Nghiên cứu công nghệ tích hợp IP trên quang (IP, WDM) và ứng dụng cho mạng viễn thông đường trục của Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI IP TRÊN QUANG Trong những năm cuối thế kỷ 20 đầu thế kỷ 21, nhu cầu sử dụng các ứng dụng trên mạng internet IP ngày một gia tăng, đặc biệt tron

Ng« V¨n B×nh

Mét sè ph-¬ng ph¸p khai ph¸ d÷ liÖu

vµ øng dông trong bµi to¸n lËp thêi kho¸ biÓu

LUẬN VĂN THẠC SĨ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH VẼ và BIỂU BẢNG viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI IP TRÊN QUANG 3

1.1 Cơ sở khoa học, tính thực tiễn của giải pháp IP trên quang 4

1.1.1 Cơ sở khoa học 4

1.1.1.1 Xu thế phát triển dịch vụ truyền thông trên thế giới 4

1.1.1.2 Xu thế phát triển công nghệ trên thế giới 4

1.1.1.3 Xu thế chế tạo, áp dụng công nghệ của các nhà chế tạo và các tổ chức viễn thông Quốc tế 5

1.1.1.4 Xu thế phát triển của mạng viễn thông Việt nam 6

1.1.2 Tính thực tiễn của ứng dụng IP trên quang 6

1.2 Giao thức Internet (IP - Internet protocol) 7

1.2.1 Phiên bản IPv4 7

1.2.1.1 Cách tổ chức địa chỉ IPv4 7

1.2.1.2 Nhược điểm của IPv4 8

1.2.1.3 Cảnh báo về khả năng IPv4 sẽ cạn kiệt tài nguyên 8

1.2.2 Phiên bản IPv6 9

1.2.2.1 Phân loại địa chỉ IPv6 9

1.2.2.2 Các đặc tính vượt trội của IPv6 so với IPv4 10

1.2.2.3 Các phương pháp chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 10

1.2.2.4 IPv6 ứng dụng cho IP/WDM 11

1.2.2.5 Hoạt động chuyển giao IPv6 trên thế giới 11

1.3 Công nghệ ghép kênh đa bước sóng (WDM) 13

1.3.1 Nguyên lý cơ bản của ghép kênh WDM 13

1.3.2 Các đặc điểm của công nghệ WDM 15

1.3.3 Các thành phần cấu thành hệ thống WDM 15

1.3.3.1 Bộ phát quang 15

1.3.3.2 Bộ thu quang 16

1.3.3.3 Bộ tách ghép bước sóng quang 16

1.3.3.4 Bộ lọc quang 18

1.3.3.5 Bộ đấu nối chéo quang OXC 18

1.3.3.6 Bộ xen/rẽ quang OADM 20

1.3.3.7 Bộ chuyển mạch quang 21

1.3.3.8 Bộ khuếch đại quang sợi 21

1.3.3.9 Các chủng loại sợi quang 23

1.4 Các giai đoạn phát triển tiến tới mạng IP trên quang 26

1.4.1 Giai đoạn I : IP trên ATM/SDH/DWDM 27

1.4.2 Giai đoạn II : IP trên NG-SDH/DWDM 27

1.4.3 Giai đoạn III : IP trên DWDM 27

CHƯƠNG 2 : CÁC GIẢI PHÁP TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG 28

2.1 Giới thiệu các giải pháp tích hợp IP trên quang 29

2.2 Các giải pháp tích hợp IP trên quang 30

2.2.1 Thích ứng IP trên lớp mạng quang (WDM) 30

2.2.2 Các giải pháp tích hợp IP trên quang 32

2.2.2.1 Giải pháp IP/ATM/SDH/WDM 32

2.2.2.2 Giải pháp IP/ATM/WDM 34

2.2.2.3 Giải pháp IP/SDH/WDM 36

2.2.2.4 Giải pháp IP/SDL/WDM 37

2.2.2.5 Giải pháp IP/GbE/WDM 38

2.2.2.6 Giải pháp IP/NG-SDH/WDM 40

2.2.2.7 Giải pháp IP/MPLS/WDM 40

2.2.2.8 Giải pháp IP/WDM [7,11] 41

2.2.2.9 Giải pháp IP trực tiếp trên sợi quang 41

2.3 So sánh các giải pháp truyền tải IP trên quang nhằm xác định các giải pháp áp dụng vào mạng viễn thông đường trục 42

2.3.1 Tiêu chí đánh giá các giải pháp 43

2.3.2 So sánh và đánh giá giữa các giải pháp 43

2.3.2.1 Đánh giá giải pháp IP/ATM/WDM 43

2.3.2.2 Đánh giá Giải pháp IP/ SDL/SDH/WDM 46

2.3.2.3 Đánh giá giải pháp IP/ SDH/WDM 46

2.3.2.4 Đánh giá giải pháp IP/GbE/WDM 48

2.3.2.5 Đánh giá giải pháp IP/WDM 50

2.3.2.6 Đánh giá giải pháp IP trực tiếp trên sợi quang 51

2.4 Giải pháp truyền tải IP/WDM trong mạng toàn quang 52

2.4.1 Nguyên lý hệ thống 52

2.4.2 Các mô hình giải pháp mạng IP/WDM 53

2.4.2.1 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM ngang hàng 53

2.4.2.2 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM xếp chồng 55

2.4.2.3 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM lai 56

2.4.2.4 So sánh các mô hình giải pháp mạng IP/WDM 57

2.4.3 Các phương pháp định tuyến trong mạng IP/WDM 58

2.4.3.1 Phương pháp định tuyến tích hợp 58

2.4.3.2 Phương pháp định tuyến địa chỉ vùng 59

2.4.3.3 Phương pháp định tuyến chồng lấn 60

2.4.4 Các mô hình dịch vụ trong mạng IP/WDM 60

2.4.4.1 Mô hình dịch vụ miền 60

2.4.4.2 Mô hình dịch vụ hợp nhất 61

2.4.5 Kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM 62

2.4.5.1 Mô hình kỹ thuật lưu lượng xếp chồng 62

2.4.5.2 Mô hình kỹ thuật lưu lượng tích hợp 63

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IP TRÊN QUANG VÀO MẠNG

VIỄN THÔNG ĐƯỜNG TRỤC VIỆT NAM 65

3.1 Phân tích hiện trạng mạng viễn thông Việt Nam 65

3.1.1 Hạ tầng mạng viễn thông đường trục hiện tại 66

3.1.2 Hạ tầng mạng liên quan tới việc ứng dụng 69

3.1.2.1 Mạng truyền dẫn quang liên tỉnh 69

3.1.2.2 Mạng truyền dẫn quang nội hạt 69

3.1.2.3 Các cổng quang kết nối quốc tế 69

3.1.2.4 Hạ tầng mạng NGN của VNPT 70

3.1.2.5 Hạ tầng mạng chuyển mạch hiện tại 74

3.1.2.6 Hạ tầng và sự phát triển mạng Internet Việt Nam 75

3.1.3 Hiện trạng mạng cáp quang của Việt nam 81

3.1.4 Một số thiết bị trong mạng truyền tải IP 83

3.1.4.1 Thiết bị định tuyến 83

3.1.4.2 Thiết bị chuyển mạch 87

3.1.4.3 Thiết bị truyền dẫn 88

3.2 Giải pháp ứng dụng tích hợp IP trên quang vào mạng viễn thông đường trục của Việt Nam 92

3.2.1 Giải pháp mạng đường trục tới năm 2010 93

3.2.1.1 Về mục tiêu phát triển mạng trục 93

3.2.1.2 Lựa chọn và phân tích giải pháp áp dụng IP trên quang 94

3.2.2 Giải pháp mạng đường trục mục tiêu sau năm 2010 96

3.2.2.1 Về tiêu phát triển mạng trục 96

3.2.2.2 Phân tích và lựa chọn giải pháp áp dụng 96

3.3 Lộ trình ứng dụng công nghệ IP trên quang cho mạng viễn thông đường trục của Việt Nam 98

3.3.1 Các bước chuyển đổi trong mạng trục 98

3.3.1.1 Chuyển đổi mặt số liệu 98

3.3.1.2 Chuyển đổi mặt quản lý và điều khiển 99

3.3.1.3 Chuyển đổimặt chuyển mạch quang 99

3.3.2 Chuyển đổi trong lớp mạng IP 101

3.3.2.1 Giai đoạn tới năm 2010 101

3.3.2.2 Giai đoạn 2010-2015 101

3.3.2.3 Giai đoạn sau 2015 101

KẾT LUẬN 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC I Phụ lục 1 : Kết quả dự báo lưu lượng giữa các điểm nút chính của mạng viễn thông

đường trục Việt Nam I Phụ lục 2 : Dự báo lưu lượng mạng vòng ring của mạng trục III mặt phẳng 2 tại các điểm nút chính tới các tỉnh/thành III Phụ lục 3 : Dự báo lưu lượng Internet của Việt Nam VI Phụ lục 4 : Sơ đồ hệ thống mạng quang của Việt Nam VII

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADM Add/Drop Multiplexer Bộ xe/rẽ kênh quang

APD Avalanche PhotoDetector Bộ tách quang thác

APS Automatic Protection Switch Chuyển mạch bảo vệ tự động ARP Address Resolution Protocol Giao thức chuyển đổi địa chỉ ATM Asychronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không

đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên

DBR Distribute Bragg Reflect Laser phản xạ Bragg phân bố DFB Distribute FeedBack Laser phản hồi phân bố

DWDM Dense Wavelength Division

DXC Digital Cross-Connect Kết nối chéo số

EGP External Gateway Protocol Giao thức ngoài cổng

FCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

HDLC High-level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mức

cao Host ID Host Identification Phần chỉ thị host

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển

Internet IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm

IGP Internal Gateway Protocol Giao thức trong cổng

IS - IS Intermediate System-to-Intermadiate

System

Giao thức node trung gian-node trung gian

ITU International Telecommunication

LEAF Larger Effect Area Fiber Sợi quang có diện tích hiệu dụng

cao LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý liên kết

LSA Link State Algorithm Thuật toán trạng thái liên kết

LSP Lable Switch Path Đường chuyển mạch nhãn

LSR Lable Switched Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MPLS MultiProtocol Lable-Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS TE MPLS Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng MPLS

MPλS MultiProtocol Lambda Switching Chuyển mạch bước sóng đa giao

thức MSOH Multiplex Section OverHead Mào đầu đoạn ghép

MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn lớn nhất

Net ID Network Identification Chỉ thị mạng

NMS Network Management Station Trạm quản lý mạng

NNI Network-Network Interface Giao diện mạng-mạng

OAM&P Operation, Administation,

Maintaince and Provisioning

Các chức năng vận hành, quản lý, bảo dưỡng và giám sát

OCHP Optical CHannel Protection Bảo vệ kênh quang

ODSI Optical Domain Service Interconnect Kết nối dịch vụ miền quang OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàn kết nối mạng quang OMS Optical Multiplex Section Đoạn ghép kênh quang

OSPF Open Shortest Path First Lựa chọn đường đi ngắn nhất OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang

OTS Optical Transmission Section Đoạn truyền dẫn quang

O-UNI Optical User-Network Interface Giao diện mạng-người sử dụng OXC Optical Cross-connect Kết nối chéo quang

PDH Plesiochronous Digital Hierarche Phân cấp số cận đồng bộ

PIN Positive Intrinsic Negative Bộ tách sóng quang loại PIN

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm nối điểm

PSTN Public Switching Telephone

Network

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

PVC Permanent Virtual Channel Kênh ảo cố định

ngược

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến RSOH Regeneration Section OverHead Mào đầu đoạn lặp

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức chiếm tài nguyên

RTCP RTP Control Protocol Giao thức điều khiển RTP

RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực

SAPI Service Access Point Identifier Chỉ thị điểm truy cập dịch vụ SAR Segmentation and Reassembly Phân mảnh và tái hợp

SDH Synchronous Digital Hierarche Phân cấp số đồng bộ

SLA Semiconductor Laser Amplifier Bộ khuếch đại laser bán dẫn SPM Self Pulse Modulation Hiệu ứng tự điều chế pha

SRS Stimulated Raman Scattering Hiệu ứng tán xạ bị kích thích

Raman SVC Switched Vitual Channel Kênh chuyển mạch ảo

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TLV Type Length Value Kiểu mã hoá loại-độ dài-giá trị UBR Unspecified Bit Rate Tốc độ bit không xác định

UCP Unified Control Plane Mặt điều khiển chung

UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người dùng UNI User-Network Interface Giao diện mạng-người dùng VBR-rt Variable Bit Rate-real time Tốc độ bit khả biến-thời gian thực

DANH MỤC HÌNH VẼ và BIỂU BẢNG

Danh mục hình vẽ :

Hình 1.1 : Mô hình phân lớp địa chỉ IP 9

Hình 1.2 : Các phương thức chuyển đổi IPv4 sang IPv6 11

Hình 1.3 : a) Hệ thống WDM một hướng 14

b) Hệ thống WDM song hướng 13

Hình 1.4 : Diode tách quang p – n 16

Hình 1.5 : Thiết bị phân tán góc 17

Hình 1.6 : Thiết bị ghép sợi 17

Hình 1.7 : Bộ lọc màng mỏng điện môi có nhiều khoang cộng hưởng 18

Hình 1.8 : Bộ đấu chéo quang OXC 19

Hình 1.9 : Cấu trúc của bộ xen rẽ quang OADM 20

Hình 1.10 : Giản đồ năng lượng của ion Er3+ trong sợi quang Silica 22

Hình 1.11 : Quá trình phát triển của tầng mạng 26

Hình 2.1 Các giải pháp IP trên quang qua từng giai đoạn phát triển 29

Hình 2.2 Mô hình phân lớp thích ứng IP trên quang của 3 giai đoạn phát triển 30

Hình 2.3 Phân lớp giải pháp IP/ATM/SDH/WDM 33

Hình 2.4 Giải pháp mạng khả thi sử dụng IP/ATM/SDH/WDM 33

Hình 2.5 : Phân lớp giải pháp IP/ATM/WDM 35

Hình 2.6 : Sơ đồ đấu nối thiết bị theo IP/SDH/WDM 36

Hình 2.7 : Phân lớp giải pháp IP/SDH/WDM 37

Hình 2.8 : Phân lớp giải pháp IP/SDL/WDM 38

Hình 2.9 : Sơ đồ đầu nối của mạng truyền tải IP/GbE/WDM 39

Hình 2.10 : Khung Gigabit Ethernet 39

Hình 2.11 : Phân lớp giải pháp IP/NG-SDH/WDM 40

Hình 2.12: Phân lớp giải pháp IP/MPLS/WDM 41

Hình 2.13 : Giả pháp phân lớp IP/WDM 41

Hình 2.14 : Giải pháp IP trực tiếp trên sợi quang 42

Hình 2.15 : Mô hình mạng IP/WDM ngang hàng 54

Hình 2.16 : Mô hình mạng IP/WDM xếp chồng 55

Hình 2.17 : Mô hình giải pháp mạng IP/WDM lai 57

Hình 2.18 : Sơ đồ định tuyến tích hợp trong mạng IP/WDM 58

Hình 2.19 : Sơ đồ định tuyến địa chỉ vùng trong mạng IP/WDM 59

Hình 2.20 : Mô hình dịch vụ miền của IP/WDM 61

Hình 2.21 : Mô hình dịch vụ hợp nhất của IP/WDM 61

Hình 2.22 : Kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM 62

Hình 2.23 : Kỹ thuật lưu lượng xếp chồng trong IP/WDM 63

Hình 2.24 : Mô hình kỹ thuật lưu lượng tích hợp trong mạng IP/WDM 63

Hình 3.1 Mạng đường trục DWDM 2.5G LH hiện có của VTN 67

Hình 3.2 Mạng đường trục DWDM 2.5G LH nâng cấp lên 2x10G của VTN 67

Hình 3.3 Mạng đường trục SDH hiện có của VTN 68

Hình 3.4 : Tuyến cáp quang SMW3 70

Hình 3.5 : Mô hình phân lớp mạng NGN 71

Hình 3.6 : Hạ tầng kết nối giữa mạng NGN và mạng PSTN của VNPT 73

Hình 3.7 : Cấu trúc phân cấp mạng chuyển mạch viễn thông Việt Nam hiện tại 75

Hình 3.8 : Lược đồ thị phần Internet giữa các ISP tính đến 01/2007 76

Hình 3.9 : Cấu hình triển khai ADSL trong mạng viễn thông của VNPT 76

Hình 3.10 : Cấu trúc mạng trục và IAPs 77

Hình 3.11 : Cấu trúc mạng trục ISP hiện tại 78

Hình 3.12 : Mạng quang đường trục mặt phẳng 2 sử dụng IP/MPLS/DWDM 83

Hình 3.13: Bộ định tuyến đường trục Internet M160 của Juniper 84

Hình 3.14 : Mạng Internet đường trục sử dụng bộ định tuyến Cisco 7200 85

Hình 3.15 : Bộ định tuyến Cisco7200 VXR 85

Hình 3.16 : Bộ định tuyến Cisco dòng 7500 và mạng kết nối 86

Hình 3.17 : Mạng internet sử dụng bộ định tuyến Cisco 3600 87

Hình 3.18 : Kết nối vòng ring của bộ ghép kênh SDH TN-1X 88

Hình 3.19 : Vòng ring quang sử dụng bộ ghép kênh dòng thiết bị FLX 600A 89

Hình 3.20 : Hệ thống đường trục DWDM sử dụng OPTera Long Haul 1600 91

Hình 3.21 : Vị trí của mạng đường trục trong mạng tổng thể của VNPT 92

Hình 3.22 : Cấu hình mạng quang đường trục tới năm 2010 95

Hình 3.23 : Giải pháp điểm truy nhập POP-trục điển hình giai đoạn tới 2010 95

Hình 3.24 : Cấu trúc mạng trục mục tiêu sau năm 2010 của VNPT 97

Hình 3.25 : Giải pháp điểm truy nhập trục sau năm 2010 98

Hình 3.26 : Giải pháp mạng chuyển mạch quang mụ tiêu cho mạng trục 2010 100

Danh mục biểu bảng : Bảng 1.1 Các bước sóng bơm quang 22

Bảng 2.1 : Khả năng duy trì của các lớp mạng trong giải pháp 45

Bảng 2.2 : So sánh 3 mô hình giải pháp mạng IP/WDM 57

Bảng 3.1 : Bảng giải pháp kết nối trong mạng Internet của 3 lớp 1,2,3 79

Bảng 3.2 : Lưu lượng các hướng kết nối quốc tế của Internet Việt nam (2007) 80

DANH MỤC HÌNH VẼ và BIỂU BẢNG

MỞ ĐẦU

Trong nhiều thập niên gần đây (1970 – 2007), nhờ có sự phát triển của công nghệ tin học - viễn thông mà nền kinh tế (văn minh nhân loại) phát triển mạnh mẽ như hiện nay và giúp loài người khám phá - trinh phục tự nhiên Kéo theo đó, nhu cầu trao đổi thông tin, giải trí của con người ngày càng gia tăng Đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông phải không ngừng nghiên cứu phát triển để đổi mới cả

về chất lượng, số lượng các dịch vụ mới: truyền hình trực tuyến, trò chơi trực tuyến, truyền số liệu, VoiceIP, Internet Càng ngày, số lượng người sử dụng internet và nhiều dịch vụ viễn thông mới một tăng dẫn đến sự bùng nổ lưu lượng thông tin ngày càng tăng Chính vì vậy, việc đầu tư nghiên cứu để tìm ra các giải pháp nhằm tăng lưu lượng đường truyền, và nâng cao hiệu suất mạng luôn được sự quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ nhằm đáp ứng được yêu cầu của khách hàng

Thực tế đã cho thấy, việc sử dụng mạng lõi dùng cáp sợi quang là giải pháp hiệu quả nhất Bởi vì, cáp sợi quang với công nghệ WDM có băng thông rất lớn (tới hàng Tera Bit) và chi phí đầu tư không cao Do đó, cho tới nay mạng cáp quang đã được triển khai rộng khắp trên toàn thế giới và mạng này đảm nhận việc truyền phần lớn lưu lượng thông tin trao đổi toàn cầu Lưu lượng thông tin trong đó phần lớn đều xuất phát từ mạng internet, sử dụng các gói tin IP Hiện nay, để truyền các gói IP được thông qua sợi cáp quang cần rất nhiều bước trung gian như sau : IP/ATM/SDH/WDM (sợi quang), qua nhiều bước trung gian tất yếu sẽ kéo theo việc tăng lượng thông tin dư thừa (giảm hiệu suất mạng), tăng chi phí đầu tư mạng, phức tạp quản lý-điều hành Với cách tiếp cận đó, các nhà cung cấp dịch

vụ, các nhà khoa học, các tổ chức viễn thông quốc tế đã đề xuất nhiều giải pháp truyền tải gói tin IP trên quang, nhằm thống nhất điều khiển việc truyền gói tin IP qua WDM hiệu quả và đơn giản hơn

Nhận thấy giải pháp truyền tải IP trên quang (WDM) là giải pháp hữu hiệu và khả dụng cho mạng viễn thông thế giới nói chung, mạng đường trục của Việt Nam

nói riêng Vì vậy em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ tích hợp IP trên quang (IP/WDM) và ứng dụng cho mạng viễn thông đường trục của Việt Nam”

Nội dung của đề tài được chia thành 3 chương như sau :

Chương 1 : Tổng quan về công nghệ truyền tải IP trên quang Mở đầu bằng

cách trình bày cơ sở khoa học và tính thực tiễn của công nghệ truyền tải IP trên quang, nhằm giúp đọc giả dễ tiếp cận với đề tài Sau đó, giới thiệu chung về công nghệ IP (IPv4, IPv6, cách thức chuyển dần từ IPv4 sang IPv6, IPv6 cho truyền tải

IP trên quang), về công nghệ truyền tải quang (ghép kênh đa bước sóng WDM, các thành phần cấu thành mạng truyền tải quang, các kỹ thuật chuyển mạch quang cho mạng IP trên quang) Cuối cùng trình bày khái quát các giai đoạn phát triển của công nghệ truyền tải IP trên quang hiện có trên thế giới

Chương 2 : Nghiên cứu các giải giải pháp truyền tải IP trên quang :

Chương này sẽ trình bày chi tiết (nguyên lý, kiến trúc, định tuyến, vấn đề lưu lượng, ) từng giải pháp truyền trải IP trên quang đã liệt kê tại chương 1 Đồng thời, tiến hành so sánh các giải pháp này để chọn lựa ra giải pháp phù hợp cho mạng viễn thông đường trục của Việt nam Vì vậy, chương 2 còn được coi là cơ sở cho chương 3 để ứng dụng công nghệ một cách hiệu quả nhất

Chương 3 : Ứng dụng công nghệ tích hợp IP trên quang cho mạng viễn thông đường trục của Việt Nam : Đây được coi là chương quan trọng và có ý

nghĩa nhất của luận văn Bởi vì, đó chính là kết quả của việc nghiên cứu khoa học đạt được của luận văn(đề xuất giải pháp áp dụng, xây dựng lộ trình áp dụng) Trên

sở cứ khoa học đó là: vận dụng các cơ sở đã trình bày trong 2 chương trên, phân tích hiện trạng mạng viễn thông của Việt Nam

Tóm lại, đề tài nghiên cứu công nghệ tích hợp (truyền tải) IP trên quang tuy không phải là ý tưởng mới, nhưng cũng mang lại nhiều ý nghĩa trong việc tiếp tục nghiên cứu giải pháp truyền tải IP trên quang Bởi vì, vấn đề cần giải quyết trong

đó để đưa đến mạng toàn quang (IP/WDM) cho tới nay vẫn chưa được thực tế hoá Trong nội dung của luận văn chắc sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong quý thầy cô và các bạn đọc quan tâm, đóng góp ý kiến, để luận văn được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI IP TRÊN QUANG

Trong những năm cuối thế kỷ 20 đầu thế kỷ 21, nhu cầu sử dụng các ứng dụng trên mạng internet (IP) ngày một gia tăng, đặc biệt trong việc trao đổi thông tin trên diện toàn cầu : email, mua sắm trực tuyến, truyền hình hội nghị điều này

đã có những ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển đời sống kinh tế xã hội Chính sự phát triển này làm thay đổi cách sống và cách làm việc của con người và đưa loài người sang một kỷ nguyên mới - kỷ nguyên cuộc sống số, thông tin toàn cầu

Đồng thời, sự phát triển về công nghệ của các linh kiện quang đã đạt tới tầm cao, giúp cho công nghệ ghép kênh đa bước sóng WDM đã phát triển và triển khai rộng khắp toàn cầu với ưu điểm siêu việt về lưu lượng

Kết hợp hai công nghệ trong cùng một mạng truyền tải đã được quan tâm nghiên cứu, đầu tư của các nhà khoa học, các nhà cung cấp dịch vụ và nhiều cá nhân quan tâm Việc này, thực tế đã đạt được rất nhiều thành tựu lớn trong việc truyền tải các gói tin trên sợi quang, song hiện tại vẫn còn qua lớp công nghệ trung gian ATM, SDH Tiếp tục nghiên cứu, cải tiến mạng nhằm hữu hiệu băng thông

kênh truyền và đơn giản điều khiển mạng để sớm đạt được mục đích mạng toàn quang hay truyền trực tiếp IP/WDM Đồng thời, đây cũng là một xu thế tất yếu

công nghệ mạng viễn thông của thế giới

Công nghệ truyền tải IP trên quang chính là một giải pháp hữu hiệu để phát triển các mạng viễn thông, nhằm tiến tới một mạng viễn thông :

- Công nghệ hiện đại

- Chất lượng cao

- Chuẩn hoá quốc tế

- Khai thác đơn giản, thuận tiện và mang lại hiệu quả kinh tế cao

1.1 Cơ sở khoa học, tính thực tiễn của giải pháp IP trên quang

1.1.1 Cơ sở khoa học

1.1.1.1 Xu thế phát triển dịch vụ truyền thông trên thế giới

Trước kia, trao đổi thông tin thoại (băng thông hẹp 64kb/s) là chủ yếu, còn dữ liệu truyền dẫn trên kênh thoại là thứ yếu Do vậy, người ta thiết kế các mạng viễn thông chủ yếu là để truyền thoại, còn số liệu được truyền dẫn trên kênh thoại (data over voice)

Ngày nay, do sự bùng nổ nhu cầu sử dụng Internet đã khiến cho nhu cầu trao đổi thông tin tăng, lưu lượng từ các dịch vụ trên nền IP tăng rất nhanh Chứng tỏ việc truyền dữ liệu lại là chủ yếu, thông tin thoại là thứ yếu hoặc có thể truyền thoại thông qua số liệu (Voice over data : Voice-IP) Theo số liệu thống kê trên thế giới trong 7 năm qua, lưu lượng Internet đã tăng 86% mỗi năm, hơn 6 lần tốc độ phát triển của lưu lượng thoại Hiện khoảng 48% dân số EU kết nối Internet Các nước Châu Á tuy tỷ lệ kết nối Internet hiện còn thấp, nhưng đang rất nhanh cùng với số lượng máy tính có kết nối internet tăng nhanh, đặc biệt là các thị trường tiềm năng như Trung Quốc, Ấn Độ, Singapore, Việt Nam Như vậy, cần thiết phải luôn luôn nghiên cứu thiết kế mạng để truyền số liệu là chính và nâng cao lưu lượng mạng Mặt khác, do sự bùng nổ thông tin nên lưu lượng ngày càng lớn, đòi hỏi mạng viễn thông truyền tải phải có băng thông lớn Đó chính là sử dụng cáp sợi quang, đặc biệt là mạng truyền tải quang sử dụng phương pháp ghép kênh đa bước sóng

(WDM) Kết hợp hai công nghệ IP và công nghệ WDM tạo thành mạng truyền tải tích hợp IP/WDM có lưu lượng cực lớn (tới hàng Terabit), hoàn toàn có thể đáp

ứng được nhu cầu của khách hàng

1.1.1.2 Xu thế phát triển công nghệ trên thế giới

Trong quá khứ, công nghệ truyền thông tin thoại là chủ yếu, các dữ liệu là thứ yếu và cũng được truyền thông trên kênh thoại (data over voice) Ngày nay, công nghệ truyền dẫn dữ liệu lại là chủ yếu, còn thoại là thứ yếu và thông tin thoại được truyền trên các kênh dữ liệu (voice over data)

Đặc biệt, sự ra đời của giao thức IPv6 giúp cho Internet có tốc độ cao hơn, dễ dàng mở rộng mạng lớn hơn và phát triển nhiều dịch vụ chất lượng tốt hơn Đồng

thời, sự ra đời của công nghệ ghép kênh đa bước sóng (WDM) – một công nghệ cho phép nâng cao dung lượng truyền dẫn của tuyến quang tới hàng Terabit/s Kết hợp hai công nghệ này trên một mạng sẽ mang lại một mạng viễn thông linh hoạt, dung lượng cực lớn, chất lượng cao và nhiều cấp độ dịch vụ Đó chính là mạng tích hợp IP trên quang Một xu thế tất yếu trong mạng viễn thông thế giới

Công nghệ truyền tải IP có nhiều điểm ưu việt so với công nghệ truyền dẫn kênh truyền thống Bởi vì, nó là hình thức truyền dẫn thông tin theo các gói nên định tuyến các gói tin là độc lập nhau, hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng cao, quản

lý đơn giản, khai thác dễ dàng và nó sẽ là xu hướng phát triển tất yếu Ngoài ra, công nghệ vật liệu chế tạo sợi quang, chuyển mạch quang, tin học luôn là nền tảng cho sự phát triển của các kỹ thuật tiên tiến mới

1.1.1.3 Xu thế chế tạo, áp dụng công nghệ của các nhà chế tạo và các tổ chức viễn thông Quốc tế

Nhằm đáp ứng được nhu cầu sử dụng băng thông, các dịch vụ mới của khách hàng, đòi hỏi các nhà viễn thông và các tổ chức viễn thông phải luôn nỗ lực đầu tư nghiên cứu các phương thức truyền dẫn hiệu quả Với những lợi ích kinh tế của công nghệ IP trên quang mang lại, đẩy mạnh việc nghiên cứu ứng dụng nhanh chóng công nghệ này vào mạng truyền dẫn của mình là một tất yếu Cụ thể, với DWDM cho phép ghép STM-16 (2,5 Gbps) hay STM-64 (10 Gbps) kênh thoại dưới dạng bước sóng để truyền dẫn song song trên một sợi cáp quang

Một số nhà cung cấp cho rằng các chức năng của tầng truyền dẫn đồng bộ ATM hay tầng SDH - các thành phần chính trong cơ sở hạ tầng của nhiều mạng - cần nên loại bỏ để tiến tới tầng IP trực tiếp trên tầng quang Vì điều này, dẫn đến loại bỏ được một số phần cứng và giảm chi phí vận hành mạng, cơ sở hạ tầng của mạng sẽ có giá thành thấp và đơn giản hơn Tất nhiên nó không đúng cho mọi trường hợp, cụ thể là đối với các nhà cung cấp còn sử dụng các dịch vụ ATM hay TDM

Đối với các tổ chức viễn thông quốc tế, Tổ chức kỹ thuật internet (IETF) luôn nghiên cứu, cải tiến để tìm ra những phương pháp truyền dẫn IP trên mạng quang hiệu quả hơn, để quy chuẩn thống nhất cho các hãng sản xuất Đặc biệt, nhóm làm việc về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (MultiProtocol Label Switching) đã

đề xuất việc mở rộng để có thể thực hiện được tại các kết nối chéo quang OXC

(Optical Cross Connect) và được gọi là chuyển mạch bước sóng đa giao thức MPλS (MultiProtocol Lambda Switching) Ngoài ra, còn nhiều tổ chức khác : Diễn đàn kết nối mạng quang (OIF), Kết nối song hướng dịch vụ miền quang (ODSI) và Liên hiệp viễn thông quốc tế (ITU) cũng đang nỗ lực nghiên cứu để nhanh chóng tiến tới mạng toàn quang Vì thế, IP trên DWDM đang nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất cũng như các tổ chức viễn thông trên thế giới

1.1.1.4 Xu thế phát triển của mạng viễn thông Việt nam

Sớm nhận định được xu thế phát triển mạng viễn thông của thế giới, Tập đoàn Bưu chính cũng đã xác định xu thế phát triển mạng viễn thông của mình tuân theo

xu hướng chung của thế giới : tiến tới mạng toàn quang trong tương lai Hiện tại, Tập đoàn đã có nhiều công trình nghiên cứu công nghệ IP trên quang áp dụng vào mạng tổng công ty, đặc biệt là mạng viễn thông đường trục và liên tỉnh

Chính vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ IP trên quang và áp dụng để phát triển cho mạng viễn thông Viêt nam nói chung và mạng đường trục nói riêng là rất cần thiết Do đó, đề tài nghiên cứu này hoàn toàn có sở cứ khoa học

1.1.2 Tính thực tiễn của ứng dụng IP trên quang

Đề tài sẽ có tính thực tiễn cao bởi vì :

+ Đề tài sẽ cung cấp được các sở cứ khoa học về một công nghệ truyền dẫn thông tin tiên tiến – một trong những công nghệ truyền dẫn chủ đạo trong mạng viễn thông tương lai, để định hướng phát triển công nghệ cho mạng viễn thông của Việt Nam

+ Đồng thời đề tài sẽ đề xuất cấu trúc, công nghệ và lộ trình triển khai cho mạng viễn thông đường trục của Việt Nam

+ Kết quả đề tài sẽ là tài liệu tham khảo tốt cho các cán bộ quy hoạch, phát triển mạng viễn thông trong việc triển khai công nghệ IP trên quang vào mạng viễn thông

1.2 Giao thức Internet (IP - Internet protocol)

Giao thức IP đã được phát minh cách đây khoảng 31 năm, được đưa vào sử dụng cách đây 25 năm IP nguyên bản là giao thức IP sử dụng cho mạng Internet Mạng truyền thông kết nối toàn cầu và được coi là kho thông tin khổng lồ mà ai cũng có thể truy nhập từ một số trang web đặc biệt sử dụng cho mục đích riêng Ngày nay, giao thức IP được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thoại, mobile, video…

Hiện nay, có hai phiên bản giao thức IP : IP version 4 (IPv4) và IP version 6 (IPv6) Chương này sẽ tìm hiểu về hai giao thức IP này, trên cơ sở đó làm nền tảng kiến thức tiếp cận cho việc phát triển công nghệ IP trên quang [6,9]

1.2.1 Phiên bản IPv4

1.2.1.1 Cách tổ chức địa chỉ IPv4

Trong giao thức IPv4, sử dụng việc đánh địa chỉ IP cho từng máy để phân biệt

- nhận dạng sự hiện diện của máy trạm trên mạng, với 32bit (chia làm 4 Octet) để đánh địa chỉ (logic) cho các máy, do tổ chức IAB quản lý Ngoài ra, còn có các khái niệm về địa chỉ vật lý là phần duy nhất trong 1 mạng LAN hay WAN và địa chỉ cổng để gán nhãn cho các dịch vụ đồng thời

32 bit địa chỉ IP được phân thành các lớp như sau :

Lớp A : cho phép định danh 27 – 2 mạng và tối đa 224 – 2 host trên mỗi mạng Lớp

này dùng cho các mạng có số trạm cực lớn

Lớp B : cho phép định danh tới 16384 mạng với tối đa 65534 host trên mỗi mạng Lớp C : cho phép định danh 221

– 2 mạng với tối đa 254 host trên mỗi mạng

Lớp D : WDM dùng để gửi datagram tới một nhóm các host trên một mạng

Lớp E : dự phòng để dùng cho tương lai

Như vậy, mỗi địa chỉ IP là một cặp net ID và host ID với net ID xác định một mạng và host ID xác định một máy trên mạng đó Khi IP có host ID = 0 thì nó sẽ được dùng để hướng tới mạng định danh bởi vùng net ID Ngược lại, host ID gồm toàn số 1 thì được dùng để hướng tới tất cả các host nối vào mạng được định danh net ID, và nếu vùng net ID cũng gồm toàn số 1 thì nó hướng tới tất cả các host trên tất cả các mạng

1.2.1.2 Nhƣợc điểm của IPv4

Mặc dù, phiên bản IPv4 đã được ứng dụng rộng rãi và thực sự đã góp phần quan trọng trong việc phát triển mạng internet, nhưng với sự phát triển chóng mặt của Internet, tới nay IPv4 không còn phù hợp với nhu cầu thực tế với một số lý do sau :

- Không gian địa chỉ sắp cạn kiệt, đặc biệt là địa chỉ lớp B

- Cấu trúc bảng định tuyến không phân lớp

- Mạng truyền dẫn Internet yêu cầu về thời gian thực cao trong truyền dẫn hình ảnh, âm thanh và do ngày càng có nhiều dịch vụ khác nhau sử dụng IP

1.2.1.3 Cảnh báo về khả năng IPv4 sẽ cạn kiệt tài nguyên [16]

Sự phổ dụng của điện thoại thông minh, truyền hình trực tuyến (IPTV) và các thiết bị kết nối Internet đang làm giao thức Internet hiện tại nhanh chóng hết tài nguyên Hơn nữa, chuẩn IPv4 hạn chế các dịch vụ nội dung đa phương tiện và liên kết dữ liệu, như địa chỉ IP cho điện thoại, P2P và các cuộc gọi video Theo ước tính của công ty nghiên cứu thị trường IDC, đến năm 2012, sẽ có 17 tỷ thiết bị kết nối

Internet “2012 cũng là thời điểm chuẩn IPv4 hết nguồn tài nguyên địa chỉ web Đến khoảng năm 2015 và 2020 thì điều này chắc chắn xảy ra”, Sam Masud, nhà

phân tích cao cấp của Frost & Sullivan, đồng tình Mặc dù một số công ty đã rậm

rịch chuyển sang chuẩn IPv6 nhưng lại gặp nhiều khó khăn về việc chuyển đổi ứng dụng, quản lý mạng, vận hành và kể cả việc đào tạo nhân viên

Theo Cục quản lý và ngân sách Mỹ, đến giữa năm 2008, tất cả các mạng sẽ phải có khả năng nhận và g ửi các gói dữ liệu IPv6 Tuy nhiên, Viện công nghệ và chuẩn mực quốc gia (NIST) dự đoán, chỉ 30% mạng hỗ trợ chuẩn Internet mới này vào năm 2010, và 6 năm nữa mới có 30% người dùng sử dụng mạng này Mặc dù IPv4 sẽ không biến mất ngay lập tức nhưng các nhà cung cấp Internet cần phải xây dựng các chiến lược nâng cấp Tất cả các ứng dụng giao tiếp trên IP sẽ phải điều chỉnh để tương thích với IPv6

1.2.2 Phiên bản IPv6

Khắc phục những thiếu sót trên của IPv4, IPv6 ra đời là một phiên bản chuẩn, hứa hẹn nhiều tính năng nổi trội, phù hợp với việc triển khai IP trên quang Định dạng và chiều dài của các địa chỉ IP được thay đổi cho phù hợp với định dạng gói tin Các giao thức khác trong lớp mạng như ARP, RARP và IGMP hoặc là được xoá

bỏ hoặc là được thêm vào giao thức ICMP Các giao thức định tuyến như RIP và OSPF cũng thay đổi để phù hợp với sự biến đổi trên

1.2.2.1 Phân loại địa chỉ IPv6

Địa chỉ IPv6 được phân loại thành 3 loại như sau :

- Unicast : xác định một giao diện duy nhất mà datagram được gửi đến

- Anycast : xác định một tập hợp các giao diện có thể thuộc các mạng khác nhau

và datagram có thể gửi đến bất kỳ một giao diện nào phù hợp nhất với giá trị đo của giao thức định tuyến

- Multicast : xác định một tập hợp các giao diện có thể thuộc các mạng khác nhau

mà datagram sẽ được gửi đến tất cả các giao diện này

Địa chỉ trong IPv6 chỉ được sử dụng để chỉ đến từng máy (từng giao diện) chứ không mang thông tin về mạng Vì thế, nó còn khắc phục được nhược điểm của hệ thống đánh địa chỉ IPv4 đó là, máy có thể di chuyển đến các mạng khác nhau mà không cần thực hiện kết nối lại

Biểu diễn địa chỉ IP dưới dạng x : x : x : x : x : x : x : x hay x : x : x : x : x : x:d.d.d.d (sử dụng khi tồn tại cùng với IPv4) Trong đó, x dùng mã cơ số 16 và d dùng mã cơ số 10

1.2.2.2 Các đặc tính vượt trội của IPv6 so với IPv4

- Không gian địa chỉ tăng 4 lần : 128 bit

- Định dạng tiêu đề tốt hơn : IPv6 tách riêng các options với các tiêu đề cơ sở và được thêm vào giữa tiêu đề cơ sở và dữ liệu lớp cao hơn khi cần thiết Điều này làm cho đơn giản và tăng tốc độ trong quá trình xử lý định tuyến các gói tin

- Bổ sung nhiều option mới

- Cho phép mở rộng : IPv6 dễ dàng mở rộng giao thức để thích ứng với các công nghệ và ứng dụng mới

- Hỗ trợ cho định vị tài nguyên : trong IPv6, các trường Type of Service được loại bỏ, nhưng một cơ chế (được gọi là Flow Lable) đã được thêm vào để tài nguyên được phép yêu cầu xử lý gói tin một cách đặc biệt Cơ chế này có thể được sử dụng để hỗ trợ lưu lượng như vấn đề thời gian thực (real time) của âm thanh và hình ảnh

- Hỗ trợ cho tính bảo mật cao hơn : các option về việc mã hoá…trong IPv6 cung cấp độ tin cậy và kiểm tra gói tin

- Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS

- Tính di động : IPv6 hỗ trợ việc chuyển vùng (roaming)

1.2.2.3 Các phương pháp chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6

Mặc dù IPv6 có nhiều tính năng rất nổi trội và hứa hẹn nhiều lợi ích cho việc truyền thông toàn cầu Việc chuyển sang sử dụng IPv6 trong tương lai là một xu thế tất yếu Song hiện nay IPv4 đang được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều hệ thống trong mạng Internet và vẫn đang đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng thông thường, nên việc chuyển đổi IPv4 sang IPv6 không thể thực hiện một cách tức thì

mà phải cần một thời gian dài Tổ chức IETF đưa ra 3 phương pháp để làm cho giai đoạn chuyển đổi này dễ dàng hơn, như được trình bày theo hình dưới

Đường hầm

Các phương thức chuyển đổi

Hình 1 2 : Các phương thức chuyển đổi IPv4 sang IPv6

1.2.2.4 IPv6 ứng dụng cho IP/WDM

Mục đích chính của việc nghiên cứu giao thức IP là phải xác định xem những

gì cần cho mạng và những gì nên loại bỏ để làm cho truyền tải IP trên mạng WDM

hiệu quả hơn Trên cơ sở phân tích trên, IPv6 được coi là phiên bản hợp lý nhất để hiện thực hoá IP trên mạng WDM Điều này có nghĩa là yêu cầu cơ bản đối với hạ

tầng WDM là phân phối dung lượng truyền tải tin cậy, đó là một trong những điểm giá trị nhất của nó Trong bất kỳ trường hợp nào, sự thích ứng mới giữa IP và WDM cần được phát triển và sự thích ứng mới này phải có khả năng dành trước tài nguyên

1.2.2.5 Hoạt động chuyển giao IPv6 trên thế giới

+ Châu Âu:

Hoạt động thử nghiệm, tiến tới ứng dụng IPv6 diễn ra rất tích cực Uỷ ban Châu Âu (Euro Commission) thành lập Uỷ ban thúc đẩy phát triển IPv6 (IPv6 Task Force), nhằm mục đích theo dõi và đẩy mạng các hoạt động về IPv6 của Châu Âu Tại hàng loạt các quốc gia Châu Âu, các Uỷ ban thúc đẩy phát triển IPv6 quốc gia được thành lập, hoạt động trao đổi thông tin với nhau rất phổ biến Ủy ban thúc đẩy phát triển IPv6 Châu Âu là đầu mối tập hợp mọi hoạt động tại các quốc gia để thiết lập nên quá trình IPv6 của toàn bộ Châu Âu Triển khai các dự án thiết lập nhiều mạng IPv6: 6NET, Euro6IX (European IPv6 Internet Exchange Backbone), GEANT

+ Châu Mỹ:

Tại Châu Mỹ, sự quan tâm và phát triển IPv6 tuy có tốc độ thấp hơn nhưng đều đặn (tại khu vực châu Mỹ do đã sở hữu rất nhiều không gian địa chỉ IPv4 và chưa sử dụng hết) Uỷ ban thúc đẩy phát triển IPv6 Bắc Mỹ NAv6TF được thành lập, tập trung vào ứng dụng IPv6 tại mạng chính phủ và mạng của Bộ quốc phòng

Mỹ (US Department of Defense – US DoD) đã giành được sự ủng hộ của Nhà Trắng Ngày 13/6/2003, Bộ quốc phòng Mỹ công bố đã ứng dụng IPv6 và sẽ hoàn thành ứng dụng IPv6 vào 2007, triển khai IPv6 tới từng binh lính và các thiết bị quân trang

+ Châu Á - Thái Bình Dương :

IPv6 tiếp tục giành được sự quan tâm nhanh chóng trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương Một phần cũng là do sự hạn chế về địa chỉ IPv4 đã đặt một cản trở nhất định đối với sự phát triển của Internet tại những khu vực kinh tế quan trọng của Châu lục này: Trung Quốc, Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc

Các quốc gia này có một mối liên hệ hợp tác chặt chẽ trong việc thúc đẩy phát triển IPv6 nói riêng và công nghệ thông tin nói chung Ngày 8/9/2003 Trung Quốc- Nhật Bản, Hàn Quốc đã tổ chức hội thảo cấp Bộ trưởng về công nghệ thông tin Trong đó có ký kết hiệp ước giữa các nước này về quan hệ tương hỗ trong thúc đẩy công nghệ Châu Á: Hệ thống mobile 3G, tiến tới 4G, broadband, IPv6 Đồng thời, Trung Quốc và Nhật Bản có hội thảo song phương về hợp tác phát triển IPv6, công nghệ thông tin 3G Bao gồm: trao đổi thông tin và cùng hợp tác tổ chức các hội thảo về IPv6, hợp tác trong việc nghiên cứu, phát triển và tiêu chuẩn hoá về IPv6, thúc đẩy các ứng dụng dịch vụ IPv6, trao đổi các chính sách cũng như chuyên gia trong lĩnh vực IPv6, thiết lập nhóm phụ trách (working group) nhằm thúc đẩy các hoạt động hợp tác nói trên

+ Thực trạng thử nghiệm IPv6 tại Việt Nam:

Tại Việt Nam, những năm qua đã có một số hoạt động thử nghiệm trong lĩnh vực IPv6 Công ty Điện toán và Truyền số liệu VDC và công ty Netnam đã tham gia một nhánh của đề tài cấp nhà nước (đề tài nhánh: Triển khai thử nghiệm mạng IPv6 ở Việt Nam và kết nối mạng IPv6 quốc tế) Mạng thử nghiệm kết nối với 6BONE của VDC đã được triển khai trên thực tế nhưng mới chỉ là mạng thử nghiệm cỡ nhỏ kết nối thông qua mạng IPv6 của đối tác của VDC (được cấp một vùng địa chỉ IPv6 kích cỡ /48), chưa xây dựng được các tuyến kết nối thuần IPv6 (IPv6 native) kết nối với cộng đồng mạng 6BONE Đặc biệt chưa có các thử nghiệm diện rộng đánh giá tính tương thích, khả năng hỗ trợ đa dịch vụ IPv4/IPv6,

chưa có kết quả đo năng lực hệ thống lớn khi áp dụng IPv6 [Nguồn :

http://vnnic.com.vn ]

1.3 Công nghệ ghép kênh đa bước sóng (WDM) [1, 2]

Mạng viễn thông đường trục xuyên lục địa, vượt đại dương hiện đang sử dụng cáp sợi quang, mạng này đang giữ vai trò chính trong việc truyền tín hiệu trên toàn cầu Trong đó, cốt lõi của mạng đường trục hiện đang sử dụng công nghệ WDM, DWDM Đây là một tất yếu vì hệ thống truyền dẫn thông tin quang có nhiều ưu điểm trội hơn hẳn các hình thức thông tin khác như : băng thông rộng, tốc độ cao, không chịu ảnh hưởng của sóng điện từ Cũng vì vậy mà xu thế trong tương lai, các

hệ thống truyền dẫn thông tin quang sẽ dần thay thế các hệ thống truyền dẫn truyền thống - sử dụng cáp đồng thông tin

Nhờ có hệ thống truyền dẫn thông tin quang ghép kênh theo bước sóng (WDM) mà dung lượng, tốc độ, băng thông của hệ thống ngày càng nâng cao DWDM (ghép kênh theo bước sóng mật độ cao) là bước phát triển tiếp theo của WDM, cho phép băng thông lên tới hàng Tera bit Nguyên lý của nó tương tự như WDM chỉ khác là khoảng cách giữa các kênh bước sóng gần hơn, tức là số kênh ghép được nhiều hơn, khoảng cách kênh ghép là khoảng 0.4 nm (tương ứng với dải 50GHz)

1.3.1 Nguyên lý cơ bản của ghép kênh WDM

Hiện nay, thông tin quang đã được ứng dụng rộng rãi, đó là các hệ thống cáp quang đã được lắp đặt từ trước và đang triển khai Song nguồn tài nguyên đường truyền của nó dường như đã cạn kiệt Yêu cầu đặt ra là phải có các giải pháp để khắc phục vấn đề này Nếu phải lắp thêm các đường cáp quang mới thì chi phí sẽ rất cao, do vậy việc tìm ra một cách truyền mới để nâng cao lưu lượng mà vẫn sử dụng trên đường cáp hiện có là một giải pháp có tính kinh tế cao Mặt khác, sự ra đời của các loại nguồn quang laser bán dẫn có phổ hẹp cho phép phổ của tia sáng là rất nhỏ

so với băng thông của sợi quang Về mặt lý thuyết, có thể làm tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi nếu các nguồn phát có phổ cách nhau hợp lý và ở đầu thu có thể thu được tín hiệu quang riêng biệt khi sử dụng các bộ tách bước sóng Và đây

chính là cơ sở của công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM

WDM có nghĩa là độ rộng băng quang của hệ thống được phân thành các vùng phổ cố định, không chồng lấn Mỗi vùng tương ứng với một kênh có bước sóng λi Các kênh khác nhau độc lập với nhau và truyền với các tốc độ xác định Như vậy,

cho phép WDM trong quá trình truyền dẫn được xem như là hệ thống truyền dẫn trong suốt

Bộ ghép kênh

Bộ khuếch đại quang sợi

Bộ tách kênh

Máy thu quang

Máy thu quang

Máy phát quang

Máy phát quang

Bộ khuếch đại quang sợi

Bộ tách kênh

tách kênh quang

Máy thu quang

tách kênh quang

Máy phát quang

Máy phát quang

Bộ khuếch đại quang sợi

bị, tiết kiệm được 1 sợi quang, xong yêu cầu công nghệ phát triển cao hơn vì khi thiết kế gặp phải nhiều vấn đề như can nhiễu nhiều kênh (MPI), ảnh hưởng của phản xạ quang, cách ly giữa các kênh hai chiều, xuyên âm… Khi công nghệ tách ghép kênh, xử lý can nhiễu được triệt tiêu thì hệ thống WDM song hướng sẽ lại mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

1.3.2 Các đặc điểm của công nghệ WDM

▪ Tận dụng tài nguyên dải tần rất rộng của sợi quang

Nếu chưa sử dụng công nghệ WDM, mỗi sợi quang chỉ sử dụng 1 bước sóng Khi có công nghệ WDM, ghép nhiều bước sóng cùng truyền đồng thời trên 1 sợi quang, làm dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bước sóng đơn tăng từ tới hàng trăm lần Việc truyền dẫn có thể hoàn toàn xong công Điều này, rất hữu ích khi truyền dẫn thông tin đường dài với dung lượng lớn, vì có chỉ cần sử dụng ít sợi quang Tạo khả năng nâng cao dung lượng mạng trên chính hạ tầng sợi quang sẵn có Với điều kiện, hệ thống cũ vẫn còn dư công suất tương đối lớn thì có thể tăng thêm dung lượng mà không cần thay đổi nhiều đối với hệ thống cũ

▪ Có khả năng đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu

Mỗi bước sóng độc lập với nhau nên có thể truyền dẫn nhiều tín hiệu có đặc tính hoàn toàn khác nhau Điều này tạo thuận lợi thực hiện việc tổng hợp, phân chia các dịch vụ viễn thông Bao gồm tín hiệu số và tín hiệu tương tự, tín hiệu PDH và tín hiệu SDH, truyền dẫn tín hiệu đa phương tiện (thoại, số liệu, đồ hoạ, ảnh động…) Dẫn đến khả năng ứng dụng đa dạng : mạng đường trục, mạng phân phối quản bá, mạng đa địa chỉ, mạng cục bộ nhiều đường Chỉ cần dùng thêm một bước sóng là có thể tăng thêm một dịch vụ mới hoặc dung lượng mới mong muốn

▪ Kênh truyền dẫn IP

WDM đối với khuôn dạng số liệu là trong suốt, không có quan hệ gì với tốc

độ của tín hiệu và phương thức điều chế tín hiệu xét trên phương diện điện

▪ Có khả năng truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang

▪ Cấu hình mạng có tính linh hoạt, tính kinh tế và độ tin cậy cao

1.3.3 Các thành phần cấu thành hệ thống WDM

1.3.3.1 Bộ phát quang

Các bộ phát quang trong thông tin quang sợi WDM là các lazer đơn mode, phát ra bước sóng có độ đơn sắc cao Laser đơn mode chỉ tạo ra một mode dọc chính, còn các mode bên bị loại bỏ nên được sử dụng để làm nguồn quang cho hệ

thống WDM Các loại laser đơn mode phổ biến là laser phản hồi phân bố (DFB), laser phản xạ Bragg phân bố (DBR)

1.3.3.2 Bộ thu quang

Bộ thu quang (tách sóng quang) thực chất là các photodiode PD được cấu tạo

từ các chất bán dẫn, thực hiện chức năng cơ bản là biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện Bộ này phải đảm bảo yêu cầu sau : tốc độ lớn, độ nhạy thu cao, bước sóng hoạt động thích hợp Hai loại photodiode được sử dụng rộng rãi là photodiode PIN và photodiode thác APD

+ + + + +

Về mặt nguyên lý, cấu trúc của bộ tách ghép có tính thuận nghịch, bất kỳ bộ

ghép bước sóng nào cũng có thể dùng làm bộ tách bước sóng chỉ bằng cách đơn thuần là thay đổi hướng tín hiệu đầu vào Vì vậy, ở đây chỉ lấy bộ ghép bước sóng

để phân tích Có nhiều cách để phân loại thiết bị ghép bước sóng Theo công nghệ chế tạo thì chúng được chia làm hai loại chính : thiết bị vi quang và thiết bị WDM ghép sợi

+ Thiết bị vi quang

Các thiết bị vi quang được chế tạo theo hai công nghệ khác nhau : công nghệ

có bộ lọc và công nghệ phân tán góc Các thiết bị có bộ lọc chỉ hoạt động mở cho một bước sóng (hoặc một nhóm bước sóng) tại một thời điểm, nhằm để tách ra một

1 , 2

2

Cách tử Thấu kính

bước sóng trong nhiều bước sóng Để thực hiện thiết bị hoàn chỉnh và có thể sử dụng cho nhiều kênh thì phải tạo ra cấu trúc lọc theo tầng

Hình 1.5 : Thiết bị phân tán góc

Các thiết bị vi quang sử dụng phù hợp với các hệ thống truyền dẫn đa mode, chúng cho phép tách ghép đồng thời nhiều bước sóng khác nhau Nhưng chúng lại khó sử dụng cho sợi đơn mode do ánh sáng phải qua các giai đoạn phản xạ, hội tụ…từ đó dẫn tới quang sai, trễ tạo suy hao tín hiệu trong thiết bị

+ Thiết bị ghép sợi

Các thiết bị ghép sợi có cấu trúc dựa trên việc ghép hai trường ánh sáng phía ngoài lõi Chúng còn được gọi là các coupler quang Phía phát nó kết hợp các tín hiệu quang vào từ các tuyến khác nhau thành một tín hiệu quang tại đầu ra truyền trên một sợi Phía thu, tách công suất quang của một sợi vào để phân phối cho hai hoặc nhiều sợi Vì thế, để tách các bước sóng khác nhau thì sau mỗi một sợi phải có một bộ lọc bước sóng

λ1 λ2

λ3 λ4

Chùm ánh sáng đầu ra sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố : khoảng cách giữa các lõi sợi, chỉ số chiết suất vật liệu ở giữa, đường kính của lõi sợi, độ dài tương tác và bước sóng ánh sáng

1.3.3.4 Bộ lọc quang

Bộ lọc quang sử dụng trong thiết bị WDM thường là bộ lọc màng mỏng điện môi, làm việc theo nguyên tắc phản xạ tín hiệu ở một dải phổ nào đó và cho phần dải phổ còn lại đi qua, vì vậy nó thuộc loại lọc bước sóng cố định Cấu trúc bộ lọc gồm một khoang cộng hưởng bằng điện môi trong suốt, hai đầu khoang có các gương phản xạ được thực hiện nhờ nhiều lớp màng mỏng điện môi có chiết suất cao thấp xen kẽ nhau Vì vậy, chiết suất lớp điện môi trong suốt (n3) sẽ thấp hơn chiết suất của các lớp màng mỏng điện môi (n1 = 2.2 (TiO2), n2 = 1.35 (MgF2) hoặc 1.46 (SiO2))

Khoang 1

Khoang 2

Khoang

Bộ phản xạ điện môi Lớp điện môi trong suốt

n1 > n2 > n3

Hình 1.7 : Bộ lọc màng mỏng điện môi có nhiều khoang cộng hưởng

1.3.3.5 Bộ đấu nối chéo quang OXC

Chức năng của OXC tương tự như chức năng của DXC trong mạng SDH, chỉ khác là thực hiện trên miền quang, không cần chuyển đổi O/E/O và xử lý tín hiệu điện.OXC phải hoàn thành hai chức năng chính sau :

+ Chức năng nối chéo các kênh quang : thực hiện chức năng kết nối giữa N cổng đầu vào tới N cổng đầu ra

+ Chức năng xen/rẽ đường tại chỗ : chức năng này có thể làm cho kênh quang nào đó tách ra để vào mạng địa phương hoặc sau đó trực tiếp đi vào DXC của SDH thông qua biến đổi O/E

+ Kết cấu của điểm node OXC:

Các sợi quang đầu vào

Tách bước sóng

Fabric (cơ cấu)

Fabric port (Cổng cơ cấu)

Ghép bước sóng

Các sợi quang đầu ra

Trao đổi bước sóng

Hình 1.8 : Bộ đấu chéo quang OXC

Trong đó có 4 sợi quang đầu vào và 4 sợi quang đầu ra, mỗi sợi mang một số bước sóng Mỗi OXC có 3 thành phần chính :

- Bộ tách bước sóng : thực hiện tách các kênh quang theo các bước sóng khác nhau từ các sợi quang đầu vào

- Cơ cấu (Fabric) hay còn gọi là trường chuyển mạch : thực hiện đấu nối chéo từ một kênh quang đầu vào tới một kênh quang đầu ra

- Bộ ghép bước sóng : thực hiện ghép các kênh quang từ đầu ra tương ứng của

cơ cấu để truyền dẫn trên sợi quang

Ngoài các thành phần chính trên thì trong OXC có thể còn trang bị các bộ lọc bước sóng để loại bỏ các thành phần xuyên nhiễu xuất hiện trong quá trình truyền tín hiệu Biến đổi bước sóng là công nghệ then chốt trong cấu tạo của OXC Nhờ công nghệ này có thể thực hiện kết nối định tuyến ảo, do đó giảm nghẽn mạng, tận dụng tối đa tài nguyên sợi quang cũng như bước sóng…

1.3.3.6 Bộ xen/rẽ quang OADM

Cerd giao diện Các cổng rẽ

Tín hiệu khách hàng

Các sợi quang đầu vào

Tách bước sóng

Fabric (Cơ cấu)

Fabric port (Cổng cơ cấu)

Card giao diện

Các cổng xen

Tín hiệu khách hàng

Ghép bước sóng

Các sợi quang đầu ra

Hình 1.9 : Cấu trúc của bộ xen rẽ quang OADM

OADM là một linh kiện quan trọng trong việc tổ chức mạng truyền dẫn Chức năng chính của OADM là xen, rẽ và chuyển tiếp tín hiệu quang (các kênh bước sóng) tại các node mạng quang Chức năng này tương tự như chức năng của bộ xen/rẽ kênh ADM trong mạng SDH nhưng đối tượng thao tác trực tiếp là tín hiệu quang Nhờ năng lực này của OADM nên nó trở thành phần tử cơ bản nhất trong các mạng hình vòng dựa trên công nghệ WDM Mạng hình vòng WDM giữ lại đặc tính tự khôi phục của kiến trúc hình vòng, đồng thời có thể nâng cấp dung lượng đều đặn trong trường hợp không biến đổi kiến trúc của hệ thống

Các thiết bị OADM được chia làm hai loại : OADM tĩnh và OADM động

Trong OADM tĩnh, sử dụng tín hiệu kênh quang có bước sóng vào ra cố định

Vì vậy, trong kết cấu phần tử tách nhập chủ yếu dùng linh kiện thụ động như : bộ tách ghép kênh, bộ lọc cố định Như vậy, định tuyến của điểm node là cố định, thiếu linh hoạt nhưng không có trễ

Trong OADM động, có thể căn cứ vào nhu cầu để chọn tín hiệu kênh quang

có bước sóng vào/ra khác nhau Vì vậy, trong kết cấu phần tử tách nhập thường

dùng linh kiện khoá quang, bộ lọc có điều khiển Như vậy, có thể phân phối tài nguyên bước sóng của mạng một cách hợp lý Tuy nhiên, phức tạp và có trễ

Có 4 loại chuyển mạch quang :

1 Chuyển mạch phân chia theo không gian

2 Chuyển mạch phân chia theo thời gian

3 Chuyển mạch phân chia theo bước sóng

4 Chuyển mạch phân chia theo mã

Trong hệ thống WDM chỉ dùng hai loại chuyển mạch là : chuyển mạch phân chia theo không gian và chuyển mạch phân chia theo bước sóng Còn chuyển mạch quang phân chia theo thời gian và chuyển mạch quang phân chia theo mã đã được

ứng dụng vào chuyển mạch gói quang ATM

1.3.3.8 Bộ khuếch đại quang sợi

Hiện nay, công nghệ khuếch đại quang sợi cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng Việc sử dụng các bộ khuếch đại quang sợi giúp dễ dàng mở rộng dung lượng đường dây thông tin (do xử lý hoàn toàn ở miền quang mà không cần phải chuyển đổi O/E/O), tăng khoảng cách trạm lặp và hạ giá thành cho hệ thống Mặt khác, các

bộ khuếch đại này còn có vai trò quan trọng trong các hệ thống WDM, khi mà có nhiều bước sóng cùng truyền dẫn trên một sợi quang thì công suất phát của mỗi

bước sóng sẽ bị giới hạn và nhỏ hơn nhiều so với hệ thống truyền dẫn bước sóng đơn nhằm tránh các hiệu ứng phi tuyến Trong khi đó, suy hao và tán sắc là những nhược điểm cố hữu của truyền dẫn trên sợi quang Vì vậy, công nghệ quang sợi phát triển sẽ thúc đẩy sự phát triển và thương mại hoá của hệ thống WDM

Khuếch đại quang sợi chính là một đoạn sợi quang nhưng khi chế tạo có pha thêm nguyên tố vi lượng Erbium (EDF) với một tỷ trọng nhỏ (0.1) Các ion Erbium (Er3+) hấp thụ ánh sáng từ một nguồn bơm để nhảy lên mức năng lượng cao hơn phía trên (các bộ khuếch đại quang sợi đạt hiệu suất cao khi làm việc ở các bước sóng bơm 980 nm hay 1480 nm) Sự dịch chuyển của ion từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn sẽ bức xạ ra một photon

1480 nm

Bơm quang

Chuyển dời không phát xạ

Phát xạ tự phát (1500 – 1600 nm)

Phát xạ kích thích (1500 – 1600 nm)

Năng lượng

Tín hiệu quang

▪ Khuếch đại công suất BA là thiết bị EDFA có công suất bão hoà lớn, được sử dụng ngay sau Tx để tăng công suất tín hiệu phát

▪ Khuếch đại đường truyền LA là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp, được sử dụng trên đường truyền (giữa hai đoạn sợi quang) để tăng chiều dài khoảng lặp Đối với hệ thống có sử dụng LA đòi hỏi phải có một kênh thông tin riêng (OSC)

để thực hiện việc cảnh báo, giám sát và điều khiển các LA Kênh OSC này không được quá gần với bước sóng bơm cũng như kênh tín hiệu để tránh ảnh hưởng lẫn nhau Sử dụng các LA liên tiếp có thể làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng hệ thống do các hiện tượng như : tích luỹ tạp âm, ảnh hưởng của tán sắc, phân cực

và các hiệu ứng phi tuyến, đặc biệt là hình thành đỉnh khuếch đại xung quanh một bước sóng nào đó dẫn đến việc thu hẹp dải phổ khuếch đại của LA Vì thế, sau một số LA cần có các trạm lặp

▪ Tiền khuếch đại PA là thiết bị EDFA có mức tạp âm rất thấp nhờ sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp có thêm chức năng điều chỉnh bước sóng trung tâm theo bước sóng của nguồn phát Được sử dụng ngay trước Rx để tăng độ nhạy thu

1.3.3.9 Các chủng loại sợi quang

Hiện nay, có nhiều loại chuẩn sợi quang : G.652, G.653, G.654, G.655 Mỗi loại sợi này có các yêu nhược điểm khác nhau Trên cơ sở phân tích từng ưu nhược của chúng, kết hợp với đặc điểm của công nghệ WDM, nhằm xác định sử dụng sợi quang nào thích hợp nhất cho hệ thống WDM là một vấn đề rất quan trọng bởi vì nó phải truyền một lúc nhiều sóng mang trên cùng một sợi quang Do vậy, ngoài việc đáp ứng các yêu cầu như đối với sợi quang một bước sóng, nó còn phải đáp ứng nhiều yêu cầu phức tạp khác như : giảm xuyên nhiễu giữa các kênh; duy trì được sự phân bố đồng đều hệ số khúc xạ, suy hao, tán sắc cho các sóng mang…Ngoài ra, một vấn đề cũng được đặt ra là khả năng sử dụng các sợi một bước sóng đã tồn tại trên mạng cho hệ thống WDM như thế nào, các giải pháp kỹ thuật để sử dụng chúng cho hệ thống WDM

0 ps/nm.km) và suy hao tương đối lớn Ngược lại, khi làm việc ở cửa sổ 1550 nm, G.652 có suy hao truyền dẫn nhỏ nhất và hệ số tán sắc tương đối lớn

+ Sợi quang G.653

Để xây dựng các tuyến thông tin quang tốc độ cao, cự ly dài thì cần phải sử dụng loại sợi có cả suy hao và tán sắc tối ưu tại một bước sóng Hiện nay, bằng cách thay đổi mặt cắt chiết suất có thể chế tạo được sợi tán sắc dịch chuyển, loại sợi này gọi là sợi DSF hay sợi G.653

Hệ số suy hao của sợi DSF thường nhỏ hơn 0.5 dB/km ở cửa sổ 1310 nm và nhỏ hơn 0.3 dB/km ở cửa sổ 1550 nm Hệ số tán sắc ở vùng bước sóng 1310 nm khoảng 20 ps/nm.km, còn ở vùng bước sóng 1550 nm thì nhỏ hơn 3.5 ps/nm.km Bước sóng cắt thường nhỏ hơn 1270 nm

Xét về mặt kỹ thuật, sợi G.653 cho phép xây dựng các hệ thống thông tin quang với suy hao chỉ bằng khoảng một nửa suy hao của hệ thống bình thường khi làm việc ở bước sóng 1310 nm Còn đối với các tuyến hoạt động ở bước sóng 1550

nm thì do sợi G.653 có tán sắc rất nhỏ, nên nếu chỉ xét về tán sắc thì gần như không

có sự giới hạn về tốc độ truyền tín hiệu trong các hệ thống này Do tính chất ưu việt

của sợi quang G.653 (DSF) ở bước sóng 1550 nm mà nó trở thành sợi quang được chú ý nhất Nhưng nghiên cứu kỹ người ta đã phát hiện ra rằng khi dùng

G.653 trong hệ thống WDM thì ở khu vực bước sóng có tán sắc bằng 0 sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hiệu ứng phi tuyến Đây là nhược điểm chính của DSF

+ Sợi quang G.654

G.654 là sợi quang đơn mode tới hạn thay đổi vị trí bước sóng cắt Loại sợi này có đặc điểm : suy hao ở bước sóng 1550 nm giảm nhưng tán sắc vẫn tương đối cao, điểm tán sắc bằng 0 vẫn ở bước sóng 1310 nm G.654 chủ yếu được sử dụng cho các tuyến cáp quang biển

+ Sợi quang G.655

Sợi quang dịch chuyển tán sắc khác 0 (NZ-DSF), còn gọi là sợi quang đơn mode G.655 Đối với loại sợi này, điểm tán sắc bằng 0 của nó không nằm ở 1550

nm mà dịch tới 1570 nm hoặc gần 1510 - 1520 nm Giá trị tán sắc trong phạm vi

1548 – 1565 nm là ở 1 ÷ 4 ps/nm.km đủ để đảm bảo tán sắc khác 0, trong khi vẫn duy trì tán sắc tương đối nhỏ

NZ-DSF có ưu điểm của cả hai loại sợi quang G.652 và G.653, đồng thời khắc phục được nhược điểm cố hữu của sợi G.652 (bị hạn chế bởi tán sắc) và sợi G.653 (bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng phi tuyến “trộn 4 bước sóng” nên khó thực hiện trong

hệ thống WDM) Lý thuyết đã chứng minh rằng tốc độ truyền dẫn của sợi quang NZ-DSF có thể đạt ít nhất là 80 Gbps Vì vậy, sợi NZ-DSF là sự lựa chọn lý tưởng

để thiết kế tuyến truyền dẫn tốc độ cao, cự ly dài

+ Sợi quang có tiết diện hiệu dụng lớn

Loại sợi này thích hợp cho ứng dụng trong hệ thống WDM có dung lượng và

cự ly truyền dẫn lớn Tiết diện hiệu dụng là 72 μm 2, điểm tán sắc bằng 0 là 1510

nm, chịu được công suất tương đối lớn

Một vấn đề lớn đặt ra khi sử dụng các sợi quang hiện nay trong hệ thống WDM là tán sắc Để khắc phục được ảnh hưởng của tán sắc người ta sử dụng sợi quang bù tán sắc Tức trong đường dây truyền dẫn sợi quang đã lắp đặt, cứ mỗi khoảng cách nhất định lại lắp vào sợi quang đã điều chỉnh tốt để bù tán sắc, làm cho toàn bộ chiều dài đường truyền dẫn có tổng tán sắc giảm xuống xấp xỉ bằng không Việc tận dụng các sợi quang hiện có chỉ là biện pháp tạm thời cho hệ thống WDM, bởi vì nó làm cho hệ thống trở nên phức tạp cũng như giảm khả năng truyền dẫn Hướng phát triển trong tương lai là sử dụng các loại sợi quang mới dành riêng cho hệ thống WDM

+ Các yêu cầu của sợi quang mới

- Dải tần truyền dẫn lớn

- Sợi có diện tích hiệu dụng lớn hơn cho phép công suất quang cao hơn trong sợi mà không bị ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến

- Giảm hiệu ứng trộn 4 sóng

- Giảm ảnh hưởng PMD cho các tuyến truyền dẫn tốc độ cực cao

- Có suy hao và tán sắc thấp ở bước sóng 1550 nm

- Có tán sắc bằng phẳng trong vùng bước sóng truyền dẫn

- Ví dụ một số loại sợi quang mới : sợi SMF-28e, sợi LEAF

1.4 Các giai đoạn phát triển tiến tới mạng IP trên quang

Để tiến tới mạng IP trực tiếp trên quang cần qua nhiều giai đoạn phát triển Hiện nay, do công nghệ vật liệu và tin học còn hạn chế nên công nghệ IP trên quang chưa thể thực hiện ngay lập tức các gói IP trực tiếp trên sợi quang Quá trình này được chia ra làm 3 giai đoạn phát triển và như được minh hoạ trong hình sau :

Các luồng

Các kênh thuê riêng

Frame relay

Internet cơ bản

Kênh bước sóng thuê riêng

IP ATM

SDH

DWDM

Các luồng

Các kênh thuê riêng Frame relay

Các dịch

vụ IP

Kênh bước sóng thuê riêng

Giai đoạn 2

IP ATM

SDH

DWDM

Các luồng

Các kênh thuê riêng

Frame relay

Các dịch

vụ IP

Kênh bước sóng thuê riêng

Giai đoạn 1

IP ATM SDH DWDM

Giai đoạn 3

NG-SDH Công nghệ khác GbE

NG-SDH Công nghệ khác GbE

Hình 1.11 : Quá trình phát triển của tầng mạng

1.4.1 Giai đoạn I : IP trên ATM/SDH/DWDM

Đây là giai đoạn đầu tiên trong công nghệ truyền tải IP trên quang Theo hình

vẽ, các gói IP trước khi đưa vào mạng truyền tải quang(OTN) phải thực hiện chia cắt thành các tế bào ATM Sau đó khi xuống tầng SDH, các tế bào ATM được sắp xếp và các khung VC-n đơn hay khung nối móc xích VC-n-Xc Cuối cùng các luồng SDH được ghép kênh quang và truyền trên sợi quang Tới bên đích, quá trình này lại được thực hiện ngược lại để khôi phục lại các gói IP

Như vậy, trong mạng có sự tham gia của nhiều tầng IP, ATM, SDH, DWDM

do đó chi phí cho lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng là còn cao và hiệu suất truyền chưa cao Tuy nhiên, khi mà công nghệ của các bộ định tuyến còn hạn chế về mặt tốc độ, dung lượng thì việc xử lý truyền dẫn IP trên quang thông qua ATM và SDH vẫn có lợi về mặt kinh tế và đáp ứng được thực tế

1.4.2 Giai đoạn II : IP trên NG-SDH/DWDM

So với giai đoạn 1, tầng ATM đã bị loại bỏ và các gói IP được chuyển trực tiếp xuống tầng NG-SDH Như vậy, đã loại bỏ được các chức năng, sự hoạt động và chi phí bảo dưỡng cho riêng mạng ATM Điều này có thể thực hiện được khi bộ định tuyến IP đã được chế tạo thành công, có những ưu điểm vượt trội so với chuyển mạch ATM về mặt tính năng, dung lượng Router IP là phương tiện có chức năng định hướng cho đơn vị truyền dẫn ưu việt: gói IP

Trong giai đoạn này, việc có thêm kỹ thuật MPLS bổ sung vào tầng IP sẽ xuất hiện hai khả năng mới Thứ nhất, nó cho phép thực hiện kỹ thuật lưu lượng nhờ vào khả năng thiết lập kênh ảo VC - giống như các đường cụ thể trong mạng chỉ gồm các router IP Thứ hai, MPLS tách riêng mặt điều khiển ra khỏi mặt định hướng nên cho phép giao thức điều khiển IP quản lý trạng thái thiết bị mà không yêu cầu xác định rõ biên giới của các IP datagram Như vậy, có thể dễ dàng xử lý đối với các IP datagram có độ dài thay đổi

1.4.3 Giai đoạn III : IP trên DWDM

Trong giai đoạn này, tầng SDH cũng bị loại bỏ và IP datagram được chuyển trực tiếp xuống tầng quang Như vậy, có ít phần tử mạng phải quản lý hơn và việc điều khiển được thống nhất Sự kết hợp IP phiên bản mới IPv6 với khả năng khôi phục của tầng quang, các thiết bị OAM&P và chức năng định tuyến phân bố đã tạo

ra khả năng phục hồi, phát hiện lỗi và giám sát nhanh Mỗi giao thức IP sẽ tương ứng có một bước sóng tương ứng

Trong tương lai, sự thống nhất của mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các

bộ định tuyến IP hoạt động ở tốc độ Gbps hay Tbps phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và cấu hình khác nhau sẽ tạo ra mạng có nhiều điểm ưu việt mang lại lợi ích kinh tế cao và đáp ứng được nhu cầu lưu lượng thông tin của nhân loại

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG

Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng internet ngày càng cao, với tốc độ phát triển nhanh của lưu lượng Internet và sự gia tăng không ngừng số người sử dụng Internet là tác nhân chính làm thay đổi mạng viễn thông truyền thống mà được xây dựng tối ưu cho dịch vụ thoại và thuê kênh Đồng thời, công nghệ mạng truyền dẫn quang đã có những thành tựu rất lớn, đặc biệt là công nghệ ghép kênh đa bước sóng mật độ cao (DWDM) cho phép tốc độ đường truyền lên tới Tera bit/s Do vậy, DWDM đang được chọn lựa và ứng dụng trong mạng quang viễn thông đường trục toàn cầu

Như vậy, mỗi một công nghệ đều có một ưu điểm rất lớn trong việc đáp ứng nhu cầu phát triển rất nhanh các dịch vụ viễn thông hiện nay Kết hợp hai công nghệ mạng này trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng sẽ mang lại lợi ích rất cao về kinh tế và đáp ứng được yêu cầu của khách hàng Đề tài này, đã được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, nhà cung cấp dịch vụ và các tổ chức viễn thông quốc tế Hiện đã có nhiều giải pháp liên quan đến vấn đề làm thế nào truyền tải các gói IP qua môi trường sợi quang

IP trực tiếp trên sợi quang đang được đánh giá là một xu thế tất yếu thay thế mạng viễn thông thực tế Song để hiện thực hoá điều này cần phải trải qua nhiều giai đoạn để tương ứng với sự phát triển của công nghệ vật liệu, công nghệ tin học, phù hợp với mạng viễn thông hiện tại Cụ thể sẽ phát triển theo hai hướng : Thứ nhất, giữ lại công nghệ hiện có (theo tính lịch sử), dàn xếp các tính năng phù hợp cho lớp mạng trung gian như ATM và SDH để truyền tải gói IP trên mạng WDM Thứ hai xây dựng mạng mới trên cơ sở công nghệ và giao thức mới như MPLS, GMPLS, SDL, Ethernet…

2.1 Giới thiệu các giải pháp tích hợp IP trên quang

Nghiên cứu và phân tích những giải pháp khả thi (khái niệm khả thi ở đây được xét trên cả khía cạnh đã có sản phẩm thương mại hay nói cách khác là đã hiện diện trên mạng và phù hợp với xu thế phát triển) chúng ta cùng thống kê lại những giải pháp đã đang được nghiên cứu hoặc được ứng dụng trên mạng của nhà khai thác trong những năm qua trên thế giới

Các nhà cung cấp dịch vụ và tổ chức tiêu chuẩn viễn thông đã đề xuất nhiều giải pháp mới cho khai thác IP trên một kiến trúc mạng đơn giản, lớp WDM là nơi cung cấp băng tần truyền dẫn Từng giải pháp có những ưu nhược điểm riêng, song

đó đều là các cơ sở tốt để tiến tới hiện thực hoá mạng IP trực tiếp trên sợi quang

Hình 2.1 Các giải pháp IP trên quang qua từng giai đoạn phát triển

Trong các giải pháp trên, mỗi giải pháp có những ưu và nhược điểm khác nhau Một số giải pháp đã được thực tế hoá trên mạng viễn thông (IP/PDH/SDH/WDM, IP/ATM/SDH/WDM, IP/ATM/WDM, IP/SDH/WDM, IP/NG-SDH/WDM), các giải pháp mới đang được tập trung nghiên cứu (IP/MPLS/WDM, IP/WDM)

Qua nghiên cứu cho thấy hai xu hướng thực thi, một là khai thác lợi điểm của các công nghệ hiện có trên mạng, thêm tính năng để thích ứng với việc mạng lưu lượng IP với kích thước gói thay đổi Xu hướng hướng kia là nghiên cứu ra các giao thức mới phù hợp với đặc tính lưu lượng IP Chương 2 được coi là cơ sở cho Chương 3, trên cơ sở phân tích các lợi thế của các giải pháp từ đó đề xuất ra cấu hình triển khai, cơ chế báo hiệu và kỹ thuật lưu lượng

2.2 Các giải pháp tích hợp IP trên quang

2.2.1 Thích ứng IP trên lớp mạng quang (WDM)

OpticalFiber

OpticalFiber

OpticalFiber

Optical Transport network

IP(MPLS)SDHOchOMSOTS

IP(MPLS)OchOMSOTS

Hình 2.2 Mô hình phân lớp thích ứng IP trên quang của 3 giai đoạn phát triển

Trong mô hình trên lớp thích ứng cần quan tâm chính là tầng mạng truyền tải quang OTN(Och, OMS và OTS), còn các lớp khác thuộc kiến thức cơ bản :

 Lớp kênh quang(Och): định nghĩa một kết nối quang(đường tia sáng) giữa

hai thực thể client quang Lớp kênh quang là sự truyền dẫn trong suốt các tin tức

dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối(Mỗi kênh quang Och tương đương với một bước sóng trong DWDM) Och thực hiện các chức năng: định tuyến tin tức của thuê bao khách hàng, phân phối bước sóng, sắp xếp kênh tín hiệu quang để mạng kết nối linh hoạt, xử lý các thông tin phụ của kênh tín hiệu quang, đo kiểm lớp kênh tín hiệu quang và thực hiện chức năng quản lý Khi phát sinh sự cố, thông qua việc định tuyến lại hoặc cắt chuyển dịch vụ công tác sang tuyến bảo vệ cho trước để thực hiện đấu chuyển bảo vệ và khôi phục mạng

 Lớp đoạn ghép kênh quang(OMS): định nghĩa việc kết nối và xử lý trong

nội bộ ghép kênh hay một nhóm các kết nối quang ở mức kênh quang Och(OMS còn được gọi là một nhóm bước sóng truyền trên cáp sợi quang giữa hai bộ ghép kênh DWDM) OMS đảm bảo truyền dẫn tín hiệu quang ghép kênh nhiều bước sóng giữa hai thiết bị truyền dẫn ghép kênh bước sóng lân cận, cung cấp chức năng mạng cho tín hiệu nhiều bước sóng OMS có các tính năng: cấu hình lại đoạn ghép