Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GMPLS trên mạng NGN của HANOITELECOM

Trong GMPLS, cấu trúc ngăn giao thức cho chức năng định tuyến IS–IS–TE cũng tương tự như đối với chức năng định tuyến OSPF–TE, chỉ có một điểm khác đó là thay lớp định tuyến IP bằng chức

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Bùi Xuân Hùng

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

GMPLS TRÊN MẠNG NGN CỦA HANOITELECOM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số: 60.52.70 Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ TUẤN LÂM

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2012

LỜI NÓI ĐẦU

Lưu lượng Internet đang gia tăng với tốc độ nhanh chóng, sự ra đời của các dịch vụ truyền thông đa phương tiện đặt ra các yêu cầu khắt khe hơn cho công nghệ mạng, như là tốc độ cao, băng thông rộng, dung lượng lớn Các công nghệ mạng hiện thời đã dần bộc lộ ra những yếu điểm trong việc đáp ứng các yêu cầu này Chính vì vậy, cần phải có giải pháp

kỹ thuật tốt hơn để đáp ứng sự bùng nổ của lưu lượng Internet

và tính đa dạng của các loại hình dịch vụ

Một giải pháp mạng viễn thông có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội hiện tại và tương lai, đó là mạng thế hệ mới - NGN (Next Generation Network)

Xu hướng phát triển mạng NGN là hướng tới một kiến trúc mạng đơn giản và hiệu quả, trong đó lớp truyền tải là một mạng toàn quang với giải pháp truyền tải là IP trên quang Một thành phần không thể thiếu trong mạng toàn quang đó là thành phần quản lý và điều khiển quang Hạt nhân của thành phần này là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching), công nghệ phát triển từ công nghệ MPLS (Multiprotocol Label Switching) GMPLS là sự mở rộng của MPLS nhằm hướng tới mảng điều khiển quang cho mạng quang GMPLS tập hợp các tiêu chuẩn với một giao thức báo hiệu chung cho phép phối hợp hoạt động, trao đổi thông tin giữa lớp truyền tải

và lớp số liệu Nó mở rộng khả năng định tuyến lớp số liệu

đến mạng quang GMPLS có thể cho phép mạng truyền tải

và mạng số liệu hoạt động như một mạng đồng nhất

HanoiTelecom là một trong những công ty Viễn thông lớn ở Việt Nam, hiện đang triển khai cung cấp các dịch vụ di động ( Mạng Vietnamobile 092), truyền dẫn liên tỉnh, quốc tế, dịch vụ Internet, VoIP…Việc xây dựng một mạng viễn thông

có khả năng hội tụ giữa các dịch vụ và có thể cung cấp băng thông lớn, đa dịch vụ …là vô cùng cần thiết trong bối cảnh cạnh tranh khốc liệt giữa các doanh nghiệp viễn thông hiện nay Chính vì vậy, em đã lựa chọn đề tài cho luận văn tốt nghiệp là “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GMPLS trên mạng NGN của HanoiTelecom” Luận văn gồm 3 chương

Chương 1: Công nghệ GMPLS

Chương 2: Các phương án ứng dụng GMPLS cho mạng truyền tải NGN Chương này đưa ra các mô hình cụ áp dụng công nghệ GMPLS cho mạng lõi cũng như mạng metro

và đưa ra được những ưu nhược điểm cụ thể của từng mô hình

Chương 3: Ứng dụng GMPLS cho mạng truyền tải NGN HanoiTelecom Nội dung chương này tập trung xem xét hiện trạng mạng truyền tải Hanoitelecom và đưa ra một số phương án ứng dụng GMPLS áp dụng cho mạng NGN HanoiTelecom

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ GMPLS

1.1 Xu hướng phát triển công nghệ truyền tải quang

Xu hướng phát triển của mạng của thế hệ kế tiếp NGN

là từng bước thay thế hoặc chuyển lưu lượng mạng sử dụng công nghệ TDM sang mạng sử dụng công nghệ chuyển mạch gói

Để giải quyết những khó khăn hiện nay của mạng truyền tải được xây dựng trên nền SONET/SDH, đáp ứng những nhu cầu về phát triển dịch vụ, các nhà cung cấp cơ sở

hạ tầng mạng đã tìm kiếm những giải pháp công nghệ tiên tiến

để xây dựng thế hệ mạng mới, có khả năng tích hợp đa dịch

vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất

Xu hướng các công nghệ được lựa chọn áp dụng để xây dựng mạng truyền tải quang thế hệ mới chủ yếu tập trung vào các loại công nghệ chính, đó là: SONET/SDH-NGEthernet/Giagabit Ethernet (GE), RPR, WDM, IP, Chuyển mạch kết nối MPLS/GMPLS, các nhà khai thác mạng có xu hướng kết hợp một số loại công nghệ trên cùng một mạng của

họ

1.2 Tổng quan công nghệ GMPLS

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Labed Switching là bước phát triển theo của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Labed Switching) GMPLS thực chất là

sự mở rộng chức năng điều khiển của mạng MPLS, nó cho phép kiến tạo mặt phẳng điểu khiển quản lý thống nhất không chỉ ở lớp mạng mà còn thực hiện đối với các lớp ứng dụng,

truyền dẫn và lớp vật lý Việc kiến tạo một mặt phẳng điều khiển thống nhất đối với các lớp mạng hứa hẹn khả năng tạo

ra một mạng đơn giản về điều hành và quản lý, cho phép cung cấp các kết nối từ đầu cuối tới đầu, quản lý tài nguyên mạng một cách hoàn toàn tự động và cung cấp các mức chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau các ứng dụng trên mạng

Một trong những yếu tố kinh tế nổi bật của GMPLS đó

là nó có chức năng tự động quản lý tài nguyên mạng và cung ứng kết nối truyền tải lưu lượng khách hàng từ đầu cuối tới đầu Công nghệ GMPLS cho phép các nút mạng tự động cung cấp các kết nối theo yêu cầu do vậy giá thành chi phí cung cấp kết nối cũng như giá thành quản lý bảo dưỡng giảm đi rất nhiều, thời gian cung ứng kết nối cung cấp dịch vụ giảm đi rất nhiều so với phương pháp truyền thống

1.3 Các đặc tính của GMPLS

- Tính chuyển hướng đa dạng

- Tính năng chuyển tiếp đa dạng

- Cấu hình

- Tính cân đối (Scalability)

- Độ tin cậy (Reliability)

1.4 Một số giao thức của GMPLS

Sự thể hiện chuyển đổi từ MPLS sang GMPLS đó là các giao thức mở rộng cho chức năng báo hiệu (RSVP–TE, CR– LDP) và chức năng định tuyến (OSPF–TE, IS–IS–TE) Những giao thức mở rộng này là sự bổ sung thêm các chức năng cho cac phần tử mạng TDM/SDH và mạng truyền tải quang nói chung

Một giao thức mới đó là giao thức quản lý đường LMP

đã được xây dựng để thực hiện quản lý và duy trì tình trạng

điều khiển cũng như trình trạng truyền tải lưu lượng giữa hai nút kế cận trong mạng GMPLS.LMP là một giao thức thực hiện trên IP, nó bao gồm các chức năng thực hiện RSVP-TE

và CR-LDP

Trong GMPLS, cấu trúc ngăn giao thức cho chức năng định tuyến IS–IS–TE cũng tương tự như đối với chức năng định tuyến OSPF–TE, chỉ có một điểm khác đó là thay lớp định tuyến IP bằng chức lớp định tuyến phi kết nối CLNP (Connectionless Network Protocol) sử dụng để truyền tải thông tin theo giao thức IS–IS-TE

1.5 Định tuyến trong mạng GMPLS

Chức năng định tuyến trong mạng GMPLS được mở rộng từ các chức năng của MPLS, các giao thức định tuyến chính được sử dụng là OSPF-TE, IS-IS-TE Trong phần đồ án này chỉ giới thiệu đến giao thức định tuyến OSPF-TE là giao thức tự động xác định cấu hình tô-pô mạng, thông báo tài nguyên khả dụng Các điểm chủ yếu của các giao thức này đó là: thông báo về loại hình bảo vệ đường (1+1, 1:1, không bảo

vệ hoặc lưu lượng phụ, thực hiện tìm đường để nâng cao khả năng xác định tuyến thông mà không cần phải thực hiện các giao thức định tuyến trên cơ sở địa chỉ IP

1.6 Công nghệ GMPLS cho quản lý điều khiển truyền tải SDH trong mạng NGN

GMPLS là sự phát triển tiếp theo của MPLS với những chức năng mở rộng Ngoài chức năng cung cấp các giao diện chuyển mạch dữ liệu gói (PSC) như MPLS đã thực hiện, GMPLS cung cấp thêm giao diện chuyển mạch cho 4 loại hình khác như mô đó là: chuyển mạch lớp 2 (L2SC), chuyển mạch khung thời gian (TDM), chuyển mạch bước

sóng (LSC), chuyển mạch sợi quang (FSC) Tài liệu RFC3471

đã mô tả tổng quan các chức năng báo hiệu mở rộng để hỗ trợ các phương thức chuyển mạch mới nói trên Tài liệu RFC3473

đã mô tả khuôn dạng bant tin báo hiệu và các cơ chế hoạt động cụ thể của giao thức báo hiệu RSVP-TE hỗ trợ cho 5 loại hình cung cấp giao diện chuyển mạch trong mạng GMPLS Phần này sẽ trình bày chi tiết phần thực hiện cụ thể những chức năng quản lý điều khiển mở rộng cho mạng SDH

Kết luận chương

Nội dung nghiên cứu ở chương này nhầm thực hiện các nghiên cứu về công nghệ GMPLS, tìm hiểu các vấn đề kỹ thuật thực hiện công nghệ GMPLS và chủ yếu đi sâu về nghiên cứu các đặc tính của công nghệ như tính chuyển hướng

đa dạng, tính chuyển tiếp đa dạng, tính cân đối

Trong chương này chúng ta cũng tiến hành nghiên cứu báo hiệu trong GMPLS nhằm hiểu được cơ chế báo hiệu, cơ chế báo lỗi, cơ chế điều khiển, cũng như một số giao thức quan trọng về định tuyến, ứng dụng GPMLS cho quản lý điều khiển truyền tải SDH nhằm cho chúng ta hiểu một cách cụ thể hơn về công nghệ GMPLS

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG ÁN ỨNG DỤNG GMPLS

CHO MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 2.1 Tình hình xây dựng tiêu chuẩn GMPLS trên thế giới

Về việc xây dựng tiêu chuẩn công nghệ GMPLS, có nhiều tổ chức quốc tế như Tổ chức nghiên cứu đặc biệt về kỹ thuật mạng liên kết IETF, Tổ chức diễn đàn mạng quang liên kết OIF, Tổ chức tiêu chuẩn viễn thông quốc tế ITU-T

Về tình hình triển khai công nghệ GMPLS của các nước trên thế giới có các dự án quan trọng sau: Dự án MUPPED (châu Âu), Dự án NOBEL (châu Âu), Dự án GARDEN (châu Âu, Bắc Mỹ và Hàn Quốc), Dự án thử nghiệm mạng GMPLS của hãng KDDI (Nhật bản), Dự án 3TNET (Trung Quốc), Dự án của NTT

2.2 Phương án triển khai mạng GMPLS theo mô hình chồng lấn

2.2.1 Phương án triển khai mạng trục GMPLS

Mạng đường trục tổ chức theo mô hình chồng lấn về cấu trúc tô-pô mạng vẫn dựa trên cơ sở mạng đường trục hiện tại (hình 2.1) Theo đó mạng sẽ bao gồm 3 nút trục chính đó

là nút trục Hà Nội, nút Đà Nẵng và nút Tp Hồ Chí Minh Tại mỗi một nút đường trục này sẽ đặt một thiết bị chuyển mạch quang OXC có chức năng GMPLS các nút OXC này đấu chéo nhau thông qua hệ thống truyền dẫn quang DWDM để thực hiện chuyển mạch bước sóng mang các tín hiệu với tốc độ có thể đạt tới tốc độ của STM 16/64 hoặc 10Gbit Ethernet Tại các nút mạng trục này còn đặt các bộ định tuyến đường trục (Router trục), các bộ định tuyến này kết nối với các chuyển mạch OXC tại nút tương ứng Các thiết bị Router trục sử dụng

để kết nối các mạng cấp tương ứng hoặc kết nối với mạng cung cấp các loại hình dịch vụ/ công nghệ khác nhau, chẳng hạn như kết nối với các mạng PSTN, xDSL, PLMN, MAN khu vực với sự đa dạng về công nghệ như TDM, ATM,

Ethernet, MPLS…

Hình 2.1 Tổ chức mạng GMPLS đường trục theo mô

hình Overlay

2.2.2 Phương án triển khai mạng GMPLS Metro

Mạng Metro tổ chức theo mô hình chồng lấn về cấu trúc phân lớp mạng vẫn dựa trên cơ sở cấu trúc phân lớp mạng Metro bao gồm 2 lớp mạng: Lớp mạng lõi (Metro Core) và lớp mạng truy nhập (Access Metro) như hình 2.2 Mạng truyền tải quang của phân lớp mạng lõi Metro và mạng truy nhập Metro bao gồm các phần tử SDH-NG/MSTP hoặc các phần tử OXC kết nối với nhau thông qua các giao diện I-NNI Ranh giới giữa hai lớp mạng này được kết nối với nhau thông qua các giao diện E-NNI Và như vậy, mặt phẳng điều khiển quản

lý của mạng truyền tải quang và các Router biên là một mặt phẳng thống nhất theo công nghệ GMPLS Các giao diện vật

lý kết nối thuộc mạng truyền tải có thể là các giao diện

STM-n, giao diện FE (100 Mbit/s), GE (1/10 Gbit/s) hoặc cũng có

thể là các giao diện với tốc độ luồng VC-n đơn lẻ hoặc chuỗi liên kết luồng (VC Concatenation) để cung cấp các kênh truyền tải với nhiều tốc độ khác nhau

Hình 2.2 Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình

Overlay

2.3 Phương án triển khai mạng GMPLS theo mô hình ngang hàng

2.3.1 Phương án triển khai mạng trục GMPLS

Về cơ bản cấu trúc kết nối của mô hình mạng ngang hàng tương tự như mô hình mạng chồng lấn Chỉ có một khác biệt đó là các Router trục kết nối với các OXC theo cơ chế ngang hàng (hình 2.3) Có nghĩa là các OXC coi các Router trục có chức năng hoạt động giống như các OXC và ngược lại, các Router trục coi các OXC có các chức năng hoạt động giống như các Router trục khác Trong trường hợp này mặt điều khiển và quản lý giữa OXC và Router trục là thống nhất Các Router trục hiểu rõ cấu trúc tô-pô và có khả năng sử dụng tài nguyên của mạng truyền tải quang và ngược lại, các OXC hiểu rõ cấu trúc tô-pô của mạng định tuyến Router và có khả năng sử dụng tài nguyên trong mạng định tuyến Router

Hình 2.3 Tổ chức mạng GMPLS đường trục mô hình Peer

2.3.2 Phương án triển khai mạng metro

Về cơ bản cấu trúc kết nối của mô hình mạng ngang hàng trong mạng GMPLS Metro cũng tương tự như tương tự như mô hình mạng ngang hàng áp dụng cho đường trục như hình 2.4 Các phần tử mạng bao gồm các Router và các OXC kết nối không phân biệt với nhau theo một giao thức thống nhất là các giao thức báo hiệu, định tuyến và điều khiển quản

lý GMPLS Tuy nhiên, trong một phạm vi phân lớp mạng (như là trong phân lớp mạng truy nhập hoặc mạng lõi có thể cần kết nối định tuyến và quản lý bên trong (thông qua các giao diện I-NNI) Với phương án triển khai mạng ngang hàng cho mạng GMPLS Metro chúng ta có được một mạng có mặt phẳng điều khiển quản lý thống nhất theo bộ giao thức GMPLS của IETF và mô hình kiến trúc mạng ASON/ G.8080

do ITU-T đề xuất

Hình 2.4 Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình

Peer

2.4 Phương án triển khai mạng GMPLS theo mô hình lai ghép

2.4.1 Phương án triển khai mạng trục GMPLS

Phương án triển khai mạng đường trục theo mô hình lai ghép là sự kết hợp giữa phương án triển khai theo mô hình chồng lấn và mô hình ngang hàng (hình 2.5)

Theo phương án này thì giữa phạm vi mạng trên cơ sở công nghệ IP/MPLS và mạng OXC sẽ có một thiết bị định tuyến có thể kết nối với mạng truyền tải quang theo mô hình ngang hàng đồng thời là phần tử đóng vai trò định tuyến trong mạng IP/MPLS và được gọi là thiết bị định tuyến ranh giới (Border Router) Thiết bị định tuyến như vừa có thể thực hiện chức năng định tuyến trong mạng truyền tải quang (quản lý cấu trúc tô-pô mạng quang) vừa có chức năng định tuyến trong mạng IP/MPLS Theo phương án này, mặt phẳng quản

lý và điều khiển giữa mạng IP/MPLS và mạng truyền tải quang OXC là tách biệt riêng rẽ, không có sự trao đổi thông tin định tuyến, báo hiệu và điều khiển giữa hai mặt điều khiển quản lý này

Hình 2.5 Tổ chức mạng GMPLS đường trục theo mô

hình lai ghép

2.4.2 Phương án triển khai mạng GMPLS Metro

Phương án triển khai mạng GMPLS Metro theo mô hình lai ghép cũng tương tự như triển khai mạng GMPLS đường trục theo mô hình lai ghép Điểm khác biệt ở đây là phạm vi mạng GMPLS bao gồm các phần tử mạng truyền tải quang của cả hai phân lớp mạng truy nhập và mạng lõi Metro

và tới các Router cổng đóng vai trò cổng liên kết giữa phạm vi mạng truyền tải quang GMPLS và mạng định tuyến IP/MPLS (Border Router) Trong mô hình này (hình 3.6) các Router cổng sẽ thực hiện hai chức năng, đối với phạm vi mạng GMPLS nó sẽ hoạt động như một phần tử mạng GMPLS và kết nối với các phần tử mạng GMPLS khác thông qua giao