ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: CÁC PHƯƠNG THỨC TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGN CỦA TỔNG CƠNG TY BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM CHƯƠNG TỔNG QUAN Trong năm cuối kỷ 20 đầu kỷ 21, công nghệ truyền thơng, tin học có bước phát triển mạnh mẽ có ảnh hưởng sâu sắc đến đời sống kinh tế xã hội Sự phát triển làm thay đổi hẳn cách sống cách làm việc người đưa loài người sang kỷ nguyên - kỷ nguyên kinh tế tri thức Khi công nghệ viễn thông tin học phát triển đến trình độ cao, chúng ln tác động hỗ trợ cho phát triển Quá trình dẫn đến hội tụ công nghệ viễn thông tin học, tạo nên mạng truyền thông thống đáp ứng nhu cầu dịch vụ đa dạng, phong phú xã hội Mạng viễn thơng thống có xu tồn cầu hố với mục tiêu phát triển: - Công nghệ đại - Chất lượng tiên tiến - Khai thác đơn giản, thuận tiện - Chuẩn hoá quốc tế đạt hiệu kinh tế cao Chính thế, cần có phương thức truyền dẫn đời có khả đáp ứng yêu cầu 1.1 Xu hướng tích hợp IP quang 1.1.1 Sự phát triển Internet a) Về mặt lưu lượng Thoại hình thức thông tin xuất từ lâu ngày lưu lượng thoại vào trạng thái ổn định mà q trình phát triển khó có đột biến Trong đó, xã hội lồi người chuyển sang xã hội thơng tin, nhu cầu trao đổi số liệu lớn nên lưu lượng số liệu ngày cao Sự đời phổ biến mạng Internet khiến cho nhu cầu trao đổi thông tin tăng, dẫn đến bùng nổ lưu lượng Internet Theo số liệu thống kê giới năm qua, lưu lượng Internet tăng 86% năm, lần tốc độ phát triển lưu lượng thoại Hiện nay, khoảng 45% dân số EU kết nối Internet Các nước Châu Á tỷ lệ kết nối Internet thấp, vài năm tới tăng nhanh, đặc biệt thị trường tiềm Trung Quốc Ấn Độ Ngoài ra, ngày giao thức IP khơng cịn sử dụng để truyền dẫn số liệu cho mạng Internet mà cịn sử dụng để truyền dẫn loại lưu lượng khác thoại, video dịch vụ với QoS cao Vì vậy, phương thức truyền dẫn phải có dung lượng lớn chất lượng cao b) Về mặt công nghệ Các tổ chức viễn thông quốc tế khuyến nghị nhiều công nghệ truyền dẫn số liệu khác Sử dụng giao thức X.25 để truyền dẫn có nhược điểm thời gian trễ lớn có nhiều thủ tục quản lý, sửa lỗi, phát lại gói tin cần thiết lập liên kết trước truyền, liên kết dùng riêng nên hiệu suất sử dụng khơng cao X.25 có thơng lượng tối đa 64 Kbps nên không đáp ứng truyền thông đa phương tiện Để khắc phục, giao thức Frame Relay đời cho phép thông lượng đạt tới Mbps Đồng thời cịn giảm thời gian trễ khơng có chức sửa lỗi, gói tin hỏng bị loại bỏ, việc kiểm tra gói tin thực node đường truyền gói tin bị hỏng bị loại bỏ gói sau phát tiếp Đến đích, gói thiếu yêu cầu phát lại IP băng hẹp sử dụng mã hoá vi sai nên với tốc độ truyền dẫn lượng thơng tin truyền nhiều Trong đó, IP băng rộng đời cung cấp phương thức truyền dẫn có băng thơng rộng, truyền tất nhu cầu dịch vụ xã hội truyền hình, hội nghị truyền hình, giao dịch điện tử, mua hàng nhà, truy cập thơng tin Cơng nghệ truyền dẫn IP có nhiều điểm ưu việt so với chuyển mạch kênh truyền thống, cụ thể: hình thức truyền dẫn thơng tin theo gói nên định tuyến gói tin độc lập nhau, hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng cao, quản lý đơn giản, khai thác dễ dàng xu hướng phát triển tất yếu 1.1.2 Sự phát triển cơng nghệ truyền dẫn Có nhiều hình thức để truyền dẫn tín hiệu từ đầu cuối đến đầu cuối Các phương thức truyền thống sử dụng cáp Đầu tiên sử dụng cáp đồng Đây hình thức truyền dẫn đơn giản lại bộc lộ nhiều nhược điểm như: băng thông hẹp, tốc độ thấp, chịu ảnh hưởng sóng điện từ Hiện nay, cáp đồng sử dụng để truyền dẫn cự ly ngắn, dung lượng Để cải thiện chất lượng truyền dẫn, người ta sử dụng cáp đồng trục Tuy cáp đồng trục hạn chế ảnh hưởng sóng điện từ băng thơng tốc độ truyền dẫn khơng đáp ứng nhu cầu phát triển Các hệ thống truyền dẫn vô tuyến vi ba số, vệ tinh đời chất lượng phương pháp truyền dẫn lại phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường như: nhiệt độ, mưa, độ ẩm Vì thế, chất lượng đường truyền khơng ổn định Khi truyền dẫn cáp sợi quang đời đem đến phương pháp truyền dẫn có băng thông rộng, tốc độ cao chất lượng truyền dẫn tốt chịu ảnh hưởng sóng điện từ điều kiện môi trường xung quanh Ngồi ra, hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM ứng dụng mạng, có khả đáp ứng tất yêu cầu người sử dụng nhà cung cấp DWDM cịn cho phép ghép nhiều bước sóng sợi quang, giá thành giảm dung lượng hệ thống lớn, đáp ứng bùng nổ thông tin ngày DWDM lựa chọn tất yếu cho mạng truyền dẫn 1.1.3 Nỗ lực nhà cung cấp tổ chức Bên cạnh nhu cầu lắp đặt modul định tuyến IP, có số tham luận lĩnh vực kinh tế kỹ thuật đề cập đến nỗ lực nhằm kết hợp IP với công nghệ quang Ví dụ, nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) cần có độ rộng băng thơng cho phép ghép kênh tăng dung lượng, sử dụng biện pháp ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM để đáp ứng yêu cầu truyền tải lưu lượng lớn mạng DWDM cho phép ghép STM-16 (2,5 Gbps) hay STM-64 (10 Gbps) kênh thoại bước sóng để truyền dẫn song song sợi cáp quang ISP cịn dùng cơng nghệ quang có chi phí thấp để truyền tồn gói IP kích thước lớn dạng quang suốt qua điểm trung chuyển mà chuyển đổi lại (khơng cần chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, xử lý tầng IP chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu quang cho bước tuyến) Các nhà cung cấp mong muốn thúc đẩy việc hoàn thiện cấu kỹ thuật lưu lượng IP để nhanh chóng xây dựng chức cho tầng quang nhằm đáp ứng yêu cầu tăng số địa dự phịng Cơng nghệ truyền tải quang cịn có kỹ thuật bảo vệ khôi phục liệu cách nhanh chóng Đây vấn đề mà ISP quan tâm họ muốn truyền nhiều liệu có tính khẩn cấp cao Mặt khác, số nhà cung cấp cho chức tầng truyền dẫn đồng ATM hay tầng SDH - thành phần sở hạ tầng nhiều mạng - khơng cần thiết có chức tương tự hay tốt thực nhờ liên kết tầng IP tầng quang Việc loại bỏ tầng tương ứng với việc loại bỏ phần cứng chi phí vận hành nó; đó, sở hạ tầng mạng có giá thành thấp phức tạp Tất nhiên khơng cho trường hợp, cụ thể nhà cung cấp sử dụng dịch vụ ATM hay TDM Các hoạt động giúp cho việc thống công nghệ IP công nghệ quang thực tốt chưa nói đến nhiều từ trước đến Loại router có card đường dây cung cấp OC-192/STM-64 sản xuất sử dụng số mạng Một họ thiết bị mạng đời gọi định tuyến theo bước sóng Những thiết bị dùng giao thức định tuyến động giả IP để tạo chuyển mạch số lượng lớn kết nối quang Tổ chức IETF giải số cơng việc để tìm cách tốt nhằm thực truyền dẫn IP mạng quang Đáng ý hơn, nhóm làm việc chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (MultiProtocol Label Switching) đề xuất việc mở rộng để thực kết nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) gọi chuyển mạch bước sóng đa giao thức MPλS (MultiProtocol Lambda Switching) Ngồi ra, cịn có tổ chức khác Liên đồn cơng nghiệp sử dụng giao thức chuẩn cho phép thực thể client (ví dụ Router IP) báo hiệu thiết lập kết nối qua mạng truyền tải quang (OTN) Các nhóm bao gồm: Diễn đàn kết nối mạng quang (OIF), Kết nối song hướng dịch vụ miền quang (ODSI) Liên hiệp viễn thông quốc tế (ITU) Hạ tầng sở mạng truyền thông tương lai, đặc biệt xã hội thơng tin, IP DWDM tất yếu Trên sở IP DWDM đáp ứng nhu cầu dịch vụ phong phú, đa dạng đảm bảo chất lượng dịch vụ Vì thế, IP DWDM nhận quan tâm nhà nghiên cứu, nhà sản xuất tổ chức viễn thơng giới 1.2 Q trình phát triển 1.2.1 Các giai đoạn phát triển Do phát triển cơng nghệ cịn nhiều hạn chế mà kỹ thuật IP over Optical thực gói IP trực tiếp quang Để đạt kỹ thuật cần phải trải qua trình phát triển Quá trình chia làm giai đoạn phát triển minh hoạ hình 1.1 Hình 1.1: Tiến trình phát triển tầng mạng Giai đoạn I: IP over ATM Đây giai đoạn công nghệ truyền tải IP quang Trong giai đoạn này, IP datagram trước đưa vào mạng truyền tải quang (OTN) phải thực chia cắt thành tế bào ATM để từ nguồn tới đích Tại chuyển mạch ATM cuối cùng, IP datagram khôi phục lại từ tế bào Đây giai đoạn nên có đầy đủ tầng IP, ATM SDH, chi phí cho lắp đặt, vận hành bảo dưỡng tốn Tuy nhiên, mà cơng nghệ router cịn nhiều hạn chế mặt tốc độ, dung lượng việc xử lý truyền dẫn IP quang thông qua ATM SDH có lợi mặt kinh tế Giai đoạn II: IP over SDH IP over SDH giai đoạn tiến trình phát triển hướng tới mạng Internet quang – mơ hình sử dụng nhiều mạng thực tế Trong hình vẽ này, tầng ATM bị loại bỏ IP datagram chuyển trực tiếp xuống tầng SDH Như vậy, loại bỏ chức năng, hoạt động chi phí bảo dưỡng cho riêng mạng ATM Điều thực cơng nghệ router có ưu điểm vượt trội so với chuyển mạch ATM mặt tính năng, dung lượng cịn router IP phương tiện có chức định hướng cho đơn vị truyền dẫn ưu việt: IP datagram Ngoài ra, việc có thêm kỹ thuật MPLS bổ sung vào tầng IP xuất hai khả Đầu tiên, cho phép thực kỹ thuật lưu lượng nhờ vào khả thiết lập kênh ảo VC - giống đường cụ thể mạng gồm router IP Thứ hai, MPLS tách riêng mặt điều khiển 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 IP datagram (như chuyển mạch ATM đòi hỏi phải xác định rõ biên giới tế bào) Như vậy, dễ dàng xử lý IP datagram có độ dài thay đổi Giai đoạn III: IP over Optical Trong giai đoạn này, tầng SDH bị loại bỏ IP datagram chuyển trực tiếp xuống tầng quang Việc loại bỏ tầng ATM tầng SDH đồng nghĩa với việc có phần tử mạng phải quản lý Sự kết hợp IP phiên với khả khôi phục tầng quang, thiết bị OAM&P chức định tuyến phân bố tạo khả phục hồi, phát lỗi giám sát nhanh Một điểm với cấu trúc khung gọn nhẹ thay cho chức mà khung SDH thực kết nối Och Sự tồn hàng loạt giao thức kỹ thuật lưu lượng MPLS (MPLS TE) mở rộng khả hoạt động cho mạng quang tầng IP, đặc biệt router IP ngày giao diện trực tiếp với mạng quang Thông qua giai đoạn phát triển ta thấy giai đoạn sau tầng ATM, SDH giảm sử dụng số hạn chế vốn có yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày tăng, cịn DWDM tăng lên có ưu điểm ưu việt cho việc tích hợp gói tin IP quang Trong q trình xuất số công nghệ hỗ trợ cho việc phát triển truyền dẫn cho q trình tích hợp IP quang GMPLS, DTM, GbE Trong phần nghiên cứu mơ hình phân lớp chúng 1.2.2 Mơ hình phân lớp giai đoạn phát triển Hình 1.2 minh hoạ mơ hình phân lớp giai đoạn phát triển Hình 1.2: Mơ hình phân lớp giai đoạn phát triển a) IP over ATM/SDH/Optical b) IP over SDH/Optical c) IP over Optical Tầng OTN Tầng OTN lớp mạng truyền tải quang, bao gồm lớp sau:  Lớp kênh quang (Och): định nghĩa kết nối quang (đường tia sáng) hai thực thể client quang Lớp kênh quang truyền dẫn suốt tin tức dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối (Kênh quang Och tương đương với bước sóng DWDM) Nó thực chức sau: định tuyến tin tức thuê bao khách hàng, phân phối bước sóng, xếp kênh tín hiệu quang để mạng kết nối linh hoạt, xử lý thông tin phụ kênh tín hiệu quang, đo kiểm lớp kênh tín hiệu quang thực chức quản lý Khi phát sinh cố, thông qua việc định tuyến lại cắt chuyển dịch vụ công tác sang tuyến bảo vệ cho trước để thực đấu chuyển bảo vệ khôi phục mạng  Lớp đoạn ghép kênh quang (OMS): định nghĩa việc kết nối xử lý nội ghép kênh hay nhóm kết nối quang mức kênh quang Och (OMS gọi nhóm bước sóng truyền cáp sợi quang hai ghép kênh DWDM) Nó đảm bảo truyền dẫn tín hiệu quang ghép kênh nhiều bước sóng hai thiết bị truyền dẫn ghép kênh bước sóng lân cận, cung cấp chức mạng cho tín hiệu nhiều bước sóng OMS có tính như: cấu hình lại đoạn ghép kênh quang để đảm bảo mạng định tuyến nhiều bước sóng linh hoạt, đảm bảo xử lý hoàn chỉnh tin tức phối hợp đoạn ghép kênh quang nhiều bước sóng thơng tin phụ đoạn ghép kênh quang, cung cấp chức đo kiểm quản lý đoạn ghép kênh quang để vận hành bảo dưỡng mạng  Lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS): định nghĩa cách truyền tín hiệu quang phương tiện quang đồng thời thực tính đo kiểm điều khiển khuếch đại quang lặp Lớp thực vấn đề sau: cân cơng suất, điều khiển tăng ích EDFA, tích luỹ bù tán sắc  Lớp sợi quang: tầng vật lý cùng, gồm sợi quang khác như: G.652, G.653, G.655 Các sợi trình bày chương sau Tầng SDH Tầng SDH có tốc độ thấp, mạch đường dây TDM (ví dụ luồng Mbps, 34 Mbps) nối với thiết bị client (như chuyển mạch ATM), xếp chúng vào khuôn dạng khung đồng để truyền tải qua mạng truyền tải tốc độ cao (có thể STM-1) Điển hình cho chức hoạt động ghép kênh xen/rẽ ADM SDH Nói chung ADM thiết kế để sử dụng cấu hình mạng ring quang, mạng SDH tạo hai hay nhiều mạng ring kết nối vào thông qua việc sử dụng thiết bị kết nối chéo số DXC Việc thiết lập mạch TDM kết nối end-to-end nhiều thời gian nhà cung cấp phải xử lý ring DXC dọc đường truyền Kế thừa mạch ghép kênh TDM mạng thoại, mạng SDH cung cấp tất chức vận hành, quản lý, bảo dưỡng giám sát (OAM&P) Các chức dùng để thiết lập quản lý mạch kết nối qua mạng Để bảo vệ thông tin sợi quang bị đứt hay bị tổn hao quan trọng khác, mạng SDH có chức chuyển mạch bảo vệ tự động (APS) APS cho phép thiết lập chuyển mạch sang đường bảo vệ vật lý dự phòng trường hợp lỗi xảy đường hoạt động Dịch vụ khơi phục nhanh chóng (trong khoảng thời gian xấp xỉ 50 ms), ta phải có băng thơng rộng phải có chi phí thêm cho thiết bị lắp đặt đường truyền dự phịng Tầng ATM Tầng ATM (nếu có) nằm tầng SDH, hỗ trợ vài chức mạnh cho mạng Đây kỹ thuật kết nối có định hướng yêu cầu thiết lập kênh ảo VC nguồn đích trước thơng tin trao đổi VC thiết lập thơng qua tiến trình xử lý động cách tự động lệnh Tiến trình có sử dụng báo hiệu ATM giao thức định tuyến ATM có lớp đa dịch vụ cho phép nhà cung cấp thực ghép kênh truyền tải lưu lượng liệu, thoại video với tính dự đốn trước lưu lượng để thực ghép kênh thống kê ATDM Ngoài việc định nghĩa kênh ảo VC đường truyền xác định hai điểm mạng, nhà cung cấp cịn sử dụng ATM để thực kỹ thuật lưu lượng TE Tại tầng ATM thực chức chuyển mạch gói theo tế bào ATM Việc thực tổng đài ATM Tại đây, thị kênh ảo VCI thị đường ảo VPI biên dịch để tế bào ATM đến đầu tương ứng Đây xử lý chuyển mạch gói miền điện Tuy nhiên, giống công nghệ khác ATM có hạn chế Hiệu băng thơng bị giảm ATM cắt gói thành tế bào 53 byte để truyền tải, có byte tiêu đề mang thông tin điều khiển cho tế bào ATM Một hạn chế khác khả mở rộng scalability: giao thức định tuyến IP thực lượng liên kết lớn, khơng thể mở rộng phạm vi mạng Một VC coi liên kết, để kết nối N router IP kiến trúc mạng mesh với đầy đủ kết nối cần (N2 - N) VC thiết lập quản lý Cuối ATM yêu cầu phải có sơ đồ địa chỉ, giao thức định tuyến hệ thống quản lý mạng nó, làm tăng độ phức tạp mạng tăng chi phí vận hành Tầng IP Tầng IP có chức cung cấp dịch vụ cho tầng Tầng sử dụng giao thức giao thức IP Tại thực việc đóng gói liệu, thoại video thành IP datagram, sau định hướng truyền qua mạng theo bước Tầng IP cung cấp liên kết any-to-any, chức liên kết mạng phi kết nối Nó có khả tự sửa lỗi, nghĩa gói IP định tuyến động mạng, node hay liên kết xảy lỗi 1.3 Các yêu cầu truyền dẫn IP quang Giao thức IP thực truyền dẫn dựa sở đơn vị truyền dẫn IP datagram Và datagram định tuyến hoàn tồn độc lập với cho dù có xuất phát từ nguồn đến đích Để đảm bảo sử dụng tài nguyên mạng với hiệu suất cao gói tin theo hướng mà tài nguyên rỗi Vì đòi hỏi lực định tuyến node mạng phải cao Mặt khác, nhược điểm lớn IP trễ lớn phải chia sẻ tài nguyên gói tin phải xử lý tiêu đề phải phân tách datagram (nếu cần) node trung gian đường truyền dẫn Để khắc phục ứng dụng rộng rãi phiên IP IPv6 định tuyến phân đoạn datagram nguồn Ngồi ra, sử dụng giao thức giúp định tuyến nhanh sử dụng giao thức MPS Để đưa kỹ thuật vào thực tế, yêu cầu quan trọng khác tính hữu cơng nghệ giá thành thiết bị nhà cung cấp hay thiết bị khách hàng Như vậy, chương em trình bầy xu hướng tất yếu tích hợp IP quang Trong đó, với phát triển mạnh mẽ Internet giao thức IP cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM DWDM cơng nghệ lõi đóng vai trị định q trình tích hợp IP quang Trong phần tiếp theo, em nghiên cứu giao thức công nghệ Tuy nhiên, công nghệ khác như: MPLS, GMPLS, DTM, GbE…đã làm tăng tính đa dạng cho trình tạo điều kiện thuận lợi cho q trình tích hợp IP quang giới thiệu kiến trúc cụ thể tương ứng  ... hiệu kinh tế cao Chính thế, cần có phương thức truyền dẫn đời có khả đáp ứng yêu cầu 1. 1 Xu hướng tích hợp IP quang 1. 1 .1 Sự phát triển Internet a) Về mặt lưu lượng Thoại hình thức thơng tin xuất... hình 1. 1 Hình 1. 1: Tiến trình phát triển tầng mạng Giai đoạn I: IP over ATM Đây giai đoạn công nghệ truyền tải IP quang Trong giai đoạn này, IP datagram trước đưa vào mạng truyền tải quang. .. dẫn Để khắc phục ứng dụng rộng rãi phiên IP IPv6 định tuyến phân đoạn datagram nguồn Ngồi ra, sử dụng giao thức giúp định tuyến nhanh sử dụng giao thức MPS Để đưa kỹ thuật vào thực tế, yêu cầu