Giải pháp truyền tải IP trên quang cho mạng viễn thông tỉnh Nghệ An

PLS là một nỗ lực của IETF để tạo ra một giải pháp chuẩn hóa cho vấn đề này. “Nhãn” ở đây là một số được gán tại bộ định tuyến IP ở biên của miền MPLS hoặc chuyển mạch nhãn xác định tuyến qua mạng để các gói được định tuyến một cách nhanh chóng không cần phải tìm kiếm địa chỉ đích tromg gói IP. Nhãn này có thể gắn thêm vào gói IP hoặc ghi trong khung gói khi tồn tại trường phù hợp. MPLS không giới hạn ở bất kỳ lớp tuyến nào và có thể sử dụng chức năng phát chuyển từ các thiết bị ATM hoặc chuyển tiếp khung. Trong MPLS các gói IP được phân thành các lớp phát chuyển tương ứng ( Forwarding Equivalence Classes - FEC ) ở lối vào miền MPLS. FEC là một nhóm các gói IP được phát chuyển trên cùng tuyến và được xử lý theo cùng 1 cách. Việc gán này có thể dựa trên địa chỉ host hoặc “phù hợp dài nhất” tiền tố địa chỉ đích của gói IP. Nhờ FEC mà các gói IP được gán và mã hóa với nhãn có độ dài cố định và ngắn. Tại các nút mạng MPLS các gói được đánh nhãn phát chuyển theo mô hình trao đổi nhãn. Điều này có nghĩa là nhãn kết hợp với gói IP được kiểm tra tại mỗi bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) và được sử dụng như là một chỉ số trong cơ sở thông tin nhãn ( LIB ). Nhãn được gắn lối vào phát chuyển nhãn hop kế tiếp trong bảng này mà xác định ở đâu gói phát chuyển tới. Nhãn cũ được thay thế bằng nhãn mới và gói được phát chuyển tới hop kế tiếp của nó. Do đó, khi gói IP nằm trong địa phận MPLS thì phần mào đầu mạng không phải là đối tượng phân tích kỹ hơn trong các hop MPLS tiếp sau. Nhằm thiết lập và duy trì tuyến ứng với thông tin thu thập từ giao thức định tuyến, LSR dọc theo tuyến này phải gán và phân bổ cho những nút lân cận. Kèm theo đó là một tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được tạo ra giữa lối vào và lối ra của địa phận MPLS. LSP được tạo ra bằng việc móc nối một hoặc nhiều bộ định tuyến chuyển mạch nhãn cho phép LSR thông tin tới LSR khác của 1 liên kết FEC/ nhãn đã được thiết lập. Với liên kết này thì LIB trong các LSR được sử dụng trong quá trình trao đổi nhãn nhằm duy trì cho số liệu. Sự phân bổ các liên kết FEC/ nhãn trong số các LSR tham gia nhằm thiết lập LSR nhờ giao thức phân bổ nhãn (LDP). MPLS đem lại một số lợi ích cho nhà cung cấp IP: - Phát chuyển hiệu quả: do sử dụng nhãn nên các bộ định tuyến lõi/ LSR không cần thực hiện việc tìm kiếm tuyến trong các bảng định tuyến lớn mà chỉ cần thực hiện trong LIB nhỏ hơn. - Dịch vụ phân biệt: Các tuyến hoặc FEC có thể được gán cho QoS khác nhau. Sử dụng nhãn kết hợp với các tham số QoS cho phép dễ dàng nhận diện dòng lưu lượng như vậy. - Mạng riêng ảo MPLS: VPN có thể được thiết lập bằng cách tương đối đơn giản. Thêm nữa sử dụng các nhãn (khác nhau), 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 chúng nên tuyến dễ dàng được định tuyến lại. Lại một lần nũa nhãn lại thực hiện. Do có thể thực hiện trên các phần tử chuyển mạch ATM nên phát chuyển gói có thể đạt đến tốc độ đường truyền. 3.6.1.2 MPLS trên quang Đây là việc sử dụng MPLS tại tầng quang. Tầng kênh quang cung cấp các kết nối quang end- to- end giữa các điểm truy nhập. Trong mạng dữ liệu, các chức năng chủ chốt đều được thực hiện bởi mặt điều khiển kỹ thuật lưu lượng MPLS. Tương tự, tầng kênh quang cũng có các chức năng sau: định tuyến, giám sát, chuyển mạch bảo vệ và phục hồi kênh quang. MPLS là sự lựa chọn hợp lý để thiết kế một mặt điều khiển chung UCP và nó được sử dụng để xây dựng các mô hình Peer. Mô hình này gồm các IP router và các OXC hoạt động trong một miền quản trị đơn, duy trì một cơ sở dữ liệu cầu hình đơn. Đặc biệt, có thể mở rộng một loạt các giao thức MPLS TE để điều khiển hoạt động các thiết bị OXC và IP router. Trong trường hợp này, các OXC có khả năng lập trình với các kết cấu chuyển mạch có thể thay đổi các kết nối và mặt điều khiển hoàn hảo sẽ thực hiện được các chức năng của tầng quang. Nhắc lại rằng ý tưởng MPLS TE là thiết lập các đường chuyển mạch nhãn (LSP) xuyên qua một mạng gồm các router chuyển mạch nhãn(LSR) dựa trên cơ sở băng thông hay dưới các tiêu chuẩn khác. Các thành phần của MPLS TE gồm: giao thức để thiết lập các LSP, giao thức định tuyến( OSPF hay IS- IS) cùng với sự mở rộng tương ứng để quảng bá cấu hình mạng, tài nguyên là các liên kết khả dụng ( rỗi hay sẵn sàng cho sử dụng ) và cơ chế dùng để định hướng cho các gói tin một cách độc lập với tiêu đề IP và tải tin của nó. Cùng với một vài thành phần tín hiệu analog giữa mạng MPLS TE và mạng truyền tải quang OTN sử dụng OXC. Ví dụ, LSR và OXC sử dụng cùng một kiểu định hướng: chuyển mạch đơn vị thông tin từ cổng vào đến cổng ra. LSR thực hiện chuyển mạch dựa trên nhãn gắn kèm theo mỗi gói tin, còn OXC thực hiện chuyển mạch dựa trên số thứ tự của cổng hay bước sóng. Một điểm tương tự khác: LSP và LSP - quang là các kết nối điểm - điểm không trực tiếp, được thiết lập thông qua một đường giữa 2 nút ( LSR hoặc OXC đã sắp đặt trước). Những điểm tương đồng này cho thấy MPLS là lựa chọn đúng đắn để thiết kế một mặt điều khiển có thể hoạt động liên kết mở nhằm thực hiện hợp nhất mạng quang và IP. MPλS là khái niệm được sử dụng để mở rộng MPLS TE trên quang. Số kết nối kiểu LSP riêng biệt truyền qua mạng MPLS - OXC có thể bị hạn chế bởi không gian nhãn. Trong trường hợp này, không gian nhãn liên quan đến có bao nhiêu bước sóng có thể ghép vào 1 sợi quang. Công nghệ DWDM hiện tại cho phép khoảng 200 bước sóng. Thậm chí, với sợi quang đa mode và có biến đổi bước sóng thì có thể có 220 nhãn ( khả dụng ) được dùng trên các IP router ( nhãn 4 byte, trong mỗi gói có trường nhãn 20bit ). Vì thế, nó rất hữu hiệu trong việc tập hợp ghép các LSP vào 1 LSP - quang lớn hơn để khắc phục sự hạn chế tài nguyên và sự bùng nổ lưu lượng. Điều này, có thể thúc đẩy sự phát triển của một vài loại LSP quang có dung lương rất cao. Khắc phục hạn chế tài nguyên có thể thực hiện được bằng cách sử dụng các cơ chế của MPλS để tạo một LSP- quang giữa IP router đầu vào và IP router đầu ra. LSP - quang này định dạng một liên kết FA, và các router định tuyến động sẽ lưu trữ liên kết này trong cơ sở dữ liệu về cấu hình mạng của tất cả các IP router quang hay phi quang. Bất kỳ một IP router nào trên mạng ( thậm chí nó không được nối trực tiếp đến mạng MPLS - OXC) đều cần chú ý đến liên kết FA này trong tính toán đường truyền của nó khi một LSP - setup đầu tiên được yêu cầu. Khi LSP đi qua liên kết FA, router IP ở đầu vào của FA sử dụng thủ tục ngăn xếp- nhãn với mục đích che lấp các LSP nhỏ hơn bên trong liên kết FA lớn hơn để truyền qua mạng MPLS- OXC. Trong tài liệu này, ngăn xếp- nhãn nghĩa là router đầu vào của FA có thể dán nhãn gói trực tiếp từ nhiều LSP nhỏ hơn xuyên qua một LSP- quang đơn lớn hơn. LSP- quang này còn gọi là liên kết FA. Ngoài ra, để sử dụng hiệu quả nhất nguồn tài nguyên LSP có sẵn, các nhà cung cấp còn đưa ra các quy định cho phép hay không một router nào đó sử dụng liên kết này. 3.6.2 Kỹ thuật lưu lượng MPLS trên quang Hiện nay, IETF đang nỗ lực tìm kiếm cách mở rộng MPLS TE trên mạng quang và được gọi là MPλS. Sự mở rộng chức năng và cấu trúc của các MPLS TE quan trọng đã được nghiên cứu phát triển để tạo ra một kết nối mạng giữa router và các OXC. Một mạng MPλS gồm các thiết bị LSR và OXC kết nối với nhau bằng các liên kết quang. Các giao thức cho các kiến trúc đã biết ( IGP ), các liên kết thay thế ( LMP ) và báo hiệu để khởi tạo kết nối ( RSVP ) được truyền trên kênh điều khiển, cho phép thiết lập một kết nối quang. 3.6.2.1 Các bó liên kết và các kênh điều khiển Để đảm bảo đặc tính mở rộng của mạng, một nhóm gồm 1 hoặc nhiều kênh mang không định hướng ( “ các liên kết thành phần” dưới dạng tia sáng hay bước sóng ) hay một cặp LSR cùng với một kênh điều khiển song hướng liên kết được gọi và được lưu hành chung như một liên kết đơn. Kênh điều khiển chỉ mang thông tin điều khiển giữa các MPLS - OXC kế tiếp nhau và có thể hoạt động trên một sợi quang, bước sóng cụ thể hay thậm chí một kết nối Ethernet ngoài băng. Các khả năng khác để thiết lập kênh điều khiển bao gồm việc gán các thông tin điều khiển vào các byte mào đầu SOH hay sử dụng nột vài dạng điều chế vật mang con SCM ( Sub Carrier Modulation). 3.6.2.2 Giao thức quản lý liên kết LMP LMP là một giao thức điều khiển mới và được sử dụng giữa hai MPLS- OXC liền kề nhau. Nó giám sát tính sẵn có của kênh điều khiển, kiểm tra sự kết nối và tính sẵn có của các liên kết thành phần, cung cấp chức năng cô lập rỗi. 3.6.2.3 Mở rộng giao thức báo hiệu Giao thức định tuyến ( OSPF hay IS- IS ) phải được mở rộng để mã hóa và thông báo các tính chất của các kết nối quang. Thông tin này được sử dụng trong suốt quá trình tính toán đường truyền để quyết định liên kết trên đường truyền được chọn phải thỏa mãn những yêu cầu gì. Giao thức định tuyến phải quảng bá được những thông tin sau: - Mã hóa và tốc độ bit của liên kết. - Liên kết có phải là một phần của một nhóm liên kết hay không? Một nhóm liên kết sẽ bị ảnh hưởng nếu một liên kết tách ra. - Bù sự suy yếu về mặt quang do các nguyên nhân như suy hao hay tán sắc trên một liên kết. Sự suy yếu này sẽ lảm ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu quang. - Khả năng bảo vệ (nếu có) mà các cấu hình liên kết yêu cầu. - Phân kênh dung lượng tại giao diện thu của liên kết. Chức năng cuối cùng sẽ quyết định kết nối quang nào được kết cuối tại giao diện đặc thù của node. Ví dụ, một router giáp ranh sẽ thông báo các giao diện của nó là khả năng chuyển mạch gói, một ADM SDH có thể thông báo giao diện của nó là khả năng chuyển mạch TDM và một thiết bị MPLS- OXC chỉ có khả năng chuyển tiếp có thể thông báo giao diện của nó là khả năng chuyển mạch sợi hay tia sáng. Kết nối quang có thể được thiết lập giữa các thực thể có khả năng ghép nhiều liên kết giống nhau. 3.6.2.4 Mở rộng báo hiệu Các giao thức báo hiệu, giao thức tạo sẵn nguồn tài nguyên (RSVP) và định tuyến trên cơ sở các quy định, có sử dụng giao thức phân phối nhãn ( CR- LDP ) truyền các yêu cầu về nhãn và các đối tượng nhãn dọc theo một đường truyền cụ thể. Ngữ nghĩa của nhãn phải được mở rộng để không chỉ sử dụng cho gói tin mà cón sử dụng cho các tia sáng, bước sóng và các mạch TDM. Thêm vào đó, nhận dạng liên kết là cần thiết để chỉ rõ liên kết thành phần cụ thể trong 1 bó liên kết mà trên đó nhãn được xác định. Nhưng mở rộng khác phải cho phép giao thức báo hiệu các kết nối quang song hướng và yêu cầu một tần số bước sóng end- to- end nếu không có sự biến đổi bước sóng. Biến đổi bước sóng cho phép một bước sóng ở đầu vào bất kỳ chuyển thành một bước sóng khác ở đầu ra. 3.6.3 Mặt điều khiển MPLS. Mặt điều khiển MPLS-TE có các yêu cầu về các kết nối chéo và các thành phần khác của hệ thống. Những yêu cầu này nảy sinh từ các khái niệm mới trong kỹ thuật lưu lượng IP truyền thống. Từ đó, nó sẽ xây dựng một khung làm việc cho mô hình mặt điều khiển MPLS TE. Mô hình này gồm: - Tìm kiếm tài nguyên bằng cách sử dụng các giao thức như giao thức trong cổng IGP. - Trao đổi thông tin về trạng thái mạng ( cấu trúc, các tài nguyên còn khả năng phục vụ được ). - Tính toán đường truyền để có các quyết định định tuyến. - Quản lý tuyến: Nó sẽ thực hiện các hoạt động như: Đặt lại đường truyền, bảo dưỡng, phân phối nhãn… Xây dựng mặt điều khiển dưới dạng modul sẽ tăng cường hiệu quả của mạng. Mặt điều khiển MPLS sẽ chạy bằng cách sử dụng các modul để thực hiện các hoạt động trên. Trong thực tế, nó có thể là mặt điều khiển tích hợp. Các thành phần như: OXC, LSR sẽ có một mặt điều khiển thống nhất. Mặt điều khiển MPLS TE phải đặc biệt phù hợp với các OXC. OXC sử dụng mặt điều khiển này sẽ là một thiết bị có địa chỉ IP. Vì thế, kiến trúc mới cho mặt điều khiển MPLS đã ra đời. 3.7 Kiến trúc IP/WDM Giai đoạn cuối cùng trong tương lai mà hệ thống truyền dẫn số liệu đang hướng tới là khả năng truyền dẫn IP trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang DWDM. 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 chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điẻm nổi bật. Dựa vào khả năng định tuyến của công nghệ có thể chia giai đoạn này thành hai giai đoạn con: IP over WDM và IP over Optical. 3.7.1 IP trên WDM 3.7.1.1 Nguyên lý hệ thống Đây là giai đoạn đầu khi đưa các IP datagram truyền trực tiếp trên hệ thống WDM. Trong giai đoạn này, mỗi giao thức sẽ có một bước sóng tương ứng. Việc xử lý ở đây mới dừng lại ở mức xử lý theo từng luồng quang. Các bước sóng khác nhau có thể xen/rẽ ở các node khác nhau nhờ các thiết bị định tuyến bước sóng như: kết nối chéo quang, chuyển mạch bước sóng quang, bộ định tuyến bước sóng quang, hay bộ xen/rẽ kênh quang. Khi này, để thực hiện việc chuyển đổi các luồng tín hiệu điện ( tương ứng với các giao thức khác nhau) thành các tín hiệu quang để truyền dẫn trên hệ thống DWDM thì không có các giao thức trung gian. Để thực hiện truyền dẫn, các IP datagram phải được tập trung lại thành một luồng trước khi biến đổi để truyền dẫn ở miền quang trên bước sóng tương ứng nó. Với các thiết bị WDM ngày nay, số bước sóng có thể ghép kênh ít nên tương ứng cho mỗi giao thức có một bước sóng nhất định. Các datagram có đích là các mạng nội hạt khác nhau khi truyền dẫn cùng trên một bước sóng thì tại mỗi node cần phải biến đổi về miền điện để thực hiện định tuyến, kết cuối các datagram xuất phát từ node này đến node khác. Như vậy, truyền dẫn quang đối với các IP datagram vẫn bị hạn chế bởi “ nút cổ chai “ của các mạch điện tử. Hiện nay, trên thị trường đã có các thiết bị có khả năng ghép đến 200 bước sóng, và trong phòng thí nghiệm cũng nghiên cứu thiết bị cho phép ghép đến 1200 bước sóng. Với số lượng bước sóng nhiều thì mỗi giao thức có thể truyền dẫn trên nhiều bước sóng. Khi đó, với việc sử dụng phiên bản IPv6 có khả năng định tuyến ngay tại nguồn thì có thể tập trung các datagram có cùng đích đến trên một bước sóng. Nhờ đó, các luồng quang tại các node trung gian không cần xử lý điện mà có thể sử dụng các OXC ( Optical Cross-connect: Kết nối chéo quang ) hoạt động dưới sự điều khiển của bước sóng điều khiển λs để thực hiện định tuyến các luồng. Các luồng này chỉ biến đổi về miền điện khi đến được node đích. Tại đích, các IP datagram được đưa dên router tốc độ cao thực hiện định tuyến cho nó. Khi đó, tránh được việc xử lý tại miền điện ở các node trung gian. Tuy nhiên, công nghệ chưa thực sự tối ưu vì số lượng mạng đích nhiều trong khi số lượng bước sóng vẫn còn hạn chế. Vì vậy, các datagram chỉ hạn chế được số lần xử lý trong miền điện tại các node trung gian chứ chua phair là đã loại bỏ được một cách hoàn toàn. 3.7.1.2 Định tuyến tại tầng quang Thiết bị được sử dụng để định tuyến tại tầng quang là các thiết bị định tuyến bước sóng, điển hình là OXC. OXC cấu hình động có thể chuyển mạch trực tiếp đối với tín hiệu quang nhận được từ cổng đầu vào, xuyên qua kết cấu trường chuyển mạch đến cổng ra tương ứng. Nói một cách rõ hơn, một OXC không thể định tuyến hoặc chuyển mạch các gói, nó chỉ được sử dụng để xử lý tại tầng quang- nơi mà đơn vị truyền dẫn tính theo một sợi quang hay một tia sáng. Một OXC gồm N cổng vào và M cổng ra, mỗi đầu vào chuyển mạch sợi hay tia sáng với một tốc độ bít riêng b. Vì thế, toàn bộ dung lượng định hướng của thiết bị là N x M x b. Trong OXC là một kết cấu chuyển mạch quang hay chuyển mạch điện. Kết cấu chuyển mạch điện sẽ có một bảng định tuyến trong các router và các chuyển mạch. Nó cho phép phát hiện và cô lập lỗi bằng các thông tin quản lý nằm trong tiêu đề của mỗi khung truyền tải. Hơn nữa, sự chuyển đổi quang điện và ngược lại được thực hiện bởi các OXC cho phép giảm sự suy yếu của tín hiệu quang do suy hao và tán sắc ( cả hai tác động này đều nhận được khi truyền ánh sáng qua một khoảng cách xa ). Ngược lại, biến đổi O-E-O làm tăng chi phí và năng lượng của các thiết bị. Thêm vào đó, việc nâng cao tốc độ hoặc thay đổi khuôn dạng báo hiệu sẽ đòi hỏi phải nâng cấp phần cứng. Kết cấu chuyển mạch quang đơn thuần không thực hiện việc chuyển đổi O-E-O khi tín hiệu đi qua nó từ đầu vào đến đầu ra. Điều đó có nghĩa là chi phí sẽ thấp hơn và giảm năng lượng tiêu thụ của thiết bị. Nó còn đảm bảo tính trong suốt của tốc độ bít, nghĩa là kết cấu đó sẽ chuyển mạch dữ liệu độc lập với khuôn dạng khung tín hiệu hay tốc độ bít. Theo lý thuyết, một kết cấu chuyển mạch như vậy đầu tiên có thể đáp ứng được nhu cầu lưu lượng cho OC-48, sau đó là OC-192 và cuối cùng là OC-768. Nhược điểm của chuyển mạch quang đơn thuần là không có sự nhận biết về mặt điện, do đó việc cô lập lỗi rất khó khăn. Kết cấu chuyển mạch quang đơn thuần và các sáng kiến để khắc phục các nhược điểm của nó như biến đổi bước sóng và cô lập lỗi ở tầng quang vẫn trong giai đoạn phát triển. Trong trường hợp này, thông tin điều khiển vẫn được mang trên kênh bước sóng điều khiển λs của mạng WDM thông thường. Các giao thức định tuyến động, được sử dụng trong mỗi OXC và trên mạng có phạm vi, cấu trúc thay đổi ( như mạng IP ) để phát hiện các mạng xung quanh nó, nhận biết kiến trúc mạng, tính toán đường đi, cài đặt trạng thái định hướng. Khi đó, các IP router định hướng các gói tin trên cơ sở hop-by-hop. Một OXC có thể là nơi xuất phát, trung gian hay là nơi kết thúc một kết nối quang. Mạng quang là mạng có kết nối định hướng, và giao thức báo hiệu được sử dụng để thiết lập, quản lý trạng thái định hướng kết nối tại mỗi OXC dọc theo đường kết nối quang. Yêu cầu đối với các thiết bị này khi sử dụng để truyền dẫn cho giao thức IP là khả năng truyền dẫn đa hướng. Vì vậy, cần chú ý xây dựng các cấu trúc chuyển mạch có khả năng này. 3.7.1.3 Nguyên nhân chọn OXC làm nhân tố cơ bản trong việc định tuyến tại tầng quang Ở phần trên đã trình bày các mô hình khác nhau để truyền dẫn IP trên quang như: IP/ ATM/ SDH, IP/ SDH nhưng tùy vào mô hình mà hiệu quả truyền dẫn chỉ đạt được một mức độ nào đó. Trong khi đó, đối với OXC thì ngoài những thành công và sự ứng dụng rộng rãi nhờ vào tính sẵn có của thiết bị, chi phí vận hành, bảo dưỡng và khả năng hoạt động trên nền tảng của các IP router thế hệ tương lai với tốc độ Tbps, nó còn hấp dẫn bởi khả năng cung cấp các chức năng hữu dụng khác như: - Định hướng hiệu quả hơn đối với toàn bộ lưu lượng: Các IP router giáp ranh sẽ tập trung toàn bộ và ghép kênh luồng lưu lượng IP vào một bước sóng đơn. Từ đó, cho phép chuyển mạch trong lõi mạng hiệu quả hơn thực hiện ở tầng IP điện. Nhờ đó tăng khả năng mở rộng scalability và giảm chi phí. - Cấu hình “ lưới mạng quang”: Trên cơ sở OXC, mạng quang có thể xây dựng được cấu hình lưới. Mạng này có ưu điểm là cần ít tài nguyên để bảo vệ và khôi phục tín hiệu hơn so với mạng cấu hình Ring SDH. Sở dĩ có điều này vì tài nguyên mạng ( ví dụ: các node, các liên kết ) có thể được sử dụng nhiều lần cho các kết nối end-to-end. Cấu hình lưới còn cho phép xây dựng các đường truyền cố định giữa hai điểm bất kỳ trong mạng. - Đường vòng quang: Lưu lượng chuyển tiếp đến các điểm node của nhà cung cấp POP có thể được chuyển mạch quang chứ không thực hiện phân kênh thành các gói và xử lý ở tầng IP. Các thiết bị định tuyến IP là thiết bị điện thường có giá thành đắt, nên nó thường được lắp đặt để phục vụ cho lưu lượng khách hàng xuất phát hay kết cuối tại POP chứ không phải là lưu lượng chỉ chuyển tiếp qua. - Khả năng cấu hình lại của tầng quang: Bằng việc biết được sự phân bố của cấu hình mạng và các tín hiệu báo hiệu trong OXC, có thể định hình một cách hợp lý, hiệu quả cho tài nguyên mạng truyền tải quang ( OTN ) nhằm giám sát các dịch vụ và phản ứng lại với các lỗi xảy ra. Vì OTN có thể truyền nhiều gói tin hơn nên các giao thức và thiết bị đầu cuối thực tế có thể điều khiển định hình và giám sát các kết nối quang giữa các router. Các bộ định tuyến IP kết nối song hướng với nhau bằng các kết nối quang được xem là có thể thực hiện các chức năng như trên mặc dù thêm quá trình xử lý điện. Tuy nhiên, để truyền tải lưu lượng IP lớn dưới dạng quang qua mạng backbone của nhà cung cấp thì cần phải quan tâm đến việc điều khiển phần lớn lõi chuyển mạch nằm ở tầng quang. IP router giáp ranh có thể phải điều khiển một tập hợp phức tạp và đa chức năng. 3.7.1.4 Mô hình kiến trúc mạng IP trên WDM Lớp WDM được thiết kế tương thích với các chuẩn công nghiệp. Đây là chìa khóa để đảm bảo sự trong suốt về giao thức và khuôn dạng trong các mạng. Những yêu cầu này dẫn đến hai cách tiếp cận. Mô hình Overlay Mô hình Overlay có các giao thức định tuyến riêng biệt, hệ thống địa chỉ và các kiến trúc mạng riêng giữa các mạng client ( là IP hay SDH ) và mạng truyền tải quang OTN. Mô hình Overlay có đặc điểm: - Thiết bị router IP và OTN OXC thuộc hai miền quản trị riêng biệt. - Router IP được nối với OXC gần nhất thông qua giao diện UNI. Một UNI tương ứng với một bên của kết nối là một client ( router IP ) và bên còn lại là mạng OXC. - Router IP không nhận biết được cấu hình của mạng truyền tải. Chúng nằm liền kề với nhau trong mạng truyền tải, cung cấp các kết nối quang và trao đổi thông tin với nhau về cấu hình mạng của mạng IP. - Mạng IP và mạng truyền tải không trao đổi thông tin về cấu hình mạng, bảo dưỡng cấu hình riêng cho từng mạng, có giao thức định tuyến ( mặt điều khiển ) và thiết lập báo hiệu độc lập nhau. - IP router có thể yêu cầu ( gửi tín hiệu ) cho mạng truyền tải để thiết lập một kết nối quang với một router. Những nhà cung cấp muốn giữ mạng quang và mạng IP ( hay bất kỳ một mạng IP nào khác ) riêng rẽ nên thường sử dụng mô hình overlay. Đó là vì sử dụng mô hình này sẽ đơn giản trong việc quản trị mạng, và OTN yêu cầu và tính cước dịch vụ trên cơ sở mạng kết nối với nhiều điều khiển client khác nhau ( các IP router, các chuyển mạch ATM, và các ADM SDH ). Mô hình Peer Mô hình Peer có giao thức định tuyến đơn, hệ thống địa chỉ và kiến trúc mạng chung cho các thiết bị IP và thiết bị quang. Mô hình Peer có các đặc điểm sau: - Thiết bị router IP và OTN OXC nằm trong cùng một miền quản trị. - Router IP và các OXC mà nối trực tiếp đến sẽ được đặt gần nhau để trao đổi thông tin cấu hình mạng. - Router IP có thể nhận biết đầy đủ cấu hình mạng truyền tải và ngược lại. Sở dĩ có được điều này là tất cả các router IP và OXC cùng chia sẻ không gianbên trong cấu hình mạng. - Router IP sử dụng một tập các giao thức báo hiệu và định tuyếnchung cùng với một hệ thống địa chỉ đơn. - Router IP có thể yêu cầu ( báo hiệu ) một kết nối quang tới router. Ở các mô hình kết nối tại tầng quang. Trên tầng truyền tải có thể sử dụng cấu hình “ lưới ” đảm bảo khả năng xử lý bước sóng và khôi phục. Khi có lỗi vật lý xảy ra, tín hiệu được định tuyến lại để đi theo một đường truyền vật lý khác. Cấu trúc này là cách tốt nhất để hồi phục mạng. 3.7.2 IP trên quang Để có thể lợi dụng được ưu điểm nổi bật của kỹ thuật gói là nâng cao được hiệu quả tài nguyên mạng ( thiết bị truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch ) do các gói của cùng một đích có thể đi theo các hướng khác nhau tùy vào khả năng đáp ứng của tài nguyên theo hướng đó. Đồng thời kết hợp với hệ thống quang tốc độ cao, băng thông rộng. Người ta đưa ra công nghệ truyền dẫn IP over Optical trong đó các datagram được xử lý hoàn toàn trong miền quang từ nguồn tới đích theo từng đơn vị truyền dẫn. Giai đoạn này chỉ có thể thực hiện khi công nghệ cho phép xử lý gói tại miền quang. Về cơ bản, IP over Optical chỉ cần nâng cấp các thiết bị tại các node của mạng IP over WDM sao cho đáp ứng được năng lực xử lý gói quang. Trong giai đoạn này, các datagram khác nhau có thể nằm cùng trên một bước sóng khi truyền dẫn nhưng tại các node nó được xử lý riêng rẽ mà không cần thực hiện biến đổi điện/quang. Để đạt được mục đích này, tại các node mạng sẽ được trang bị các phần tử chuyển mạch gói quang. Công nghệ chuyển mạch gói quang sẽ cố gắng để đạt được hiệu năng nhóm gói tin truyền qua mạng quang tốt nhất. Luồng thông tin tiêu đề hoặc thông tin điều khiển trên một kênh điều khiển riêng sẽ thiết lập đường truyền đơn hướng: Không cần có sự hiểu biết về các thiết bị đầu xa. Mạng WDM cũng giống như mạng ATM về mặt chức năng chuyển mạch. Mạng ATM thực hiện chuyển mạch gói trên cơ sở của mạch ảo trong khi đó tầng kênh quang thực hiện chuyển mạch trên cơ sở bước sóng của tín hiệu ( gói tin ). 3.8 Kết luận Tóm lại, trong chương này em trình bày các kiểu kiến trúc của các phương thức tích hợp IP trên quang. Qua đó chúng ta biết được phương thức nào là tối ưu nhất phù hợp với điều kiện phát triển của internet ở nước ta. Và sẽ có phương án lựa chọn giải pháp thích hợp cho việc truyền tải IP trên quang cho mạng viễn thông tỉnh Nghệ An ở chương tiếp theo. CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP TRUYỀN TẢI IP TRÊN QUANG CHO MẠNG VIỄN THÔNG TỈNH NGHỆ AN 4.1 Tình hình đặc điểm của tỉnh Nghệ An 4.1.1 Vị trí, đặc điểm địa lý và điều kiện tự nhiên Tỉnh Nghệ An thuộc Bắc Trung Bộ nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam, tọa độ địa lý từ 18033’10’’ đến 19024’43’’ vĩ độ Bắc và từ 103052’53’’ đến 105045’50’’ kinh độ Đông. Phía Bắc giáp tỉnh Thanh Hóa với đường biên dài 196,13km. Phía Nam giáp tỉnh Hà Tĩnh với đường biên dài 92,6km. Phía Tây giáp nước bạn Lào với đường biên dài 419km. Phía Đông giáp với Biển Đông với bờ biển dài 82km. Diện tích đất tự nhiên 1.648.729 ha. Dân số năm 2005: 3.003.000 người, dân số trung bình là 183người / km2. Tỉnh Nghệ An có 1 thành phố, 1 thị xã và 17 huyện: Thành phố Vinh; Thị xã Cửa Lò; 10 huyện miền núi: Thanh Chương, Kỳ Sơn, Tương Dương, Con Cuông, Anh Sơn, Tân Kỳ, Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Nghĩa Đàn; 7 huyện đồng bằng: Đô Lương, Nam Đàn, Hưng Nguyên, Nghi Lộc, Diễn Châu, Quỳnh Lưu, Yên Thành. Địa hình Tỉnh Nghệ An nằm ở Đông Bắc dãy Trường Sơn, địa hình đa dạng, phức tạp và bị chia cắt bởi các hệ thống đồi núi, sông suối hướng nghiêng từ Tây - Bắc xuống Đông - Nam. Đỉnh cao nhất là đỉnh Pulaileng ( 2.711m ) ở huyện Kỳ Sơn, thấp nhất là vùng đồng bằng huyện Quỳnh Lưu, Diễn Châu, Yên Thành có nơi chỉ cao đến 0,2m so với mặt nước biển ( đó là xã Quỳnh Thanh, huyện Quỳnh Lưu ). Khí hậu thời tiết. Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu sự tác động trực tiếp của gió mùa Tây - Nam khô và nóng ( từ tháng 4 đến tháng 8 ) và gió mùa Đông Bắc lạnh, ẩm ướt ( từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau ). Theo thống kê năm 2008: Nhiệt độ trung bình là 24,20C. Tổng lựơng mưa trong năm là 1.610,9mm. Tổng số ngày mưa trong năm là 157ngày. Độ ẩm trung bình hàng năm là: 84%, độ ẩm thấp nhất là 42% vào tháng 7. Tổng số giờ nắng là: 1.460 giờ. Sông ngòi Tổng chiều dài sông suối trên địa bàn tỉnh là 9.828km, mật độ trung bình là 0,7km/km2. Tổng lượng nước hàng năm khoảng 28.109m3. Biển, bờ biển Hải phận rộng 4.230 hải lý vuông, từ độ sâu 40m trở ra nói chung đáy biển tương đối bằng phẳng có nhiều có nhiều đá ngầm, cồn cát. Vùng biển Nghệ An là nơi tập trung nhiều loài hải sản có giá trị kinh tế cao. Bãi biển Cửa Lò là một trong những bãi tắm đẹp và hấp dẫn, đó là lợi thế cho việc phát triển nghành du lịch ở Nghệ An. Bờ biển Nghệ An có chiều dài 82km, có 6 cửa lạch thuận lợi cho việc vận tải biển, phát triển cảng biển và nghề làm muối(1000 ha). 4.1.2 Cơ sở hạ tầng, dịch vụ Giao thông vận tải Nghệ An là một đầu mối giao thông quan trọng của cả nước. Có mạng lưới giao thông phát triển đa dạng, có đường bộ, đường sắt, đường sông, sân bay và cảng biển, được hình thành và phân bố khá hợp lý theo các vùng dân cư và các trung tâm hành chính kinh tế. Đường bộ: quốc lộ 7, quốc lộ 48, quốc lộ 15; Ngoài ra còn có 132 km đường Hồ Chí Minh chạy ngang qua các huyện miền núi trung du của Tỉnh. Đường sắt: 124 km, trong đó có 94 km tuyến Bắc - Nam, có 7 ga. Đường không: có sân bay Vinh, các tuyến bay: Vinh - Đà Nẵng; Vinh - Tân Sơn Nhất ( và ngược lại ). Cảng biển: Cảng Cửa Lò hiện nay có thể đón tàu 1,8 vạn tấn ra vào thuận lợi, làm đầu mối giao lưu quốc tế. Cửa khẩu quốc tế: Nậm Cắn, Thanh Thủy, sắp tới sẽ mở thêm cửa khẩu Thông Thụ ( Quế Phong ). Điện năng Nguồn điện: + Tỉnh Nghệ An nhận nguồn cung cấp điện, chủ yếu từ nhà máy thủy điện Hòa Bình cấp điện cho trạm 220V Hưng Đông bằng đường dây 220KV. Dây dẫn AC - 300 dài 471km. + Thủy điện: Hiện nay, thủy điện Bản Cánh huyện Kỳ Sơn công suất 300KW/h, điện áp 0,4/ 10KV, cấp điện cho huyện Kỳ Sơn, kết hợp với lưới điện quốc gia qua đường dây 35KV Cửa Rào - Kỳ Sơn. Đến nay, 19/19 huyện, thành, thị đã sử dụng điện lưới quốc gia. + Tổng số xã, phường, thị xã, thị trấn có điện là 429/ 469, đạt tỷ lệ 91,47%. Trong đó, số xã có điện: 394/ 434; số xã chưa có điện 40/434. Tỷ lệ xã có điện đạt 90,78% tổng số xã. + Số hộ sử dụng điện: Tổng số hộ sử dụng điện toàn tỉnh: 598.585/ 626.999 hộ, đạt tỷ lệ 95,47% hộ có điện trong tổng số hộ. + Trong đó, hộ dân nông thôn sử dụng điện: 511.756/ 540.161 hộ, đạt tỷ lệ 94,74% hộ có điện trong tổng số hộ dân nông thôn. Hệ thống khách sạn Đến nay có gần 271 cơ sở khách sạn, nhà nghỉ với tổng số 5.802 buồng, 12.084 giường nghỉ. Trong đó: 4 khách sạn được xếp hạng 3 sao, 13 khách sạn được xếp hạng 2 sao và 2 khách sạn được xếp hạng 1 sao, với gần 850 phòng đạt tiêu chuẩn quốc tế. Có 65 công ty dịch vụ du lịch, khách sạn có chất lượng và quy mô lớn, tập trung chủ yếu ở thành phố Vinh và thị xã Cửa Lò. Một số khách sạn đạt chất lượng cao. Các khu công nghiệp Thực hiện nghị quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ IX, X đẩy mạnh sự nghiệp Công nghiệp hóa, Hiện đại hóa đất nước, chuyển dịch cơ cấu kinh tế. Tỉnh Nghệ An đã và đang tập trung phát triển công nghiệp trong đó xây dựng nhanh các Khu công nghiệp tập trung nhằm thu hút các nhà đầu tư trong và ngoài nước là rất cấp thiết. Đại hội đại biểu Đảng bộ Tỉnh Nghệ An lần thứ 15, 16 đã xác định: Phát triển các Khu công nghiệp tập trung ở một số vùng , thành phố Vinh và thị xã Cửa Lò để tạo nên các cực tăng trưởng nhanh trong phát triển công nghiệp. Tạo nên những địa điểm hấp dẫn nhằm thu hút các nhà đầu tư trong nước và nước ngoài. Các thành phần kinh tế trong tỉnh đầu tư vào các khu công nghiệp để hình thành các trung tâm công nghiệp, dịch vụ trên các vùng trong Tỉnh. Quy hoạch đến năm 2012 tỉnh Nghệ An sẽ xây dựng 6 KCN tập trung với tổng diện tích là 1300 ha, bao gồm: Khu công nghiệp Cửa Lò, diện tích 40,5 ha; Khu công nghiệp Cửa Hội, diện tích 100ha; Khu công nghiệp Bắc Vinh, diện tích 143 ha; Khu công nghiệp Hoàng Mai ( nằm trong quy hoạch KCN Nam Thanh - Bắc Nghệ ), diện tích 300 ha; Khu công nghiệp Nam Cầu Cấm, diện tích 327,83 ha; Khu công nghiệp Phủ Quỳ, diện tích 400 ha. Trong đó 4 KCN đã được Chính phủ cho phép thành lập bao gồm: Khu CN Bắc Vinh; Nam Cầu Cấm; Cửa Lò và Khu CN Hoàng Mai. Khu công nghiệp Bắc Vinh đã đi vào hoạt động và thu hút nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước. Từ kết quả thu được của Khu CN Bắc Vinh và để đáp ứng nhu cầu của các nhà đầu tư, đầu năm 2008, Tỉnh Nghệ An chủ trương triển khai xây dựng nhanh 2 KCN Nam Cầu Cấm và Cửa Lò. Nhìn vào vị trí của các KCN trên bản đồ địa chính của Tỉnh Nghệ An có thể nhận thấy các KCN được quy hoạch xây dựng tại các địa điểm rất thuận tiện về giao thông, nguồn cấp điện, cấp nước và gần các vùng nguyên liệu… là nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các nhà đầu tư, làm tăng ưu thế và sự hấp dẫn của các KCN. 4.2 Hiện trạng viễn thông ở Tỉnh Nghệ An 4.2.1 Hiện trạng mạng chuyển mạch PSTN Mạng chuyển mạch Bưu điện Tỉnh Nghệ An được trang bị gồm 04 Host và 135 vệ tinh, 29 tổng đài độc lập. - Tổng dung lượng toàn mạng là: 266.066 lines. - Tổng dung lượng sử dụng 190.421 lines. - Hiệu suất sử dụng đạt 72%. - Mật độ điện thoại cố định: 6 máy/100 dân. 4.2.2 Hiện trạng mạng xDSL Mạng cung cấp dịch vụ Internet xDSL - 1 MSS với 3 STM-1 dowlink và 2 STM-1 Uplink. - 03 DSLAM-Hub và 23 DSLAM với tổng dung lượng lắp đặt là 2.304 post ADSL và 72 post SHDSL. 4.2.3 Hiện trạng mạng truyền dẫn. Mạng truyền dẫn Bưu điện tỉnh Nghệ An - Tổng số km cáp quang các loại là 1.094,49 Km. - Tổng số thiết bị quang các loại 124 đầu thiết bị, trong đó: + STM-64: 10 đầu; STM-16: 8 đầu; STM-4:85 Loại khác:21 đầu + Được tổ chức thành 5 mạch vòng và 5 tuyến. - Tổng số thiết bị vi ba các loại: 12 cặp. 4.3 Phân tích và đánh giá các phương thức tích hợp IP trên quang 4.3.1 Các chỉ tiêu phân tích và đánh giá Ta thực hiện khảo sát và đánh giá những kiểu kiến trúc đã trình bày trong chương 3. Một loạt các tham số đánh giá cần được xem xét và tuân thủ cho các ngăn giao thức mạng khác nhau. Những tham số này được nhóm theo từng nội dung khác nhau: Tập hợp chức năng được kiến trúc mạng cung cấp và hộ trợ; năng lực và thuộc tính quản lý; chỉ tiêu và đặc tính QoS; mức độ phối hợp với mạng hiện tại khác; hỗ trợ các dịch vụ khác nhau và những thông tin khác. Tiêu chuẩn đánh giá được sắp xếp theo 6 nội dung chính, đó là: - Chi phí của kiểu kiến trúc. - Tính năng của kiểu kiến trúc. - Quản lý của kiểu kiến trúc. - Chỉ tiêu của từng kiểu kiến trúc - Tính tương hợp của kiểu kiến trúc. - Các thông tin khác của kiểu kiến trúc. 4.3.2 Phân tích và đánh giá các kiểu kiến trúc Phương thức dùng kiểu kiến trúc IP/ATM/SDH/WDM: Thì các gói tin IP được phân tách trong tế bào ATM và được gắn vào các kết nối ảo VC qua card đường truyền SDH/ATM trong bộ định tuyến IP. Tiếp đến các tế bào ATM được đóng trong khung SDH và được gửi tới chuyển mạch ATM hoặc trực tiếp tới bộ Transponder WDM để truyền tải qua lớp mạng quang ( truyền dẫn qua mạng OTN). Điều này dẫn đến các ưu điểm sau: + Do sử dụng công nghệ, giao thức ATM nên: thực hiện đảm bảo QoS cho dịch vụ IP là cung cấp băng tần cố định giữa các cặp định tuyến IP cho từng khách hàng. Hoặc sử dụng phương pháp ghép kênh thống kê cho phép người sử dụng có thể truy nhập băng tần phụ trong một khoảng thời gian ngắn dẫn đến băng tần cố định có thể thay đổi tùy ý theo yêu cầu từ 1 đến vài trăm Mb/s; Các bộ định tuyến IP kết nối logic dang Mesh một cách dễ dàng; Khả năng thực hiện các hợp đồng lưu lượng khác nhau với nhiều mức chất lượng dịch vụ khác nhau tùy theo yêu cầu ứng dụng. + Tuy nhiên, khi sắp xếp các gói IP có độ dài biến thiên vào các tế bào ATM có độ dài cố định chúng ta phải cần đến phần mào đầu phụ ( do gói một gói IP có thể cần đến nhiều tế bào ATM ). Sự khác biệt về kích thước cũng tạo ra yêu cầu lấp đầy khoảng trống trong các tế bào mà có phần mào đầu phụ. Một giải pháp để ngăn chặn yêu cầu trên là sắp xếp các gói trực tiếp liền kề nhau, nhưng điều này cũng đồng nghĩa với việc tăng rủi ro mất 2 gói liền nhau khi tế bào bị mất. Phương thức dùng kiểu kiến trúc IP/ATM/WDM: Các tế bào ATM không được đóng trong các khung SDH mà chúng được gửi trực tiếp trên môi trường vật lý bằng sử dụng tế bào ATM tạo trên lớp vật lý. Một số ưu điểm của việc sử dụng các giao diện trên cơ sở tế bào thay cho các giao diện SDH như trình bày ở trên: + Kỹ thuật truyền dẫn đơn giản đối với tế bào ATM khi các tế bào được truyền trực tiếp trên môi trường vật lý sau khi đã được ngẫu nhiên hóa. + Mào đầu của tín hiệu truyền trên lớp vật lý ít hơn ( khoảng 16 lần so với SDH ). + ATM là phương thức truyền dẫn không đồng bộ nên không đòi hỏi cơ chế định thời nghiêm ngặt với mạng. + Giảm chi phí cho lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng cho tầng SDH. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là: + Tuy về hình thức tế bào ATM cũng có các tiêu đề tế bào ( còn gọi là cell tax ) gần giống như trong truyền dẫn SDH có các byte quản lý, nhưng công nghệ truyền dẫn này chỉ có thể thực hiện cho các tế bào ATM. + Việc tách xen các luồng nhánh không linh hoạt. Vì nhược điểm của truyền dẫn ATM rất khó khắc phục, trong khi SDH lại định nghĩa như là một phương thức truyền dẫn cho các mạng quang. Do đó, công nghệ này không được các nhà công nghiệp phát triển rộng rãi. Phương thức dùng kiểu kiến trúc IP/ SDH/ WDM Có thể thực hiện một cách đơn giản để truyền dẫn khung SDH có đóng gói các IP datagram qua mạng WDM nhờ sử dụng các Transponder ( là bộ thích ứng bước sóng). Ta cũng có thể truyền dẫn các khung SDH mang thông tin của các IP datagram trên mạng truyền tải SDH đồng thời với các loại lưu lượng dịch vụ khác. Với hệ thống SDH, ta có thể thực hiện chuyển mạch bảo vệ cho các liên kết lưu lượng IP khi cáp đứt nhờ các chuyển mạch bảo vệ tự động APS dưới các hình thức khác nhau (chuyển mạch bảo vệ đường hoặc chuyển mạch bảo vệ tuyến). Quá trình thực hiện tại tầng quang. Công nghệ Ethernet quang ( Gigabit Ethernet – GbE ) Nó có một số ưu điểm khi so sánh với kiểu kiến trúc IP/SDH/WDM đó là: + Tốc độ cao: mạng hoạt động ở tốc độ 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps mà không cần thay đổi giao thức Ethernet. + Tính tương thích: GbE hoàn toàn tương hợp với Ethernet truyền thống, không cần bất cứ kỹ năng quản lý thêm nào vì là sự mở rộng chuẩn Ethernet. Nó được xem có tính năng phối hợp hoạt động và phối hợp quản lý rất tốt. Các tài nguyên truyền dẫn có thể phát triển tự do giữa các node có nhu cầu lưu lượng lớn hơn và giảm đi.Và đặc biệt 10GbE còn có một số ưu điểm nổi trội: + Có thể tích hợp với những công nghệ tốc độ cao trên mạng trục. Đưa ra các giao diện SDH, các giao diện lớp vật lý WAN cho phép truyền tải các gói được xây dựng trên cơ sở IP/Ethernet để truyền tải qua các thiết bị truy cập của mạng SDH. Hỗ trợ các dịch vụ băng thông lớn điều này tạo ra những tuyến liên kết tốc độ cao và giá thành hạ. + Có thể hộ trỡ tất cả các dịch vụ tại lớp 2,3 thậm chí các lớp cao hơn trong mô hình OSI. Ngoài ra, hầu hết lưu lượng trong các mạng ngày nay được bắt nguồn từ Ethernet và IP, thiết lập một mạng Ethernet tốc độ cao là phương thức dễ nhất để gắn kết các nhà kinh doanh, các nhà cung cấp mạng với nhau. Công nghệ sử dụng kỹ thuật MPLS và GMPLS để truyền dẫn IP trên quang MPLS đem lại một số lợi ích cho nhà cung cấp IP: - Phát chuyển hiệu quả: do sử dụng nhãn nên các bộ định tuyến lõi/ LSR không cần thực hiện việc tìm kiếm tuyến trong các bảng định tuyến lớn mà chỉ cần thực hiện trong LIB nhỏ hơn. - Dịch vụ phân biệt: Các tuyến hoặc FEC có thể được gán cho QoS khác nhau. Sử dụng nhãn kết hợp với các tham số QoS cho phép dễ dàng nhận diện dòng lưu lượng như vậy. - Mạng riêng ảo MPLS: VPN có thể được thiết lập bằng cách tương đối đơn giản. Thêm nữa sử dụng các nhãn (khác nhau), 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 chúng nên tuyến dễ dàng được định tuyến lại. Lại một lần nữa nhãn lại thực hiện. Do có thể thực hiện trên các phần tử chuyển mạch ATM nên phát chuyển gói có thể đạt đến tốc độ đường truyền. Bên cạnh đó, MPLS còn tồn tại một số nhược điểm: - Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt; Việc hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phức tạp trong kết nối. - Hợp nhất VC cần phải được nghiên cứu sâu hơn để giải quyết vấn đề chèn gói tin khi trùng nhãn ( interleave ). Do MPLS chủ yếu dành cho mảng số liệu, mục tiêu hướng tới là mảng điều khiển quang cho mạng quang nhằm đơn giản hóa, tăng tính đáp ứng và mềm dẻo trong việc cung cấp các phương tiện trong mạng quang. Chính vì vậy phải phát triển lên tiêu chuẩn GMPLS, nó có các ưu điểm như sau: + GMPLS đảm bảo sự phối hợp giữa các lớp mạng khác nhau; Tập hợp các tiêu chuẩn với một giao thức mạng báo hiệu chung cho phép phối hợp hoạt động, trao đổi thông tin giữa các lớp truyền tải và lớp số liệu. Loại bỏ các chức năng chồng chéo giữa các lớp bằng cách thu hẹp các lớp mạng. + Triển khai GMPLS để đơn giản việc quản lý mạng và tạo ra một mặt điều khiển tập trung. Điều này cho phép tạo ra nhiều dịch vụ hơn cho khách hàng trong khi đó giá thành lại hạ. Đối với kiến trúc IP/WDM Đây là đỉnh cao cũng như là sự hướng tới của hệ thống truyền số liệu là truyền IP trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang WDM. Nó đươc chia làm hai giai đoạn: IP over WDM và IP over Optical. Về ưu điểm của công nghệ này đã được nói nhiều ở phần trước. 4.4 Giải pháp truyền tải IP trên quang cho mạng viễn thông tỉnh Nghệ An trong những năm tới 4.4.1 Giai đoạn 2010 – 2012 OPTICAL SDH TDM IP Các dịch vụ IP Các kênh nội tỉnh Các luồng thuê riêng Các kênh thuê riêng Hình 4.1. Kiến trúc mạng truyền dẫn IP trên quang của BĐT Nghệ An giai đoạn 2010-2012 Trong giai đoạn 2010-2012, để đảm bảo thực hiện được theo các nội dung quyết định phê duyệt chiến lược phát triển Bưu chính – Viễn Thông Việt Nam năm 2010 và định hướng đến năm 2020 của Chính phủ, mạng viễn thông của VNPT nói chung cũng như của Bưu điện tỉnh Nghệ An sẽ được đầu tư nâng cấp mở rộng cả về phạm vi phục vụ và loại hình, chất lượng dịch vụ. Trên cơ sở nhu cầu phát triển mạng truyền dẫn của Bưu điện tỉnh Nghệ An cũng như định hướng quy hoạch phát triển mạng viễn thông của Tập đoàn VNPT theo hướng mạng thế hệ sau, tôi đề xuất phương án truyền tải IP trên quang ở giai đoạn này theo kiểu kiến trúc IP/ SDH/ Optical. Với phương án này, bưu điện tỉnh Nghệ An không chỉ đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội trong thời gian này, đồng thời vẫn còn tận dụng được các loại tổng đài TDM như: NEAX 61E, NEAX 61∑, ERICSSON-AXE để truyền dẫn các kênh nội tỉnh và các kênh thuê riêng qua đường truyền SDH/quang. Các dịch vụ IP sẽ được truyền trực tiếp trên đường truyền SDH/quang. OPTICAL SDH TDM IP Các dịch vụ IP Các kênh nội tỉnh Các luồng thuê riêng Các kênh huê riêng Hình 4.1. Kiến trúc mạng truyền dẫn IP trên quang của BĐT Nghệ An giai đoạn 2010-2012 Để làm theo giải pháp này, tôi đề nghị cần thực hiện hai việc sau: - Quy hoạch và củng cố lại mạng cáp quang. - Nâng cấp các thiết bị truyền dẫn SDH. 4.4.1.1 Quy hoạch và củng cố lại mạng cáp quang Mạng cáp quang là cơ sở hạ tầng, là gốc rễ của mạng truyền dẫn, đối với mạng truyền dẫn Nghệ an hiện có 1094,49Km cáp quang. Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu truyền dẫn cần phải kéo thêm một số tuyến. Cụ thể như sau: - Do nhu cầu cũng như sự phát triển về các lĩnh vực kinh tế, chính trị, văn hóa của thành phố Vinh nên cần xây dựng thêm tuyến cáp sau: Hưng Đông – Cửa Nam ; Chợ Vinh – Bến Thủy; Bến Thủy – Trường Thi; Trường Thi – Hưng Hòa và kết hợp với các tuyến cũ để tạo ra một Ring phục vụ cho thành phố đó là: TT Vinh – Quán Bánh – Hưng Đông – Cửa Nam – Chợ Vinh – Bến Thủy – Trường Thi – Hưng Hòa – Bưu cục 3/2 – TT Vinh. - Do sự phát triển về kinh tế, theo định hướng phát triển của Tỉnh, phục vụ cho nhu cầu trao đổi thông tin của các Khu công nghiệp, khu du lịch, cảng biển thì vùng Cửa lò, Cửa Hội, Nghi Lộc cần xây dựng tuyến cáp sau: Nghi lộc – KCN Nam Cấm; KCN Nam Cấm – Nghi Tân; Hải Hòa – Nghi Hương để kết hợp với các tuyến cũ tạo một Ring sau: TT Vinh – Hưng Lộc – Nghi Thái - Cửa Hội – Hải Hòa – Nghi Hương – Cửa Lò – Nghi Tân – Nghi Thiết – KCN Nam Cấm – Nghi Lộc – Quán Bánh – TT Vinh. - Tại huyện Quỳnh Lưu là trung tâm kinh tế của bắc Nghệ An, các xã ven biển có giao thương buôn bán với nước ngoài nên nhu cầu trao đổi thông tin lớn, ở đây có sẵn các tuyến cáp quang chỉ thiếu đoạn An Hòa – Quỳnh Lương là có thể quy hoạch thành một Ring: TT Quỳnh Lưu – Quỳnh Thạch – Quỳnh Xuân – Hoàng Mai - Mỏ Kẽm – Quỳnh Lộc – Quỳnh Đôi – Quỳnh Phương – Quỳnh Liên- Quỳnh Lương – An Hòa – Quỳnh Nghĩa – Quỳnh Long – Ngò – Quỳnh Bá – TT Quỳnh Lưu. Ngoài ra, một số nơi do nhu cầu cần phải kéo cáp quang vào phục vụ kinh doanh như Tương Dương – Bản Vẽ. Tóm lại mạng truyền dẫn Nghệ An giai đoạn này có các Ring sau: 1. Ring chính của cả tỉnh: TT Vinh – Nghi Lộc – Diễn Châu – Quỳnh Lưu – Nghĩa Đàn – Tân kỳ - Đô Lương – Thanh Chương – Nam Đàn – Hưng Nguyên – TT Vinh. 2. Ring phục vụ cho khu vục Vinh: TT Vinh – Quán Bánh – Hưng Đông – Cửa Nam – Chợ Vinh – Bến Thủy – Trường Thi – Hưng Hòa – Bưu cục 3/2 – TT Vinh. 3. Ring cho khu vực Cửa Lò - KCN Nam Cấm : TT Vinh – Hưng Lộc – Nghi Thái - Cửa Hội – Hải Hòa – Nghi Hương – Cửa Lò – Nghi Tân – Nghi Thiết – KCN Nam Cấm – Nghi Lộc – Quán Bánh – TT Vinh. 4. Ring dẹt cho các trạm dọc đường quốc lộ 1 giữa hai huyện Diễn Châu – Quỳnh Lưu. 5. Ring cho các trạm của Huyện Quỳnh Lưu: ta đã nêu ở trên. 6. Ring bảo vệ cho tuyến đường quốc lộ 7, và 48: bao gồm các trạm sau Nghĩa Đàn – Quỳ Hợp – Tương Dương – Con Cuông - Anh Sơn – Đô Lương. Riêng tại tuyến này phải xây dựng tuyến cáp Tương Dương – Quỳ Hợp. Và có một số ring det khác nữa cho một số trạm khác nếu cần thiết. 4.4.1.2 Nâng cấp các thiết bị truyền dẫn SDH Trong giai đoạn này, các thiết bị ADM SDH tại các điểm của Ring chính như: TT Vinh – Nghi Lộc – Diễn Châu – Quỳnh Lưu – Nghĩa Đàn – Tân kỳ - Đô Lương – Thanh Chương – Nam Đàn – Hưng Nguyên và Ring phục vụ khu vực Vinh như: TT Vinh – Quán Bánh – Hưng Đông – Cửa Nam – Chợ Vinh – Bến Thủy – Trường Thi – Hưng Hòa – Bưu cục 3/2 cần được nâng cấp lên tốc độ truyền dẫn STM-64. Và giữa TT Vinh đi VTN đặt hai trạm ADM SDH tốc độ truyền dẫn STM-64. Các thiết bị này cần được mua mới Các thiết bị ADM SDH tại các điểm của mạng ring khu vực Cửa Lò - KCN Nam Cấm; Mạng ring cho các trạm của Huyện Quỳnh Lưu; Ring bảo vệ cho tuyến đường quốc lộ 7, và 48 mà ta đã nêu ở trên cần được nâng cấp lên tốc độ truyền dẫn STM-16. Các thiết bị này có thể mua mới hoặc được điều chuyển từ các trạm được nâng cấp. Các mạng ring khác vẫn sử dụng thiết bị ADM SDH ở tốc độ truyền dẫn STM-4 và STM-1. Hình 4.2.Cấu hình mạng truyền dẫn BĐT Nghệ An năm 2010 - 2012 RING 1: STM64 RING 6: STM16 RING 2: STM64 RING 3: STM16 4.4.2 Giai đoạn 2012 -2014 Trong giai đoạn này, nhu cầu trao đổi dữ liệu, thông tin của xã hội sẽ cao hơn so với giai đoạn trước đó. Trên cơ sở mạng quang đã có của Bưu điện tỉnh tôi xin đề xuất phương án truyền tải IP trên quang trong thời gian này là:IP/ Neaxt Generation SDH/ Optical. Với phương án này ta thấy : SDH là một lựa chọn cho lớp vật lý tốt nhất đối với việc truyền lưu lượng dữ liệu, bao gồm cả Ethernet, với những ưu điểm như: độ tin cậy, khả năng phục hồi, băng thông mềm dẻo và khá đơn giản trong quản lý. Với sự phát triển khá nhanh chóng của Ethernet, và việc áp dụng các chuyển mạch gói trong các mạng thế hệ sau đã thúc đẩy việc cải tiến SDH tối ưu hóa cho việc truyền dữ liệu trong khi vẫn giữ nguyên những ưu điểm của việc truyền lưu lượng TDM qua mạng SDH. Một trong các ưu điểm lớn nhất của SDH thế hệ sau là nó cho phép các nhà khai thác mạng đưa ra một công nghệ mới vào trong mạng SDH truyền thống bằng cách chỉ thay thế các phần tử mạng biên. Hình 4.3. SDH thế hệ sau Với khả năng này, cả hai dịch vụ TDM và dữ liệu gói được xử lý hiệu quả trên cùng một bước sóng. Bằng cách kết hợp VCAT, GFP, LCAS, các nhà cung cấp dịch vụ có một cách hiệu quả hơn để tối ưu mạng truyền dẫn SDH đối với các dịch vụ Ethernet. Để thực hiện được phương án này ta cần phải nâng cấp các trạm ADM SDH tốc độ truyền dẫn STM-16 lên tốc độ truyền dẫn STM-64, nâng cấp các trạm ADM SDH tốc độ truyền dẫn STM-4 lên tốc độ truyền dẫn STM-16. Còn đối với các tuyến cáp quang thì chỉ còn các huyện miền Tây Nghệ An như: Quế Phong, Quỳ Châu ở tuyến dường quốc lộ 48 và Kỳ Sơn ở tuyến dường quốc lộ 7 là không có dự phòng cần phải xây dựng tuyến mới để làm dự phòng. Tuy nhiên có thể gây tốn kém, chính vì vậy tôi đề xuất phương án trao đổi hay thuê đôi cáp quang của điện lực ở các tuyến trên để làm ring bảo vệ được cho các huyện trên đồng thời có thể rút các trạm vi ba hiện đang làm dự phòng tiết kiệm được nhân lực, kinh tế. 4.4.3 Giai đoạn sau năm 2014 Lúc này ở mạng truyền dẫn Nghệ An các dịch vụ không phải dịch vụ IP sẽ được truyền qua TDM/SDH và đi trên một bước sóng riêng trong DWDM. Còn các dịch vụ IP được truyền trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang DWDM có tốc độ NxSTM-16 ( với N= 8 hoặc 16 ). Sự thống nhất của mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các router IP hoạt động ở tốc độ Gbps hay Tbps phù hợp với giao diện quang có tốc độ cao. Và lúc này tại các trạm trên ring chính của tỉnh, và các trạm trên ring của thành phố Vinh được lắp đặt hệ thống DWDM. 4.5 Kết luận Tóm lại, trong chương này em trình bày khái quát về hiện trạng của mạng viễn thông tỉnh Nghệ An. Từ đó đưa ra những phân tích đánh giá về các kiểu kiến trúc để chọn giải pháp tối ưu áp dụng cho mạng viễn thông tỉnh Nghệ An. Quy hoạch và nâng cấp các thiết bị truyền dẫn để phù hợp với sự phát triển của mạng internet. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Việc ứng dụng kỹ thuật IP trên quang là một xu hướng tất yếu của mạng viễn thông hiện nay. Chính vì vậy, em đã chọn hướng nghiên cứu với đề tài:“Giải pháp truyền tải IP trên quang cho mạng viễn thông tỉnh Nghệ An”. Với mục tiêu tìm hiểu, học hỏi và hy vọng đóng góp một phần nhỏ kết quả nghiên cứu vào quy hoạch và phát triển mạng viễn thông của Bưu điện Tỉnh Nghệ An. Bản đồ án đã được hoàn thành với các nội dung chính sau: - Tổng quan về sự phát triển của Internet, công nghệ truyền dẫn. Tìm hiểu sơ bộ về ưu nhược điểm của các mô hình truyền dẫn IP trên quang. - Tìm hiểu xu hướng phát triển kỹ thuật truyền tải IP trên quang. - Tìm hiểu Internet Protocol – IP, với hai phiên bản là IPv4 và IPv6. Trong đó bao gồm: khuôn dạng gói tin, quá trình phân mảnh và tái hợp, vấn đề định tuyến, các đặc tính vượt trội của IPv6 so với IPv4 và sự chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6. - Tìm hiểu các kiến trúc tích hợp IP trên quang. - Đánh giá và phân tích các phương thức tích hợp IP trên quang, từ đó ứng dụng vào mạng viễn thông Nghệ An. Hướng phát triển của đề tài là nghiên cứu khả năng nâng cấp mạng SDH hiện tại lên thành mạng SDH thế hệ sau. Và sau cùng là tiến tới các dịch vụ của IP sẽ truyền trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang DWDM. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1]. GS.TSKH Đỗ Trung Tá (2001), Định hướng phát triển mạng Internet Việt Nam [2]. TS. Nguyễn Quý Minh Hiền (2002), Mạng viễn thông thế hệ sau, Nhà xuất bản Bưu Điện. [3]. TS. Cao Phán & KS. Cao Hồng Sơn, Cơ sở kỹ thuật thông tin quang, HVCN – BCVT, 6/2000. [4]. TS. Trần Hồng Quân, Ths. Đinh Văn Dũng, đề tài: Nghiên cứu xu thế phát triển của công nghệ IP, ATM và khuyến nghị ứng dụng trên mạng viễn thông Việt Nam, Mã số: 218-2000-TCT-RD-VP-40. [5]. KS. Đỗ Mạnh Quyết, đề tài: Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và đề xuất các kiến nghị áp dụng công nghệ MPLS trong mạng thế hệ sau NGN của TCT, Mã số: 005-2001-TCT-RDP-VT-01. [6]. KS. Võ Văn Hùng, đề tài: Giải pháp tích hợp IP trên quang, Mã số: 38-2002-TCT-RDP-VT. Tài liệu tiếng Anh [7]. Kenvi H.Liu, IP over WDM. Tài liệu trên Internet [1]. [2].