CHƢƠNG III GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG ĐƢỜNG TRỤC VNPT
3.2 Giải pháp 100 Gb/s DP-QPSK của hãng Ciena
3.2.1 Giới thiệu chung về mạng quang Ciena
Ciena® Corporation (Hoa Kỳ), là một công ty chuyên về mạng, cung cấp các giải pháp cơ sở hạ tầng mạng hàng đầu thế giới. Khách hàng của Ciena bao gồm cả những nhà khai thác mạng lớn nhƣ: AT&T, Verizon, Bell Canada, CenturyLink, CANARIE, Internet2, JANET, SURFnet, VERNet… Các giải pháp mạng quang học của Ciena đƣợc ứng dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới, bao gồm mạng siêu đƣờng dài (Ultra-Long-haul), mạng đƣờng dài (Long-haul), mạng vùng (Regional) và mạng đô thị (Metro). Ƣu điểm của các giải pháp mạng Ciena là kiến trúc mạng đơn giản, linh hoạt và dễ dàng nâng cấp khi cần. Hình 3.2 minh họa kiến trúc mạng quang Ciena, với các thiết bị quan trọng 6500, 5410, 5430 (hình 3.3). Trong đó thiết bị chủ lực 6500 là một thiết bị biên hỗ trợ đa dịch vụ, đa giao thức; kết hợp TDM/WDM/Ethernet/OTN trên một mạng hội tụ duy nhất. Ngồi ra 6500 cịn hỗ trợ giao diện 40 Gb/s và 100 Gb/s, cho phép nâng cấp dễ dàng lên 40 Gb/s và 100 Gb/s. 5410 và 5430 là những thiết bị chuyển mạch gói quang có khả năng cấu hình lại đƣợc, thực hiện thu gom lƣu lƣợng trên các mạng IP đƣa về mạng lõi qua thiết bị 6500.
6500 5430 5410 5430 5410 Ciena 6500 6500 6500 6500 6500 6500 Quản lý mạng Thống nhất Mạng dƣới biển Mạng Metro & Long Haul Mạng Metro
& Long Haul
Hình 3.2 Kiến trúc mạng quang của Ciena
Về công nghệ mạng quang Coherent tốc độ cao, Ciena là hãng cung cấp thiết bị đầu tiên trên thế giới đƣa sản phẩm cho ứng dụng 40 Gb/s và 100 Gb/s vào thƣơng mại hóa. Tính đến ngày 06/09/2012, đã có hơn 100 khách hàng sử dụng công nghệ 40/100 Gb/s của Ciena, với hơn 15 triệu km đã đƣợc triển khai trên toàn cầu [29]. Giải pháp 40/100 Gb/s của Ciena dựa trên bộ vi xử lý quang Coherent WaveLogic TM (mới nhất là WaveLogic 3), cho phép nâng cấp mạng lƣới 10 Gb/s đang sử dụng lên 40 Gb/s và
100 Gb/s và tƣơng lai lên đến 400 Gb/s, một cách đơn giản và hiệu quả về chi phí. Những lợi ích của cơng nghệ WaveLogic bao gồm:
- Tăng lƣu lƣợng truyền tải của mạng 10 Gb/s hiện tại lên 4 lần hoặc 10 lần bằng cách đơn giản là lắp đặt module 40/100 Gb/s vào thiết bị OME 6500.
- Nhanh chóng kích hoạt các dịch vụ mới trên mạng, bao gồm cả Ethernet tốc độ cao và các dịch vụ OTN.
- Giảm chi phí đầu tƣ thơng qua việc cắt giảm hoặc loại bỏ một số loại thiết bị mạng nhƣ bộ khuếch đại Raman, bộ tái tạo tín hiệu (Regenerator), bộ bù tán sắc…
- Không cần phải đầu tƣ lắp đặt thêm các tuyến cáp quang mới.
4200 6500 7-slot 6500 14-slot 6500 32-slot 5410 5430
Nền tảng dịch
vụ tiên tiến Nền tảng gói quang
Hệ thống chuyển mạch cấu hình
lại đƣợc
Truyền tải gói quang Chuyển mạch gói quang
Hình 3.3 Một số thiết bị quan trọng trong mạng Ciena
3.2.2 Giải pháp mạng đƣờng dài 100 Gb/s
Giải pháp mạng quang đƣờng dài của Ciena thƣờng đƣợc ứng dụng vào mạng đƣờng trục quốc gia. Ƣu điểm của nó là ở tính đơn giản, linh hoạt; xây dựng hệ thống mạng theo kiến trúc module cho phép thay đổi, nâng cấp và quản lý dễ dàng. Đặc biệt giải pháp 100 Gb/s của Ciena cho phép tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng mạng đã đƣợc xây dựng cho hệ thống 10 Gb/s, đồng thời giảm bớt một số khối thiết bị nhƣ bộ khuếch đại Raman, bộ bù tán sắc trên đƣờng truyền, bộ tái tạo tín hiệu. Một số đặc điểm của giải pháp 100 Gb/s [30]:
Hỗ trợ 88 kênh bƣớc sóng 100 Gb/s (khoảng cách kênh 50 GHz).
Có thể ghép hỗn hợp với kênh 10 Gb/s và 40 Gb/s trên cùng một sợi quang.
Phù hợp với lƣới ITU 50 GHz và 100 GHz.
Sử dụng hai sóng mang con với khoảng cách 20 GHz, làm cho tốc độ xử lý giảm đƣợc một nữa (xuống còn 14 Gsymbol/s).
Hỗ trợ khoảng cách hơn 1000 km (không cần Regenerator).
Sử dụng bù tán sắc động điện tử và có thể bù ±32000 ps/nm.
Tính miễn nhiễm với PMD cao hơn so với hệ thống 10 Gb/s.
Có thể đi qua 10 ROADM (50 GHz).
6500 OTN Network IP IP IEEE ITU-T ITU-T IEEE OIF OIF 6500
Hình 3.4 Kiến trúc mạng đường dài 100 Gb/s
Hình 3.4 mơ tả kiến trúc mạng đƣờng dài 100 Gb/s của hãng Ciena, trong đó cơ bản có thể chia làm ba phần: phần mạng phía khách hàng (theo chuẩn IEEE), phần mạng lõi (theo chuẩn ITU-T) và phần thu/phát xử lý tín hiệu (theo chuẩn OIF). Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu về ba thành phần này.
a. IEEE
Chuẩn Ethernet tốc độ 40/100 Gb/s (IEEE P802.3ba) đƣợc thông qua vào ngày 17/06/2010, mở đƣờng cho một làn sóng kết nối máy chủ Ethernet tốc độ cao và hệ thống chuyển mạch lõi. Thiết bị OME 6500 của Ciena cũng đã cung cấp giao diện khách hàng 100 GbE, thuận tiện cho kết nối giữa mạng DWDM và mạng Metro hoặc mạng vùng. Nhƣ vậy tín hiệu 100 Gb/s trên mạng lõi qua thiết bị OME 6500 có thể chia thành 10 x 10 GbE client, 10 x 10 Gb/s multi-rate client hoặc 100 GbE client. Với giao diện 100 GbE, cho phép truyền tín hiệu 100 GbE từ thiết bị OME 6500 đến các Router lõi. Chuẩn IEEE P802.3ba đƣợc trình bày trong bảng dƣới đây [13] [27]:
Bảng 3.1 Chuẩn IEEE P802.3ba
100 GbE 40 GbE
Tốc độ 103,125 Gb/s 41,25 Gb/s
1m backplane 40GBASE-KR4
10m cáp đồng 100GBASE-CR10 40GBASE-CR4
100m MMF 100GBASE-SR10 (10 x 10Gb/s – 10 sợi/hƣớng) 40GBASE-SR4 10km SMF 100GBASE-LR4 (4 x 25Gb/s CWDM-800GHz) 40GBASE-LR4 40km SMF 100GBASE-ER4 (4 x 25Gb/s CWDM-800GHz)
b. ITU-T
Bao gồm các khuyến nghị G.872, G.709, G.798 cho mạng truyền tải quang (OTN). Những ƣu điểm của OTN: tính trong suốt trong tồn miền quang, tối ƣu hóa cho chuyển gói trên mạng quang, tích hợp FEC để tăng khoảng cách truyền dẫn,
chuyển đổi dễ dàng lên tốc độ 40 Gb/s và 100 Gb/s... Đặc biệt với giao diện G.709 cho phép đơn giản hóa cơ chế ghép kênh và hỗ trợ đa giao thức (IP, Ethernet, SONET/SDH..) trong mạng OTN. Chuẩn ITU-T G.709 cho phép tín hiệu khách hàng (client signal) đƣợc đóng gói và sắp xếp (mapping) vào các khung, tƣơng tự nhƣ các khung trong SONET/SDH. Cấu trúc khung trong G.709 đƣợc minh họa nhƣ trên hình 3.5, trong đó:
• Payload: là dữ liệu khách hàng, bao gồm SONET/SDH, ATM, GbE… • OPU: Optical channel Payload Unit: khối tải trọng kênh quang.
• ODU: Optical channel Data Unit: khối dữ liệu kênh quang.
• OTU: Optical channel Transport Unit: khối truyền tải kênh quang. • FEC: Forward Error Correction: mã sửa lỗi trƣớc.
OTU FEC Payload
(Tải trọng)
(SONET, ATM, IP, GbE, FC…) M ào O PU Mào OTU Fr am in g Mào ODU OPU Frame ODU Frame OTU Frame 1 15 17 3825 4080 4080 cột 4 hà ng
Hình 3.5 Cấu trúc khung dữ liệu trong G.709
Bảng 3.2 Tải trọng khung dữ liệu trong ITU-T G.709 OTU ODU Tốc độ làm OTU ODU Tốc độ làm tròn Gb/s Tốc độ OTU Gb/s Tốc độ ODU Gb/s Tín hiệu khách hàng 0 1,25 1,244160 1 GbE 1 1 2,5 2,666057 2,498775 STM-16/OC-48 2 2 10 10,709225 10,037274 STM-64/OC-192 3 3 40 43,018414 40,319219 STM-256/OC-768 4 4 100 111,809973 104,794446 100 GbE 2e 2e 10 11,095730 10,399525 10 GbE
3e1 3e1 40 44,570975 41,774364 4 x ODU2e
Các khung dữ liệu sẽ đƣợc ghép chéo nhƣ trên hình 3.6 [31], và tín hiệu cuối cùng đƣợc truyền đi là OTU1 – OTU4, tốc độ các khung xem trên bảng 3.2 [32]. Nhƣ vậy đối với mạng truyền tải 100 Gb/s, nếu tín hiệu khách hàng là 100 GbE, thì sẽ đƣợc mapping vào ODU4 (ODU4 + FEC = OTU4). Nếu là các tín hiệu khác sẽ đƣợc mapping vào các ODU bậc thấp hơn, sau đó thực hiện ghép theo các hệ số nhƣ trên hình 3.6 để đƣợc tín hiệu ODU4. ODU0-L ODU1-L ODUflex ODU2-L ODU2e-L ODU3-L ODU1-H ODU2-H ODU3-H ODU3e1-H ODU3e2-H ODU4-H OTU2 OTU2e OTU3 OTU3e1 OTU3e2 OTU4 OTU1 ODU4-L 1GbE Tín hiệu khác nhau FC1200,10GbE 100GbE 2.5G STM-16 OC-48 10G STM-64 OC-192 STM-256/OC-768 40GbE G.Sup43 G.Sup43 G.Sup43 x2 x80 x8 x40 x10 x10 x2 x32 x3 x4 x4 G.Sup43 G.709
Hình 3.6 Sơ đồ khối ghép tín hiệu trong ITU-T G.709
Chú thích:
- STM: Synchronous Transport Module: khối truyền tải đồng bộ (SDH). - OC: Optical Carrier: khối vận tải quang (SONET).
- L: Lower Order ODU: ODU bậc thấp hơn. - H: Higher Order ODU: ODU bậc cao hơn.
- ODUflex: hỗ trợ các dữ liệu với tốc độ khác nhau.
- FEC sử dụng trong ITU-T G.709 là mã Reed Solomon (255,239).
c. OIF
Khác với IEEE thƣờng khơng quan tâm đến kỹ thuật điều chế tín hiệu, OIF đã tập trung vào nghiên cứu các kỹ thuật điều chế cho 100 Gb/s đƣờng dài và đã lựa chọn DP-QPSK làm định dạng điều chế chuẩn cho tốc độ 100 Gb/s, bao gồm:
- 100G Ultra Long Haul DWDM Framework Document [15],
- Implementation Agreement for Integrated Polarization Multiplexed Quadrature Modulated Transmitters [16],
- 100G Forward Error Correction White Paper [21],
- Multisource Agreement for 100G Long-Haul DWDM Transmission Module – Electromechanical [33].
Những vấn đề liên quan đến điều chế và giải điều chế DP-QPSK cũng nhƣ máy phát và máy thu 100 Gb/s DP-QPSK đã đƣợc giới thiệu trong chƣơng 2. Sau khi chọn DP-QPSK làm định dạng điều chế cho công nghệ 100 Gb/s, Ciena đã cho ra mắt bộ xử lý quang WaveLogic 3, là cơ sở cho việc nâng cấp mạng lên 100 Gb/s. Những phân tích nêu trên chỉ tập trung vào mạng truyền tải đƣờng dài 100 Gb/s, tuy nhiên ở thời điểm hiện tại và một thời gian dài nữa, công nghệ 100 Gb/s sẽ cùng tồn tại song song với công nghệ 10 Gb/s và 40 Gb/s. Nghĩa là các giao tiếp với mạng khách hàng vẫn giữ nguyên nhƣ lúc chƣa nâng cấp, thêm vào giao tiếp 100 GbE hoặc 10 x 10 GbE.