Mạng A-PON, mạng E-PON ứng dụng mang tính chất quảng bá nh CATV.v.v (cấu trúc, ứng dụng mạng đà đợc trình bày mục 3.2.6 ; mơc 3.3.3 ; mơc 4.3.1 vµ 4.3.2) * Nh− chơng đà phân tích, thời điểm kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo bớc sóng WDMA thích hợp cho việc xây dựng cấu trúc MAN với lý : ã Kỹ thuật đáp ứng đợc nhu cầu băng thông lớn ã Công nghệ đà tơng đối hoàn thiện đợc chuẩn hoá ã Đợc nhiều hÃng viễn thông lớn giới hỗ trợ phát triển công nghệ nh : Cisco, Nortel, Siemens * So sánh yếu tố liên quan đến lực truyền dẫn mạng truy nhập: Bảng 6.1 Kỹ thuật truyền dẫn từ tổng đài đến thuê bao (downstream) Kü tht trun dÉn Tèc ®é trun dÉn Dung lợng Đầu t ban đầu Khả cung cấp dịch vơ TDM SCM WDM ≤ 2,5Gb/s Cao ThÊp TÊt c¶ dịch vụ Băng rộng > 2,5Gb/s Vừa Thấp > 10Gb/s Rất cao Cao Tất dịch vụ băng rộng Chỉ cung cấp dịch vụ CATV Bảng 6.2 Kỹ thuật truy nhập từ thuê bao đến tổng đài (uptream) Kỹ thuật truy nhập Yêu cầu kỹ thuật Dung lợng Khả cung cấp dịch vụ WDMA SCMA TDMA CDMA Cao Võa ThÊp RÊt cao RÊt cao Võa Cao TÊt dịch vụ băng rộng Chỉ cung cấp dịch vụ CATV Tất dịch vụ băng rộng Rất cao Tất dịch vụ băng rộng Từ bảng 6.1 6.2 ta thấy việc lựa chọn kỹ thuật WDM áp dụng cho việc xây dựng mạng MAN cho phép cung cấp tất dịch vụ băng rộng với dung lợng tốc độ cao Do vậy, kỹ thuật đợc lựa chọn để tối u hoá dung lợng truyền dẫn từ tổng đài đến thuê bao truy nhập từ thuê bao đến tổng đài -105- Kỹ thuật WDM khắc phục đợc hạn chế kỹ thuật TDM tăng dung lợng truyền dẫn là: Không bị hạn chế tốc độ xử lý phần tử điện tử, không đòi hỏi nhiều trình xử lý phức tạp làm tăng chi phí thiết bị giảm độ tin cậy chung toàn hệ thống ảnh hởng trực tiếp đến phần tử thu phát quang nh giảm độ nhạy thu, dịch tần phổ phát, cạnh tranh mode Với khả ghép nhiều luồng tín hiệu có tốc độ bit khác để tăng dung lợng, đồng thời cho phép giảm bớt tán sắc tuyến truyền dẫn quang Cũng từ kết phân tích chơng ta thấy mạng chuyển mạch gói HORNET (Cấu trúc mạng đa chặng, sử dụng phơng thức đa truy nhập theo bớc sóng thời gian - T/WDMA) hoàn toàn phù hợp cho việc xây dựng MAN chuyển mạch gói dung lợng cao Xét nhu cầu lu lợng chuyển mạch gói vài năm tới địa bàn Hà Nội ta thấy triển khai cấu hình mạng HORNET 16 nút mạng sử dụng bớc sóng, tốc độ liệu bớc sóng 2.5 Gb/s (tốc độ mạng 10 Gb/s) phù hợp (Công nghệ cấu trúc mạng HORNET đà đợc trình bày mục 2.4.2.2) 6.6 số tiêu xây dựng mạng Mạng MAN đợc xây dựng tổ hợp công nghệ truyền dẫn, công nghệ chuyển mạch, định tuyến đợc lựa chän Do vËy ta cã thĨ nãi lµ lùa chän giải pháp công nghệ xây dựng mạng MAN dựa tổ hợp công nghệ truyền dẫn, chuyển mạch để đạt đợc tiêu chí cụ thể đề trớc xây dựng mạng Để xác định công nghệ đợc lựa chọn trớc hết cần phải xác định đợc tiêu chí chủ yếu cho việc xây dựng mạng Các tiêu chí chủ yếu là: Năng lực truyền tải mạng, giá thành mạng, khả nâng cấp mở rộng Năng lực truyền tải mạng tiêu quan trọng cần đạt đợc xây dựng mạng Nó đợc cấu thành số yếu tố nh trễ mạng, khả bảo vệ, thông lợng, hiệu suất băng thông, độ khả dụng mạng ã Trễ mạng: Bao gồm tợng trễ bảo vệ phục hồi, trễ truyền tải thông tin đợc truyền qua nhiều thành phần mạng Cấu trúc tô pô mạng, kích cỡ mạng nh cờng độ lu lợng truyền tải mạng yếu tố ảnh -106- hởng lớn đến trễ mạng Công nghệ Ethernet có thời gian trễ phục hồi ngắn nhng trễ truyền tải lớn Trong công nghệ RPR, Hornet có giá trị trễ truyền tải nhỏ so với NG SDH áp dụng chức chuyển gói ã Thông lợng: Thông lợng đợc định nghĩa tổng số lu lợng có ích đợc truyền tải thành công tổng số lu lợng cần truyền tải khoảng thời gian xác định Lu lợng có ích đợc xem nh lu lợng thực ứng dụng truyền vào mạng mà không tính đến lu lợng định dạng khung truyền tải, lu lợng tin quản lý, điều khiển mạng Lu lợng sinh phần tiêu đề khung liệu tin quản lý điều khiển mạng thay đổi tuỳ theo công nghệ khác nhau, thông thờng chiếm dới 15 % tổng số lu lợng cần truyền phụ thuộc vào kích cỡ gói số liệu ã Độ dự phòng tính khả dụng: Độ dự phòng tính khả dụng hai yêu cầu quan trọng cần phải đạt đợc mạng MAN cách thực áp dụng nhiều cách khác nhiều phân lớp mạng khác phối hợp phân lớp Dự phòng thiết bị mạng ứng dụng phạm vi toàn mạng nhằm đảm bảo tính khả dụng mạng, rút ngắn thời gian hỏng hóc trung bình Xét khía cạnh cấu trúc tô pô giải pháp công nghệ áp dụng để triển khai mạng việc ứng dụng giao thức mạng nh giao thức định tuyến IP, thuật toán định tuyến hình cây, giao thức chuyển mạch vòng ring hớng BHSR, giao thức bảo vệ mạng SCCP, giao thức bảo vệ đoạn chia sẻ vòng ring MS SPRing đợc xem xét áp dụng nhằm cải thiện độ khả dụng mạng Mỗi phơng thức trì mạng có công cụ cách thức riêng để thực hiện, nhiên áp dụng phối hợp hoạt động trì mạng vấn đề cần phải xem xét cách thận trọng sở phân tích kỹ chế vận hành mạng dựa vào giải pháp công nghệ đợc áp dụng ã Giá thành mạng: Giá thành xây dựng mạng MAN bao gồm hai phần chủ yếu: giá thành xây dựng mạng sở giải pháp công nghệ đợc lựa chọn giá thành quản lý bảo dỡng mạng Thực tế xây dựng mạng xảy hai trờng hợp: xây dựng mạng có sở hạ tầng mạng truyền dẫn SDH cũ Hai xây dựng mạng cung cấp dịch vụ hoàn toàn Thông thờng hay lựa chọn phơng án thứ việc tính toán -107- lựa chọn công nghệ, giá thành phải cân nhắc với mục đích giảm thiểu chi phí đầu t mạng mà đạt đợc yêu cầu ã Tính an toàn dịch vụ: Tính an toàn dịch vụ vấn đề cần phải quan tâm việc xây dựng mạng MAN Giải pháp công nghệ cần đáp ứng đợc khả cung cấp truyền tải lu lợng ngời sử dụng mà không ảnh hởng tới tình trạng cung cấp dịch ngời sử dụng khác sở hạ tầng mạng Ngoài mạng cần có giải pháp đề phòng tới khả công theo kiểu từ chối dịch vụ phần tử phá hoại nhằm đảm bảo việc tuân thủ điều khoản cam kết ngời sử dụng ã Sự vững mạng khả cung cấp từ đầu đến cuối: Đảm bảo QoS cho loại hình dịch vụ yêu cầu quan giải pháp công nghệ mạng Cả ngời sử dụng nhà cung cấp dịch vụ mong muốn tận dụng băng thông cách tối đa đảm bảo thoả thuận ràng buộc với điều khoản cam kết đảm bảo chất lợng Cơ chế đảm bảo chất lợng cần phải kiểm soát đợc thông số chất lợng dịch vụ nh trễ, jitter, tỷ lệ gói nhằm đạt hiệu suất cao sử dụng tài nguyên nh trì tính liên tục cung cấp dịch vụ có nguy xảy tình trạng tắc nghẽn ã Khả nâng cáp mạng Khả nâng cấp mạng yếu tố cần phải quan tâm xây dựng mạng đa vào sử dụng, trình phát triển công nghệ nh phát triển dịch vụ mạng cần phải đợc nâng cấp mở rộng Chi phí nâng cấp mở rộng mạng đợc xem xét dựa tiêu chí sử dụng đợc nhiều sở hạ tầng cũ mạng tốt Ngoài điều cần phải quan tâm xét đến đặc thù nâng cấp mạng Nếu nh xét việc nâng cấp mạng khía cạnh tăng dung lợng băng thông phát triển dịch vụ hầu hết giải pháp công nghệ đáp ứng yêu cầu Tuy nhiên tơng lai ta đoán trớc đợc mức độ tác động tích hợp giải pháp công nghệ áp dụng cho mạng MAN tới giá thành thiết bị cần có yêu cầu tính thiết bị cần có yêu cầu tính thiết bị 6.7 Đề xuất cấu hình ứng dụng mạng MAN Dựa mạng cáp sợi quang Bu điện Hà Nội thiết lập mạng MAN kiểu ring sử dụng công nghệ HORNET 16 nút mạng, bớc -108- sóng, tốc độ mạng 10 Gb/s Mạng mang lu lợng chuyển mạch gói hoạt động song song với mạng SDH đà có Danh sách 16 nút vòng ring MAN Nút 1- 75 Đinh Tiên Hoàng ; Nút - Host Cầu Giấy ; Nút - Host L¸ng Trung; Nót 4- Host Ngun Du; Nót - Host Yªn Phơ ; Nót 6- Host Hùng Vơng ; Nút 7- Host Lạc Trung, Nút - Host Trần Khát Chân; Nút Host Mai Hơng ; Nót 10 - Host Gi¸p B¸t ; Nót 11- Host Kim Liên ; Nút 12 Host Ô chợ Dừa; Nút 13- Host Thợng Đình; Nút 14- Host Đức Giang; Nút 15- Host Đông Anh; Nút 16 - Host Nam Thăng Long Mạng NGN -VTN GE GE POP (Router) GE AN 16 AN MAN 16 nót , b−íc sóng, tốc độ mạng 10Gb/s AN GE AN GE AN GE Hình 6.5 Sơ đồ triển khai MAN ứng dụng công nghệ HORNET mạng Hà Nội Thực chuyển lu lợng sang MAN theo nguyên tắc sau : * Kết nối tổng đài ATM +IP mạng truyền số liệu, ATM switch BRAS mạng truy nhập băng rộng, kết nối đến mạng lõi NGN VTN đợc đấu chuyển sang MAN * Các tổng đài cha có giao diện ATM giao diƯn IP vÉn sư dơng m¹ng SDH -109- * Khi lắp đặt nâng cấp tổng đài sang hệ NGN, lắp đặt ATMswitch cho mạng truy nhập băng rộng ADSL, lắp đặt tổng đài truyền số liệu ATM+IP đấu nối đến MAN không qua mạng SDH Hiện thiết bị băng rộng mạng mạng lõi ATM, nhiên có khả cung cấp đợc giao diƯn Gigabit Ethernet (GE), vËy ta cã thĨ chän giao diện kết nối đến MAN GE hoàn toàn phù hợp tơng thích với thiết bị có mạng -110- Kết luận Đề tài bao gồm chơng bắt đầu việc nghiên cứu phần tử ứng dụng mạng quang đa truy nhập, tiếp đến chơng 2, 3, 4, tập trung vào việc phân tích công nghệ đa truy nhập cuối chơng đề xuất mạng MAN ứng dụng mạng Viễn thông Bu điện Thành phố Hà Nội Qua việc nghiên cứu phân tích kỹ thuật đa truy nhập WDMA, TDMA, SCMA, CDMA chóng ta nhËn thÊy: Ngo¹i trõ kü tht ®a truy nhËp theo m· CDMA rÊt khã kh¶ thi thơng mại thời điểm tồn hạn chế định mặt công nghệ (nh khả tạo xung ánh sáng cực ngắn có chu kỳ tới pico femto giây), kỹ thuật đa truy nhập lại có bớc phát triển mạnh mẽ Công nghệ truy nhập TDMA, SCMA phát triển mạnh theo hớng ứng dụng mạch vòng nội hạt thông qua mạng quang thụ động nh : Mạng A-PON, mạng E-PON ứng dụng mang tính chất quảng bá nh CATV.v.v Công nghệ WDMA đợc phát triĨn rÊt m¹nh theo h−íng øng dơng cho LAN, MAN chuyển mạch gói, công nghệ phù hợp cho việc phát triển mạng Viễn thông đại Chơng luận văn đề xuất mạng MAN ứng dụng cho mạng chuyển mạch gói địa bàn Hà Nội Tuy nhiên công nghệ cha đợc chuẩn hoá cha đợc thơng mại hoá nhiều thị trờng việc nghiên cứu đề xuất mang nhiều định tính, hớng đề tài nghiên cứu tính toán mối quan hệ kích thớc mạng, số bớc sóng, số nút mạng, giao thức chất lợng dịch vụ chuyển tải qua mạng MAN -111- Tài liệu tham kh¶o [1] [2] [3] [4] Denis J.G.Mestdagh,“Fundamentals of Multiaccess Optical Fiber Network , 1995 ARTECH HOUSE, INC Vũ Văn San, Hệ thống thông tin quang tập , Nhà xuất Bu điện, 12 2003 Vũ Văn San, Hệ thống thông tin quang tập , Nhà xuất Bu điện, 12 2003 Ramaswamin, R, et, al Tunability needed in multi - channel networks: Transmiter, Receivers or both ?.” IBM R Research Report , RC16237 (# 72046), oct 1990 [5] Lu , J, et, al “ On the performance of wavelength division multiple access networks” 1992 [6] Ulrich Killat “Access to B-ISDN via PONs –ATM communication in Practice” 1996 [7] National communication systems –technical information Bulletin 00-7 “All optical network –AON ” may 2000 [8] Erik weis , T-Nova Systems GmbH – EURESCOM Project P1117 “Future access Networks –FAN” may 2003 [9] EURESCOM Project P614 “Implementation Strategies for advanced access networks” April 1999 [10] Milan Mihailo Kovacevic “HONET: An integrated services wavelength division optical network” 1995 [11] Martin Maier “ Architecture and Access protocol for wavelength – selective single-hop packet switched MAN” Berlin 2003 [10] Christophe Jelger “Characterisation of a wavelength division Multi-ring network” Dep of Electrical & Electronic Eng University of Wales Swansea 9-2001 ... thức mạng ứng dụng kỹ thuật WDMA Chơng nghiên cứu kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo sóng mang phụ SCMA tìm hiểu đặc điểm kỹ thuật đa truy nhập sóng mang phụ đơn kênh, kỹ thuật đa truy nhập. .. kỹ thuật, số kỹ thuật đa truy nhập quang nhằm tạo sở khoa học cho việc thiết kế ứng dụng mạng quang đa truy nhập, nội dung luận văn bao gồm: Chơng giới thiệu số phần tử sử dụng mạng quang đa truy. .. tiếp mạng CDMA quang kết hợp đặc điểm mạng sử dụng kỹ thuật CDMA quang Chơng đề xuất khả ứng dụng mô hình ứng dụng MAN mạng Bu điện Hà nội để chuyển tải lu lợng cho mạng băng rộng bớc thay mạng truy? ??n