Đồ án Tốt nghiệp: Tìm hiểu phương pháp điều khiển IP trên mạng thông tin quang

ĐỀ CƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô trong ngành Tin Học Viễn Thông cũng như trong khoa Công Nghệ Thông Tin Ứng Dụng đã luôn nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học tập tại trường, làm nền tảng giúp em có thể thực hiện đề tài tốt nghiệp này Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Phan Thị Lan Anh đã hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian làm đồ án, giúp em có hướng đi đún.

Đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô trong ngành Tin Học Viễn Thông cũng như trong khoa Công Nghệ Thông Tin Ứng Dụng đã luôn nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học tập tại trường, làm nền tảng giúp em có thể thực hiện đề tài tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Phan Thị Lan Anh đã hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian làm đồ án, giúp em có hướng đi đúng để có thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn đã luôn hết lòng giúp đỡ trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua

Trong quá trình làm đồ án, vì chưa có kinh nghiệm thực tế, chỉ dựa vào lý thuyết

đã học cùng với thời gian hạn hẹp nên bài báo cáo tốt nghiệp chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót Kính mong nhận được sự góp ý, chia sẻ từ quý Thầy, Cô và các bạn để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra những kinh nghiệm bổ ích

có thể áp dụng vào thực tiễn một cách hiệu quả trong tương lai

Một lần nữa em xin chân thành cám ơn!

Người thực hiện đề tài:

Hoàng Công Minh

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN TẢI 2

1.1 GIẢI PHÁP TỔ CHỨC CÁC MẠNG VIỄN THÔNG 2

1.1.1 Giải pháp tích hợp 2

1.1.2 Giải pháp phân tán 2

1.2 GIAO THỨC THỐNG NHẤT CỦA MẠNG TRUYỀN TẢI 3

1.2.1 IP 3

1.2.2 Giao thức IP 4

1.2.2.1 IPv4 4

1.2.2.2 IPv6 4

1.2.2.3 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP 4

1.3 MẠNG TRUYỀN TẢI TRUYỀN THỐNG 5

1.3.1 Kiến trúc mạng truyền thống 5

1.3.2 Các công nghệ sử dụng trong mạng truyền thống 6

1.3.2.1 Kỹ thuật thông tin quang 6

1.3.2.2 Kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ (SDH) 7

1.3.2.3 Kỹ thuật truyền dẫn không đồng bộ (ATM) 7

1.4 MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ SAU 12

1.4.1 Tổng quan về NGN 12

1.4.1.1 Cấu trúc cơ bản của mạng NGN 12

1.4.1.2 Các đặc trưng cơ bản của mạng NGN 13

1.4.2 Mạng truyền tải NGN 14

1.4.2.1 Các chức năng lớp truyền tải 14

1.4.2.2 Giải pháp công nghệ mạng truyền tải 15

1.4.3 Xu hướng phát triển mạng truyền tải 19

CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ CƠ BẢN CỦA MẠNG THÔNG TIN QUANG THẾ HỆ SAU 21

2.1.1 Xu hướng phát triển của dịch vụ viễn thông 21

2.1.2 Xu hướng phát triển của công nghệ truyền tải quang 22

2.1.2.1 Sự phát triển của cấu trúc mạng 22

2.1.2.2 Xu hướng phát triển công nghệ truyền tải quang 23

2.1.3 Kết luận 29

2.2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG 30

2.2.1 Công nghệ truyền dẫn NG-SONET/SDH 30

2.2.2 Công nghệ GMPLS 31

2.2.3 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng 32

2.2.3.1 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM 32

2.2.3.2 Các đặc điểm của công nghệ WDM 33

2.2.4 Kết luận chương 34

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN IP TRONG MẠNG QUANG THẾ HỆ SAU 35

3.1 TỔNG QUAN 35

3.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN IP TRÊN QUANG TĨNH 36

3.2.1 Mô hình xếp chồng IP trên quang với điều khiển tĩnh 36

3.2.1.1 Hạ tầng dịch vụ IP 36

3.2.1.2 Ghép IP đến lớp quang 37

3.2.1.3 Kiến trúc 2 lớp IP/quang 37

3.2.1.4 Quản lý băng thông 38

3.2.2 Giải pháp điều khiển quang tĩnh 39

3.2.2.1 Phát triển hạ tầng dịch vụ IP 39

3.2.2.2 Phát triển hạ tầng truyền dẫn quang 40

3.2.3 Phục hồi 40

3.2.3.1 Bảo vệ quang 41

3.2.3.2 Phục hồi lớp dịch vụ 42

3.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN IP TRÊN QUANG ĐỘNG 43

3.3.1 Mô hình định tuyến bước sóng 43

3.3.2 Kiến trúc và các phần 44

3.3.3 Giải pháp điều khiển định tuyến bước sóng 45

3.3.5 Chuyển đổi bước sóng 46

3.3.6 Phục hồi 47

3.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG 48

3.4.1 Ứng dụng cơ chế điều khiển MPLS-TE để điều khiển các OXC 49

3.4.2 Mô hình MPLmS 50

3.4.3 Kiến trúc và các phần tử 50

3.4.4 Mặt phẳng điều khiển MPLmS 51

3.4.5 Cung cấp đường dẫn ánh sáng 53

3.4.6 Sử dụng MPLmS trong mô hình xếp chồng 54

3.4.7 Phục hồi 54

3.5 Kết luận chương 55

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO viii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ix

ATM Asynchronous transfer mode Phương thức truyền không đồng bộ ASON Automatic Switching Optic Mạng quang chuyển mạch tự động API Application Program Interface Giao diện chương trình ứng dụng ATF Access Transport Function Chức năng chuyển tải truy nhập

BCN Broadband Convergence Network Mạng hội tụ băng rộng

TDM Time division multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian CoS Class of Services Lớp dịch vụ

DA Destination Address Địa chỉ đích

DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bước sóng

DCN Data Communications Network Mạng truyền liệu

FIFO First In First On Vào trước ra sau

FEC Forward Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương

GMPLS Generalized Multi Protocol Chuyển mạch nhãn đa giao thức

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng đặc trách kỹ thuật Internet IS-IS Intermediate System to Hệ thống trung gian-hệ thống trung

Intermediate System gian

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LSC Lambda Switching Capability Khả năng chuyển mạch bước sóng LSR Lable Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MPLS Multi Protocol Lambda Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NG- Next Generation-SDH/SONET SDH/SONET thế hệ mới

SONET

/SDH

OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

POS Paket over SDH/SONET Gói qua SDH/SONET

SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ

SDL Simple Data Link Liên kết dữ liệu đơn giản

SLA Service level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TTL Time to Live Thời gian sống

TE Traffic Engineering Thiết kế lưu lượng

RSVP Resource ReSerVartion Protocol Giao thức dành trước tài nguyên VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

WDM Wavelength-division multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng

WRC Wavelength Routing Controller Bộ điều khiển định tuyến bước sóng

Số hiệu hình Tên hình Trang

Hình 1.4 Các loại công nghệ truyền dẫn sử dụng trong lớp truyền tải

Hình 3.5 Bộ điều khiển chuyển mạch LmSC có giao diện điều khiển

đến OXC và bộ định tuyến bước sóng đơn

52

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, thế giới đang bước sang kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, trong đó thông tin là động lực thúc đẩy sự phát triển của xã hội Do đó, nhu cầu truyền thông ngày càng lớn với nhiều dịch vụ mới băng rộng và đa phương tiện trong đời sống Để đáp ứng được vai trò động lực thúc đẩy sự phát triển của kỷ nguyên thông tin, mạng truyền thông cần phải linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin cả xã hội Các tổ chức viễn thông, các nhà khai thác luôn tìm mọi giải pháp về mạng, giải pháp công nghệ để phát triển mạng viễn thông

Trong những năm gần đây công nghệ IP đã bùng nổ trong công nghệ mạng Tốc

độ phát triển cực nhanh của lưu lượng Internet và sự gia tăng không ngừng số người sử dụng Internet

Từ sự bùng nổ lưu lượng IP cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP và công nghệ thông tin quang đã tạo nên một cuộc cách mạng trong mạng truyền tải của các mạng viễn thông

Kết hợp hai công nghệ mạng này trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng tạo thành một giải pháp tích hợp để truyền tải là vấn đề mang tính thời sự Trong hầu hết các kiến trúc mạng viễn thông đề xuất cho tương lai đều thừa nhận sự thống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên quang Đặc biệt, truyền tải IP trên mạng quang được xem là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng truyền tải NGN

Luận văn “Tìm hiểu phương pháp điều khiển IP trong mạng thông tin quang” được trình bày thành ba chương

Chương I: Tổng quan về kiến trúc mạng truyền tải

Chương II: Các công nghệ cơ bản của mạng thông tin quang thế hệ sau

Chương III: Các phương pháp điều khiển IP trong mạng quang thế hệ sau

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC

MẠNG TRUYỀN TẢI 1.1 GIẢI PHÁP TỔ CHỨC CÁC MẠNG VIỄN THÔNG

1.1.1 Giải pháp tích hợp

Giải pháp mạng tích hợp các mạng viễn thông là tất cả các mạng viễn thông cung cấp các dịch vụ khác nhau như thoại, dữ liệu, truyền thanh và truyền hình, mạng cố định và di động, mạng truyền tải và tính toán, được tích hợp thành một mạng thống nhất và duy nhất

Hiện nay trên thế giới đã đang tồn tại và phát triển 3 thế hệ mạng để cung cấp dịch vụ viễn thông, tin học như dữ liệu, truyền thanh và truyền hình, mạng cố định và

di động, mạng truyền tải và tính toán,…Đó là mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN, mạng thế hệ sau (NGN) và mạng hội tụ băng rộng (BCN)

Giải pháp tích hợp mạng phải được thực hiện trên cả ba thế hệ mạng Ví dụ khi xây dựng mạng NGN thì phải tính toán đến khả năng phát triển mạng BCN trong tương lai, đồng thời quan tâm đến khấu hao và nhu cầu chuyển đổi của mạng PSTN lên mạng NGN

Hình 1.1 Sơ đồ thực hiện giải pháp tích hợp mạng

Giải pháp tích hợp mạng có ưu điểm là giao diện người sử dụng cũng như quản

lý khá đơn giản và đang là một xu hướng phát triển của các mạng viễn thông hiện tại

và đang được triển khai ở nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên nó có khá nhiều nhước điểm như tổ chức mạng phức tạp, độ tin cậy và chất lượng truyền dẫn thấp, tính trong suốt của mạng và hiệu quả kinh tế thấp

NGN, mạng hội tụ băng rộng BCN trên các kênh quang khác nhau, trên một sợi quang hay một mạng quang, hoặc tổ chức hỗn hợp các mạng cung cấp dịch vụ khác nhau, các mạng cho các thế hệ khác nhau trên các kênh quang khác nhau

Hình 1.2 Sơ đồ giải pháp mạng phân tán

Giải pháp phân tán phát triển các mạng viễn thông có ưu điểm là tổ chức mạng đơn giản, độ tin cậy và chất lượng truyền dẫn cao, tính trong suốt của mạng và tính hiệu qura kinh tế lớn Tuy nhiên giải pháp này có một số hạn chế như giao diện người

Mặt khác, công nghệ thông tin quang ngày càng phát triển mạnh mẽ Đặc biệt khi công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh phân chia theo bước sóng – WDM, mà giai đoạn tiếp theo là ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao – DWDM, ra đời với những ưu điểm vượt trội về băng thông rộng, tốc độ lớn và chất lượng truyền dẫn cao cũng tạo nên một sự phát triển đột biến trong công nghệ truyền dẫn

Cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP và công nghệ thông tin quang đã tạo nên một cuộc cách mạng truyền tải của các mạng viễn thông Truyền tải IP trên mạng quang được xem là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng truyền tải NGN Phương thức truyền tải IP trên quang là một trong những yếu tố quan trọng để lựu chọn giao thức IP làm giao thức thống nhất cho mạng truyền tải

1.2.2 Giao thức IP

Cho đến nay đã có hai phiên bản của giao thức IP đó là IPv4 và IPv6, tuy vậy chúng vẫn thực hiện chức năng chính sau:

+ IP định nghĩa đơn vị số liệu mà có thể gửi qua Internet

+ Phần mềm IP thực hiện chức năng định tuyến dựa trên địa chỉ IP

+ IP gồm một tập hợp các nguyên tắc cho phép xử lý đơn vị số liệu tại các bộ định tuyến và Host như thế nào và khi nào và bao giờ bản tin lỗi cần được tạo ra, và khi nào số liệu cần hủy bỏ

1.2.2.1 IPv4

IPv4 tổ chức thiết bị/người sử dụng của nó theo kiến trúc địa chỉ 2 lớp đơn giản gồm địa chỉ mạng và địa chỉ host (ID) Độ dài địa chỉ 32 bit được chia thành 3 lớp cho các ứng dụng quảng bá: lớp A, B và C tương ứng với các kích thước mạng lớn, vừa và nhỏ Công suất và kích thước bộ nhớ của các máy tính đã thay đổi đáng kể

1.2.2.2 IPv6

IPv6 không tương hợp trưc tiếp với IPv4 Cơ chế địa chỉ của IPv6 hoàn toàn mới

và dựa trên cơ sở sử dụng địa chỉ của các mạng tiên tiến đang dùng nó Không gian địa chỉ của Ipv6 có độ dài 128 bit nên có khả năng tạo ra một lượng lớn địa chỉ IP

Đặc tính bảo mật của Ipv6 hỗ trợ cho tính hợp pháp và bí mật cá nhân Chúng cũng cung cáp chức năng cơ bản cho việc tính cước dịch vụ và lưu lượng tương lai theo cước phí

1.2.2.3 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP

Trước đây, Internet chỉ hỗ trợ dịch vụ với nỗ lực tối đa như bản chất thuật ngữ

“best effort” (cố gắng tối đa), ở đó tất cả các gói có cùng năng lực truy nhập tài nguyên mạng Lớp mạng liên quan đến việc truyền tải các gói từ nguồn đến đích bằng cách sữ dụng địa chỉ đích trong mào đầu gói dựa vào một thực thể trong bảng định tuyến Sự phân tách trong quá trình định tuyến (tao, duy trì, cập nhật bảng định tuyến) từ quá trình gửi gói tin thực tế là một khái niệm thiết kế quan trọng trong Internet Trong số những giải pháp này, Intserv/RSVP vafDiffServ/QoS – agents là những giải pháp hứa hẹn nhất

1.3 MẠNG TRUYỀN TẢI TRUYỀN THỐNG

Kết quả là kiến trúc mạng của các nhà cung cấp dịch vụ và truyền thông được xây dựng bởi nhiều lớp Lớp tín hiệu quang/Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) tạo nên môi trường truyền dẫn vật lý với toàn bộ băng tần truyền dẫn Trong quá khứ, lớp này không được định tuyến thông minh Nhằm phân phối được băng tần hợp lý, người ta sử dụng lớp mạng quang phân cấp số đồng bộ (SONET/SDH và quang/WDM) ATM cũng được định nghĩa cơ chế định tuyến nhằm tối ưu lưu lượng truyền qua mạng trong giới hạn của các dịch vụ ATM khác nhau

Khi có sự bùng nổ về thông tin, đã phát sinh nhu cầu và sự phát triển nhanh của mạng Internet đòi hỏi yêu cầu phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng và dịch

vụ theo yêu cầu đông thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao Khi đó, các nhà cung cấp đã đề xuất nhiều giải pháp công nghệ để xâp dựng mạng IP, như IPoA (IP qua ATM) IPoS (IP qua SONET/SDH), IP qua WDM Mỗi công nghệ có ưu nhược điểm nhất định Công nghệ TM được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong các mạng IP xương sống do tốc độ cao, chất lượng dịch vụ QoS, điều khiển luồng và các đặc tính khác của nó mà các dạng định tuyến truyền thông không có Nó cũng được phát triển

để hỗ trợ cho IP Hơn nữa, trong các trường hợp yêu cầu thời gian thực cao, IPoA sẽ

- Chuyển phát hiệu quả: do sử dụng nhãn nên các bộ định tuyến lõi/I.SR không cần thực hiện việc tìm kiếm tuyến trong các bảng định tuyến lớn mà chỉ thực hiện trong LIB nhỏ

- Dịch vụ phân biệt: các tuyến hoặc FEC có thể được gán cho CoS khác nhau, sử dụng nhãn kết hợp với các tham số CoS cho phép dễ dàng nhận diện dòng lưu lượng

- Mạng riêng ảo: VPN có thể được thiết lập bằng cách tương đối đơn giản, sử dụng các nhãn lưu lượng riêng có thể tách ra trong mạng công cộng

- Thiết kế lưu lượng: bởi vì các tuyến MPLS dựa trên topo và sử dụng nhãn để nhận diện nên dễ dàng định tuyến lại

1.3.2 Các công nghệ sử dụng trong mạng truyền thống

Mạng truyền tải truyền thống thường sử dụng các hệ thống thông tin trên cáp sợi quang với phương thức truyền dẫn đồng bộ hoặc không đồng bộ, vì các hệ thống thông tin này có ưu việt của kỹ thuật thông tin quang như cự ly truyền dẫn xa, khả năng truyền dẫn lớn và chất lượng truyền dẫn cao và được xác định là một phương tiện truyền dẫn chủ đạo của mạng truyền tải truyền thống

1.3.2.1 Kỹ thuật thông tin quang

Các thành phần chính của một hệ thống thông tin quang gồm có bộ phát quang, cáp sợi quang và bộ thu quang Bộ phát quang được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các mạch điện điều khiển liên kết với nhau Cáp sợi quang gồm có các sợi quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ khỏi tác động có haị từ bên ngoài Bộ thu quang do bộ tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Ngoài các thành phần chủ yếu này, tuyến thông tin quang còn có các bộ ghép nối quang, các mối hàn, các bộ chia quang và các trạm lặp, tất cả tạo nên một hệ thống thông tin quang hoàn chỉnh

Tham số quan trọng nhất của các sợi quang là suy hao sợi quang theo bước sóng Đặc tuyến suy hao của sợi quang tồn tại ba vùng mà tại đó suy hao thấp nhất là các vùng bước sóng 850 nm, 1300 nm và 1550 nm Sợi quang có suy hao nhỏ nhất được chế tạo từ thủy tinh fluoride có hàm lượng kim loại nặng trong đó ZrF4 là thành phần chủ yếu Giá trị suy hao tối thiểu ở sợi đạt tới 0.01 đến 0.001 dB/km

Nguồn phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng đi-ốt phát quang hoặc laser bán dẫn Cả hai loại nguồn phát này đều phù hợp cho các hệ thống thông tin quang, thiết bị này sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu thành tín hiệu quang tương ứng và công suất quang đầu ra sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi của cường độ dòng điều biến

Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ lan truyền dọc theo sợi quang để tới bộ thu quang Khi truyền trên sợi quang, tín hiệu ánh sáng thường bị

suy hao và méo do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây nên Bộ tách sóng ở phần thu thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu từ hướng phát tới Tín hiệu quang được biến đổi trực tiếp trở lại thành tín hiệu điện Yếu tố quan trọng nhất phản ánh hiệu suất làm việc của thiết bị thu quang là độ nhạy thu quang, nó mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thu được ở một tốc độ truyền dẫn nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bit của hệ thống

Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tín hiệu quang trong sợi quang bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có trạm lặp quang đặt trên tuyến Cấu trúc của thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát và thiết bị thu ghép quay phần điện vào nhau Thiết bị thu ở trạm lặp sẽ thu tín hiệu quang yếu rồi tiến hành biến đổi thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu, sửa dạng và đưa vào đầu vào thiết bị phát quang Thiết bị phát quang thực hiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang rồi lại phát tiếp vào đường truyền

- Dung lượng các byte dành cho quản lý và bảo dưỡng lớn, do đó tăng khả năng quản lý mạng, độ tin cậy cao

1.3.2.3 Kỹ thuật truyền dẫn không đồng bộ (ATM)

Trong năm 1980, các tiêu chuẩn được các công ty điện thoại và các nhà sản xuất phát triển thành một lớp linh hoạt ở trên cung của SONET/SDH để có thêm sự mềm dẻo trong việc phân bổ băng thông và làm tăng thêm thành quả cho các dịch vụ Công nghệ mới ATM làm việc với các khe cận đồng bộ gọi là tế bào, nhưng tế bào đó không

có việc gửi định kỳ như trong khe thời gian của mạng TDM Thay vào đó, có nhiều dịch vụ được định nghĩa chỉ gửi khi có yêu cầu Một lợi điểm quan trọng của ATM là tích hợp lưu lượng số liệu và thoại một cách hiệu quả hơn so với SONET/SDH

Một mạng ATM cơ bản gồm các mạng lưới của bộ chuyển mạch ATM kết nối với nhau bằng các liên kết ATM điểm-nối-điểm hoặc các giao diện Bộ truyền dẫn hoặc bộ chuyển mạch của ATM là nhỏ, gói số liệu có độ dài cố định và được gọi là tế bào cỡ khoảng 53 byte, vì vậy có thể gọi là chuyển mạch tế bào Bởi vì tế bào nhỏ và

có cỡ cố định, bộ chuyển mạch ATM có thể chuyển các tế bào từ một giao diện này tới các giao diện khác một cách nhanh chóng ATM cho phép truyền dẫn lưu lượng qua kết nối đầ cuối tới đầu cuối dọc theo mạng ATM với sự dự báo trước và độ trễ rất nhỏ, điều này là chìa khóa để mở ra cho việc phân phối thoại và dịch vụ số liệu với một QoS chắc chắn trong điều kiện của băng thông, trễ, trượt của mạng

Nguyên lý cơ bản của ATM là kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, truyền không đồng bộ và ghép kênh thống kê ATDM Trong công nghệ chuyển mạch gói, ví dụ như trong giao thức X.25 các gói tin có phần tiêu đề khá phức tạp, kích thước gói khá lớn và có độ dài không chuẩn hóa Như vậy việc xử lý ở chuyển mạch gói tương đối khó, kích thước lớn nên độ trễ sẽ lớn, xử lý truyền dẫn chậm đồng thời khó quản lý trong quá trình truyền Khắc phục nhược điểm này của chuyển mạch gói, ở ATM tạo ra các gói tin có kích thước và khuôn dạng được chuẩn hóa sao cho dễ dàng quản lý nhất và truyền dẫn hiệu quả nhất, các gói tin đó được gọi

là các tế bào ATM Tế bào gồm có trường thông tin mang thông tin của người dung và phần tiêu đề mang thông tin điều khiển của mạng để định tuyến bản tin đích Mặt khác, vì trên cùng một đường truyền có thể có nhiều tế bào từ các nguồn tín hiệu ghép lại với nhau nên cần phải có biện pháp phân biệt các tế bào của các nguồn khác nhau, biện pháp này được thực hiện bằng thông tin mang trong tiêu đề tế bào

Trường thông tin được truyền tải trong suốt qua mạng ATM và không bị xử lý trong quá trình vận chuyển Trong mạng ATM sử dụng khái niệm đường ảo và kênh

ảo nên thứ tự các tế bào ở phía thu có thứ tự như ở phía phát Trong công nghệ chuyển mạch kênh, mỗi một cuộc gọi được gán một kênh vật lý nhất định tương ứng với một khe thời gian và kênh này tồn tại trong suốt thời gian như cuộc gọi Như vậy tốc độ truyền dẫn sẽ được đảm bảo nhưng nhược điểm là hiệu suất sử dụng kênh rất thấp, mặt khác nó không đáp ứng được nhu cầu thay đổi độ rộng băng tần của người sử dụng một cách linh hoạt

Để phát huy những ưu điểm và khắc phục nhược điểm của chuyển mạch kênh, thì ATM cũng là kỹ thuật có tính chất hướng kết nối, trong đó đường truyền được thiết lập trước khi người dung trao đổi thông tin với nhau Điều này được thực hiện bởi thủ tục thiết lập kết nối tại thời điểm bắt đầu và thủ tục giải phóng cuộc gọi tại thời điểm kết thúc Tuy nhiên, do thông tin được truyền dưới dạng gói và sử dụng ghép kênh thống

kê nên hiệu suất sử dụng băng tần là rất cao

Sử dụng chuyển nhãn đa giao thức cho phân phối dịch vụ IP

+ Các vấn đề liên quan đến giao thức định tuyến IP chuẩn

Định tuyến IP thông thường dựa trên trao đổi thông tin có được của mạng thông qua giao thức định tuyến, như OSPF hoặc các loại khác Các bộ định tuyến sẽ xem xét địa chỉ IP đích trong phần mào đầuIP đối với gói đến và sử dụng thông tin có được của mạng để chuyển tiếp gói tin Quá trình này được gọi là xem xét bảng định tuyến được thực hiện độc lập tại mỗi chặng của bộ định tuyến trong suốt đường truyền của gói tin Mạng IP được triển khai điển hình tại tầng trên của cấu trúc ATM Mạng lớp 2 hoàn toàn độc lập với mạng IP Điều này dẫn đến các vấn đề sau:

Vấn đề đầu tiên đưa ra định tuyến tối ưu trong mạng IP, các kết nối đa

điểm-đến-đa điểm giữa các bộ định tuyến mong muốn Điều này dẫn tới n*

(n-1)/2 kết nối áo trong mạng ATM Do vậy, mỗi khi một bộ định tuyến kết nối vào mạng các kết nối ảo được tao ra đến mỗi bộ định tuyến trong mạng

Vấn đề thứ hai, lỗi mạng hoặc thay đổi cấu hình mạng làm thay đổi lớn lưu lượng giao thức mạng Mối bộ định tuyến phải gởi thông tin cập nhập định tuyến đến các kết nối ảo đang kết nối để thông báo với các bộ định tuyến bên cạnh trạng thái có được của mạng IP mới

Đứng trên quan điểm thiết kế định tuyến, một vấn đề khác có thể nhận thấy Một

ví dụ, xem xét mạng của nhà cung cấp dịch vụ Internet trong đó có rất nhiều bộ định tuyến tại biên của mạng có mối quan hệ ngang hàng với bộ định tuyến của các ISP khác để trao đổi thông tin định tuyến và có kết hợp với IP toàn cầu Để tìm được đường đi ngắn nhất tới bất cứ điểm đích của mạng ISP bên ngoài, các bộ định tuyến trong lõi của mạng ISP phải có được toàn bộ thông tin có được trong mạng, do vậy các

bộ định tuyến tại biên mạng hiểu được từ các bộ định tuyến ngang hàng Do vậy, toàn

bộ định tuyến của ISP phải duy trì toàn bộ bảng định tuyến Internet để dẫn tới cần lượng lớn bộ nhớ và sử dụng CPU cao Giải pháp này dẫn tới vấn đề là một kỹ thuật

chuyển tiếp tại đó các thông tin có được của mạng toàn cầu được xử lý tại biên mạng

và các gói chuyển tiếp được truyền trong lõi

+ Khái niệm: sử dụng nhãn như thông tin chuyển tiếp

MPLS dự định đánh địa chỉ theo các vấn đề đưa ra MPLS đã được chuẩn hóa bằng IETF trong vài năm qua MPLS giới thiệu một vài cách tiếp cận việc triển khai mạng IP Nó tách rời cơ chế điều khiển từ cơ chế chuyển tiếp và đưa ra một nhãn

“label” sử dụng cho chuyển tiếp gói

MPLS được triển khai ở các mạng chỉ có bộ định tuyến để đánh địa chỉ các vấn

đè thiết kế giao thức định tuyến hoặc được triển khai trong môi trường ATM tích hợp

cơ chế cả hai lớp (lớp 2) và (lớp 3) thành mạng IP + ATM Một mạng MPLS bao gồm

bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) tại lõi của mạng và bộ định tuyến chuyển mạch nhãn tại biên (Edge - LSR) đặt xung quanh LSR

Bên trong mạng MPLS, lưu lượng được chuyển đi nhờ các nhãn Các bộ định tuyến Edge-LSR tại lối vào của mạng MPLS có nhiệm vụ gán nhãn và chuyển tiếp gói tin tới LSR tiếp theo theo tuyến đường mà lưu lượng truyền qua mạng MPLS Toàn bộ LSR trên tuyến được sử dụng nhãn như một tham số của bảng lưu giữ thông tin chặng tiếp theo và nhãn mới Nhãn cũ được thay đổi bằng nhãn mới trong bảng này và gói tin được chuyển tiếp tới chặng tiếp theo Sử dụng phương thức này ngầm định rằng giá trị nhãn chỉ có ý nghĩa quan trọng đối với 2 LSR Tại bên kia điểm vào của mạng, nhãn được bỏ và lưu lượng được chuyển tiếp và sử dụng cơ chế định tuyến IP thông thường MPLS đưa ra khái niệm Lớp chuyển tiếp tương đương Một FEC là tập hợp các gói chia sẻ cùng một đặc tính khi gói tin đi qua miền MPLS Những đặc tính này có thể cùng địa chỉ IP đích, cùng chất lượng của lớp dịch vụ, cùng mạng riêng ảo VPN Một FEC có thể kết hợp với một vài đặc tính Một nhãn được gán cho FEC, do vậy toàn bộ gói thuộc cùng FEC sẽ có cùng nhãn gán cho LSR

Cấu trúc MPLS cho phép nhiều nhãn tạo nên một ngăn xếp nhãn (label stack) gán cho gói thông tin Điều này có thể cho giám sát lượng lượng, tại đây một nhãn có thể dùng đại diện cho một đường hầm trong khi nhãn khác có thể đại diện cho một FEC Một khả năng khác có thể là một nhãn được sử dụng gán cho một VPN xác định,

và nhãn khác là FEC sử dụng chuyển tiếp lưu lượng thông qua mạng cung cấp Để phân biệt ngăn xếp nhãn sử dụng bit S nằm trong mỗi nhãn Thiết lập “1” cho phần cuối của ngăn xếp nhãn và “0” cho các phần còn lại của ngăn xếp

Mỗi gói IP có một trường TTL để ngăn trạng thái tồn tai quá lâu của gói trên mạng Trường TTL duy trì một biến đếm giảm dần tới 0, khi TTL = 0 thì gói này sẽ bị loại bỏ Trường TTL 8 bit cũng tồn tại trong nhã MPLS, chủ yếu giải quyết các lỗi phát sinh Một trường 3 bit đầu dùng cho mục đích thử nghiệm Các bit này đã thực sự được, dùng trong một vài ứng dụng để xác định mức độ ưu tiên mạng và được sử dụng đưa ra mức độ chất lượng dịch vụ Qos của mạng MPLS

Phần còn lại của nhãn được sử dụng cho các giá trị của nhãn 20 bit này chứa các thông tin thực sự của nhãn

Phần thứ 2 cơ sở dữ liệu gọi là cơ sở thông tin nhãn LSR cần thiết trao đổi thông tin nhãn kết hợp với FEC Những giao thức tồn tại khác nhau này thực hiện nhiệm vụ này Một giao thức gọi là giao thức phân phối nhãn được sử dụng trao đổi thông tin trong đó phần đầu kết hợp với nhãn Để trao đổi thông tin trong đó VPN được kết hợp với nhãn bằng BGP đa giao thức chung nhất Tuy nhiên, có một vài loại giao thức khác nhau cho phép trao đổi nhãn gán giữa các LSR

Xem xét LDP như một giao thức được sử dụng, các thông tin nhãn đuợc trao đổi LDP sử dụng vị trí nhãn luồng phía dưới Điều này có nghĩa là một LRS được chuyển xuống bên cạnh nó, tại đó nhãn được sử dụng chuyển tiếp gói dữ liệu theo một FEC ngoài giao tiếp mong muốn Nếu chuyển xuống LSR yêu cầu một nhãn kết hợp với một FEC và LSR chuyển xuống trả lời một thông điệp gán nhãn, điều này gọi là truyền xuống theo yêu cầu Nếu chuyển lên của LRS không được yêu cầu của một gán nhãn,

và chuyển xuống LSR đưa ra một thông điệp gán nhãn, cái này gọi là chuyển xuống không chắc chắn hoặc đơn giản phân bố nhãn chuyển xuống Kết hợp các giá trị nhãn đến thực hiện nội bộ

Mặt phẳng chuyển tiếp bao gồm một cấu trúc thông tin, nó là một nơi lưu giữ gọi

là cơ sở thông tin chuyển mạch nhãn (LFIB: Label Forwarding Information Base) LFIB xử lý các quá trình chuyển tiếp gói thực sự Nó bao gồm các thông tin giá trị nhãn đến, giá trị nhãn đi, tiền tố FEC, giao tiếp ra (và đóng gói kiểu giao tiếp này) và địa chỉ chặng tiếp theo

Trong quá trình chuyển gói dữ liệu, nơi lưu trữ này bao gồm toàn bộ thông tin cần thiết cho mạch chuyển gói hoặc các tế bào qua LSR

1.4 MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ SAU

Mạng truyền tải thế hệ sau là một lớp quan trọng của mạng NGN Mạng NGN là mạng được hình thành sau khi chuyển đổi, nâng cấp, thay thế mạng PSTN/ISDN lên mạng mới dựa trên công nghệ gói, tách biệt giữa truyền tải và dịch vụ, có khả năng đa truy nhập băng rộng mọi lúc, mọi nơi với chất lượng dịch vụ đảm bảo và quyền lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ của người dùng

Mạng NGN là một xu hướng hội tụ tất yếu của các dịch vụ thoại, dữ liệu, truyền thanh và truyền hình, hội tụ của các mạng thoại và dữ liệu, cố định và di động, giữa truyền tải và tính toán,… và nó đang triển khai nhiều nước trên thế giới

1.4.1 Tổng quan về NGN

1.4.1.1 Cấu trúc cơ bản của mạng NGN

Như đã biết, việc chuyển đổi từ mạng PSTN lên mạng NGN là bước phát triển tất yếu của mạng viễn thông các nước Tuy nhiên quá trình chuyển đổi diễn ra theo nhiều giai đoạn với những quy mô khác nhau

Ở giai đoạn đầu, các nhà nghiên cứu, các hãng sản xuất đưa ra cấu trúc mạng NGN gồm 5 lớp chính: Lớp dịch vụ và ứng dụng, Lớp điều khiển, Lớp truyền tải, Lớp mạng truy nhập và Lớp quản lý

Hiện tại, sự phát triển công nghệ của mạng NGN theo hướng toàn IP Cùng với các hoạt động của các tổ chức viễn thông thế giớ và khu vực, các hãng cung cấp thiết

bị cũng tham gia xây dựng tiêu chuẩn, đề xuất các giải pháp khoa học-công nghệ để triển khai mạng NGN với các quy mô khác nhau

Hiện nay, các tổ chức viễn thông quốc tế đã đưa ra cấu trúc mạng NGN sẽ còn 2 lớp chính: Lớp dịch vụ và Lớp truyền tải

Hình 1.3 Mô hình cấu trúc mạng NGN toàn IP

Lớp dịch vụ có chức năng cung cấp dịch vụ có phiên, dịch vụ không phiên và toàn bộ dịc vụ PSTN/ISDN hiện thời, bao gồm một số chức năng sau:

LỚP ĐIỀU KHIỂN LỚP DỊCH VỤ

- Chức năng điều khiển dịch vụ (Service and control Function) bao gồm các chức năng điều khiển phiên, chức năng đăng kí, xác thực và cấp phép tại mức dịch vụ Chúng có thể có các chức năng điều khiển tài nguyên phương tiện

- Chức năng quản lý hồ sơ người dung dịch vụ (Service User Profile Function): Khối chức năng này xử lý thông tin và các hoạt động của người sử dụng liên quan đến tầng dịch vụ và lưu trữ trong “user profile”

- Chức năng ứng dụng (Application Function): NGN hỗ trợ các giao diện API

mở, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba sử dụng năng lực của mạng NGN để kiến tạo và phát triển các dịch vụ mới cho người sử dụng

Lớp truyền tải thực hiện các chức năng kết nối các thành phần trong mạng Các thành phần ở đây bao gồm các thiết bị (thường nằm trong máy chủ trong mạng) và các thiết bị của người sử dụng Lớp truyền tải phải có khả năng cung cấp QoS toàn trình

1.4.1.2 Các đặc trưng cơ bản của mạng NGN

Mạng NGN là một mạng có các đặc trưng cơ bản sau:

- Sự truyền dẫn trên cơ sở công nghệ gói

- Hội tụ các dịch vụ và tạo ra dịch vụ hợp nhất

- Hội tụ giữa cố định và di động

- Tách phần cung cấp dịch vụ ứng dụng ra khỏi mạng, cung cấp các giao diện mở API (Giao diện lập trình ứng dụng – Application Program Interface)

- Người sử dụng không bị hạn chế truy cập tới nhà cung cấp dịch vụ khác nhau

- Tính độc lập dịch vụ trên cơ sở chức năng nhìn từ phía công nghệ mạng truyền tải

- Cung cấp nhiều dịch vụ, các ứng dụng và các cơ chế đa dạng trên cơ sở khối tạo dịch vụ bao gồm các dịch vụ thời gian thực, luồng, các dịch vụ phi thời gian thực và các dịch vụ đa phương tiện

- Các tính năng băng rộng với chất lượng dịch vụ được coi như trong suốt từ đầu cuối-tới-đầu cuối

- Khả năng tương tác với các mạng truyền thống thông qua các giao diện mở

- Các yêu cầu điều chỉnh dễ dàng, ví dụ các vấn đề liên quan tới việc thông tin khẩn cấp, chế độ riêng tư, bảo mật,…

1.4.2 Mạng truyền tải NGN

1.4.2.1 Các chức năng lớp truyền tải

Tầng truyền tải thực hiện các chức năng kết nối các thành phần trong mạng Tầng truyền tải được chia thành mạng lõi và mạng truy nhập Các chức năng của tầng truyền

tải:

Chức năng truy nhập (AF – Access Functions): quản lý truy nhập của thuê bao tới mạng Hoạt động của nó phụ thuộc vào công nghệ truy nhập như W-CDMA, xDSL, Ethernet, quang, vô tuyến,…

Chức năng truyền tải truy nhập (ATF – Access Transport Functions): thực hiên truyền tải thông tin qua mạng truy nhập Nó có các kỹ thuật điều khiển QoS cho lưu lượng của người sử dụng, bao gồm quản lý bộ đệm, xếp hàng và đặt lịch, lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu và thiết lập chính sách

Chức năng biên (EF – Edge Functions): khối chức năng này xử lý lưu lượng khi lưu lượng từ phần truy nhập được nhập vào mạng lõi

Chức năng truyền tải lõi (CTF – Core Transport Functions): đảm bảo truyền tải thông tin qua mạng lõi Nó cung cấp các phương pháp phân biệt chất lượng truyền tải trên mạng, dựa vào mối tương tác với các chức năng điều khiển truyền tải Nó cũng cung cấp các kỹ thuật QoS, xử lý trực tiếp lưu lương người sử dụng, bao gồm quản lý

bộ đệm, xếp hàng và đặt lịch, lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu và thiết lập chính sách điều khiển cổng và tường lửa

Chức năng điều khiển gắn kết mạng (NACF – Network Attachment Control Function): cung cấp hoạt động đăng kí tại lớp truy nhập và khởi tạo các chức năng người sử dụng cuối để truy nhập các dịch vụ NGN Các chức năng cụ thể như định danh/xác thực tại lớp mạng, quản lý không gian địa chỉ IP của mạng truy nhập và xác các phiên truy nhập

Chức năng điều khiển tài nguyên và nhận vào (RACF – Resource and Adsission Control Functions): cung cấp chức năng điều khiển nhận vào và điều khiển cổng Điều khiển nhận vào bao gồm kiểm tra xác thực dựa vao hồ sơ về người sử dụng thông qua chức năng NACF và cấp phép có tính đến năng lực tài nguyên RACF tương tác với các chức năng lớp truyền tải để điều khiển một số chức năng như lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu và thiết lập chính sách, dành trước cấp phát băng thông, NAPT, chống giả địa chỉ IP, NAPT/FW, tính cước sử dụng

Chức năng quản lý hồ sơ người dùng lớp truyền tải: Khối chức năng này xử lý thông tin và các hoạt động của người dùng liên quan đến tầng truyền tải và lưu trữ trong “user profile”

Chức năng cổng: Tạo khả năng tương tác hoạt động với các mạng khác, bao gồm các mạng hiện thời, như PSTN/ISDN và Internet, hoặc mạng NGN của các nhà khai thác Giao diện NNI có cả ở lớp điều khiển và truyền tải Tương tác giữa lớp điều khiển và truyền tải Tương tác giữa lớp điều khiển và truyền tải có thực hiện trực tiếp hoặc thông qua các chức năng điều khiển truyền tải

Chức năng điều khiển phương tiện: Cung cấp các dịch vụ như tạo các tín hiệu

âm (tone), chuyển mã, làm cầu nối cho dịch vụ hội nghị

Để thực hiện được chức năng của mạng truyền tải NGN các hãng cung cấp thiết bij và giải pháp công nghệ cho mạng NGN người ta đã nghiên cứu phát triển nhiều giải pháp công nghệ cho mạng truyền tải

1.4.2.2 Giải pháp công nghệ mạng truyền tải

Theo tài liệu từ các hãng cung cấp thiết bị và thông tin về tình hình phát triển mạng viễn thông ở một số quốc gia thì công nghệ truyền dẫn đã, đang và sẽ áp dụng cho mạng truyền tải trong mạng NGN có thể phân làm ba loại chính: công nghệ cơ bản, công nghệ tích hợp và công nghệ giám sát, điều khiển trong miền quang

Hình 1.4 Các loại công nghệ truyền dẫn sử dụng trong lớp truyền tải của mạng NGN

+ Công nghệ truyền dẫn cơ bản

Trong công nghệ truyền dẫn cơ bản có công nghệ truyền dẫn quang đòng bộ SONET/SDH, công nghệ ghép kênh theo bước song WDM, công nghệ truyền dẫn quang SONET/SDH thế hệ mới NG-SONET/SDH và công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM

Công nghệ SDH

Công nghệ truyền dẫn quang hiện nay vẫn chủ yếu tải lưu lượng SDH Công nghệ ghép kênh này dựa trên kỹ thuật ghép kênh theo thời gian nên tối ưu cho lưu lượng có nguồn gốc thoại Ngày nay do lưu lượng phi thoại đang dần lấn lướt lưu lượng thoại truyền thống nên công nghệ SDH được xem như thành phần gây lãng phí băng tần Tuy nhiên, không thể có một điều để phủ nhận đó là tính năng bảo vệ và khôi phục mạng của công nghệ này có thể đáp ứng yêu cầu của khách hàng khó tính nhất mà hiện nay cưa có công nghệ nào có thể thay thế nên nó vẫn được ưa chuộng trong mạng phải truyền tải lưu lượng lớn với độ tin cậy cao

Xu hướng hiện nay công nghệ SDH là hướng tới mạng đô thị làm chức năng tổng hợp lưu lượng IP từ người dùng cung cấp lên mạng đường trục Giải pháp chính hiện nay là kết nối các con-te-nơ ảo để thích ứng cho truyền tải lưu lượng gói IP có độ dài thay đổi nên hiệu quả làm việc của nó tăng rõ rệt Hiệu quả truyền dẫn tăng nhờ thành phần mào đầu nhỏ nên nó có thể giảm cước phí cho người dùng Tuy nhiên giá thành công nghệ này vẫn cao hơn so với những giải pháp công nghệ mới được thế kế tối ưu cho truyền tải lưu lượng số liệu nên nó chỉ có thể ứng dụng trong mạng truyền tải dung lượng cao, hay cụ thể là cung cấp kết nối cho bộ định tuyến trục Hơn thế nữa, công nghệ này có khả năng phối hợp hoạt động không hạn chế với các thiết bị SDH thế hệ

cũ thể hiện đang lắp đặt rất nhiều trên mạng

Công nghệ NG-SDH

Để đáp ứng nhu cầu truyền tải của mạng NGN là cần quản lý luồng, giám sát chất lượng, bảo dưỡng từ xa, người ta phát triển hệ thông truyền dẫn mới trên nền công nghệ SONET/SDH truyền thống, đó là công nghệ NG-SONET/SDH Công nghệ NG-SONET/SDH giữ lại một số đặc tính của SONET/SDH và loại bỏ một số đặc tính không cần thiết Một trong những chức năng quan trọng nhất của NG-SONET/SDH là

có thể thực hiện việc phân bổ băng thông mà không làm ảnh hưởng tới lưu lượng hiên

có, đồng thời có khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ thích hợp cho các loại dịch vụ

và có khả năng truyền tải đồng thời nhiều loại dịch vụ khác nhau trên cùng một hệ thống truyền tải

NG-SONET/SDH sử dụng các cơ chế ghép kênh mới để kết hợp các dich vụ người dung đa giao thức thành con-te-nơ SONET/SDH ghép ảo hoặc chuẩn Điểm hấp

dẫn nhất của NG-SONET/SDH là nó được xây dựng dựa trên một công nghệ có sẵn và phát huy những ưu điểm của SONET/SDH

Công nghệ WDM và DWDM

Trong các hệ thống thông tin quang điểm-điểm thông thường, mỗi sợi quang chỉ

có thể truyề tín hiệu từ một nguồn phát tới bộ tách sóng ở đầu thu Để truyền các tín hiệu từ cá nguồn quang khác nhau đòi hỏi phải có các sợi quang khác nhau Trong thực tế thì nguồn quang có độ rộng tương đối hẹp, vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng một phần rất nhỏ băng tần vốn rộng của sợi quang Về mặt lý thuyết có thể làm tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống lên nhiều lần băng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi quang nếu các nguồn phát có phổ cách nhau một đoạn hợp lý và ở đầu thu có các bộ tách bước sóng quang Đây chính là cơ sở của

kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang là các tín hiệu quang

có bước sóng khác nhau ở đầu phát được ghép lại sao cho phổ tần của các tín hiệu này không chồng lên nhau và truyền trên cùng một sợi quang đến đầu thu Ở đầu thu, tín hiệu có bước sóng tổ hợp đó được phân tách ra thành các tín hiệu ban đầu, rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau

Còn công nghệ DWDM là công nghệ ghép kênh bước sóng mật độ cao Về nguyên lý hoàn toàn giống ghép kênh bước sóng WDM, DWDM chỉ nói đến khoảng cách hẹp giữa các kênh và chỉ ra một cách định tính số lượng kênh riêng rẽ trong hệ thống Mục tiêu của DWDM là tăng dung lượng truyền dẫn

+ Công nghệ tích hợp truyền dẫn IP trên quang

Trong những năm gần đây công nghệ IP đã trở thành hiện tượng trong công nghệ mạng Tốc độ phát triển cực nhanh của lưu lượng Internet và sự gia tăng không ngừng

số người sử dụng Internet là tác nhân chính thay đổi quan điểm cấu trúc mạng viễn thông truyền thống mà được xây dựng tối ưu cho dịch vụ thoại và thuê kênh Trong hầu hết các kiến trúc mạng đề xuất cho tương lai đều thừa nhận sự thống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên quang

Bên cạnh đó, những thành tựu trong lĩnh vực truyền dẫn quang đã giải quyết phần nào vấn đề băng tần truyền dẫn, một tài nguyên quý giá trong mạng tương lai Công nghệ ghép kênh theo bước sóng là một đột phá cho cở sở hạ tầng truyền dẫn với dung lượng hạn chế trước đây Dung lượng truyền dẫn ngày nay có thể đạt tới cỡ

Terabit nhờ các thiết bị WDM Sự thích ứng của các kênh bước sóng đối với mọi kiểu tín hiệu ở lớp trên WDM không làm mất đi tính trong suốt của tín hiệu đã tạo ra sự hấp dẫn riêng của công nghệ này Khi số lượng bước sóng và tuyến truyền dẫn WDM tăng lên đáng kể thì việc liên kết chúng sẽ hình thành một lớp mạng mới, đó là lớp mạng quang hay gọi ngắn gọn là lớp WDM Đây là lớp mạng có thể thích ứng được nhiều kiểu công nghệ khác nhau Vì vậy, WDM được đánh giá là một trong những công nghệ mạng lõi cho mạng truyền tải

Cho đến nay người ta đã tạo ra được nhiều giải pháp liên quan đến vấn đề làm thế nào để truyền tải các gói IP qua môi trường sợi quang Và nội dung chúng đều tập trung vào việc giảm kích thước mào đầu trong khi vẫn còn đảm bảo cung cấp dịch vụ chất lượng khác biệt, độ khả dụng và bảo mật cao

Có hai hướng giải quyết chính cho vấn đề trên đó là: giữ lại công nghệ cũ, phát triển những tính năng phù hợp cho lớp mạng trung gian như ATM và SDH để truyền tải gói IP trên mạng WDM, hoặc tao ra công nghệ và giao thức mới như MPLS, GMPLS

Đối với kiến trúc mạng IP được xây dựng theo ngăn mạng sử dụng những công nghê ATM, SDH và WDM, do có nhiều lớp liên quan nên đặc trưng của kiến trúc này

là dư thừa các tính năng và chi phí cho khai thác và bảo quản cao Hơn nữa, kiến trúc này trước đây sử dụng để cung cấp chỉ tiêu đảm bảo cho dịch vụ thoại và kênh thuê Bởi vậy, nó không còn phù hợp cho các dịch vụ chuyển mạch gói mà được thiết kế tối

ưu cho số liệu và truyền tải lưu IP bùng nổ

Một số nhà cung cấp và tổ chức tieu chuẩn đề xuất những giải pháp mới cho khai thác IP trên một kiến trúc mạng đơn giản, ở lớp dó WDM là nơi cung cấp băng tần truyền dẫn Những giải pháp này cố gắng giảm mức tính năng dư thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản hóa công việc quản lý và qua đó truyên tải IP trên lớp WDM càng hiệu quả càng tốt

Tùy từng giải pháp tích hợp truyền tải IP trên quang các tín hiệu dịch vụ được đóng góp qua các tần truyền dẫn khác nhau Đóng gói có thể hiểu một cách đơn giản chính là quá trình các dịch vụ lớp dưới khi chúng đã được thêm các tiêu đề và theo sau khuôn dạng tín hiệu đã được định nghĩa ở lớp dưới Các phương thức tích hợp IP trên quang sẽ được trình bày dưới đây là:

1.4.3 Xu hướng phát triển mạng truyền tải

Mạng NGN-quang là một mạng được tổ chức theo phương pháp phân tán điều khiển động Các mạng người dùng được tổ chức truyền tải trên mạng NGN – quang dưới dạng các mạng riêng ảo quang

Mô hình kiến trúc của mạng NGN – quang bao gồm 2 lớp:

- Lớp dịch vụ và ứng dụng quang để truyền tải các nhu cầu trao đổi thông tin cảu

các mạng người dùng, ví dụ như các mạng cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế

hệ, các mạng kênh quang,…đến lớp truyền tải quang

- Lớp truyền tải quang thực hiện truyền tải các thông tin cảu các mạng người

dùng từ nơi phát đến nơi thu, công nghệ cho lớp mạng này chủ yếu là DWDM, GMPLS và chuyển mạch quang

Trên cở sở mô hình kiến trúc mạng NGN – quang theo giải pháp phân tán phát triển mạng viễn thông trên cơ sở tính kinh tế - kỹ thuật trong quá trình phát triển người

ta có các phương án tổ chức các mạng kênh quang cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ, các mạng thuê kênh riêng…tĩnh hay động hay hỗn hợp

- Phương pháp tĩnh là phương pháp tổ chức các mạng kênh quang cung cấp các dịch vụ các mạng của các thế hệ, các mạng thuê kênh riêng,… được gán cố định các bước sóng cho các mạng kênh quang Thông thường việc gán bước sóng trong trường hợp này được thực hiện bằng nhân công Nguyên lý tổ chức của mạng truyền tải quang trong trường hợp này tương tự như mạng truyền tải quang truyền thống

- Phương pháp động là phương pháp tổ chức các mạng kênh quang cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ, các mạng thuê kênh riêng,… được gán tự động các bước sóng trong ma trận bước sóng của mạng truyền tải quang cho các mạng kênh quang riêng cụ thể Việc gán bước sóng trong trường hợp này được thực hiện bằng công nghệ chuyển mạch quang tự động Mạng truyền tải quang trong trường hợp này được gọi là mạng chuyển mạch quang tự động (ASON)

- Để bảo đảm tính kinh tế - kỹ thuật trong quá trình đầu tư phát triển mạng viễn thông hoặc trong một số trường hợp đặc biệt người ta kết hợp cả 2 phương pháp trên gọi là mạng mang được tổ chức có một số mạng kênh quang thiết lập cố định và một

số mạng kênh quang khác được thiết lập động

Cơ chế điều khiển tĩnh được thực hiện chức năng quản lý mạng TMN hoặc hệ thống khai thác và điều hành mạng OS Các hoạt động điều khiển trong quá trình khai thác và điều hành có thể có sự can thiệp của nhân viên kỹ thuật, thông qua hệ thống quản lý và điều hành mạng Một trong những hoạt động chính ở đây là quá trình cung cấp dịch vụ Một quá trình cung cấp gồm nhiều công đoạn, liên quan đến nhiều đơn vị chức năng từ bán hàng đến kỹ thuật

Cơ chế điều khiển đổng được hiện bởi mạng chuyển mạch quang tự động Kiến trúc của ASON phân tách thành hai mảng có chức năng riêng biệt, gồm mảng truyền tải và thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng số liệu người sử dụng trong mạng quang và mảng điều khiển thực hiện chức năng điều khiển tự động các hoạt hoạt động cảu mạng truyền tải thông qua báo hiệu Mục đích của mảng điều khiển mạng ASON là:

- Thực thi cấu hình kết nối nhanh và hiệu quả trong lớp mạng truyền tải để hỗ trợ các kết nối mang tính động

- Cấu hình hoặc thay đổi các kết nối thông qua báo hiệu thiết lập trước

- Thực hiện chức năng khôi phục

CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ CƠ BẢN CỦA MẠNG THÔNG

TIN QUANG THẾ HỆ SAU 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG THẾ HỆ SAU 2.1.1 Xu hướng phát triển của dịch vụ viễn thông

Trong hiện tại và tương lai, nhu cầu sử dụng các dịch vụ Internet rất cao, các trang web rất nhiều và nhiều trang web đã rất phổ biến cho người dùng Người dùng sẽ được cung cấp các sản phẩm truyền thông đa phương tiện như giáo dục từ xa, hội nghị truyền hình, các dịch vụ chăm sóc sức khỏe, các dịch vụ thương mại điện tử, dịch vụ tài chính, bảo hiểm, nhu cầu về giải trí trực tuyến, trò chơi trực tuyến cũng rất phát triển Những điều này làm thay đổi cơ bản về bản chất lưu lượng thông tin

Khả năng di động và chuyển vùng

Một trong những xu thế được nhận diên sớm nhất chính là tính di động của khách hàng khi sử dụng dịch vụ Các dịch vụ cung cấp cho khách hàng bị giới hạn trong phạm vi di chuyển hẹp sẽ được thay thế bằng các dịch vụ có khả năng cung cấp kết nối mạng ở bất kỳ nơi đâu,bất kỳ lúc nào và thậm chí khách hang đang di chuyển với tốc

độ cao

Yêu cầu QoS theo nhiều mức độ khác nhau

Tùy vào mục đích của người sử dụng mà có các ưu tiên về QoS khác nhau Do

đó, người sử dụng sẽ phải chi trả cước phí theo một mức hợp lý Có thể phân chia thành 4 loại dịch vụ ứng dụng với các mức QoS khác nhau:

• Nhạy cảm với trễ và tổn thất (video tương tác, trò chơi…)

• Nhạy cảm với trễ nhưng tổn thất vừa phải (thoại)

• Nhạy cảm về tổn thất nhưng yêu cầu trễ vừa phải

• Yêu cầu đối với trễ và tổn hao đề không cao (truyền tệp)

Độ an toàn cao

Thương mại điện tử, giao dịch trực tuyến,., dùng chung mạng Internet công coộng có nguy cơ bị xâm phạm về thông tin cũng như quyền lợi của cvas nhân và tổ chức tham gia Do vậy cần cố những biện pháp tạo ra những hàng rào giữa mạng công cộng và mạng riêng như router-based và proxy-server firewall

Tính linh hoạt tiện dụng

Nhìn chung, khách hàng thường mong muốn truy nhập dịch vụ mà không quan tâm đến sự phức tạp của mạng Tính linh hoạt của mạng nghĩa là khả năng phân phối

một số dịch vụ của mạng có tính trọng suốt theo hướng ẩn những thứ mang tính chi tiết về mạng đối với người sử dụng có thể đạt được điều này bằng cách định nghĩa các giao diện truy nhập mức cao càng ẩn các tham số điều chỉnh và vân hành mạng càng nhiều càng tốt

Ngoài ra những yếu tố khá quan trọng của nhà cung cấp dịch vụ hay ảnh hưởng của các yếu tố chính trị, kinh tế, xã hội cũng có tác động đến định hướng và tiến trình phát triển của mạng viễn thông nói chung và mạng NGN nói riêng Yêu cầu của nhà cung cấp dịch vụ :

• Giá cả thương mại: Các nhà cung cấp dịch vụ cần tạo ra lợi nhuận, do đó giá thành sử dung mạng sẽ xác định điểm cân bằng

• Khả năng mở rộng: Khả năng mở rộng các dịch vụ được cung cấp tới khách hàng

• Độ tin cậy và độ khả dụng: Các dịch vụ cung cấp đến khách hàng phải khả dụng tại mọi thời điểm

• Cở hạ tầng hiện tại: Hoạt đông và đầu tư của nhà cung cấp dịch vụ phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng của nhà cung cấp mạng Nếu cơ sở hạ tang hiện tại nghèo nàn, các nhà cung cấp sẽ khó có thể cung cấp được các dịch vụ mới

• Topo mạng: Có thể ảnh hưởng đến phương thức cung cấp dịch vụ cho khách hàng

• Tiêu chuẩn: Các mạng đa truy nhập và các thiết bị phải tương thích với nhau trên mạng để đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ tới tận nơi yêu cầu Điều này chỉ có thể thực hiện khi các sản phẩm tuân theo tiêu chuẩn

• Vấn đề pháp lý: Môi trường pháp lý sẽ giữ vai trò chính trong sự phát triển của dịch vụ

Chính xu hướng phát triển dich vụ đã thúc đẩy sự phát triển của các mạng viễn thông theo hướng công nghệ hiện đại,dung lượng lớn, chất lượng cao, khai thác đơn giản, thuận tiện và mang lại hiệu quả kịnh tế cao

2.1.2 Xu hướng phát triển của công nghệ truyền tải quang

2.1.2.1 Sự phát triển của cấu trúc mạng

Về mặt công nghệ, tính đa dạng sẽ là đối tượng được quan tâm Công nghệ được phát triển cho mạng truy nhập và mạng lõi chuyển đổi dần từ phần truy nhập của mạng

và ngược lại Một ví dụ là mạng chuyển mạch đa giao thức MPLS được dung để hỗ trợ

cho tiết kế lưu lượng và QoS cho mạng lõi, tuy nhiên lại xuất hiên ngày càng nhiều trong các mô hình thiết kế mạng truy nhập tương lai của các chuyên gia

Một ví dụ khác là sợi quang và ghép bước song quang (WDM), công nghệ khởi đầu bằng việc hỗ trợ tăng dung lượng cho mạng lõi, tuy nhiên tới nay, chúng lại dần tiếp cận gần hơn với phía khách hàng

Sợi quang đang thâm nhập vào vào phần mạng truy nhập Kết hợp các công nghệ truy nhập khác nhau cho phép xây dựng một hệ thống linh hoạt và ít tốn kém nhất

2.1.2.2 Xu hướng phát triển công nghệ truyền tải quang

Xu hướng phát triển của mạng 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

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:

• Chuyển mạch kết nối và điều khiển MPLS/GMPLS,…

Các công nghệ này bổ sung cho nhau và cùng hỗ trợ dịch vụ số liệu như GbE (Gigabit Ethernet), FC (Fibre Channel: Kênh quang), FICON (Fiber Connection: Kết nối sợi), ESCON (Enterprise System Connection: Hệ thống kết nối doanhh nghiệp), IP (Internet Protocol: Giao thức Internet), và PPP (Point – Point Protocol: Giao thức điểm-điểm)… với mức độ phức tạp giảm và chi phsi khai thác thấp so với các phương thức truyền tải các dịch vụ này qua SONET/SDH

Các công nghệ nói trên này được xây dựng khác nhau cả phạm vi và các phương thức mà chúng ta được sử dụng Trong một số trường hợp, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng lại triển khai cùng một công nghệ cho các ứng dụng khác nhau Ví dụ, GE có thể được sử dụng để cung cấp năng lực truyền tải cơ sở hoặc để cung cấp các dịch vụ gói Ethernet trực tiếp đến khách hàng

Các nhà khai thác mạng các xu hướng kết hợp một số loại công nghệ trên cùng một mạng của họ, vì tất cả các công nghệ sẽ đóng góp vào việc đạt được những mục đích chung là:

• Giảm chi phí đầu tư xây dựng mạng

• Rút ngắn thời gian đáp ứng dịch vụ cho khách hàng

• Dự phòng dung lượng đối với sự gia tang lưu lượng dạng gói

• Tăng lợi nhuận từ việc triển khai các dịch vụ mới

• Nâng cao hiệu suất khai thác mạng

+ NG-SONET/SDH

NG-SONET/SDH là công nghệ phát triển trên nền SONET/SDH truyền thống NG-SONET/SDH giữ lại một số đặc tính của SONET/SDH truyền thống và loại bỏ những đặc tính không cần thiết Mục đích cơ bản của NG-SONET/SDH là cải tiến công nghệ SONET/SDH với mục đích vẫn cung cấp các dịch vụ TDM nhưu đối với SONET/SDH truyền thống trong khi vẫn xử lý truyền tải một cách hiệu quả đối với các dịch vụ truyền dữ liệu trên cùng một hệ thống truyền tải

Về cơ bản, NG-SONET/SDH cung cấp các năng lực chính như chuyển mạch bảo

vệ và mạng vòng ring phục hồi, quản lý luồng, giám sát chất lượng, bảo dưỡng từ xa

và các chức năng giám sát khác Đồng thời chức năng quản lý gói cũng được cải thiện đáng kể với độ mịn lớn hơn của SONET truyền thống rất nhiều

NG-SONET/SDH sử dụng các cơ chế ghép kênh mới để kết hợp các dịch vụ khách hàng đa giao thức thành các con-te-nơ SONET/SDH ghép ảo hoặc chuẩn Công nghệ này có thể được sử dụng để thiết lập các MSPP TSM/gói lai hoặc cung cấp định khung luồng bit cho một cấu trúc mạng gói Điểm hấp dẫn nhất của NG-SONET/SDH

là nó được xây dựng dựa trên một công nghệ có sẵn và phát huy những ưu điểm của SONET/SDH

Ethernet/Gigabit Ethernet

Ethernet là một công nghệ đã được áp dụng phổ biến cho mạng cục bộ LAN (Local Area Network) hơn hai thập kỷ qua, hầu hết các vấn đề kỹ thuật cũng như vấn

đề xây dựng mạng Ethernet đều đã được chuẩn hóa bởi tiêu chuẩn IEEE.802 của Viện

Kỹ thuật Điện và Điện tử Hoa Kỳ (IEEE) Trong tất cả các công nghệ được sử dụng trong các mạng MAN hiện nay thì Ethernet là một chủ đề được chú ý nhiều nhất do có những lợi thế như đơn giản về chức năng thực hiện và chi phí xây dựng thấp Hơn nữa, việc sủ dụng Ethernet sẽ mở ra những cơ hội cho các dịch vụ đa phương tiện, do

đó tạo nên những luồng lợi nhuận mới cho các nhà khai thác mạng

Công nghệ Ethernet được ứng dụng xây dựng mạng với 2 mục đích:

• Cung cấp các giao diện cho các loại hình dịch vụ phổ thông, các khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ thoại và số liệu, ví dụ các kết mối Ethernet riêng, các kết nối Ethernet riêng ảo, kết nối truy cập Ethernet, Frame Relay hoặc các dịch vụ “đường

hầm” thông qua các cơ sở hạ tầng mạng truyền tải khác, chẳng hạn như ATM và IP

• Ethernet được xem như một cơ chế truyền tải lưu lượng trên nhiều tiện ích

truyền dẫn khác nhau

Gigabit Ethernet là bước phát triển tiếp theo của công nghệ Ethernet Ngoài đặc điểm công nghệ Ethernet truyền thống, Gigabit Ethernet phát triển và bổ sung nhiều chức năng và các tiện ích mới nhằm đáp ứng yêu cầu đa dạng về loại hình dịch vụ, tốc

độ truyền tải, phương thức truyền dẫn Hiện tại các giao thức Gigabit Ethernet đã được chuẩn hóa trong các tiêu chuẩn IEEE 802.3z, 802.3ae, 802.1w Gigabit Ethernet cung cấp các kết nối có tốc độ 100Mbit/s hoặc vài chục Gbit/s và hỗ trợ nhiều tiện ích truyền dẫn vật lý khác nhau như cáp đồng, cáp quang với phương thức truyền tải bán song công (half-duplex) hoặc song công (full-duplex) Công nghệ Gigabit Ethernet hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cho nhu cầu kết nối kết nối điểm-điểm, điểm-đa điểm, kết nối đa điểm-đa điểm… điển hình là các dịch vụ đường kết nối kết nối Ethernet (ELS: Ethernet Line Service), dịch vụ chuyển tiếp Ethernet (ERS: Ethernet Relay Service), dịch vụ kết nối đa điểm Ethernet (EMS: Ethernet Multipoint Service) Một trong những ứng dụng quan trọng tập hợp chức năng của nhiều loại hình dịch vụ kết nối là dịch vụ mạng LAN ảo VLAN (virtual LAN), dịch vụ này cho phép các cơ quan, doanh nghiệp, các tổ chức kết nối mạng từ ở các phạm vi địa lý tách rời thành một mạng thống nhất

Công nghệ Gigabit Ethernet được áp dụng hỗ trợ với lớp vật lý thuộc hai phạm vi mạng là:

• LAN PHY, với các cơ chế mã hóa đơn giản cho truyền số liệu trên sợi quang (dark fiber) hoặc trên bước song (dark wavelength) với khoảng cách tới 40 km trên sợi

đơn mode

• WAN PHY, với một lớp con định khung SONET/SDH (gọi là hệ thống giao diện diện rộng WIS) hoạt động tại một tốc độ dữ liệu tương thích với tốc độ tải của SONET OC 192c và SDH VC4-64c WAN PHY có thể hoạt động qua bất kỳ khoảng

cách nào khả thi trên một mạng WAN