MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ di động trên thế giới đang chuyển đổi sang khai thác mạng toàn IP. Mối quan tâm của họ lúc này là xử lý việc gia tăng đáng kể các dịch vụ di động băng rộng. Bằng cách lựa chọn giải pháp IP tổng thể để giải quyết vấn đề trên, toàn bộ cơ sở hạ tầng của một mạng di động đƣợc phân chia thành nhiều phần riêng biệt: Mạng truy nhập vô tuyến (RAN-Radio Access Network), miền lõi di động (nằm giữa các mạng truy nhập radio và các mạng ngoài nhƣ Internet, PSTN và các mạng của các nhà khai thác di động khác), Mobile backhaul (bên trong miền RAN, thực hiện truyền tải lƣu lƣợng truyền dẫn giữa RBS và BSC và/hoặc các vị trí RNC).
Tại Việt Nam, 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 vài 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. Tại VNPT Tuyên Quang đã hoàn thiện việc triển khai mạng Metro truyền tải lƣu lƣợng IP trên công nghệ Ethernet, đồng thời đã thực hiện việc nâng cấp mở rộng dung lƣợng mạng.
Giải pháp truyền dẫn E1/STM1 cho mạng backhaul có chi phí giá thành cao, phải đầu tƣ mới và tính tối ƣu không cao. Hƣớng sử dụng mạng MAN-E làm phân đoạn truyền tải cho mạng mobile backhaul là phƣơng án lựa chọn tối ƣu. Để giải pháp trên khả thi, ta cần nghiên cứu và đƣa ra các tiêu chuẩn về dịch vụ, chất lƣợng mạng, độ an toàn và đồng bộ cho mạng mobile trên phân đoạn MAN-E. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.
Mục tiêu đề tài triển khai trên mạng viễn thông của VNPT Tuyên Quang. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu khuyến nghị triển khai Mobile backhaul trên MAN-E đối với mạng viễn thông của VNPT Tuyên Quang, các công nghệ lựa chọn đáp ứng các yêu cầu của mạng mobile backhaul nhƣ đồng bộ trên MAN-E, cơ chế bảo vệ, thực hiện QoS… trên mạng thực tế của Viễn thông Tuyên Quang. Phƣơng pháp nghiên cứu - : Nghiên cứu các tài liệu (sách, báo, tạp chí khoa học, , Internet,… Mobile Backhaul. - giải pháp Mobile Backhaul tại VNPT Tuyên Quang.
Bố cục của luận văn Nội dung chính của luận văn đƣợc trình bày trong 03 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng I: Tổng quan về Mobile Backhaul và mạng MAN-E Chƣơng II: Hiện trạng mạng MAN-E và Mobile Backhaul của VNPT Tuyên Quang Chƣơng III: Đề xuất phƣơng án triển khai Mobile backhaul dựa trên MAN-E của VNPT Tuyên Quang Kết luận và kiến nghị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MOBILE BACKHAUL Với sự phát triển nhanh chóng về mặt công nghệ, các ứng dụng mới tiêu tốn rất nhiều tài nguyên băng thông của dịch vụ di động. Hệ thống truyền dẫn TDM hiện tại cho mạng di động có chi phí mở rộng cao, thiếu linh hoạt là một trong những lý do hạn chế việc phát triển của mạng di động. Với tính ƣu việt về truyền dẫn của mạng IP có băng thông lớn, chi phí thấp, có khả năng chia sẻ tài nguyên băng thông, việc thiết kế mạng IP RAN thay thế truyền dẫn TDM bằng truyền dẫn IP cho phân đoạn backhaul là định hƣớng tối ƣu nhất cho các nhà cung cấp dịch vụ di động. Trong chƣơng này, ta nghiên cứu các vấn đề tổng quan liên quan đến việc triển khai một mạng IP RAN.
KHÁI NIỆM MẠNG MOBILE BACKHAUL Hệ thống thông tin di động ra đời vào cuối những năm 1970 đầu những năm 1980 với thế hệ 1G đầu tiên của công nghệ điện thoại di động analog. Khi số lƣợng các thuê bao trong mạng tăng lên, ngƣời ta thấy cần phải có biện pháp nâng cao dung lƣợng của mạng, chất lƣợng các cuộc đàm thoại cũng nhƣ cung cấp thêm một số dịch vụ bổ sung cho mạng. Để giải quyết vấn đề này ngƣời ta đã nghĩ đến việc số hoá các hệ thống điện thoại di động, điều này dẫn tới sự ra đời của các hệ thống điện thoại di động thế hệ 2. Thế hệ di động thứ 2 thực sự chứng tỏ đƣợc tính ƣu việt của di động với số lƣợng ngƣời sử dụng tăng vọt, tạo ra một mạng thông tin khổng lồ trên toàn thế giới.
Tuy nhiên, với ứng dụng chủ yếu của 2G là dịch vụ thoại nên sử dụng băng hẹp để truyền thông tin. Để hỗ trợ thêm ứng dụng truyền số liệu, ngƣời ta phát triển thêm thế hệ di động 2,5G trên công nghệ GPRS. Những ứng dụng về dữ liệu, video chỉ thực sự phát huy tác dụng với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 - UTMS. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 4 Toàn bộ cơ sở hạ tầng của một nhà khai thác di động điển hình có thể đƣợc phân chia thành nhiều phần riêng biệt: - Miền Mạng truy nhập vô tuyến (RAN - Radio Access Network): Phần truy nhập kết hợp, từ các trạm vô tuyến cơ sở RBS (Radio Base Station) tới các bộ điều khiển mạng radio - trạm cơ sở - BSC (đối với lƣu lƣợng GSM) hoặc bộ điều khiển RNC (đối với lƣu lƣợng WCDMA).
Lƣu lƣợng tiếng nói đƣợc định hƣớng tới mạng lõi qua các cổng phƣơng tiện (MG- Media Gateway) trong khi lƣu lƣợng gói dữ liệu hƣớng tới SGSNs và GGSNs. - Miền lõi di động: Nằm giữa các mạng truy nhập vô tuyến và các mạng ngoài nhƣ là Internet, PSTNs, các mạng di động khác. Nó chứa các nút dịch vụ (SGSN và GGSN ) điều khiển phiên dữ liệu và hƣớng lƣu lƣợng nhƣ chức năng MSC và MGW để cung cấp chuyển mạch gói và các dịch vụ kết hợp. - Mobile backhaul (Bên trong miền RAN): Mobile backhaul thực hiện truyền tải lƣu lƣợng truyền dẫn giữa trạm gốc (các BTS của 2G và các nodeB của 3G) và BSC/RNC.
Có nhiều cách để nhà khai thác có thể làm đƣợc điều này và giải pháp RAN phải là độc lập với phƣơng pháp truyền đã chọn. Các mạng truyền dẫn có thể ứng dụng bao gồm các mạng L2 (Carrier Ethernet ), các mạng L3 (BGP/MPLS L3 VPN) và IP vƣợt qua E1/T1 sử dụng MLPPP. Mobile backhaul có thể phân thành các RAN “thấp” và “cao” (LRAN, HRAN) phản ánh bản chất không đối xứng của các mạng backhaul, ở đó một nhà khai thác diện rộng phải có một lƣợng rất lớn các vị trí RBS tập trung hƣớng tới một số nhỏ hơn các vi trí chuyển mạch (RNC/BSC). Với nhƣợc điểm chi phí cao, vận hành phức tạp, tốn tài nguyên khi triển khai Mobile backhaul trên các đƣờng truyền E1/SDH (PDH), hƣớng triển khai Mobile backhaul trên mạng toàn IP đang là lựa chọn ƣu tiên bởi các ƣu điểm của giải pháp này: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 5 - Giảm chi phí hoạt động (OPEX), chi phí đầu tƣ (capex) và giá toàn bộ của chủ sở hữu (TCO ): Một mạng toàn IP sẽ tiết kiệm đáng kể cho nhà khai thác.
Việc truyền tải dựa trên IP không chỉ rẻ hơn trên cơ sở một bit/s mà còn dễ phân cấp, cho phép các nhà khai thác điều tiết tốt hơn nhu cầu băng rộng tăng. Sự đơn giản của giải pháp Ethernet về cơ bản cũng làm giảm chi phí triển khai và quản lý. - Rút ngắn thời gian đƣa ra thị trƣờng và sử dụng hiệu quả hơn cơ sở hạ tầng hiện có: Cung cấp các sản phẩm và dịch vụ ra thị trƣờng là mục tiêu của bất kỳ tổ chức kinh doanh có hiệu quả. Tuy nhiên, nhiều nhà khai thác có các hệ thống quản lý và mạng không mềm dẻo gây nhiều trở ngại đến việc hỗ trợ triển khai các dịch vụ mới.
Việc mất một phần thị trƣờng do triển khai chậm hoặc do thiếu khả năng có thể gây hậu quả nghiêm trọng đối với dòng lợi nhuận của một nhà khai thác. - Tăng cƣờng an ninh cho mạng. - Chất lƣợng dịch vụ đƣợc đảm bảo (QoS). - Tính sẵn sàng cao.
- Đảm bảo việc mở rộng, nâng cấp mạng, hƣớng đến mạng 4G dễ dàng hơn. - Quản lý mạng hiệu quả, mạnh mẽ hơn. CÁC CÔNG NGHỆ TRIỂN KHAI TRONG IP RAN Cùng với sự phát triển của các kỹ thuật vô tuyến, dịch vụ di động băng rộng đang ngày càng phát triển, mở rộng qui mô và đa dạng mô hình cung cấp. Các hệ thống di động mới ra đời thay thế hệ thống hiện tại với tính năng ƣu việt hơn kéo theo nhu cầu về băng thông tăng lên nhanh chóng.
Các giải pháp truyền dẫn truyền thống cho mạng truy nhập vô tuyến (RAN) sử dụng SDH có độ tin cậy, ổn định cao nhƣng tồn tại nhiều nhƣợc điểm nhƣ băng thông thấp, mở rộng phức tạp, cấu hình không linh hoạt, chi phí tốn kém. Vậy nên thiết kế mạng IP RAN (mạng truy nhập vô tuyến toàn IP) là xu thế tất yếu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 6 để phát triển dịch vụ và tăng tính cạnh tranh của các nhà cung cấp dịch vụ di động. 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 nhƣ 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 phƣơng 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 đƣợc giả lập từ một thiết bị cho một hoặc nhiều thiết bị khác qua một mạng chuyển mạch gói. Hay nói cách khác nó là một cơ chế cho phép các giao thức lớp 2 nhƣ TDM, Frame Relay, ATM chạy đƣợc trong mạng chuyển mạch gói thông qua cơ chế đƣờng hầm. Một số công nghệ PW đƣợc sử dụng gồm công nghệ L2TPv3(Layer 2 Tunelling Protocol version 3) trên mạng IP hoặc đƣờng hầm AToM trong mạng MPLS.