Tài liệu Nghiên cứu nâng cao dung lượng thông tin quang nội tỉnh

ii TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO DUNG LƯỢNG THÔNG TIN QUANG NỘI TỈNH Học viên:Võ Văn Khánh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: ………Khóa:K35 -Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Triển khai mạng truyền dẫn Metro đã được các nhà mạng triển khai rộng rãi, nhờ vào ưu điểm dễ dàng quản lý và mở rộng. Tuy nhiên, với nhu cầu ngày càng tăng của người dùng và tích hợp các dịch vụ mới việc nâng cao dung lượng của mạng truyền dẫn Metro là vấn đề cấp thiết. Nghiên cứu này đề xuất nhằm mở rộng dung lượng của mạng dựa trên sự phát triển của công nghệ ghép kênh, điều chế tín hiệu và bộ thu tín hiệu. Bài báo khái quát các tiến bộ về mặt công nghệ trong việc thu phát, truyền tải tín hiệu quang, và cả mô hình truyền dẫn truyền thống cũng được giới thiệu trong bài báo. Tác giả đã tóm tắt các kết quả đã đạt được và đưa ra các hướng phát triển tiếp theo. Từ khóa – mạng đô thị, thông tin quang, nâng cao dung lượng truyền dẫn quang, mạng metro, mạng cáp quang. Research method increase bandwidth in Metropolitan Area Networks Abstract - Metro transmission network has been widely deployed by operators, with the advantages of easy management and expansion. However, with the increasing demand of customers and the integration of new services, increasing the capacity of Metro transmission networks is an urgent issue. The objective of this research is to expand the bandwidth of the network based on the development of multiplexing, modulation and signal receiver technology. This article presents an overview of the technological advances in optical transceiver, transmission, and traditional transmission models are also presented. The achieved results are summarized and perspective of the work is provided. Key words - Metropolitan Area Networks, Metro Ethernet, optical network, transmission networks. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Diễn giải Dịch nghĩa Internet Protocol Giao thức Internet DP-QPSK Dual-polarization quadrature phase shift keying Điều chế khóa dịch pha cầu phương, phân cực kép MAN Metropolitan Area Networks Mạng vùng đô thị MEN Metro Ethernet Network Mạng Ethernet đô thị Dense Wavelength Division Multiplexer Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao APD Avalanche Photo Diode Diode quang thác APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ASE Amplifier Spontaneous Emission Nhiễu phát xạ tự phát BER Bit Error Ratio Tỷ số lỗi bit DCF Dispersion Compensated Fiber Sợi bù tán sắc DCM Dispersion Compensator Module Module bù tán sắc Demultiplexer Thiết bị tách kênh DSF Dispersion Division Multiplexer Sợi dịch chuyển tán sắc ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium FWM Four Wave Mixing Hiệu ứng trộn bốn bước sóng LD Laser diode Diode laser MUX Multiplexer Thiết bị ghép kênh Optical Add/Drop Mutplexer Bộ xen/rẽ bước sóng quang OBA Optical Booster Amplifier Bộ khuếch đại công suất OLT Optical Line Terminator Bộ kết cuối đường quang IP DWDM DEMUX OADM iv OLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đường dây OPA Optical Pre-Amplifier Bộ tiền khuếch đại OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang OTU Optical Transponder Unit Khối thu phát quang OSC Optical Supervisor Channel Kênh giám sát quang OSNR Optical Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm quang OXC Optical Cross Connect Khối kết nối chéo quang PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ do kích thích Brillouin SMF Single Mode Fiber Sợi đơn mode SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm SOA Semiconductor Optical Amplifier Khuếch đại quang bán dẫn SONET Synchronous Optical Networrk Mạng quang đồng bộ SPM Self Phase Modulation Điều chế tự dịch pha SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ do kích thích Raman XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo WDM Wavelength Division Multiplexer Ghép kênh theo bước sóng v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... I TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................... II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.....................................................................III DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... X MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Giới thiệu.................................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN DẪN METRO VÀ CÁC MÔ HÌNH THỰC TẾ .......................................................................................................3 1.1. Giới thiệu chương ................................................................................................3 1.2. Mô hình mạng truyền dẫn nội tỉnh truyền thống .................................................3 1.3. Khái niệm Metro Ethernet Network .....................................................................3 1.3.2.1 Động lực thúc đẩy ...........................................................................................7 1.3.2.2. Xu hướng phát triển .......................................................................................7 1.4. Các công nghệ Metro ...........................................................................................8 1.4.1. Ethernet over SONET/SDH ..............................................................................8 1.4.2 Truyền tải Ethernet( Ethernet Transport) .........................................................12 1.5. Các mô hình mạng Metro các nhà mạng Việt Nam triển khai...........................12 1.5.1. Mô hình Metro Cisco ......................................................................................12 1.5.2. Mô hình Metro của Nokia Siemens ................................................................13 1.6 Kết luận chương ..................................................................................................14 CHƯƠNG II BỘ THU COHERENCE VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU .........................................................................................................................15 2.1. Giới thiệu chương ..............................................................................................15 2.2. Coherence và bộ tách sóng trực tiếp ..................................................................15 2.3. Nguyên lý hoạt động hệ thống thông tin quang Coherence ...............................16 2.4. Kỹ thuật điều chế DP-QPSK ..............................................................................19 2.4.1. Điều chế tín hiệu DP-QPSK............................................................................19 vi 2.4.2. Giải điều chế tín hiệu DP-QPSK.....................................................................21 2.4.3 Bộ phát và bộ thu DP-QPSK............................................................................21 2.5 Kết luận chương ..................................................................................................22 CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM ...........................................................................................................23 3.1 Giới thiệu chương ...............................................................................................23 3.2 Nguyên lý cơ bản của ghép kênh theo bước sóng...............................................23 3.3 Các thành phần của hệ thống thông tin quang DWDM ......................................29 3.3.1 Máy phát/thu quang..........................................................................................29 3.3.2 Bộ ghép/tách kênh (Mux/Demux) ....................................................................30 3.3.3 Bộ xen/rớt quang (Add/Drop) ..........................................................................31 3.3.4 Bộ khuếch đại tín hiệu quang (Optical Amplifier) ..........................................31 3.3.5 Bộ thu phát tín hiệu quang (Transponder) .......................................................32 3.4 Mô tả hoạt động của hệ thống DWDM trong thực tế .........................................33 3.5 Kết luận chương ..................................................................................................34 CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG THÔNG TIN QUANG NỘI TỈNH ........................................................................35 4.1 Giới thiệu chương ...............................................................................................35 4.2 Thiết kế hệ thống .................................................................................................35 4.2.1 Tham số khởi tạo ..............................................................................................39 4.2.2 Tham số sợi quang ...........................................................................................39 4.2.3 Máy phát tín hiệu điều chế DP-QPSK .............................................................40 4.2.4 Máy thu tín hiệu ...............................................................................................40 4.2.5 Bộ điều chế tín hiệu số DSP.............................................................................41 4.2.6 Bộ drop tín hiệu WDM ....................................................................................41 4.3 Kết quả khảo sát hệ thống truyền dẫn thông tin quan nội tỉnh sử dụng các bước sóng điều chế DP-QPSK ...........................................................................................42 4.3.1 Mô hình 1: Thay đổi công suất ........................................................................42 4.3.1.1 Truyền tải 100Gbps/kênh ..............................................................................42 4.3.1.2 Truyền tải 400Gbps/kênh ..............................................................................45 4.3.2 Mô hình 2: Thay đổi cự ly truyền dẫn..............................................................46 vii 4.3.2.1 Truyền tải 100Gbps/kênh ..............................................................................46 4.3.2.2 Truyền tải 400Gbps/kênh ..............................................................................50 4.3.3 Mô hình 3: Thay đổi độ dài span (độ dài từng chặng) .....................................52 4.4 Kết luận chương ..................................................................................................55 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..............................................56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................57 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Tên hình Trang Mô hình mạng truyền dẫn nội tỉnh truyền thống tỉnh Bình Định Các thành phần cấu thành mạng metro Mạng metro với công nghệ TDM Mô hình TDM và Ethernet Kiến trúc phân lớp mạng Metro Ring sonet phân kênh cố định Sonet dạng mắt lưới Ethernet Over Sonet/SDH Chức năng EOS trong ADM Chức năng EOS trong chuyển mạch Chức năng EOS và chuyển mạch trong ADM Mô hình metro của CISCO Mô hình kết nối vật lý của nokia SIEMENS Mô hình dịch vụ của NOKIA Bộ tách Coherence Mô hình hệ thống truyền dẫn Coherence Sơ đồ điều chế tín hiệu DP-QPSK Sơ đồ khối của bộ thu DP-QPSK Coherence Sơ đồ chòm sao của DP-QPSK Mô tả tuyến thông tin quang ghép bước sóng Sơ đồ truyền dẫn một chiều trên hai sợi quang Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên một sợi quang Phân loại các bộ ghép bước sóng quang Mô hình máy phát và thu quang tín hiệu ánh sáng truyền trong sợi quang Với hiện tượng phản xạ toàn phần Ghép và tách kênh trong một hệ thống DWDM đơn hướng Ghép và tách kênh trong một hệ thống DWDM thực tế Mô tả hoạt động bộ xen/rớt quang – OADM Mô tả hoạt động bộ xen/rớt quang – OADM Mô tả hoạt động bộ khuếch đại quang Mô tả hoạt động bộ thu phát tín hiệu quang Mô hình hệ thống dwdm cấu hình ring Mô hình hoạt động của hệ thống DWDM cấu hình mesh Sơ đồ hệ thống khảo sát khi thay đổi công suất phát Sơ đồ hệ thống khảo sát khi thay đổi chiều dài toàn tuyến Sơ đồ hệ thống khảo sát khi thay đổi chiều dài span Biểu đồ phổ của tín hiệu với ghép 4 bước sóng Biểu đồ phổ của tín hiệu với ghép 10 bước sóng Tham số khởi tạo Tham số hoạt động cáp quang. 3 4 5 6 6 9 9 10 11 11 11 12 13 13 16 16 19 21 21 24 25 26 26 29 30 30 31 31 31 31 33 33 34 35 36 36 37 38 39 39 ix 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.15 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 Tham số hoạt động các máy phát tín hiệu điều chế DP-QPSK. Tham số hoạt động máy thu Coherence Tham số hoạt động bộ điều chế tín hiệu số DSP Tham số bộ wdm drop Biểu đồ khảo sát q-factor theo công suất phát Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 100gbps điều chế DPQPSK với công suất -6dbm Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 100gbps điều chế DPQPSK với công suất 0dbm Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 100gbps điều chế DPQPSK với công suất 3dbm Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với công suất -6dbm Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với công suất 0dbm Biểu độ q-factor theo chiều dài truyền dẫn Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 100gbps điều chế DPQPSK với chiều dài 50km. Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 100gbps điều chế DPQPSK với chiều dài 100km Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 100gbps điều chế DPQPSK với chiều dài 200km. Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với chiều dài 50km. Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với chiều dài 100km. Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với chiều dài 200km. Khảo sát q-factor theo độ dài từng chặng Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với chiều dài từng span 20km. Biểu đồ chòm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với chiều dài từng span 50km 40 40 41 41 42 42 43 44 45 46 47 47 48 49 50 51 52 53 53 54 x DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.1 Độ rộng phổ của kênh 29 1 MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu Lưu lượng dữ liệu trong các mạng thông tin đang tăng lên nhanh chóng do sự phát triển không ngừng của các dịch vụ băng rộng như video chất lượng cao hay điện toán đám mây (cloud computing) trong các trung tâm dữ liệu (datacenter); bên cạnh đó sự phát triển không ngừng về dung lượng truyền tải của mạng Internet băng rộng và mạng di động 3G, 4G, 5G. Theo thống kê, lưu lượng dữ liệu mạng Internet băng rộng tăng 50% mỗi năm. Hiện nay, các nhà mạng thường cung cấp và phát triển các dịch vụ cơ bản như sau: - Dịch vụ di động 2G, 3G, 4G. - Dịch vụ kênh thuê khách hàng doanh nghiệp, bao gồm L2VPN point- to-point/point-to-multipoint(P2P/VPLS), L3VPN. - Dịch vụ internet tốc độ cao (FTTH, ADSL). - Dich vụ IPTV. - Dịch vụ Video-On-Demand (VoD). Để cung cấp các kênh hạ tầng phục vụ cho kết nối các dịch vụ ở trên thì trong nội tỉnh các nhà mạng thường triển khai hệ thộng truyền dẫn Metro Ethernet. Đây là công nghệ với các ưu điểm mà có thể giúp các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ mạng giải quyết được vấn đề của hệ thống truyền dẫn SONET/SDH. Nhưng với sự bùng nổ của về nhu cầu lưu lương, và kết nối băng rộng mà cụ thể là triển khai mạng 5G trong tương lai sắp tới. Xu hướng này đặt ra yêu cầu băng thông vô cùng lớn đến mạng truyền dẫn cáp quang, đặc biệt là mạng thông tin quang nội tỉnh (Metropolitan optical network). Vì vậy, việc nghiên cứu một giải pháp để giúp nâng cao dung lượng thông tin quang nội tỉnh để tránh nghẽn và đáp ứng yêu cầu của các dịch vụ cho khách hàng trong tương lai đồng thời tận dụng các cơ sở hạ tầng cũ của nhà cung cấp dịch vụ là cấp thiết ở hiện tại. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đề xuất được một số giải pháp nâng cao dung lượng hệ thống thông tin quang nội tỉnh. 2 - Áp dụng mô phỏng nâng cao dung lượng cho một hệ thống thông tin quang sử dụng các thông số của mạng quang thực tế. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Mạng thông tin quang nội tỉnh. - Các kỹ thuật ghép kênh trong sợi quang. - Các bộ tách ghép tín hiệu quang. - Hệ thống thu phát điều chế cường độ/tách sóng trực tiếp (IM/DD: Intensity Modulation/Direct Detection). - Hệ thống thu phát tín hiệu quang coherence. - Các định dạng điều chế nhiều mức M-QAM như QPSK, 16QAM. Phạm vi nghiên cứu - Mạng thông tin quang nội tỉnh. - Mạng và hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng WDM. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các mô hình hệ thống truyền dẫn nội tỉnh cụ thể là hệ thống Metro của của các nhà mạng ở Việt Nam đã và đang được triển khai trên các tỉnh. - Nghiên cứu các phương pháp để nâng cao dung lượng hệ thống truyền dẫn hiện tại. - Sử dụng phần mềm mô phỏng chuyên dụng để mô phỏng, kiểm tra, đánh giá. Bố cục trình bày - Chương 1: Tổng quan về mạng truyền dẫn Metro và các mô hình triển thực tế. - Chương 2: Bộ thu Coherence và phương pháp điều chế tín hiệu. - Chương 3: Công nghệ DWDM và cơ sở ghép kênh theo bước sóng. - Chương 4: Mô phỏng phương pháp nâng cao dung lượng quang nội tỉnh. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN DẪN METRO VÀ CÁC MÔ HÌNH THỰC TẾ 1.1 Giới thiệu chương Mạng truyền dẫn là một trong các thành phần huyết mạch của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, tạo ra kết nối giữa các thiết bị trong mạng và kết nối trực tiếp tới người dùng. Và là một trong các yếu tố cốt lỗi để tạo ra sự khác biệt trong việc cung cấp và đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người dùng, tạo ra ưu thế cạnh tranh trong thị trường viễn thông đầy khốc liệt hiện nay. Vì vậy, các nhà mạng không ngừng đầu tư và áp dụng các công nghệ mới để hoàn thiện, phát triển mạng truyền dẫn của mình, đặc biệt với hệ thống truyền dẫn nội tỉnh, hệ thống kết nối trực tiếp tới người dùng. 1.2 Mô hình mạng truyền dẫn nội tỉnh truyền thống Khi chưa có công nghệ mạng truyền dẫn Metro, hầu hết các nhà mạng Việt Nam triển khai truyền dẫn nội tỉnh theo mô hình như bên dưới Hình 1.1. Mô hình mạng truyền dẫn nội tỉnh truyền thống tỉnh Bình Định Với mô hình truyền dẫn trên khá đơn giản, việc mở rộng khi có nhu cầu là rất khó khăn, tính mềm dẻo cũng như hỗ trợ nhiều loại dịch vụ hạn chế, đặc biệt khả năng dự phòng khi có sự cố còn nhiều nhược điểm dễ gây mất dịch vụ. 1.3 Khái niệm Metro Ethernet Network 1.3.1 Sự hình thành và phát triển của mạng Metro 4 Metro là phần đầu tiên mà khách hàng và doanh nghiệp kết nối tới mạng WAN. Những thực thể mà Metro bao gồm là khu dân cư (Residental), khách hàng doanh nghiệp lớn (Les – Large Enterprises), SOHO (Small Office/Home Office), các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMBs – Small Medium – size Bussiness)… Hình 1.2: Các thành phần cấu thành mạng Metro Mô hình mạng được phân cấp làm 3 lớp: ● Lớp lõi (CORE - MC). ● Lớp tập hợp (AGG). ● Lớp truy cập (ACCESS - CSG). Mạng Metro truyền thống dùng công nghệ TDM là chủ yếu, nó tối ưu các dịch vụ như thoại. Mạng Metro cơ bản gồm các thiết bị như: ILEC, DAC, ADM, TDM, SONET/SDH… 5 Hình 1.3: Mạng Metro với công nghệ TDM Đây là mô hình kết nối on-net và off-net tới khách hàng doanh nghiệp. Mạng on-net là mạng cáp quang sẽ kéo tới tận nhà của khách hàng và lắp đặt bộ ADM trong tòa nhà để kết nối tới các khách hàng khác trong tòa nhà qua giao diện kết nối là T1 hoặc DS3/Ocn. Bộ ghép kênh số M13 sẽ ghép các kênh T1 thành DS3 và các kênh DS3 thành các kênh Ocn để có thể truyền tải qua vòng ring SONET/SDH tới CO. Ngược lại, mạng off-net cáp quang không được kéo tới tòa nhà của khách hàng mà kết nối thông qua cáp đồng T1 hoặc DS3 được tập trung tại CO thông qua DAC. Các mạch tập trung được tạo kết nối chéo trong CO tới các core CO hoặc được truyền tải qua WAN tùy theo dịch vụ đó được yêu cầu. Chi phí lắp đặt và duy trì hoạt động của một mạng TDM rất đắt vì thế rất khó triển khai, bởi vì công nghệ TDM rất cứng nhắc, không mềm dẻo và kinh tế khi mở rộng theo yêu cầu của khách hàng. Chi phí để triển khai mạng Metro là tổng chi phí tiêu dùng cho thiết bị và chi phí hoạt động. Chi phí hoạt động bao gồm chi phí lên kế hoạch, lắp đặt, hoạt động, quản lý, duy tu bảo dưỡng, sửa chữa… và các chi phí này lên đến 70% của tổng chi phí cho mạng truyền tải, vì thế là gánh nặng cho vấn đề truyền tải khi lựa chọn sản phẩm và công nghệ để lắp đặt trên mạng. Chi phí để cung cấp dịch vụ cho khách hàng ảnh hưởng lớn đến thành công của truyền tải đó. Khó khăn của TDM còn đến với giao diện kết nối của nó, mỗi loại giao diện đã cố định sẵn băng thông của cố định. Ví dụ giao diện T1 băng thông là 1,5Mbps, DS3 là 45 Mbps, OC3 là 155Mbps… bởi vậy khi khách hàng yêu cầu băng thông lớn 6 hơn 1,5Mbps thì nhà cung cấp buộc phải dùng nhiều đường T1 hoặc dùng giao diện DS3. Việc thay đổi này dẫn đến đầu cuối khách hàng cũng thay đổi và chi phí cho phía nhà cung cấp dịch vụ tăng lên. Các dịch vụ DS1, DS3 và kênh DCn có thể mềm dẻo khi triển khái tăng băng thông nhưng chi phí các dịch vụ này cao và có tính chất giới hạn. Đây chính là động lực để phát triển Ethernet như là giao diện trong mạng Metro. Các giao diện Ethernet 10/100/1000 mở rộng tốt hơn từ tốc độ Megabit tới Gigabit Hình 1.4: Mô hình TDM và Ethernet Ngày này công nghệ Ethernet đã được triển khai rộng rãi, tính đơn giản của công nghệ Ethernet cho phép mở rộng băng thông dễ dàng với chi phí vẫn vậy Hình 1.5: Kiến trúc phân lớp mạng Metro 7 Một vài dịch vụ tiêu biểu của mạng Metro: - Dịch vụ kết nối Internet. - Dịch vụ mạng Lan to Lan. - Dịch vụ VPN lớp 2. - Truy cập tài nguyên từ xa. - Lan to Frame Relay - Storage Area Networks (SANs) - Dịch vụ truyền tải Metro. - Dịch vụ điện thọa nền IP. 1.3.2 Động lực thúc đẩy và xu hướng 1.3.2.1 Động lực thúc đẩy Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế và xu hướng hội nhập càng cao thì ở các đô thị và thành phố lớn nhu cầu trao đổi thông tin đa dạng cả về loại hình dịch vụ và tốc độ. Với sự hình thành và phát triển bùng nổ các tổ hợp văn phòng, khu công nghiệp, khu công nghệ cao, chung cư…các dự án phát triển thông tin của chính phủ, của các cơ quan làm cho nhu cầu trao đổi thông tin như trao đổi thoại, dữ liệu, hình ảnh, truy cập từ xa, truy cập băng rộng dẫn đến các vấn đề cần giải quyết. Các mạng nội bộ LAN chỉ có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với khoảng cách địa lý hẹp. Trong khi đó, nhu cầu kết nối với bên ngoài (truy cập Internet, truy cập cơ sở dữ liệu, kết nối chi nhánh văn phòng…) là rất lớn. Điều này dẫn đến có sở hạ tầng thông tin với công nghệ TDM sẽ rất khó đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin rất lớn như vậy cả về loại hình dịch vụ và cường độ trao đổi thông tin. Do vậy, việc tìm kiếm công nghệ để xây dựng cơ sở hạ tậng mạng đô thị đáp ứng được yêu cầu trao đổi thông tin nói trên là công việc cấp thiết đối với nhứng nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. 1.3.2.2. Xu hướng phát triển Metro Ethernet là thị trường rất sôi động với những lý do sau: - Sự phát triển về lưu lượng và kết nối băng rộng: có lẽ thách thức lớn nhất trong lĩnh vực mạng MEN chính là sự tăng trưởng theo hàm số mũ về lưu lượng đi qua mạng và sự phát triển chủ yếu là sự bùng nổ của dịch vụ truy cập Internet với 8 vai trò là phương tiện thông tin toàn cầu sử dụng rộng rãi bởi các cá nhân và các doanh nghiệp cho các mục đích nghiên cứu, kinh doanh và giải trí… - Bên cạnh sự xuất hiện của hàng triệu khách hàng mới thì bản chất của các ứng dụng trao đổi dữ liệu qua mạng Internet ngày càng đòi hỏi lượng băng thông lớn vì Internet đã trở thành một môi trường trực quan trao đổi thông tin một cách sinh động và khái niệm đa phương tiện đã trở nên quen thuộc. Đối với người sử dụng, sự xuất hiện của kết nối băng rộng bằng các hình thức kết nối với mạng cung cấp dịch vụ qua các tiện ích truyền dẫn dần được quang hóa thay cho cáp đồng cho phép tốc độ truy cập cao đáp ứng nhu cầu trao đổi lưu lượng với cường độ lớn của người dùng. Sự xuất hiện của các dịch vụ mới, sự đa dạng của các loại hình dịch vụ, - ngoài ra, xu hướng tích hợp dịch vụ để truyền trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất cũng là những yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển của mạng MEN. Với xu hướng phát triển mạng hiện nay, để đáp ứng yêu cầu người dùng các nhà mạng đã và đang triển khai các mạng Metro và tạo ưu thế cạnh trên trên thị trường viễn thông cạnh trạnh khốc liệt hiện nay. 1.4. Các công nghệ Metro Các dịch vụ của MEN không nhất thiết phải yêu cầu Ethernet như một công nghệ truyền cơ sở. Metro có thể truyền các công nghệ khác nhau như: - Ethernet over SONET/SDH (EOS). - Ethernet Transport. 1.4.1. Ethernet over SONET/SDH Nhiều nhà cung cấp dịch vụ trên thế giới đã bỏ ra hàng tỉ đô để xây dựng hạ tầng cơ sở SONET/SDH. Những nhà cung cấp muốn đây là đòn bẫy thúc đẩy việc truyền tải Ethernet thế hệ sau. Nhưng việc quản lý băng thông là cần thiết, bởi vì dung lượng thấp của ring SONET/SDH sẽ dễ dàng gặp phải quá tải khi sử dụng các dịch vụ dữ liệu. SONET/SDH truyền thống là công nghệ TDM đã được tối ưu hóa để truyền tải các lưu lượng dịch vụ thoại. Vì thế các nhà mạng muốn triển khai EOS cho truyền dữ liệu. Những hạn chế của SONET/SDH có thể chỉ ra là: - Phân kênh cố định: SONET cung cấp các mạch điểm nối điểm giữa các node trong vòng ring. Mỗi mạch được chỉ định một lượng băng thông tối đa cố định 9 giữa 2 điểm cuối, điều này gây Lãng phí khi link đó không hoạt động. Đây là điểm bất lợi cho lưu lượng dữ liệu có tính chất mở rộng. Hình 1.6: Ring SONET phân kênh cố định - Lãng phí băng thông cho mạng mắt lưới: nếu một mạng yêu cầu hình logic dạng mắt lưới. khi đó băng thông trên vòng ring của mạng phân chia thành 10 mạch. Việc cung cấp các mạch này đòi hỏi phải tạo ra 1 mạng mắt lưới logic qua vòng SONET không những rấ khó thực hiện mà còn giảm hiệu suất băng thông Hình 1.7: SONET dạng mắt lưới - Multicast traffic: Trên vòng SONET, lưu lượng multicast yêu cầu mỗi điểm nguồn chỉ định những mạch riêng biệt cho mỗi điểm đến. Những bản sao riêng 10 biệt của các gói sẽ được gởi đến các điểm đích. Kết quả là nhiều bản sao của các gói multicast sẽ đi vòng trên vòng ring gây lãng phí băng thông. - Lãng phí băng thông bảo vệ: theo lý thuyết, 50% băng thông của vòng ring sẽ đặt trước cho việc bảo vệ, dự phòng. Việc bảo vệ hoạt động của mạng rất quan trọng. SONET không linh hoạt trong việc sử dụng băng thông cho việc dự phòng bảo vệ. Tuy nhiên, EOS cung cấp dịch vụ Ethernet mà vẫn duy trì được các thuộc tính của hạ tầng SONET, như phục hồi nhanh SONET, giám sát chất lượng đường ring và sử dụng quản lý mạng OAM. Với EOS, khung Ethernet vẫn duy trì và đóng gói trong tải SONET tại lối vào và loại bỏ ở lối ra của mạng. Hình 1.8: Ethernet over SONET/SDH Toàn bộ khung Ethernet được đóng gói trong tiêu đề của EOS tại lối vào, khung Ethernet sau khi được ánh xạ vào khung tải đồng bộ SONET/SDH (SONET/SDH – Synchoronous Payload Envelope – SPE) và truyền đi qua ring SONET/SDH. Khung Ethernet sau đó được tách ra khỏi chức năng EOS ở lối ra. Có 2 chuẩn để truyền khung Ethernet qua mạng SONET/SDH: - LAPS – Ethernet qua LAPS được định nghĩa bởi ITU – T, được công bố chuẩn X.86 vào tháng 2 năm 2001. LAPS là giao thức không kết nối tương tự như HDLC. - GFP – cũng được chuẩn hóa bởi ITU – T, sử dụng liên kết dữ liệu đơn giản (SDL) như một điểm bắt đầu. Khác nhau giữa GFP và LAPS là GFP có định dạng khung phù hợp hơn. 11 Chức năng EOS được thể hiện bên trong thiết bị SONET/SDH hoặc bên trong thiết bị chuyển mạch gói. Hình 1.9: Chức năng EOS trong ADM Hình 1.10: Chức năng EOS trong chuyển mạch Hình 1.11: Chức năng EOS và chuyển mạch trong ADM Hình 1.9 mô tả chức năng EOS trong thiết bị ADM, điều này có được là sự kết hợp của bộ Framer/mapper được đặt trong line card hoặc daughter card của ADM mà có hỗ trợ EOS. Chức năng ánh xạ EOS theo X86 hoặc hoặc đóng gói GFP toàn bộ khung Ethernet và khung này được đóng gói trong SONET/SDH SPE. Từ đây SONET/SDH SPE được truyền qua khung SONET/SDH và được tách tại lối ra. Hình 1.10 mô tả chức năng EOS trong Switch, điều khác biệt là thiết bị dữ liệu và thiết bị truyền tải là các thực thể được sử dụng bởi các nhóm điều hành khác nhau trong cùng một nhà cung cấp. Việc này dễ hơn cho các thực thể quy định và không quy định để nhà cung cấp dịch vụ triển khai một dịch vụ mới. Các thực thể quy định chịu trách nhiệm cung cấp mạch SONET/SDH và các dịch truyền thống như thoại và leased line. Các nhóm không quy định thì sẽ triển khai các dịch vụ tầng cao hơn như dịch vụ dữ liệu. Chuyển mạch Ethernet truyền các dịch vụ dữ liệu với đầy đủ quyền