Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nâng cao dung lượng thông tin quang nội tỉnh

.....

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ VĂN KHÁNH

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO DUNG LƯỢNG
THÔNG TIN QUANG NỘI TỈNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 8520203
LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN TẤN HƯNG

Đà Nẵng - Năm 2019


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu nâng cao dung lượng thông tin quang
nội tỉnh” là do tơi tự tìm hiểu và nghiên cứu và hồn thành dưới sự hướng dẫn của
TS. NGUYỄN TẤN HƯNG
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này.
Đà Nẵng, ngày tháng

năm 2019

Học viên

Võ Văn Khánh


ii
TĨM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO DUNG LƯỢNG
THƠNG 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 mơ 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 đơ 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 MƠ
HÌNH THỰC TẾ .......................................................................................................3
1.1. Giới thiệu chương ................................................................................................3

1.2. Mơ 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 mơ hình mạng Metro các nhà mạng Việt Nam triển khai...........................12
1.5.1. Mơ hình Metro Cisco ......................................................................................12
1.5.2. Mơ 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 thơng 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 Mơ hình 1: Thay đổi cơng suất ........................................................................42
4.3.1.1 Truyền tải 100Gbps/kênh ..............................................................................42
4.3.1.2 Truyền tải 400Gbps/kênh ..............................................................................45
4.3.2 Mơ 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

Mơ hình mạng truyền dẫn nội tỉnh truyền thống tỉnh Bình Định
Các thành phần cấu thành mạng metro
Mạng metro với cơng nghệ TDM
Mơ 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
Mơ hình metro của CISCO
Mơ hình kết nối vật lý của nokia SIEMENS
Mơ hình dịch vụ của NOKIA
Bộ tách Coherence
Mơ 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 chịm sao của DP-QPSK
Mơ tả tuyến thơng 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
Mơ 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
Mơ tả hoạt động bộ thu phát tín hiệu quang
Mơ hình hệ thống dwdm cấu hình ring
Mơ 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 chịm sao tín hiệu bước sóng 100gbps điều chế DPQPSK với cơng suất -6dbm
Biểu đồ chịm sao tín hiệu bước sóng 100gbps điều chế DPQPSK với cơng suất 0dbm
Biểu đồ chịm sao tín hiệu bước sóng 100gbps điều chế DPQPSK với cơng suất 3dbm
Biểu đồ chịm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với cơng suất -6dbm
Biểu đồ chịm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với công suất 0dbm
Biểu độ q-factor theo chiều dài truyền dẫn
Biểu đồ chịm 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 chịm 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 chịm 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 chịm sao tín hiệu bước sóng 400gbps điều chế DPQPSK với chiều dài từng span 20km.
Biểu đồ chịm 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 khơng 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 cơng
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 thơng tin quang ghép kênh theo bước sóng WDM.

Phương pháp nghiên cứu
-

Nghiên cứu các mơ 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 mơ 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: Mơ phỏng phương pháp nâng cao dung lượng quang nội tỉnh.


3
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN DẪN METRO VÀ CÁC MƠ 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 thơng đầy khốc liệt hiện nay. Vì vậy, các nhà mạng không ngừng
đầu tư và áp dụng các công nghệ mới để hồn 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 Mơ hình mạng truyền dẫn nội tỉnh truyền thống
Khi chưa có cơng nghệ mạng truyền dẫn Metro, hầu hết các nhà mạng Việt
Nam triển khai truyền dẫn nội tỉnh theo mơ hình như bên dưới

Hình 1.1. Mơ hình mạng truyền dẫn nội tỉnh truyền thống tỉnh Bình Định
Với mơ 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 phịng khi có sự cố cịn 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
Mơ 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 cơng nghệ TDM
Đây là mơ 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 vịng ring SONET/SDH tới CO.
Ngược lại, mạng off-net cáp quang khơng được kéo tới tịa 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 u cầu.
Chi phí lắp đặt và duy trì hoạt động của một mạng TDM rất đắt vì thế rất khó
triển khai, bởi vì cơng 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 cơng nghệ để lắp đặt trên mạng. Chi phí để cung
cấp dịch vụ cho khách hàng ảnh hưởng lớn đến thành cơng của truyền tải đó.
Khó khăn của TDM cịn 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 thơng 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 thơng 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: Mơ hình TDM và Ethernet
Ngày này cơng nghệ Ethernet đã được triển khai rộng rãi, tính đơn giản của
cơng 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 đơ 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
thơng 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 thơng tin với cơng nghệ TDM sẽ rất khó đáp ứng nhu cầu trao đổi thơng
tin rất lớn như vậy cả về loại hình dịch vụ và cường độ trao đổi thông tin. Do vậy,
việc tìm kiếm cơng nghệ để xây dựng cơ sở hạ tậng mạng đô thị đáp ứng được yêu

cầu trao đổi thơng tin nói trên là cơng 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 trị là phương tiện thơng tin tồn 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 thơng
lớn vì Internet đã trở thành một mơi 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,

-

ngồi 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 cơng
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 khơng 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 thơng cho mạng mắt lưới: nếu một mạng yêu cầu hình

logic dạng mắt lưới. khi đó băng thơng trên vịng 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
vịng SONET khơng những rấ khó thực hiện mà cịn giảm hiệu suất băng thơng

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 vịng trên vịng ring gây lãng phí băng thơng.
-

Lãng phí băng thơng bảo vệ: theo lý thuyết, 50% băng thơng của vịng

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 thơng cho việc dự phịng 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
Tồn 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 tồn 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 mơ 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 khơng 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


12
điều khiển của các nhánh SONET/SDH. Điều này ngược lại với hình 1.8 nơi mà các
nhánh SONET/SDH kết thúc tại thiệt bị ADM và chuyển mạch Ethernet chỉ được
xem như chuỗi các ống Ethernet.
Hình 1.11 mơ tả thiết bị bao gồm các chức năng chuyển mạch gói, ADM và
EOS. Về mặt hiệu quả thiết bị thì đây là giải pháp tối ưu nhưng việc triển khai hệ
thống gặp nhiều khó khăn nếu phát thảo hoạt động chặt chẽ giữa các gói và truyền
tải.
1.4.2 Truyền tải Ethernet( Ethernet Transport)
Sự trưởng thành của Ethernet so với TDM như giao diện truy cập, nhưng

Ethernet không giới hạn bởi một công nghệ truy cập mà Ethernet cịn được mở rộng
như một cơng nghệ truyền tải trong mạng MAN. Từ năm 2000 Metro Ethernet triển
khai nhiều kiểu và nhiều dạng, khi Ethernet được sử dụng như cơng nghệ truyền tải,
mạng truy cập có thể được xây dựng cả dạng Ring và Hub – Spoke.
1.5. Các mơ hình mạng Metro các nhà mạng Việt Nam triển khai
1.5.1. Mơ hình Metro Cisco

Hình 1.12: Mơ hình Metro của Cisco
Hình trên mơ tả mơ hình mạng MEN tiêu biểu của Cisco gồm 3 router P đóng
vai trị mạng Core MPLS, 3 router biên NPE, mỗi router biên NPE kết nối với 3 router
UPE, từ các router UPE này thì các site của khách hàng mà đại diện là CE được nối
vào. Cụ thể các router P được kết nối với nhau qua qua đường GE hoặc 10GE và
được đấu Ring, có thể đấu Ring Ethernet hoặc RPR tùy theo nhu cầu và mơ hình thực
tế. Các router P chạy chung giao thức định tuyến do nhà cung cấp quy định. Ngồi ra
các router P cịn cung cấp các giao diện GE đến các router biên là NPE. Các router


13
biên NPE cung cấp kết nối GE để kết nối uplink lên NPE và FE, GE hướng downlink
xuống CE tại các site của khách hàng.
1.5.2. Mơ hình Metro của Nokia Siemens

Hình 1.13: Mơ hình kết nối vật lý của Nokia Siemens
Theo hình trên ta thấy mơ hình triển khai điển hình của Nokia Siemens với các
phần mạng tách biệt tương đối rõ ràng. Các phần mạng Access và Core thường được
đấu nối theo mơ hình Ring nhưng đối với mơ hình cụ thể có thể đấu nối theo mơ hình
mesh hay mơ hình star. Các thiết bị thường được kết nối với nhau theo đường GE.
Từ các access switch tới CPE của khách hàng có thể đấu nối bằng GE hoặc FE tùy
theo u cầu thực tế.

Hình 1.14: Mơ hình dịch vụ của Nokia


14
Với mơ hình mạng MEN được giới thiệu ở trên, băng thông đủ đáp ứng được
các yêu cầu dịch vụ như IPTV, VoiIP, SAN Data Center, PON, IP VPN, L2 VPN,
Content Server…
1.6 Kết luận chương
Trong phạm vi chương 1 đã giới thiệu một cách ngắn gọn nhất lịch sử hình
thành và phát triển của mạng Metro. Bên cạnh đó đã giới thiệu được một số công
nghệ tiêu biểu được sử dụng nhiều trong mạng Metro cũng như các dịch vụ được khai
thác và triển khai trên nền mạng Metro một cách chung nhất.
Chương 1 cũng đã giới thiệu các mô hình triển khai mạng Metro thực tế của
các vendor được sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ mạng ở Việt Nam hiện nay.