Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm đề xuất một số giải pháp backhaul tốc độ cao sử dụng quang vô tuyến và khả năng ứng dụng trên hạ tầng mạng VNPT Bắc Ninh. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của Luận văn này. Mời các bạn cùng tham khảo!
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - PHẠM TÙNG SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP BACKHAUL LAI GHÉP QUANG VÔ TUYẾN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VNPT BẮC NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – NĂM 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - PHẠM TÙNG SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP BACKHAUL LAI GHÉP QUANG VÔ TUYẾN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VNPT BẮC NINH Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông Mã số : 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐẶNG THẾ NGỌC HÀ NỘI – NĂM 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Hà Nội, tháng năm 2020 Tác giả luận văn Phạm Tùng Sơn ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, học viên xin cảm ơn tới khoa Đào tạo sau đại học – Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thơng thầy, cô giảng dạy trực tiếp giúp đỡ, truyền đạt cho tơi nhiều kiến thức bổ ích cho cơng việc thực tế thân nhƣ đúc kết kiến thức vào luận văn Đặc biệt, học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Đặng Thế Ngọc, ngƣời thầy tận tình hƣớng dẫn, bảo tận tình, chu đáo có nhận xét, góp ý quý báu giúp em suốt trình thực luận văn luận văn đƣợc hoàn thành Học viên xin gửi lời cảm ơn tới các anh, chị Trung tâm Điều hành Thông tin - Viễn thông Bắc Ninh giúp đỡ chuyên môn tạo điều kiện thời gian để học viên thực luận văn Học viên xin gửi lời cảm ơn tới anh/chị đồng nghiệp lãnh đạo viễn thông Bắc Ninh giúp đỡ suốt trình tìm hiểu thực Xin chân thành cảm ơn anh, chị bạn bè thuộc lớp cao học M18CQTE02-B động viên, giúp đỡ học viên thời gian học tập q trình hồn thiện luận văn Mặc dù cố gắng hoàn thành luận văn, nhƣng với thời gian khả có hạn, nên luận văn khơng thể tránh khỏi cịn thiếu sót, hạn chế Học viên mong đƣợc góp ý chân thành thầy, bạn để bổ sung hồn thiện trình nghiên cứu vấn đề Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng năm 2020 Phạm Tùng Sơn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ .viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BACKHAUL VÀ BACKHAUL DI ĐỘNG 1.1 Khái niệm chung 1.2 Backhaul di động 1.2.1 Các công nghệ triển khai IP RAN 1.2.2 Các chế đồng 1.2.3 Chất lƣợng dịch vụ IP RAN 1.2.4 Các chế dự phòng 12 1.3 Một số yêu cầu cho mạng backhaul hệ (5G) 13 1.3.1 Tăng tốc độ cho thiết bị đầu cuối 13 1.3.2 Tăng lƣu lƣợng 15 1.3.3 Các loại thiết bị mới, dịch vụ mới, kiến trúc 17 1.4 Kết luận chƣơng 19 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ GIẢI PHÁP TRUYỀN DẪN BACKHAUL LAI GHÉP QUANG VÔ TUYẾN 21 2.1 Giới thiệu 21 2.2 Tổng quan mạng backhaul PON 21 2.2.1 Kiến trúc hệ thống backhaul di động PON 21 2.2.2 Những đáp ứng kỹ thuật 23 2.2.3 Ƣu điểm GPON mạng backhaul di động 27 2.2.4 Mạng backhaul di động PON hệ (WDM-PON) 28 2.3 Một số giải pháp backhaul lai ghép PON/quang vô tuyến 29 2.3.1 Backhaul lai ghép TDM-PON/FSO 29 2.3.2 Backhaul lai ghép WDM-PON/FSO 30 2.3.3 Backhaul lai ghép WDM-PON/RF 31 2.4 Kết đánh giá giải pháp 31 iv 2.4.1 Backhaul lai ghép TDM-PON/FSO 31 2.4.2 Backhaul PON - WDM sợi quang lai ghép FSO, RF 35 2.5 Kết luận chƣơng 41 CHƢƠNG 3: HIỆN TRẠNG HẠ TẦNG VÀ GIẢI PHÁP BACKHAUL LAI GHÉP QUANG VÔ TUYẾN CHO VNPT BẮC NINH 42 3.1 Giới thiệu tổng quan Bắc Ninh 42 3.1.1 Các điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội Bắc Ninh 42 3.1.2 Cơ sở hạ tầng mạng backhaul VNPT Bắc Ninh 43 3.1.3 Đánh giá chung 48 3.2 Đề xuất giải pháp backhaul tốc độ cao cho VNPT Bắc Ninh 49 3.2.1 Giải pháp mạng backhaul lai ghép TDM-PON/FSO 49 3.2.2 Giải pháp mạng backhaul lai ghép WDM-PON/FSO 52 3.3 Kết luận chƣơng 57 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 v DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AR Adaptive Rate Tốc độ thích ứng AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hoá tiên tiến ASG Aggregation Site Gateway Cổng gom tập trung BDF Bit-Direction Fault Detection Phát lỗi bit BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc CapEx Capital Expenditure Chi phí tài sản cố định CE Customer Edge Biên khách hàng CoS Class of Service Lớp dịch vụ GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ cổng GPRS CSG Cell Site Gateway Cổng gom tế bào DBA Dynamic Bandwidth Alocation Phân bổ băng thông động DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã phân biệt dịch vụ FBA Fixed Bandwidth Alocation Phân bổ băng thông cố định FER Frame-error Tỷ lệ lỗi khung LACP Link Aggregation Control Protocol Giao thức điều khiển tập hợp tuyến LSP Label Switched Path Nhãn chuyển mạch MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trƣờng MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức vi MLPPP Multi-Link Point-to-Point Protocol Giao thức điểm – điểm đa liên kết NNI Network - Network Interface Giao diện mạng – mạng OpEx Operatting Expenditure Chi phí hoạt động OAF Optical Amplify-and-forward Khuếch đại chuyển tiếp quang DF Probability Density Function Hàm mật độ xác xuất PE-AGG Provider Edge Aggregation Tên router lõi MAN-E PW Pseudo Wire Giả dây PTP Precision Time Protocol Giao thức thời gian xác QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ RNC Radio Network Controller Khối điều khiển mạng vô tuyến RSTP Rapid Spanning Tree Cây hội tụ nhanh RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyên SLA Service Level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ SynE Synchronous Ethernet Đồng Ethernet SGSN Service GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS phục vụ TE Traffic Engineering Kỹ thuật lƣu lƣợng ToS Type of Service Kiểu dịch vụ UNI User - Network Interface Giao diện ngƣời sử dụng – mạng UPE User Provider Edge Tên router biên MAN-E VLL Virtual Leased Line Đƣờng thuê kết nối ảo VPLS Virtual Private LAN service Dịch vụ LAN riêng ảo vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phân lớp QoS chuẩn Y.1541 ….………………………………… 11 Bảng 2.1: Các tham số hệ thống TDM/FSO …………………………………… 32 Bảng 2.2: Các tham số hệ thống WDM/FSO …………………………………… 35 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cơng nghệ CES ………………………………………………………… Hình 1.2: Mơ tả hoạt động L2TPv3 …………………………………………… Hình 1.3: Mơ tả hoạt động AToM …………………………………………… Hình 1.4: Đồng hóa mạng 2G …………………………………………… Hình 1.5: Phân cấp đồng hồ Master – Slaver IEEE1588v2 ………………… Hình 1.6: Mơ hình Inserv ………………………………………………………… Hình 1.7: Mơ hình Diffserv ……………………………………………………… Hình 1.8: Sử dụng kỹ thuật QoS node mạng …………………………… 10 Hình 1.9: Tham chiếu thực QoS …………………………………………… 11 Hình 1.10: Sự gia tăng tốc độ thiết bị đầu cuối (LTE-3GLTEinfo) ….……… 13 Hình 2.1: Kiến trúc điển hình (đƣờng chấm chấm: công nghệ WDM - PON) … 22 Hình 2.2: Kiến trúc hệ thống mạng backhaul di động PON ………………… 23 Hình 2.3: Lƣu lƣợng đƣờng lên – TDM PON ………………………………… 25 Hình 2.4: Sơ đồ khối phân phối đồng hồ sử dụng thời gian vi sai đồng hồ PON 27 Hình 2.5: Sơ đồ khối 1588 Transparent Clock ………………………………… 28 Hình 2.6: Kiến trúc backhaul WDM-PON ……………………………… 30 Hình 2.7: Mơ hình backhaul lai ghép TDM-PON/FSO …………….………… 31 Hình 2.8: Nhiễu loạn vừa phải với điều kiện quy mô mạng vừa phải … ……… 34 Hình 2.9: Nhiễu loạn vừa phải với điều kiện quy mơ mạng lớn ……………… 35 Hình 2.10: Nhiễu loạn mạnh với điều kiện quy mô mạng lớn …………….…… 35 Hình 2.11: So sánh hiệu hệ thống lai WDM-PON/FSO ……… … 38 WDM-PON/RF hệ thống NGPON2 với 800 m Hình 2.12: BER tổng với công suất khác ………………………………… 39 800 m Hình 2.13: BER cho tỷ lệ chia với tổng khoảng cách …….………….……… 40 46 Hình 3.5: Kết nối thiết bị Node MAN – UPE SHA03 - Mạng ngoại vi (hình 3.6), này, VNPT Bắc Ninh tồn mạng có khoảng 254.940 đơi cáp gốc, dung lƣợng sử dụng đạt khoảng 200.217 đôi cáp gốc, hiệu suất đạt 78% Hạ tầng mạng ngoại vi thuộc khu vực thành phố, thị xã trung tâm huyện đƣợc ngầm hóa, nhiên tỷ lệ ngầm hóa chƣa cao phần lớn sử dụng cáp treo Hệ thống cáp treo chủ yếu đƣợc treo cột thông tin cột hạ điện lực, đáp ứng kịp thời nhu cầu lắp đặt thuê bao cho nhân dân địa bàn toàn tỉnh Tuy nhiên, lƣợng cáp treo lớn nên gây ảnh hƣởng không nhỏ đến mỹ quan đô thị Hiện tuyến cáp đƣợc ngầm hóa chủ yếu tuyến khu vực trung tâm thành phố, thị xã thị trấn huyện nhằm đảm bảo mỹ quan cho khu thị Hiện tại, tỷ lệ ngầm hóa mạng ngoại vi địa bàn tỉnh Bắc Ninh đạt khoảng 30 Tỷ lệ ngầm hóa mạng ngoại vi địa bàn tỉnh cịn thấp, ảnh hƣởng khơng nhỏ tới trình xây dựng hạ tầng, điều kiện phát triển kinh tế xã hội khu vực khơng đồng đều, phần chi phí đầu tƣ thực ngầm hóa mạng ngoại vi cịn cao Hạ tầng mạng ngoại vi (cống, bể, cột treo cáp) khu vực thành phố, thị xã, trung tâm huyện bƣớc đầu đƣợc ngầm hóa nhƣng cịn nhiều bất cập: tuyến đƣờng nhƣng có đoạn cáp ngầm, có đoạn 47 cáp treo, tuyến đƣờng nhƣng phía bên phải đƣờng cáp ngầm, phía bên trái đƣờng cáp treo, tuyến đƣờng có doanh nghiệp cáp ngầm, có doanh nghiệp treo … Hạ tầng cống bể cáp số khu vực, số tuyến tình trạng khơng sử dụng đƣợc (tuyến cáp chết, hạ tầng cống bể nằm lịng đƣờng, nằm dƣới cơng trình xây dựng…khơng cịn khả cải tạo, sửa chữa) Khu vực số tuyến đƣờng trục, đƣờng trung tâm khu vực đô thị chƣa đủ điều kiện để thực ngầm hóa (vỉa hè hẹp …) nên chủ yếu sử dụng cáp treo Khu vực số khu đô thị mới, khu dân cƣ khu vực đô thị, hạ tầng đƣợc đầu tƣ xây dựng song có hạ tầng ngầm cho hệ thống cấp nƣớc, chƣa có hạ tầng kỹ thuật ngầm để ngầm cáp viễn thông, cáp điện lực dẫn đến tình trạng treo cáp, gây ảnh hƣởng không nhỏ tới mỹ quan Hạ tầng mạng ngoại vi khu vực ngõ, xóm nơng thơn hầu hết sử dụng cáp treo (cột treo cáp), điều kiện địa hình khó khăn, chi phí đầu tƣ ngầm hóa cao dung lƣợng mạng khu vực cịn thấp Hình 3.6: Sơ đồ chung mạng ngoại vi tỉnh Bắc Ninh Với phát triển cạnh tranh mạnh dịch vụ thông tin di động năm vừa qua, dịch vụ viễn thông cố định phát triển chững lại, chí tăng trƣởng âm số khu vực Do vậy, hạ tầng mạng ngoại vi năm vừa qua không đƣợc trọng đầu tƣ phát triển, cải tạo dẫn đến hạ tầng xuống cấp, 48 cáp treo tràn lan Trên thực tế, chi phí đầu tƣ xây dựng hạ tầng cống bể cáp ngầm hóa mạng ngoại vi tốn kém, cao gấp hàng chục hàng trăm lần so với chi phí đầu tƣ xây dựng hạ tầng cột treo cáp, chi phí đầu tƣ cao song hiệu đem lại chƣa thực thuyết phục, nguyên nhân dẫn đến doanh nghiệp không trọng đầu tƣ hệ thống cống bể cáp ngầm Hiện trạng sử dụng chung sở hạ tầng mạng ngoại vi (sử dụng chung doanh nghiệp ngành ngồi ngành) địa bàn tỉnh cịn hạn chế, hình thức sử dụng chung chủ yếu hình thức sử dụng chung với doanh nghiệp ngồi ngành (doanh nghiệp viễn thơng th lại hệ thống cột bên điện lực để treo cáp viễn thông …) Sử dụng chung sở hạ tầng doanh nghiệp viễn thơng cịn nhiều bất cập, phần doanh nghiệp địa phƣơng trực thuộc tổng cơng ty tập đồn, kế hoạch phát triển thông qua cấp chủ quản, phần yếu tố cạnh tranh doanh nghiệp thị trƣờng Hạ tầng mạng VNPT Bắc Ninh (hình 3.3, 3.4, 3.5 3.6) phục vụ 500 trạm di động BTS (2G) Vinaphone Mobiphone, sử dụng truyền dẫn luồng E1 (trên Ring quang), cịn có 815 trạm di động NodeB (3G), EnNodeB (4G) 76 trạm SMC (3G+4G) Vinaphone, khoảng 500 trạm 3G 4G Mobiphone Về phía Mobiphone thực chuyển đổi cấu hình CloudAir, Vinaphone có trạm thử nghiệm cấu hình CloudAir (sử dụng Hub kết nối chung truyền dẫn trạm 2G, 3G, 4G cổng thiết bị băng rộng) Hiện nay, toàn kết nối trạm di động băng rộng (3G, 4G) sử dụng mạng ngoại vi đấu nối cổng thiết bị Switch (công nghệ AON), thông qua MAN-E, kết nối RNC, LTE/4G 3.1.3 Đánh giá chung Cơng nghệ AON phục vụ cho dịch vụ địi hỏi tốc độ cao nhƣng dung lƣợng cổng Switch để cung cấp cho dịch vụ ít, muốn phát triển tiếp phải đầu tƣ thêm nhiều switch, nhà trạm … gây tốn nhiều kinh phí, gây nhiều khó khăn đầu tƣ hạ tầng, trình OMC tốn kém, thời gian linh hoạt nhiều Hạ tầng ngoại vi nhìn chung tƣơng đối đảm bảo cho 49 dịch vụ Phần hạ tầng phục vụ cho GPON đƣợc đầu tƣ nhiều Với 87 trạm TDM-GPON phục vụ địa toàn tỉnh tiếp tục đƣợc tối ƣu đầu tƣ mở rộng nâng cấp, địa bàn tỉnh nhỏ (822,71 đông (1664 ngƣời/ ), mật độ dân cƣ ), mạng PON tới gần đầu cuối, nói khơng có th bao có khoảng cách 300 m Bên cạnh đó, việc tỉ lệ sơng ngịi cao, đô thị phát triển mạnh với nhiều nhà máy, khu cơng nghiệp lớn gây khó khăn lớn cho việc triển khai xử lý ngoại vi có dây Hạ tầng backhaul di động VNPT Bắc Ninh tải trọng khoảng 2000 trạm di động (cho Vinaphone Mobiphone) Theo tính tốn khoa học, để đảm bảo chuẩn chất lƣợng dịch vụ số trạm cần tăng gấp đơi, gấp tiến tới hệ mạng 5G – gánh nặng cực lớn vai mạng backhaul di động 3.2 Đề xuất giải pháp backhaul tốc độ cao cho VNPT Bắc Ninh Mạng backhaul di động toàn VNPT tỉnh thành dựa tảng MAN-E định hƣớng chung tập đồn Trên sở ta xây xựng giải pháp tối ƣu với phần lại hạ tầng hệ thống Swtich, GPON, IPDSLAM … mạng ngoại vi Từ trạng hạ tầng đánh giá chung, lý luận tính tốn chƣơng 2, ta nói lựa chọn backhaul dựa tảng mạng GPON lựa chọn tốt Bên cạnh đó, với diện tích nhỏ, hệ thống sơng ngịi dày, phát triển nhanh chóng thị, khu cơng nghiệp, nhà máy lớn, yêu cầu linh hoạt, mỹ quan đô thị … luận văn hƣớng tới hai giải pháp: 3.2.1 Giải pháp mạng backhaul lai ghép TDM-PON/FSO Với lợi điều kiện tự nhiên (nhỏ hẹp …), điều kiện kinh tế xã hội (phát triển, mỹ quan đô thị, nhiều KCN, nhà máy lớn …), điều kiện hạ tầng (mạng GPON phát triển rộng khắp với 87 trạm TDM-PON, khoảng cách từ tủ phối quang tới thuê bao không 300 m, …), số trƣờng hợp đặc biệt nhƣ lễ hội (BN nhiều lễ hội tầm cỡ quốc gia) cần trạm lƣu động ngắn ngày áp lực từ điều kiện gia tăng lƣu lƣợng số lƣợng trạm (2G, 3G, 4G tiến tới 5G), việc chuyển đổi 50 backhaul di động mạng lai ghép TDM-PON/FSO hoàn toàn phù hợp thuận lợi Hình 3.7: Minh họa FSO/PON tích hợp cho mạng backhaul Nhƣ đƣợc mô tả hình 3.7, trƣớc tiên, tiến hành khảo sát tồn kết nối backhaul cho trạm gốc Tiến hành sàng lọc, phân loại, xắp xếp quy hoạch trạm theo tiêu chí nghành, theo đặc thù riêng trung tâm viễn thông vị trí, kinh tế, định hƣớng phát triển tỉnh Hiện nay, tập đồn VNPT có phân loại cho trạm gốc (loại 1, loại loại 3) nhƣng chủ yếu từ quan sát lƣu lƣợng hệ thống Với VNPT Bắc Ninh, đề thêm tiêu chí lựa chọn cho sát phù hợp với đặc trƣng riêng tỉnh không lƣu lƣợng nhƣ phục vụ cơng ích, địa điểm sở ban nghành quyền, lễ hội, hội nghị, hội thao, mít tinh, khu công nghiệp (KCN), khu đô thị cao cấp (KĐT) … xếp thành hạng mức khác cho phù hợp với hƣớng ƣu tiên phát triển mạng lƣới nhu cầu địi hỏi điểm Từ chọn điểm có điều kiện triển khai, vận hành, xử lý khó khăn nhƣ KCN Hồng Hải, KCN VISIP, KCN Samsung Tại nơi nhƣ vậy, việc triển khai, lắp đặt, thay đổi, vận hành bảo dƣỡng, xử lý có cố địi hỏi quy trình nghiêm ngặt quan, nhà máy, đơn vị chủ quản … Mặt khác lại thỏa mãn nhiều điều kiện tốt cho việc triển khai công nghệ lai ghép 51 GPON/FSO nhƣ trạm OLT gần, ODF cửa nhà máy, nhu cầu dịch vụ lớn, nhà máy vào hoạt động nên có thay đổi vị trí, địa hình … Bên cạnh nhu cầu mặt kỹ thuật nơi cực lớn, dịch vụ mới, thiết bị mới, nhu cầu … từ nơi đầu tiên, xếp vào nhóm mức Tại khu đô thị đại nhƣ KĐT HUD, KĐT Phúc Ninh, KĐT Hòa Long – Kinh Bắc nơi yêu cầu mỹ quan cao nhƣng nhu cầu lớn xếp vào nhóm mức Tƣơng tự nhƣ vậy, xem xét trạm gốc vị trí khó khăn vận hành xử lý nhƣ qua sông (sông Cầu, sông Đuống) hay đỉnh núi (Búp Lê, Dạm, Phật Tích), vị trí đặc biệt – “điểm đen” truyền dẫn nhƣ địa hình xấu cho việc dây cáp thƣờng xuyên sảy cố cơng trình đƣờng xá, nhà cửa thi cơng nhƣ làng nghề Phong Khê, Đại Bái, Văn Môn, ven KCN Yên Phong, vị trí dây cáp xấu cũ nát mà điều kiện sửa chữa thay khó khăn, tốn nhƣ Vạn An, 319 Hịa Đình, KCN Quế Võ xếp vào nhóm mức Đặc biệt khu vực cơng sở, yêu cầu mức độ ổn định cao nhu cầu chƣa lớn, biến động, số kiện lễ hội, mít tinh lớn tỉnh yêu cầu cần tăng cƣờng trạm gốc lƣu động nhƣ lễ hội cấp quốc gia nhƣ hội Lim, hội Phật Tích, lễ hội, lễ mít tinh, kiện thể thao Trung tâm văn hóa (TTVH) Kinh Bắc, Nhà thi đấu đa … điểm xếp vào nhóm đặc biệt Các trạm cịn lại xếp vào nhóm tùy trạng nhu cầu sử dụng nhƣ khả đầu tƣ thiết bị chiến lƣợc Sau hoàn tất việc gán định mức cho khoảng 2000 trạm gốc, dựa kế hoạch đầu tƣ VNPT tỉnh nhƣ định hƣớng phân bổ đầu tƣ từ tập đoàn, điều chỉnh trạm gốc quy hoạch xếp thứ tự ƣu tiên cách tiến hành chuyển đổi dần đƣờng backhaul sang sử dụng mạng PON kết hợp thay dần hệ thống sợi từ tủ ODF gần (hiện trạng không 300 m) thiết bị kết nối FSO Với vị trí sở ban nghành quyền, cố gắng triển khai hệ thống sợi quang tối đa có thể, với trạm tăng cƣờng lƣu động ngắn ngày hiển nhiên sử dụng thiết bị kết nối FSO 52 Đối với việc phát triển mở rộng, thay đổi trạm gốc (đây điều bắt buộc), việc triển khai với hạ tầng có dây thƣờng xuyên gặp khó khăn yêu cầu mặt thủ tục sách, u cầu mỹ quan thị, xin phép dây, cáp … từ phía quan cơng quyền việc gây khó ngƣời dân Đặc biệt khu hành tập trung đại nhƣ UBND tỉnh, thành phố, Tỉnh Ủy, Thành Ủy, khu thị đại hình thành nhƣ HUD, Phúc Ninh, Hòa Long … triển khai khó (đơi khơng thể) nhƣng nhu cầu lại lớn Sử dụng thiết bị FSO lai ghép cơng nghệ PON với mơ hình 3.7 rút ngắn đƣợc thời gian triển khai nhiều, gần nhƣ giải đƣợc hầu hết khó khăn nhƣ trình bày 3.2.2 Giải pháp mạng backhaul lai ghép WDM-PON/FSO Nhƣ biết phân tích đánh giá trên, phù hợp thuận lợi điều kiện cho việc chuyển đổi backhaul di động từ hạ tầng mạng AON sang hạ tầng mạng lai ghép PON/FSO VNPT Bắc Ninh Với mạng PON hệ sau tốt WDM-PON loại bỏ đƣợc hầu hết lo ngại kỹ thuật gây TDM-PON, đồng thời lại đáp ứng đƣợc tốt yêu cầu mạng backhaul dung lƣợng, hiệu … Việc chuyển đổi đƣợc thực tƣơng tự với TDM-PON Một lƣu lý [6], yêu cầu quan trọng mạng truyền dẫn di động hệ mở rộng phạm vi dịch vụ khoảng cách liên kết tối đa Việc mở rộng phạm vi KCN, nhà máy, khu đô thị … việc đƣơng nhiên phát triển, đồng nghĩa với việc mở rộng triển khai số lƣợng lớn trạm gốc Luận văn xin đƣa thêm mơ hình sử dụng kỹ thuật FSO đa chặng linh hoạt với thiết bị khuếch đại quang trực tiếp OAF Mơ tả hệ thống: Hình 3.8 (a) mô tả mạng quang thụ động (PON) điển hình sử dụng kết nối sợi quang, bao gồm đơn vị mạng quang (ONU), chia thụ động nút xa (RN) trạm GPON (OLT) trung tâm (CO) kết nối lên mạng MAN-E tỉnh Thơng thƣờng, PON đạt khoảng cách lên tới 20 km, nhƣng số trƣờng hợp khó khăn, nhƣ trình bày trên, giải pháp cho tình FSO 53 (a) WDM PON sợi quang : Liên kết sợi quang ONU CO Remote Node ONU OLT MAN-E ONU n (b) đơn chặng đa chặng WDM/FSO : Kết nối sợi quang : Kết nối FSO ONU WDM/FSO đơn chặng phạm vi < 2km CO ONU OLT MAN-E ONU n Relay ONU ONU Remote Node OLT U2 ONU WDM/FSO đa chặng ONU K ONU m Hình 3.8: (a) Mạng backhaul WDM sợi quang (b) Mạng backhaul lai ghép WDM/FSO đơn chặng đa chặng Trong hình 3.8 (b), FSO đƣợc kết hợp với WDM-PON để tạo thành backhaul quang lai ghép toàn diện, linh hoạt Với đặc tính FSO bị hạn chế cự ly (nhỏ 2km) tác động điều kiện tự nhiên sử dụng mạng lai ghép WDM/FSO đơn chặng, để giải vấn đề mơ hình linh hoạt đƣợc sử dụng mạng lai ghép WDM-PON/FSO đa chặng Với WDM-PON/FSO sử dụng chuyển tiếp đa chặng, việc mở rộng khoảng cách từ OLT tới RN đƣợc sử dụng khuếch đại sợi pha tạp erbium (EDFA) Trong mạng WDM-PON/FSO này, kết nối FSO đƣợc thiết lập theo cấu trúc liên kết khác nhƣ: điểm – điểm, điểm – đa điểm, vịng hay liên kết lƣới Việc tƣơng thích hoàn toàn với hệ 54 thống cáp quang, cung cấp dung lƣợng kết nối lớn ổn định, WDM-PON/FSO giải pháp khả thi, đầy hứa hẹn cho mạng backhaul di động VNPT Bắc Ninh nói riêng tồn tập đồn nói chung Để mơ tả rõ hơn, luận văn sử dụng kiến trúc mạng backhaul lai ghép WDMPON/FSO chuyển tiếp quang đa chặng kỹ thuật OAF – Khuếch đại chuyển tiếp quang Trong truyền dẫn đƣờng xuống đƣờng lên, OLT giao tiếp với ONU thông qua hỗ trợ chuỗi N nút chuyển tiếp ( Tổng khoảng cách từ OLT đến ONU ∑ ) tới RN Trong khoảng cách từ nút truyền thứ (i-1) đến nút truyền thứ (i), mặc định OLT nút ONU nút N+1 Kênh nhiễu loạn khí Đƣờng xuống: Rx Đƣờng lên: Kênh nhiễu loạn khí Tx Tx CO M U X Tx n Rx Rx n D D EE M U U X X Máy thu/phát Tx G G … OLT Rx Kênh nhiễu loạn khí G ONU D E M U X Rx Tx G M U X ONU Rx n Chuyển tiếp i Tx n ONU n Mạng phân phối Hình 3.9: Kiến trúc mạng hệ thống lai ghép WDM-PON/FSO Tại đƣờng xuống, tín hiệu từ phát (1, 2, … , n) có bƣớc sóng riêng , đƣợc kết hợp nhờ ghép kênh MUX truyền FSO qua RN Các bƣớc sóng nằm dải băng C (khoảng 1500 nm) với khoảng cách kênh 100 KHz bƣớc sóng 1550 nm chịu suy giảm không khí phù hợp cho công nghệ khuếch đại quang EDFA Ở nút chuyển tiếp có sử dụng khuếch đại quang (EDFA) để trực tiếp khuếch đại tín hiệu, EDFA đồng thời khuếch đại nhiều tín hiệu có bƣớc sóng khác Tuy nhiên, EDFA ngồi ƣu điểm khuếch đại với nhiễu phát xạ tự phát (ASE) đƣợc khuếch đại làm giảm hiệu hệ thống Sau đó, RN, tách kênh (DEMUX) phân chia tín hiệu quang WDM thành các bƣớc sóng thành phần 55 Do khuyết điểm thấu kính phát tách/ghép kênh RN, ONU nhận đƣợc bƣớc sóng khơng mong muốn gọi nhiễu Hiện tƣợng đƣợc biết đến nhiễu xuyên kênh Trong trình truyền dẫn xuất suy hao ghép/tách kênh, đƣợc biểu thị , ngồi cịn mức độ xuyên kênh ghép kênh Tại điểm cuối mạng, tín hiệu với bƣớc sóng riêng đƣợc truyền tới ONU tƣơng ứng theo cấu trúc điểm điểm Tại máy thu sử dụng diode tách quang PIN để chuyển đổi tín hiệu thành dịng tách quang Trong truyền dẫn đƣờng lên, nhiễu xuyên kênh xuất khuyết điểm tách kênh OLT phân chia bƣớc sóng khác cho ONU tƣơng ứng Tuy nhiên, hiệu ứng nhiễu xuyên kênh trở nên nghiêm trọng ảnh hƣởng nhiễu loạn khơng khí truyền dẫn gây hiệu ứng nhiễu xuyên kênh biến động Hiện tƣợng đƣợc gọi nhiễu xuyên kênh nhiễu loạn, xuất tín hiệu truyền dẫn nhiễu xuyên kênh độc lập, tức trƣờng hợp đƣờng lên khác hoàn toàn mặt vật lý Cũng cần ý tồn nhiễu xun kênh khơng mong muốn đƣờng lên phần lƣợng truyền rơi vào trƣờng tiếp nhận thấu kính hiệu ứng phân kỳ búp sóng quang Tuy nhiên ta loại bỏ nhiễu xuyên kênh cách bố trí vị trí ONU để tránh đƣờng truyền giống hệt Tại nút đích, máy thu (bao gồm nhiễu nền) với tách xung quang PIN chuyển đổi thành dịng photon Tiếp theo, phân tích dịng photon M khe thời gian đƣợc so sánh điều chế PPM để tìm vị trí khe thời gian với dòng cao nhằm xác định tín hiệu đƣợc phát Cuối cùng, tín hiệu đƣợc xác định đƣợc tách chuyển thành liệu dạng nhị phân chuyển đổi nhị phân Nhƣ luận văn trình bày mơ hình mạng backhaul toàn quang kết hợp đầy đủ hệ thống FSO sử dụng kỹ thuật OAF kết hợp với lợi sẵn có WDM-PON, tƣơng thích hồn tồn với mạng MANE sẵn có tạo nên mạng backhaul vô linh hoạt thuận lợi để triển khai hạ tầng mạng VNPT Bắc Ninh 56 Với mơ hình kiến trúc 3.8 3.9, áp dụng địa điểm động tỉnh Bắc Ninh: nhà máy Samsung - KCN Yên Phong, KCN hàng đầu miền Bắc – Việt Nam Nhà máy có tổng diện tích 110 ha, tiếp tục mở rộng nâng cấp với tổ hợp nhiều nhà máy phục vụ (vendor) hình thành KCN Yên Phong với tổng diện tích khoảng 700 Nhƣ trình bày phần trƣớc, việc triển khai, vận hành xử lý trạm gốc khó khăn phức tạp, địi hỏi quy trình, thủ tục nghiêm ngặt Nhƣng lại khu vực kỳ động phát triển, nhu cầu dịch vụ viễn thơng lớn địi hỏi bắt buộc VNPT Bắc Ninh phải xác định khu vực trọng điểm để đầu tƣ mở rộng nhất, tức phải đảm bảo chất lƣợng liên tục tăng cƣờng số lƣợng trạm gốc Theo khảo sát, khu vực KCN Yên Phong có tổng 90 trạm gốc (bao gồm trạm 2G, 3G, 4G) dựa vòng quang (Ring SDH) truyền dẫn luồng E1 cho trạm 2G switch sử dụng công nghệ AON cho trạm 3G, 4G Trong có khoảng 32 trạm (phía nhà máy) gặp khó khăn việc triển khai sợi quang, vận hành xử lý cố nhƣ thay đổi Vinaphone có danh sách bất khả kháng xử lý cố với trạm Theo kế hoạch mở rộng cịn tiếp tục triển khai thêm 39 trạm 3G, 4G Các switch Ring SDH đƣợc tập trung CO (trạm KCN Yên Phong) nằm trung tâm khu công nghiệp (ngay gần cửa nhà máy Samsung) với hệ thống mạng lƣới nhƣ trình bày Tại CO đặt trạm PON có hệ thống mạng cáp quang (các chia quang) rộng phục vụ việc quang hóa hồn tồn cho nhu cầu băng rộng đây, mạng lƣới cáp quang đƣợc đầu tƣ tốt hơn, đại Trong hệ PON (WDM-PON), với điểm đặc trƣng mình, trạm điểm đƣợc sử dụng Với trạm gốc khơng gặp nhiều khó khăn q trình vận hành, xử lý cố, tiến hành chuyển đổi dần đƣờng backhaul sang sử dụng công nghệ PON sử dụng mơ hình 3.8 (a) Với 32 trạm gốc khó khăn q trình vận hành, xử lý thay đổi, khảo sát tiếp khoảng cách tới chia quang gần (đều 57 gần cửa nhà máy), kết có trạm gốc SMC (small cell – trạm gốc hệ ghép chung thiết bị 3G, 4G) SMC – SEV – Network - F1A_BNH, SMC – SEV – Network - F1B_BNH, SMC – SEV – Network - F1C_BNH có khoảng cách xa với chia quang gần (2,1 km) Với 29 trạm gốc có khoảng cách dƣới km, thực chuyển đổi dần đƣờng backhaul theo mơ hình 3.8 (b) đơn chặng, kết hợp sử dụng WDM-PON phía ngồi nhà máy liên kết với trạm gốc phía nhà máy thiết bị FSO để chuyển đổi đƣờng backhaul Với trạm gốc có khoảng cách xa nhƣ khảo sát, tiến hành chuyển đổi đƣờng backhaul theo mơ hình 3.8 (b) đa chặng Với trạm gốc chuẩn bị triển khai kế hoạch tiến hành khảo sát tƣơng tự để xác định mơ hình kết nối phù hợp 3.3 Kết luận chƣơng Chƣơng trình bày đƣợc tổng thể điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội tỉnh Bắc Ninh Đồng thời cho thấy trạng nhƣ xu áp lực hạ tầng backhaul di động VNPT Bắc Ninh Dựa điều đó, kết hợp nghiên cứu quang vô tuyến cho thấy phù hợp thuận lợi việc kết hợp FSO PON làm tảng cho mạng backhaul di động Hƣớng tới mơ hình kết hợp TDM-PON/FSO cho tƣơng lai xa WDM-PON/FSO sử dụng kỹ thuật truyển tiếp quang OAF để tạo nên mạng backhaul di động vô linh hoạt, tốc độ cao nhƣng tiết kiệm chi phí đáng tin cậy 58 KẾT LUẬN Cùng với phát triển nhanh chóng kỷ ngun cơng nghệ số, đặc biệt hệ thống di động, gánh nặng vai hệ thống mạng backhaul di động vô lớn với yêu cầu khắt khe băng thông lớn, độ tin cậy cao, … đồng thời phải đáp ứng đƣợc nhu cầu thực tế nhƣ chi phí tốt, triển khai nhanh, linh hoạt, thuận lợi khai thác, vận hành, bảo dƣỡng, đảm bảo an ninh, an toàn, bảo mật … Kết hợp với kiến thức đƣợc học tập nghiên cứu hiểu biết trình 15 năm cơng tác làm việc Trung tâm Điều hành Thông tin Viễn thông Bắc Ninh, học viên hƣớng tới hai mơ hình giải pháp cho mạng backhaul di động VNPT Bắc Ninh Luận văn gồm chƣơng trình bày vấn đề: Chƣơng giới thiệu đƣợc khái niệm chung backhaul, xu hƣớng phát triển hƣớng tới thiết bị di động, trình bày đƣợc khái niêm yêu cầu chung mạng backhaul di động Chƣơng nêu lên yêu cầu thách thức cho mạng backhaul giai đoạn mới, đặc biệt hệ mạng di động (5G) Chƣơng trình bày khái niệm chung mạng backhaul dựa PON để thấy đƣợc xu hƣớng tất yếu tảng mạng backhaul di động tƣơng lai Đồng thời, chƣơng nghiên cứu giải pháp backhaul lai ghép PON/quang kết tính tốn xác để so sánh thấy điều kiện định quang vơ tuyến hồn tồn phù hợp, thuận lợi để thay cho sợi quang Chƣơng trình bày điều kiện chung tỉnh Bắc Ninh, trạng hạ tầng backhaul di động VNPT Bắc Ninh nhu cầu thiết tới phát triển đòi hỏi mạng lƣới backhaul động phải thay đổi Từ thấy đƣợc thuận lợi phù hợp lớn việc sử dụng mạng backhaul lai ghép FSO, hƣớng tới hai mơ hình cho TDM-PON/FSO tƣơng lai xa WDMPON/FSO sử dụng kỹ thuật khuếch đại quang trực tiếp OAF Nhận xét chung: học viên hoàn thành đƣợc nội dung yêu cầu đề thạc sỹ kỹ thuật lĩnh vực viễn thơng Qua đó, học viên củng cố thêm kiến 59 thức chun mơn, có nhìn tổng quan mạng lƣới, nâng cao khả làm việc trình xây dựng, vận hành khai thác mạng nhƣ đề xuất với cấp nhƣng kiến nghị tốt cho công việc, quan cho ngành 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Trọng Đại (2017), “Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao chất lương dịch vụ băng rộng cố định VNPT Bắc Ninh”, Luận văn thạc sỹ, Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thơng [2] Đào Ngọc Lâm (2017), “Truyền thông vô tuyến quang – Công nghệ cho hạ tầng mạng viễn thông”, Trƣờng cao đẳng công nghệ thông tin hữu nghị Việt Hàn [3] Vũ Công Quyền (2014), “Nghiên cứu, phân tích giải pháp mobile backhaul ứng dụng triển khai mạng viễn thông VNPT Tuyên Quang”, Luận văn thạc sỹ, Đại học Thái Nguyên [4] Nguyễn Đình Xn (2010), “Nghiên cứu cơng nghệ tích hợp mơi trường truyền thơng phục vụ q trình phát triển mạng viễn thông hệ sau (NGN) VNPT”, Luận án tiến sĩ, Học viện Công nghệ Bƣu Viễn Thơng [5] Vuong V Mai and Anh T Pham (2015, September) “Adaptive rate-based MAC Protocols Design and Analysis for Integrated FSO/PON Networks”, IEEE Internationnal Conference on Communication (ICC) [6] Thang V Nguyen, Minh - Tu V Pham, Hien T T Pham, Hai - Chau Le, and Ngoc T.Dang (march 2017), “Aperformance Comparison Of Gigabit-Capable Backhauing Solutions for 5G Cellular Networks”, Journal of Science and Technology: Issue on Information and Communications Technology, vol 3, no ... PHẠM TÙNG SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP BACKHAUL LAI GHÉP QUANG VÔ TUYẾN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VNPT BẮC NINH Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông Mã số : 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo... hành Thơng tin Viễn Thông Bắc Ninh, học viên nghiên cứu đề xuất số giải pháp backhaul tốc độ cao sử dụng quang vô tuyến khả ứng dụng hạ tầng mạng VNPT Bắc Ninh 2 Luận văn đƣợc thực gồm chƣơng:... WDM – PON [6] 2.3 Một số giải pháp backhaul lai ghép PON /quang vô tuyến Giải pháp backhaul PON sợi quang kết tốt bền vững, nhiên giải pháp liên kết sợi quang khơng phù hợp với số tình (ví dụ: sau