II. Công nghệ SDH truyền thống trên mạng NGN [10]
1. Tổng quan về mạng viễn thông thế hệ mới NGN
1.2 Mô hình phân lớp, tổ chức mạng NGN
Xét về cấu trúc vật lý, mạng viễn thông được phân thành 2 lớp:
- Lớp lõi/ chuyển tải : bao gồm truyền dẫn và chuyển mạch.
+ Các tuyến truyền dẫn liên vùng, các tuyến truyền dẫn trung kế kết nối các chuyển mạch vùng.
+ Các chuyển mạch cổng quốc tế (Gateway), các chuyển mạch chuyển tiếp liên vùng (Toll, Tandem), các chuyển mạch vùng.
- Lớp truy nhập bao gồm :
+ Vô tuyến (Wireless) : Thông tin di động, vi ba, truy nhập vô tuyến cố định.
+ Hữu tuyến (Wire) : Các hệ thống truy nhập cáp đồng, cáp quang.
Xét về mặt chức năng, từ mô hình cấu trúc NGN và giải pháp của các hãng khác nhau trên thị trường hiện nay, có thể đưa ra mô hình cấu trúc NGN gồm các lớp chức năng như sau :
Hình I.12 Cấu trúc mạng NGN
Lớp truy nhập:
Hướng tới sử dụng công nghệ quang, cung cấp các kết nối giữa các thuê bao đầu cuối và mạng đường trục(thuộc lớp truyền tải) qua các cổng giao tiếp(Media Gateway).
Lớp truyền tải
Gồm các nút chuyển mạch: các bộ định tuyến, các thiết bị truyền dẫn thực hiện chức năng chuyển mạch và truyền dẫn dưới sự điều khiển của chuyển mạch mềm.
Phần truyền dẫn: Áp dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng DWDM ở lớp vật lý nhằm đảm bảo cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) theo yêu cầu của ứng dụng.
Cổng Gateway: làm nhiệm vụ kết nối giữa các phần của mạng và giữa các mạng khác nhau.
Lớp điều khiển
Lớp điều khiển có nhiệm vụ điều khiển kết nối giữa các đầu cuối, với yêu cầu tương thích với tất cả các loại giao thức và báo hiệu.
Lớp điều khiển có thể được tổ chức theo kiểu module, theo đó các bộ điều khiển độc lập sẽ thực hiện các chức năng điều khiển khác nhau.
Thiết bị chính trong lớp điều khiển là Softswitch (chuyển mạch mềm) làm nhiệm vụ báo hiệu và điều khiển cuộc gọi.
Lớp ứng dụng - dịch vụ :
Lớp ứng dụng ngay phía trên lớp điều khiển, bao gồm các nút (server) cung cấp các dịch vụ khác nhau. Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API.
Lớp quản lý
Lớp quản lý là một lớp tác động trực tiếp xuyên suốt qua tất cả các lớp còn lại, làm nhiệm vụ giám sát quản lí các hoạt động của mạng, các dịch vụ và quản lí kinh doanh. Lớp quản lý phải đảm bảo hoạt động được trong môi trường mở, với nhiều giao thức, dịch vụ và các nhà khai thác khác nhau.
Hiện nay có hai xu hướng xây dựng mạng NGN :
- Một là xây mới hoàn toàn: phương án này có thuận lợi là đồng bộ, khả năng mở rộng và nâng cấp cũng như cung cấp dịch vụ, quản lý dễ dàng. Tuy nhiên chi phí xây dựng đắt, không tận dụng khai thác được cơ sở hạ tầng cũng như khách hang của mạng sẵn có.
- Xu hướng thứ hai là kế thừa và phát triển trên nền của công nghệ mạng sẵn có. Đây cũng là xu hướng được nhiều nhà cung cấp lựa chọn.
2. Những hạn chế của SDH truyền thống:
Công nghệ SDH hiện tại là công nghệ truyền dẫn được áp dụng phổ biến nhất trong các mạng của những nhà cung cấp dịch vụ trên thế giới được xây dựng trên cơ sở hệ thống phân cấp ghép kênh đồng bộ TDM với cấu trúc phân cấp ghép kênh STM-N cho phép cung cấp các giao diện truyền dẫn tốc độ từ vài Mbít/s tới vài Gigabit/s. Đặc tính ghép kênh TDM và phân cấp ghép kênh đồng bộ của công nghệ SDH cho phép cung cấp các kênh truyền dẫn có băng thông cố định và cố độ tin cậy cao với việc áp dụng các cơ chế phục hồi và bảo vệ, cơ chế quản lý hệ thống theo cấu trúc tô-pô mạng phù hợp và đã được chuẩn hóa bởi các tiêu chuẩn của ITU-T.
Tuy nhiên từ trước tới nay công nghệ truyền dẫn SDH được xây dựng chủ yếu cho việc tối ưu truyền tải lưu lượng thoại, không thích hợp cho việc truyền dữ liệu có kết nối không định hướng và có lưu lượng đột biến. Theo những dự báo và phân tích về thị trường mạng viễn thông gần đây, các doanh nghiệp viễn thông hiện có sẽ gia tăng mạnh mẽ các loại hình dịch vụ truyền dữ liệu và có xu hướng chuyển dần
Các dịch vụ
mạng độc lập Thiết bị mạng
Hiện có Lớp điều khiển
Lớp dịch vụ
Lớp truy nhập Dịch vụ/báo hiệu
mạng hiện có
Truy nhập từ xa
Lớp truyền tải
Khách hàng
Người sử dụng
Hình I.13Mô hình mạng NGN
lưu lượng của các dịch vụ thoại sang truyền tải theo các giao thức truyền dữ liệu (ví dụ như dịch vụ thoại qua IP (VoIP). Trong khi đó, các cơ sở hạ tầng mạng SDH hiện có khó có khả năng đáp ứng nhu cầu truyền tải lưu lượng gia tăng trong tương lai gần.
Khi truyền tải các lưu lượng dữ liệu, các mạng sử dụng công nghệ SONET/SDH truyền thống gặp phải một số hạn chế sau:
- Liên kết cứng: do các tuyến kết nối giữa hai điểm kết nối được xác lập cố định, có băng tần không đổi, thậm chí khi không có lưu lượng đi qua hai điểm này thì băng thông này cũng không thể được tái sử dụng để truyền tải lưu lượng của kết nối khác dẫn tới không sử dụng hiệu quả băng thông của mạng. Trong trường hợp kết nối điểm điểm (hình I.14a), mỗi kết nối giữa hai điểm chỉ sử dụng 1/4 băng thông của cả vòng ring. Cách xác lập kết nối cứng như vậy làm giới hạn băng thông tối đa khi truyền dữ liệu đi qua hai điểm kết nối, đây là một hạn chế cơ bản của mạng SONET/SDH truyền thống khi truyền tải các dịch vụ phi thoại, do các dịch vụ này có đặc điểm thường có sự thay đổi đột biến về nhu cầu lưu lượng một cách ngẫu nhiên.
- Lãng phí băng thông khi sử dụng cấu hình mesh: khi mạng SONET/SDH thiết lập các liên kết logic để tạo ra cấu trúc mesh như hình I.14b, băng thông của vòng ring buộc phải chia thành 10 phần cho các liên kết logic. Việc định tuyến phân chia lưu lượng như vậy không những rất phức tạp, khó quản lý mà còn làm lãng phí rất lớn băng thông của mạng. Khi nhu cầu lưu lượng truyền trong nội bộ mạng MAN tăng lên, việc thiết lập thêm các node, duy trì và nâng cấp mạng trở nên hết sức phức tạp.
- Dư thừa các lưu lượng truyền dữ liệu quảng bá: Trong các Ring SONET/SDH, việc truyền các dữ liệu quảng bá chỉ có thể thực hiện được khi phía phát và tất cả các điểm thu đều đã được xác lập kết nối logic. Các gói tin quảng bá được sao chép lại thành nhiều bản và gửi đến từng điểm đích dẫn tới việc phải truyền nhiều lần cùng một gói tin trên vòng ring. Điều này gây lãng phí lớn đối với băng thông của mạng.
- Lãng phí băng thông cho việc bảo vệ mạng: Thông thường đối với các mạng SONET/SDH 50% băng thông của mạng được dành cho việc dự phòng cho mạng. Mặc dù việc dự phòng này là hết sức cần thiết nhưng các công nghệ SONET/SDH truyền thống không cung cấp khả năng cho phép nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn lượng băng thông sử dụng cho việc dự phòng các sự cố.
a. Điểm nối điểm b. Cấu hình mesh
- SDH truyền thống được thiết kế chủ yếu cho mạng lõi truyền tải , ít hỗ trợ các giao diện kết nối với dữ liệu của khách hàng. Mà với xu hướng mở rộng dịch vụ như hiện nay cần chuyển dịch gần hơn về phía mạng truy nhập .
Ngoài ra, khi sử dụng mạng SONET/SDH truyền thống để truyền các lưu lượng dữ liệu khác như Fast Ethernet, Giga Ethernet, ESCON, Fiber Chanel thì ngoài các hạn chế trên thì còn có một yếu tố nữa là tốc độ của dữ liệu không tương đương với SONET/SDH. Điều này dẫn đến phải thiết lập các tuyến kết nối của mạng SONET/SDH có tốc độ cao hơn so với của dịch vụ Ethenet, điều này lại là nguyên nhân làm giảm hiệu quả sử dụng băng thông của mạng lưới.
Bảng I.3 Hiệu suất sử dụng băng thông khi truyền dịch vụ qua mạng Dịch vụ SDH Tốc độ truyền Hiệu suất sử
dụng băng thông
Ethernet (10 Mbit) VC-3 48,4Mbps 21%
Fast Ethernet (100 Mbit) VC-4 150Mbps 67%
Gigabit Ethernet (1000 Mbit) VC-4-16c 2,4Gbps 42%
ESCON VC-4-4c 200 MByte 33%
Fibre Channel VC-4-16c 1 Gbit 33%
Bảng I.4 So sánh các thuộc tính của dịch vụ dữ liệu và SDH Thuộc tính của các dịch vụ dữ liệu Thuộc tính của SDH
Truyền tải không đồng bộ Truyền tải đồng bộ
Băng thông động Băng thông cố định
Kết nối không định hướng Kết nối định hướng
Như vậy, mặc dù có nhiều ưu điểm và được ứng dụng rộng rãii, tuy nhiên công nghệ SDH đã dần bộc lộ những khiếm khuyết khó có thể đáp ứng được nhu cầu dịch vụ ngày càng gia tăng. Yêu cầu bức thiết đặt ra hiện nay là phải nghiên cứu một công nghệ mới có thể khắc phục được các nhược điêm đó tạo cơ sở vững chắc cho sự phát triển của công nghệ Viễn thong trong tương lai.
a b
Sợi quang KÕt nèi logic
Hình I.14 Kết nối trong mạng SONET/SDH
Chương II CÔNG NGHỆ NG SDH
NG SDH là một công nghệ mới đã và đang được rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ cũng như nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. NG SDH vừa có thể khắc phục được những hạn chế của công nghệ SDH truyền thống vừa đáp ứng được các yêu cầu dịch vụ trong tương lai vừa đảm bảo được tính kế thừa liên tục trong quá trình phát triển của mạng Viễn thông.
I. Giới thiệu công nghệ NG SDH [5, 7, 10]
1. Giới thiệu chung.
Nhu cầu truyền tải các loại dịch vụ như IP, Ethernet, Fiber Channel, ESCON/FICON qua mạng SONET/SDH đã xuất hiện từ rất lâu, trong khi đó, như đã phân tích ở chương trước, công nghệ truyền dẫn SDH truyền thống được xây dựng chủ yếu cho việc tối ưu truyền tải lưu lượng thoại. Các cơ sở hạ tầng mạng SDH truyền thống khó có khả năng đáp ứng nhu cầu truyền tải lưu lượng đang ngày càng gia tăng. Vấn đề này đã đặt yêu cầu cần phải có một cơ sở hạ tầng truyền tải mới đủ năng lực có thể đồng thời truyền tải trên nó lưu lượng của hệ thống SDH hiện có và lưu lượng của các loại hình dịch vụ mới khi chúng được triển khai. Đó chính là lý do của việc hình thành một hướng nghiên cứu mới của công nghệ SDH, cong nghệ SDH thế hệ kế tiếp NG SDH.
Hiện nay đã có nhiều giao thức thực thi được công bố và chuẩn hóa trong các tổ chức tiêu chuẩn như ANSI, ETSI, ITU-T và tổ chức công nghiệp như EITF, IOF,...
Các công nghệ để tạo ra NG SDH được tập hợp chung trong một khái niệm đó là khái niệm truyền dữ liệu qua mạng SDH DoS (data over SDH). DoS là cơ cấu truyền tải lưu lượng, cung cấp một số chức năng và các giao diện nhằm mục đích tăng hiệu quả của việc truyền dữ liệu qua mạng SDH.
Mục tiêu quan trọng nhất mà các hướng công nghệ nói trên cần phải thực hiện được đó là phối hợp hỗ trợ lẫn nhau để thực hiện chức năng cài đặt/chỉ định băng thông cho các dịch vụ một cách hiệu quả mà không ảnh hưởng tới lưu lượng đang được truyền qua mạng SDH hiện tại. Với khả năng này, cả hai dịch vụ TDM và dữ liệu gói được xử lý hiệu quả trên cùng một bước sóng. Điều này có nghĩa là mạng sẽ đảm bảo được chức năng hỗ trợ truyền tải lưu lượng dịch vụ của mạng hiện có đồng thời có thể triển khai các loại hình dịch vụ mới.
Đặc điểm quan trọng của công nghệ NG SDH là sự phát triển một số công nghệ mới trên nền mạng SDH truyền thống mà không thay đổi cấu trúc mạng sẵn có vốn đã tương đối hoàn thiện bằng cách bổ xung một số thiết bị phần cứng và các thủ tục cũng như giao thức mới. Các chức năng này được thực hiện trên các nút MSPP mới tại các biên của mạng.