Giải pháp MOBILE BACKHAUL và phương án triển khai trên mạng viễn thông hưng yên

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG






NGUYỄN ĐĂNG THÀNH



GIẢI PHÁP MOBILE BACKHAUL VÀ PHƯƠNG ÁN
TRIỂN KHAI TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG HƯNG YÊN


NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ : 60.52.70


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2012

Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bùi Trung Hiếu


Phản biện 1: …………………………………………………………………………

Phản biện 2: …………………………………………………………………………




Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm 2012

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông





MỞ ĐẦU
Phát triển về công nghệ đã mở ra nhiều dịch vụ và ứng dụng mới cho thông tin di
động. Các dịch vụ và ứng dụng mới này đòi hỏi ngày càng nhiều hơn tài nguyên băng
thông. Mạng Mobile backhaul với truyền dẫn TDM truyền thống không còn khả năng
đáp ứng và đỏi hỏi chi phí cao khi mở rộng. Đồng thời xu thế phát triển của IP đang tạo
đà cho xây dựng và phát triển các mạng truyền dẫn với băng thông lớn và cực lớn cho
phép truyền dẫn từ bài Gbps đến hàng trăm Gbps. Việc dịch chuyển Mobile backhaul dựa
vào mạng truyền dẫn TDM truyền thống sang các mạng truyền dẫn băng thông lớn phù
hợp hơn với IP là xu thế tất yếu.
Hiện nay Tập đoàn BC-VT Việt Nam cũng như Viễn thông Hưng Yên đã hoàn thiện
việc triển khai mạng Metro truyền tải lưu lượng IP trên công nghệ Ethernet. Giải pháp
truyền dẫn E1/STM1 cho mạng backhaul có chi phí giá thành cao, phải đầu tư mới và
tính tối ưu không cao. Hướng sử dụng mạng MAN-E làm phân đoạn truyền tải cho mạng
mobile backhaul là phương án lựa chọn tối ưu cả về chi phí và kỹ thuật.

Nội dung luận văn nghiên cứu các tiêu chuẩn kỹ thuật của mạng mobile backhaul.
Trên cơ sở đó đưa ra giải pháp khuyến nghị triển khai trên MEN, phương án triển khai
trên mạng viễn thông Hưng Yên. Luận văn thực hiện gồm 3 chương:
- Chương 1: Trình bày các vấn đề tổng quan về mạng mobile backhaul.
- Chương 2: Hiện trạng MAN-E và Mobile backhaul Viễn thông Hưng Yên.
- Chương 3: Phương án triển khai mobile backhaul dựa trên mạng MAN-E của Viễn
thông Hưng Yên.

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MOBILE BACKHAUL
1.1. Khái niệm mạng Mobile backhaul
Mobile backhaul được xác định là phần mạng truyền tải nằm giữa các khối điều
khiển mạng vô tuyến (RNC) và trạm gốc mạng truy nhập vô tuyến (RAN BS).
Hạ tầng mạng mobile backhaul truyền thống sử dụng truyền dẫn TDM kết nối các
BTS/nodeB về các BSC/RNC. Hệ thống truyền dẫn TDM có băng thông cố định dùng
cho các dịch vụ luôn đảm bảo chất lượng, nhưng có chi phí cao, không chia sẻ được tài
nguyên cho các dịch vụ khác. Theo xu hướng phát triển công nghệ, các dịch vụ yêu cầu
băng thông ngày càng cao, việc mở rộng hệ thống truyền dẫn TDM tốn kém không hiệu
quả về kinh tế. Để đảm bảo tính cạnh tranh, tối ưu mạng, các nhà cung cấp dịch vụ di
động cần triển khai mạng truyền dẫn IP cho phân đoạn mobile backhaul (triển khai mạng
IP RAN).
1.2. Các công nghệ triển khai trong IP RAN
Hệ thống mạng 2G hoạt động trên nền tảng chuyển mạch kênh TDM. Để chuyển
sang mạng IP RAN, ta cần phải có các cơ chế hỗ trợ việc giả lập kênh dịch vụ CES
(circuit emulation service). Cơ chế CES sẽ thiết lập một “kênh TDM” trên mạng IP kết
nối các BTS về các BSC qua mạng IP. Một số giao thức hỗ trợ việc truyền kênh TDM
trên nền IP, làm nhiệm vụ giả lập kênh như CESoPSN (Structure-Aware TDM circuit
emulation service over packet switched network) và SAToP (Structure-agnosic TDM
over packet).
Đối với mạng 3G, bản chất đã hoạt động trên công nghệ chuyển mạch gói. Các
phương thức giả dây (Pseudowire) đóng vai trò hết sức quan trọng để kết nối từ các
nodeB về RNC qua mạng IP. Pseudowire (PW) là một cơ chế cho phép truyền tải các
thuộc tính cần thiết của một dịch vụ được giả lập từ một thiết bị cho một hoặc nhiều thiết
bị khác qua một mạng chuyển mạch gói. Một số công nghệ PW được sử dụng gồm công
nghệ L2TPv3(Layer 2 Tunelling Protocol version 3) trên mạng IP hoặc đường hầm
AToM trong mạng MPLS.
- Công nghệ CESoPSN và SAToP: Hai giao thức này làm chức năng chuyển đổi các

timeslot của các kênh TDM vào phần tải tin của các gói IP.

Hình 1.1: Các công nghệ CES
Điểm khác biệt chính giữa 2 giao thức CESoPSN và SAToP là SAToP đẩy tất cả 32
khung của kênh TDM vào tải tin gói tin IP mà không phân biệt timeslot rỗng, còn
CESoPSN chỉ đẩy các timeslot có chứa thông tin và bổ sung 1 trường để chỉ số timeslot
rỗng được bỏ qua trong phần tải tin. Do vậy, giao thức CESoPSN tối ưu, tiết kiệm băng
thông hơn so với SAToP
Công nghệ L2TPv3: L2TPv3 là một công nghệ pseudowire cho phép cung cấp các
dịch vụ lớp 2 qua mạng chuyển mạch gói. L2TPv3 được phát triển từ giao thức UTI cho
cơ chế đường hầm lớp 2.

Hình 1.2: Minh họa hoạt động của L2TPv3
- Công nghệ AToM: AToM là một công nghệ pseudowire sử dụng các mạng MPLS
cho phép cung cấp các dịch vụ lớp 2. Các nhiệm vụ chính của AToM bao gồm việc thực
hiện pseudowire giữa các router biên PE và truyền tải các gói tin lớp 2 qua những
pseudowire này.

Hình 1.3: Minh họa hoạt động của AToM
1.3. Các cơ chế đồng bộ
Trong hệ thống viễn thông, đồng bộ là yếu tố cực kỳ quan trọng quyết định độ chính
xác của thông tin, dữ liệu được chuyển tải. Trong hệ thống di động, việc BTS nhận đồng
bộ từ BSC là bắt buộc. Với hạ tầng mạng TDM kết nối qua các kênh E1/T1 thì đồng bộ là
chuyện đơn giản bởi luồng E1/T1 luôn dành riêng time slot để chuyển tải dữ liệu đồng
bộ. Chuyển sang backhaul trên nền IP (kể cả 2G và 3G) các giao diện E1/T1 chỉ là
“circuit emulation” đòi hỏi các thiết bị Pseudowire phải có khả năng nhận tín hiệu đồng
bộ từ BSC, chuyển tải nó lên mạng IP. Phía BTS thì thiết bị Pseudowire lại phải tái tạo
tín hiệu đó từ các gói IP, sau đó đẩy qua giao diện E1/T1 để thực hiện đồng bộ cho BTS.

Hình 1.4: Đồng bộ hóa trong mạng 2G

Khi chuyển qua IP RAN toàn bộ, Node B không còn cổng E1 nữa mà là IP. Như vậy,
việc triển khai mạng mobile backhaul trên mạng toàn IP đồng nghĩa với việc mất nguồn
đồng hồ TDM. Có một số giải pháp triển đồng bộ trên mạng IP như sau:
- Phương pháp khôi phục đồng hồ thích nghi (ACR).
- Synchronous Ethernet (SyncE): SyncE hoạt động trên lớp vật lý, có độ chính xác
±100ppm (tương tự qua SDH).
- Đồng bộ hóa theo IEEE 1588v2: IEEE 1588v2 (hay được biết như là PTP:
Precision Time Protocol) là một chuẩn giao thức cho phép việc truyền chính xác tần số và
thời gian để đồng bộ các đồng hồ qua mạng dựa trên gói tin. Nó đồng bộ hóa đồng hồ
slave cục bộ trên mỗi thiết bị mạng với một đồng hồ hệ thống Grandmaster và sử dụng
truyền tải tem thời gian để cung cấp độ chính xác cao (mức nano giây) trong đồng bộ hóa
để đảm bảo sự ổn định tần số của trạm.

Hình 1.6. Phân cấp master-slave trong 1588v2
1.4. Đảm bảo chất lượng dịch vụ trong IP RAN
1.4.1. QoS trong mạng IP nói chung
Theo ITU-T, QoS là tập hợp các ảnh hưởng của sự thực hiện dịch vụ (do mạng thực
hiện) tạo nên mức độ thỏa mãn cho người sử dụng dịch vụ đó. Trong thực tế khái niệm
QoS còn được hiểu rộng hơn theo nghĩa, hệ thống nào mà trong đó có sự phân loại, phân
biệt hay có sự xử lý khác biệt cho mỗi luồng dữ liệu dịch vụ.
1.4.2. Một số tham số đánh giá QoS
Các tham số cơ bản đánh giá QoS: Băng thông hiện thời (throughput), Trễ (Latency
hoặc Delay), Biến thiên trễ (Jitter), Tỷ lệ mất gói (packet loss).
Các chỉ số đánh giá chất lượng dịch vụ trong mạng IP:
- IPTD (IP transfer delay): trễ truyền dẫn, gồm trễ do khoảng cách, do xử lý tại các
nút chuyển mạch, các bộ đệm… .
- IPDV (IP delay variability): đây chính là các chỉ số về jitter.
- IPLR (IP packet loss ratio): là tỉ lệ mất gói trong mạng IP.
- IPER (Ip packet error ratio): là tỉ lệ gói bị lỗi khi truyền.
1.4.3. Một số giải pháp liên quan đến việc hỗ trợ QoS trên mạng IP

- Cơ chế dịch vụ tích hợp (Intserv): Mô phỏng lại như mạng chuyển mạch kênh trước
đây, nó sử dụng nguyên tắc đặt chỗ (tài nguyên) trước dùng giao thức RSVP cho từng
loại dịch vụ.

Hình 1.9. Mô hình Inserv
- Cơ chế dịch vụ phân biệt (DiffServ): Kiến trúc DiffServ này tiếp cận theo hướng xử
lý QoS tại các hop (PHB) mà không phải dựa trên luồng như intserv.

Hình 1.10. Mô hình diffserv
- Một số kỹ thuật quản lý QoS:
+ Phân lớp và đánh dấu (Classification and marking)
+ Policing và shaping
+ Tránh tắc nghẽn (Congestion-avoidance)
+ Quản lý tắc nghẽn (Congestion-management)
+ Định tuyến QoS (QoS routing)
+ Dành trước băng thông (Bandwidth Reservation)
+ Kiểm soát cuộc gọi vào mạng (Call Admission Control )
1.4.4 Các yêu cầu về QoS trong mạng mobile backhaul
Các yêu cầu về chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ trong mạng IP nói chung và cho
IP RAN được qui định trong các chuẩn Y.1541 và Y.1221của ITU-T.
Bảng 1.2. Phân lớp QoS trong chuẩn Y.1541

(Nguồn: ITU chuẩn Y.1541)
1.5. Các cơ chế dự phòng
Một số cơ chế dự phòng được triển khai trong mạng IP:
- IGP – fast reroute: IGP là công nghệ tích hợp tính toán lộ trình nhanh trên một bộ
định tuyến duy nhất dựa trên ISPF và PRC.
- MPLS TE: MPLS TE (MPLS traffice engineering) cung cấp một giải pháp tốt cho
độ tin cậy dịch vụ.
- VRRP: VRRP (Virtual router redundancy protocol) là giao thức thiết kế dự phòng

cho mạng LAN.
- LACP: LACP (Link Aggregation Control Protocol) là giao thức hoạt động ở lớp 2,
cho phép ghép 2 hay nhiều đường Ethernet vào thành 1 đường
- BFD: BFD (Bi-Direction Fault Detection) cho phép phát hiện lỗi trên các kênh giữa
các hệ thống, bao gồm kết nối vật lý trực tiếp, mạch ảo, đường hầm, MPLS LSP, kênh
định tuyến multi-hop và kênh gián tiếp.
- RSTP: Bản chất STP được thiết kế để tránh bị loop trong kết nối mạng LAN giữa
các switch.

Chương 2
HIỆN TRẠNG MẠNG MAN-E VÀ MẠNG MOBILE BACKHAUL VIỄN
THÔNG HƯNG YÊN
2.1. Kiến trúc MAN-E Viễn thông Hưng Yên
2.1.1. Khái niệm MAN-E
Mạng Ethernet đô thị là mạng sử dụng công nghệ Ethernet, kết nối các mạng cục bộ
của các tổ chức và cá nhân với một mạng diện rộng WAN hay với Internet. Bản thân
công nghệ Ethernet đã trở nên quen thuộc trong những mạng LAN của doanh nghiệp
trong nhiều năm qua; giá thành các bộ chuyển mạch Ethernet đã trở nên rất thấp; băng
thông cho phép mở rộng với những bước nhảy tùy ý là những ưu thế tuyệt đối của
Ethernet so với các công nghệ khác.
2.1.2. Kiến trúc mạng MAN-E
Theo định nghĩa của Metro Ethernet Forum tại MEF4 - Metro Ethernet Architecture
Framework part 1, mạng Metro Ethernet sẽ được xây dựng theo 3 lớp:

Hình 2.1 Mô hình mạng metro theo các lớp
2.1.3. Các dịch vụ trong mạng MAN-E
Các kiểu dịch vụ mạng MEN bao gồm các loại dịch vụ kết nối tương ứng với các loại
EVC (Ethernet virtual circuit)
- Dịch vụ điểm - điểm (E-LINE): Dịch vụ E-LINE dựa trên một kết nối ảo (EVC)
điểm - điểm.
- Dịch vụ đa điểm - đa điểm (E-LAN): Các dịch vụ cung cấp kết nối Ethernet ảo,
dạng đa điểm – đa điểm.
- Dịch vụ điểm - đa điểm (E-TREE): Các dịch vụ cung cấp kết nối Ethernet ảo, dạng
điểm – đa điểm.

2.1.4 Mạng MAN-E của Viễn thông Hưng Yên
Mạng MAN-E của Viễn thông Hưng Yên sử dụng thiết bị của hãng Huawei, dòng
Router NE40E.
Cấu hình mạng metro ethernet tại Viễn thông Hưng Yên gồm:
- 01 Ring Core: gồm 02 thiết bị NE40E-8 kết nối với nhau qua 02 giao diện 10G,
tốc độ ring core là 20 Gbps. Ring core có chức năng truyền tải các lưu lượng kết nối đến
mạng IP core và các lưu lượng VPN nội tỉnh.
- 05 Ring Access: có tốc độ 10Gbps, gồm các thiết bị NE40E-4 kết nối với nhau qua
01 cổng 10G, cấu hình trunking tạo thành các vòng ring 10G nội tỉnh. Các ring này có 2
đến 3 UPE kết nối về 2 node PE-AGG dể đảm bảo hoạt động và dự phòng.
Các ring access thu gom lưu lượng các IP DSLAM/MSAN/Switch L2 cung cấp các
dịch vụ viễn thông cho khách hàng. Hiện tại bao gồm các dịch vụ Internet, IPTV, VOD,
VPN.
Dưới đây là hình vẽ mô tả sơ đồ mạng MAN-E Viễn thông Hưng Yên.

-->