Kỹ thuật đồng bộ 1588v2 trong mạng thế hệ sau (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - LÊ ĐỨC VƯỢNG KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ 1588V2 TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – Năm 2012 Luận văn hồn thành HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đức Thủy Phản biện 1: …………………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Hiện xu hướng tích hợp dịch vụ chạy sở hạ tầng ngày rõ rệt Đó mạng NGN Mạng NGN mạng gói IP kết hợp với cơng nghệ giao thức chuyển mạch nhãn MPLS Đặc biệt, dịch vụ triển khai dành cho di động dần tích hợp vào hệ thống IP/MPLS khơng cịn cung cấp mạng truyền dẫn TDM Việc sử dụng mạng truyền tải IP/MPLS cho di động phải có yêu cầu đồng chặt so với yêu cầu đối dịch vụ khác triển khai qua mạng IP/MPLS dịch vụ HSI, BTV Đối với đồng triển khai qua mạng TDM kiểm chứng tính tin cậy độ xác Tuy nhiên truyền tải cơng nghệ gói việc lựa chọn kỹ thuật đồng phương thức triển khai phải nghiên cứu kỹ lưỡng Trên giới có số giao thức đồng sử dụng cho mạng gói giao thức định thời mạng NTP, giao thức thời gian xác PTP Giao thức NTP có độ xác khoảng 10-3 Trong đó, giao thức PTP 1588v2 giao thức đồng gói tin có độ xác cao khoảng 10-8, đáp ứng yêu cầu cho hệ thống mạng mà có yêu cầu cao đồng mạng 2G, 3G truyền tải qua hạ tầng IP/MPLS Chính giao thức 1588v2 xu hướng số nhà khai thác dịch vụ nghiên cứu áp dụng vào việc đồng thành phần thiết bị mạng gói để tích hợp chung dịch vụ hạ tầng Xuất phát từ yêu cầu đồng mạng NGN đặc biệt nhờ hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình thầy TS Nguyễn Đức Thủy tơi nghiên cứu, tìm hiểu hồn thành Luận văn với đề tài: “Kỹ thuật đồng 1588v2 mạng hệ sau” Luận văn trình bày sau: - Chương 1: “Tổng quan đồng bộ” trình bày vai trị đồng mạng viễn thông, phân loại đồng bộ, tham số đánh giá chất lượng đồng phân cấp đồng - Chương 2: “Kỹ thuật đồng 1588v2” trình bày mơ hình kỹ thuật 1588v2, loại tin trao đổi thông tin đồng bộ, chế tính tốn trễ chế độ hoạt động đồng - 1588v2 Chương 3: “Kỹ thuật đồng 1588v2 mạng hệ sau” trình bày yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đồng 1588v2 NGN, điểm cần ý triển khai 1588v2 NGN, đồng thời đưa số đo để kiểm tra chất lượng đồng 1588v2 - Kết luận hướng nghiên cứu NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG BỘ 1.1 Vai trò đồng mạng viễn thơng Mục đích đồng để tránh liệu tránh yêu cầu truyền lại liệu Đồng cung cấp tín hiệu thời gian xác tới phần tử mang để trì tính tồn vẹn thơng tin trình truyền Mạng đáp ứng yêu cầu đồng đảm bảo: - Sử dụng băng thông hiệu tối đa Giảm lưu lượng tải mạng cải thiện chất lượng dịch vụ - QoS Giảm chi phí trì mạng thời gian chết Khi chất lượng đồng làm giảm độ hiệu dụng mạng vì: - Rớt gọi - Chất lượng thoại thấp Dữ liệu bị mất, dẫn đến phải truyền lại gây lãng phí băng thơng 1.2 Phân loại đồng 1.2.1 Phân loại theo phương thức truyền tín hiệu - Phương thức truyền tín hiệu đồng mạng TDM - Phương thức truyền tín hiệu đồng mạng gói 1.2.2 Phân loại theo cách thức đồng - Đồng theo tần số - Đồng theo pha Đồng theo thời gian 1.3 Các tham số đánh giá đồng 1.3.1 Khái niệm TE TIE Sai số thời gian TE đồng hồ thời gian định biểu diễn khác thời gian đồng hồ cần tham chiếu thời gian đồng hồ chuẩn Sai số khoảng thời gian TIE sai khác khoảng thời gian quan sát thời gian đồng hồ thời gian tín hiệu chuẩn 1.3.2 MTIE TDEV MTIE xác định sai số thời gian cực đại tín hiệu khoảng thời gian quan sát TDEV biểu diễn độ lệch thời gian tín hiệu mong đợi hàm với biến thời gian quan sát τ tương ứng với MTIE TDEV tham số cửa sổ trượt sử dụng ba cửa sổ phân tầng trượt qua liệu 1.3.3 ZTIE (MATIE) MAFE MATIE đánh giá biến đổi pha trường hợp xấu đồng hồ tớ MATIE có hai cửa sổ quan sát kề trượt qua liệu cần đánh giá Giá trị cửa sổ giá trị trung bình giá trị khác cực đại hai giá trị trung bình hai cửa sổ liền kề MATIE MAFE đánh giá sai số tần số trường hợp xấu đồng hồ tớ Trong MAFE, khác giá trị cửa sổ quan sát biểu diễn thành đường nghiêng, đường xác định sai số tần số trung bình Hình 1-11 ví dụ tính tốn tham số MAFE Hình 1-11 Ví dụ tính tốn MAFE với cửa sổ quan sát τ = 3000s 1.4 Mặt nạ đồng Mặt nạ áp dụng cho tham số MTIE TDEV tín hiệu khác để đánh giá khả mạng có đáp ứng jitter wander phần tử mạng hay giao diện node mạng hay không 1.5 Các phân cấp đồng - Phân cấp PRC - Phân cấp SSU Phân cấp SEC - Phân cấp Master Phân cấp Slave CHƯƠNG KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ 1588v2 2.1 Mơ hình phân cấp đồng Master-Slave PTP Mơ hình phân cấp chủ-tớ đơn giản PTP minh họa Hình 2-1 Hình 2-1 Mơ hình phân cấp chủ-tớ PTP 2.1.2 Kỹ thuật trạng thái giao thức Các trạng thái xác định phân cấp chủ-tớ bao gồm: - MASTER: Cổng nguồn thời gian tuyến - SLAVE: Cổng đồng tới thiết bị tuyến trạng thái MASTER - PASSIVE: Cổng khơng đóng vai trị MASTER tuyến khơng đồng đến MASTER 2.1.3 Thuật toán đồng hồ chủ tốt PTP sử dụng thuật toán BMC để lựa chọn đồng hồ chủ mạng tồn nhiều đồng hồ đóng vai trị làm đồng hồ chủ Thuật toán đồng hồ chủ tốt bao gồm thuật toán riêng biệt thuật toán so sánh tập liệu thuật toán định trạng thái 2.1.3.1 Thuật toán so sánh tập liệu Thuật toán so sánh tập liệu dựa việc so sánh đôi thuộc tính sau: Priority1, clockClass, clockAccuracy, offsetScaledLogVariance, priority2 clockIdentity 2.1.3.2 Thuật toán định trạng thái Thuật toán định trạng thái xác định trạng thái cổng theo yêu cầu Trạng thái cổng MASTER, SLAVE hay PASSIVE dựa vào kết thuật toán so sánh tập liệu 2.2 Nguyên lý hoạt động giao thức 1588v2 2.2.1 Các tin giao thức 1588v2 Giao thức PTP bao gồm tin kiện tin chung Các tin kiện tin đánh thời gian, mốc thời gian xác tạo hai phía truyền dẫn thu nhận Các tin chung không yêu cầu mốc thời gian xác Các tin kiện bao gồm: Sync, Delay_Req, Pdelay_Req Pdelay_Resp Các tin chung bao gồm: Announce, Follow_Up, Delay_Resp, Pdelay_Resp_Follow_Up, Management Signaling 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.2.1 Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ Hình 2-5 trình bày nguyên lý kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ Hình 2-5 Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ đo trễ truyền trung bình cặp cổng PTP, cổng hỗ trợ kỹ thuật trạng thái Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ sử dụng tin Sync, Delay_Req, Delay_Resp tin Follow_Up để thực tính tốn Hình trình bày nguyên lý hoạt động kỹ thuật Kỹ thuật yêu cầu – đáp ứng trễ thực độc lập miền hỗ trợ hai đồng hồ 2.2.2.2 Kỹ thuật trễ ngang hàng Kỹ thuật trễ ngang hàng đo đạc thời gian truyền từ cổng đến cổng trễ đường truyền hai cổng thơng tin với có hỗ trợ kỹ thuật trễ ngang hàng 10 2.3.1 Chế độ unicast Chế độ unicast thực có u cầu truyền unicast Hình 2-7 ví dụ minh họa cho việc truyền unicast Hình 2-7 Ví dụ trao đổi tin unicast Để nhận dịch vụ liên tục, đồng hồ tớ phải phát yêu cầu trước hết chu kì cấp 2.3.2 Chế độ multicast Trong chế độ multicast đồng hồ chủ tự động quảng bá thơng tin tin Announce Cơ chế multicast sử dụng kỹ thuật yêu cầu – trả lời trễ 11 Hình 2-9 Kỹ thuật truyền thời gian chế độ multicast 12 CHƯƠNG ĐỒNG BỘ 1588v2 TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 3.1 Tổng quan đồng mạng hệ sau 3.1.1 Tổng quan mạng hệ sau Theo ITU-T, mạng hệ sau định nghĩa mạng dựa gói cung dịch vụ bao gồm dịch vụ viễn thông cho phép sử dụng công nghệ truyền tải đa băng rộng, hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS, chức liên quan đến dịch vụ độc lập với công nghệ truyền tải liên quan Mạng cung cấp khả truy nhập không hạn chế từ người dùng đến nhà cung cấp dịch vụ khác Nó hỗ trợ tính di động, cho phép cung cấp dịch vụ tới người dùng cách quán rộng khắp 3.1.2 Đồng mạng hệ sau 3.1.2.1 Định thời dịch vụ TDM mạng hệ sau - Dịch vụ CES (dịch vụ mô kênh) dịch vụ yêu cầu cung cấp đồng mạng gói CES đưa mơ dịch vụ TDM Nx64 kbps, T1/E1, T3/E3 qua mang truyền tải gói Dịch vụ TDM yêu cầu đồng hồ kết cuối phát nhận kênh T1/E1 phải đồng theo chuẩn ITU-T G.823/824 Dịch vụ MobileBackhaul thành phần dịch vụ CES, yêu cầu định thời cho trạm gốc có khía cạnh sau: - u cầu đồng hồ dịch vụ cho việc truyền tải kênh TDM mà có kết cuối trạm gốc - Các trạm gốc không dây yêu cầu đồng tần số vô tuyến phục vụ chỉnh RF chuyển giao gọi di động 13 - Các trạm gốc GSM UMTS phụ thuộc vào định thời vòng qua kênh T1/E1 để nhận tần số Tuy nhiên việc chuyển đổi từ truyền tải Ethernet tạo gián đoạn phân phối định thời, điều phải ý để hoạt động đồng trạm gốc xác 3.1.2.2 Định thời dịch vụ NGN - Đo kiểm hiệu - Tính cước (billing) - Khắc phục cố trì mạng Các dịch vụ thời gian thực 3.1.3 Mơ hình đồng PTP mạng hệ sau 3.1.3.1 Vì sử dụng PTP mạng hệ sau - Độ xác cao Chi phí thấp, dễ triển khai - Tích hợp vào hệ thống có 3.1.3.2 Mơ hình đồng PTP mạng hệ sau Mơ hình đồng PTP mạng hệ sau minh họa Hình 3-3 14 Hình 3-3 Mơ hình đồng PTP mạng hệ sau 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng đồng 1588v2 mạng truyền tải gói Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đồng 1588v2 mạng truyền tải gói bao gồm: - Trễ - Biến động trễ PDV (Packet Delay Variation): Đây yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng đồng 1588v2 - Tỉ lệ gói 3.3 Đồng PTP mạng hệ sau Khi triển khai đồng PTP mạng hệ sau cần ý điểm sau 15 3.3.1 Điểm đặt vị trí đặt Grand Master Hình 3-4 Các vị trí đặt PRC mạng 3.3.2 Phân bổ quỹ chất lượng Trong giao thức PTP, phần tử hệ thống góp phần làm giảm chất lượng đồng hồ đầu ra, hình 3-5 Hình 3-5 Nhiễu phần tử PTP Để xác định yêu cầu chất lượng cho phần tử phần tử khác vài loại quỹ trình sử dụng để phân đoạn tồn u cầu chất lượng ứng dụng Ví dụ, yêu cầu ứng dụng chia sử dụng Hình 3-6 chóp sau: 16 Hình 3-6 Cấp phát quỹ nhiễu dạng chóp 3.3.3 Yêu cầu chất lượng đồng hồ GM Để đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ, đặc biệt triển khai dịch vụ 2G, 3G qua mạng gói đồng hồ grandmaster có dịch tần số phải khơng lớn 0.5ppb Như nguồn tham chiếu đồng hồ GM phải có độ xác cao Điều đáp ứng sử dụng nguồn tham chiếu cho đồng hồ GM đồng hồ PRC Các đồng hồ có độ xác tốt phần 1011 3.3.4 Các đồng hồ chủ phân tán Thông thường, lượng nhiễu mạng gây tăng theo số lượng phần tử mạng đồng hồ chủ PTP đồng hồ tớ PTP Vì thế, việc giảm thiểu số lượng phần tử mạng đồng hồ chủ PTP đồng hồ tớ PTP cách để giảm nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng đồng Điều thực cách phân bố đồng hồ GM vị trí mạng, sử dụng đồng hồ biên BC đặt vị trí thích hợp để làm kết cuối luồng định thời, tái tạo lại tín hiệu cho phân đoạn mạng Ví dụ, Hình 3-7, tốt đặt đồng hồ TC sau phần tử để sử dụng cho mạng gồm 10 phần tử 17 Hình 3-7 Phân bố đồng hồ chủ 3.3.5 Dự phịng cho đồng Hình 3-8 Dự phòng đồng hồ chủ PTP - Sử dụng thuật tốn BMC để tự động tính tốn đồng hồ chủ tốt 18 - Hoặc cấu hình tĩnh tới đồng hồ chủ thay đồng hồ chủ có cố 3.3.6 Tốc độ phát tin đồng PTP Tốc độ phát tin đồng PTP điều chỉnh tự động để thích ứng với điều kiện thay đổi mạng Tốc độ phát yêu cầu phụ thuộc vào số yếu tố, ví dụ chất lượng thiết bị đồng hồ tớ PTP, độ ổn định dao động nội đồng hồ tớ PTP, hay nhiễu mạng Mặc định nên để tốc độ phát tin 16 tin Sync giây, sau tăng giảm tốc độ theo yêu cầu 3.3.7 Chất lượng dịch vụ Khi đặc tính QoS sử dụng, điều kiện sau tuân theo: - Nếu có dành trước băng thơng phải đảm bảo đáp ứng đủ băng thông cấp cho lưu lượng đồng Tuy nhiên, việc định cỡ băng thơng để tính tốn tài ngun phần tử - mạng yêu cầu hàng đợi gây trễ hàng đợi Không áp Shaping lưu lượng lưu lượng tin - PTP Điều gây thêm trễ cho tin đồng Nếu sử dụng quản lý hàng đợi đầu ra, khuyến nghị sử dụng kĩ thuật độ ưu tiên chặt Giá trị ưu tiên dành cho lưu lượng đồng nên đặt mức cao (nên đặt giá trị CoS mạng Ethernet giá trị EXP mạng sử dụng giao thức MPLS 6) Nếu sử dụng RR (Round Robin) WFQ (Weighted Fair Queuing) dẫn đễn trễ cho gói tin định thời chờ đến lượt xử lý Các trễ thay đổi tùy thuộc vào thuật toán thực WFQ RR 19 3.4 Một số đo đánh giá chất lượng tín hiệu đồng theo chuẩn 1588v2 3.4.1 Sơ đồ đo Sơ đồ đo minh họa Hình 3-9 Hình 3-9 Sơ đồ đo PTP Việc đo kiểm tiến hành với tham số sau đây: + Đo TIE, MTIE MRTIE (như mô tả ITU-T G.823) ITUT G.824 + Đo độ xác tần số (giá trị đo độ xác tần số thời gian tích hợp phụ thuộc vào thiết bị đầu cuối liên quan) + Đo độ xác đỉnh đỉnh TOD 20 3.4.2 Các đo - Đo chất lượng tín hiệu đồng trường hợp tải tĩnh Đo chất lượng tín hiệu đồng lưu lượng mạng thay đổi - nhanh Đo chất lượng tín hiệu đồng lưu lượng mạng thay đổi - chậm Đo kiểm ảnh hưởng có gián đoạn mạng - Kiểm tra ảnh hưởng nghẽn mạng đến chất lượng đồng - Kiểm tra chất lượng đồng định tuyến thay đổi 3.5 Kết đo chất lượng đồng PTP thực tế 3.5.1 Kết qua phần tử mạng Sơ đồ đo: Hình 3-12 Sơ đồ đo PTP qua phần tử Kết đo: Kết đo MTIE 21 Hình 3-14 Kết MTIE qua phần tử mạng Kết đo TDEV Hình 3-15 Kết TDEV qua phần tử mạng Kết đo PDV Hình 3- 16 Kết đo PDV hướng thuận qua phần tử mạng 22 3.5.2 Kết đo chất lượng đồng qua 11 phần tử mạng Sơ đồ đo: Hình 3-18 Sơ đồ đo chất lượng đồng qua 11 phần tử Kết đo: Kết đo MTIE Hình 3-20 Kết đo MTIE qua 11 phần tử mạng Kết đo TDEV 23 Hình 3-21 Kết đo TDEV qua 11 phần tử mạng Kết đo PDV với mặt nạ 15ppb Hình 3-22 Kết đo PDV hướng thuận áp mặt nạ 15ppb qua 11 phần tử mạng 24 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Kết luận: Đồng có vai trị quan trọng mạng viễn thông Đảm bảo chất lượng đồng yêu cầu tiên để triển khai dịch vụ, giúp cải thiện hiệu mạng Khi chất lượng đồng không đảm bảo làm giảm hiệu mạng, tăng chi phí đầu tư giảm lợi nhuận PTP cơng nghệ đồng có độ xác cao, sử dụng mạng NGN PTP đáp ứng yêu cầu độ xác tất dịch vụ triển khai mạng NGN, từ dịch vụ TDM truyền thống đến dịch vụ nên gói Việc triển khai PTP mạng NGN lựa chọn tối ưu cho nhà khai thác dịch vụ viễn thông Triển khai PTP mạng NGN cần ý nhiều khía cạnh định cỡ mạng, dự phịng đồng hồ chủ, sách QoS Hướng nghiên cứu tiếp theo: PTP có ưu điểm đáp ứng yêu cầu đồng mạng NGN Tuy nhiên đồng PTP có hạn chế việc ảnh hưởng nhiều vào biến động trễ PDV mạng gói Vì số trường hợp mà khoảng cách đồng hồ chủ đồng hồ tớ lớn sử dụng PTP không đáp ứng yêu cầu chất lượng đồng dịch vụ yêu cầu chất lượng đồng cao Khi sử dụng giải pháp kết hợp giao thức đồng mạng NGN SynE PTP Ngoài ra, việc kiểm tra chất lượng đồng quan trọng Vì cần nghiên cứu, đề xuất đo hoàn chỉnh để đánh giá chất lượng đồng PTP điều kiện mạng khác chất lượng đồng sử dụng giải pháp kết hợp giao thức đồng mạng NGN ... 2-9 Kỹ thuật truyền thời gian chế độ multicast 12 CHƯƠNG ĐỒNG BỘ 1588v2 TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 3.1 Tổng quan đồng mạng hệ sau 3.1.1 Tổng quan mạng hệ sau Theo ITU-T, mạng hệ sau định nghĩa mạng. .. cấp đồng - Chương 2: ? ?Kỹ thuật đồng 1588v2? ?? trình bày mơ hình kỹ thuật 1588v2, loại tin trao đổi thông tin đồng bộ, chế tính tốn trễ chế độ hoạt động đồng - 1588v2 Chương 3: ? ?Kỹ thuật đồng 1588v2. .. tài: ? ?Kỹ thuật đồng 1588v2 mạng hệ sau? ?? 2 Luận văn trình bày sau: - Chương 1: “Tổng quan đồng bộ? ?? trình bày vai trị đồng mạng viễn thông, phân loại đồng bộ, tham số đánh giá chất lượng đồng phân