Nghiên cứu xây dựng mạng truyền tải quang theo hướng phát triển ngn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN NGỌC QUÝ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN TẢI
QUANG THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NGN

Ngành: Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
Mã số: 2.07.00

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. VŨ VĂN SAN

HÀ NỘI - 2006


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN TẢI VÀ PHƢƠNG
THỨC TRUYỀN DẪN THEO MẠNG THẾ HỆ SAU…………………….
1.1 TỔNG QUAN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG…………………………..
1.1.1 Cấu trúc mạng truyền tải truyền thống…………………………………...
1.1.2 Lớp truyền dẫn quang…………………………………………………….
1.1.3 Dịch vụ ghép kênh SDH/SONET………………………………………...
1.1.3.1 Chuẩn truyền dẫn đồng bộ ……………………………………………..
1.1.3.2 Cơ chế tạo khung và ghép kênh của SDH và SONET…………………

1.1.3.3 Mạng truyền tải SDH/SONET…………………………………………
1.1.4 Mode truyền dẫn không đồng bộ ATM………………………………….
1.2 MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ SAU…………………………………….
1.2.1 Các phƣơng thức truyền tải lƣu lƣợng IP………………………………..
1.2.2 Truyền tải gói động (DPT)……………………………………………….
1.2.3 So sánh và đánh giá các giải pháp tích hợp IP quang…………………….
1.3 KẾT LUẬN………………………………………………………………...
CHƢƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG TRUYỀN TẢI
WDM…………………………………………………………………………...
2.1 KỸ THUẬT WDM………………………………………………………...
2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ DWDM……………………………….
2.3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM………………………..
2.4 CÁC CẤU TRÚC CƠ BẢN CHO MẠNG WDM…………………………
2.4.1 Cấu trúc điểm-điểm………………………………………………………
2.4.2 Cấu trúc ring……………………………………………………………..
2.4.3 Cấu trúc mạng hình lƣới………………………………………………….
2.5 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WDM………………...
2.5.1 Nguồn phát quang………………………………………………………...
2.5.2 Sợi quang…………………………………………………………………
2.5.3 Thiết bị thu quang………………………………………………………..
2.5.4 Phần tử tách ghép kênh…………………………………………………...
2.5.5 Khuếch đại quang
2.6 CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ DÙNG TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI
QUANG………………………………………………………………………..
2.6.1 Thiết bị cuối đƣờng quang OLT………………………………………….

1
3
3
3

4
5
5
6
8
10
12
13
18
19
22
24
25
26
28
29
29
31
32
33
34
35
37
38
39
42
43


2.6.2 Bộ xen/rẽ quang OADM………………………………………………….

2.6.3 Thiết bị kết nối chéo quang OXC………………………………………...
2.7 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG WDM TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI THOẢ
MÃN TIÊU CHUẨN HỆ THỐNG…………………………………………….
2.8 KHÔI PHỤC MẠNG QUANG…………………………………………….
2.8.1 Bảo vệ quang……………………………………………………………..
2.8.2 Bảo vệ đƣờng truyền quang………………………………………………
2.8.3 Bảo vệ kênh quang……………………………………………………….
2.8.4 Bảo vệ đoạn ghép kênh quang……………………………………………
2.8.5 Phục hồi lớp dịch vụ……………………………………………………...
2.9 KẾT LUẬN………………………………………………………………...
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠNG WDM……………………………………..
3.1 TỔNG QUAN THIẾT KẾ MẠNG QUANG………………………………
3.2 TÍNH TỐN TỐI ƢU CHO TUYẾN TRUYỀN DẪN WDM ĐIỂMĐIỂM………………………………………………………………………….
3.3 THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN SỬ DỤNG KỸ THUẬT BÙ TÁN
SẮC…………………………………………………………………………….
3.4 THIẾT KẾ DỰA VÀO OSNR VÀ TÁN SẮC……………… …………….
3.5 ẢNH HƢỞNG CỦA FWM VÀ XPM TRONG VIỆC THIẾT KẾ CÁC
TUYẾN TRUYỀN DẪN ĐƢỜNG DÀI……………………………………….
3.6 THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG CÓ SỬ DỤNG CÁC THIẾT
BỊ NỐI CHÉO QUANG……………………………………………………….
3.6.1 Mơ hình xác định…………………………………………………………
3.6.2 Kết quả……………………………………………………………………
3.7 CÁC TRƢỜNG HỢP CỤ THỂ…………………………………………….
3.8 KẾT LUẬN………………………………………………………………...
CHƢƠNG 4 XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
PHỤC PHỤ TRIỂN KHAI MẠNG NGN TẠI VIỆT NAM………………..
4.1 TỔ CHỨC VÀ ĐỊNH HƢỚNG CHO CẤU TRÚC MẠNG NGN CỦA
VIỆT NAM…………………………………………………………………….
4.1.2 Mục tiêu xây dựng mạng truyền tải đƣờng trục, mạng truy nhập cho
NGN Việt Nam………………………………………………………………..

4.1.1 Đánh giá hiện trạng và cấu trúc mạng truyền dẫn đƣờng trục đơn kênh ở
Việt Nam………………………………………………………………
4.1.3 Đánh giá khả năng của hệ thống truyền quang đang sử dụng theo hƣớng

44
45
48
51
51
51
53
54
55
59
60
60
62
65
68
69
71
71
75
77
81
82
82
83
85

phục vụ cho NGN………………………………………………………………
4.1.4 Đánh giá về khả năng truyền tải lƣu lƣợng………………………………
4.1.5 Định hƣớng xây dựng mạng truyền tải đƣờng trục quốc gia……………..
4.2 XÂY DỰNG MẠNG TRUYỀN DẪN ĐƢỜNG TRỤC QUỐC GIA
HƢỚNG TỚI MẠNG NGN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN………….
4.3 KÉT NỐI MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG NGN…………………………
4.3.1 Các giải pháp kỹ thuật kết nối……………………………………………
4.3.2 Cấu hình và kết nối mạng truyền tải tiến tới NGN……………………….
4.3.3 Khai thác mạng truyền tải đƣờng trục WDM ở Việt Nam……………….
4.4 THIẾT KẾ, TÍNH TỐN TUYẾN THƠNG TIN QUANG WDM
TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG…………………………………….
4.4.1 Phƣơng pháp tính tốn……………………………………………………
4.4.2 Áp dụng tính tốn tuyến truyền dẫn……………………………………...
4.5 KẾT LUẬN………………………………………………………………...
PHẦN KẾT LUẬN……………………………………………………………

90
93
95
98
103
104
105
112
114
114
116
120
121

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu trúc đa lớp của mạng truyền tải.............................................................. 4
Hình 1.2 Cơ chế ghép kênh của SDH và SONET ....................................................... 8
Hình 1.3 Cấu trúc khung STM-1 ................................................................................... 8
Hình 1.4 Mạng SDH/SONET điển hình bao gồm các thiết bị ghép xen rẽ kênh và
kết nối số chéo ................................................................................................................ 10
Hình 1.5 Mơ hình tham chiếu mạng SDH/SONET gồm 3 lớp chức năng ............. 11
Hình 1.6 Xu hƣớng tích hợp IP/quang ....................................................................... 14
Hình 1.7 Các lớp logic và liên kết thiết bị trong cấu trúc IP/ATM/SDH/WDM ... 16
Hình 1.8 Các lớp logic và liên kết thiết bị trong cấu trúc IP/SDH/WDM ............. 17
Hình 1.9 Sự tƣơng ứng trong các lớp kiến trúc IP/GbE và các kiến trúc tải IP khác
........................................................................................................................................... 18
Hình 1.10 Ring DPT ...................................................................................................... 19
Hình 2.1 Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM ......................................................... 27
Hình 2.2 Hệ thống WDM đơn hƣớng.......................................................................... 29
Hình 2.3 Hệ thống WDM song hƣớng ........................................................................ 29
Hình 2.4 Cấu trúc điểm - điểm và cơ chế bảo vệ ...................................................... 31
Hình 2.5 Mạng WDM hai hƣớng hai sợi quang ........................................................ 32
Hình 2.6 Mạng WDM hai hƣớng bốn sợi quang ....................................................... 32
Hình 2.7 Cấu trúc Ring, điểm-điểm và hình lƣới ...................................................... 34
Hình 2.8 Cấu trúc của EDFA ....................................................................................... 40
Hình 2.9 Các cấu trúc khác nhau cho các hệ thống sử dụng khuếch đại quang sợi43
Hình 2.10 Thiết bị cuối quang OLT ............................................................................ 44
Hình 2.11 Cấu trúc chức năng của bộ OADM ........................................................... 45
Hình 2.12 OXC nằm giữa các thiết bị user của lớp quang và các OLT lớp quang 46
Hình 2.13 Các kiểu OXC khác nhau ........................................................................... 48
Hình 2.14 Hệ thống WDM kiểu tích hợp ................................................................... 49
Hình 2.15 Hệ thống WDM kiểu mở ............................................................................ 50

Hình 2.16 Cấu hình chuẩn định nghĩa giao diện quang của hệ thống đa kênh ...... 51
Hình 2.17 Bảo vệ trong cấu trúc OTN ........................................................................ 53
Hình 2.18 Cơ chế bảo vệ quang 1+1 ........................................................................... 53
Hình 2.19 Cơ chế bảo vệ quang 1:1 ............................................................................ 54
Hình 2.20 Cơ chế bảo vệ kênh quang 1:1 ................................................................... 54
Hình 2.21 Thiết OADM tái cấu hình lại có chế độ bảo vệ 1+1 đƣợc dùng trong
OUPSR............................................................................................................................. 56
Hình 2.22 Bảo vệ giao diện với chuyển mạch bảo vệ tự động ................................ 57
Hình 2.23 Bao bọc Ring bằng IP ................................................................................. 58
Hình 2.24 Cân bằng tải bằng OSPF thơng qua lõi mesh .......................................... 59
Hình 2.25 Luồng hoạt động và luồng dự phòng đƣợc thiết lập bằng cách sử dụng
các luồng chuyển mạch nhãn ........................................................................................ 59
Hình 3.1 Tỷ lệ lỗi bit BER là một hàm của tham số Q ............................................. 63


Hình 3.2 Độ thiệt thịi của tham số Q.......................................................................... 64
Hình 3.3 Cấu trúc WDM điểm-điểm sử dụng nhiều tầng khuếch đại ..................... 65
Hình 3.4 Độ thiệt thịi cơng suất phụ thuộc vào BLD ........................................... 67
Hình 3.5 Vị trí của DCU trong hệ thống nhiều tầng và giản đồ tán sắc ................. 68
Hình 3.6 Giản đồ tán sắc cho sơ đồ bù tán sắc sau.................................................... 69
Hình 3.7 Hiện tƣợng FWM khi khoảng cách các kênh bằng nhau.......................... 70
Hình 3.8 Hiện tƣợng FWM khi khoảng cách các kênh khơng bằng nhau.............. 71
Hình 3.9 Sơ đồ tổng quát thiết kế tuyến WDM ......................................................... 71
Hình 3.10 Bộ nối chéo (NxN) SD với M bƣớc sóng................................................. 74
Hình 3.11 Bộ nối chéo (NxN) MSD với M bƣớc sóng ............................................. 75
Hình 3.12 Suy hao phụ thuộc vào số nút mạng sử dụng SD .................................... 76
Hình 3.13 Suy hao phụ thuộc vào số nút mạng sử dụng MSD ................................ 77
Hình 3.14 So sánh hai trƣờng hợp sử dụng SD và MSD .......................................... 77
Hình 3.15 Suy hao khi có sự thay đổi của bộ giải ghép............................................ 77
Hình 3.16 Lời giải cho trƣờng hợp 1 ........................................................................... 78

Hình 3.17 Lời giải cho trƣờng hợp 3 ........................................................................... 80
Hình 4.1 Lớp truyền tải trong cấu trúc NGN ............................................................. 85
Hình 4.2 Cơ chế bảo vệ các kết nố giữa các vịng Ring ........................................... 88
Hình 4.3 Cấu hình tuyến đƣờng trục Bắc-Nam ......................................................... 89
Hình 4.4 Sơ đồ phân luồng đang dùng trên tuyến cáp quang 2,5Gpbs HNI-HCM90
Hình 4.5 Cấu trúc chuyển mạch PSTN giai đoạn 2000-2005 .................................. 96
Hình 4.6 Mạng chuyển tải trong cấu trúc NGN ......................................................... 98
Hình 4.7 Chức năng của ATM và IP trong các thành phần mạng SDH/SONET 100
Hình 4.8 Cấu hình mạng truyền dẫn tuyến đƣờng trục Bắc-Nam thời kỳ đầu giai
đoạn 1 ............................................................................................................................. 106
Hình 4.9 Cấu trúc kết nối mạng truyền dẫn bƣớc đầu giai đoạn 1 ........................ 107
Hình 4.10 Cấu hình mạng truyền dẫn tuyến đƣờng trục Bắc-Nam thời kỳ tiếp theo
giai đoạn 1 ..................................................................................................................... 108
Hình 4.11 Cấu trúc kết nối mạng truyền dẫn bƣớc tiếp theo giai đoạn 1 ............. 109
Hình 4.12 Cấu hình mạng truyền dẫn tuyến đƣờng trục Bắc-Nam giai đoạn 1 ... 110
Hình 4.13 Cấu trúc kết nối mạng truyền dẫn mạng thế hệ sau .............................. 111
Hình 4.14 Minh hoạ lớp vật lý quang WDM điểm-điểm ....................................... 112
Hình 4.15 Minh hoạ lớp vật lý quang WDM cấu hình ring ................................... 112
Hình 4.16 Cấu hình hệ thống WDM 20Gbps Bắc-Nam ......................................... 115
Hình 4.17 Tuyến truyền dẫn có sử dụng OADM, EDFA và OXC........................ 117
Hình 4.18 Độ khuếch đại của EDFA phụ thuộc vào cơng suất tín hiệu đầu vào với
bốn công suất bơm khác nhau ..................................................................................... 119


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tốc độ các giao diện của cơ chế ghép kênh SDH/SONET....................... 7
Bảng 2.1 Các bƣớc sóng của hệ thống WDM ............................................................ 36
Bảng 2.2 Các tham số của sợi SMF ............................................................................. 36
Bảng 2.3 Các tham số của sợi DSF.............................................................................. 37
Bảng 2.4 Các tham số của sợi NZ-DSF ...................................................................... 38

Bảng 3.1 Tham số tán sắc D ......................................................................................... 68
Bảng 4.1 Tính tốn cự ly truyền dẫn với các tham số suy hao thiết bị khác nhau 120


CÁC TỪ VIẾT TẮT
ABR
ADM
APD
APS
ASE
ATM
B-ISDN
BER
CBR
CoS
DCU
DEMUX
DLE
DPT
DWDM
DXC
EDF
EDFA
FWM
GVD
HDLC
IP
IPS
ISI
LA

LAN
MAC
MAN
MPLS
MPLS-TE
MSP

Available Bit Rate
Add-Drop Multiplexer
Avalanche Photodiode
Automatic Protection
Switching
Amplified Spontaneous
Emission
Asynchronous Transfer Mode
Broadband Integrated Service
Digital Network
Bit Error Rate
Constant Bit Rate
Class of Service
Dispersion Compensating
Unit
Demultiplexer
Dynamic Lightpath
Establishment
Dynamic Packet Transport
Dense WDM
Digital Cross Connection
Erbium Droped Fiber
Erbium Droped Fiber

Amplifier
Four Wave Mixer
Group Velocity Dispersion
High Level Data Link Control
Internet Protocol
Intelligent Protection
Switching
Intersymbol Interference
Line Amplifier
Local Area Network
Medium Access Control
Metropolian Area Network
Multiprotocol Label
Switching
MPLS-Traffic Engineering
Multiplex Section Protection

Tốc độ bít khả dụng
Bộ xen rẽ
Điốt quang thác
Chuyển mạch bảo vệ tự động
Bức xạ tự phát đƣợc khuếch đại
Mode chuyển giao không đồng bộ
Dịch vụ số tích hợp băng rộng
Tỷ lệ lỗi bít
Tốc độ bít khơng đổi
Lớp dịch vụ
Bộ bù tán sắc
Bộ giải ghép kênh
Thiết lập luồng quang động

Truyền tải gói động
WDM mật độ cao
Kết nối chéo số
Sợi pha tạp Erbium
Khuếch đại quang sợi có pha tạp
Erbium
Trộn bốn bƣớc sóng
Tán sắc vận tốc nhóm
Điều khiển đƣờng truyền số liệu
mức
Giao thức Internet
Chuyển mạch bảo vệ thông minh
Nhiễu xuyên ký hiệu
Bộ khuếch đại đƣờng
Mạng cục bộ
Điều khiển truy nhập đƣờng
truyền
Mạng khu vực nội thị
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS
Bảo vệ đoạn ghép kênh


MSOH
MUX
MZ
NF
NNI
OADM
OLT

OMS
OMS-DPRing
OMS-SPRing
OPS
OSNR
OTN
OTS
OXC
PDH
PIN
PMD
POS
POTS
POP
QoS
PPP
PT
RPR
RWA
SDH
SDLC
SMF
SONET
SPM
STM
STS
TM
VBR
VCI

Multiplexer Section Overhead
Multiplexer
Mach-Zehnder
Noise Figure
Network Node Interface
Optical Add-Drop Multiplexer
Optical Line Terminal
Optical Multiplxer Section
OMS Dedicated Protection
Ring
OMS Protection Ring
Optical Slitter
Optical Signal-to-Noise Ratio
Optical Transport Network
Optical Transmission Section
Optical Cross Connect
Plesiochronous Digital
Hierarchy
Psitive Instrinsic Negative
Polarization Mode Dispersion
Packet Over SDH/SONET
Plain Old Telephone Service
Point of Presence
Quality of Service
Point-to-Point Protocol
Payload Type
Reliable Packet Ring
Routing and Wavelenght
Assignment
Synchronous Digital

Hierarchy
Synchronous Data Link
Control
Single Mode Fiber
Synchronous Optical Network
Self Phase Modulation
Synchronous Transport
Module
Synchronous Transport Signal
Terminal Multiplexer
Variable Bit Rate
Virtual Channel Identifier

Mào đầu đoạn ghép kênh
Bộ ghép kênh
Bộ điều chế Mach-Zehnder
Hệ số nhiễu
Giao diện nút mạng
Bộ ghép kênh xen rẽ quang
Đầu cuối đƣờng quang
Đoạn ghép kênh quang
Vòng quang bảo vệ dùng riêng
OMS
Vòng quang bảo vệ dùng chung
OMS
Bộ tách quang
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu quang
Mạng truyền tải quang
Đoạn truyền dẫn quang
Nối chéo quang

Phân cấp cận đồng bộ
Cấu trúc PIN
Tán sắc phân cực mode
Gói trên SDH/SONET
Dịch vụ điện thoại thơng thƣờng
Điểm vào mạng
Chất lƣợng dịch vụ
Giao thức điểm-điểm
Loại tải tin
Vịng gói tin cậy
Định tuyến và gán bƣớc sóng
Phân cấp đồng bộ số
Điều khiển đƣờng truyền số liệu
đồng bộ
Sợi dẫn quang đơn mode
Mạng quang đồng bộ
Tự điều chế pha
Mô đun truyền tải đồng bộ
Tín hiệu truyền tải đồng bộ
Bộ ghép kênh đầu cuối
Tốc độ bit thay đổi
Bộ nhận dạng kênh ảo


VC
VC-n
VCC
VP
VPC
VPI

WDM
XPM

Virtual Channel
Virtual Containner - n
Virtual Channel Connection
Virtual Path
Virtual Path Connection
Virtual Path Identifier
Wavelength Division
Multiplexing
Cross Phase Modulation

Kênh ảo
Ngăn chứa ảo-n
Nhận dạng kênh ảo
Đƣờng dẫn ảo
Kết nối đƣờng ảo
Bộ nhận dạng luồng ảo
Ghép kênh theo bƣớc sóng
Điều chế pha chéo


1

MỞ ĐẦU
Cùng với sử phát triển của xã hội, nhu cầu phát triển thơng tin ngày càng địi
hỏi cấp bách trong cơng cuộc cơng nghiệp hố và hiện đại hố đất nƣớc. Hiện tại và
trong thời gian tới, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet
và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng,…ngày một ra tăng và không thể tách rời đối

với đời sống xã hội. Để đáp ứng nhu cầu đó, mạng viễn thơng địi hỏi phải có cấu
trúc hiện đại, linh hoạt và thoả mãn mọi nhu cầu về truyền tải lƣu lƣợng lớn và cung
cấp nhiều loại hình dịch vụ. Mạng phải có tổ chức đơn giản nhƣng phải có độ an
tồn mạng cao.
Trên thực tế, mạng viễn thơng nói chung và mạng truyền dẫn nói riêng đã có
một bƣớc tiến khá dài nhờ sự phát triển bùng nổ của các công nghệ mới và các nhu
cầu ngày càng cao của khách hàng. Tuy nhiên, trong tƣơng lai mạng truyền dẫn
không những chỉ thoả mãn cả về truyền tải lƣu lƣợng mà còn phải đáp ứng đƣợc
nhiều yêu cầu mới nhƣ: cấu trúc mạng phải đơn giản, công nghệ tiên tiến, mạng
phải đáp ứng thoả mãn mọi yêu cầu dịch vụ với độ thơng suốt cao, an tồn lớn và
đặc biệt là hết sức linh hoạt. Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi
từ tƣơng tự sang số, từ phân cấp cận đồng bộ (PDH) sang phân cấp số đồng bộ
(SDH) và gần đây là từ SDH sang WDM (ghép kênh theo bƣớc sóng). Mặc dù khả
năng truyền tải lƣu lƣợng của mạng hiện tại đã tăng lên rất nhiều nhƣng nó vẫn
chƣa thể thoả mãn hết nhu cầu của khách hàng. Khi dung lƣợng tăng mạnh nhƣ sự
gia tăng dung lƣợng Internet nhƣ hiện nay và trong thời gian tới thì cấu trúc mạng
dựa trên việc truyền tải tín hiệu điện dần khơng đáp ứng đƣợc và p hải chuyển sang
công nghệ truyền dẫn quang.
Mạng truyền tải quang sử dụng cơng nghệ WDM có đầy đủ khả năng đáp
ứng những yêu cầu đã nói ở trên. Việc áp dụng công nghệ này là một thực tế hiển
nhiên trong sự phát triển của mạng truyền tải. Với sức mạng tiềm tàng về công nghệ
thông tin quang, mạng truyền tải quang mới đƣợc coi nhƣ là một mạng truyền dẫn
duy nhất hứa hẹn khả năng thoả mãn mọi yêu cầu khắt khe trong việc truyền tải và
cung cấp dịch vụ viễn thông hiện nay và trong tƣơng lai. Để thực hiện những điều


2

đó, mạng truyền tải quang đƣợc phát triển để tập trung vào hƣớng để tạo ra một
mạng truyền tải với năng lực cao phục vụ cho nhu cầu phát triển của mạng viễn

thơng khi nó chuyển sang mạng thế hệ sau (NGN).
Tuy nhiên, để nghiên cứu cấu trúc và công nghệ mạng truyền tải này, có rất
nhiều các khía cạnh cần đƣợc giải quyết nhằm ngày càng hoàn thiện các đặc tính
nhƣ: cơng nghệ ghép bƣớc sóng quang, kỹ thuật truyền tải IP trên mỗi trƣờng
quang, kỹ thuật bảo vệ luồng quang , phƣơng pháp thiết kế mạng truyền tải quang,
các kỹ thuật định tuyến và gán bƣớc sóng quang,.. Các kỹ thuật này cho phép xây
dựng một mạng truyền tải thoả mãn các yêu cầu ở trên.
Với ý nghĩa đó đề tài: “Nghiên cứu, xây dựng mạng truyền tải quang theo
hƣớng phát triển mạng thế hệ sau (NGN) ” đƣợc trình bày trong luận văn là cần
thiết. Nội và kết quả thu đƣợc trong luận văn là kết quả của q trình học tập và
nghiên cứu của tơi tại Trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội với
mong muốn đóng góp một phần nhỏ bé trong lĩnh vực rộng lớn về truyền tải quang.
Với mục tiêu của đề tài, nội dung của luận văn đƣợc chia làm 4 chƣơng với
bố cục nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về mạng truyền tải và các phƣơng thức truyền tải
theo hƣớng mạng thế hệ sau(NGN).
Chƣơng 2: Trình bày về cấu trúc và công nghệ mạng WDM
Chƣơng 3: Đƣa ra các phƣơng pháp dùng để thiết các tuyến thông tin quang, mạng
truyền tải quang.
Chƣơng 4: Những đề xuất xây dựng cấu trúc mạng truyền tải quang cho mạng viễn
thông Việt Nam theo hƣớng NGN. Áp dụng các phƣơng pháp thiết kế trong chƣơng
3 để tính tốn tuyến truyền dẫn thông tin quang trong mạng truyền tải quang.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong quá trình thực hiện nhƣng nội dung của đề
tài là vấn đề lớn trong mạng hiện tại, hơn nữa do thời gian không nhiều cũng nhƣ
trình độ có hạn nên chắc chắn trong luận văn cịn có nhiều chỗ thiếu sót. Rất mong
nhận đƣợc sự góp ý của các Thầy Cơ, các chun gia chuyên ngành và những nguời
quan tâm để nội dung của luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.


3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN TẢI VÀ PHƢƠNG THỨC
TRUYỀN DẪN THEO HƢỚNG MẠNG THẾ HỆ SAU (NGN)

Trong chƣơng này, chúng ta sẽ xem xét tổng quan về hệ thống truyền tải
đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống viễn thông ngày nay và xu hƣớng phát triển
tiến tới mạng thế hệ mới. Các phần tử cơ bản của hệ thống , các khái niệm cơ bản,
các công nghệ truyền tải và yêu cầu đối với các cấu trúc để đáp ứng đƣợc những
yêu cầu chức năng đặt ra sẽ đƣợc mơ tả và trình bày.
1.1 TỔNG QUAN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
1.1.1 Cấu trúc mạng truyền tải truyền thống
Trong xây dựng và phát triển mạng viễn thông, các nhà cung cấp dịch vụ sử
dụng nhiều kỹ thuật mạng để tạo nên các hệ thống truyền tải quốc gia cũng nhƣ
quốc tế. Để làm đƣợc điều đó, họ đã phải đối mặt với những khó khăn cũng nhƣ
thách thức trong việc tìm ra các giải pháp tối ƣu đáp ứng cho các dịch vụ mà mình
cung cấp. Mỗi cơng nghệ mạng đƣợc nhà cung cấp đƣa ra sẽ tồn tại trong nhiều
mạng và cần phải có thời gian để xem xét tớnh hiu qu cú nú.

ADM

WDM

IP

Dịch vụ số liệu/
Internet

ATM

Tích hợp đa
dịch vụ

SONET/SDH

Optical/WDM

ADM

WDM

Hình 1.1. Cấu trúc đa lớp của mạng truyền tải

Cung cấp cơ chế
hợp kênh cố định
và bảo vệ mạng
Cho phép dung l-ỵng
trun dÉn lín


4

Các cấu trúc mạng truyền thống đƣợc xây dựng trên cấu trúc đa lớp. Các lớp này
đƣợc thể ở hình 1.1. Trong đó, lớp truyền tải quang đƣợc sử dụng làm môi trƣờng
truyền dẫn với những lợi điểm về băng thơng mà hiện tại chƣa có mơi trƣờng truyền
dẫn nào có thể so sánh với nó đƣợc. Tuy nhiên, trong thời điểm hiện tại, ở lớp
truyền dẫn quang này vẫn chƣa có các hệ thống định tuyến thơng minh. Để phân
phối băng thông hữu hiệu, lớp SDH/SONET đƣợc sử dụng ở rất nhiều các mạng
truyền thống với khả năng sử dụng băng thông hợp lý và một cơ chế bảo vệ thông
minh. Ở trên lớp này, lớp ATM đƣợc sử dụng nhƣ là một tuỳ chọn, nó cung cấp cơ

chế hợp kênh thống kê cũng với khả năng tích hợp nhiều loại hình dịch vụ tại cùng
một thời điểm. ATM đƣợc sử dụng cũng làm tăng cƣờng sự phối hợp cũng nhƣ tính
khả dụng của các lớp dƣới nó (lớp SDH/SONET, lớp quang). Hơn thế, ATM định
nghĩa một cơ chế định tuyến với mục đích tối ƣu hố lƣu lƣợng đƣợc phân phối qua
mạng bằng cách đƣa ra các dịch vụ với chất lƣợng dịch vụ QoS khác nhau.[8]
Nếu các nhà cung cấp dịch vụ không sử dụng các dịch vụ dựa trên nền IP thì
cấu trúc mạng sẽ cịn lại gồm 3 lớp sẽ tỏ ra hữu hiệu hơn. Do các ứng dụng dựa trên
nền IP sẽ làm tăng các dịch vụ IP trên mạng, một số cơ chế tích hợp IP với cấu trúc
hệ thống đã đƣợc đƣa ra trong đó MPLS tỏ ra là một cấu trúc có tính hiệu quả
cao.[19]
Cấu trúc mạng dựa trên các lớp đƣợc phát triển và thay đổi khi các nhà cung
cấp dịch vụ thay đổi các công nghệ mạng. Để hiểu đƣợc toàn bộ sự thay đổi trong
cấu trúc mạng hiện tại thì chúng ta cần hiểu một cách chi tiết về chức năng và các
đặc tính của các lớp trên. Vấn đề này sẽ đƣợc trình bày ngay tiếp sau đây.
1.1.2 Lớp truyền dẫn quang
Sợi quang đƣợc sử dụng làm mơi trƣờng truyền tải có khả năng truyền dung
lƣợng rất lớn. Nó rất phù hợp cho việc truyền dẫn trên các mạng đƣờng dài. Với các
kỹ thuật phát triển hiện tại (đối với nguồn laser và sợi quang), thì tín hiệu sẽ phải
khôi phục lại trong khoảng cách từ 40 đến 80 km. Tốc độ bít điển hình có thể đạt
đƣợc khi sử dụng các kỹ thuật điều chế tiên tiến cỡ khoảng 40G bps tƣơng ứng với
một bƣớc sóng. Nếu sử dụng đồng thời nhiều bƣớc sóng trên một sợi quang nhƣ ở


5

kỹ thuật ghép bƣớc sóng WDM thì dung lƣợng truyền dẫn có thể lên tới nhiều
Tb.[14]
Bằng cách sử dụng các kỹ thuật trên, các nhà cung cấp dịch vụ có thể xây
dựng mạng quang với dung lƣợng truyền dẫn lớn từ hàng Gbps đến vài Tbps. Khi
đó dung lƣợng truyền tải khơng cịn là lợi thế của các nhà cung cấp dịch vụ nữa mà

công nghệ sử dụng , khả năng tích hợp các dịch vụ sẽ là vấn đề quan trọng đối với
họ. Chính điều này đã làm nền tảng cho sự phát triển của các mạng truyền tải hiện
tại cũng nhƣ mạng truyền tải thế hệ mới.
1.1.3 Kỹ thuật ghép kênh SDH/SONET
Trƣớc đây, dịch vụ chủ yếu mà các nhà cung cấp dịch vụ đƣa tới khách hàng
là dịch vụ thoại truyền thống. Để làm điều này, họ sử dụng cơ cấu truyền dẫn phân
cấp không đồng bộ PDH để mang tín hiệu tốc độ thấp để biểu thị cho kết nối thoại
hay dữ liệu tốc độ thấp của khách hàng. Mạng PDH tồn tại một số hạn chế nhƣ là
tốc độ ghép kênh tối đa chỉ có thể đạt đƣợc là 139,246 Mbps hay tính hiệu quả của
việc truyền dẫn thấp bởi vì một số lƣợng lớn các dữ liệu thừa cần phải chèn vào
luồng để biểu diễn cho độ trễ giữa các tín hiệu khơng đồng bộ của các thiết bị trong
mạng. Thêm vào đó nữa là sự khơng tƣơng thích giữa các nhà sản xuất chỉ bởi ở cơ
chế ghép kênh chứ không phải trên phƣơng diện truyền dẫn. Để khắc phục vấn đề
này, kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ SDH/SONET đã ra đời; ta xẽ xem xét kỹ thuật này
nhƣ sau.
1.1.3.1 Chuẩn truyền dẫn đồng bộ
SDH và SONET đã khắc phục đƣợc những hạn chế của PDH và cho phép kết
nối với tốc độ bit cao trên 155Mbps. Những kết nối này phù hợp với yêu cầu gia
tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu cần thiết ngày nay. SDH/SONET cho phép triển khai
mạng TDM trên lớp truyền tải quang. Cả SDH/SONET đều định ng hĩa phân cấp
hợp kênh số, đảm bảo tính tƣơng thích của các thiết bị và cho phép thiết lập mạng
đồng bộ. Các chức năng chính là tín hiệu khách của các dịch vụ khác nhau nhƣ là
E0, E1, DS0, DS1, T1, ATM, và nhiều loại khác nữa đƣợc ghép vào các ngăn chứa
(payload) thích hợp và sau đó đƣợc ghép kênh vào tín hiệu quang đồng bộ. Cả SDH


6

và SONET có thể chứa các cấu trúc TDM khơng đồng bộ, SDH dựa trên các tín
hiệu E1, cịn SONET dựa trên tín hiệu DS1. Tốc độ cơ sở của SONET là

51.84Mbps hay cịn đƣợc gọi là tín hiệu truyền tải đồng bộ (STS-1), tƣơng đƣơng
với tín hiệu OC-1 của lớp quang. Để bảo đảm cả SONET và SDH có thể kết hợp
trong một cơ chế hợp kênh chung, SDH định nghĩa cấp độ cơ sở của nó là STM-1
bằng 3 lần cấp độ cơ sở của SONET tức là 155.52Mbps. Bảng 1.1 chỉ ra các cấp độ
tƣơng đƣơng của SONET và SDH.
Bảng 1.1. Tốc độ các g iao diện của cơ chế ghép kênh SDH/SONET
SONET

Tốc độ

SDH

STS-1/OC-1

51.84Mbps

-

STS-3/OC-3

155.52Mbps

STM-1

STS-12/OC-12

622.08Mbps

STM-4

STS-24/OC-24

1244.16Mbps

-

STS-48/OC-48

2488.32Mbps

STM-16

STS-192/ OC-192

9953.28Mbps

STM-64

1.1.3.2 Cơ chế tạo khung và ghép kênh của SDH và SONET
Dựa vào kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ, một lƣợng lớn các loại tín hiệu có thể
truyền qua đƣợc trong cơ sở hạ tầng của SDH và SONET. Các tín hiệu đƣợc chèn
vào hay lấy ra từ các giao diện nhánh (tributary) đƣợc ghép vào một ngăn chứa
thích hợp. Ngăn chứa này đƣợc gọi là nhánh ảo (virtual tributary) đối với SONET
và ngăn chứa ảo đối với SDH. Sơ đồ ghép kênh cho các tốc độ tín hiệu quan trọng
nhất đƣợc cho bởi hình 1.2. Với SONET , 4 VT1.5 và 3 VT2 đƣợc kết hợp lại thành
một nhóm VTG tƣơng ứng với luồng DS1. 7 VTG sau đó đƣợc kết hợp lại và đƣợc
ghép vào một khối cơ bản gọi là STM-1, tƣơng ứng với luồng DS3. Bởi vì giao diện
quang OC-1 thực tế không đƣợc sử dụng thƣờng xuyên do đó giao diện quang đầu
tiên của SONET là OC-3 và tƣơng ứng với tốc độ 155Mbps. Do đó, sau khi ghép
các VTG thành STM-1 thì 3 STM-1 đƣợc ghép vào giao diện OC-3.

Với SDH, 4 VC-11 và 3 VC-12 đƣợc kết hợp với nhau tạo thành nhóm khối
truyền dẫn (TUG-2) tƣơng ứng với tín hiệu luồng E1. 7 TUG-2 sau đó đƣợc kết
hợp với nhau và đƣợc ghép vào VC-3 tƣơng ứng với tín hiệu luồng E3. Giao diện


7

quang đầu tiên của SDH là giao diện STM-1 hoạt động ở tốc độ 155Mbps (tƣơng
ứng với giao diện OC-3 ở SONET). Một VC-3 có thể tự nó ghép vào giao diện
STM-1 theo hai cách khác nhau. Nó có thể ghép vào TUG-1 và 3 TUG-1 có thể kết
hợp lại thành VC-4, sau đó VC-4 đƣợc ghép vào giao diện STM-1. Cách thứ hai là
có thể ghép 3 VC-3 trực tip vo giao din STM-1.
SONET

SDH

Giao diện

Giao diện
STM-4

4x
STM-1

155Mbps

STS-12

OC-12

4x
1x

VC-4

OC-3

STM-3
STM-1

3x
3x
TUG-3

34Mbps

1x
VC-3

E-3
7x
3x
TUG-2
4x

VC-12
VC-11

2Mbps
1.5Mbps

E-1

3x
STS-1

45Mbps
DS-3
2Mbps

7x
VTG

3x
4x

VT-2
1.5Mbps
VT-1.5
DS-1

Hình 1.2. Cơ chế ghép kênh của SDH và SONET

Khi c bn ca SDH và SONET tƣơng ứng là STM-1 và STS-1. Cấu trúc
khung STM-1 đƣợc cho bởi hình 1.3. Chúng ta lƣu ý rằng khung STS-1 sử dụng
cho giao diện 51.48Mbps và khung STM-1 sử dụng cho giao diện 155Mbps. Do đó
khung STM-1 dài hơn khung STS-1 đến 3 lần. Từ quan điểm về chức năng, cấu trúc
của cả hai khung hầu nhƣ là giống nhau.
Các cột đầu tiên của khung đƣợc sử dụng để mang các thông tin mào đầu
của lớp SDH/SONET, các phần mào đầu này là LOH và SOH. Phần còn lại đƣợc
dùng để chứa các ngăn chứa đã ghép kờnh.

270 byte

SOH
Con trỏ
9 hàng

Vùng tải trọng (payload)

SOH

Độ dài khung : 125 s
H×nh 1.3. CÊu tróc khung STM-1


8

Con trỏ dữ liệu, một phần của MSOH (SDH) hay LOH (SONET) là chìa
khố trong cả hai cấu trúc đồng bộ. Các VC và VT có thể khơng đồng bộ với với
các khung STM/STS. Trong điều kiện lý tƣởng thì mạng SDH và SONET là đồng
bộ , nhƣng trong thực tế nó khơng đồng bộ hồn tồn vẫn có một phần nhỏ tín hiệu
đồng hồ bị lệch và mạng phải khắc phục đƣợc phần sai lệch này. Do đó, các VC và
VT đƣợc ghép vào các khung STS/STM với biên biến đổi chút ít. Con trỏ dữ liệu
đƣợc sử dụng để bảo đảm mối quan hệ cố định giữa phần biên của các khung
STM/STS và vị trí của các ngăn chứa đƣợc ghép vào khung dữ liệu.
Con trỏ của MSOH/SOH tƣơng ứng với vị trí của ngăn chứa bậc cao trong
khung. Ngăn chứa bậc cao có thể mang tín hiệu trực tiếp hay có thể mang các ngăn
chứa với cấp bậc thấp và có chứa phần con trỏ của nó mà trỏ tới các ngăn chứa cấp
bậc thấp.
Phần thông tin quan trọng thứ hai mang trong MSOH/SOH là các byte mào
đầu K1/K2 sử dụng cho mục đích bảo vệ chuyển mạch. Sử dụng các thông tin mang

trong các byte K1/K2, một giao thức báo hiệu bảo vệ đƣợc thiết lập và sử dụng bởi
mạng SDH/SONET để theo dõi trạng thái của mạng, phát hiện lỗi, và thực hiện các
hoạt động cần thiết để khôi phục lại lƣu lƣợng mạng.
1.1.3.3 Mạng truyền tải SDH/SONET
Mạng SDH/SONET điển hình thƣờng sử dụng 4 thành phần thiết bị mạng
khác nhau là:
1. Thiết bị ghép kênh xen/rẽ (ADM)
2. Thiết bị đầu cuối ghép kênh (TM)
3. Thiết bị kết nối chéo số (DXC)
4. Trạm lặp hoặc khuếch đại
Tất cả các thành phần trên đƣợc kết nối với nhau bằng môi trƣờng truyền dẫn
là sợi quang và cấu thành mạng SDH/SONET nhƣ hình 1.4
Trong hình 1.4 này, ADM đƣợc sử dụng cho mạng ring và TM đƣợc sử dụng
làm thiết bị đầu cuối tuyến tính. Nếu nhƣ khoảng cách giữa hai ADM tại ring quang
có giá trị suy hao tƣơng ứng vƣợt q quỹ cơng suất thì trạm lặp hay khuếch đại


9

quang sẽ đƣợc thêm vào và đặt giữa hai thiết bị ghép kênh. Trạm lặp sẽ đảm bảo
việc tái tạo và truyền dẫn tín hiệu khi cơng suất tín hiệu bị suy giảm khi truyền trên
sợi quang. Bộ ghép kênh đƣợc thiết kế với hai loại giao diện đó là giao diện trung
kế và giao diện nhánh. Giao diện trung kế đƣợc dùng để kết nối các bộ ghép kênh
với nhau. Giao diện nhánh đƣợc dùng để nối với các thiết bị đầu cuối nhƣ là các
router IP , chuyển mạch ATM, hay chuyển mạch điện thoại, tới các bộ ghép kênh.
Các loại giao diện nhánh nhánh của các bộ ghép kênh thƣờng bắt đầu từ cấp độ
phân cấp các giao diện trung kế tới các giao diện tốc độ thấp nhƣ DS-0, E1.
Chun m¹ch ATM
Chun m¹ch ATM
ADM

TM

IP
Router
ADM

TM

Ring
A

Giao diƯn
cÊp 3
ADM

DXC

ADM

Ring
B

Giao diện trung
kế

ADM

ADM

Hình 1.4. Mạng SDH/SONET điển hình gồm các thiết bị

ghép xen/rẽ kênh và kết nối số chéo

chuyn kt nối từ một mạng vòng này sang mạng vòng khác hay sang
một mạng điểm tới điểm ta phải sử dụng thiết bị kết nối chéo DXC. Trong hình 1.4
DXC đƣợc đặt giữa ring A, ring B và tuyến mạng điểm tới điểm C. Một bộ ghép
kênh từ mỗi phần mạng trên đƣợc nối với DXC sử dụng giao diện nhánh. Tuỳ thuộc
vào mức độ kết nối của phân cấp TDM cần phải kết nối chéo mà ta sử dụng các
DXC cùng với các giao diện nhánh thích hợp cần phải đƣợc sử dụng. Nếu kết nối
tại mức DS1/E1 cần phải đƣợc kết nối chéo thì gi ao diện nhánh DS1/E1 phải đƣợc
sử dụng để kết nối các bộ ghép kênh tới DXC và một DXC phải có khả năng
chuyển mạch đƣợc các luồng DS1/E1 phải đƣợc lựa chọn.
Mơ hình tham chiếu mạng cho chuẩn SDH/SONET dùng để định nghĩa một
cấu trúc chuẩn cho tất cả các cơ chế trong mạng hỗn hợp. Mơ hình này đƣợc xây


10

dựng từ mơ hình 3 lớp hình 1.5. Mỗi phần tử trong mạng có thể tham chiếu tới một
hay nhiều lớp trong cấu trúc tuỳ thuộc vào nhiệm vụ và chức năng của nó.
Líp lng (SONET)
Líp lng (SDH)
Líp ®-êng (SONET)
Líp phân đoạn ghép kênh (SDH)

Client
ADM
hay
TM

Lớp đoạn

(SONET)
lớp khoảng lặp
(SDH)

ADM
hay
TM
hay
DXC

Lớp
đoạn(SONET)
lớp khoảng lặp
(SDH)

Client
ADM
hay
TM

Hình 1.5. Mô hình tham chiếu mạng SDH/SONET gồm 3 lớp chức năng

Lp thp nht, c gi l lp on i với SONET và lớp khoảng lặp đối
với SDH dùng để truyền dẫn quang và phát lại tín hiệu. Tất cả các phần tử trong
mạng đều có phần thuộc lớp này. Các bộ phát lại đều chỉ tồn tại ở lớp này bởi vì
phát lại chỉ đơn giản là tăng cƣờng mức tín hiệu khi nó bị suy giảm sau khi đã
truyền đƣợc trong khoảng cách dài.
Lớp thứ hai, gọi là lớp đƣờng đối với SONET và lớp phân đoạn ghép kênh
đối với SDH. Ở lớp này các tín hiệu tốc độ thấp đƣợc hợp kênh hay tách ra từ các
tín hiệu của giao diện trung kế tốc độ cao. Các bộ ghép kênh và DXC là các thành

phần của lớp này.
Lớp thứ ba có nhiệm vụ đảm bảo việc phân phối các kết cuối-cuối và đƣợc
gọi là lớp luồng. Các thiết bị khách kết cuối tại các điểm cuối của kết nối là thành
phần của lớp này.
Mỗi lớp điều cần các thông tin điều khiển cụ thể phục vụ cho việc báo hiệu,
theo dõi vận hành, bảo vệ chuyển mạch. Các thông tin điều khiển này đƣợc mang ở
phần mào đầu của mỗi lớp. Do đó, một bộ ghép kênh thêm vào vài đƣờng mào đầu
(POH) vào tín hiệu đến từ các giao diện nhánh. Nó ghép tất cả các tín hiệu lại và
thêm vào đó phần mào đầu đoạn đối với SONET và phần mào đầu phân đoạn hợp
kênh đối với SDH. Cuối cùng, trƣớc khi truyền tín hiệu ra ngồi tới các phần tử
mạng tiếp theo, nó thêm vào tín hiệu phần mào đầu đƣờng dây (LOH) với SONET
và RSOH đối với SDH.


11

1.1.4 Mode chuyển giao không đồng bộ ATM
SDH/SONET đáp ứng đƣợc đầy đủ các yêu cầu của các nhà cung cấp dịch
vụ cho việc phân phối dịch vụ thoại cho khách hàng của họ. Điện thoại dùng công
nghệ TDM sử dụng kết nối định hƣớng và cần một độ rộng băng khơng đổi (64kbps
/ kênh thoại ) thậm trí cả khi khơng có dữ liệu để truyền. Đây là lý do tại sao cơ chế
ghép kênh và ấn định các ngăn chứa trong mạng SDH/SONET đƣợc tối ƣu hố cho
tín hiệu thoại. Đó là một độ rộng băng cố định đƣợc ấn định mỗi khi một kết nối
mong muốn đƣợc thực hiện.
Vào những năm 1980, một chuẩn mới đƣợc ra đời và dựa trên lớp
SDH/SONET để giúp cho việc phân phối băng thông một cách linh hoạt hơn. Kỹ
thuật này đƣợc gọi là mode chuyển giao không đồng bộ ATM. Nó hoạt động với
các khe đồng bộ đƣợc gọi là các tế bào. Tuy nhiên các tế bào này không nhất thiết
phải truyền chỉ theo tính chu kỳ nhƣ trong trƣờng hợp khe thời gian của mạng TDM
mà ATM định nghĩa các dịch vụ truyền gói theo u cầu ví dụ nhƣ khi có c ác mẫu

tiếng nói mới của một kết nối thoại cần đƣợc truyền. Điều này có nghĩa là trong
khoảng thời gian n lặng sẽ khơng có các tế bào đƣợc truyền đi và do đó độ rộng
băng không bị chiếm dụng bởi các tế bào rỗi.
Công nghệ ATM đƣợc phát triển nhằm mục đích làm cơ sở để thực hiện
mạng băng rộng B-ISDN. Các đặc điểm của cơng nghệ ATM:
o Để có thể truyền tải thơng tin với các tốc độ khác nhau, công nghệ ATM sử
dụng các gói tin ngắn có chiều dài cố định là 53byte và đƣợc gọi là tế bào ATM.
o Công nghệ ATM cho phép truyền thông tin với tốc độ cao, với các kiểu lƣu
lƣợng khác nhau, và có thể đáp ứng QoS ở các mức độ khác nhau tuỳ theo yêu
cầu của ngƣời sử dụng. Đặc điểm này cho phép sử dụng công nghệ ATM để xây
dựng một mạng thống nhất cho các loại hình dịch vụ.
o Là cơng nghệ chuyển mạch hƣớng kết nối. Có thể cung cấp nhiều kết nối (kênh
ảo vĩnh cửu, bán vĩnh cửu, kênh ảo chuyển mạch)
o Có thể sử dụng với nhiều loại cấu hình (nhƣ điểm-điểm, điểm-đa điểm, đa điểmđa điểm).


12

o Khả năng quản lý băng tần hiệu quả. So với cơng nghệ truyền tải tín hiệu phân
khe thời gian (PDH và SDH), ATM nổi trội hơn ở khả năng phân bổ băng tần
truyền dẫn linh hoạt cho ngƣời sử dụng.
o Dễ dàng giám sát:
Nhà khai thác chỉ việc lựa chọn điểm đầu vào và ra của mạng, chuyển
mạch ATM sẽ thực hiện chức năng định tuyến qua mạng với đƣờng tối ƣu.
Khi số lƣợng kết nối tăng, giám sát kết nối có thể thực hiện thơng qua hệ
thống nghiệp vụ nối kết trực tiếp đến hệ thống quản lý.
o Khả năng triển khai nhanh. Độ tin cậy cao và khả năng phục hồi mạng nhanh
trong trƣờng hợp có sự cố nhờ các chức năng quản lý theo lớp và khả năng định
tuyến linh hoạt. Ngoài ra, trong các phần mào đầu của mỗi tế bào ATM đều có
chứa trƣờng kiểm tra lỗi để bảo vệ cho phần còn lại của phần mào đầu.

o Khả năng hỗ trợ mạng hiện có (thoại, số liệu, video với chất lƣợng dịch vụ cao):
Thiết bị ATM có nhiều giao diện hữu dụng đối với những dịch vụ
thoại/hình ảnh hiện có.
Có khả năng giao tiếp với các hệ thống SDH, PDH, IP, chuyển tiếp
khung…, và hỗ trợ IP thông qua MPOA.
1.2 MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ SAU
Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ
mạng mới , do đó lƣu lƣợng IP sẽ tăng nhanh và thay thế cho các giao thức khác.
Trong khi IP đƣợc xem nhƣ là cơng nghệ mạng phổ biến thì cơng nghệ quang tiên
tiến cho phép truyền tải dung lƣợng lớn. Với dung lƣợng truyền dẫn lớn nhờ kỹ
thuật DWDM và khả năng cấu hình mềm dẻo nhờ bộ nối chéo quang OXC đã cho
phép xây dựng các mạng quang linh hoạt hơn. Nhờ đó các kết nối luồng quang có
thể đƣợc thiết lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là điều
khiển luồng này tức là phát triển các cơ chế các thuật toán cho phép thiết lập các
luồng quang nhanh, hiệu quả về băng tần và cung cấp khả năng phục hồi khi có sự


13

cố mà vẫn đảm bảo đƣợc tính tƣơng thích giữa các thiết bị của các nhà cung cấp
khác nhau.
Nguyên nhân chủ yếu của sự phức tạp trong điều hành quản lý mạng chính là
sự phân lớp của mạng truyền thống. Các cấu trúc mạng truyền thống có nhiều lớp
mạng độc lập với nhiều chức năng chồng chéo nhau, thƣờng xuyên có sự mâu thuẫn
lẫn nhau và có phƣơng thức khác nhau. Vì vậy một trong những giải pháp để giảm
chi phí xây dựng và quản lý mạng đó là giảm bớt số lớp giao thức. Khi dung lƣợng
và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và quang tăng lên thì cần tối ƣu
mạng IP và bỏ qua tất cả các lớp trung gian để tạo nên một mạng hiệu quả và mềm
dẻo. Tuy nhiên, các lớp trung gian này cung cấp một số các khả năng có giá trị cao
nhƣ kỹ thuật lƣu lƣợng TE và cơ cấu phục hồi hệ thống khi có sự cố nhƣ ở

SDH/SONET; các cơ cấu này đã đƣợc kiểm tra tính hữu hiệu thông qua thực tế.
Nhƣ vậy, những chức năng này cần phải đƣợc giữ lại trong mạng IP/quang bằng
cách đƣa chúng lên lớp IP hoặc xuống dƣới lớp quang hay tốt nhất là tạo thành một
lớp riêng. Hình 1.6 minh hoạ xu hƣớng tích hợp các giao thức tích hp trờn mng
IP/quang hin nay.
Yêu cầu
mạng riêng ảo và QoS

IP

IP

IP QoS
ATM

Phục hồi IP

SONET/SDH
Yêu cầu
bảo vệ ring

WDM

Phục hồi quang

WDM

Hình 1.6. Xu h-ớng tích hợp mạng IP/quang

1.2.1 Cỏc phng thc truyn ti lƣu lƣợng IP

Kết hợp công nghệ IP và WDM trên cùng một cơ sở hạ tầng là vấn đề đƣợc
nhiều nhà kiến trúc mạng quan tâm. Có nhiều phƣơng pháp để truyền tải lƣu lƣợng
IP thông qua môi trƣờng sợi quang. Nội dung của chúng đều tập trung vào việc
giảm thiểu kích thƣớc mào đầu khi đi qua các lớp trung gian trong khi vẫn phải bảo
đảm cung cấp chất lƣợng dịch vụ với các QoS hay CoS yêu cầu, và độ kh ả dụng
cũng nhƣ tính bảo mật của mạng cao.


14

Có hai xu hƣớng cho sự chuyển đổi này đó là, thứ nhất vẫn dữ lại các công
nghệ cũ, dàn xếp các tính năng phù hợp cho các lớp mạng trung gian nhƣ ATM,
SDH/SONET để truyền tải gói IP trên mạng WDM hoặc tạo ra công nghệ và giao
thức mới. Đối với kiến trúc mạng IP đƣợc xây dựng dựa vào các cơng nghệ nhƣ
ATM, SDH, WDM , do có nhiều lớp liên quan nên tồn tại nhiều dƣ thừa trong mạng
khiến cho việc quản lý và điều hành phức tạp, tốn kém. Hơn nữa kiến trúc này sử
dụng chủ yếu để cung cấp các cho các dịch vụ thoại và th kênh. Bởi vậy, nó
khơng cịn phù hợp cho các loại dịch vụ chuyển mạch gói mà đƣợc thiết kế tối ƣu
cho việc truyền số liệu và truyền tải lƣu lƣợng IP.
Một số nhà cung cấp dịch vụ và tổ chức tiêu chuẩn đã đề xuất giải pháp mới
cho việc khai thác IP trên một kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp quang cung cấp
băng tần cho truyền dẫn. Những giải pháp này cố gắng giảm bớt tính năng dƣ thừa,
mào đầu phức tạp, đơn giản hố cơng việc quản lý và qua đó truyền tải IP trên lớp
quang càng hiệu quả càng tốt. Tất cả chúng đều liên quan đến việc đơn giản hoá các
ngăn giao thức , nhƣng chỉ có một số giải pháp hứa hẹn là sẽ đem lại hiệu quả cao
nhƣ gói trên SDH/SONET, Gigabit Ethernet, và truyền tải gói động (DPT)
1)

Kiến trúc IP/PDH/WDM

Truyền tải IP qua mơi trƣờng PDH có thể thực hiện dựa trên giao thức PPP
và khung PDH ở lớp 2. Lớp vật lý bao gồm các bƣớc sóng WDM và sợi quang. Để
cải thiện chức năng mạng ( bảo vệ và khơi phục mạng ) cho PDH thì các khung của
nó sau đó sẽ đƣợc ghép vào các khung SDH trƣớc khi truyền trên bƣớc sóng quang.
Ngày nay do sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ ghép kênh (nhƣ công nghệ
SDH) và đặc biệt là công nghệ truyền dẫn hồn tồn quang nên vai trị cua PDH
trong mạng đã đƣợc thay thế bằng công nghệ hiện đại hơn và điểm quan trọng nhất
đó là chất lƣợng và thuộc tính nhƣ bảo vệ mạng, tốc độ truyền dẫn của công nghệ
PDH không phù hợp cho việc truyền tải số liệu (đặc biệt là các gói IP) nên nó khơng
đƣợc sử dụng trong mạng tƣơng lai.
2)

Kiến trúc ip/atm/sdh/wdm


15

Kiểu này đƣợc sử dụng rộng rãi trong các mạng trục ngày nay. ATM đã đƣợc chuẩn
hố. Cơng nghệ này cung cấp nhiều tính năng rất mạnh cho việc thiết kế lƣu lƣợng
và cả QoS lẫn CoS. Các gói IP đƣợc phân tách trong tế bào ATM và đƣợc gán vào
các kết nối ảo VC qua card đƣờng truyền SDH/ATM trong bộ định tuyến IP. Tiếp
đến các tế bào ATM đƣợc ghép vào khung SDH và đƣợc gửi tới chuyển mạch ATM
hoặc trực tiếp tới bộ chuyển đổi WDM để chuyn ti qua lp mng quang nh hỡnh
1.7
IP

Luồng (thuê)
riêng Thoại
ATM

Định tuyến IP
Luồng (thuê)
riêng

Khung SDH bao
gói tế bào ATM

Thoại
Lớp quang

Chuyển mạch
ATM

STM-4
STM-16

Lớp quang OLT/
OADM/OXC

(b)

(a)
Hình 1.7. Các lớp logic và liên kết thiết bÞ trong cÊu tróc IP/ATM/SDH/WDM

Hiện tại cách thực hiện bảo đảm QoS cho dịch vụ IP là cung cấp băng tần
cố định giữa các cặp thiết bị định tuyến IP cho từng khách hàng (quản lý QoS lớp
2). ATM thực hiện điều này với tính hạt băng tần thay đổi nhờ các kênh ảo cố định
(PVC) qua hệ thống quản lý ATM hoặc thiết lập kênh chuyển mạch ảo (SVC) linh
hoạt, tất cả nằm trong luồng ảo (VP). Hoặc cũng có thể sử dụng phƣơng pháp ghép
kênh thống kê cho phép ngƣời dùng có thể truy nhập băng tần phụ trong một

khoảng thời gian ngắn. Điều này đảm bảo băng tần tuỳ ý và cố định từ 1 Mbps đến
vài trăm Mbps cho các khách hàng khác nhau. Ngoài ra, với tính hạt mịn của băng
tần có thể cho phép các bộ định tuyến IP kết nối logic mạng mesh một cách dễ
dàng, do trễ đƣợc giảm thiểu giữa các bộ định tuyến trung gian. Một lợi điểm khác
của việc sử dụng giao thức ATM là khả năng thực hiện các hợp đồng lƣu lƣợng
khác nhau với nhiều mức chất lƣợng dịch vụ tuỳ theo ứng dụng yêu cầu. Đối với
lƣu lƣợng IP (thực chất là phi kết nối), mạng ATM sẽ chủ yếu sử dụng hợp đồng
lƣu lƣợng UBR. Tuy nhiên, nếu các ứng dụng IP nào đó yêu cầu mức QoS riêng,
đặc biệt với các ứng dụng thời gian thực cần sử dụng năng lƣợng chuyển giao