3.2.1 Tiêu chí thiết kế
Giải pháp đƣợc đƣa ra phải phù hợp cho việc quy hoạch một hệ thống mạng hoàn chỉnh của toàn bộ các khu vực Hà Nội và phù hợp với các yêu cầu đặt ra hiện tại cũng nhƣ chuẩn bị cho tƣơng lai:
Hệ thống mạng truy cập đƣợc thiết kế phải đảm bảo các tiêu chí:
Tận dụng lại cơ sở hạ tầng có sẵn, có khả năng triển khai các tuyến quang mới để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ
Dung lƣợng mạng đáp ứng nhu cầu đến năm 2015 Lớp Lõi Lớp Hội Tụ -Biên Lớp Truy Cập
67
Đảm bảo mạng truy cập có khả năng mở rộng dễ dàng Sử dụng các công nghệ mới (IPv6, MPLS, VPN…).
Đảm bảo năng lực xử lý đáp ứng nhu cầu về băng thông lớn khi tích hợp các dịch vụ mới, không có các điểm nút bị thắt cổ chai, giải quyết các vấn đề về vlan, giảm thiểu tối đa các lƣu lƣợng không cần thiết trong hệ thống mạng. Chi phí đầu tƣ thấp nhất
Đảm bảo các ứng dụng và thiết bị đƣợc quản lý một cách tập trung theo vùng
Đảm bảo an ninh mạng và an toàn dữ liệu
Tiết kiệm chi phí cho việc vận hành và quản lý hoạt động của các qui trình ứng dụng.
Tất cả các thiết bị chuyển mạch đều đƣợc lắp đặt trong tủ rack. Hệ thống cáp tại phòng trung tâm kết nối đến thiết bị trong tủ rack đƣợc sắp xếp gọn gàng. Cáp mạng đƣợc đi âm tƣờng hoặc phải đi trong các ống nhựa.Riêng hệ thống cáp quang sẽ đƣợc đi trong các cống ngầm hoặc treo trên cột, men theo các bờ tƣờng và phải có vỏ bảo vệ bên ngoài tránh làm hƣ hại bởi các yếu tố ngoại cảnh. Hệ thống cáp quang đấu nối đi vào các ODF đảm bảo dễ dàng phát hiện và sửa lỗi khi sự cố xảy ra.
3.2.2 Số liệu thiết kế
Với tiêu chuẩn thiết kế đã đƣợc đƣa ra ở trên, mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội ngoài việc phục vụ cho số lƣợng thuê bao ADSL, Lease Line, FTTH hiện tại còn đƣợc tính toán để đáp ứng tốt các dịch vụ giá trị gia tăng phát triển ngày càng nhanh trong tƣơng lai : IPTV, Voice.
Việc qui hoạch, thiết kế hệ thống mạng truy cập băng rộng khu vực Hà Nội đảm bảo phục số lƣợng thuê bao ADSL lớn(58607, FTTH- EPON hơn 600 (673). Ngoài ra hệ thống còn phải đảm bảo phục vụ cho chiến lƣợc phát triển thuê bao 5 năm tới(đến năm 2015) ở Hà Nội
Với khoảng hơn 50000 thuê bao ADSL 673 thuê bao FTTH-EPON hiện có. Khu vực Hà Nội đƣợc thiết kế, sử dụng 3 BRAS cho các dịch vụ khác nhau:
- 2 Bras RedBack, mỗi Bras hỗ trợ 48000 thuê bao truy cập đồng thời, các Bras Redback này đƣợc thiết kế đảm bảo sự truy cập đồng thời của thuê bao đồng thời đảm bảo tính dự phòng và khả năng cân bằng tải cho hệ thống.
68
- 1 Bras Huawei MA5200G-4 phục vụ cho việc phát triển EPON, FTTH hỗ trợ đồng thời 24000 thuê bao. Bras này đƣợc sử dụng cho phát triển EPON và FTTH trong tƣơng lai.
Các công nghệ đƣợc sử dụng hiện tại trong mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội hiện tại ngoài ADSL còn có EPON – chủ yếu để triển khai FTTH, Lease Line, WAN.
Với tốc độ phát triển khách hàng nhƣ hiện tại, dự đoán số lƣợng thuê bao của hệ thống ADSL và FTTH-EPON tại Hà Nội cho đến năm 2015 nhƣ sau :
ADSL
Năm 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Thuê bao 9136 19537 31005 46468 58607 72408 85378 98763 111940 125221
Bảng 3.1: Dự đoán số lƣợng thuê bao ADSL Viettel Hà Nội đến năm 2015
FTTH-EPON
Năm 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Thuê bao 127 673 2019 3365 4441 5194 6055
Bảng 3.2: Dự báo số lƣợng thuê bao FTTH-EPON Viettel Hà Nội đến năm 2015 ( Các số liệu dự báo phát triển khách hàng sẽ đƣợc sử dụng cho xuyên suốt cho quá trình thiết kế định cỡ mạng ở phần tiếp theo)
3.3 Xác định cấu trúc mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội
Về mặt nguyên tắc cấu trúc mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội bao gồm các BRAS, Switch, DSLAM , Switch Layer 2, các OLT và các tuyến PON mới. Cấu trúc mạng truy cập đảm bảo tính kế thừa của hệ thống tồn tại và phát triển thêm các dịch vụ mới.
Các DSLAM đƣợc đấu nối vào Switch Agg theo dạng ring để đảm bảo tính dự phòng của hệ thống.
OLT và Switch Layer 2 đƣợc đấu nối trực tiếp vào Switch Core để phát triển FTTH, các dịch vụ WAN, Lease Line dựa trên công nghệ truy cập cáp quang
69
Hình 3.3: Mạng truy cập băng rộng Viettel Hà Nội khi triển khai EPON Nguyên tắc để thiết kế đối với hệ thống truy cập băng rộng Viettel Hà Nội vẫn tuân theo tiêu chí tận dụng các thiết bị cũ: bao gồm các thiết bị DSLAM, Switch, BRAS, các tuyến quang cũ đồng thời mở rộng, bổ xung các trang thiết bị và các tuyến quang mới. Các thiết bị đƣợc bổ xung thêm bao gồm các OLT đƣợc đấu nối tới các switch để cung cấp dịch vụ.
Những tuyến mạng đƣợc mở rộng là những tuyến thể hiện bở đƣờng gạch đứt trên hình 3.3. Các tính toán phần dƣới đều dựa trên topology đƣợc cung cấp bởi hình 3.2 và 3.3 L ớ p T ru y C ậ p Lớp Truy Cập
70
3.4 Lựa chọn công nghệ truy cập
3.4.1 Hệ thống truy cập băng rộng sử dụng công nghệ EPON
Nhƣ đã trình bày ở các chƣơng trƣớc EPON là công nghệ mới, đƣợc sử dụng để phát triển đa loại dịch vụ. Một trong những dịch vụ đƣợc Viettel Hà Nội quan tâm là việc sử dụng EPON để triển khai dịch vụ FTTH đến nhà khách hàng, đây là một trong những dịch vụ đơn giản và mang lại hiệu to lớn đối với các nhà mạng hiện nay.
Mô hình triển khai EPON nhƣ sau :
Hình 3.4: Mô hình triển khai EPON cung cấp dịch vụ FTTH từ OLT đến khách hàng
Tham số đầu vào để tính toán băng thông với OLT (Optical Line Terminal)
Băng thông đƣợc tính toán để phục vụ số lƣợng khách hàng theo chiến lƣợc phát triển khách hàng đến năm 2015 của Viettel Hà Nội (theo bảng 3.2) cụ thể nhƣ sau:
+ Các dịch vụ sử dụng bao gồm : IPTV-HD, VoD, Data, video + Số lƣợng khách hàng tối đa 6055
+ OLT đƣợc sử dụng để tính toán là thiết bị OLT ZXA10 C220 của hãng ZTE, số lƣợng ONU hỗ trợ tối đa là 2560
Splitter OLT TT HGW/IAD WIFI FE POTS POTS SFU Hom e CD N Hom e P C Phon e Phon e POTS SFU Hom e P C Phon e SFU CAT V FE POTS WIFI SW AGG
71
Tuyến PON với OLT sử dụng để tính toán đƣợc đánh dấu trên hình 3.3 bởi đƣờng gạch đứt.
Công thức tính [2]
Sử dụng công thức cho tính toán băng thông của VoD
VoD = Su x SB x URv x OLT port (3.1)
Trong đó : SB : Băng thông sử dụng cho dịch vụ VoD URv : Số % thuê bao chiếm băng thông (10%) Su : Số % thuê bao sử dụng dịch vụ VoD (5%) OLT port : Số khách hàng tối đa 1 OLT phục vụ (2560) Tham số SB đối với VoD là 6Mbps
IPTV = Ch x SB (3.2)
Trong đó :SB : Băng thông sử dụng cho dịch vụ IPTV Ch : Số kênh IPTV
Tham số SB đối với IPTV HD là : 6M
Số lƣợng kênh với hệ thống IPTV của Viettel lấy là : 80 kênh
Tính toán băng thông
+ Giả sử chọn ngƣỡng nghẽn uplink là 70%
+ VoD = 5%*6*10%*2560 = 76.8Mbps (2560 là số thuê bao tối đa của OLT ZTE phục vụ đƣợc ) (Theo 3.1)
+ IPTV = 80*6= 480Mbps (Theo 3.2)
Nếu sử dụng uplink 1Gbps(lấy 1000Mbps) của OLT : Băng thông còn lại cho các dịch vụ: Data, voice trung bình là :
(1*70%-0.48-0.0768)/2560 = 0.0556 Mbps = 55.6Kbps
Băng thông này tƣơng đối so với nhu cầu sử dụng cho việc truyền data, voice hiện nay của đa số ngƣời dùng
Nếu sử dụng uplink 2 Gbps (lấy 2000Mbps) của OLT : Băng thông còn lại cho các dịch vụ: Data, voice trung bình là :
(2*70%-0.48-0.0768)/2560 = 0.329Mbps = 329Kbps.
Đây là băng thông chấp nhận đƣợc với quá trình truyền data, voice của ngƣời dùng Với chiến lƣợc phục vụ 6055 khách hàng EPON của Viettel Hà Nội.
Mạng truy cập băng rộng hiện tại chỉ cần đầu tƣ thêm 3 OLT (phục vụ tối đa 2560 khách hàng), Với đƣờng Uplink là 2Gbps / OLT
72
Kết quả tính toán
Kết nối Uplink 2 Gbps/ OLT cho 2560 khách hàng
=> đáp ứng tốt các dịch vụ data, IPTV, VoIP cho khách hàng. Bình quân một khách hàng sử dụng ngoài IPTV còn 329 Kbps cho các dịch vụ khác
Kết quả tính toán trên chỉ ra với 1 OLT sử dụng đƣờng Uplink 2Gbps đã có thể phục vụ cho rất nhiều thuê bao chạy các dịch vụ cơ bản . Đây là một điểm mạnh của EPON so với hệ thống FTTH truyền thống kiểu kết nối đến switch lớp 2 nhƣ hiện nay:
- Sử dụng tối thiểu vật tƣ, cáp quang tới nhà khách hàng (từ 2 sợi xuống 1 sợi) - Tiết kiệm năng lƣợng khi sử dụng các bộ chia thụ động thay vì sử dụng Switch lớp 2 và các loại thiết bị chuyển đổi đặt phân tán tại trạm
3.4.2 Hệ thống truy cập sử dụng công nghệ ADSL 3.4.2.1 DSLAM 3.4.2.1 DSLAM
Tham số đầu vào để tính toán băng thông với DSLAM
Băng thông đƣợc tính toán để phục vụ số lƣợng khách hàng theo chiến lƣợc phát triển khách hàng đến năm 2015 của Viettel Hà Nội (theo bảng 3.1) cụ thể nhƣ sau:
+ Các dịch vụ sử dụng bao gồm : IPTV-HD, VoD, Data, video + Số lƣợng khách hàng tối đa ADSL : 125221
+ 1 DSLAM hỗ trợ tối đa 500 khách hàng
+ Các DSLAM sẽ đƣợc nối Ring với nhau, dùng cáp quang 1Gbps Ethernet + 1 Ring DSLAM có khoảng 3-4 DSLAM. Số lƣợng khách hàng tối đa cho 1 Ring là 1.500 khách hàng.
+ Đƣờng Uplink đến IP Switch là cáp quang 2x1Gbps Ethernet + Hiệu suất sử dụng của đƣờng GE là 70%
+ Hỗ trợ dịch vụ IPTV cung cấp 80 kênh. + Dung lƣợng một kênh IPTV: 6Mbps + Dung lƣợng một kênh VoD: 6Mbps + Số thuê bao sử dụng dịch vụ VoD : 50% + Số thuê bao chiếm băng thông dịch vụ : 10%
73
Ring sử dụng để tính toán đƣợc đánh dấu trên hình 3.3 bởi đƣờng gạch đứt.
Công thức tính [2]
BW_ADSL= CC x URr x bw1/1024 x (ADSL port) (3.3)
Trong đó :
Số lƣợng kết nối đồng thời chiếm băng thông truy nhập Internet: CC = 10% Tỷ lệ thuê bao là Residential: URr = 50%
Băng thông trung bình cho truy nhập: bw1 = 200 (Kbps)
+ Số lƣợng khách hàng tối đa truy cập đồng thời trên 1 Ring DSLAM: 1500 * 50% = 750 khách hàng
+ Dung lƣợng có khả năng truyền tải đƣợc của 2Gbps: 2Gbps * 70% = 1,4Gbps.
+ Dung lƣợng dành cho 80 kênh IPTV: 80*6 = 480Mbps (Theo 3.2) + Dung lƣợng cho VoD/1Ring DSLAM:
1500*50%*10%*6= 450 Mbps (Theo 3.1) + Dung lƣợng cho 1 ring ADSL :
1500*50%*10%*2Mbps = 150 Mbps (Theo 3.3)
+ Dung lƣợng Uplink tối thiểu là : 0.48 + 0.45 + 0.15 = 1.08 Gbps
Với việc sử dụng Uplink 2x1Gbps DSLAM sẽ đáp ứng tốt yêu cầu đảm bảo băng thông >= 200Kbps cho mỗi thuê bao trên Ring, đảm bảo yêu cầu đặt ra khi tính toán băng thông đối với thuê bao ADSL.
Kết quả tính toán
- Kết nối 2x1Gbps cho 750 khách hàng => đáp ứng tốt các dịch vụ data, VoD, IPTV, VoIP cho khách hàng. Bình quân một khách hàng sử dụng ngoài IPTV và VoD còn 0.47Gbps/1500 =320 Kbps cho các dịch vụ khác
-
Kết nối Dung lƣợng Giao diện
Giữa các DSLAM với nhau 1Gbps Quang Từ DSLAM tới IP Switch 1Gbps Quang
74
3.4.2.2 Xác định dung lƣợng IP Switch
Tham số đầu vào để tính toán
- Uplink từ IP Switch lên Multilayer-Switch là 10Gbps (giả định, sẽ chứng minh ở phần tính toán), nhƣng hiện tại dịch vụ vẫn chƣa phát triển nên dùng 2Gbps (a)
- Uplink từ các Ring DSLAM lên IP Switch là 2Gbps (b)
- Số lƣợng Ring DSLAM trên mỗi IP SWitch 7-10 Ring, lấy trung bình là 8 Ring DSLAM/1 IP Switch (c)
- Kết nối giữa 2 IP Switch dùng cáp quang 1Gbps Ethernet, trong tƣơng lai là 10Gbps Ethernet (d)
- Chuyển mạch nội tại trong Switch (dùng full-duplex) (e)
- Hệ số dự phòng là 1,2 (f)
- Số lƣợng khách hàng truy cập đồng thời tối đa cho 1 vòng Ring DSLAM là 750 (g) (số khách hàng tối đa/ring DSLAM=1500 * tỷ lệ online = 50%)
- Số lƣợng khách hàng sử dụng dịch vụ Metro-Ethernet trên 1 IP switch : 100 (i)
- Tốc độ kênh kết nối Metro-Ethernet của KH là: 100Mbps (j)
- Tỷ lệ tổng dung lƣợng của các khách hàng dùng Metro-Ethernet tại thời điểm peak: 10%
- Hiệu suất sử dụng của đƣờng GE là 70%
- Một Switch sẽ truyển tải lƣu lƣợng của SW còn lại khi 1 đƣờng kết nối từ SW lên mạng Core bị lỗi.
- 2 card Gigabit có 10 interface 1Gbps dùng để kết nối với Ring DSLAM
- 1 card 10Gigabit có 2 interface 10Gbps dùng để kết nối với Multilayer Switch và giữa các IP Switch
Công thức tính
- Số lƣợng khách hàng tối đa truy cập đồng thời trên 1 IP Switch:
- 1500*50%*8 = 6000 khách hàng
- Dung lƣợng có khả năng truyền tải đƣợc của 10Gbps uplink từ IPSwitch đến Multilayer-Switch: 10Gbps*70% = 7Gbps
- Dung lƣợng dành cho IPTV: 80*6 = 480Mbps = 0.48Gbps
- Dung lƣợng cho VoD / 1IP Switch = 6000*10%*6= 3.6Gbps
75
- Dung lƣợng còn lại cho các dịch vụ khác (data, voice): 7 – 3.6 - 0.48 -1 = 1.92Gbps (cho 6k khách hàng)
- Thiết bị IP Switch cần phải hỗ trợ khả năng chuyển mạch tối thiểu:
- (a + b*c +d+i*j)*e*f = (10 + 2*8 +10+100*0.1)*2*1.2 = 110Gbps => Chọn thiết bị hỗ trợ tối thiêu khả năng chuyển mạch 128 Gbps
- Bảng CAM table có thể lƣu tối đa 1500*50%= 750 MAC address/1Ring SW x2 (khi 1 đƣờng kết nối bị lỗi)
c*g = 750*8*2= 12k MAC => Chọn thiết bị hỗ trợ tối thiểu 16k MAC
Kết quả tính toán
Kết nối Uplink 10Gbps từ IP Switch lên Multilayer-Switch => đáp ứng tốt các dịch vụ data, VoD, IPTV, VoIP, Metro-Ethernet cho khách hàng. Bình quân một khách hàng sử dụng ngoài IPTV và VoD, Metro-Ethernet còn 1.92Gbps/6000 =320 Kbps cho các dịch vụ khác (hiện tại là 16Kbps). Trong giai đoạn hiện tại, do nhu cầu về dịch vụ chƣa cao nên vẫn sử dụng giao diện 2 x 1Gbps
Kết nối Dung lƣợng Dung lƣợng
trong tƣơng lai Giao diện Giữa 2 IP Switch 1Gbps 10Gbps Quang Từ IPSwitch tới Multilayer- Swtich 2Gbps 10Gbps Quang Từ IPSwitch tới
Ring DSLAM 2Gbps 2Gbps Quang
Bảng 3.4: Dung lƣợng kết nối tới IP Switch
SW Aggregation hỗ trợ tối thiểu khả năng chuyển mạch 128 Gbps và 16K MAC.
76
3.4.2.3 Xác định dung lƣợng Multilayer-Switch
Tham số đầu vào để tính toán
- 1 Multilayer-Switch kết nối với 10 IP Switch (x)
- Uplink từ IP Switch đến Multilayer-SWitch là 10Gbps, nhƣng hiện tại dịch vụ vẫn chƣa phát triển nên tạm thời dùng 2x1Gbps (y)
- Uplink từ Multilayer-Switch tới BRAS là 2Gbps, và tùy thuộc vào tốc độ phát triển có thể tăng lên 10Gbps (w)
- Kết nối giữa 2 Multilayer-Switch dùng cáp quang 10Gbps Ethernet (u)
- Kết nối từ Multilayer-Switch tới Media Server dùng cáp quang 10Gbps (k)
- Chuyển mạch nội tại trong Multilayer-Switch, dùng full-duplex (z)
- Hệ số dự phòng là 1,2 (v)
- Số lƣợng khách hàng truy cập đồng thời tối đa trên 1 IPSwitch là 6000 khách hàng (t)
- 1 card 10Gigabit 4 port dùng để kết nối với BRAS, Media Server và giữa các Multilayer Switch với nhau
- 2 card Gigabit 10 port dùng để kết nối với IPSwitch (trong tƣơng lai cần phải thay thế bằng 1 card 10Gigabit 10 port)
Công thức tính
Thiết bị Multilayer-Switch cần phải hỗ trợ dung lƣợng tối thiểu: (x*y + w + u +k)*z*v = (10 * 10 + 10 + 10 + 10)*2 * 1.2= 312Gbps
Chọn thiết bị hỗ trợ tối thiêu khả năng chuyển mạch 320 Gbps) Bảng CAM table có thể lƣu tối đa 75.000 MAC address
x*t = 10*6000=60k MAC
Chọn thiết bị hỗ trợ tối thiểu 64k MAC
Kết quả tính toán
Khả năng chuyển mạch trong nội tại card Gigabit 10 port: 20 Gbps