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.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - PHẠM TÙNG SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP BACHHAUL 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) TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – NĂM 2020 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS ĐẶNG THẾ NGỌC Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Trong thời đại bùng nổ kỷ nguyên số, dịch vụ mạng tồn giới gia tăng chóng mặt, dịch chuyển theo xưu hướng di động, mạng toàn IP, IoT, AI, Bigdata Mối quan tâm lúc xử lý việc gia tăng nhanh chóng liệu dịch vụ di động băng rộng nhiều dịch vụ liệu băng rộng khác Kéo theo yêu cầu, gánh nặng cực lớn đặt vai hệ thống truyền dẫn yêu cầu chất lượng, băng thơng, tốc độ, tính an tồn, bảo mật, tính linh hoạt, tính sẵn sàng, khả thực tế triển khai, vận hành, khai thác, xử lý Ta thấy thơng qua thay đổi theo cấp số mũ băng thông, tốc độ kết nối cho dịch vụ từ vài chục, vài trăm Kbps nhanh chóng tăng lên đến hàng chục, hàng trăm Mbps, Gbps, Tbps … Hiện nay, mạng PON (như lựa chọn bắt buộc) phát triển rộng khắp để cung cấp trình quang hóa tồn mạng lưới với hạ tầng liên tục nâng cấp mở rộng với liên tiếp hệ TDM, TWDM, WDM Truyền thông quang không giây qua không gian tự (FSO) gần quan tâm nhiều với lợi tốc độ cao, băng thông không hạn chế, linh hoạt, bảo mật, hồn tồn tương thích với mạng PON, lựa chọn đầy triển vọng kết hợp Tại VNPT Bắc Ninh VNPT tỉnh hoàn thiện việc triển khai mạng Metro truyền tải lưu lượng IP công nghệ Ethernet, đồng thời thực việc nâng cấp mở rộng dung lượng mạng Hướng sử dụng mạng MAN-E làm phân đoạn truyền tải cho mạng backhaul di động kết hợp với tất dịch vụ băng rộng khác phương án lựa chọn tối ưu theo định hướng tập đoàn Trên sở kết hợp với thực tế trình cơng tác Trung tâm Điều 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 Luận văn thực gồm chương: Chương 1: Trình bày khái niệm chung mạng backhaul, xu hướng phát triển chung thiết bị cuối Chi tiết yêu cầu mạng backhaul di động kỷ nguyên số hướng tới hệ mạng (5G) Chương 2: Trình bày backhaul di động PON để thấy lựa chọn tất yếu MBH Giới thiệu trình bày số giải pháp backhaul lai ghép quang vô tuyến PON số liệu tính tốn cụ thể để so sánh lựa chọn kết hợp Chương 3: Giới thiệu tỉnh Bắc Ninh (địa lý, kinh tế, văn hóa, xã hội …) trạng hạ tầng VNPT Bắc Ninh Từ đề xuất hai giải pháp lai ghép quang cho mạng backhaul di động tương lai TDM-PON/FSO WDMPON/FSO CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BACKHAUL VÀ BACKHAUL DI ĐỘNG 1.1 Khái niệm chung Mạng backhaul mạng lưới trung chuyển Backhaul thuật ngữ phần kết nối mạng trung tâm (mạng trục, mạng lõi) mạng từ xa (mạng con) Nói cách tổng quát mạng backhaul phần liên kết mạng lưới có phân cấp Các ví dụ mạng backhaul viễn thông vô đa dạng như: Kết nối mạng LAN nội khách hàng (cá nhân, gia đình, cơng ty, đơn vị hành …) mạng Metro tồn thành phố, kết nối truyền thơng từ trạm phát sóng truyền hình đầu cuối máy thu, kết nối truyền dẫn trạm viễn thông sở BTS/NodeB với hệ thống thiết bị mức cao BSC/RNC, đến thiết bị mạng lõi MGW, MSC, SGSN … Đồng thời bao gồm kết nối thiết bị cấp Từ khái niệm đó, nhìn cách tổng quát phạm vi hẹp, ta thấy tồn mạng viễn thơng Bắc Ninh (khơng bao gồm mạng phía đầu cuối khách hàng) phần mạng backhaul tổng thể cho dịch vụ cung cấp VNPT Bắc Ninh Với xu di động vô lớn, luận văn xin đề cập chi tiết mạng backhaul di động số yêu cầu thách thức mạng backhaul di động kỷ nguyên công nghệ số, đặc biệt giai đoạn trước mắt tiến tới (5G) 1.2 Backhaul di động Toàn sở hạ tầng nhà khai thác di động điển hình phân chia thành phần riêng biệt sau: - Miền mạng truy nhập vô tuyến (RAN – Radio Access Network): phần truy nhập kết hợp, từ trạm gốc vô tuyến RBS (Radio Base Station) tới điều khiển mạng BSC (2G), RNC (3G), MG - Miền lõi di động: nằm mạng truy nhập vơ tuyến mạng ngồi Internet, PSTNs, mạng di động khác … Nó chứa node dịch vụ (SGSN GGSN) điều khiển phiên liệu hướng lưu lượng chức MSC MGW để cung cấp chuyển mạch gói dịch vụ kết hợp - Backhaul di động (bên miền RAN): Backhaul thực việc kết nối truyền tải lưu lượng trạm gốc (BTS, NodeB …) điều khiển mạng (BSC, RNC …) Các mạng truyền dẫn ứng dụng như: L2 (Carrier Ethernet), L3 (BGP/MPLS L3VPN), IP vượt qua E1/T1 sử dụng MLPPP Backhaul di động phân thành RAN “thấp” (LRAN) RAN “cao” (HRAN) phản ánh chất khơng đối xứng mạng backhaul, nhà khai thác diện rộng phải có lượng lớn vị trí RBS tập trung hướng tới số nhỏ vị trí điều khiển chuyển mạch (BSC/RNC) 1.2.1 Các công nghệ triển khai IP RAN Cơ chế hoạt động số giao thức: - Công nghệ CESoPSN SAToP: Hai giao thức chuyển đổi khe thời gian kênh TDM vào phần tải tin gói tin IP Điểm khác biệt CESoPSN SAToP SAToP đẩy tất 32 time slot kênh TDM vào tải tin gói tin IP mà khơng phân biệt time slot trống, cịn CESoPSN đẩy time slot chứa thơng tin bổ xung trường để số time slot trống bỏ qua Do CESoPSN tối ưu tiết kiệm băng thơng hơn, ngồi CESoPSN cịn cho phép đánh dấu tất gói tin thoại với độ ưu tiên cao nên phù hợp cho thiết kế QoS mạng IP - Cơng nghệ L2TPv3 (hình 1.2): L2TPv3 công nghệ giả dây cho phép cung cấp dịch vụ lớp qua mạng chuyển mạch gói, phát triển từ giao thức UTI cho chế đường hầm lớp - Công nghệ AtoM (hình 1.3): AToM (Any Transport over MPLS) công nghệ giả dây sử dụng mạng MPLS cho phép cung cấp dịch vụ lớp Các nhiệm vụ AToM bao gồm việc thực giả dây router biên PE (provider edge) truyền tải gói tin lớp qua giả dây Trong hệ thống viễn thông, đồng yếu tố quan trọng định độ xác thông tin, liệu chuyển tải Với hạ tầng mạng TDM kết nối qua kênh E1/T1 đồng chuyện đơn giản luồng E1/T1 dành riêng time slot để chuyển tải liệu đồng Khi chuyển qua IP RAN toàn bộ, nghĩa nguồn đồng hồ TDM Có số giải pháp phát triển đồng mạng IP sau: - Đồng gói tin (IEEE1588, NTP) sử dụng đồng hồ mang liệu giả lập kênh (ACR) - Đồng Ethernet (SyncE): SyncE hoạt động lớp vật lý, có độ xác ±100 ppm (tương tự qua SDH) - Đồng hóa theo IEEE 1588v2 : IEEE 1588v2 (hình 1.5 - hay biết PTP: Precision Time Protocol) chuẩn giao thức cho phép việc truyền xác tần số thời gian để đồng đồng hồ qua mạng dựa gói tin Nó đồng hóa đồng hồ slaver cục thiết bị mạng với đồng hồ hệ thống Grandmaster sử dụng truyền tải nhãn thời gian để cung cấp độ xác cao (mức nano giây) đồng hóa đảm bảo ổn định tần số trạm 1.2.2 Chất lượng dịch vụ IP RAN Các số đánh giá chất lượng dịch vụ nâng cao mạng IP: - IPTD (IP transfer delay): trễ truyền dẫn, gồm trễ khoảng cách, xử lý nút chuyển mạch, giải mã tín hiệu, đệm mạng IP - IPDV (IP delay variability): số jitter - IPLR (IP packet loss ratio): tỉ lệ gói mạng IP - IPER (IP packet error ratio): tỉ lệ gói bị lỗi truyền mạng IP Một số chế hỗ trợ QoS mạng IP là: - Cơ chế dịch vụ tích hợp (Intserv): Mơ lại mạng chuyển mạch kênh trước đây, sử dụng nguyên tắc đặt chỗ trước dùng giao thức RSVP Trong kiến trúc Intserv, đầu cuối liên lạc phải tồn giao thức trao đổi tài nguyên nên phải xử lý nhiều làm cho khó có khả mở rộng để thích hợp với mạng lõi (đặc biệt mạng core internet) - Cơ chế dịch vụ phân biệt (DiffServ): Kiến trúc DiffServ tiếp cận theo hướng xử lý QoS hop (PHB) mà dựa luồng Intserv Diffserv kết hợp với cơng nghệ MPLS để hướng tới giải vấn đề QoS Các kiến trúc, chế hay giao thức báo hiệu thường liên quan đến mạng gồm nhiều phần tử tham gia Tuy nhiên, thành phần mạng phải thực kỹ thuật quản lý QoS nội để hỗ trợ QoS cho lưu lượng truyền qua nút đó, số kỹ thuật là: Phân lớp đánh dấu (classification and marking), kiểm soát điều chỉnh (policing and shaping), tránh tắc nghẽn (congestion-avoidance), quản lý tắc nghẽn (congestion-management), định tuyến QoS (QoS routing), dành trước băng thông (bandwidth reservation), kiểm sốt gọi vào mạng (call admission control) Hình 1.8 minh họa việc sử dụng kỹ thuật thiết bị thực chức nút mạng Các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho dịch vụ mạng IP nói chung cho IP RAN qui định chuẩn Y.1541 Y.1221 ITU-T Bảng 1.1: Phân lớp QoS chuẩn Y.1541 VoIP Video tương tác Video truyền phát Băng thông 21 tới 320 kbps N/A Trễ (1 chiều)